Ein Überblick über die Verarbeitung der äußeren Schichten von Leiterplatten

In einem vorherigen zweiteiligen Artikel habe ich die PCB-Fertigungsprozesse in Bezug auf die Bearbeitung der Innenlagen, Laminierung, Bohrung und Beschichtung beschrieben. Der letzte Schritt im Prozess ist die Bearbeitung der Außenschichten, die unten beschrieben wird. Für eine detaillierte Beschreibung der Oberflächenveredelungen der Außenschichten, wie verschiedene Vias gebildet werden und die Schritte, die im Mehrschichtaufbau-Prozess involviert sind, bitte ich Sie, meinen vorherigen Blog zu lesen. 

Der Beginn der Bearbeitung der Außenschichten

Sobald die gewünschte Kupferdicke auf einer PCB erreicht wurde, ist es notwendig, das Kupfer zwischen den Strukturen wegzuetzen, um das Muster der Außenschicht zu definieren. Es stellt sich die Frage, wie man das unerwünschte Kupfer entfernen kann, ohne die Integrität des gewünschten Kupfers zu zerstören. Die Antwort wird in Abbildung 1 gezeigt, die die Verarbeitungsschritte darstellt, die beim Fertigstellen der Außenschichten einer PCB 

involved sind.Hier wird ein anderes Metall auf das Kupfer, das nach der Verarbeitung auf der Leiterplatte verbleiben soll, aufgebracht, in diesem Fall Zinn-Blei, Lötzinn oder ein ROHS-konformes Material (Reduzierung gefährlicher Stoffe). Das Zinn-Blei schützt das Kupfermuster, während das unerwünschte Kupfer weggeätzt wird. Abbildung 2 zeigt eine typische Linie, die zu diesem Zweck verwendet wird. Die Schritte in diesem Prozess umfassen:

Das Entfernen des Platinierungsresists, um das zu ätzende Kupfer freizulegen.
Das Wegätzen des unerwünschten Kupfers. Das Wegätzen der Lötplatte (bezeichnet als SES—strip/etch/strip).

An diesem Punkt im Prozess erscheint die Leiterplatte wie in Schritt 12 von Abbildung 1 gezeigt. Eine Lötstoppmaske und Legende oder Siebdruck sind noch erforderlich.

Abbildung 3 zeigt eine typische Maschine zur Anwendung von flüssigen Lötstopplack. Das Leiterplattenpanel wird vertikal in der Maschine aufgehängt, und ein Vorhang aus flüssigem Lötstopplack wird auf jede Seite aufgetragen.

Nachdem die Lötstoppmaske aufgetragen wurde, wird sie bis zum Punkt getrocknet, an dem sie klebfrei trocken ist (trocken zum Anfassen). Der Lötstopplack ist lichtempfindlich. Sobald er getrocknet ist, wird er in eine Fotodruckmaschine gelegt, wie in Abbildung 4 gezeigt.

Die Entwicklung der Lötstopplackierung ist der nächste Schritt im Prozess, und das beinhaltet das Wegwaschen der Maske über den Bereichen, die verlötet werden sollen, oder Löchern, in die Komponenten wie Steckverbinder installiert werden sollen. Da die Leiterbahnen und Pads aus Kupfer bestehen, wird dieser Prozess als SMOBC (solder stop mask over copper) bezeichnet.

Nachdem die Lötstopplackierung aufgetragen wurde, wird die Legende oder der Siebdruck mit denselben Siebdruckverfahren aufgebracht, die auch verwendet werden, um ein Muster auf ein T-Shirt zu bringen. Da es sich hierbei um einen Siebdruckprozess handelt, sind die Größe, Position und Genauigkeit der Merkmale, die mit diesem Verfahren auf eine PCB aufgebracht werden können, begrenzt. Es muss darauf geachtet werden, dass Buchstabengrößen und Linienbreiten innerhalb der Grenzen dieses Verfahrens liegen. In einigen Fällen werden Legenden mit einem lichtempfindlichen Material ähnlich dem flüssigen fotostrukturierbaren Lötstopplack erstellt.

Nach dem Vorhergehenden ist die Leiterplatte im Wesentlichen fertiggestellt, mit Ausnahme der Anwendung einer Schutzbeschichtung für das freiliegende Kupfer. Diese Beschichtung ist notwendig, um die Korrosion der Bauteilmontagepads und des freiliegenden Kupfers zu verhindern, die in der Umgebungsluft in sehr kurzer Zeit auftreten wird. Die Anwendung der äußeren Schichtbeschichtung wird die Lötbarkeit der Platine bewahren. Diese Oberflächenbeschichtungen, sowie die Vor- und Nachteile jeder einzelnen, die im oben genannten früheren Blogbeitrag detailliert beschrieben sind, umfassen:

• Heißluft-Lötleveln
• Organische Beschichtungen oder OSP wie Entec 106
• Verzinnt
• Galvanisch aufgebrachtes Lot
• Galvanisch aufgebrachtes Gold über galvanisch aufgebrachtem Nickel
• Chemisch Nickel unter Immersionsgold (ENIG)
• Chemisch Nickel, Palladium, Immersionsgold (ENPIG)
• Chemisch Palladium, Immersionsgold (EPIG)
• Chemisch Silber
• Chemisch Zinn

Nach der Anwendung der ausgewählten Oberflächenbeschichtung ist der verbleibende Schritt im PCB-Herstellungsprozess die Depanelisierung. Diese Operation wird mit einer Maschine durchgeführt, die einem Bohrer ähnelt.

Allerdings verwendet die Einheit anstelle eines Bohrers einen Fräser, ähnlich dem, der zum Fräsen von Holzteilen verwendet wird. Dieser Fräser bewegt sich um den Umfang der Leiterplatte und schneidet sie aus dem Panel heraus. Sollten Abbruchlaschen vorgesehen sein, werden diese in diesem Stadium des Prozesses geformt. An diesem Punkt ist die Leiterplatte fertiggestellt, und es bleibt nur noch die Leiterplatten-Grundprüfung.

Zusammenfassung

Der Auftrag von Oberflächenfinishs auf die äußeren Schichten ist der letzte Schritt im PCB-Herstellungsprozess. Dieser Prozess umfasst das Entfernen des Ätzresists, das Wegätzen von unerwünschtem Kupfer, das Ätzen der Lötstoppschicht, das Aufbringen eines Siebdrucks oder einer Legende und das Auftragen einer Schutzbeschichtung auf die Bauteilmontagepads und das freiliegende Kupfer. Die Befolgung der Schritte, die während des gesamten PCB-Herstellungsprozesses beschrieben wurden, stellt sicher, dass eine hergestellte Platine wie vorgesehen über die Lebensdauer des Produkts funktioniert.

Haben Sie weitere Fragen? Rufen Sie einen Experten bei Altium an oder lesen Sie weiter über die Planung Ihres Mehrschicht-PCB-Stackups in Altium Designer®.

Referenzen:

1. Ritchey, Lee W. und Zasio, John J., „Right The First Time, Ein praktisches Handbuch für High-Speed-PCB- und Systemdesign Band 2.“