Online-PCB-Printing: Was Sie über kleine oder große PCB-Dienstleister wissen sollten

Altium Designer
|  Erstellt: November 30, 2018  |  Aktualisiert am: August 24, 2020

 PCB production with a CNC machine

Wie alle Designer verwenden Sie sicherlich viel Zeit darauf, alle Macken in Ihrer Leiterplatte zu beseitigen, bevor Sie mit dessen Fertigung beginnen. Dann werden Sie sich vielleicht fragen, wie genau dabei das „gedruckte“ in die „gedruckte Leiterplatte“ kommt. Nachdem Sie sich mit den Einzelheiten des PCB-Designs vertraut gemacht und Ihr gewünschtes Design entworfen haben, ist es an der Zeit, nun Ihre Baugruppe zum Leben zu erwecken.

Auf der Suche nach Herstellern werden Sie eine lange Liste von Unternehmen mit unterschiedlichen Kompetenzen, Preisen und Lieferzeiten finden. Produktionsgrößen, Druckkosten, elektronische Bauteillisten und Anforderungen bezüglich Audits, Lieferanten und Durchlaufzeiten können variieren. Wie wählen Sie also den richtigen Hersteller für Ihre Bedürfnisse aus? Es gibt mehrere Faktoren, die bei der Lieferantenauswahl und der Chargengröße für das Online-PCB-Printing zu berücksichtigen sind. Alle Hersteller folgen einem ähnlichen Prozess, aber nicht alle haben die gleichen Fertigkeiten und Preise.

Sie haben sich also entschieden, Ihre Leiterplatte zu fertigen. Und jetzt?

Wenn Ihnen Ihr Produkt am Herzen liegt, nehmen Sie sich bereits in der Entwurfsphase etwas Zeit, sich mit Design-for-Manufacturing (DFM) und Design-for-Assembly (DFA) vertraut zu machen. Die meisten Hersteller können einfachere Boards ohne übermäßige Kosten herstellen. Mit einigen Kenntnissen der DFM- und DFA-Praktiken auf Basis der Fertigungsfähigkeiten können Sie Verzögerungen, Re-Designs und ungeplante Kosten vermeiden.

Die nächste kritische Frage betrifft die Fertigungsmenge. Wie viele Platinen benötigen Sie? Brauchen Sie sie morgen, nächsten Monat oder kann die Lieferung zeitlich gestaffelt in Losgrößen erfolgen? Sollten Sie zuerst eine kleine Prototypenserie bestellen? Dies sind wichtige Fragestellungen, die einen großen Einfluss auf Ihren Terminplan und Ihr Budget haben können.

Viele Hersteller werden Ihnen eine Kleinserie von PCBs anbieten. Die Kosten variieren je nach Fertigungsstandort, Fertigungsmöglichkeiten und Komplexität der Leiterplatte. Im städtischen Raum finden Sie wahrscheinlich einen lokalen Hersteller, mit dem Sie persönlich sprechen können. Kleinserien sind sinnvoll, wenn Sie nur eine Mindermenge zum Testen benötigen, einen Beta-Test durchführen oder nur ein oder zwei Geräte für den Eigenbedarf aufbauen möchten. 

Planen Sie jedoch, Ihr Produkt in großen Stückzahlen zu verkaufen, benötigen Sie einen passenden Hersteller für die Großserienfertigung. Dadurch sinken die Fertigungs- und Montagekosten pro Leiterplatte. Die Bestellung einer größeren Menge ist nur dann eine gute Idee, wenn Sie Ihr Board bereits als Prototyp zuvor gründlich getestet haben. Wenn Sie Prototypen bestellen und diese gründlich testen, bevor Sie zur eigentlichen Serienproduktion übergehen, können Sie Ihr Design bei Bedarf noch einmal anpassen.

Ihr Hersteller wird bei einer großen Fertigungsserie Prototypen auch dazu verwenden, In-House-Prüfungen vor dem Online-PCB-Printing durchzuführen. So kann er sicherstellen, dass die Herstellungs- und Montageprozesse fehlerfreie Leiterplatten produzieren können. Einige Produzenten können mitunter auch einfache interne Prüfungen an Ihrem Prototypen durchführen.

Testing a PCB prototype

Testen eines PCB-Prototypen

Wie läuft die das Online-PCB-Printing ab?

Sobald Ihr Design fertig ist, es mit Simulationen validiert wurde und ein Produzent gefunden ist, müssen Sie die Produktionsdaten vorbereiten. Ihr Hersteller benötigt bestimmte Dokumente, die aus Ihrem Designtool generiert werden: Dazu gehören Gerber-Dateien, Excellon-Bohrdateien, ein CAM-Entwurf Ihres Designs und eine Stückliste. Ihr Hersteller teilt Ihnen normalerweise mit, welche Informationen er für die Planung des Online-PCB-Printing vor der Fertigung und Montage benötigt.

Haben Sie DFM-Prüfungen im Voraus durchgeführt? Hersteller gewähren Ihnen dann ggf. einen Rabatt, da dies Mehrarbeit vermeidet und verhindert, dass in letzter Minute Änderungen an Ihrem Design notwendig werden. Sie sollten jedoch auch die Verteilung der Aufgaben und die damit verbundenen Verantwortlichkeiten im Auge behalten: Wenn der Hersteller die DFM mit dem besten Wissen um seine Fertigungsmöglichkeiten durchführt, erhalten Sie nicht nur eine unabhängige Beurteilung der Machbarkeit Ihres Entwurfs (4-Augen-Prinzip), sondern er ist auch im Falle einer späteren Produktionsbeschwerde gefordert. Schließlich ist er der Fertigungsexperte, nicht Sie!     

 

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Bei einer großen Produktionsserie zu bestellen, ist das Letzte, was Sie brauchen, die fertigen Platten zu erhalten, nur um festzustellen, dass sie nicht Ihren Spezifikationen entsprechen. Daher ist es ratsam, zunächst Prototypen zu bestellen und sich zu vergewissern, dass diese Ihre Designvorgaben erfüllen. Dies gibt Ihnen die Möglichkeit, kritische Re-Designs in letzter Minute zu implementieren, bevor Sie eine große Auflage bestellen.

Online-PCB-Printing: Fertigung und Montage

Fertigungsunternehmen benötigen Ihre Output-Dateien, damit sie die Prozessschritte zur Fertigung Ihrer Leiterplatte planen können. Es ist in Ordnung, wenn Sie nicht mit allen Schritten der Leiterplattenherstellung vertraut sind. Ihr Hersteller wird den geeignetsten Prozess anhand Ihres Designs festlegen.

Wenn Sie es mit der Herstellung Ihrer kleineren PCBs ernst meinen, möchten sie diese u. U. panelisieren – auch wenn sie nur eine kleine Fertigungsmenge beauftragen. Bei der Panelisation wird Ihre Leiterplatte in einem Raster mehrfach auf einer großen Platine (genannt „Panel“) platziert. Das Fertigungsunternehmen fertigt das Panel dann wie eine große Leiterplatte und schneidet oder fräst Ihre Platinen dann aus. Dadurch können Sie mehr Leiterplatten auf einmal herstellen und Ihre Produktionskosten senken.

Sobald Ihre Leiterplatten hergestellt sind, ist es an der Zeit, die Bauteile auf Ihrer Leiterplatte zu bestücken. Wenn Ihr Hersteller auch das Assembly durchführt, arbeitet er dabei Ihre Stückliste ab. Dieses Dokument enthält auch Informationen zur Komponentenbeschaffung, kalkulatorische Preise und Second-Sources. In der Praxis sollte es die zentrale Bezugsquelle für den Bedarf Ihrer Leiterplatte an Elektronikbauteilen sein. 

Automated soldering machine

Lötautomat

Fertigungsrisiken

Problemursachen des Online-PCB-Printing sind in erster Linie Designfehler, mangelhafte Kommunikation oder schlicht und einfach die Nachlässigkeit bei der Herstellung. Die ersten beiden haben Sie unter Ihrer Kontrolle. Wenn Sie zu Beginn Ihrem Fertigungsprozess, also vor dem Online-PCB-Printing, genügend Aufmerksamkeit schenken, ist (hoffentlich) sichergestellt, dass Ihr Leiterplattenhersteller Ihrem Produkt samt erforderlicher Verpackung die nötige Sorgfalt widmet. 

Manche Design-Entscheidungen können erhebliche Kosten verursachen und zu ernsthaften Problemen führen, wenn Sie nicht in einer frühen Projektphase mit Ihrem Lieferanten kommunizieren. Auch die Form Ihrer Leiterplatte kann Kosten verursachen, die Ihre Baugruppe plötzlich unerschwinglich machen. Im Gespräch mit Ihrem Hersteller, wie Ihr Produkt bei ihm fertigungsgerecht gestaltet werden kann, können Sie bereits vor dem ersten Angebot und Fertigungsanlauf ihre Konstruktion entsprechend optimieren.

Ein erfahrener Produzent sollte in der Lage sein, häufige Montageprobleme im Vorfeld zu erkennen. Dazu gehören z. B. ungleichmäßig aufgetragene Lötpaste und geringfügig fehlausgerichtete Bauteile, die beim Löten von Komponenten zu Tombstoning führen können (wodurch Ihre Bauteile senkrecht stehen und eine offene Verbindung hinterlassen). Kann Ihr Hersteller solche Probleme erkennen und Sie rechtzeitig warnen, so können Sie entsprechende Korrekturen rechtzeitig vornehmen.

Kein Hersteller gleicht dem anderen, und die Auswahl des richtigen Lieferanten kann helfen, Probleme dieser Art zu lösen. Nicht alle Fertigungsunternehmen bieten Ihnen an, Sie bei der Durchführung eines PCB-Projekts von Anfang bis Ende zu unterstützen. Wenn Sie einen Anbieter finden, der die Kundenkommunikation prompt bearbeitet, auf Designprobleme vor der Fertigung hinweisen und die besten Schritte für das Re-Design empfehlen kann, erhöht das Ihre Chancen, qualitativ hochwertige Leiterplatten beim ersten Durchlauf zu erhalten.

Vom Einsteiger-Board-Design bis zu fortgeschrittenen PCB-Layouts

Komplexere Leiterplattendesigns wie Rigid-Flex- und Multilayer-Leiterplatten haben einen aufwendigeren Herstellungsprozess. Beide Platinenarten werden in manchen Anwendungsgebieten immer mehr zum Standard. Da diese Boards sehr aufwendig sind, haben sie tendenziell höhere Kosten und eine längere Durchlaufzeit.

Mehrschicht-Leiterplatten (Multi-Layer-Boards)

Mehrschicht-Leiterplatten ermöglichen es, Verbindungen unter der Oberflächenschicht zu verlegen, wodurch sich die Verbindungs- und Komponentendichte erhöhen lässt. Die Herstellung einer mehrschichtigen Leiterplatte ähnelt der Herstellung mehrerer einschichtiger Platinen, wobei die Schichten übereinandergelegt und miteinander verklebt werden. Für den Anschluss an interne Lagen müssen Durchkontaktierungen (Vias) an bestimmten Punkten platziert werden. Ihr Hersteller wird bestimmte Anforderungen haben, wie Durchkontaktierungen in Ihrer Leiterplatte eingesetzt werden sollten.

Rigid-Flex-Boards

Rigid-Flex-Leiterplatten verwenden ein flexibles leitendes Flachband, um zwei oder mehr Leiterplatten zu verbinden. Sie können in komplexeren Gehäusen eingesetzt werden. Der wichtige Fertigungsschritt besteht darin, über den flexiblen Teil der Schaltung eine Deckschicht aufzubringen, die die Schaltung vor Beschädigung schützt. Als Designer gibt es bestimmte Designregeln, die Sie beachten müssen, wenn Sie die Leiterbahnen in Ihrem Flexband verlegen.

Genau wie bei der Herstellung einer einfachen Platine sollte Ihr Hersteller in der Lage sein, alle Designprobleme bei komplexeren Platinen vor dem Online-PCB-Printing zu erkennen, die zu Fertigungsproblemen führen können. Hier ist die enge Zusammenarbeit mit Ihrem Hersteller während der Entwurfsphase entscheidend. Dadurch haben Sie Gelegenheit, alle Designbeschränkungen zu verstehen, bevor Sie Ihr Board fertig gestalten und an Ihren Hersteller schicken.

Wenn Sie eine PCB-Design-Software suchen, die Sie bei der PCB-Entwicklung begleitet und gleichzeitig mit größter Sorgfalt weitere Tools entwickelt und bereitstellt, die Ihr Team auch zukünftig unterstützen, dann wählen Sie Altium Designer. Egal, ob Sie Dienstleistungen für Prototypen oder eine beliebige Serie von Leiterplatten benötigen: Vertrauen Sie auf die Output-Dateien von Altium Designer. 

Mit dem neuen Altium 365 steht außerdem eine ECAD-Platform zur Verfügung, mit der Sie eine noch bessere Kommunikation gewährleisten können, und zwar von überall aus.


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Über den Autor / über die Autorin

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PCB Design Tools für Electronics Design und DFM. Informationen für EDA-Führungskräfte.

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