Vorbereitungen für das PCB-Prototyping: Checkliste & Prozess

PCB-Prototyping bedeutet die Herstellung von Leiterplatten in Kleinserie vor der Massenproduktion. Ingenieure nutzen das Prototyping, nachdem sie den Schaltkreisentwurf abgeschlossen und das Leiterplattenlayout fertiggestellt haben. Sie senden die Layoutdateien an eine Leiterplattenfabrik, die eine Kleinserie zu Testzwecken herstellt. Im Folgenden erkläre ich, was Sie vor der Prototypenfertigung tun müssen.

Es gibt einfache Leiterplatten und es gibt komplexe Leiterplatten. Bei einfachen Leiterplatten ist das Prototyping einfach. Bei komplexen Leiterplatten muss das Prototyping sorgfältig durchgeführt werden. Wenn Sie beim Prototyping keine geeigneten Prüfwerkzeuge verwenden, können sich Probleme erst nach der Herstellung der Leiterplatten zeigen. Das ist dann zu spät. Sie müssen sich also gut vorbereiten, bevor Sie mit dem Prototyping beginnen.

Hinweise und Vorsichtsmaßnahmen für das PCB-Prototyping

1. Es gibt zwei gängige Möglichkeiten, Prototypen zu erstellen: über einen regulären Leiterplattenhersteller oder über einen spezialisierten Prototypenshop. Finden Sie den Anbieter, der Ihren Anforderungen entspricht. Prototyping-Shops leben von der Herstellung von Mustern und akzeptieren daher auch sehr kleine Auflagen, sogar zwei Stück.
2. Normale Hersteller streben in der Regel Serienaufträge an. Sie erwarten möglicherweise, dass Sie die Muster später zurückgeben oder eine größere Bestellung aufgeben. In Prototypenwerkstätten werden nur Muster oder kleine Mengen hergestellt. Selbst wenn Sie eine große Bestellung aufgeben, ist ein Prototypengeschäft möglicherweise nicht für eine vollständige Massenproduktion eingerichtet.
3. Bei der Qualitätssicherung schneiden die regulären Hersteller in der Regel besser ab als manche Musterläden. Einige Mustergeschäfte konzentrieren sich auf schnelle Verkäufe und nehmen den Auftrag an, schneiden ein Muster zu und kassieren die Zahlung, ohne eine vollständige Prüfung durchzuführen. Sie können fliegende Tests auslassen. Wenn die Qualität nicht gut ist, müssen Sie einen neuen Probelauf durchführen. Probeläufe sollten sorgfältig durchgeführt werden. Ein ordnungsgemäßer Probelauf deckt in der Regel Probleme auf und macht den nächsten Lauf erfolgreich.

Vorsichtsmaßnahmen für das technische Personal beim PCB-Prototyping

1. Wählen Sie die Anzahl der Prototypen sorgfältig aus, um die Kosten zu kontrollieren.
2. Bestätigen Sie Bauteilpakete im Detail, um Prototypenfehler durch falsche Footprints zu vermeiden.
3. Führen Sie umfassende elektrische Prüfungen durch, um die Leistung der Karte zu verbessern.
4. Achten Sie beim Layout der Platine auf die Signalintegrität, um Rauschen zu reduzieren und die Stabilität zu erhöhen.

Vorsichtsmaßnahmen für Hersteller von Prototypen

1. Prüfen Sie die PCB-Dateien sorgfältig, um Datenfehler zu vermeiden.
2. Genehmigen Sie alle Prozessschritte und stimmen Sie die Verarbeitungsparameter mit der internen Fabrik ab.
3. Kontrollieren Sie die Produktion, um Kosten zu senken und die Qualität zu erhalten.
4. Kommunizieren Sie alle besonderen Hinweise und Anforderungen mit dem Prototypenkunden, um Überraschungen zu vermeiden.

Vorbereitungen vor dem PCB-Prototyping

1. Erstellen Sie den physischen Umriss
   Ein geschlossener physischer Umriss ist eine grundlegende Plattform für die spätere Platzierung von Komponenten und Prototypen. Seien Sie präzise. Verwenden Sie abgerundete Ecken für den Umriss. Abgerundete Ecken vermeiden Schnitte durch scharfe Kanten und verringern die Spannungskonzentration auf der Leiterplatte.
2. Komponenten und Netze einbringen, dann Komponenten platzieren
   Wenn Sie Komponenten und Netze in den gezeichneten Umriss importieren, befolgen Sie die Aufforderungen sorgfältig. Achten Sie auf die Bauteilpakettypen und Netzverbindungen. Wenn Sie die Anweisungen befolgen, werden Fehler vermieden. Die Platzierung und Verlegung von Bauteilen beeinflusst die Lebensdauer, Stabilität und elektromagnetische Verträglichkeit des Produkts. Diese Punkte müssen besonders beachtet werden. Befolgen Sie generell die Reihenfolge der Platzierung und achten Sie auf die Wärmeableitung.
3. Das PCB-Design routen und verfeinern
   Beachten Sie beim Entflechten der Leiterplatte die Anforderungen an die Verarbeitungsparameter. Sie können auch einen vertrauenswürdigen Anbieter von Prototypen konsultieren. Auf diese Weise lässt sich die Ausschussquote verringern. Passen Sie nach dem Entflechten den Text, einige Teile und einige Leiterbahnen an. Führen Sie den Kupferverguss zum richtigen Zeitpunkt durch. Vermeiden Sie zu frühe Kupferabgüsse, da dies die Bearbeitung verlangsamen und Probleme beim Routing verursachen kann. Die abschließenden Bearbeitungen sollen die Produktion, die Fehlersuche und die Reparatur erleichtern.
4. Kontrolle und Überprüfung der Netze
   Manchmal verändern Fehler oder Nachlässigkeiten die Netzbeziehungen auf der gezeichneten Leiterplatte im Vergleich zum Schaltplan. Daher ist eine Überprüfung und Verifizierung notwendig. Überprüfen Sie nach dem Zeichnen zuerst die Netze und führen Sie dann die weiteren Arbeiten durch.

Schritt 1 - Kontaktieren Sie das Werk

Teilen Sie dem Werk die benötigte Plattengröße, die Prozessanforderungen und die Bestellmenge mit. Warten Sie auf ein professionelles Angebot und geben Sie dann die Bestellung auf.

Schritt 2 - Schneiden des Materials

Auf der Grundlage der von Ihnen bereitgestellten technischen Daten schneiden Sie aus geeigneten Rohplatten kleine Produktionsplatten zu. Typischer Ablauf: große Rohplatte → Zuschnitt nach Bearbeitungsvorgaben → Ausrichten und Einspannen der Platten → Stanzen abgerundeter Ecken oder Fräsen der Kanten → Ausgabe der Platten.

Schritt 3 - Bohren

Bohren Sie Löcher an den gewünschten Positionen und Größen in die vorbereiteten Platten. Typischer Ablauf: Platten stapeln und mit Passstiften befestigen → Platte laden → Löcher bohren → Platte entladen → prüfen und bei Bedarf nacharbeiten.

Schritt 4 - Abscheidung von Kupfer auf Löchern

Verwenden Sie chemische Methoden, um eine dünne Kupferschicht in den Löchern abzuscheiden, die beschichtet werden müssen. Typischer Ablauf: Grobschleifen → Aufhängen der Platten → automatische stromlose Kupferlinie → Entladen → Eintauchen in 1% verdünntes H₂SO₄ → Kupferverdickung.

Schritt 5 - Bildübertragung

Übertragung des Schaltkreisbildes vom Produktionsfilm auf die Platte. Typischer Ablauf: Platine aufrauen → Laminieren → Ruhen → Ausrichten → Belichten → Ruhen → Entwickeln → Prüfen.

Schritt 6 - Mustergalvanik

Kupfer galvanisieren und dann Nickel/Gold oder Zinn über das freiliegende Schaltkreiskupfer auftragen, um die erforderliche Dicke zu erreichen. Typischer Ablauf: Platte laden → entfetten → zweimal mit Wasser spülen → Mikroätzung → mit Wasser spülen → mit Säure reinigen → galvanisches Verkupfern → mit Wasser spülen → mit Säure tauchen → verzinnen → mit Wasser spülen → entladen.

Schritt 7 - Entlacken des Fotolacks

Verwenden Sie NaOH-Lösung, um die Fotolackschicht zu entfernen, die die Bereiche für die Galvanisierung bedeckt hat, so dass das Nicht-Schaltungskupfer für spätere Schritte freigelegt wird.

Schritt 8 - Ätzen

Verwenden Sie chemische Ätzmittel, um Kupfer von Bereichen zu entfernen, die nicht Teil des Schaltkreises sind.

Schritt 9 - Aufbringen der Lötmaske

Übertragen Sie das Bild der Lötstoppmaske (im Allgemeinen als grüne Maske bezeichnet) auf die Leiterplatte. Die Maske schützt die Leiterbahnen und verhindert, dass das Lot beim Löten der Komponenten Brücken bildet.

Schritt 10 - Siebdruck

Drucken Sie zur leichteren Identifizierung und Montage Referenztext und Markierungen auf die Platine. Typischer Ablauf: nach der endgültigen Aushärtung der Lötstoppmaske → abkühlen und ausruhen → Gewebe anpassen → Siebdruck → Aushärtung nach dem Druck.

Schritt 11 - Vergoldung der Finger

Vernickeln und vergolden Sie die Fingerbereiche der Stecker in der gewünschten Stärke. Dadurch werden Härte und Verschleißfestigkeit verbessert.

Schritt 12 - Fräsen und Formgebung der Platte

Verwenden Sie Stanzwerkzeuge oder CNC-Fräsen, um die Plattenform auf die vom Kunden gewünschten Umrisse zuzuschneiden.

Schritt 13 - Prüfung

Verwenden Sie einen Flying-Probe-Tester, um offene Schaltkreise, Kurzschlüsse und andere Defekte zu prüfen, die visuell schwer zu erkennen sind. Dadurch wird die Funktionalität der Karte überprüft.

Abschließende Hinweise und Erinnerungen

1. Bestätigen Sie immer die Footprints der Komponenten. Ein falscher Footprint kann zum Scheitern des Prototyps führen und das Projekt verzögern.
2. Halten Sie klare Designregeln für Bohrergrößen, Leiterbahnbreiten, Abstände und Impedanzkontrolle ein, falls erforderlich. Verwenden Sie nach Möglichkeit die vom Hersteller empfohlenen Werte.
3. Fügen Sie Testpads ein und erstellen Sie einen klaren Testplan. Dies hilft bei der elektrischen Prüfung und Fehlersuche.
4. Markieren Sie spezielle Anforderungen wie impedanzkontrollierte Leitungen, blinde oder vergrabene Durchkontaktierungen oder Einpresslöcher frühzeitig, damit das Werk die Eignung prüfen kann.
5. Halten Sie Stücklisten- und Baugruppeninformationen auf dem neuesten Stand und fügen Sie klare mechanische Zeichnungen bei, wenn Sie präzise Leiterplattenumrisse oder spezielle Bohrungen benötigen.

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