Über PCB-Herstellung Falls Sie es noch nicht wussten: Etwa die Hälfte aller entworfenen Leiterplatten (weltweit) ist fehlerhaft. Sie durchlaufen nie die Herstellungsphase der Leiterplatte. Und 30 % derjenigen, die auf den Markt kommen, fallen nach ihrer Freigabe aus.
Warum scheitern so viele Leiterplatten in der Produktion?
Es gibt einfache, winzige Details, die wir während des Herstellungsprozesses von Leiterplatten ignorieren. Diese Unkenntnis von mehr Informationen erweist sich als zu kostspielig.
PCB-Herstellung – Ein milliardenschwerer Irrtum
Vor etwa fünf Jahren unterlief General Motors ein Fehler im Wert von 4,1 Milliarden Dollar. Eines ihrer Automodelle, der Zündschlüssel, wies einen Leiterplattenfehler auf, der von den Ingenieuren übersehen worden war.
Aufgrund des PCB-Fehlers musste General Motors alle Automodelle zurückrufen und seine Käufer mit einigen Milliarden Dollar entschädigen. Außerdem musste das Unternehmen einige hochkarätige Anwälte einstellen, um zahlreiche Klagen zu bearbeiten.
Stellen Sie sich vor: Da war ein perfekt funktionierendes Millionenauto, das durch seinen Zündschlüssel im Stich gelassen wurde! Nur ein Zündschlüssel! Schluck. Was für eine Verschwendung!
War der GM-Fall ein Einzelfall? Nein. Ein paar Jahre später machte Samsung seinen historischen PCB-Designfehler im Wert von 5,3 Milliarden Dollar. Es folgte McDonald’s mit seinem PCB-Designfehler bei Fitnessgeräten, der sie 33 Millionen Dollar kostete.
In dieser Ausgabe befassen wir uns mit den sieben Bereichen, die bei der Herstellung von Leiterplatten zu beachten sind.
PCB-Herstellung – Achten Sie auf die ausgehungerten Thermalbahnen
Thermokontakte sind winzige Leiterbahnen um Pads herum, die die Pads mit der Ebene verbinden. Wie ihr Name schon sagt, dreht sich ihre zentrale Rolle um die Wärmezirkulation. Ihr Hauptzweck ist es, dem Kühlkörper eine effiziente Wärmeableitung vom Kühlkörper zum Kühlkörper zu ermöglichen. Aufgrund der hohen Wärmeentwicklung beim Löten sind Thermiken auch beim Löten von entscheidender Bedeutung.
Andererseits haben einige Leute ein Interesse an den Pads bei WellPCB. Wir bieten Ihnen einen Service aus einer Hand und hochwertige Produkte. Sie können uns die Unterlagen, die Sie benötigen, schicken und erhalten sofort ein Angebot! Worauf warten wir noch? Wir haben zehn Jahre Erfahrung in der Leiterplattenherstellung. Infolgedessen kann es vorkommen, dass Sie die Bedeutung der thermischen Verbindungen (manchmal) übersehen. Dadurch entsteht eine Lücke zwischen den Pads und der Ebene. Diese Leere führt dann zu einer unvollständigen thermischen Verbindung.
Wir bezeichnen solche Fehler als „thermisch unterversorgte“ Verbindungen.
Thermisches Aushungern ist die Hauptursache für wärmebedingte Komplikationen bei den meisten Leiterplatten. Sie verringert die Wärmeübertragungsrate, wenn Ihre Schaltung unter Wärmestress steht oder während des Lötens.
Infolge der verringerten Wärmezirkulation kann ein Wärmeleitpad seltsam löten oder länger zum Reflow brauchen. Diese unnötige Verzögerung beeinträchtigt schließlich den Montageprozess oder führt zu Geräten, bei denen die Gefahr einer Überhitzung während des Betriebs besteht.
Thermal Starving kann sowohl beim PCB-Design als auch bei der WellPCB auftreten. Wir bieten Ihnen einen Service aus einer Hand und hochwertige Produkte. Sie können uns die Unterlagen, die Sie anfertigen müssen, zusenden und erhalten sofort ein Angebot! Worauf warten wir noch? Wir haben zehn Jahre Erfahrung in der PCB-Herstellung.
Herkömmliche PCB-Design-Tools können verhungerte Thermiken nicht erkennen. Aber ein erfahrener, korrekter PCB-Dienstleister. Zum Glück gibt es verschiedene PCB-Hersteller, die Ihnen helfen können, solche Fehler zu erkennen und zu beheben.
PCB-Herstellung – Säurefallen sind vermeidbar
Als „Säurefalle“ bezeichnen wir die spitzen Winkel in einem Schaltungsentwurf. Wir verwenden diesen Begriff, weil in diesen Winkeln während des Ätzvorgangs unnötig viel Säure eingeschlossen wird. Die gefangene Säure sammelt sich an und bleibt länger als nötig am Rand der Biegung stehen.
Diese stagnierende Säure kann das Material auffressen, aus dem die Schaltung besteht, als es erforderlich war. Als Folge der Säurekorrosion werden Teile Ihrer Leiterplattenverbindungen entweder schwach oder defekt. Ein solcher Fehler kann bei lebenserhaltenden Geräten tödlich sein.
Die meisten Säurefallen entstehen bei der Herstellung. Als Leiterplattendesigner sind Säurefallen oft nicht Ihre Schuld. Sie verursachen sie nicht, außer dass Sie sie entwerfen. Und das sollte Sie beunruhigen, denn auch wenn Sie nicht direkt dafür verantwortlich sind, so haben Sie doch eine höhere Macht, ihr Auftreten zu minimieren.
Ihre Leiterplatte ist Ihr Geschäft. Daher sind die meisten PCB-Designer darauf trainiert, Säurefallen zu vermeiden. Dennoch kann es vorkommen, dass Sie einen Fehler machen. Vor allem, wenn Sie diese einfachen PCB-Design-Anwendungen mit „Auto-Generierungs“-Funktionen verwenden.
Wenn Sie Ihr PCB-Design immer doppelt überprüfen, werden Sie Säurefallen möglicherweise vermeiden. Falls Sie es jedoch versäumt haben, sie zu beheben, können wir Ihnen mit Hilfe unserer DFM-Tools helfen, bevor wir sie für Sie herstellen.
Silberlinge
Silvers sind dünne Keile aus Kupfer oder Lötstoppmaske, die während des Ätzprozesses bei der Leiterplattenherstellung entstehen. In der Regel entstehen Silvers, wenn lange und dünne Kupfer- oder Lötstreifen weggeätzt und versendet werden, bevor sie sich vollständig auflösen.
Diese abgetragenen Silberstreifen könnten sich in einem chemischen Bad auflösen und später unbeabsichtigt auf einer anderen Leiterplatte angebracht werden. Dadurch können unbeabsichtigte Verbindungen entstehen.
Manchmal kann Silber auch dadurch entstehen, dass ein Leiterplattenabschnitt entweder zu eng oder zu stark geschnitten wird. Obwohl sie eigentlich auf der Leiterplatte verbleiben sollten, können sich solche Silberlinge entweder leicht oder vollständig ablösen. Solche Vorfälle führen zu unbeabsichtigten Unterbrechungen der Schaltung, die eine ganze Schaltung unbrauchbar machen können. Außerdem sind sie schwer zu erkennen und zu beheben.
Sie können Silvers beim Leiterplattendesign vermeiden, indem Sie Leiterplatten mit Mindestbreiten entwerfen.
Design mit ausreichendem Abstand zwischen den Leiterplatten und den Rändern
Kupfer ist das am weitesten verbreitete fortschrittliche leitende Metall für Leiterplatten. Es wird anderen Metallen vorgezogen, da es eine hohe Leitfähigkeit besitzt und gegenüber den meisten Reaktionsmitteln inert bleibt. Auf der anderen Seite ist Kupfer relativ weich und korrosiv. Bei der Herstellung von Leiterplatten wird Kupfer mit anderen isolierenden Materialien überzogen, um das Korrosionsrisiko zu minimieren.
Dennoch kann es vorkommen, dass beim Beschneiden von Leiterplatten die überstehenden Kupferschichten und oberflächennahen Verbindungen freigelegt werden. Diese Freilegung kann ein erhebliches Risiko für die Stabilität Ihrer Leiterplatte darstellen.
Zum einen kann sich die freiliegende Kupferverbindung versehentlich mit einem anderen Bauteil auf derselben Leiterplatte verbinden und so einen Kurzschluss zwischen den Komponenten Ihrer Leiterplatte verursachen. Andererseits besteht die Gefahr, dass der freiliegende Kupferabschnitt korrodiert. Wenn beides eintritt, gefährdet das freiliegende Kupfer die Benutzer Ihrer Leiterplatte, einen elektrischen Schlag zu erhalten.
Um solche Fehler zu vermeiden, müssen Sie beim Entwurf Ihrer Leiterplatte den richtigen Abstand zwischen der Kupferplatte und dem Rand der Leiterplatte einhalten. Dieser Abstand wird manchmal als „Kupfer-zu-Kante“ oder „Platte-zu-Kante“ bezeichnet. Eine DFM-Prüfung der Normen vor der Fertigung kann solche Designfehler aufdecken.
Hohlräume beim Galvanisieren
Bei der Herstellung von Durchkontaktierungen ist es notwendig, Platz für Durchgangslöcher zu schaffen – diese Löcher dienen dazu, eine Seite der Leiterplatte mit der anderen zu verbinden.
Durchgangslöchern bohrt der Hersteller die Löcher, indem er durch alle Abschnitte einer Leiterplatte schneidet – für die Kupferbeschichtung werden die Löcher von den Folien getrennt. Bei diesem Vorgang wird eine dünne Schicht aus nichtleitendem Kupfermaterial abgeschieden. Zur Vervollständigung des Kreislaufs werden einige weitere Kupferschichten hinzugefügt.
Manchmal ist der Abscheidungsprozess fehlerhaft. So ist es möglich, Hohlräume oder Luftblasen abzuscheiden. Dies führt zu unerwarteten Unterbrechungen in den Schaltkreisen, die schwer zu erkennen oder zu reparieren sind.
Solche Probleme treten während der Herstellung auf. Sie wirken sich dann kaskadenartig auf die Herstellungsphase aus. Es ist daher notwendig, einen etablierten Leiterplattenhersteller zu wählen, der über geeignete Werkzeuge und Personal verfügt, um solche Fehler zu erkennen.
Elektromagnetische Komplikationen
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und elektromagnetische Interferenz (EMI) sind zwei wesentliche Herausforderungen für eine zuverlässige Leiterplattenproduktion. EMC befasst sich mit der Erzeugung, der Ausbreitung und dem Empfang von elektromagnetischer Energie, während EMI sich mit den Nebenwirkungen von EMC befasst.
Unkontrollierte EMI kann zu fehlerhaften PCBs führen. Für PCB-Neulinge kann die Unterscheidung zwischen diesen beiden Aspekten eine entmutigende Aufgabe sein. Es gibt jedoch einige allgemeine Designüberlegungen, die Sie anwenden können, wie z. B. die Minimierung von 90-Grad-Winkeln bei der Platzierung von Komponenten und die Vergrößerung der Massefläche. Im Zweifelsfall empfiehlt es sich, abgeschirmte Kabel zu verwenden, um EMI zu reduzieren.
Vermeiden von DFM
DFM oder „Design for Manufacturability“ ist ein Begriff, den wir verwenden, um ein Verfahren zur Prüfung von Leiterplatten auf Einhaltung von Normen zu bezeichnen. Während des DFM-Prozesses analysieren wir das Leiterplattendesign auf mögliche Komplikationen während des Designs oder der Montage. Es wird vor allem geprüft, ob die Leiterplatte die gesetzten Ziele erreicht.
Neben der Prüfung der Funktionalität wird beim DFM auch getestet, wie eine Leiterplatte brechen wird. DFM bewertet eine Leiterplatte unter Berücksichtigung des schlimmstmöglichen Ereignisses. Es ist in der Lage, die Topologie der Leiterplatte zu bewerten und die meisten Designfehler zu identifizieren, die normalerweise von typischen CAD-Softwareanwendungen ignoriert werden. Es prüft und vergleicht Designfehler mit anderen bestehenden Datenbankprüfungen, die aus einem riesigen Pool von PCB-Überlegungen stammen. DFM-Prüfungen sind die letzten Prüfungen vor der Massenproduktion von Leiterplatten.
Zur Kenntnis nehmen
Wenn Sie Ihren Leiterplattenhersteller ständig wechseln, kann es sein, dass Ihr Leiterplattenprototyp nicht wie Ihre Endproduktion funktioniert.
Leiterplattenhersteller spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Qualität der produzierten Leiterplatten. Der Hersteller kann Ihr ursprüngliches Leiterplattendesign ändern, um es an eine Norm anzupassen, bevor er es fertigt. Diese Änderungen verbleiben bei Ihrem Hersteller.
Wenn Sie also den Hersteller wechseln, verschwinden diese Änderungen. Es ist daher empfehlenswert, Ihre Leiterplatten bei einem einzigen, vertrauenswürdigen Leiterplattenhersteller zu bestellen.
Zusammenfassung
Wenn Sie kurz vor der Produktion von Leiterplatten stehen, können wir Ihnen helfen, diese fehlerfrei zu realisieren. Unser Team von Fachleuten ist immer bereit, auf Ihre Anfragen zu antworten, wenn Sie nicht weiterkommen. Als seriöser Hersteller haben wir in modernste Technologie zur Durchführung von DFM-Prüfungen investiert, um die Qualität der Produktion unserer Leiterplatten zu gewährleisten.
Wenden Sie sich noch heute an uns, damit wir Ihnen helfen können, Ihre Wünsche zu erfüllen.
