Häufige Fragen & Antworten zu Leiterplatten, Bestückung und Services
Im Folgenden finden Sie die Antworten auf häufig gestellte und relevante Fragen rund um Leiterplatten. Die Themen reichen vom Qualitätsmanagement über Starrflex-Leiterplatten und Heizfolien bis hin zu Multilayer-Technologien.
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Die behandelnden Felder sind Fertigung & Qualität, Materialien & Oberflächen, Flexible & Starrflex-Leiterplatten und Anfrage/Beratung & Service. Sollten Ihnen Fragen aufkommen, welche noch nicht auf dieser Seite bearbeitet wurden, schicken Sie uns gerne Ihre Frage zu.
Fertigung & Qualitätssicherung
Während der Fertigung von Leiterplatten werden die Innenlagen mittels AOI (Automatische Optische Inspektion) gegenüber den Gerberdaten geprüft. Bohrungen in Multilayer werden mittels X-Ray-Aufnahmen (Röntgen) ausgerichtet. Die Schichtdicken in Hülsen und auf den Lagen werden per Wirbelstromverfahren bestimmt.
Die fertigen Leiterplatten werden per elektrischem Test auf Kurzschlüsse und Unterbrechungen getestet (E-Tests). Widerstandsmessung und Impedanzkontrolle werden bei Heizfolien bzw. HF-Leiterplatten durchgeführt. Schliffbilder erfolgen als eine zerstörende Prüfung. Sie dienen der Maßprüfung ebenso wie die Maßprüfung der Leiterplatte nach Zeichnung.
Die Ergebnisse der Qualitätskontrollen können in einem CoC (Certificate of Conformity) oder EMPB (Erstmusterprüfbericht) bestätigt bzw. protokolliert werden. Nähere Einzelheiten sind unter Qualitätssicherung zu finden.
Toleranzen bei Leiterplatten betreffen vor allem Kupferstärke, Leiterbild, Lagenaufbau und mechanische Endmaße. Sie werden in der Regel durch internationale Standards wie IPC-6012, IPC-A-600 sowie DIN ISO 2768-f definiert und richten sich nach der jeweiligen Anwendung und Präzisionsanforderung.
Für Kupferstrukturen gelten abhängig von der Leiterplatte Mindeststärken: Innenlagen weisen häufig etwa 20 % reduzierte Mindestwerte bezogen auf das Nennmaß auf. Kupferhülsen in Durchkontaktierungen liegen typischerweise bei 20–25 µm, je nach IPC-Zuverlässigkeitsklasse II oder III. Für innenliegende Blind Vias und Buried Vias können auch geringe Hülsenstärken von ca. 15 µm zulässig sein.
Beim Lagenaufbau sind die einzelnen Laminate (Basismaterial) ebenfalls nach IPC-6012 toleriert. Diese sind häufig mit +/-10% angegeben, bei Prepreg-Stärke und dünneren Materialien sind höhere Abweichungen zulässig. Der finale Lagenabstand bei Prepregs hängt von der Kupfermenge auf den Innenlagen ab. Die Gesamtstärke von Leiterplatten wird in der IPC mit +/-10% angegeben.
Bei mechanischen Abmessungen sind +/-0,25 bis +/-0,1 mm üblich und nach IPC-6012 geregelt. Häufig wird für Längenmaße auch auf die DIN ISO 2768-f referenziert.
Leiterplatten können mit Blind Vias und Buried Vias hergestellt werden. Diese Via-Technologien werden bei Multilayer-Leiterplatten eingesetzt, um eine kompakte Bauweise und höhere Packungsdichten zu erreichen. Blind Vias verbinden eine Außenlage mit einer oder mehreren Innenlagen. Es sind sogenannte Sacklöcher, also nicht durchgehende Durchkontaktierungen. Buried Vias verlaufen ausschließlich zwischen Innenlagen. Sie werden auch als innenliegende Durchkontaktierungen bezeichnet.
Die Bohrungen werden zunächst in die innenliegenden Leiterplattenkerne oder Presspakete eingebracht und anschließend durchkontaktiert. Danach wird das Leiterbild der innenliegenden, temporären Außenlagen strukturiert und dieser Teil mittig im Lagenaufbau zum fertigen Multilayer verpresst.
Blind Vias:
Blind Vias werden von der Außenlage bis zur gewünschten Ziellage gebohrt und anschließend durchkontaktiert.
Wenn die Tiefe der Blind Vias größer ist als der Durchmesser, ist eine Durchkontaktierung nicht sicher möglich. Alternativ werden dann Kerne oder Lagenpakete vor dem Verpressen gebohrt und durchkontaktiert und anschließend außenliegend im Multilayerprozess laminiert.
Die Haltbarkeit von unverarbeiteten Leiterplatten hängt von der Oberfläche ab und beträgt mindestens 6 bis 12 Monate. Verarbeitete Leiterplatte haben dagegen keine definierte Haltbarkeit. Ohne erhöhte thermische, chemische oder mechanische Belastungen ist das Material viele Jahrzehnte haltbar.
Erhöhte Temperaturen können jedoch bewirken, dass sich das Träger-Harz der Leiterplatten langsam zersetzt. Es gibt verschiedene Auslagerungstests und Kriterien zur Ermittlung der zulässigen Maximaltemperatur für Leiterplatten. In manchen Tests wird auf eine Dauerbelastung von 3 Monaten gezielt. Grundsätzlich muss jede Aussage zur Haltbarkeit vor dem Hintergrund der jeweiligen Anwendung individuell geprüft werden.
Die Höchsttemperatur für eine Heizfolie ist abhängig vom Material. Bei Heizfolien aus Polyimid liegt die zulässige Dauertemperatur zwischen 105 und 150°C, je nach Dauer, Umgebungsbedingungen und Kriterien für die Haltbarkeit. Silikon-Heizfolien können entsprechend bis zu 240°C belastet werden. Grundsätzlich muss jede Aussage zur Höchsttemperatur mit den Bedingungen der konkreten Anwendung individuell geprüft werden.
Materialien & Oberflächen
Die häufigste Leiterplatten-Oberfläche ist Chemisch Nickel/Gold (ENIG). Varianten dazu sind Chemisch Nickel/Palladium/Gold (ENEPIG) für zusätzliches Golddrahtbonden sowie Chem. Palladium/Gold (EPIG), als Nickel-freie Version z.B. für Antennen und HF-Strukturen. Galvanisches Gold dient mit Hartgold als Steckkontakt oder als Feingold für Sensor-Anwendungen und zum Bonden. Das Direkte Immersionsgold (DIG) ist ähnlich wie EPIG ohne Palladium. Bei Oberflächen mit Zinn ist das ebene Chemisch Zinn besser für feine SMD-Bauteile geeignet als das klassische HAL-Hot Air Leveling (Heißluftverzinnung). Chemisch Silber findet man vor allem bei HF-Leiterplatten zur Verbesserung der Übertragung bei signifikantem Skin-Effekt. Die Organische Schutzbeschichtung (OSP) ist vor allem eine kostengünstige Oberfläche bei Großserien von Consumer-Elektronik.
Sollten Sie weitere Informationen benötigen, besuchen Sie gerne unsere Informationsseite zu Oberflächen.
Die Oberflächen von Leiterplatten unterscheiden sich unter anderem in der Lagerfähigkeit, der Eignung für das Löten und Bonden sowie für Hochfrequenzanwendungen und Einpresstechnik. Wenn Sie sich eine genauere Übersicht verschaffen wollen, schauen Sie sich unsere Eignungsmatrix zu unseren Oberflächen an.
Die Auswahl von Oberflächen für Leiterplatte hängt vom Anwendungsgebiet und vom Layout der Leiterplatte ab. Bei der strategischen Auswahl kann man bei einfachen und preiswerten Oberflächen starten und je nach zusätzlicher Anforderung höherwertige Alternativen prüfen.
Chemisch Zinn ist die preiswerteste lötfähige Oberfläche. Sollte die begrenzte Haltbarkeit und Mehrfach-Lötbarkeit über längere Zeit problematisch sein, wäre die nächste Option ENIG.
Chemisch Nickel Gold ist mindestens 12 Monate haltbar und mit Aluminium-Draht bondbar. Sollte mit Golddraht gebondet werden, geht man über auf Chemisch Nickel/Palladium/Gold ENEPIG. Sollte das Nickel stören, ist Chemisch Palladium/Gold die bessere Wahl.
Bei groben Strukturen wird auch häufig die robuste Oberfläche HAL gewählt, während sich die anderen, chemische Oberflächen besser für kleine Pads eignen.
Hartgold ist eine Legierung aus Gold mit etwas Nickel oder Kobalt zur Erhöhung der Festigkeit und Verringerung des Abriebs. Daher kommt Hartgold bei starker mechanischer Belastung der Pads oder vielen Steckzyklen mit Direktsteckern wie z.B. PCIe zum Einsatz.
Für starre Leiterplatten wird standardmäßig FR4 mit einer Stärke von 1,55 mm und einer beidseitigen Kupferkaschierung von 18 µm verwendet (Das Basismaterial von ANDUS, ist von der Firma Ventec).
Für flexible Leiterplatten aus Polyimid wird üblicherweise eine Materialstärke von 50 µm mit einer beidseitigen Kupferkaschierung von 18 µm eingesetzt.
Dies hängt vom jeweiligen Harzsystem und dem Tg-Wert (Glasübergangstemperatur) des Materialien ab.
Heutiges FR4 mit Tg 130°C kann bis ca. 105 °C eingesetzt werden.
Heutiges FR4 mit Tg 150°C kann bis ca. 125 °C eingesetzt werden.
Heutiges FR4 mit Tg 170°C kann bis ca. 150 °C eingesetzt werden.
Diese Aussagen sind für jedes Material, jedes Layout und jede Anwendung individuell zu prüfen.
Der Unterschied zwischen Hartgold und Feingold liegt vor allem in der Härte, der Abriebfestigkeit, dem Nickel- oder Kobaldgehalt und dem Einsatzbereich. Beide sind galvanische Goldbeschichtungen, werden aber für unterschiedliche PCB– oder Kontakt-Anwendungen genutzt.
Flexible & Starrflex-Leiterplatten
Die Hauptregel für das Design von flexible Leiterplatten sind gleichmäßig breite und gleich verteilte und möglichst breite Leiter im flexiblen Bereich. Bei zweiseitigen Leitern sollten die Leiter der zweiten Seite zur ersten versetzt sein, also auf Lücke sitzen.
Masseflächen sollten als Gitter ausgeführt werden, also aufgerastert werden, beispielsweise mit 0,5 mm Rastermaß bei 0,2 mm breiten Rasterlinien im 45° Winkel zur Biegung.
Restringe sollten mit mindestens 0,25 mm umlaufend und Deckfolienaussparungen mit mindestens 0,2 mm gelayoutet werden, um der geringeren Formstabilität des Materials bei der Fertigung Rechnung zu tragen.
Flexible Leiterplatten lassen sich leichter und enger biegen wenn sie dünn sind. Dazu verwendet man dünnes Poyimid. Der Standdard liegt bei 25 oder 50µm Stärke. Die Kupferkaschierung ist weniger relevant (18µm).
Durchkontaktierungen können auf der gesamte Fläche der flexiblen Leiterplatte platziert werden, sie beeinträchtigen jedoch die Biegbarkeit insbesondere bei dynamischer Bewegung.
Daher werden Durchkontaktierungen meist nur die Starrbereiche gesetzt.
Flexible Leiterplatten können mit SMD-Bauteilen bestückt werden. Für die automatische Verarbeitung ist ein starrer Träger notwendig, der z.B. als Nutzenrahmen gefertigt wird. Dieser kann gleichzeitig als Stiffener unter den SMD-Bauteilen dienen.
Zweiseitige flexible Leiterplatten werden wie starre Leiterplatten hergestellt, indem das flexible kupferkaschierte Laminat gebohrt und durchkontaktiert wird. Anschließend wird das Leiterbild erzeugt und Deckfolie auflaminiert. Schließlich wird die Oberfläche aufgebracht und die Kontur bearbeitet.
Flexible Leiterplatten aus Polyimid sind bis zu Temperaturen von 105°C bis 150°C einsetzbar, je nach Umgebungsbedingungen. Begrenzt wird die Temperatur durch die Acrylkleber der Deckfolien. Bei Verwendung von Hochtemperaturdeckfolien sind Temperaturen über 200°C möglich.
Flexible Leiterplatten eignen sich gut für Hochfrequenz-Anwendungen, da das Polyimid eine deutlich geringere Dämpfung aufweist als das FR4 von starren Leiterplatten. Bei manchen Frequenzen ist die geringe Schichtdicke vorteilhaft. Typische Anwendungen sind Antennen, Flexible HF-Verbindungen in Satelliten oder medizinischen Geräten.
Die dünnste flexible Leiterplatte ist eine einseitige mit 25 µm Polyimid, 15µm Kupferkaschierung und 25 µm Deckfolie (12,5 µm Polyimid und 12,5 µm Acryl) = 65 µm
Flexible Leiterplatten sind leichter und dünner, können gebogen, gefaltet und gewickelt werden und passen sich damit einer komplexen 3D Geometrie einfach an.
Dadurch können sie platzsparend verlegt werden.
Es ist vorteilhaft, Starrflex-Leiterplatten symmetrisch aufzubauen, d.h. die Flexlagen mittig zwischen die Außenlagen zu legen. Dadurch vermeidet man den galvanischen Aufbau von Kupfer auf den Flexlagen, was die Zahl der Biegezyklen reduziert.
Flexible Leiterplatten werden in allen Branchen eingesetzt, bei denen es um Miniaturisierung und Zuverlässigkeit geht. Die häufigsten Branchen sind: Sensorik, Medizintechnik und Luft- und Raumfahrt.
Anfrage, Beratung & Service
Zur Klärung der Machbarkeit von Leiterplatten-Projekten werden Layout-Daten, Lagenaufbau und Informationen zur Oberfläche benötigt.
Für die Kalkulation werden zusätzlich die gewünschten Stückzahlen und ggf. Jahresbedarfe benötigt.
Zuverlässige Leiterplatten werden vor allem in der Medizintechnik, in der Luft- und Raumfahrt, in der Sicherheitstechnik sowie in der Automobilindustrie eingesetzt. Laut dem IPC-Standard sind hochzuverlässige Leiterplatten alle Leiterplatten, deren Ausfall kritische Folgen haben könnte. Diese Klasse III der IPC wird mit besonderen Designregeln und Fertigungsabläufen produziert.
Bei der Beratung rund um das Thema Leiterplatten werden meist konkrete Details zu einem Entwicklungsprojekt besprochen. Dazu zählen: Materialeigenschaften, Planung von Lagenaufbau und Design von Hochfrequenz- und Impedanzleitern, Oberflächen und Bestückung sowie Qualitätssicherung und Kostenaspekte.
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