Grundlagen der Leiterplatten-Baugruppen-Entwicklung und Fertigung

Inhaltsverzeichnis

• 1. Übersicht
  • 1.1. Hintergründe
  • 1.2. Ziel dieser Vorlesung
  • 1.3. Untergliederung des Lehrstoffes
  • 1.4. Begriffsbestimmungen
  • 1.5. Normen
    • 1.5.1. Sinn und Zweck von Normen
    • 1.5.2. Herausgeber von Normen
    • 1.5.3. einige Normen als Beispiele
• 2. Entstehung einer Leiterplattenbaugruppe
  • 2.1. Aufgliederung des technischen Ablaufes
  • 2.2. Einflüsse und Wechselwirkungen
• 3. Technologie der Leiterplatte
  • 3.1. Grundlagen
  • 3.2. Materialien
  • 3.3. Aufbautechniken
    • 3.3.1. einseitige Leiterplatte – Grundlagen Ätztechnik
    • 3.3.2. doppelseitige Leiterplatte – galvanisieren und modifizierte Ätztechnik
    • 3.3.3. Multilayer
    • 3.3.4. Multilayer – spezielle Bauformen und besondere Aspekte
      • 3.3.4.1. Sacklöcher, Buried Vias, Laserstrukturierung
      • 3.3.4.2. Sequentiell aufgebaute Multilayer (SBU), ultradünne Multilayer (UTM) und LASER-Strukturierung
      • 3.3.4.3. Multilayer mit integrierten Wärmeableitschichten
    • 3.3.5. sonstige Leiterplatten(-Sonder)bauformen
  • 3.4. mechanische Bearbeitung: Stanzen, Bohren, Fräsen und Ritzen
  • 3.5. Lackschichten
  • 3.6. metallische Oberflächen bzw. Oberflächenschutz
  • 3.7. Qualitätsaspekte und Leiterplatten-Fehler
    • 3.7.1. Lagenversatz
    • 3.7.2. Bohrprobleme
    • 3.7.3. Kontaktabriss
    • 3.7.4. Orangenhaut
    • 3.7.5. Delaminierung
    • 3.7.6. Entnetzung
  • 3.8. Kostenaspekte
• 4. elektronische Bauteile
  • 4.1. Begriffsbestimmung
  • 4.2. bedrahtete Bauteile
  • 4.3. SMDs („Surface Mounted Devices“) bzw. OMBs („oberflächenmontierte Bauteile“)
    • 4.3.1. Chips in Bauform „MA“
    • 4.3.2. Chips in Bauform „AB“
    • 4.3.3. diskrete Halbleiter in diversen Bauformen
    • 4.3.4. integrierte Schaltungen in diversen Bauformen
  • 4.4. Materialaspekte: Gehäuse und Anschlüsse
    • 4.4.1. Gehäuse
    • 4.4.2. Anschlüsse
    • 4.4.3. Materialprobleme
  • 4.5. Bauteil-Empfindlichkeiten
    • 4.5.1. Mechanik
    • 4.5.2. ESD – Electro Static Discharge
    • 4.5.3. Feuchte
• 5. Bestücktechnik
  • 5.1. Bauteilbereitstellung
  • 5.2. Handbestückung
  • 5.3. Maschinenbestückung
    • 5.3.1. bedrahtete Bauteile
    • 5.3.2. SMDs
      • 5.3.2.1. Bestückvorbereitung
      • 5.3.2.2. bedrahtete Bauteile und SMDs / einseitig Wellen-Löttechnik
      • 5.3.2.3. bedrahtete Bauteile und SMDs / Reflow- und Wellenlöt-Technik
      • 5.3.2.4. SMDs auf beiden Seiten / beidseitig Reflow-Technik
    • 5.3.3. Pick-and-Place-Prinzip
      • 5.3.3.1 Detail-Unterschiede
      • 5.3.3.2 ortsfeste Leiterplatte
      • 5.3.3.3 Leiterplatte entlang einer Achse bewegt
      • 5.3.3.4 Leiterplatte entlang beider Achsen bewegt
  • 5.4. Sondertechniken
• 6. Verbindungstechnologie
  • 6.1. Begriffsbestimmung
  • 6.2. Löttechnik
    • 6.2.1. allgemeine Grundlagen
      • 6.2.1.1. Abgrenzung Löten – Schweißen
      • 6.2.1.2. wichtige Lotlegierungen
      • 6.2.1.3. Aufbau der Lötstelle
      • 6.2.1.4. Fähigkeit zum Ausbilden einer Lötstelle – Benetzungseigenschaften
      • 6.2.1.5. Kompatibilität von bleihaltigen und bleifreien Loten und Oberflächen von Bauteilanschlüssen
      • 6.2.1.6. Funktion des Flussmittels
    • 6.2.2. Handlötung
    • 6.2.3. Wellenlöten
      • 6.2.3.1. Grundlageninformationen Welle
      • 6.2.3.2. Lötbilder und Lötfehler Welle
    • 6.2.4. Reflow-Löten
      • 6.2.4.1. Grundlageninformationen Reflow
      • 6.2.4.2. Heißgas-Reflow-Anlagen
      • 6.2.4.3. Vapourphase-Löten
      • 6.2.4.4. Lötbilder und Lötfehler Reflow
    • 6.2.5. „Pin in Paste“
    • 6.2.6. sonstige Löttechniken
    • 6.2.7. Kompatibilität Bauteil – Lötprozess
  • 6.3. Leitklebetechnik
  • 6.4. Schweißen / Bonden
  • 6.5. Einpresstechnik
• 7. Prüfung
  • 7.1. Begriffsbestimmung Prüfung – Abgleich
  • 7.2. Prüfmethoden
    • 7.2.1. Optische Methoden
      • 7.2.1.1. Sichtprüfung
      • 7.2.1.2. Automatic Optical Inspection (AOI)
      • 7.2.1.3. Röntgenuntersuchung
    • 7.2.2. Elektrische Methoden
      • 7.2.2.1. Moving Probe Tester / Flying Probe Tester
      • 7.2.2.2. In-Circuit-Test = ICT
      • 7.2.2.3. Boundary-Scan
      • 7.2.2.4. Funktions-Test = FUT
  • 7.3. Abgleich
• 8. Arbeitsorganisation
  • 8.1. Analyse
  • 8.2. Zeitplanung
  • 8.3. Fertigungskonzept
  • 8.4. Typengebundene Werkzeuge
  • 8.5. Daten- bzw. Unterlagenverteilung, Arbeitspläne
• 9. Leiterplatten-Layout – allgemeine Voraussetzung
  • 9.1. Definition prozessrelevanter Parameter
    • 9.1.1 Feinheit der Struktur
    • 9.1.2 Pad und Bohrung
      • 9.1.2.1 grundlegende Dimensionierung
      • 9.1.2.2 Besonderheiten der Bohrung-Pad-Kombination
    • 9.1.3 Lötstopplack
    • 9.1.4. Kennzeichnungsdruck
    • 9.1.5 Technologische Anforderung als Auswahlkriterium
  • 9.2 Symbol-Bibliothek
    • 9.2.1 Sinn einer Bibliothek, Aufbau & Struktur
    • 9.2.2 Elemente der Bibliothekssymbole
    • 9.2.3. Funktion der Sperrzonen
  • 9.3. bedrahtete Technik (THT)
    • 9.3.1. Block- und Scheiben-Gehäuse, 2-polig
    • 9.3.2. axiale Bauteile, 2-polig
    • 9.3.3. vielpolige Gehäuse
      • 9.3.3.1. Steckverbinder, Schalter u.a. („Electromechanics“)
      • 9.3.3.2. Transistorgehäuse, Ics in runden Metallgehäusen o.ä.
      • 9.3.3.3. Ics in DIL-Gehäusen (Dual-Inline)
      • 9.3.3.4. Leistungshalbleiter mit Kühlkörpern u.ä.
  • 9.4. SMT
    • 9.4.1 Grundlagen
      • 9.4.1.1 SMD in der Lötwelle
      • 9.4.1.2 SMDs beim Reflowlöten
      • 9.4.1.3. Lötstopplackfenster
      • 9.4.1.4 Lotpastenfenster
    • 9.4.2. Layout für Chip-Bauteil (Anschluss-Typ „MA“)
      • 9.4.2.1. Wellen-Löten
      • 9.4.2.2. Reflowlöten (Anschluss-Typ „MA“)
    • 9.4.3. Layout für Chip-Bauteil (Anschluss-Typ „AB“)
      • 9.4.3.1. Wellen-Löten
      • 9.4.3.2. Reflowlöten (Anschluss-Typ „AB“)
    • 9.4.4. Layout für Halbleiter-Gehäuse (Anschluss-Typ „GW“)
      • 9.4.4.1. Wellen-Löten (Anschluss-Typ „GW“)
      • 9.4.4.2. Wellen-Löten – spezielle Aspekte (Anschluss-Typ „GW“)
      • 9.4.4.3. Reflowlöten (Anschluss-Typ „GW“)
    • 9.4.5. Layout für IC-Gehäuse (Anschluss-Typ „JL“) – nur Reflow-Technik
    • 9.4.6 Layout für IC-Gehäuse (Anschluss-Typ „BGA“)
    • 9.4.7 Layout für „Exoten“
    • 9.4.7 schwere / große Bauteile (‚heavy components’)
• 10. Leiterplatten-Layout – Details
  • 10.1 Festlegung der Eckdaten der zu konstruierenden LP
    • 10.1.1 Kontur und Befestigung
    • 10.1.2 Technologieauswahl
    • 10.1.3 Definition des Aufbaus
  • 10.2. erste Schritte im Layout
    • 10.2.1 Bauteilplatzierung
    • 10.2.2. thermische Aspekte
    • 10.2.3. Ströme und Spannungen
  • 10.3. Detaillierung des Layouts
    • 10.3.1 Layout
    • 10.3.2 Justierung und Test
    • 10.3.3 diverse Feinheiten
  • 10.4 High-Speed-Layout
    • 10.4.1 ideale Leitungen und Anpassung
    • 10.4.2 reale Leitungen auf Leiterplatten
    • 10.4.3 Ausgangs- und Eingangsimpedanzen
    • 10.4.4 Konsequenzen für das Layout
  • 10.5 Abschluss des Themas „Layout“

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Vorlesung vermittelt die Grundlagen der Leiterplatten-Baugruppen-Entwicklung und -Fertigung. Ziel ist es, den Studierenden ein ganzheitliches Verständnis des Entstehungsprozesses zu geben, von der Geräteidee bis zur fertigen Baugruppe, unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Aspekte.

• Zusammenspiel verschiedener Fertigungsschritte
• Standard-Techniken der Leiterplattenherstellung
• Auswirkungen der Bauteilauswahl auf das Layout und die Fertigung
• Verbindungstechnologien (insbesondere Löten)
• Prüfmethoden und Qualitätskontrolle

Zusammenfassung der Kapitel

Kapitel 1 bietet eine Einleitung und definiert wichtige Begriffe. Kapitel 2 beschreibt den Prozess der Leiterplattenbaugruppenerstellung und die Interaktion verschiedener Abteilungen. Kapitel 3 behandelt die Technologie der Leiterplatten, inklusive Materialien, Aufbautechniken und Qualitätsaspekte. Kapitel 4 beschreibt verschiedene elektronische Bauteile, ihre Eigenschaften und Empfindlichkeiten. Kapitel 5 fokussiert auf die Bestückungstechnik, sowohl manuell als auch maschinell. Kapitel 6 behandelt verschiedene Verbindungstechnologien, insbesondere Lötverfahren (Handlöten, Wellenlöten, Reflow-Löten). Kapitel 7 erläutert verschiedene Prüfmethoden für Leiterplattenbaugruppen.

Schlüsselwörter

Leiterplatten, Baugruppenentwicklung, Fertigung, SMD, THT, Wellenlöten, Reflow-Löten, Verbindungstechnologie, Prüfmethoden, Layout, Kostenoptimierung, Bleifrei-Technik.