Unser Unternehmen produziert Leiterplatten aus hochwertigen importierten Materialien, von Standard-FR4 bis hin zu Mikrowellenmaterialien und Polyimid. In diesem Abschnitt definieren wir die grundlegenden Begriffe und Konzepte, die im Bereich des Designs und der Herstellung von Leiterplatten verwendet werden. In diesem Abschnitt geht es um sehr einfache Dinge, die jedem Konstrukteur bekannt sind. Allerdings gibt es hier einige Nuancen, die viele Entwickler nicht immer berücksichtigen.

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Mehrschichtiges PCB-Design
Betrachten wir ein typisches Design einer Mehrschichtplatine (Abb. 1). Bei der ersten, gebräuchlichsten Variante bestehen die inneren Schichten der Platte aus doppelseitig kupferkaschiertem Fiberglas, das als „Kern“ bezeichnet wird. Die äußeren Schichten bestehen aus Kupferfolie, die mit einem Bindemittel – einem harzigen Material namens „Prepreg“ – mit den inneren Schichten verpresst wird. Nach dem Pressen bei hohen Temperaturen entsteht ein „Kuchen“ einer mehrschichtigen Leiterplatte, in den dann Löcher gebohrt und metallisiert werden. Die zweite Option ist weniger verbreitet, wenn die äußeren Schichten aus „Kernen“ bestehen, die mit Prepreg zusammengehalten werden. Dies ist eine vereinfachte Beschreibung; es gibt viele andere Designs, die auf diesen Optionen basieren. Das Grundprinzip besteht jedoch darin, dass Prepreg als Verbindungsmaterial zwischen den Schichten fungiert. Offensichtlich kann es keine Situation geben, in der zwei doppelseitige „Kerne“ ohne einen Prepreg-Abstandshalter nebeneinander liegen, aber eine Struktur aus Folie-Prepreg-Folie-Prepreg usw. ist möglich und wird oft in Brettern mit komplexen Blindkombinationen verwendet und versteckte Löcher.

Blinde und versteckte Löcher
Der Begriff „Sacklöcher“ bezieht sich auf Durchkontaktierungen, die die Außenschicht mit den nächstgelegenen Innenschichten verbinden und keinen Zugang zu einer zweiten Außenschicht haben. Es kommt von englisches Wort blind und ähnelt dem Begriff „Sacklöcher“. Versteckt oder vergraben (aus dem Englischen begraben) werden Löcher in die inneren Schichten gebohrt und haben keinen Ausgang nach außen. Die einfachsten Möglichkeiten für Sack- und verdeckte Löcher sind in Abb. dargestellt. 2. Ihr Einsatz ist bei sehr dichter Verkabelung oder bei Platinen, die auf beiden Seiten stark mit planaren Bauteilen gesättigt sind, gerechtfertigt. Das Vorhandensein dieser Löcher führt zu einer Erhöhung der Kosten der Platine um das Eineinhalb- bis Mehrfache, jedoch in vielen Fällen, insbesondere beim Einlegen von Mikroschaltungen BGA-Paket Mit kleinen Schritten geht es nicht ohne. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, solche Durchkontaktierungen zu bilden; sie werden in diesem Abschnitt ausführlicher besprochen, aber zunächst werden wir uns genauer mit den Materialien befassen, aus denen die Mehrschichtplatine besteht.

Tg – Glasübergangstemperatur (Strukturzerstörung)
Dk – Dielektrizitätskonstante

Grundlegende Dielektrika für Leiterplatten
Die wichtigsten Arten und Parameter der für die Herstellung von MPPs verwendeten Materialien sind in Tabelle 1 aufgeführt. Typische Designs von Leiterplatten basieren auf der Verwendung von Standard-Glasfaserlaminat vom Typ FR4 mit einer Betriebstemperatur von normalerweise -50 bis +110 ° C, Glasübergangstemperatur (Zerstörungstemperatur) Tg etwa 135 °C. Seine Dielektrizitätskonstante Dk kann je nach Lieferant und Materialart zwischen 3,8 und 4,5 liegen. Bei erhöhten Anforderungen an die Hitzebeständigkeit oder bei der Montage von Platinen im Ofen mit bleifreier Technologie (t bis 260 °C) kommt Hochtemperatur FR4 High Tg oder FR5 zum Einsatz. Bei Bedarf zur dauerhaften Arbeit hohe Temperaturen oder wann scharfe Veränderungen Temperaturen wird Polyimid verwendet. Darüber hinaus wird Polyimid zur Herstellung hochzuverlässiger Leiterplatten, für militärische Anwendungen und auch dort eingesetzt, wo eine erhöhte elektrische Festigkeit erforderlich ist. Bei Platinen mit Mikrowellenschaltungen (mehr als 2 GHz) werden separate Schichten aus Mikrowellenmaterial verwendet oder die gesamte Platine besteht aus Mikrowellenmaterial (Abb. 3). Die bekanntesten Anbieter von Spezialmaterialien sind Rogers, Arlon, Taconic und Dupont. Die Kosten dieser Materialien sind höher als bei FR4 und werden in der letzten Spalte von Tabelle 1 im Verhältnis zu den Kosten von FR4 grob dargestellt. Beispiele für Boards mit verschiedene Typen Dielektrika sind in Abb. dargestellt. 4, 5.

Materialstärke
Die Kenntnis der verfügbaren Materialstärken ist für einen Ingenieur nicht nur wichtig, um die Gesamtdicke der Platte zu bestimmen. Beim Entwurf von MPP stehen Entwickler vor folgenden Aufgaben:
- Berechnung des Wellenwiderstands der Leiter auf der Platine;
- Berechnung des Wertes der Zwischenschicht-Hochspannungsisolierung;
- Auswahl der Struktur von Sacklöchern und verdeckten Löchern.
Verfügbare Optionen und Stärken verschiedener Materialien sind in den Tabellen 2-6 aufgeführt. Es ist zu berücksichtigen, dass die Toleranz der Materialdicke in der Regel bis zu ±10 % beträgt, daher darf die Toleranz der Dicke der fertigen Mehrschichtplatte nicht weniger als ±10 % betragen.

Tabelle 2. Doppelseitige FR4-„Kerne“ für die inneren Schichten der Leiterplatte

Normalerweise auf Lager;
h - Auf Anfrage (nicht immer verfügbar)
m - Kann hergestellt werden;
Hinweis: Um die Zuverlässigkeit der fertigen Platinen zu gewährleisten, ist es wichtig zu wissen, dass wir für äußere Innenschichten lieber Kerne mit 35-Mikrometer-Folie anstelle von 18-Mikrometer-Folie verwenden (auch bei einer Leiter- und Spaltbreite von 0,1 mm). Dies erhöht die Zuverlässigkeit von Leiterplatten.
Die Dielektrizitätskonstante von FR4-Kernen kann je nach Marke zwischen 3,8 und 4,4 liegen.

Tabelle 3. Prepreg („Verbindungsschicht“) für mehrschichtige Leiterplatten

Die Dielektrizitätskonstante von FR4-Prepreg kann je nach Marke zwischen 3,8 und 4,4 liegen.
Bitte überprüfen Sie diesen Parameter für ein bestimmtes Material per E-Mail mit unseren Ingenieuren

Tabelle 4. Rogers-Mikrowellenmaterialien für Leiterplatten

* Dk – Dielektrizitätskonstante

Tabelle 5. Arlon-Mikrowellenmaterialien für MPP

Hinweis: Mikrowellenmaterialien sind nicht immer auf Lager und die Lieferzeit kann bis zu 1 Monat dauern. Bei der Auswahl eines Platinendesigns müssen Sie den Lagerbestand des MPP-Herstellers überprüfen.

Dk – Dielektrizitätskonstante
Tg – Glasübergangstemperatur

Ich möchte auf die Bedeutung folgender Punkte hinweisen:
1. Grundsätzlich sind alle FR4-Kernwerte von 0,1 bis 1,0 mm in 0,1-mm-Schritten verfügbar. Allerdings sollten Sie bei der Gestaltung dringender Bestellungen vorab die Materialverfügbarkeit im Lager des Leiterplattenherstellers prüfen.
2. Wenn es um die Dicke des Materials geht – für Materialien, die zur Herstellung bestimmt sind doppelseitige Bretter, Materialstärke ist inklusive Kupfer angegeben. Die „Kern“-Dicken für die Innenschichten des MPP werden in der Dokumentation ohne die Kupferdicke angegeben.
Beispiel 1: Material FR4, 1,6/35/35 hat eine dielektrische Dicke: 1,6-(2x35 µm)=1,53 mm (mit einer Toleranz von ±10 %).
Beispiel 2: FR4, 0,2/35/35-Kern hat eine dielektrische Dicke von 200 µm (mit einer Toleranz von ±10 %) und eine Gesamtdicke von 200 µm+(2x35 µm)=270 µm.
3. Gewährleistung der Zuverlässigkeit. Die zulässige Anzahl benachbarter Prepreg-Schichten in MPP beträgt nicht weniger als 2 und nicht mehr als 4. Die Möglichkeit, eine einzelne Prepreg-Schicht zwischen den „Kernen“ zu verwenden, hängt von der Art des Musters und der Dicke der angrenzenden Kupferschichten ab . Je dicker das Kupfer und je reicher das Muster der Leiter ist, desto schwieriger ist es, den Raum zwischen den Leitern mit Harz zu füllen. Und die Zuverlässigkeit der Platte hängt von der Qualität der Füllung ab.
Beispiel: Kupfer 17 Mikrometer – Sie können 1 Schicht 1080, 2116 oder 106 verwenden; Kupfer 35 Mikrometer – Sie können nur 1 Schicht für 2116 verwenden.

PCB-Pad-Beschichtungen
Schauen wir uns an, welche Arten von Beschichtungen es für Kupferpads gibt. Am häufigsten werden Stellen mit einer Zinn-Blei-Legierung oder PIC beschichtet. Die Methode zum Auftragen und Nivellieren der Lotoberfläche wird HAL oder HASL (von engl. Hot Air Solder Leveling – Lot mit Heißluft nivellieren) genannt. Diese Beschichtung sorgt für die beste Lötbarkeit der Pads. Es wird jedoch durch mehr ersetzt moderne Beschichtungen In der Regel kompatibel mit den Anforderungen der internationalen RoHS-Richtlinie. Diese Richtlinie erfordert ein Anwesenheitsverbot Schadstoffe, einschließlich Blei, in Produkten. Bisher gilt RoHS nicht für das Territorium unseres Landes, aber es ist nützlich, sich an seine Existenz zu erinnern. Die mit RoHS verbundenen Probleme werden in einem der folgenden Abschnitte beschrieben, aber werfen wir zunächst einen Blick darauf Möglichkeiten Abdeckung der MPP-Standorte in Tabelle 7. HASL wird überall angewendet, sofern keine anderen Anforderungen bestehen. Eine (chemische) Tauchvergoldung wird verwendet, um eine glattere Platinenoberfläche zu erzielen (dies ist besonders wichtig für BGA-Pads), weist jedoch eine etwas geringere Lötbarkeit auf. Das Löten in einem Ofen erfolgt mit ungefähr der gleichen Technologie wie HASL, jedoch Handlöten erfordert die Verwendung spezieller Flussmittel. Die organische Beschichtung (OSP) schützt die Kupferoberfläche vor Oxidation. Sein Nachteil ist die kurze Haltbarkeit der Lötbarkeit (weniger als 6 Monate). Tauchzinn sorgt für eine glatte Oberfläche und gute Lötbarkeit, hat jedoch auch eine begrenzte Lötstandzeit. Bleifreies HAL hat die gleichen Eigenschaften wie bleihaltiges HAL, die Zusammensetzung des Lotes besteht jedoch aus etwa 99,8 % Zinn und 0,2 % Zusatzstoffen. Die Kontakte der Messerstecker, die im Betrieb der Platine Reibung ausgesetzt sind, sind mit einer dickeren und steiferen Goldschicht galvanisiert. Bei beiden Vergoldungsarten wird eine Nickelunterschicht verwendet, um die Diffusion des Goldes zu verhindern.

Tabelle 7. PCB-Pad-Beschichtungen

Hinweis: Alle Beschichtungen außer HASL sind RoHS-konform und für bleifreies Löten geeignet.

Schutzbeschichtungen und andere Arten von Leiterplattenbeschichtungen
Um das Bild zu vervollständigen, überlegen Sie funktionaler Zweck und PCB-Beschichtungsmaterialien.
- Lötmaske – wird auf die Oberfläche der Platine aufgetragen, um Leiter vor unbeabsichtigten Kurzschlüssen und Schmutz zu schützen, sowie um Glasfaserlaminat vor Temperaturschocks beim Löten zu schützen. Die Maske trägt keine weitere funktionelle Belastung und kann nicht als Schutz vor Feuchtigkeit, Schimmel, Zerfall usw. dienen (außer bei Verwendung spezieller Maskenarten).
- Markierung – wird mit Farbe über der Maske auf die Platine aufgetragen, um die Identifizierung der Platine selbst und der darauf befindlichen Komponenten zu erleichtern.
- Abziehbare Maske – wird auf bestimmte Bereiche der Platine aufgetragen, die vorübergehend geschützt werden müssen, beispielsweise vor Lötarbeiten. Es lässt sich in Zukunft leicht entfernen, da es sich um eine gummiartige Verbindung handelt und sich einfach abziehen lässt.
- Carbon-Kontaktbeschichtung – wird auf bestimmte Bereiche der Platine als Kontaktfelder für Tastaturen aufgebracht. Die Beschichtung hat eine gute Leitfähigkeit, oxidiert nicht und ist verschleißfest.
- Graphit-Widerstandselemente – können auf die Oberfläche der Platine aufgebracht werden, um die Funktion von Widerständen zu übernehmen. Leider ist die Genauigkeit der Nennwerte gering – nicht genauer als ±20 % (bei Laserjustierung bis zu 5 %).
- Silberne Kontaktbrücken – können als zusätzliche Leiter eingesetzt werden und bilden eine weitere leitende Schicht, wenn nicht genügend Platz für die Verlegung vorhanden ist. Wird hauptsächlich für einschichtige und doppelseitige Leiterplatten verwendet.

Tabelle 8. PCB-Oberflächenbeschichtungen

Abschluss
Die Auswahl an Materialien ist groß, aber leider ist bei der Herstellung kleiner und mittlerer Leiterplattenserien oft die Verfügbarkeit der Stein des Anstoßes notwendige Materialien im Lager des Werks - Hersteller von MPP. Daher ist es vor dem Entwurf eines MPP, insbesondere wenn es um die Erstellung eines nicht standardmäßigen Designs und die Verwendung nicht standardmäßiger Materialien geht, notwendig, mit dem Hersteller die im MPP verwendeten Materialien und Schichtdicken zu vereinbaren und diese Materialien möglicherweise zu bestellen im Voraus.

Leiterplatte (engl.: gedruckte Leiterplatte, PCB, oder gedruckte Verdrahtungsplatine, PWB) – eine Platte aus Dielektrikum, auf deren Oberfläche und/oder in deren Volumen elektrisch leitende Schaltkreise gebildet sind elektronische Schaltung. Eine Leiterplatte dient dazu, verschiedene elektronische Komponenten elektrisch und mechanisch zu verbinden. Elektronische Bauteile auf einer Leiterplatte werden über ihre Anschlüsse mit Elementen eines Leiterbildes verbunden, meist durch Löten.

Anders als bei der Oberflächenmontage besteht das elektrisch leitende Muster auf einer Leiterplatte aus einer Folie, die vollständig auf einer festen isolierenden Unterlage liegt. Die Leiterplatte enthält Befestigungslöcher und Pads zur Montage bedrahteter oder planarer Komponenten. Darüber hinaus verfügen die Leiterplatten über Durchkontaktierungen für elektrische Verbindung Folienabschnitte, die sich auf verschiedenen Schichten der Platine befinden. Auf der Außenseite der Platine werden in der Regel eine Schutzschicht („Lötmaske“) und Markierungen (unterstützende Zeichnung und Text entsprechend der Konstruktionsdokumentation) angebracht.

Abhängig von der Anzahl der Schichten mit elektrisch leitfähigem Muster werden Leiterplatten unterteilt in:

einseitig (OSP): Auf einer Seite der dielektrischen Platte ist nur eine Folienschicht aufgeklebt.

doppelseitig (DPP): zwei Lagen Folie.

Multilayer (MLP): Folie nicht nur auf zwei Seiten der Platine, sondern auch in den inneren Schichten des Dielektrikums. Mehrschichtige Leiterplatten werden durch Zusammenkleben mehrerer einseitiger oder doppelseitiger Leiterplatten hergestellt.

Mit zunehmender Komplexität der entworfenen Geräte und zunehmender Installationsdichte nimmt die Anzahl der Schichten auf den Platinen zu.

Die Basis der Leiterplatte ist ein Dielektrikum; die am häufigsten verwendeten Materialien sind Glasfaser und Getinax. Die Basis von Leiterplatten kann auch eine mit einem Dielektrikum (z. B. eloxiertes Aluminium) beschichtete Metallbasis sein; auf das Dielektrikum wird eine Kupferfolie der Leiterbahnen aufgebracht. Solche Leiterplatten werden in der Leistungselektronik zur effizienten Wärmeabfuhr von elektronischen Bauteilen eingesetzt. In diesem Fall wird der Metallsockel der Platine am Kühler befestigt. Die verwendeten Materialien für Leiterplatten, die im Mikrowellenbereich und bei Temperaturen bis 260 °C betrieben werden, sind mit Glasgewebe verstärkte Fluorkunststoffe (z. B. FAF-4D) und Keramik. Flexible Leiterplatten werden aus Polyimidmaterialien wie Kapton hergestellt.

Aus welchem ​​Material werden wir die Bretter herstellen?

Die gebräuchlichsten und erschwinglichsten Materialien für die Herstellung von Boards sind Getinax und Fiberglas. Mit Bakelitlack imprägniertes Getinax-Papier, Glasfaser-Textolith mit Epoxidharz. Wir werden auf jeden Fall Glasfaser verwenden!

Folien-Glasfaserlaminat sind Platten aus Glasgewebe, die mit einem Bindemittel auf Epoxidharzbasis imprägniert und auf beiden Seiten mit einer 35 Mikrometer dicken, elektrolytisch beständigen Kupferfolie beschichtet sind. Maximal zulässige Temperatur von -60 °C bis +105 °C. Es verfügt über sehr hohe mechanische und elektrische Isoliereigenschaften und eignet sich gut für Bearbeitung Schneiden, Bohren, Stanzen.

Glasfaser wird hauptsächlich ein- oder doppelseitig mit einer Dicke von 1,5 mm und mit Kupferfolie mit einer Dicke von 35 Mikrometern oder 18 Mikrometern verwendet. Wir werden einseitiges Glasfaserlaminat mit einer Dicke von 0,8 mm mit einer Folie mit einer Dicke von 35 Mikrometern verwenden (warum, wird weiter unten ausführlich erläutert).

Methoden zur Herstellung von Leiterplatten zu Hause

Platten können chemisch und mechanisch hergestellt werden.

Bei der chemischen Methode wird an den Stellen, an denen Spuren (Muster) auf der Platine vorhanden sein sollen, eine Schutzzusammensetzung (Lack, Toner, Farbe usw.) auf die Folie aufgetragen. Anschließend wird die Platine in eine spezielle Lösung (Eisenchlorid, Wasserstoffperoxid und andere) getaucht, die „korrodiert“. Kupferfolie, hat jedoch keinen Einfluss auf die Schutzzusammensetzung. Dadurch verbleibt Kupfer unter der Schutzmasse. Anschließend wird die Schutzmasse mit einem Lösungsmittel entfernt und zurück bleibt die fertige Platte.

Bei der mechanischen Methode kommt ein Skalpell (bei manueller Fertigung) oder eine Fräsmaschine zum Einsatz. Ein spezieller Fräser erzeugt Rillen in der Folie und hinterlässt letztendlich Folieninseln – das nötige Muster.

Fräsmaschinen sind ziemlich teuer, und die Fräsmaschinen selbst sind teuer und haben eine knappe Ressource. Daher werden wir diese Methode nicht verwenden.

Die einfachste chemische Methode ist die manuelle. Mit einem Risographenlack zeichnen wir Spuren auf die Tafel und ätzen sie dann mit einer Lösung. Mit dieser Methode ist die Herstellung komplexer Platinen mit sehr dünnen Leiterbahnen nicht möglich – das ist also auch nicht unser Fall.

Die nächste Methode zur Herstellung von Leiterplatten ist die Verwendung von Fotolack. Dies ist eine sehr verbreitete Technologie (Platten werden mit dieser Methode im Werk hergestellt) und wird häufig zu Hause verwendet. Im Internet gibt es viele Artikel und Methoden zur Herstellung von Platinen mit dieser Technologie. Es liefert sehr gute und wiederholbare Ergebnisse. Dies ist jedoch auch nicht unsere Option. Der Hauptgrund sind recht teure Materialien (Fotolack, der sich mit der Zeit ebenfalls verschlechtert) sowie zusätzliche Werkzeuge(UV-Beleuchtungslampe, Laminator). Wenn Sie zu Hause eine Großserienproduktion von Leiterplatten haben – dann ist Fotolack konkurrenzlos – empfehlen wir Ihnen natürlich, ihn zu beherrschen. Erwähnenswert ist auch, dass die Ausrüstung und die Fotolacktechnologie es uns ermöglichen, Siebdrucke und Schutzmasken auf Leiterplatten herzustellen.

Mit dem Aufkommen von Laserdruckern begannen Funkamateure, diese aktiv für die Herstellung von Leiterplatten zu nutzen. Wie Sie wissen, verwendet ein Laserdrucker zum Drucken „Toner“. Hierbei handelt es sich um ein spezielles Pulver, das unter Temperatur versintert und am Papier haftet – das Ergebnis ist eine Zeichnung. Der Toner ist gegen verschiedene Chemikalien beständig und kann daher als Schutzschicht auf der Kupferoberfläche verwendet werden.

Unsere Methode besteht also darin, Toner vom Papier auf die Oberfläche der Kupferfolie zu übertragen und dann die Platine mit einer speziellen Lösung zu ätzen, um ein Muster zu erzeugen.

Aufgrund der einfachen Handhabung hat diese Methode im Amateurfunk eine große Verbreitung gefunden. Wenn Sie in Yandex oder Google eingeben, wie man Toner von Papier auf eine Tafel überträgt, finden Sie sofort einen Begriff wie „LUT“ – Laser-Bügeltechnologie. Platinen, die diese Technologie verwenden, werden wie folgt hergestellt: Das Muster der Leiterbahnen wird spiegelverkehrt gedruckt, das Papier wird mit dem Muster auf dem Kupfer auf die Platine aufgetragen, die Oberseite dieses Papiers wird gebügelt, der Toner wird weich und haftet an der Platine Planke. Anschließend wird das Papier in Wasser eingeweicht und fertig ist das Brett.

Im Internet gibt es „eine Million“ Artikel darüber, wie man mit dieser Technologie ein Board herstellt. Diese Technologie hat jedoch viele Nachteile, die direkte Hände und eine sehr lange Eingewöhnungszeit erfordern. Das heißt, Sie müssen es fühlen. Die Zahlungen erfolgen nicht beim ersten Mal, sondern jedes zweite Mal. Es gibt viele Verbesserungen – die Verwendung eines Laminators (mit Modifikation – der übliche hat nicht genug Temperatur), wodurch Sie sehr gute Ergebnisse erzielen können. Es gibt sogar Methoden zum Bau spezieller Heißpressen, aber auch dies erfordert wiederum spezielle Geräte. Die Hauptnachteile der LUT-Technologie:

Überhitzung – die Spuren breiten sich aus – werden breiter

Unterhitzung – die Spuren bleiben auf dem Papier

Das Papier ist an der Platine „festgebacken“ – selbst wenn es nass ist, lässt es sich nur schwer ablösen – dadurch kann der Toner beschädigt werden. Im Internet gibt es viele Informationen darüber, welches Papier man wählen sollte.

Poröser Toner – nach dem Entfernen des Papiers verbleiben Mikroporen im Toner – durch diese wird auch die Platine geätzt – es entstehen korrodierte Spuren

Wiederholbarkeit des Ergebnisses - heute ausgezeichnet, morgen schlecht, dann gut - es ist sehr schwierig, ein stabiles Ergebnis zu erzielen - Sie benötigen eine streng konstante Temperatur zum Aufwärmen des Toners, Sie benötigen einen stabilen Anpressdruck auf der Platine.

Mit dieser Methode konnte ich übrigens kein Board herstellen. Ich habe versucht, es sowohl auf Zeitschriften als auch auf beschichtetem Papier zu machen. Dadurch habe ich sogar die Platinen verdorben – das Kupfer ist durch Überhitzung aufgequollen.

Aus irgendeinem Grund gibt es im Internet ungerechtfertigt wenig Informationen über eine andere Methode der Tonerübertragung – die kalte chemische Übertragungsmethode. Es basiert auf der Tatsache, dass Toner nicht in Alkohol, sondern in Aceton löslich ist. Wenn Sie also eine Mischung aus Aceton und Alkohol wählen, die den Toner nur aufweicht, kann er aus Papier „wieder auf die Tafel geklebt“ werden. Diese Methode hat mir sehr gut gefallen und sofort Früchte getragen – das erste Brett war fertig. Wie sich jedoch später herausstellte, konnte ich nirgendwo detaillierte Informationen finden, die 100%ige Ergebnisse liefern würden. Wir brauchen eine Methode, mit der sogar ein Kind das Brett herstellen kann. Aber beim zweiten Mal hat es nicht geklappt, das Brett zu machen, und dann hat es wieder lange gedauert, die nötigen Zutaten auszuwählen.

Als Ergebnis wurde nach viel Aufwand eine Abfolge von Maßnahmen entwickelt, alle Komponenten ausgewählt, die, wenn nicht 100 %, dann 95 % eines guten Ergebnisses liefern. Und das Wichtigste: Der Vorgang ist so einfach, dass das Kind das Brett völlig selbstständig herstellen kann. Dies ist die Methode, die wir verwenden werden. (Natürlich können Sie es weiterhin auf das Ideal bringen – wenn Sie es besser machen, dann schreiben Sie). Die Vorteile dieser Methode:

Alle Reagenzien sind kostengünstig, zugänglich und sicher

keine zusätzlichen Werkzeuge erforderlich (Bügeleisen, Lampen, Laminiergeräte – nichts, obwohl nicht – Sie benötigen einen Topf)

Es besteht keine Möglichkeit, die Platine zu beschädigen – die Platine erwärmt sich überhaupt nicht

das Papier löst sich von selbst – man sieht das Ergebnis der Tonerübertragung – wo die Übertragung nicht gelungen ist

Es gibt keine Poren im Toner (sie sind mit Papier versiegelt) und daher keine Beizen

Wir machen 1-2-3-4-5 und erhalten immer das gleiche Ergebnis – fast 100 % Wiederholbarkeit

Bevor wir beginnen, sehen wir uns an, welche Bretter wir benötigen und was wir mit dieser Methode zu Hause machen können.

Grundvoraussetzungen für gefertigte Platinen

Wir werden Geräte auf Mikrocontrollern herstellen und dabei moderne Sensoren und Mikroschaltungen verwenden. Mikrochips werden immer kleiner. Demnach müssen folgende Anforderungen an Boards erfüllt sein:

Die Bretter müssen doppelseitig (in der Regel getrennt) sein einseitiges Brett sehr schwierig, vierschichtige Platinen zu Hause herzustellen ist ziemlich schwierig, Mikrocontroller benötigen eine Erdungsschicht zum Schutz vor Störungen)

Die Leiterbahnen sollten eine Dicke von 0,2 mm haben – diese Größe ist völlig ausreichend – 0,1 mm wären sogar noch besser – es besteht jedoch die Möglichkeit, dass die Leiterbahnen beim Löten verätzen und sich lösen

Die Abstände zwischen den Leiterbahnen betragen 0,2 mm – das reicht für fast alle Schaltungen. Die Reduzierung des Spalts auf 0,1 mm ist mit der Verschmelzung von Leiterbahnen und der Schwierigkeit verbunden, die Platine auf Kurzschlüsse zu überwachen.

Wir werden keine Schutzmasken verwenden und auch keinen Siebdruck durchführen – dies würde die Produktion erschweren, und wenn Sie das Board selbst herstellen, ist dies nicht erforderlich. Auch hier gibt es viele Informationen zu diesem Thema im Internet, und wenn Sie möchten, können Sie den „Marathon“ auch selbst absolvieren.

Wir werden die Platinen nicht verzinnen, das ist auch nicht notwendig (es sei denn, Sie stellen ein Gerät für 100 Jahre her). Zum Schutz verwenden wir Lack. Unser Hauptziel ist es, schnell, effizient und kostengünstig eine Platine für das Gerät zu Hause herzustellen.

So sieht das fertige Brett aus. hergestellt nach unserer Methode - Spuren 0,25 und 0,3, Abstände 0,2

Wie man aus zwei einseitigen Brettern ein doppelseitiges Brett macht

Eine der Herausforderungen bei der Herstellung doppelseitiger Platinen besteht darin, die Seiten so auszurichten, dass die Durchkontaktierungen ausgerichtet sind. Üblicherweise wird hierfür ein „Sandwich“ hergestellt. Es werden zwei Seiten gleichzeitig auf ein Blatt Papier gedruckt. Das Blatt wird in der Mitte gefaltet und die Seiten werden mithilfe spezieller Markierungen genau ausgerichtet. Im Inneren wird doppelseitiger Textolit platziert. Bei der LUT-Methode wird ein solches Sandwich gebügelt und man erhält ein doppelseitiges Brett.

Bei der Kalttonerübertragungsmethode erfolgt die Übertragung selbst jedoch mithilfe einer Flüssigkeit. Daher ist es sehr schwierig, den Prozess der Benetzung einer Seite gleichzeitig mit der anderen Seite zu organisieren. Dies ist natürlich auch möglich, jedoch mit Hilfe eines speziellen Geräts – einer Minipresse (Schraubstock). Es werden dicke Blätter Papier genommen, die die Flüssigkeit aufsaugen, um den Toner zu übertragen. Die Platten werden benetzt, so dass die Flüssigkeit nicht tropft und die Platte ihre Form behält. Und dann wird ein „Sandwich“ gemacht – ein angefeuchtetes Blatt, ein Blatt Toilettenpapier zum Aufsaugen überschüssige Flüssigkeit, Blatt mit Bild, doppelseitiges Brett, Blatt mit Bild, Blatt Toilettenpapier, wieder ein angefeuchtetes Blatt. All dies wird vertikal in einen Schraubstock eingespannt. Aber das machen wir nicht, wir machen es einfacher.

In Foren zur Platinenherstellung kam eine sehr gute Idee auf: Was für ein Problem es ist, eine doppelseitige Platine herzustellen – nehmen Sie ein Messer und schneiden Sie die Leiterplatte in zwei Hälften. Da es sich bei Glasfaser um ein Schichtmaterial handelt, ist dies mit etwas Geschick nicht schwer zu bewerkstelligen:

Als Ergebnis erhalten wir aus einer doppelseitigen Platte mit einer Dicke von 1,5 mm zwei einseitige Hälften.

Als nächstes fertigen wir zwei Bretter, bohren sie und fertig – sie sind perfekt ausgerichtet. Da es nicht immer möglich war, die Leiterplatte gleichmäßig zuzuschneiden, kam man am Ende auf die Idee, eine dünne einseitige Leiterplatte mit einer Dicke von 0,8 mm zu verwenden. Die beiden Hälften müssen dann nicht mehr zusammengeklebt werden; sie werden durch angelötete Brücken in den Durchkontaktierungen, Knöpfen und Anschlüssen an Ort und Stelle gehalten. Bei Bedarf können Sie es aber problemlos mit Epoxidkleber verkleben.

Die Hauptvorteile dieser Wanderung:

Textolith mit einer Dicke von 0,8 mm lässt sich leicht mit einer Papierschere schneiden! In jeder Form, das heißt, es lässt sich sehr einfach auf den Körper zuschneiden.

Dünne Leiterplatte – transparent – ​​durch Anstrahlen einer Taschenlampe von unten können Sie leicht die Richtigkeit aller Leiterbahnen, Kurzschlüsse und Unterbrechungen überprüfen.

Das Löten einer Seite ist einfacher – die Komponenten auf der anderen Seite stören nicht und Sie können das Löten der Mikroschaltungsstifte leicht kontrollieren – Sie können die Seiten ganz am Ende verbinden

Sie müssen doppelt so viele Löcher bohren und die Löcher können leicht voneinander abweichen

Die Steifigkeit der Struktur geht leicht verloren, wenn Sie die Bretter nicht zusammenkleben, aber das Kleben ist nicht sehr praktisch

Einseitiges Glasfaserlaminat mit einer Dicke von 0,8 mm ist schwer zu kaufen; die meisten Leute verkaufen 1,5 mm, aber wenn Sie es nicht bekommen können, können Sie dickeres Textolith mit einem Messer schneiden.

Kommen wir zu den Details.

notwendige Werkzeuge und Chemie

Wir benötigen folgende Zutaten:

Nun, da wir das alles haben, gehen wir es Schritt für Schritt an.

1. Anordnung der Plattenschichten auf einem Blatt Papier zum Drucken mit InkScape

Automatischer Spannzangensatz:

Wir empfehlen die erste Option – sie ist günstiger. Als nächstes müssen Sie Drähte und einen Schalter (vorzugsweise einen Knopf) an den Motor anlöten. Es ist besser, den Knopf am Gehäuse zu platzieren, um das schnelle Ein- und Ausschalten des Motors zu erleichtern. Sie müssen nur noch ein Netzteil auswählen, Sie können jedes Netzteil mit 7-12V Strom 1A (weniger ist möglich) nehmen, wenn kein solches Netzteil vorhanden ist, dann kann USB-Laden mit 1-2A oder ein Krona-Akku geeignet sein (Sie müssen es einfach ausprobieren – nicht jeder mag Lademotoren, der Motor startet möglicherweise nicht).

Der Bohrer ist fertig, Sie können bohren. Sie müssen jedoch nur streng im 90-Grad-Winkel bohren. Sie können eine Mini-Maschine bauen – im Internet gibt es verschiedene Schemata:

Aber es gibt eine einfachere Lösung.

Bohrlehre

Um genau im 90-Grad-Winkel zu bohren, reicht es aus, eine Bohrlehre anzufertigen. Wir werden so etwas machen:

Es ist sehr einfach zu machen. Nehmen Sie ein Quadrat aus beliebigem Kunststoff. Wir stellen unsere Bohrmaschine auf einen Tisch oder eine andere ebene Fläche. Und bohren Sie mit dem benötigten Bohrer ein Loch in den Kunststoff. Es ist wichtig, auf eine gleichmäßige horizontale Bewegung des Bohrers zu achten. Sie können den Motor an die Wand oder Schiene und auch an den Kunststoff lehnen. Als nächstes bohren Sie mit einem großen Bohrer ein Loch für die Spannzange. Bohren oder schneiden Sie von der Rückseite ein Stück Kunststoff ab, sodass der Bohrer sichtbar ist. Sie können eine rutschfeste Oberfläche auf die Unterseite kleben – Papier oder Gummiband. Für jeden Bohrer muss eine solche Vorrichtung angefertigt werden. Dadurch wird ein absolut präzises Bohren gewährleistet!

Diese Option ist auch geeignet: Schneiden Sie oben einen Teil des Kunststoffs ab und schneiden Sie unten eine Ecke ab.

So bohren Sie damit:

Wir spannen den Bohrer so ein, dass er 2-3 mm herausragt volles Eintauchen Spannzangen. Wir platzieren den Bohrer an der Stelle, an der wir bohren müssen (beim Ätzen der Platine werden wir eine Markierung in Form eines Minilochs im Kupfer haben, an der gebohrt werden soll – in Kicad haben wir dafür speziell ein Häkchen gesetzt, damit das (Bohrer steht von alleine da), Bohrlehre drücken und Motor einschalten - fertig ist das Bohren. Zur Beleuchtung können Sie eine Taschenlampe verwenden, indem Sie diese auf den Tisch stellen.

Wie wir bereits geschrieben haben, können Sie Löcher nur auf einer Seite bohren – dort, wo die Schienen passen – die zweite Hälfte kann ohne Bohrlehre entlang des ersten Führungslochs gebohrt werden. Das spart ein wenig Aufwand.

8. Verzinnen des Bretts

Warum die Platinen verzinnen – hauptsächlich um Kupfer vor Korrosion zu schützen? Der Hauptnachteil der Verzinnung ist die Überhitzung der Platine und eine mögliche Beschädigung der Leiterbahnen. Wenn Sie keine Lötstation haben, verzinnen Sie die Platine auf keinen Fall! Wenn ja, ist das Risiko minimal.

Man kann ein Brett mit ROSE-Legierung in kochendem Wasser verzinnen, aber es ist teuer und schwer zu bekommen. Es ist besser, mit gewöhnlichem Lot zu verzinnen. Dies mit hoher Qualität zu tun, sehr dünne Schicht Sie müssen ein einfaches Gerät herstellen. Wir nehmen ein Stück Geflecht zum Löten von Teilen und legen es auf die Spitze, schrauben es mit Draht an die Spitze, damit es sich nicht löst:

Wir bedecken die Platine mit Flussmittel – zum Beispiel LTI120 und auch das Geflecht. Jetzt geben wir Zinn in das Geflecht und bewegen es über das Brett (bemalen) – wir erhalten ein hervorragendes Ergebnis. Aber wenn Sie das Geflecht verwenden, löst es sich und Kupferflusen bleiben auf der Platine zurück – diese müssen entfernt werden, sonst kommt es zu einem Kurzschluss! Sie können dies sehr leicht erkennen, indem Sie mit einer Taschenlampe auf die Rückseite der Tafel leuchten. Bei dieser Methode empfiehlt es sich, entweder einen leistungsstarken Lötkolben (60 Watt) oder ROSE-Legierung zu verwenden.

Daher ist es besser, die Bretter nicht zu verzinnen, sondern ganz zum Schluss zu lackieren – zum Beispiel mit PLASTIC 70 oder einfachem Acryllack, gekauft bei Autoteile KU-9004:

Feinabstimmung der Tonerübertragungsmethode

Es gibt zwei Punkte in der Methode, die angepasst werden können und möglicherweise nicht sofort funktionieren. Um sie zu konfigurieren, müssen Sie in Kicad eine Testplatine mit Spuren in einer quadratischen Spirale erstellen verschiedene Stärken, von 0,3 bis 0,1 mm und in unterschiedlichen Abständen, von 0,3 bis 0,1 mm. Es ist besser, mehrere solcher Muster gleichzeitig auf ein Blatt zu drucken und Anpassungen vorzunehmen.

Mögliche Probleme, die wir beheben werden:

1) Raupen können ihre Geometrie verändern – sie breiten sich aus, werden breiter, normalerweise sehr wenig, bis zu 0,1 mm – aber das ist nicht gut

2) Der Toner haftet möglicherweise nicht gut auf der Platine, löst sich beim Entfernen des Papiers oder haftet schlecht auf der Platine

Das erste und das zweite Problem hängen miteinander zusammen. Ich löse das erste, du kommst zum zweiten. Wir müssen einen Kompromiss finden.

Die Spuren können sich aus zwei Gründen ausbreiten: zu viel Druck, zu viel Aceton in der entstehenden Flüssigkeit. Zunächst müssen Sie versuchen, die Belastung zu reduzieren. Die Mindestlast liegt bei ca. 800g, eine Reduzierung darunter lohnt sich nicht. Dementsprechend platzieren wir die Ladung ganz ohne Druck – einfach auflegen und fertig. Es müssen 2-3 Lagen Toilettenpapier vorhanden sein, um eine gute Aufnahme überschüssiger Lösung zu gewährleisten. Sie müssen sicherstellen, dass das Papier nach dem Entfernen des Gewichts weiß ist und keine violetten Flecken aufweist. Solche Flecken weisen auf ein starkes Schmelzen des Toners hin. Wenn Sie es nicht mit einem Gewicht justieren können und die Spuren trotzdem verschwimmen, dann erhöhen Sie den Anteil des Nagellackentferners in der Lösung. Sie können die Menge auf 3 Teile Flüssigkeit und 1 Teil Aceton erhöhen.

Das zweite Problem, wenn keine Verletzung der Geometrie vorliegt, weist auf ein unzureichendes Gewicht der Ladung oder eine geringe Menge Aceton hin. Auch hier lohnt es sich, mit der Ladung zu beginnen. Mehr als 3 kg machen keinen Sinn. Wenn der Toner immer noch nicht gut auf der Platine haftet, müssen Sie die Acetonmenge erhöhen.

Dieses Problem tritt hauptsächlich auf, wenn Sie Ihren Nagellackentferner wechseln. Leider handelt es sich hierbei nicht um ein dauerhaftes bzw. reines Bauteil, ein Austausch gegen ein anderes war jedoch nicht möglich. Ich habe versucht, es durch Alkohol zu ersetzen, aber anscheinend ist die Mischung nicht homogen und der Toner klebt an einigen Stellen. Außerdem kann Nagellackentferner Aceton enthalten, dann wird weniger davon benötigt. Im Allgemeinen müssen Sie eine solche Abstimmung einmal durchführen, bis die Flüssigkeit ausgeht.

Das Brett ist fertig

Wenn Sie die Platine nicht sofort verlöten, muss sie geschützt werden. Der einfachste Weg, dies zu tun, besteht darin, es mit Alkohol-Kolophoniumflussmittel zu beschichten. Vor dem Löten muss diese Beschichtung beispielsweise mit Isopropylalkohol entfernt werden.

Alternative Optionen

Sie können auch eine Tafel erstellen:

Darüber hinaus erfreuen sich maßgeschneiderte Dienstleistungen zur Herstellung von Leiterplatten immer größerer Beliebtheit – beispielsweise Easy EDA. Wenn Sie eine komplexere Platine benötigen (zum Beispiel eine 4-Lagen-Platine), dann ist dies der einzige Ausweg.

Was stellt es dar gedruckt Bretter A?

Gedruckt Bretter A oder Bretter A, ist eine Platte oder Platte, die aus einem oder zwei leitenden Mustern besteht, die sich auf der Oberfläche einer dielektrischen Basis befinden, oder ein System von leitenden Mustern, die sich im Volumen und auf der Oberfläche einer dielektrischen Basis befinden und gemäß einem Schaltplan miteinander verbunden sind für den elektrischen Anschluss u mechanische Befestigung darauf installierte Produkte Elektronische Technologie, Quantenelektronik und elektrische Produkte – passive und aktive elektronische Komponenten.

Am einfachsten gedruckt Bretter Ach ja Bretter A, das auf einer Seite Kupferleiter enthält gedruckt Bretter S und verbindet die Elemente des Leitermusters nur auf einer seiner Oberflächen. Solch Bretter S bekannt als Einzelschicht gedruckt Bretter S oder einseitig gedruckt Bretter S(abgekürzt als AKI).

Heute am beliebtesten in der Produktion und am weitesten verbreitet gedruckt Bretter S, die zwei Schichten enthalten, also auf beiden Seiten ein leitfähiges Muster enthalten Bretter S– doppelseitig (doppellagig) gedruckt Bretter S(abgekürzt DPP). Durchgangsverbindungen werden verwendet, um Leiter zwischen Schichten zu verbinden. Installation metallisierte und Übergangslöcher. Allerdings abhängig von der physikalischen Komplexität des Designs gedruckt Bretter S, wenn die Verkabelung beidseitig erfolgt Bretter wird in der Produktion nicht zu komplex Befehl mehrschichtig erhältlich gedruckt Bretter S(abgekürzt MPP), wobei das Leitermuster nicht nur auf zwei gebildet wird Außenseiten Bretter S, sondern auch in den inneren Schichten des Dielektrikums. Je nach Komplexität mehrschichtig gedruckt Bretter S kann aus 4,6,...24 oder mehr Schichten bestehen.

Für Installation A elektronische Komponenten auf gedruckt Bretter S, ist ein technologischer Vorgang erforderlich - Löten, mit dem eine dauerhafte Verbindung von Teilen aus verschiedenen Metallen durch Einbringen von geschmolzenem Metall hergestellt wird - Lot, das mehr hat niedrige Temperatur schmelzen als die Materialien der zu verbindenden Teile. Die gelöteten Kontakte der Teile sowie das Lot und Flussmittel werden in Kontakt gebracht und einer Erwärmung auf eine Temperatur ausgesetzt, die über dem Schmelzpunkt des Lots, aber unter der Schmelztemperatur der zu lötenden Teile liegt. Dadurch dringt das Lot ein flüssigen Zustand und benetzt die Oberflächen von Teilen. Danach stoppt die Erwärmung und das Lot geht in die feste Phase über und bildet eine Verbindung. Dieser Vorgang kann manuell oder mit Spezialgeräten durchgeführt werden.

Vor dem Löten werden Bauteile aufgelegt gedruckt Bretter e führt Bauteile in Durchgangslöcher Bretter S und werden mit den Kontaktpads und/oder der metallisierten Innenfläche des Lochs – dem sogenannten – verlötet. Technologie Installation A in Löcher (THT Through Hole Technology – Technologie Installation A in Löcher oder mit anderen Worten - Stift Installation oder DIP Installation). Auch die zunehmende Verbreitung, insbesondere in der Massen- und Massenproduktion, erhielt eine fortschrittlichere Oberflächentechnologie Installation A- auch TMP (Technologie) genannt Installation A an die Oberfläche) oder SMT(Surface-Mount-Technologie) oder SMD-Technologie (von Surface-Mount-Device – ein auf einer Oberfläche montiertes Gerät). Der Hauptunterschied zur „traditionellen“ Technologie Installation A Beim Einbohren in Löcher werden die Komponenten auf Kontaktflächen montiert und verlötet, die Teil des Leiterbildes auf der Oberfläche sind gedruckt Bretter S. In der Oberflächentechnik Installation A Typischerweise werden zwei Lötmethoden verwendet: Lotpasten-Reflow-Löten und Wellenlöten. Der Hauptvorteil des Wellenlötverfahrens ist die Möglichkeit, beide oberflächenmontierten Bauteile gleichzeitig zu löten Bretter S, und in die Löcher. Gleichzeitig ist das Wellenlöten das produktivste Lötverfahren, wenn Installation e in die Löcher. Das Reflow-Löten basiert auf der Verwendung eines speziellen technologischen Materials – Lotpaste. Es enthält drei Hauptkomponenten: Lot, Flussmittel (Aktivatoren) und organische Füllstoffe. Löten Paste wird entweder mit einem Spender oder durch Durchspritzen auf die Kontaktflächen aufgetragen Schablone Anschließend werden die elektronischen Bauteile mit den Anschlüssen auf der Lotpaste montiert und anschließend erfolgt der Prozess des Aufschmelzens des in der Lotpaste enthaltenen Lotes in speziellen Öfen durch Erhitzen gedruckt Bretter S mit Komponenten.

Zur Vermeidung und/oder Vorbeugung von Unfällen Kurzschluss Leiter aus verschiedenen Stromkreisen während des Lötprozesses, Hersteller gedruckt Bretter Es wird eine schützende Lötmaske (engl. Solder Mask; auch „brilliant“ genannt) verwendet – eine Schicht aus haltbarem Polymermaterial, die die Leiter vor dem Eindringen von Lot und Flussmittel beim Löten sowie vor Überhitzung schützen soll. Löten Maske deckt Leiter ab und lässt Pads und Flachsteckverbinder frei. Die am häufigsten verwendeten Lötstopplackfarben gedruckt Bretter A x - Grün, dann Rot und Blau. Das sollte man im Hinterkopf behalten Löten Maske schützt nicht Bretter vor Feuchtigkeit während des Betriebs Bretter S Für den Feuchtigkeitsschutz kommen spezielle organische Beschichtungen zum Einsatz.

In den beliebtesten Systemprogrammen computergestütztes Design gedruckt Bretter und elektronische Geräte (abgekürzt CAD - CAM350, P-CAD, Protel DXP, SPECCTRA, OrCAD, Allegro, Expedition PCB, Genesis) gelten in der Regel Regeln für den Lötstopplack. Diese Regeln definieren den Abstand/Rückstand, der zwischen der Kante des Lötpads und der Kante der Lötmaske eingehalten werden muss. Dieses Konzept ist in Abbildung 2(a) dargestellt.

Siebdruck oder Markierung.

Markierung (dt. Siebdruck, Legende) ist ein Prozess, bei dem der Hersteller Informationen über elektronische Komponenten anbringt und der dazu beiträgt, den Montage-, Inspektions- und Reparaturprozess zu erleichtern. Typischerweise werden Markierungen angebracht, um Referenzpunkte sowie die Position, Ausrichtung und Bewertung elektronischer Komponenten anzuzeigen. Es kann auch für jeden Designzweck verwendet werden gedruckt Bretter Geben Sie beispielsweise den Firmennamen und Einrichtungsanweisungen an (dies wird häufig bei alten Motherboards verwendet). Bretter A X persönliche Computer) usw. Die Beschriftung ist beidseitig möglich Bretter S und es wird normalerweise im Siebdruckverfahren (Siebdruck) mit einer speziellen Farbe (mit thermischer oder UV-Härtung) in weißer, gelber oder schwarzer Farbe aufgetragen. Abbildung 2 (b) zeigt die Bezeichnung und den Bereich der Komponenten, dargestellt mit weißen Markierungen.

Struktur von Schichten im CAD

Wie am Anfang dieses Artikels erwähnt, gedruckt Bretter S kann aus mehreren Schichten bestehen. Wann gedruckt Bretter A CAD-Konstruktionen sind oft in der Struktur zu erkennen gedruckt Bretter S mehrere Lagen, die nicht den geforderten Lagen mit Verdrahtung aus leitfähigem Material (Kupfer) entsprechen. Beispielsweise sind die Markierungs- und Lötmaskenschichten nichtleitende Schichten. Das Vorhandensein von leitenden und nicht leitenden Schichten kann zu Verwirrung führen, da Hersteller den Begriff Schicht verwenden, wenn sie nur leitende Schichten meinen. Von nun an verwenden wir den Begriff „Schichten“ ohne „CAD“ nur noch für leitfähige Schichten. Wenn wir den Begriff „CAD-Schichten“ verwenden, meinen wir alle Arten von Schichten, also leitende und nicht leitende Schichten.

Aufbau der Schichten im CAD:

Abbildung 3 zeigt drei verschiedene Strukturen Lagen. orange Farbe hebt die leitenden Schichten in jeder Struktur hervor. Strukturhöhe oder -dicke gedruckt Bretter S kann je nach Verwendungszweck variieren, die am häufigsten verwendete Dicke beträgt jedoch 1,5 mm.

Arten von Gehäusen für elektronische Komponenten

Heutzutage gibt es auf dem Markt eine große Vielfalt an Gehäusetypen für elektronische Komponenten. Typischerweise gibt es mehrere Gehäusetypen für ein passives oder aktives Element. Beispielsweise findet man den gleichen Mikroschaltkreis sowohl in einem QFP-Gehäuse (vom englischen Quad Flat Package – eine Familie von Mikroschaltkreis-Gehäusen mit planaren Pins auf allen vier Seiten) als auch in einem LCC-Gehäuse (vom englischen Leadless Chip Carrier). ein flaches quadratisches Keramikgehäuse mit Kontakten an der Unterseite).

Grundsätzlich gibt es drei große Familien von Elektronikgehäusen:

Kontaktpad gedruckt Bretter S(Englisches Land)

Kontaktpad gedruckt Bretter S- Teil des Leiterbildes gedruckt Bretter S, dient dem elektrischen Anschluss installierter elektronischer Produkte. Kontaktpad gedruckt Bretter S Es handelt sich um Teile des Kupferleiters, die von der Lötmaske freiliegen und an denen die Anschlüsse der Komponenten angelötet werden. Es gibt zwei Arten von Pads – Kontaktpads Installation Löcher für Installation A in Löcher und ebene Pads für die Oberfläche Installation A- SMD-Pads. Manchmal sind SMD-Via-Pads den Via-Pads sehr ähnlich. Installation A in die Löcher.

Abbildung 4 zeigt die Pads für 4 verschiedene elektronische Komponenten. Acht für IC1 bzw. zwei für R1 SMD-Pads sowie drei Pads mit Löchern für Q1- und PW-Elektronikkomponenten.

Kupferleiter

Kupferleiter werden verwendet, um zwei Punkte zu verbinden gedruckt Bretter e – zum Beispiel zum Verbinden zwischen zwei SMD-Pads (Abbildung 5.) oder zum Verbinden eines SMD-Pads mit einem Pad Installation Loch oder um zwei Vias zu verbinden.

Abhängig von den durch sie fließenden Strömen können Leiter unterschiedliche berechnete Breiten haben. Bei hohen Frequenzen ist es außerdem notwendig, die Breite der Leiter und die Lücken zwischen ihnen zu berechnen, da der Widerstand, die Kapazität und die Induktivität des Leitersystems von ihrer Länge, Breite und ihrer relativen Position abhängen.

Durchkontaktierte Durchkontaktierungen gedruckt Bretter S

Wenn Sie eine Komponente verbinden müssen, die sich auf der obersten Ebene befindet gedruckt Bretter S Bei einem Bauteil auf der unteren Schicht werden durchkontaktierte Vias verwendet, die die Elemente des Leiterbilds auf verschiedenen Schichten verbinden gedruckt Bretter S. Diese Löcher ermöglichen den Stromdurchgang gedruckt Bretter u. Abbildung 6 zeigt zwei Drähte, die auf den Pads einer Komponente auf der oberen Schicht beginnen und auf den Pads einer anderen Komponente auf der unteren Schicht enden. Jeder Leiter verfügt über ein eigenes Durchgangsloch, das den Strom von der oberen zur unteren Schicht leitet.

Abbildung 6. Verbindung zweier Mikroschaltungen über Leiter und metallisierte Durchkontaktierungen auf verschiedenen Seiten gedruckt Bretter S

Abbildung 7 zeigt eine detailliertere Ansicht des Querschnitts einer 4-Schicht gedruckt Bretter. Hier kennzeichnen die Farben die folgenden Schichten:

Am Modell gedruckt Bretter S, Abbildung 7 zeigt einen Leiter (rot), der zur oberen leitfähigen Schicht gehört und hindurchgeht Bretter y unter Verwendung einer Durchkontaktierung und setzt dann seinen Weg entlang der unteren Schicht (blau) fort.

Abbildung 7. Durchgehender Leiter von der obersten Schicht gedruckt Bretter y und setzt seinen Weg auf der unteren Ebene fort.

„Blindes“ metallisiertes Loch gedruckt Bretter S

Bei HDI (High Density Interconnect - Hohe Dichte Verbindungen) gedruckt Bretter A x müssen mehr als zwei Schichten verwendet werden, wie in Abbildung 7 dargestellt. Typischerweise bei mehrschichtigen Strukturen gedruckt Bretter S Auf denen viele ICs verbaut sind, werden separate Schichten für Strom und Masse (Vcc oder GND) verwendet, wodurch die äußeren Signalschichten von Stromschienen befreit werden, was die Verlegung von Signalleitungen erleichtert. Es gibt auch Fälle, in denen Signalleiter von der Außenschicht (oben oder unten) auf dem kürzesten Weg verlaufen müssen, um die erforderliche charakteristische Impedanz, die Anforderungen an die galvanische Trennung und schließlich die Anforderungen an die Beständigkeit gegen elektrostatische Entladung zu erfüllen. Für diese Art von Verbindungen blind metallisiertes Loch(Blind via – „taub“ oder „blind“). Dabei handelt es sich um Löcher, die die Außenschicht mit einer oder mehreren Innenschichten verbinden, wodurch die Verbindung auf einer minimalen Höhe gehalten werden kann. Ein Sackloch beginnt auf der Außenschicht und endet auf der Innenschicht, weshalb ihm „blind“ vorangestellt ist.

Um herauszufinden, welches Loch vorhanden ist Bretter e, du kannst sagen gedruckt Bretterüber der Lichtquelle und schauen Sie – wenn Sie sehen, dass Licht von der Quelle durch das Loch kommt, dann ist dies ein Übergangsloch, andernfalls ist es blind.

Blind Vias sind im Design nützlich Bretter S, wenn Ihre Größe begrenzt ist und Sie nicht genügend Platz zum Platzieren von Komponenten und zum Verlegen von Signalkabeln haben. Sie können elektronische Komponenten auf beiden Seiten platzieren und so den Platz für Kabel und andere Komponenten maximieren. Wenn die Übergänge durch Durchgangslöcher und nicht durch blinde Löcher erfolgen, benötigen Sie Folgendes zusätzlicher Platz für Löcher, weil Das Loch nimmt auf beiden Seiten Platz ein. Gleichzeitig können Sacklöcher unter dem Chipkörper angebracht werden – beispielsweise für große und komplexe Verkabelungen BGA Komponenten.

Abbildung 8 zeigt drei Löcher, die Teil einer Vierschicht sind gedruckt Bretter S. Wenn wir von links nach rechts schauen, sehen wir als erstes ein durchgehendes Loch durch alle Schichten. Das zweite Loch beginnt an der obersten Schicht und endet an der zweiten inneren Schicht – dem Blind Via L1-L2. Schließlich beginnt das dritte Loch in der unteren Schicht und endet in der dritten Schicht, wir sagen also, dass es sich um eine blinde Verbindung über L3-L4 handelt.

Der Hauptnachteil dieses Lochtyps ist der höhere Herstellungsaufwand gedruckt Bretter S mit Sacklöchern im Vergleich zu alternativen Durchgangslöchern.

Versteckte Durchkontaktierungen

Englisch Vergraben über – „versteckt“, „vergraben“, „eingebaut“. Diese Vias ähneln Blind Vias, beginnen und enden jedoch auf den inneren Schichten. Wenn wir Abbildung 9 von links nach rechts betrachten, können wir sehen, dass das erste Loch durch alle Schichten geht. Das zweite ist ein blindes Via L1-L2 und das letzte ist ein verstecktes Via L2-L3, das auf der zweiten Ebene beginnt und auf der dritten Ebene endet.

Abbildung 9. Vergleich von Via Via, Sackloch und vergrabenem Loch.

Fertigungstechnologie für Blind- und Hidden Vias

Die Technologie zur Herstellung solcher Löcher kann je nach vom Entwickler festgelegtem Design und je nach Möglichkeiten unterschiedlich sein Fabrik ein Hersteller. Wir werden zwei Haupttypen unterscheiden:

Das Loch wird in ein doppelseitiges Werkstück gebohrt DPP, metallisiert, geätzt und dann dieses Werkstück, im Wesentlichen eine fertige Zweischicht gedruckt Bretter A, als Teil einer mehrschichtigen Vorform durch Prepreg gepresst gedruckt Bretter S. Wenn dieses Leerzeichen oben auf dem „Kuchen“ liegt MPP, dann bekommen wir Sacklöcher, wenn in der Mitte, dann bekommen wir versteckte Durchkontaktierungen.

1. In ein komprimiertes Werkstück wird ein Loch gebohrt MPP, wird die Bohrtiefe so gesteuert, dass sie genau auf die Pads der inneren Schichten trifft, und dann erfolgt die Metallisierung des Lochs. Dadurch entstehen nur Sacklöcher.

In komplexen Strukturen MPP Kombinationen der oben genannten Locharten können verwendet werden – Abbildung 10.

Abbildung 10. Beispiel einer typischen Kombination von Via-Typen.

Beachten Sie, dass die Verwendung von Sacklöchern manchmal zu einer Reduzierung der Gesamtkosten des Projekts führen kann, da die Gesamtzahl der Schichten eingespart wird, die Rückverfolgbarkeit verbessert und die Größe reduziert wird gedruckt Bretter S sowie die Möglichkeit, Komponenten mit feineren Teilungen einzusetzen. Allerdings in jedem konkreter Fall Die Entscheidung für deren Einsatz sollte individuell und vernünftig getroffen werden. Allerdings sollte man die Komplexität und Vielfalt der Arten von Sacklöchern und verdeckten Löchern nicht überbewerten. Die Erfahrung zeigt, dass es bei der Wahl zwischen dem Hinzufügen einer anderen Art von Sackloch zu einem Design oder dem Hinzufügen eines weiteren Schichtenpaars besser ist, mehrere Schichten hinzuzufügen. Auf jeden Fall das Design MPP muss so konzipiert werden, dass genau berücksichtigt wird, wie es in der Produktion umgesetzt wird.

Metallschutzbeschichtungen abschließen

Das Richtige und Zuverlässige bekommen Lötverbindungen in elektronischen Geräten hängt von vielen Design- und Technologiefaktoren ab, einschließlich der richtigen Lötbarkeit der verbundenen Elemente, wie z. B. Komponenten und gedruckt Dirigenten. Zur Erhaltung der Lötbarkeit gedruckt Bretter Vor Installation A elektronische Komponenten, wodurch die Ebenheit der Beschichtung gewährleistet und zuverlässig ist Installation A Bei Lötstellen muss die Kupferoberfläche der Pads geschützt werden gedruckt Bretter S vor Oxidation, die sogenannte abschließende Metallschutzschicht.

Beim Betrachten anders gedruckt Bretter S Sie können feststellen, dass die Kontaktpads fast nie eine Kupferfarbe haben, sondern oft und meistens sind sie silbern, glänzend gold oder mattgrau. Diese Farben bestimmen die Art der Endbearbeitung von Metallschutzbeschichtungen.

Die gebräuchlichste Methode zum Schutz gelöteter Oberflächen gedruckt Bretter ist die Beschichtung von Kupferkontaktpads mit einer Schicht aus einer Silber-Zinn-Blei-Legierung (POS-63) – HASL. Die meisten hergestellt gedruckt Bretter durch die HASL-Methode geschützt. Heißverzinnung HASL – Heißverzinnungsverfahren Bretter S, durch Eintauchen für eine begrenzte Zeit in ein Bad aus geschmolzenem Lot und schnelles Entfernen durch Einblasen eines Heißluftstroms, Entfernen von überschüssigem Lot und Einebnen der Beschichtung. Diese Beschichtung dominiert für mehrere den letzten Jahren, trotz seiner schwerwiegenden technischen Einschränkungen. Plat S Die auf diese Weise hergestellten Lötkolben sind zwar über die gesamte Lagerzeit gut lötbar, für manche Anwendungen jedoch ungeeignet. Hochintegrierte Elemente, die in verwendet werden SMT Technologien Installation A erfordern eine ideale Ebenheit (Ebenheit) der Kontaktpads gedruckt Bretter. Herkömmliche HASL-Beschichtungen erfüllen nicht die Ebenheitsanforderungen.

Es werden Beschichtungstechnologien angewendet, die den Anforderungen an die Ebenheit genügen chemische Methoden Beschichtungen:

Immersionsvergoldung (Electroless Nickel / Immersion Gold – ENIG), bei der es sich um einen dünnen Goldfilm handelt, der über einer Nickelunterschicht aufgetragen wird. Die Funktion von Gold besteht darin, für eine gute Lötbarkeit zu sorgen und Nickel vor Oxidation zu schützen, und Nickel selbst dient als Barriere, die die gegenseitige Diffusion von Gold und Kupfer verhindert. Diese Beschichtung gewährleistet eine hervorragende Planarität der Kontaktpads ohne Beschädigung gedruckt Bretter, gewährleistet eine ausreichende Festigkeit von Lötverbindungen, die mit Loten auf Zinnbasis hergestellt werden. Ihr Hauptnachteil sind die hohen Produktionskosten.

Immersion Tin (ISn) – graue, matte chemische Beschichtung, die eine hohe Ebenheit bietet gedruckt Websites Bretter S und kompatibel mit allen Lötmethoden als ENIG. Der Prozess des Aufbringens von Immersionszinn ähnelt dem Prozess des Aufbringens von Immersionsgold. Eintauchzinn sorgt für eine gute Lötbarkeit Langzeitlagerung, was durch die Einführung einer metallorganischen Unterschicht als Barriere zwischen dem Kupfer der Kontaktpads und dem Zinn selbst gewährleistet wird. Jedoch, Bretter S, mit Tauchzinn überzogen, erfordern eine sorgfältige Handhabung und sollten vakuumverpackt in trockenen Lagerschränken gelagert werden Bretter S mit dieser Beschichtung sind nicht für die Herstellung von Tastaturen/Touchpanels geeignet.

Beim Betrieb von Computern und Geräten mit Flachsteckern kommt es im Betrieb zu Reibungen an den Kontakten der Flachstecker. Bretter S Daher werden die Endkontakte mit einer dickeren und steiferen Goldschicht galvanisiert. Galvanische Vergoldung von Messeranschlüssen (Gold Fingers) - Beschichtung der Ni/Au-Familie, Schichtdicke: 5 -6 Ni; 1,5 – 3 µm Au. Die Beschichtung wird durch elektrochemische Abscheidung (Galvanik) aufgebracht und kommt vor allem auf Endkontakten und Lamellen zum Einsatz. Die dicke Goldbeschichtung weist eine hohe mechanische Festigkeit, Abriebfestigkeit und Beständigkeit gegen schädliche Umwelteinflüsse auf. Unverzichtbar dort, wo es auf einen zuverlässigen und dauerhaften elektrischen Kontakt ankommt.

Leiterplatte

Eine Leiterplatte mit darauf montierten elektronischen Bauteilen.

Flexible Leiterplatte mit eingebauten Volumen- und Oberflächenmontageteilen.

Platinenzeichnung im CAD-Programm und fertige Platine

Gerät

Die Basis von Leiterplatten kann auch eine mit einem Dielektrikum (z. B. eloxiertes Aluminium) beschichtete Metallbasis sein; auf das Dielektrikum wird eine Kupferfolie der Leiterbahnen aufgebracht. Solche Leiterplatten werden in der Leistungselektronik zur effizienten Wärmeabfuhr von elektronischen Bauteilen eingesetzt. In diesem Fall wird der Metallsockel der Platine am Kühler befestigt.

Das verwendete Material für Leiterplatten, die im Mikrowellenbereich und bei Temperaturen bis 260 °C betrieben werden, ist Fluorkunststoff, glasfaserverstärkt (z. B. FAF-4D) und Keramik.

• GOST 2.123-93 Einheitliches System der Konstruktionsdokumentation. Vollständigkeit der Designdokumentation für Leiterplatten im computergestützten Design.
• GOST 2.417-91 Einheitliches System der Konstruktionsdokumentation. Leiterplatten. Regeln für die Ausführung von Zeichnungen.

Weitere PCB-Standards:

• GOST R 53386-2009 Leiterplatten. Begriffe und Definitionen.
• GOST R 53429-2009 Leiterplatten. Grundlegende Designparameter. Dieses GOST spezifiziert die Genauigkeitsklassen von Leiterplatten und die entsprechenden geometrischen Parameter.

Typischer Prozess

Schauen wir uns einen typischen Prozess zur Entwicklung einer Platine aus einem vorgefertigten Schaltplan an:

• Übersetzung eines Schaltplans in eine CAD-Datenbank für das PCB-Layout. Die Zeichnungen jeder Komponente, die Position und der Zweck der Stifte usw. werden im Voraus festgelegt. In der Regel werden vorgefertigte Komponentenbibliotheken verwendet, die von CAD-Entwicklern bereitgestellt werden.
• Informieren Sie sich beim zukünftigen Hersteller der Leiterplatte über deren technologische Möglichkeiten (verfügbare Materialien, Anzahl der Lagen, Genauigkeitsklasse, zulässige Lochdurchmesser, Möglichkeit von Beschichtungen etc.).
• Festlegung des Designs der Leiterplatte (Abmessungen, Montagepunkte, zulässige Bauhöhen).
  • Zeichnen Sie die Abmessungen (Kanten) der Platine, Ausschnitte und Löcher sowie Bereiche ein, in denen die Platzierung von Bauteilen verboten ist.
  • Lage der strukturell zusammenhängenden Teile: Anschlüsse, Anzeigen, Tasten usw.
  • Auswahl des Plattenmaterials, der Anzahl der Metallisierungsschichten, der Materialstärke und der Folienstärke (am häufigsten wird 1,5 mm dickes Fiberglas mit einer 18 oder 35 Mikrometer dicken Folie verwendet).
• Führen Sie eine automatische oder manuelle Komponentenplatzierung durch. Normalerweise versuchen sie, Komponenten auf einer Seite der Platine zu platzieren, da die Montage von Teilen auf beiden Seiten in der Herstellung deutlich teurer ist.
• Starten Sie den Tracer. Ist das Ergebnis unbefriedigend, werden die Bauteile neu positioniert. Diese beiden Schritte werden oft Dutzende oder Hunderte Male hintereinander durchgeführt. In einigen Fällen ist die Leiterplattenverfolgung (Routing) erforderlich Spuren) wird ganz oder teilweise von Hand hergestellt.
• Überprüfung der Platine auf Fehler ( DRC, Design Rules Check): Prüfung auf Lücken, Kurzschlüsse, überlappende Bauteile usw.
• Exportieren Sie die Datei in ein vom Leiterplattenhersteller akzeptiertes Format, z. B. Gerber.
• Erstellung eines Begleitzettels, der in der Regel die Art des Folienmaterials, Bohrdurchmesser aller Arten von Löchern, Art der Durchkontaktierungen (mit Lack verschlossen oder offen, verzinnt), Bereiche galvanischer Beschichtungen und deren Art, Farbe der Lötstoppmaske angibt , die Notwendigkeit einer Markierung, die Art der Plattentrennung (Fräsen oder Anreißen) usw.

Herstellung

PP kann mit additiven oder subtraktiven Verfahren hergestellt werden. Bei der additiven Methode wird auf einem folienfreien Material durch chemische Kupferplattierung durch eine zuvor auf das Material aufgebrachte Beschichtung ein leitfähiges Muster gebildet. Schutzmaske. Bei der subtraktiven Methode wird ein leitfähiges Muster auf dem Folienmaterial gebildet, indem unnötige Abschnitte der Folie entfernt werden. In der modernen Industrie wird ausschließlich die subtraktive Methode verwendet.

Der gesamte Prozess der Leiterplattenherstellung lässt sich in vier Phasen unterteilen:

• Herstellung von Zuschnitten (Folienmaterial).
• Bearbeiten des Werkstücks, um das gewünschte elektrische und mechanische Aussehen zu erhalten.
• Einbau von Komponenten.
• Testen.

Bei der Herstellung von Leiterplatten geht es oft nur um die Bearbeitung des Werkstücks (Folienmaterial). Ein typischer Prozess zur Verarbeitung von Folienmaterial besteht aus mehreren Schritten: Bohren von Durchkontaktierungen, Erstellen eines Leitermusters durch Entfernen überschüssiger Kupferfolie, Plattieren der Löcher, Aufbringen von Schutzschichten und Verzinnen sowie Anbringen von Markierungen. Bei mehrschichtigen Leiterplatten kommt noch das Pressen der endgültigen Platine aus mehreren Rohlingen hinzu.

Herstellung von Folienmaterial

Folienmaterial ist eine flache Schicht aus Dielektrikum, auf die Kupferfolie geklebt ist. Als Dielektrikum wird in der Regel Glasfaser verwendet. In alten oder sehr billigen Geräten wird Textolith auf Stoff- oder Papierbasis verwendet, manchmal auch Getinax genannt. Mikrowellengeräte verwenden fluorhaltige Polymere (Fluorkunststoffe). Die Dicke des Dielektrikums richtet sich nach der erforderlichen mechanischen und elektrischen Festigkeit; die gebräuchlichste Dicke beträgt 1,5 mm.

Auf das Dielektrikum wird ein- oder beidseitig eine durchgehende Kupferfolie aufgeklebt. Die Dicke der Folie wird durch die Ströme bestimmt, für die die Platine ausgelegt ist. Die am häufigsten verwendeten Folien sind 18 und 35 Mikrometer dick. Diese Werte basieren auf Standardkupferdicken in importierten Materialien, wobei die Dicke der Kupferfolienschicht in Unzen (oz) pro Quadratfuß berechnet wird. 18 Mikrometer entsprechen ½ Unze und 35 Mikrometer entsprechen 1 Unze.

Aluminium-Leiterplatten

Eine eigene Materialgruppe sind Aluminium-Metall-Leiterplatten. Sie lassen sich in zwei Gruppen einteilen.

Die erste Gruppe sind Lösungen in Form eines Aluminiumblechs mit hochwertiger oxidierter Oberfläche, auf das Kupferfolie aufgeklebt ist. Da solche Platten nicht gebohrt werden können, werden sie meist nur einseitig gefertigt. Die Verarbeitung solcher Folienmaterialien erfolgt mittels traditioneller chemischer Drucktechnologien.

Die zweite Gruppe besteht darin, ein leitfähiges Muster direkt in der Aluminiumbasis zu erzeugen. Zu diesem Zweck wird das Aluminiumblech nicht nur an der Oberfläche, sondern in der gesamten Tiefe der Basis entsprechend dem durch die Fotomaske vorgegebenen Muster der leitenden Bereiche oxidiert.

Werkstückbearbeitung

Erhalten eines Drahtmusters

Bei der Herstellung von Leiterplatten werden chemische, elektrolytische oder mechanische Verfahren zur Reproduktion des erforderlichen Leiterbildes sowie deren Kombinationen eingesetzt.

Chemische Methode

Das chemische Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten aus fertigem Folienmaterial besteht aus zwei Hauptschritten: Aufbringen einer Schutzschicht auf die Folie und Ätzen ungeschützter Bereiche durch chemische Verfahren.

In der Industrie wird die Schutzschicht fotolithografisch unter Verwendung eines ultraviolettempfindlichen Fotolacks, einer Fotomaske und einer Quelle aufgebracht ultraviolettes Licht. Die Kupferfolie wird vollständig mit Fotolack bedeckt, anschließend wird das Leiterbahnmuster der Fotomaske durch Beleuchtung auf den Fotolack übertragen. Der belichtete Fotolack wird abgewaschen, wodurch die Kupferfolie zum Ätzen freigelegt wird; der unbelichtete Fotolack wird auf der Folie fixiert und schützt sie so vor dem Ätzen.

Fotolack kann flüssig oder filmisch sein. Flüssiger Fotolack wird unter industriellen Bedingungen aufgetragen, da er empfindlich auf Nichteinhaltung der Anwendungstechnologie reagiert. Filmfotolack ist für handgefertigte Leiterplatten beliebt, aber teurer. Die Fotomaske ist ein UV-transparentes Material mit einem aufgedruckten Bahnmuster. Nach der Belichtung wird der Fotolack wie in einem herkömmlichen fotochemischen Prozess entwickelt und fixiert.

IN Amateurbedingungen Eine Schutzschicht in Form von Lack oder Farbe kann im Siebdruckverfahren oder manuell aufgetragen werden. Um eine Ätzmaske auf Folie zu bilden, nutzen Funkamateure die Tonerübertragung von einem auf einem Laserdrucker gedruckten Bild („Laser-Eisen-Technologie“).

Unter Folienätzen versteht man den chemischen Prozess der Umwandlung von Kupfer in lösliche Verbindungen. Ungeschützte Folie wird am häufigsten in einer Lösung aus Eisenchlorid oder in einer Lösung anderer Chemikalien wie Kupfersulfat, Ammoniumpersulfat, Ammoniak-Kupferchlorid, Ammoniak-Kupfersulfat, Chlorit- oder Chromsäureanhydrid-Basis geätzt. Bei Verwendung von Eisenchlorid läuft der Ätzprozess der Platine wie folgt ab: FeCl 3 +Cu → FeCl 2 +CuCl. Die typische Lösungskonzentration beträgt 400 g/l, die Temperatur bis zu 35 °C. Bei der Verwendung von Ammoniumpersulfat läuft der Ätzprozess der Platine wie folgt ab: (NH 4) 2 S 2 O 8 +Cu → (NH 4) 2 SO 4 +CuSO 4.

Nach dem Ätzen wird das Schutzmuster von der Folie abgewaschen.

Mechanische Methode

Die mechanische Herstellungsmethode beinhaltet den Einsatz von Fräs- und Graviermaschinen oder anderen Werkzeugen für mechanische Entfernung Folienschicht aus bestimmten Bereichen.

Laser-Gravur

Bis vor Kurzem war die Lasergravur von Leiterplatten aufgrund der guten Reflexionseigenschaften von Kupfer bei der Wellenlänge der gängigsten Hochleistungs-Gas-CO-Laser nicht weit verbreitet. Aufgrund der Fortschritte auf dem Gebiet der Lasertechnologie, Industrieanlagen Laserbasiertes Prototyping.

Metallisierung von Löchern

Übergangs- und Befestigungslöcher können gebohrt, mechanisch gestanzt (in weiche Materialien Getinax-Typ) oder Laser (sehr dünne Vias). Die Metallisierung von Löchern erfolgt üblicherweise chemisch oder mechanisch.

Die mechanische Metallisierung von Löchern erfolgt mit speziellen Nieten, Lötdrähten oder durch Verfüllen des Lochs mit leitfähigem Kleber. Die mechanische Methode ist teuer in der Herstellung und wird daher äußerst selten eingesetzt, meist bei hochzuverlässigen einteiligen Lösungen, speziellen Hochstromgeräten oder Amateurfunkbedingungen.

Bei der chemischen Metallisierung werden zunächst Löcher in einen Folienzuschnitt gebohrt, dann metallisiert und erst dann die Folie geätzt, um ein Druckmuster zu erhalten. Die chemische Metallisierung von Löchern ist ein mehrstufiger komplexer Prozess, der von der Qualität der Reagenzien und der Einhaltung der Technologie abhängt. Daher wird es unter Amateurfunkbedingungen praktisch nicht verwendet. Vereinfacht ausgedrückt besteht es aus folgenden Schritten:

• Aufbringen der Lochwände eines leitfähigen Substrats auf das Dielektrikum. Dieses Substrat ist sehr dünn und zerbrechlich. Wird durch chemische Metallabscheidung aus instabilen Verbindungen wie Palladiumchlorid aufgebracht.
• Auf der resultierenden Basis wird eine elektrolytische oder chemische Abscheidung von Kupfer durchgeführt.
• Am Ende des Produktionszyklus wird das eher lose abgelagerte Kupfer entweder durch Heißverzinnung geschützt oder das Loch wird mit Lack (Lötmaske) geschützt. Zu den häufigsten gehören unbestückte Vias von geringer Qualität häufige Gründe Ausfall elektronischer Geräte.

Pressen von Mehrschichtplatten

Mehrschichtplatinen (mit mehr als 2 Metallisierungsschichten) werden aus einem Stapel dünner zwei- oder einschichtiger Leiterplatten zusammengesetzt, die auf herkömmliche Weise hergestellt werden (mit Ausnahme der äußeren Schichten der Verpackung, bei denen die Folie noch intakt bleibt). ). Sie werden im „Sandwich“ mit speziellen Dichtungen (Prepregs) zusammengebaut. Anschließend erfolgt das Pressen im Ofen, das Bohren und die Metallisierung der Durchkontaktierungen. Zuletzt wird die Folie der Außenschichten geätzt.

Durchkontaktierungen in solchen Platten können auch vor dem Verpressen vorgenommen werden. Wenn die Löcher vor dem Pressen hergestellt werden, ist es möglich, Platten mit sogenannten Sacklöchern (wenn nur in einer Schicht des Sandwichs ein Loch vorhanden ist) zu erhalten, was eine Verdichtung des Layouts ermöglicht.

Beschichtung

Mögliche Beschichtungen sind:

• Schutz- und Dekorlackbeschichtungen („Lötmaske“). Hat normalerweise eine charakteristische grüne Farbe.
• Verzinnen. Schützt die Kupferoberfläche, erhöht die Dicke des Leiters und erleichtert die Installation von Komponenten. Wird normalerweise durch Eintauchen in ein Lotbad oder eine Lotwelle durchgeführt.
• Galvanisieren von Folien mit inerten Metallen (Vergolden, Palladisieren) und Leitlacken zur Verbesserung der Kontakteigenschaften von Steckverbindern und Folientastaturen.
• Dekorations- und Informationsbeläge (Beschriftung). Wird normalerweise im Siebdruckverfahren aufgetragen, seltener im Tintenstrahl- oder Laserdruckverfahren.

Mechanische Restaurierung

Oftmals werden viele einzelne Platinen auf einer Werkstückplatte platziert. Sie durchlaufen den gesamten Prozess der Verarbeitung des Folienzuschnitts als eine Platte und werden erst am Ende für die Vereinzelung vorbereitet. Wenn die Bretter rechteckig sind, werden nicht durchgehende Nuten gefräst, die das spätere Brechen der Bretter (scribing, aus dem Englischen) erleichtern. Schreiber Kratzen). Wenn die Bretter eine komplexe Form haben, erfolgt das Durchfräsen, wobei schmale Brücken übrig bleiben, damit die Bretter nicht bröckeln. Bei Platinen ohne Metallisierung werden manchmal anstelle des Fräsens eine Reihe von Löchern mit kleinen Abständen gebohrt. In dieser Phase erfolgt auch das Bohren von Befestigungslöchern (nicht metallisiert).

Siehe auch: GOST 23665-79 Leiterplatten. Konturbearbeitung. Anforderungen an technologische Standardprozesse.

Gemäß dem technischen Standardprozess erfolgt die Trennung der Platinen vom Werkstück nach dem Einbau der Komponenten.

Einbau von Komponenten

Löten ist die primäre Methode zur Montage von Bauteilen auf Leiterplatten. Das Löten kann entweder manuell mit einem Lötkolben oder mit speziell entwickelten spezifischen Technologien erfolgen.

Wellenlöten

Die Hauptmethode des automatisierten Gruppenlötens für Bleikomponenten. Mithilfe mechanischer Aktivatoren wird eine lange Welle aus geschmolzenem Lot erzeugt. Das Brett wird so über die Welle geführt, dass die Welle die Unterseite des Brettes kaum berührt. Dabei werden die Anschlüsse vorinstallierter Bleibauteile durch eine Welle benetzt und mit der Platine verlötet. Das Flussmittel wird mit einem Schwammstempel auf die Platte aufgetragen.

Löten in Öfen

Die Hauptmethode des Gruppenlötens planarer Bauteile. Durch eine Schablone wird eine spezielle Lotpaste (Lötpulver in pastösem Flussmittel) auf die Kontaktflächen der Leiterplatte aufgetragen. Anschließend werden die flächigen Bauteile montiert. Die Platine mit den installierten Bauteilen wird dann in einen speziellen Ofen geführt, wo das Flussmittel der Lotpaste aktiviert wird und das Lotpulver schmilzt und das Bauteil verlötet.

Wenn eine solche Installation von Komponenten auf beiden Seiten durchgeführt wird, durchläuft die Platine diesen Vorgang zweimal – separat für jede Seite der Installation. Schwere flächige Bauteile werden auf Kleberaupen montiert, die verhindern, dass sie beim zweiten Löten von der umgedrehten Platine herunterfallen. Leichte Bauteile werden durch die Oberflächenspannung des Lotes auf der Platine gehalten.

Nach dem Löten wird die Platine mit Lösungsmitteln behandelt, um Flussmittelrückstände und andere Verunreinigungen zu entfernen, oder bei Verwendung von No-Clean-Lötpaste ist die Platine sofort für bestimmte Betriebsbedingungen bereit.

Komponenten installieren

Die Installation der Komponenten kann entweder manuell oder mithilfe spezieller automatischer Installationsprogramme erfolgen. Automatische Installation verringert die Fehlerwahrscheinlichkeit und beschleunigt den Prozess erheblich (die besten Maschinen installieren mehrere Komponenten pro Sekunde).

Endbeschichtungen

Nach dem Löten wird die Leiterplatte mit Bauteilen abgedeckt Schutzverbindungen: wasserabweisende Mittel, Lacke, Mittel zum Schutz offener Kontakte.

Ähnliche Technologien

Hybrid-Chip-Substrate ähneln in etwa einer keramischen Leiterplatte, nutzen jedoch meist andere technische Verfahren:

• Siebdrucken von Leitern mit metallisierter Paste und anschließendes Sintern der Paste in einem Ofen. Die Technologie ermöglicht eine mehrschichtige Verdrahtung von Leitern, da mit denselben Siebdruckverfahren eine Isolatorschicht auf eine Leiterschicht aufgebracht werden kann.
• Metallabscheidung durch eine Schablone.

Dauer: 2 Stunden (90 Min.)

25.1 Grundlegende Fragen

PP-Basismaterialien;

Materialien zur Erstellung gedruckter Designelemente;

Technologische Materialien zur Herstellung von PP.

25.2 Vorlesungstext

25.2.1 GrundmPP-Basismaterialien – bis zu 40 Min

Zu den Grundmaterialien von Leiterplatten gehören:

folienbeschichtete (ein- oder beidseitig) und nicht folienbeschichtete Dielektrika (Getinax, Textolith, Fiberglas, Fiberglas, Lavsan, Polyimid, Fluorkunststoff usw.), keramische Materialien und Metallplatten (mit einer dielektrischen Oberflächenschicht), aus denen Leiterplattenbasen hergestellt werden;

isolierendes Abstandsmaterial (Klebedichtungen – Prepregs), das zum Verkleben von MPP-Schichten verwendet wird.

Um die Oberfläche von PP vor äußeren Einflüssen zu schützen, werden Polymerschutzlacke und Schutzbeschichtungsfilme verwendet.

Bei der Auswahl eines PP-Basismaterials müssen Sie auf Folgendes achten: zu erwartende mechanische Einwirkungen (Vibrationen, Stöße, lineare Beschleunigung usw.); Genauigkeitsklasse PP (Abstand zwischen Leitern); implementierte elektrische Funktionen; Leistung; Nutzungsbedingungen; Preis.

Das Grundmaterial muss gut auf dem Metall der Leiter haften, eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, seine Eigenschaften unter Witterungseinflüssen beibehalten und einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Metall der Leiter aufweisen.

Die Materialauswahl wird bestimmt durch:

elektrische Isoliereigenschaften;

mechanische Festigkeit;

Stabilität der Parameter bei aggressiven Umgebungen und sich ändernden Bedingungen;

Bearbeitbarkeit;

kosten.

Foliendielektrika werden mit einer leitfähigen Beschichtung aus Elektrolytfolie aus Kupfer (seltener Nickel oder Aluminium) mit einer Dicke von 5 bis 105 Mikrometern hergestellt. Um die Haftfestigkeit zu verbessern, ist die Folie einseitig mit einer 1…3 Mikrometer dicken Chromschicht beschichtet. Die Folie zeichnet sich durch Reinheit der Zusammensetzung (Verunreinigungen nicht mehr als 0,05 %) und Duktilität aus. Die Folierung erfolgt durch Pressen bei einer Temperatur von 160...180 0 C und einem Druck von 5...15 MPa.

Dielektrika ohne Folie werden in zwei Arten hergestellt:

mit einer Klebeschicht (Klebeschicht) mit einer Dicke von 50...100 Mikrometern (z. B. eine Epoxidkautschukzusammensetzung), die aufgetragen wird, um die Haftfestigkeit von chemischem Kupfer zu erhöhen, das während des Herstellungsprozesses von PP abgeschieden wird;

mit einem in das Volumen des Dielektrikums eingebrachten Katalysator, der die Abscheidung von chemischem Kupfer fördert.

Als dielektrische Basis von starrem PP werden laminierte Kunststoffe verwendet, die aus einem Füllstoff (Elektroisolierpapier, Gewebe, Glasfaser) und einem Bindemittel (Phenol- oder Phenolepoxidharz) bestehen. Zu den laminierten Kunststoffen gehören Getinax, Textolite und Glasfaser.

Getinax wird aus Papier hergestellt und unter normalen klimatischen Betriebsbedingungen für Haushaltsgeräte verwendet. Es zeichnet sich durch niedrige Kosten, gute Verarbeitbarkeit und hohe Wasseraufnahme aus.

Textolite wird aus Baumwollstoff hergestellt.

Glasfaserlaminate werden aus Glasfaser hergestellt. Im Vergleich zu Getinaks weisen Glasfaserlaminate bessere mechanische und elektrische Eigenschaften, eine höhere Hitzebeständigkeit und eine geringere Feuchtigkeitsaufnahme auf. Sie haben jedoch eine Reihe von Nachteilen: schlechtere Bearbeitbarkeit; höhere Kosten; ein erheblicher Unterschied (ca. 30-fach) im Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kupfer und Glasfaser in Richtung der Materialdicke, der beim Löten oder im Betrieb zum Bruch der Metallisierung in den Löchern führen kann.

Für die Herstellung von Leiterplatten, die unter Bedingungen erhöhter Brandgefahr eingesetzt werden, werden feuerbeständige Getinaks und Glasfaserlaminate verwendet. Die Erhöhung der Feuerbeständigkeit von Dielektrika wird durch die Zugabe von Flammschutzmitteln in ihre Zusammensetzung erreicht.

Die Zugabe von 0,1...0,2 % Palladium oder Kupferoxid in den Lack, der die Glasfaser imprägniert, verbessert die Qualität der Metallisierung, verringert jedoch leicht den Isolationswiderstand.

Um Leiterplatten herzustellen, die eine zuverlässige Übertragung von Nanosekundenimpulsen ermöglichen, müssen Materialien mit verbesserten dielektrischen Eigenschaften (reduzierte Dielektrizitätskonstante und verringerter dielektrischer Verlustfaktor) verwendet werden. Daher gilt der Einsatz von Basen aus organischen Materialien mit einer relativen Dielektrizitätskonstante unter 3,5 als vielversprechend. Als Basis für PP im Mikrowellenbereich werden unpolare Polymere (Fluorkunststoff, Polyethylen, Polypropylen) verwendet.

Zur Herstellung von GPP und GPC, die wiederholtem Biegen standhalten, werden Dielektrika auf Basis von Polyesterfolie (Lavsan oder Polyethylenterephthalat), Fluorkunststoff, Polyimid usw. verwendet.

Isolierendes Polstermaterial (Prepregs) besteht aus Glasfaser, die mit unterpolymerisiertem duroplastischem Epoxidharz (oder anderen Harzen) imprägniert ist; aus Polyimid mit beidseitiger Klebebeschichtung und anderen Materialien.

Als Basismaterial für das PP kann Keramik verwendet werden.

Der Vorteil von keramischem PP ist eine bessere Wärmeableitung von aktiven Elementen, hohe mechanische Festigkeit, Stabilität der elektrischen und geometrischen Parameter, reduzierter Geräuschpegel, geringe Wasseraufnahme und Gasemission.

Der Nachteil von Keramikplatten ist Zerbrechlichkeit, große Masse und kleine Abmessungen (bis zu 150 x 150 mm), langer Herstellungszyklus und starke Schrumpfung des Materials sowie hohe Kosten.

PP an Metall Basis Einsatz in Produkten mit hoher Strombelastung und bei erhöhten Temperaturen. Als Grundmaterialien kommen Aluminium, Titan, Stahl, Kupfer und eine Legierung aus Eisen und Nickel zum Einsatz. Um eine Isolierschicht auf Metallbasis zu erhalten, werden spezielle Emails, Keramiken, Epoxidharze, Polymerfilme usw. verwendet, eine Isolierschicht auf Aluminiumbasis kann durch anodische Oxidation erhalten werden.

Der Nachteil metalllackierter Platten ist die hohe Dielektrizitätskonstante der Emaille, die ihren Einsatz in Hochfrequenzgeräten ausschließt.

Die Metallbasis der Leiterplatte wird häufig als Strom- und Erdungsbus sowie als Abschirmung verwendet.

25.2.2 Materialien gedruckter Designelemente – bis zu 35 Min

Als Material für gedruckte Musterelemente (Leiter, Kontaktpads, Endkontakte etc.) werden Metallbeschichtungen verwendet. Kupfer wird am häufigsten zur Herstellung der stromführenden Hauptschicht verwendet. Keramische Leiterplatten verwenden Graphit.

Die zur Herstellung von Metallbeschichtungen verwendeten Materialien sind in Tabelle 25.1 aufgeführt.

Tabelle 25.1 – Metallbeschichtungen zur Herstellung gedruckter Designelemente

25.2.3 Technologische (Verbrauchsmaterialien) mMaterialien zur Herstellung von PP – bis zu 15 Min

Zu den technologischen Materialien für die Herstellung von Leiterplatten gehören Fotolacke, spezielle Sieblacke, Schutzmasken, Elektrolyte für die Verkupferung, Ätzen usw.

Die Anforderungen an Verbrauchsmaterialien werden durch das Design der Leiterplatte und den Herstellungsprozess bestimmt.

Fotolacke müssen die erforderliche Auflösung zum Erhalt eines Schaltkreismusters und eine entsprechende chemische Beständigkeit bieten. Fotolacke können flüssige oder trockene Filme (SPF) sein.

Es werden negative und positive Fotolacke verwendet. Bei der Verwendung negativer Fotolacke verbleiben die belichteten Bereiche des Platinenrohlings auf der Platine und die unbelichteten Bereiche werden bei der Entwicklung ausgewaschen. Bei Verwendung positiver Fotowiderstände werden die belichteten Bereiche während der Entwicklung ausgewaschen.

Ätzlösungen müssen mit dem zum Ätzen verwendeten Resist kompatibel sein, gegenüber Isoliermaterialien neutral sein und eine hohe Ätzrate aufweisen. Als Ätzelektrolyte werden häufig saure und alkalische Lösungen von Kupferchlorid, Lösungen auf Basis von Eisenchlorid, Lösungen auf Basis von Ammoniumpersulfat und Eisen-Kupferchlorid-Lösungen verwendet.

Alle Materialien müssen wirtschaftlich und umweltfreundlich sein.