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LeiterplattenherstellungLuise BehrendProjektlabor 2017 Gruppe A VCA

Gliederung

1. Platinen im berblick

2. Geschichte

3. Industrielle Herstellung

I. Substraktiv

II. Additiv

III. Stanztechnik

IV. Drahtlegetechnik

V. Siebdruck

4. Einzelfertigung

5. Ausblick

Platinen im berblick

Gedruckte Schaltung (printed circuit bord ,PCB)

Trger elektrischer Bauelemente und Verbindungsleitern

Automatisierte Serienfertigung elektr. Gerte bei unvernderten elektr. Eigenschaften

Basismaterial: mit Kupferfolie (9m-105m, 35m) beschichteter (kaschierter) Isolator

Zahlreiche Variationen mit verschiedenen Funktionen

Isolator

Leiterplatine aus Phenolharz -Hartpapier

Flexible Platine aus Polyimid-Folie

Material

Genormte Dicken

Ausfhrungsformen

Starrflex Platine

Schleifring Platine

Dnnstleiterplatinen Dickkupferplatinen Rasterplatinen Mehrlagig (bis zu 50 Einzellagen)

Geschichte Vorher: frei verdrahtet mit ggf. Ltleisten; gesttzt durch Bauteile (Schalter,

Potentiometer,..)

Vorlufer in den 1920er Jahren: gestanzte Leiterzge, auf Hartpapier aufgenietet; Bauteile ohne Ltverbindung zwischen Blechfedern

1943 Patent der gedruckten Leiterplatine

Cordwood circuit aus den 1950er Jahren

Geschichte

Ab 1960 Durchkontaktierungen; vorher Verbindung durch durch Lten eingepresster Stifte oder Niete

Layout mit Tusche oder in Klebetechnik (Mastab 2:1) mit Layoutsymbolen auf Rasterfolien (1960er Jahre)

Spter an Programmierarbeitspltzen Programme zur Steuerung eines Lichtzeichengertes (Fotolithografie Maske mithilfe von Belichtung)

Seit Mitte der 1970er Jahre Bestckungsautomaten

Verschiedene, gebrauchte Ltleisten

Industrielle Herstellung

2 grundlegende Verfahren zur Erzeugung des Leiterbahnbildes: Substraktivtechnik, Additivtechnik

Substraktiv fr ein- und doppelseitige Platinen; kleine und mittlere Serien; Leiterbahnbreiten bis 0,3mm uneingeschrnkt mglich

Additiv fr mehrlagige Platinen; Leiterbahnbreite bis 0,1mm; Abstand zw. Leiterbahnen geringer

Stanztechnik und Drahtlegetechnik

Siebdruck

Prototypen vor Serienherstellung Einzelfertigung

Entwurf

Layout mit Software (z.B. Eagle)

Produktionsdaten folgendermaen strukturiert:

Muster einer oder mehrerer Kupferlagen (Leiterzge und Flchen)

Bohrlcher (Lage, Tiefe und Durchmesser)

Umriss und Durchbrche

Bestckungsplan oben und unten

Ltstopplack oben und unten

Bestckungsdruck oben und unten

Klebepunkte und Lotpastenmuster fr SMD-Bauteile oben und unten

Partielle Metallisierungen (zum Beispiel Vergoldung fr Kontaktflchen)

Film (Belichtung), Drucksieb, Lotpastenmaske; Steuerung Lichtschreiber, Frse

Eagle-Leiterplattenentwurf

Substraktiv (photochemisch)

Leitbahnbild durch Entfernen berschssiger Kupferfolie

1. Zuschneiden und Reinigen des Basismaterials

2. tzschutz als Positivdruck auf kaschiertes Basismaterial

3. tzen der Platine (z.B. mit Eisen-III-Chlorid und Ammoniumpersulfat) Entfernung des freiliegenden Kupfers

4. Reinigung, Entfernung des tzschutzes

5. Bohrung, Durchkontaktieren, Ltstopplack (meist grn)

Additiv

Leiterbahnbild durch Kupferabscheidung auf unkaschiertes Basismaterial

1. Bohren, Durchkontaktieren

2. Auftragen des negativen Leiterbahnenbildes (Haftschutz) mit Druckverfahren

3. Metallbad: Verkupferung von Leiterbahnen und Ltaugen

4. Entfernung der Druckfarbe; Ltstopplack

Schnitt durch eine mehrlagige Platine

Stanztechnik

Groe Stckzahlen einseitiger Leiterplatten aus unverstrkten Kunststoffen

Kupferfolie mit Klebstoffschicht auf unkaschiertes Basismaterial

Ausstanzen der Leiterbahnformen mit Prgestempel (ins Material gedrckt)

Drahtlegetechnik

Kleine Serien mit hoher Stromfestigkeit auf Platine

Maschine: isolierte Drhte auf Basismaterial, durch Ultraschallschweien an

Ltpunkte angeschlossen und auf Oberflche befestigt

Siebdruck

Simple Leiterplatten mit einseitig beschichteten Material

Abdecken der Leiterzge vor tzen durch Siebdruck

Oft: per Siebdruck aufgetragenen Bestckungsdruck auf Platinen

Platine mit Bestckungsdruck

Einzelfertigung

Tonertransfermethode

Layout mit sw-Drucker spiegelverkehrt auf geeignetes Papier (z.B. Katalogseiten)

Mit Bgeleisen oder Laminiergert auf Platine

Toner verbindet sich mit Kupfertzen

Frstechnik

Kupferverbindung zwischen Leiterbahnen durch Frsen getrennt

Spart tzen; sehr schnell da mit CAD auch Frsdaten verfgbar sind

Gefrste Platine

Einzelfertigung

Lochrasterplatine

Industriell gefertigt

Bohrungen, Ltaugen einseitig oder durchkontaktiert in Raster

Verbindungen Lten mit Schaltdraht, Fdeltechnik, oder Wickeltechnik

Trennung von verbundenen Leitern mit Werkzeugen

Verschieden Formen, auch kleine Hilfsplatinen fr SMD-Gehuseformen

Punkt-Streifen-Rasterplatine

Bildstrecke zur Tonertransfermethode

1. Layout ausdrucken

Zurechtschneiden, Reinigen, Ausrichten

Aufbgeln

Einweichen und Ablsen

Einbrennen/Verdichten (optional)

tzen

Toner entfernen

Ausblick

Ziel: hhere Packungsdichten der elektr. Module

Leiterplatte dreidimensionale Verbindungslsung (Komponenten in mehreren Schichten horizontal und vertikal zu Schaltkreis verbunden)

Dazu: advanced packaging als energieeffiziente Verbindung von neu und alt mit Ausblick auf all in one (elektr., mech. Verbindungen, Kompaktheit, Wrmemanagement, HF, Miniaturisierung, Energieeffizienz etc.)

Momentan: Leiterbahnbreiten von 40 m mglich < 10m

Forschung an limitierenden Faktoren wie gezieltes tzen und Rauheit der Kupferfolien

verschwimmende Grenzen zwischen Substrat und Main Board

Erhhung der max. Betriebstemperatur

Fragen?

Quellen

https://de.wikipedia.org/wiki/Leiterplatte#Geschichte

http://elektronik-kurs.net/elektronik/leiterplatten/

http://elektronik-kurs.net/elektronik/herstellungsverfahren-leiterpaltten/

http://service.projektlabor.tu-berlin.de/wordpress/stefan/wp-content/uploads/sites/13/2016/01/Platinenherstellung.pdf

http://www.elektronikpraxis.vogel.de/verbindungstechnik/articles/560593/

https://www.fh-muenster.de/fb11/labore/forschung/sensortechnik/downloads/Herstellverfahren_04lq.pdf

http://thomaspfeifer.net/platinen_aetzen.htm

https://de.wikipedia.org/wiki/Leiterplatte#Geschichtehttp://elektronik-kurs.net/elektronik/leiterplatten/http://elektronik-kurs.net/elektronik/herstellungsverfahren-leiterpaltten/http://service.projektlabor.tu-berlin.de/wordpress/stefan/wp-content/uploads/sites/13/2016/01/Platinenherstellung.pdfhttp://www.elektronikpraxis.vogel.de/verbindungstechnik/articles/560593/https://www.fh-muenster.de/fb11/labore/forschung/sensortechnik/downloads/Herstellverfahren_04lq.pdfhttp://thomaspfeifer.net/platinen_aetzen.htm

Bildquellen

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http://elektronik-kurs.net/wp-content/uploads/2012/12/Bildschirmfoto-2012-12-24-um-22.30.00.png

http://www.protelpcb.de/Content/File_Img/S_Product/2016-09-22/201609221534479114749.jpg

http://ats.net/de/wp-content/uploads/sites/3/2017/05/FlexibleLP_DMP.jpeg

http://www.q-print.de/cms/upload/bilder/boards/_starrflex.jpg

http://www.elektro-spielzeugdoktor.de/bilder-filme-reparaturen/emma-mit-affe-lea/schleifringe1.jpg

http://www.harald-sattler.de/assets/images/2011-09-04_IMG_1657_Bildgrosse_andern.jpg

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http://thomaspfeifer.net/platinen_aetzen.htm

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