Wie man PCB herstellt

PCB (Printed Circuit Board) ist das Kernstück moderner elektronischer Geräte. Das Verständnis des Herstellungsprozesses ist sowohl für Elektronikbegeisterte als auch für Fachleute entscheidend. In diesem Artikel wird in Form von Fragen und Antworten der gesamte Herstellungsprozess von Leiterplatten beschrieben, wobei jeder Schritt vom Entwurf bis zum fertigen Produkt behandelt wird, ohne dabei die Professionalität und Zugänglichkeit zu vernachlässigen.

Grundlegende Konzepte der PCB-Herstellung

Was ist eine Leiterplatte?und warum ist sie so wichtig?

Eine Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) ist ein Substrat, das zur Aufnahme und Verbindung elektronischer Komponenten verwendet wird, wobei die elektrischen Verbindungen zwischen den Komponenten durch Kupferbahnen hergestellt werden. Sie dient als Rückgrat aller elektronischen Geräte, von Smartphones bis hin zu Raumfahrzeugen.

Die Bedeutung der PCBs zeigt sich in drei Aspekten:

1. Verlässlichkeit: Ersetzt handgelötete fliegende Drähte und reduziert Anschlussfehler
2. NormungErmöglicht Massenproduktion und Automatisierung von elektronischen Geräten
3. Hohe Dichte: Moderne mehrlagige Leiterplatten können komplexe Schaltungen auf begrenztem Raum realisieren

Was sind die wichtigsten Methoden zur Herstellung von Leiterplatten?

Abhängig von der Produktionsumgebung und den Anforderungen gibt es mehrere primäre PCB-Herstellungsmethoden:

• Professionelle Fabrikproduktion:

• Geeignet für: Massenproduktion, hochpräzise Anforderungen
• Verfahren:Photochemische Verfahren, galvanische Verfahren
• Lagen:Kann einseitige, doppelseitige und mehrschichtige Platten herstellen (4-Schicht, 6-Schicht oder mehr)

• DIY Handmade Methoden:

• Geeignet für: Prototyping, einfache Schaltungen
• Gemeinsame Methoden:
  Methode der Wärmeübertragung: Verwendet eine Heißpressmaschine, um gedruckte Schaltkreismuster von Spezialpapier auf kupferbeschichtete Platten zu übertragen
  Lichtempfindliche Platte Methode: Verwendet lichtempfindliche kupferbeschichtete Platten mit Belichtungs- und Entwicklungsverfahren
  Methode des Handzeichnens: Verwendet spezielle Stifte auf Ölbasis, um Schaltkreise direkt auf kupferbeschichtete Platten zu zeichnen

PCB-Entwurf Phase

Wie beginnt man mit dem Entwurf einer Leiterplatte?

Das Leiterplattendesign ist der erste und wichtigste Schritt im Herstellungsprozess:

• Schaltungsentwurf:

• Verwendung von EDA-Software (wie Altium Designer, Eagle, KiCad) zur Erstellung von Schaltplänen
• Bestimmen Sie Komponentenparameter und Verbindungsbeziehungen

• PCB-Layout:

• Umwandlung von Schaltplänen in tatsächliche PCB-Layouts
• Berücksichtigung von Komponentenplatzierung, Leiterbahnführung und Verbindungen zwischen den Schichten

• Entwurfsverifizierung:

• Elektrischer Regeltest (ERC)
• Entwurfsregelprüfung (DRC)
• Signalintegritätsanalyse (für Hochfrequenzschaltungen)

Welche professionelle PCB-Designsoftware wird empfohlen?

Je nach Bedarf und Kenntnisstand können Sie diese Optionen in Betracht ziehen:

Software	Zielbenutzer	Eigenschaften	Preis
Altium Designer	Professionelle Ingenieure	Umfassende Funktionen, Industriestandard	Hoch
Eagle	Klein- und Mittelbetriebe	Umfangreiche Komponentenbibliotheken, Autodesk-Produkt	Mittel
hergestellt von Cadence Design Systems, ist die bevorzugte Wahl für professionelles Elektronikdesign für komplexe Projekte und eignet sich gut für Hochgeschwindigkeits-Schaltungsdesign und komplexes Systemdesign. Es unterstützt Funktionen wie die Optimierung von Hochgeschwindigkeitssignalen, Differentialpaar-Routing und Impedanzanpassung.	Hobbyisten/Studenten	Offene Quelle, leistungsstarke Funktionen	Kostenlos
Proteus	Sektor Bildung	Kombination von Simulation und PCB-Design	Mittel

Professionelle PCB-Fabrik Herstellungsprozess

Was will der Fachmann Herstellungsprozess in der PCB-Fabrik aussehen?

Professionelle PCB-Fertigungsprozesse sind komplex und präzise. Nehmen wir eine 4-lagige Leiterplatte als Beispiel:

• Produktion der inneren Schicht:

• Core board cleaning → Photoresist coating → Exposure → Development → Etching → Stripping

• Kaschierung:

• Stapelkernplatten mit Prepreg (vorimprägnierte Materialien)
• Kleben bei hohen Temperaturen und unter Druck

• Bohren:

• Mechanisches Bohren oder Laserbohren
• Erzeugt Durchgangslöcher, Blind Vias oder Buried Vias

• Metallisierung von Löchern:

• Electroless copper deposition → Electroplating thickening
• Macht die Wände leitfähig für Zwischenschichtverbindungen

• Äußere Schicht Produktion:

• Ähnliches Photolithographieverfahren wie bei den inneren Schichten
• Musterbeschichtung zur Erhöhung der Kupferdicke

• Lötmaske & Siebdruck:

• Auftragen von Lötstoppfarbe (normalerweise grün)
• Drucken von Bauteilkennzeichen und Referenzbezeichnungen

• Oberfläche:

• Optionen wie HASL, ENIG, OSP
• Schützt Pads und verbessert die Lötbarkeit

• Routing & Prüfung:

• Fräsen oder V-förmiges Ritzen
• Elektrische Prüfung (fliegende Sonde oder Prüfvorrichtung)

Warum sind für mehrlagige Leiterplatten so komplexe Verfahren erforderlich?

Die Komplexität von mehrlagigen Leiterplatten (wie 4- oder 6-Lagen-Leiterplatten) ergibt sich aus:

1. Ebenenausrichtung: Each layer’s circuits must align precisely (typically <50μm tolerance)
2. Zwischenschicht-Isolierung: Muss die Isolierung zwischen den Signalschichten aufrechterhalten
3. Zuverlässige Zusammenschaltungen: Durchkontaktierte Löcher gewährleisten Lagenverbindungen mit leitender Kontinuität
4. SignalintegritätHochfrequenzsignale erfordern Impedanzkontrolle und Berücksichtigung von Nebensprechen

Diese Anforderungen machen die Herstellung mehrlagiger Leiterplatten zu einem Präzisionsverfahren, das Elektronik, Chemietechnik und Mechanik miteinander verbindet.

DIY PCB-Fertigungsmethoden

Wie kann man einfache Leiterplatten zu Hause herstellen?

Für Elektronikbastler ist die Wärmeübertragungsmethode die gängigste Methode:

Benötigte Materialien:

• Kupferkaschierte Platte (ein- oder beidseitig)
• Laserdrucker
• Wärmeübertragungspapier
• Ätzlösung (Eisenchlorid oder Salzsäure + Wasserstoffperoxid)
• Bohrwerkzeug (kleine elektrische Bohrmaschine)

Schritte:

• Design & Druck:

• Vollständiges Layout mit PCB-Design-Software
• Drucken Sie das Spiegelbild auf Thermotransferpapier

• Übertragung von Mustern:

• Drücken Sie die bedruckte Seite auf die gereinigte kupferkaschierte Platte
• Apply heat using an iron or a heat press machine (160-200°C)

• Ätzen:

• In die Ätzlösung eintauchen, um freiliegendes Kupfer zu entfernen
• Überwachen Sie den Prozess, um eine Überätzung zu vermeiden.

• Reinigung & Bohren:

• Entfernen Sie den Übertragungstoner mit Lösungsmittel
• Löcher entsprechend der Größe der Bauteilanschlüsse bohren

• Lötvorbereitung:

• Auftragen einer Kolophonium-Flussmittellösung, um Oxidation zu verhindern
• Prüfen Sie die Konnektivität des Stromkreises

Welche Vorsichtsmaßnahmen sollten bei der Herstellung von Heimwerker-Leiterplatten beachtet werden?

• Sicherheit geht vor:

• Etching solutions are corrosive—wear gloves and goggles
• Arbeiten Sie in gut belüfteten Bereichen

• Präzisionskontrolle:

• Empfohlene minimale Leiterbahnbreite: 0,3 mm
• Empfohlener Mindestabstand: 0,2 mm

• Fehlersuche:

• Unvollständige Übertragung:Mit einem Stift auf Ölbasis ausbessern
• Unvollständige Ätzung: Konzentration und Temperatur der Lösung überprüfen
• Falsche Ausrichtung der Bohrung: Zuerst einen Körner verwenden

• Umweltbezogene Überlegungen:

• Sammeln und ordnungsgemäßes Entsorgen von Abfällen der Ätzlösung
• Niemals in die Kanalisation schütten

Fortgeschrittene PCB-Kenntnisse

Wie wählt man geeignete PCB-Materialien aus?

Bei der Auswahl des Leiterplattenmaterials werden diese Faktoren berücksichtigt:

• Grundstofftypen:

• FR-4: Am weitesten verbreitet, Glasfaserepoxid, kostengünstig
• Hochfrequenz-Materialien: Wie Rogers, für RF/Mikrowellen-Schaltungen
• Flexible Materialien:Polyimid, für flexible Schaltungen

• Wichtige Parameter:

• Tg (Glass Transition Temperature): ~130-140°C for standard FR-4
• Dielektrizitätskonstante: Beeinflusst die Signalausbreitungsgeschwindigkeit
• Verlusttangente: Kritisch für Hochfrequenzanwendungen

• Auswahl des Kupfergewichts:

• Standard: 1oz (35μm)
• Starkstrom: 2 oz oder dicker
• Präzisionssignale: 0,5 Unzen ermöglichen feinere Spuren

Welche Möglichkeiten der Oberflächenbehandlung von Leiterplatten gibt es und welche Eigenschaften haben sie?

Vergleich gängiger PCB-Oberflächenbehandlungen:

Ausführung Typ	Vorteile	Benachteiligungen	Typische Anwendungen
HASL	Geringe Kosten, gute Lötbarkeit	Unebene Oberfläche, nicht für feines Spielfeld	Unterhaltungselektronik
ENIG	Glatte Oberfläche, oxidationsbeständig	Höhere Kosten, Risiko einer schwarzen Unterlage	HDI-Platten, Kontaktstellen
OSP	Geringe Kosten, einfaches Verfahren	Kurze Haltbarkeitsdauer, begrenzte Nacharbeit	Kurzlebige Konsumgüter
Chemisch Silber	Gute Lötbarkeit, hochfrequenztauglich	Anfällig für Oxidation, spezielle Verpackung erforderlich	RF-Schaltungen, Automotive
Elektrolytisches Gold	Geringer Übergangswiderstand, verschleißfest	Höchste Kosten	Steckverbinder, hochzuverlässig

PCB-Qualitätskontrolle und -Prüfung

Wie kann man die Qualität der Leiterplattenherstellung sicherstellen?

Die Qualitätskontrolle von Leiterplatten erstreckt sich auf den gesamten Produktionsprozess:

• Prüfung von Rohstoffen:

• Dicke und Qualität kupferkaschierter Platten
• Prepreg-Harzgehalt und Fließverhalten

• Prozesskontrolle:

• Messung von Leiterbahnbreite und -abstand (typischerweise optische Geräte)
• Prüfung der Lochwandqualität (Querschnittsanalyse)
• Überprüfung der Ausrichtung von Schicht zu Schicht

• Abschließende Prüfung:

• Elektrische Prüfung (Unterbrechungen/Kurzschlüsse)
• Impedanzprüfung (für Hochgeschwindigkeitsdesigns)
• Prüfung der Lötbarkeit

• Zuverlässigkeitsprüfung (je nach Bedarf):

• Thermal stress testing (e.g., 288°C solder float)
• Alterungstests bei Feuchtigkeit
• Mechanische Festigkeitsprüfungen

Was sind häufige PCB-Fehler und wie können wir sie verhindern?

Häufige Mängel und Präventivmaßnahmen:

• Offene/kurze Geschäfte:

• Die Ursache: Unvollständige Ätzung oder Überätzung
• Prävention:Optimierung der Ätzparameter, Erhöhung der Inspektionshäufigkeit

• Loch Wandtrennung:

• Ursache: Schlechte Bohrqualität oder Probleme mit stromlosem Kupfer
• Prävention:Verbesserung der Bohrparameter, Verbesserung der Bohrlochreinigung

• Pad Heben:

• Ursache: Übermäßige thermische Belastung oder schlechte Adhäsion
• Vorbeugung:Optimierung des Lötprofils, Auswahl von Materialien mit hohem Tg-Wert

• Impedanzabweichung:

• Ursache: Inkonsistente dielektrische Dicke oder Leiterbahnbreite
• Prävention:Strenge Maßkontrolle, Präzisionsbearbeitungsgeräte

PCB-Herstellung FAQ

Wie lange dauert die Herstellung von Leiterplatten?

Die Produktionszeit hängt von der Komplexität des Prozesses und dem Zeitplan der Fabrik ab:

• Standard-Prozesse:

• Einseitig: 1-2 Tage
• Doppelseitig:2-3 Tage
• 4-Schicht:3-5 Tage

• Besondere Prozesse:

• Impedanzgesteuert:1-2 Tage hinzufügen
• Heavy copper (≥3oz): Add 2-3 days
• Blinde/vergrabene Durchkontaktierungen:3-5 Tage hinzufügen

Hinweis: Die oben genannten Zeiten sind Produktionszeiten, ohne Logistik.Bei Eildienstleistungen verkürzt sich die Zeit in der Regel um 30-50 %, allerdings zu höheren Kosten.

Welche Faktoren bestimmen die Herstellungskosten von Leiterplatten?

Primäre Kostenfaktoren:

• Materialkosten (~20-30% der Gesamtmenge):

• Art des Basismaterials (FR-4 vs. Hochfrequenz)
• Plattendicke und Kupfergewicht
• Besondere Materialien (z. B. Metallkern)

• Prozesskosten (~40-50% der Gesamtmenge):

• Anzahl der Schichten (jede zusätzliche Schicht erhöht die Kosten um 30-50 %)
• Größe und Anzahl der Löcher (kleine Löcher <0,3mm erhöhen die Kosten)
• Art der Oberflächenbehandlung

• Entwurfskomplexität Kosten:

• Leiterbahnbreite/-raum (feinere Merkmale erhöhen die Kosten)
• Besondere Anforderungen (Impedanzkontrolle, Blind Vias)

• Menge bestellen:

• Small batches (<5m²) have higher unit cost
• Große Mengen reduzieren die Kosten pro Einheit erheblich

Zukünftige Trends in der PCB-Technologie

Welche neuen Richtungen gibt es in der Leiterplattentechnologie?

Die Leiterplattentechnologie entwickelt sich ständig weiter, und zu den wichtigsten Trends gehören:

• Zusammenschaltung mit hoher Dichte (HDI):

• Finer traces/spaces (down to 50μm/50μm)
• Mehr Mikrovias (Laserbohrtechnik)

• Flexible/Rigid-Flex-Platten:

• Anpassbar für Wearables und faltbare Geräte
• Ermöglicht 3D-Montage, spart Platz

1. Eingebettete Komponenten:

• Vergraben von passiven Bauteilen in der Leiterplatte
• Erhöht die Integration, verbessert die elektrische Leistung

• Grüne Produktion:

• Bleifreie, halogenfreie Materialien
• Neue Verfahren zur Reduzierung von Chemikalienabfällen

• Intelligente PCBs:

• Integrierte Sensoren und Datenverarbeitung
• Ermöglicht Selbstüberwachung und Diagnose

Mit Hilfe dieses detaillierten Leitfadens sollten Sie nun ein umfassendes Verständnis des gesamten PCB-Herstellungsprozesses haben. Unabhängig davon, ob Sie sich für eine professionelle Fertigung oder für den Selbstbau entscheiden, wird Ihnen die Kenntnis dieser Prinzipien und Techniken helfen, bessere Leiterplattenprodukte herzustellen. Im Zuge des technologischen Fortschritts werden die Herstellungsverfahren für Leiterplatten immer innovativer und bilden die Grundlage für die Miniaturisierung von elektronischen Geräten und Hochleistungsanwendungen.

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1.Gedruckte Schaltung（PCB）
2.Leiterplattentypen (PCB)
3.PCB Design and Manufacturing​
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6.PCB-Fertigung und -Montage