Vollständiger Leitfaden zum Leiterplattenherstellungsprozess | HDI-Leiterplattenproduktion erklärt
Hinter jedem zuverlässigen elektronischen Gerät steckt eine sorgfältig gefertigte Leiterplatte (PCB). Von der 5G-Infrastruktur über Automobilelektronik und Medizintechnik bis hin zu Unterhaltungselektronik bilden Leiterplatten das Rückgrat elektronischer Systeme. Für Entwicklungsingenieure, Qualitätsmanager und Einkäufer, die höchste Leistung und Zuverlässigkeit anstreben, ist das Verständnis des detaillierten Produktionsprozesses unerlässlich.
In diesem Artikel stellen wir den gesamten Leiterplattenherstellungsprozess vor, von der Bildgebung der inneren Lagen bis zur Endkontrolle. Wir beleuchten außerdem spezielle HDI-Verfahren (High-Density Interconnect), die eine höhere Leiterbahndichte und kleinere Bauformen ermöglichen.
Standard-Leiterplatten-Herstellungsprozess: Die wichtigsten Schritte erklärt
1. IL-Bildgebung (Inner Layer Imaging)
Mithilfe von Fotolithografieverfahren werden Schaltungsmuster auf die inneren Kupferschichten übertragen, wodurch die grundlegenden Leiterbahnen für mehrlagige Leiterplatten entstehen.
2. I/L AOI (Automatisierte optische Inspektion der inneren Schicht)
Hochauflösende AOI-Maschinen prüfen die inneren Lagen auf Kurzschlüsse, Unterbrechungen und Musterfehler und gewährleisten so eine präzise Schaltungstechnik vor der Laminierung.
3. B/Oxid (Schwarzoxid- oder Oxidationsbehandlung)
Um die Haftung der Prepreg-Schichten während der Laminierung zu verbessern, wird auf die inneren Kupferoberflächen eine Oxid- oder Schwarzoxidschicht aufgebracht.
4. Layup
Die inneren Schichten, das Prepreg (halbgehärtetes Harz) und die äußeren Kupferfolien werden entsprechend der Konstruktion gestapelt, um die Mehrschichtverklebung vorzubereiten.
5. Pressung (Laminierung)
Der Stapel wird in einer Laminierpresse hohen Temperaturen und hohem Druck ausgesetzt, wodurch die Schichten zu einem soliden mehrlagigen Leiterplattenkern verschmolzen werden.
6. Laserbohren
Mikrovias werden mit Lasern gebohrt, um äußere Schichten mit bestimmten inneren Schichten zu verbinden. Dies ist unerlässlich für BGA- (https://www.richpcba.com/bga-assembly-capability/ ) und HDI-Designs mit feiner Rasterteilung.
7. Bohren (mechanisch)
8. PTH (Plated Through Hole)
Durchkontaktierungen werden chemisch und elektrolytisch mit Kupfer beschichtet, um elektrische Verbindungen über mehrere Schichten hinweg herzustellen.
9. Plattenbeschichtung
Durch eine vollflächige Kupferplattierung wird die Dicke der Leiterbahnen erhöht und eine gleichmäßige Metallisierung über die Bohrlöcher hinweg gewährleistet.
10. O/L-Bildgebung (Äußere Schichtabbildung)
Die Schaltungsmuster werden, ähnlich wie bei der Abbildung der inneren Schicht, mittels Fotolack und UV-Belichtung auf die äußeren Kupferfolien übertragen.
11. Musterplattierung
Durch selektives Kupferplattieren werden Bereiche verstärkt, die die Leiterbahnen bilden, während im nächsten Schritt nicht benötigtes Kupfer entfernt wird.
12. SES-Ätzung
Chemische Ätzmittel lösen ungeschütztes Kupfer auf und hinterlassen präzise Schaltungsstrukturen, die dem Entwurfslayout entsprechen.
13. O/L AOI (Outer Layer AOI)
Die äußeren Schichten werden einer weiteren automatisierten optischen Inspektion unterzogen, um etwaige Defekte wie Unterbrechungen, Kurzschlüsse oder Fehlausrichtungen zu erkennen.
14. S/Mask (Lötstopplack-Applikation)
Eine Lötstoppmaske wird aufgetragen und durch Belichtung und Entwicklung strukturiert, um die Platine vor Oxidation zu schützen und Lötbrücken während der Montage zu verhindern.
15. Legende (Siebdruck)
Zur Unterstützung von Montage, Prüfung und Wartung werden Bauteilkennzeichnungen, Logos und Referenzbezeichnungen aufgedruckt.
16. Oberflächenbeschaffenheit (Oberflächenbehandlung)
Linker Zweig (Hochwertige Ausführungen):
●ENIG (Chemisch Nickel Immersion Gold)
●ENEPIG (Chemisch Nickel Chemisch Palladium Immersionsgold)
●Hartgold, Weichgold
●HASL (Heißluft-Lötnivellierung) und LF-HASL (bleifrei)
Diese Oberflächenbehandlungen verbessern die Lötbarkeit, die Oxidationsbeständigkeit und die Kompatibilität beim Drahtbonden.
Rechter Zweig (Alternative Ausführungen):
●Immersionszinn, Immersionssilber
●OSP (Organische Lötbarkeitskonservierungsmittel)OSP
Diese sind kostengünstig und für RoHS-konforme Anwendungen geeignet.
17. Fräsen (CNC-Profilierung)
Mithilfe von CNC-Fräsmaschinen oder V-Cut-Maschinen wird die Leiterplatte in ihre endgültige Form gefräst und in einzelne Platinen zerlegt.
18. ET (Elektrische Prüfung)
Umfassende Kurzschluss- und Unterbrechungsprüfungen gewährleisten, dass alle Stromkreise ordnungsgemäß angeschlossen sind und keine elektrischen Defekte vorliegen.
19. FV (Abschließende Sichtprüfung)
Qualifizierte Prüfer führen eine manuelle Qualitätskontrolle durch, um vor dem Versand etwaige visuelle Mängel oder Unregelmäßigkeiten zu erkennen.
HDI-Leiterplattenfertigung: Optimierte Schritte für hochdichte Designs
HDI-Leiterplatten (High-Density Interconnect) gehen über herkömmliche Fertigungsprozesse hinaus, indem sie ultrafeine Leiterbahnen, Mikro-Vias und kompakte Bauformen ermöglichen, die für Smartphones, IoT-Geräte und fortschrittliche Computer benötigt werden.
Zusätzliche Prozesse zum Aufbau von Schichten
1. Dielektrische Beschichtung für Aufbauschichten
2. Laserbohren von Blinddurchkontaktierungen
3. Blind-Via-Metallisierung
4. Aufbau von Leiterbahnen, Abbildung und Ätzung
5. Wiederholte Aufbauzyklen
