Richtlinien für die Fertigung von Flachbaugruppen bei - ZE - DESY ZE. Service-Zentrum Elektronik. Version 4

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1 Richtlinien für die Fertigung von Flachbaugruppen bei - ZE - DESY ZE Service-Zentrum Elektronik Version

2 Service-Zentrum Elektronik -ZE- Deutsches Elektronen Synchrotron DESY Ein Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft Standort Hamburg Notkestraße 85 D Hamburg Tel: +49 (0) Service-Zentrum Elektronik - ZE - in Hamburg Internetseite: Fax: +49(0) Adresse: desy-ze@desy.de Tel: +49 (0) Durchwahl Sie finden uns im Gebäude 1A im 1.OG und Gebäude 10 im EG Ihre Ansprechpartner im Service-Zentrum Elektronik - ZE - sind: Funktion Mitarbeiter Tel. Auftragsannahme, Gruppenleiter Dr. Otto-Christian Zeides 3359 Auftragsannahme, Fertigungstechnik Thomas Kuhlmann (9)3557 Prüftechnik Julia Voigt 3459 Leiterplatten-Fertigung, Layout Ralf Apel 2398 Gerätekonstruktion, Layout (EMV) Andreas Gibau 4870 SMD-Fertigung Reinhard Schappeit 1793 / 4661 Bonden Helge Botschik 1794 / 4980 Mechanik, CADBAS-Datenbank Susanne Schönwandt 2359 Anfragen und Datenübermittlungen bitte immer über die -Adresse: desy-ze@desy.de Wichtige Neuigkeiten zur Fertigung unter: Menüpunkt: News Dokumente finden Sie unter: Menüpunkt: Dokumente DESY -ZE- Service-Zentrum Elektronik, Richtlinie Version 4 Seite 1

3 Service-Zentrum Elektronik -ZE- Seite 2 DESY -ZE- Richtlinie Version 4

4 Inhaltsverzeichnis Ansprechpartner DESY -ZE Inhaltsverzeichnis... 3 Vorwort... 7 Kapitel ZE-Arbeitsvorbereitung ZE-Konstruktion / Arbeitsvorbereitung... 9 Kapitel Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten Übersicht der behandelten Punkte Die Leiterplatten-Nummer Archivierung von Leiterplattendaten Das Layout Kontroll-Liste: Vorgaben für Layout Allgemein Vorgaben für Layout Durchstecktechnik Vorgaben: Layout für Multilayer und SMD Multilayer SMD Vorgaben: Layout Sonderfertigungen Blind und Buried Vias (Vergrabene Bohrungen und Sacklöcher) Impedanzkontrollierte Leiterplatten Vorgaben: Prüfung der bestückten Leiterplatte Vorgaben: Dokumente und Fertigungsunterlagen Bereitstellung der Leiterplattendaten Gerber / Bohr-Daten Format Kurzbeschreibung der Leiterplatte ReadMe Leiterplatte Begriffserklärung zur ReadMe Leiterplatte Dateibezeichnungen und Namen Dateiendungen Dateibezeichnungen für Gerber- und Bohrdaten Dateinamenerklärung am Beispiel Multilayer Lagenaufbauten Bohrungen und Verbindungsmöglichkeiten Vias Pluggen Layermarken bei Multilayern Bestückungsdruck Bohr-Maßbild Kapitel EMV-gerechtes Leiterplattendesign Übersicht der behandelten Punkte Einleitung Beispiele für EMV gerechtes Leiterplattendesign Leiterschleifen Platzierung von Abblockkondensatoren Steckverbinder / Kabel Komponentenauswahl Leiterplattenaufbauten Beispiele Lagenaufbau Leiterplatten Literaturverzeichnis DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Inhaltsverzeichnis Seite 3

5 Inhaltsverzeichnis (Fortsetzung) Kapitel Mechanische Konstruktion und Bearbeitung Übersicht der behandelten Punkte Anforderungen Hilfsmittel für die Erstellung von Zeichnungen Konstruktion von Front- und Rückplatten mit Hilfe der Bauteildatenbank CADBAS Installation Die Aufnahme eines neuen Bauteils in die Bauteildatenbank CADBAS Das Verwenden von Vorlagen Mechanische Bearbeitung in der ZE-Mechanikwerkstatt Datron M3 Fräsmaschine Ständerbohrmaschine Tischkreissäge Schlagschere Kantbank Kapitel SMD Reflowlöten Übersicht der behandelten Punkte Einleitung Leiterplattenformate Anschlussflächen Warum ein Standard? Grabsteineffekt (Tombstoning) Eine gute Lötverbindung Durchkontaktierung und Anbindung Microvia s im Pad Referenzmarken, Randbereiche und Nutzenverarbeitung Die 3 Referenzmarken, Freistellung und Randbereich beachten Lokale Referenzmarken für Fine-pitch Bauteile Freier Randbereich von 5 mm für den Pastendruckprozess Abstände bei Stufenschablonen Mehrfachnutzen Spezielle Bauteile, Handhabung, Lagerung, Bereitstellung BGA Handhabung von SMD- Bauteilen Feuchtigkeitsempfindliche Bauteile richtig lagern Bestückungsdaten (Pick & Place File), Unterlagen Bestückdaten SMD Unterlagen für die Fertigung Produktionsprozesse Wellen- oder Schwalllöten von SMD Elektrostatische Ladungen Vorzugsliste für SMD Bauteile im ZE-Lager Seite 4 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Inhaltsverzeichnis

6 Inhaltsverzeichnis (Fortsetzung) Kapitel Wellen- Handlöten, Durchsteck- Einpresstechnik, Kabelfertigung Übersicht der behandelten Punkte Wellenlöten von THT-Bauteilen Wellenlöten mit einer Selektiv-Lötwelle Maschinelle Bearbeitung von Bauteilen in Durchstecktechnik (THT) Handlöten Lötstationen Einpresstechnik Leiterplatte und Layout für Einpresstechnik Vorhandene Werkzeuge und Maschinen zur Kabelfertigung Steuer-, Hochspannungs- und Geräteanschlußkabel Kapitel US-Dünndrahtbonden Übersicht der behandelten Punkte Allgemeines Qualitätsstandard Mechanischer Aufbau Pads und Flächen Mechanische Eigenschaften Strukturierung Reinheit Oberflächeneigenschaften Layout-Richtlinien Kapitel Prüftechnik Übersicht der behandelten Punkte Allgemeines Boundary Scan Voraussetzungen JTAG-Stecker Bedingter Test Test von Schnittstellen Vorab-Analyse auf Testfähigkeit Polar Tester Optischer und elektrischer Test in einem Durchgang Test von elektrisch nicht testbaren Komponenten Voraussetzungen der Leiterplatte Voraussetzungen für die Prüfung CAD-Daten EMV Vorprüfungen EMV-Feldsonden Burst/Surge-Generator Softwarebasierte Prüfungen Zertifizierungen VDE-Prüfung / Niederspannungsrichtlinie EMV-Konformitätsprüfungen CE-Zertifizierung DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Inhaltsverzeichnis Seite 5

7 Inhaltsverzeichnis (Fortsetzung) Anhang A Danksagungen und Rechtliche Hinweise Anhang B Übersicht der Leiterplattenformate Anhang C Dateibezeichnungen für Leiterplattendaten Anhang D Dateibezeichnungen für Dokumente und Fertigungsdaten Anhang E Vorschriften für Schutzleiteranschlüsse in Baugruppenträgern Stand: Dezember 2014 Seite 6 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Inhaltsverzeichnis

8 Service-Zentrum Elektronik -ZE- Vorwort Das Servicezentrum Elektronik stellt Standardverfahren und Abläufe für die Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Fertigung und Prüfung von elektronischen Baugruppen und Geräten für DESY bereit, mit deren Hilfe Kundenaufträge bearbeitet werden und die zum Teil auch von Ihnen mit genutzt werden können: Leiterplatten Layout mit EAGLE Layoutsystem Layout mit EAGLE: Bis 16 Lagen Multilayer, alle Layouttechniken. Die ZE-Bauelemente-Bibliothek kann von allen DESY-Mitarbeitern genutzt werden. Beschaffung von Leiterplatten Beschaffung von Leiterplatten: Ein- und doppelseitige Leiterplatten, Multilayer-, Starr-, Starrflex-Leiterplatten. Ebenso Leiterplatten aus Sondermaterialien: z.b. Rogers (HF- Schaltungen) Überprüfung und Überarbeitung der Gerberdaten mit einem CAM-Tool. Mechanik- und Gerätekonstruktion Mechanik-Konstruktion 2D mit AutoCAD. Nutzung der Bauelemente-Bibliothek CADBAS mit mehr als 200 Ausschnitten für Bauelemente, diversen Front- und Rückplatten-Vorlagen. AutoCAD und CADBAS kann von allen DESY-Mitarbeitern genutzt werden. Beschaffung von elektronischen Bauelementen Wertkontrakte mit mehr als 20 Elektronik-Distributoren ermöglichen eine kurzfristige Beschaffung. Konfektionierung von Kabeln Kabelabläng- und Abisoliermaschine. Maschine zum mehrstufigen Absetzen von Kabeln (z.b. Koaxialkabel). Bearbeiten von Gehäusen sowie Front- und Rückplatten Übernahme der Daten aus AutoCAD zur Weiterverarbeitung in der CNC- Fräsmaschine für Front- und Rückplatten aus Aluminium. Die Übernahme von Daten aus anderen CAD- Anwendungen ist möglich. Bedrucken von Gehäusen sowie Front- und Rückplatten Die verschiedenfarbige Bedruckung von Front- und Rückplatten ist möglich. Bestückung von SMD-Baugruppen Hochpräziser Lötpastendruck mit Hilfe eines Schablonendruckers. Automatische Ausrichtung der Lötpastenschablone, Klemmung und Unterseitenunterstützung komplexer Baugruppen. Automatische Bestückung mittels eines Bestückungsautomaten und zusätzlich ein Handbestückungsplatz. Reflowlötung in einer profilgesteuerten Dampfphasenlötanlage mit hoher Reproduzierbarkeit. Handreparaturplätze mit optischer Unterstützung sowie Heißgas-Systeme für aufwendige Reparaturen an Baugruppen mit QFPs oder BGAs stehen zur Verfügung. DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Vorwort Seite 7

9 Service-Zentrum Elektronik -ZE- Die Prozesse sind für bleifreie Materialien eingerichtet. Konventionelle Bestückung Es stehen Handlötstationen, eine Wellenlötanlage für die maschinelle Lötung sowie eine Selektivlötwelle zur Verfügung. Die Prozesse sind für bleifreie Materialien eingerichtet. Dünndraht-Bonden Aluminium-Dünndrahtbonden mit Hilfe eines wedge-wedge Bonders mit Drahtstärken von 17,5µm bis 50µm. Qualitätssicherung der Fertigung Für eine Qualitätssicherung der Fertigung stehen neben manuellen optischen Verfahren die Verfahren AOI (automatische optische Inspektion), Netzknotenimpedanz-Test sowie ein Test mit Hilfe der BoundaryScan-Methode zur Verfügung. Baugruppenprüfung, Reparatur und Service Interne Qualitätskontrolle, Prüfung nach Kundenanforderungen, Fehlersuche und -behebung von bei ZE hergestellten Geräten und Baugruppen. CE-Zertifizierung, Sicherheitsprüfung CE-Zertifizierung von Geräten (nach Niederspannungs- und EMV-Richtlinie). Sicherheitsprüfung nach der Niederspannungsrichtlinie. Dokumentation Jeder Werkstattauftrag wird dokumentiert, es werden aktuelle Dokumente erzeugt und dem Auftraggeber übergeben. Alle Geräte erhalten eine Serien-Nummer. Seite 8 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Vorwort

10 Arbeitsvorbereitung Service-Zentrum Elektronik ZE-Konstruktion / Arbeitsvorbereitung Die ZE-Arbeitsvorbereitung übernimmt folgende Aufgaben: Klärung des Umfangs des zu kalkulierenden und durchzuführenden Werkstattauftrags - Klärung des Umfangs der Konstruktion von Elektronik und Mechanik - Klärung des Umfangs von Fertigung und Prüfung - Abgabe einer Kosten- und Terminkalkulation an den Auftraggeber Es werden folgende Informationen vom Auftraggeber benötigt: - Einzelteilstückliste (Excel) für die Beschreibung der verwendeten Bauelemente - Schaltpläne, Bestückungspläne und/oder -daten, Datenblätter, Layout-Daten - Mechanische Zeichnungen (siehe Anhang D) - Prüfunterlagen Ausführung des genehmigten Werkstattauftrags. - Planung des Werkstattauftrags und Steuerung der Durchführung - Veranlassung der Beschaffung von Bauelementen und externer Dienstleistungen - Veranlassung und Durchführung von Fertigung, Prüfungen und Zulassungen - Dokumentation und Qualitätssicherung Nach der Genehmigung eines Werkstattauftrags ist der Arbeitsvorbereiter der verantwortliche ZE-Projektleiter für die Durchführung des Werkstattauftrages und Ansprechpartner für den Auftraggeber. Bei Veränderungen des Termins oder der Kosten wird der Auftraggeber durch den Arbeitsvorbereiter informiert und es werden ggf. neue Verabredungen getroffen. Bitte benutzen Sie dafür folgende Formvorlagen und Hinweise. Sie verkürzen damit die Bearbeitungszeit und ermöglichen eine fertigungsgerechte Konstruktion. Die Vorlagen befinden sich auf der ZE-Webseite unter dem Link > Dokumente: - DESY-Layoutvorschriften - Richtlinien für die Fertigung von Flachbaugruppen - Kurzbeschreibung der Leiterplatte (Word-Dokument) - CADBAS-Datenbank (Standardbauteile für AutoCAD) für die Mechanikkonstruktion, vorwiegend für Frontplatten und Rückwände - Einzelteilstückliste (Excel) für die Beschreibung der verwendeten Bauelemente - Die SMD-Vorzugsliste beschreibt die bei ZE vorrätigen SMD-Bauelemente DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel Seite 9

11 Arbeitsvorbereitung Service-Zentrum Elektronik Das Servicezentrum Elektronik benutzt für die Steuerung und Rückverfolgbarkeit aller Werkstattaufträge das ERP-System orderbase. Integraler Bestandteil dieses Systems ist eine Artikel-Datenbank. Artikel sind in diesem Zusammenhang u.a.: - Unbestückte Leiterplatten - Front- /Rückplatten - Gehäuse - Flachbaugruppen - Geräte - Elektronische Bauelemente - Konfektionierte Kabel Jeder Artikel besitzt eine einzigartige Artikel-Nummer, über die er eindeutig identifiziert werden kann. Die Artikel-Nummer wird ausschließlich von der Gruppe DESY -ZE- vergeben um eine eindeutige Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten. Zu jedem Artikel werden umfangreiche Stammdaten wie Hersteller und Hersteller-Nummern, Lieferanten und Lieferanten-Nummern, Datenblätter, Verpackungseinheiten sowie Preise und letzte bekannte Lieferzeiten gespeichert. Die Artikel-Nummer für alle Kaufteile wie z.b. elektronische Bauelemente, Halbzeuge usw. besitzt folgendes Format: Z98765 (5-stellige Nummer) Die Artikel-Nummer für alle Fertigungsartikel wie z.b. Leiterplatten, Flachbaugruppen, Front/Rückplatten, Kabel und Geräte besitzt folgendes Format: xxxxx-yy xxxxx ist die Artikel-Nummer mit -yy als Revisions-Nummer (00-99) Beispiel: Artikel 10234, Index -01 Zukünftig wird bei von ZE ausgegebenen EXCEL-Stücklisten diese Artikel-Nummer mit ausgegeben (orderbase Nr). Ziel ist es, diese Artikel-Nummern in die Bibliotheken der Leiterplatten-Entwicklungssysteme mit aufzunehmen und bei der Stücklistenerstellung automatisch mit ausgeben zu können. Dies erleichtert die Identifizierung der zu beschaffenden Bauelemente enorm und verringert die Fehlerrate, gerade bei SMD-Bauelementen mit unterschiedlichen Bauformen. Alle von ZE ausgelieferten Baugruppen und Geräte erhalten einen Aufkleber, aus dem die Artikel-Nr.: (xxxxx-xx) und die Serien-Nummer des Artikels (00001) hervorgeht: Seite 10 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel - 1 -

12 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten Übersicht Kapitel 2 1. Die Leiterplatten-Nummer 1.1. Archivierung von Leiterplattendaten 2. Das Layout 2.1. Kontroll-Liste: Vorgaben für Layout Allgemein 2.2. Vorgaben für Layout Durchstecktechnik 2.3. Vorgaben: Layout für Multilayer und SMD 2.4. Vorgaben: Layout für Sonderfertigungen 2.5. Vorgaben: Prüfung der bestückten Leiterplatte 2.6. Vorgaben: Dokumente und Fertigungsunterlagen 3. Bereitstellung der Leiterplattendaten 3.1. Gerber / Bohr-Daten Format 4. Kurzbeschreibung der Leiterplatte 4.1. ReadMe Leiterplatte 4.2. Begriffserklärung zur ReadMe Leiterplatte 5. Dateibezeichnungen und Namen 5.1. Dateibezeichnungen für Gerber- und Bohrdaten 5.2. Dateiendungen 5.3. Dateinamenerklärung am Beispiel 6. Multilayer 6.1. Lagenaufbauten 6.2. Bohrungen und Verbindungsmöglichkeiten 6.3. Layermarken bei Multilayern 7. Bestückungsdruck 8. Bohr-Maßbild DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel Seite 11

13 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten 1. Die Leiterplatten-Nummer Jede DESY-Leiterplatte ist mit einer Leiterplatten-Nummer zu kennzeichnen. Die LP-Nummer wird ausschließlich von der Gruppe DESY -ZE- vergeben. Die Gruppe DESY-ZE- übernimmt auch die Beschaffung von Leiterplatten. Die Nummer besteht aus 5 Zahlen, einem Trennstrich und 2 Zahlen für den Änderungs-Index. Das bedeutet, dass bei einer Änderung der Layoutdaten die Index-Bezeichnung einen Zähler hochgezählt wird. Die Unterlagen von der Vorversion sind somit ungültig und werden vernichtet. Die Art der Leiterplatte wird durch zwei Buchstaben angegeben, sie dient zur Klassifizierung der Leiterplatte und muss in allen Dokumenten aufgeführt sein. Bei ein- und doppelseitigen Leiterplatten kann diese Bezeichnung entfallen. Die LP-Nummer muss auf allen zu einer Leiterplatte gehörenden Unterlagen (jede Ebene, Lötpasten, usw.) angegeben sein. Auf der Leiterplatte muss die Nummer auf einer Außenlage in Kupfer an einer nach dem Bestücken sichtbaren Stelle angebracht sein. Die Nummer kann zusätzlich auf dem Bestückungsdruck angebracht werden. Beispiel: ML Grundnummer Änderungsindex LP-Art: Beschreibung der LP-Art: DL = Ein/Doppelseitig ML = Multilayer FL = Flexible SF = Starr flex 1.1 Archivierung von Leiterplattendaten: Die Gerber-Daten der DESY-Leiterplatten werden von -ZE- dauerhaft archiviert. Nachbestellungen sind innerhalb von 4 Jahren möglich. Nach dieser Zeit werden die Daten beim Leiterplattenhersteller ausarchiviert. Eine Nachbestellung dieser Leiterplatte wird dann wie eine Neubestellung behandelt. Seite 12 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel - 2 -

14 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten 2. Das Layout Der Layouter ist als Konstrukteur zu sehen. Er hat alle Fertigungsnormen und Toleranzen einzuhalten. Es gilt der Leitspruch: So groß wie möglich, aber nur so klein wie nötig. Folgende Punkte sind für eine reibungslose Weiterbearbeitung von Bedeutung: Kontroll-Liste zur Designerstellung Vorgaben: Allgemeine Angaben - Für jedes Layout ist eine Kurzbeschreibung auszufüllen. ( _Readme.dot) Dieses Dokument ist auf unserer WEB-Seite: Servicezentrum Elektronik ZE (ze.desy.de) unter dem Menüpunkt Dokumente zu finden. - Auf der Leiterplatte muss die Leiterplatten-Nummer an einer nach dem Bestücken sichtbaren Stelle angebracht sein. Die Nummer kann zusätzlich auf dem Bestückungsdruck angebracht werden, sofern dieser vorhanden ist. - Die Leiterplattennummer muss auf allen Unterlagen, die zu dem Layout gehören, vorhanden sein. - Die Beschriftung einer Vorlage darf nur von einer Seite lesbar sein (Draufsicht). - Es dürfen keine Firmenlogos oder Zeichen auf der Leiterplatte in Kupfer abgebildet werden. - Auf allen Unterlagen ist das aktuelle Ausgabedatum anzugeben. - Bei Layoutänderungen ist der Leiterplattenindex hochzuzählen. (z.b. alt -00 -> neu - 01) Der Index ist auf allen Unterlagen zu ändern. Gemischte Nummern sind nicht zulässig. - Bei Änderungen sind alle Unterlagen neu zu erstellen und mit dem aktuellen Ausgabedatum zu versehen. - Die Unterlagen der Vorversion werden ungültig und sind nicht mehr für die Fertigung zugelassen. - Es müssen 3 asymmetrisch angebrachte Passermarken außerhalb des Leiterbildes zur optischen Kontrolle vorhanden sein. - Ein Mindestabstand von > 0,5 mm zwischen Leiterplattenkante, der Leiterbahnführung, den Bauteilen und allen Kupferflächen muss eingehalten werden. - Bei einer Nutzenfertigung sind die Mindestabstände von > 0,6 mm der Bauteile, Kupferflächen und Pads zur Leiterplattenkante einzuhalten. Das gilt für jede Nutzenplatte Vorgaben: Layout für Durchstecktechnik und SMD - Leiterbahnbreiten und Isolationsabstände bei einem Standard-Layout: - Bei Standard-Bauteilen sind einzuhalten: > 0,2 mm - Wird es erforderlich, einen geringeren Abstand als oben angegeben zu verwenden, ist Rücksprache mit DESY, Fachgruppe -ZE- zu halten. - Geätzte Schriften (in Kupfer) müssen > 1,5 mm hoch und mit einer Schriftstärke von > 0,2 mm ausgelegt sein. DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel Seite 13

15 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten Fortsetzung Kontroll-Liste: - Freistellungen in den Lötstoppmasken, müssen auch für alle NDK - Bohrungen, Ausschnitte und Durchbrüche vorhanden sein. Lötaugen und SMD-Pads sollten einen minimalen Durchmesser haben. Min.Pad = Paddurchmesser mm (5 mil) - Beim Positionsdruck ist die Strichbreite von > 0,18mm (180µm) und eine minimale Schrifthöhe von 1,70 mm einzuhalten. Der Abstand vom Positionsdruck zum Lötpad sollte min. 150µm betragen - Alle SMD-Bauteilpads und Lötaugen sind vom Positionsdruck frei zu halten. - Bauteilnamen sind so zu setzen, dass sie nach dem Bestücken noch lesbar sind. - Polaritätskennzeichnungen von Bauteilen sind so zu setzen, dass sie nach dem Bestücken noch lesbar sind. - Ist es nicht möglich, Bauteilnamen auf dem Positionsplan unterzubringen, so sind zwei Pläne zu erstellen, einmal Bauteilumrandung ohne und einmal mit Bauteilnamen. Jeder Plan ist als Gerber- und PDF-Datei mitzuliefern. - Die Farbe für den Positionsdruck ist weiß. - Bei allen durchmetallisierten Bauteil-Bohrungen (Lötpads) ist ein Restring von min. 0,3 mm (umlaufend) vorzusehen. min. Pad = Lochenddurchmesser + 0,6 mm. - Bei allen Durchkontaktierungen (Vias) ist ein Restring von min. 0,2 mm (umlaufend) vorzusehen. min. Pad = Lochenddurchmesser + 0,4 mm. - Nicht durchkontaktierte Montagebohrungen müssen als solche im Bohr-Maßbild gekennzeichnet werden. - Bohrungen für Einpresstechnik sind als solche zu kennzeichnen und die speziellen Loch-Toleranzen sind anzugeben. - Eine Maßzeichnung mit allen Maßen für die Bearbeitung der Leiterplatte muss vorhanden sein. (Nutzenzeichnung, Konturen, Ausbrüche usw.) (siehe Bohrmaßbild) - Ein Bohr-Maßbild mit Anzahl, Art und Durchmesser der einzelnen Lochgruppen soll vorhanden sein. Auf dem Bohr-Maßbild ist die Kontur der Leiterplatte mit anzugeben. - Eine Bauteil- oder Montagebohrung ist als Referenz zu vermaßen. (Bohrbild zu LP- Kontur) - Das Bohr-Maßbild muss auch als Gerberdatei vorhanden sein. - Es sollte für durchkontaktierte und nicht durchkontaktierte Bohrungen je ein Bohrprogramm vorhanden sein Vorgaben: Layout für Multilayer und SMD - Bei einem Multilayer Standard-Layout sind folgende Leiterbahnbreiten und Isolationsabstände einzuhalten: Leiterbreite: > 0,2 mm - Leiterabstand: > 0,2 mm - Bei einem Multilayer Feinleiter-Layout sind folgende Leiterbahnbreiten und Isolationsabstände einzuhalten: Leiterbreite: > 0,1 mm Leiterabstand: > 0,1mm, besser > 0,13mm Grundsätzlich gilt wieder: So groß wie möglich, aber nur so klein wie nötig Wird es erforderlich, einen geringeren Abstand als oben angegeben zu verwenden, ist Rücksprache mit DESY, Fachgruppe -ZE- zu halten. Seite 14 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel - 2 -

16 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten Fortsetzung Kontroll-Liste: Multilayer: - Bei Multilayern ist ein Lagenaufbau mitzuliefern (PDF-Datei). (siehe Lagenaufbauten) - Bei Multilayern, deren Lagenaufbau definiert ist, muss die Möglichkeit einer zerstörungsfreien Prüfung der Lagenabstände gegeben sein. Es sollten treppenförmige Kupferpads am Rand der Leiterplatte oder Layerzahlen eingebracht werden. (siehe Multilayer-Layermarken) - Im NEGATIV erstellte Lagen sind als solche zu kennzeichnen. - Bei Multilayern, die in den Innenlagen flächiges Kupfer haben, ist eine Freistellung von > 0,5 mm zur Leiterplattenkante einzuhalten. Gleiches gilt für die Leiterbahnführung. Ausnahmen sind mit DESY, Fachgruppe -ZE- abzusprechen SMD: - Für die SMD-Bestückung sind für jede Bestückungsseite 3 asymmetrisch angebrachte Referenzmarken auf die Leiterplatte zu setzen. - Für die Referenzmarken ist ein Mindestabstand von 6,5 mm (Mittelpunkt) zum Leiterplattenrand einzuhalten. - Die Referenzmarken haben einen Durchmesser 1,5 mm in Kupfer und eine Freistellung in der Lötstoppmaske von 3 mm. Sie müssen metallisch blank sein und dürfen nicht mit dem Positionsdruck überdeckt werden. Andere Durchmesser sind mit DESY, Fachgruppe -ZE- abzusprechen. - Sie sind ebenfalls auf dem jeweiligen Lötpastenlayer an die gleiche Position zu setzen. - Die Referenzmarken sind mit RFT1 bis RFT3 für die Topseite und RFB1 bis RFB3 für die Bottomseite im Positionsdruck zu beschriften. (Alternativ: RF1T RF3T und RF1B RF3B) - Für die Referenzmarken sind die Koordinaten in der Bestückungsdatei mit anzugeben. - Bei SMD-Bauteilen (Footprints) sind die notwendigen Normen (z.b. IPC-7351) einzuhalten. Gegebenenfalls ist mit DESY, Fachgruppe -ZE- Rücksprache zu halten. - Bei BGA-Komponenten sind an den 4 Bauteilecken Platzierungsmarken in Form eines rechten Winkels zu setzen, die nach dem Bestücken noch sichtbar sind. Die Strichbreite muss 150 µm betragen, die Schenkellänge sollte bis zum ersten Anschlusspad reichen. - Diese Platzierungsecken müssen metallisch blank sein und dürfen nicht unter dem Positionsdruck und der Lötstoppmaske liegen. - Für die optische Inspektion von BGA-Komponenten muss ein Freiraum von > 4.5 mm rund um das Bauteil freigehalten werden. Ausnahmen sind mit DESY, Fachgruppe -ZE- abzusprechen. - Bei wellengelöteten SMD-Bauteilen müssen spezielle Pads verwendet werden. Die Padformen sind mit DESY, Fachgruppe -ZE- abzusprechen. DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel Seite 15

17 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten Fortsetzung Kontroll-Liste: - Für wellengelötete Leiterplatten sind die Vorzugslagen der Bauteile zu beachten und einzuhalten. Die Durchlaufrichtung für den Lötprozess ist mit anzugeben. Es ist Rücksprache mit DESY, Fachgruppe -ZE- zu halten. - Ein Mindestabstand von > 5,0 mm für den Transportrand an zwei gegenüberliegenden Seiten zwischen der Leiterplattenkante und den SMD- Bauteilen, Referenzmarken und Abdecklacken muss eingehalten werden. Bei SMD- Bauteilen, die einen Padabstand von < 0,635 mm (Finepitch) haben, ist ein Abstand von > 7,0 mm einzuhalten. - Ist dies nicht möglich, muss ein zusätzlicher Rand von > 10 mm an zwei gegenüberliegenden Seiten angefügt werden. - Leiterplatten für SMD-Bestückung, die kleiner als 50 mm x 50 mm sind, müssen mit einem zusätzlichen Rand an zwei gegenüberliegenden Seiten versehen werden, damit die Mindestgröße von 50 mm erreicht wird. - Die Padöffnungen für die Schablonendaten sind im Größenverhältnis 1:1 für SMD- Bauteile anzugeben, wenn nichts anderes mit DESY -ZE- abgesprochen wurde. - Die Daten für die SMD-Bestückung (Pick und Place) müssen auf den Mittelpunkt der Bauteile bezogen sein. - Die Nulllage der Bauteile nach IPC-7351 ist einzuhalten. - Für jede Leiterplatte mit SMD-Bestückung ist eine Bestückdatei zu erstellen. - Die Bestückdatei darf nur die SMD-Bauteile und Referenzmarken enthalten. Vorzugsweise sortiert. - Folgende Informationen müssen mindestens in der Bestückdatei enthalten sein: BT*-Ref, BT*-Wert, BT*-Gehäusetyp, X-Koord, Y-Koord, Drehwinkel, Layer z.b. R1 100k RC ,25 189,42 0 Top *BT = Bauteil, bei Koordinaten die Einheiten mit angeben (mm oder inch) Vorgaben: Layout für Sonderfertigungen - Bei Abziehlack muss ein zusätzlicher Layer angelegt und gekennzeichnet werden. - Es ist darauf zu achten, dass der Abziehlack > 0.7 mm über die abzudeckenden Flächen hinausragt Blind und Buried Vias (Vergrabene Bohrungen und Sacklöcher) - Bei Blind- und Buried Vias sind die Designregeln des jeweiligen Leiterplattenherstellers einzuhalten. Das Aspect-Ratio von 1:1 sollte eingehalten werden. Wird diese Technik eingesetzt, ist dies vor Beginn des Designs mit DESY, Fachgruppe -ZE- abzusprechen. - Blind- und Buried-Vias müssen im Lagenaufbau als solche gekennzeichnet sein. Startlage zu Endlage. - Sie müssen im Bohrmaßbild als solche gekennzeichnet und getrennt aufgeführt sein. - Es müssen getrennte Bohrdaten für Blind- und Buried Vias vorhanden sein, für jeden Typ ist je ein Bohrfile anzulegen. (siehe Bohrungen) Seite 16 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel - 2 -

18 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten Impedanzkontrollierte Leiterplatten - Es müssen die Layer und/oder Leiterbahnen angegeben werden, die eine Impedanz aufweisen. - Die Höhe der Impedanz ist mit anzugeben. - Die Art der Impedanzleitung muss angegeben werden (Microstrip, Stripline usw.) - Die Genauigkeit der Impedanzmessung muss angegeben werden (5% oder 10%) Vorgaben: Prüfung der bestückten Leiterplatte - Soll nach der Fertigung der Baugruppe eine Prüfung vorgenommen werden, sind dafür die notwendigen Testpunkte und Zusatzschaltungen in das Layout einzubringen. Genauere Informationen sind von DESY, Fachgruppe -ZE- einzuholen. (siehe Prüfung) - Sind für eine Prüfung mit Boundary Scan die notwendigen Stecker (JTAG-Stecker) mit entsprechender Beschaltung eingebracht? (siehe Prüfung) Dokumente und Fertigungsunterlagen: - Folgende Unterlagen sind bei jedem Layout anzufertigen und mitzuliefern. - Gerberdaten als Extended RS-274-X. Format : 3.3 mm oder besser. Dateibezeichnungen: (siehe Dateinamen 5.2) und (Anhang -C-) - Bohrdaten als Excellon 2. Format: 3.3 mm oder besser. Alternativ: Sieb&Meyer 3000 in mm Dateibezeichnungen: (siehe Dateinamen 5.2) und (Anhang -C-) - Beschreibung der Leiterplatte als ASCII Text. Vorzugsweise das DESY- ZE- Formular Readme_Leiterplatte. Dateibezeichnung: (siehe Dateinamen Anhang -D-) - Bei Multilayern einen Lagenaufbau. Dateibezeichnung: (siehe Dateinamen Anhang -D-) - Maß- bzw. Nutzenzeichnung der Leiterplatte. Dateibezeichnung: (siehe Dateinamen Anhang -D-) - Bei Leiterplatten mit anschließender Bestückung und weiterer Bearbeitung sind folgende Daten nötig: Im Einzelnen mit DESY, Fachgruppe -ZE- abzusprechen. (Anhang -D-) - Bestückungsdaten nur mit SMD-Bauteilen (Pick&Place) als ASCII Text (Nur bei SMD-Bestückung) (siehe Dateinamen Anhang -D-) - Bestückungspläne mit Bauteilnamen und Bauteilwerten, je ein Plan. Dateibezeichnung: (siehe Dateinamen Anhang -D-) - Stücklisten sortiert nach Durchsteck- und SMD-Bauteilen. Vorzugsweise die DESY -ZE- Excelvorlage. Dateibezeichnung: (siehe Dateinamen Anhang -D-) - Schaltplan mit allen zur Schaltung gehörenden Einträgen. Dateibezeichnung: (siehe Dateinamen Anhang -D-) - Maßzeichnung für Front- oder Rückplatten und Gehäusen. Dateibezeichnung: (siehe Dateinamen Anhang -D-) - CAD-Daten für Polartest. Genauere Informationen sind von DESY, Fachgruppe -ZE- einzuholen DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel Seite 17

19 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten 3. Bereitstellung der Leiterplattendaten Um die Leiterplattenaufträge reibungslos abwickeln zu können, sind folgende Unterlagen mitzuliefern: Werkstattauftrag mit Anzahl und Art der Leiterplatten bzw. Lötpasten-Schablonen (für SMD-Leiterplatten) Pro Leiterplatte 1 Datensatz mit allen Daten (Gerber-, Bohrdaten, Readme_lpnr, Lagen- Aufbau, ggf. andere Dokumente.) Bei den Dateinamen ist es wichtig, eindeutige Namen zu verwenden. Am besten bezeichnet man die Dateien so, wie die Lagen heißen, um Verwechslungen zu vermeiden. Ganz ungünstig sind Dateinamen ohne Dateiendungen. (siehe Dateinamen 5.2) Diese Daten können per übermittelt werden an: desy-ze@desy.de 3.1 Gerber / Bohr-Daten Format Gerber ist ein ASCIIformat, das X- und Y-Koordinaten bereitstellt. Es wurde erfunden, um verschiedene Foto-Plotter-Systeme mit größter Flexibilität zu versehen. Leiterplattenhersteller bevorzugen das Gerber-Format für den Fertigungsprozess. Bei DESY wird das Extended RS-274-X 3.3 mm Format bevorzugt. Als Format sollte min. 3.3 mm (999,999 mm) oder min. 2.4 Inch (99,9999 Inch) gewählt werden. Bei metrischen SMD-Bauteilen ist das Millimeter-Format zu bevorzugen. In den Bohrdaten werden genau wie bei Gerber die Koordinaten für die Bohrmaschinen angegeben. Es gibt zwei Typen, mit denen die Leiterplattenhersteller bevorzugt arbeiten, Excellon Drill Station und Sieb&Meyer. Bei dem Excellon -Format unterscheidet man zwischen dem Standard Excellon und Excellon2. Das Excellon2 beinhaltet außer den Koordinaten auch die Bohrdurchmesser. Beide Typen sollten in Millimeter ausgegeben werden. Bei DESY wird das Excellon 2 Format in Millimeter bevorzugt. 4. Kurzbeschreibung der Leiterplatte Das Formular: Readme_Leiterplatte.dot ist eine Word-Dokumentenvorlage. Dieses Dokument ist auf unserer Web-Seite Servicezentrum Elektronik ZE unter dem Menüpunkt Dokumente zu finden. Sie können diese Datei von unserer Webseite herunterladen. Öffnen Sie die Datei mit einem Doppelklick und nicht mit Datei öffnen aus Word. Füllen Sie das Formular aus und speichern es unter der Leiterplattennummer ab. Beispiel: [ _Readme_LP.doc] (siehe Readme) Seite 18 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel - 2 -

20 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten 4.1. ReadMe Leiterplatte Beispiel: [ _Readme_LP.doc] (siehe Readme.pdf) DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel Seite 19

21 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten 4.2. Begriffserklärung zur ReadMe Leiterplatte Readme_Leiterplatte.dot ( vorige Seite) DESY- LP-Nr.:... Angabe der DESY-LP-Nr. mit LP-Kennung. (D, ML, FL, SF, N) Leiterplatten-Nutzen. Angabe, ob die Leiterplatte als Nutzen layoutet wurde, und wie viele Leiterplatten auf dem Nutzen sind Leiterplatte pro Nutzen Anzahl der Leiterplatten im Nutzen Nutzen-Format.... Größe des Leiterplattennutzens Leiterplatten-Format:... Maße der LP, z.b. Eurokarte 100 x 160 mm. Die Toleranzangaben sind Standardwerte. Basismaterial.. Art des Basismaterials, normal: FR4 (Epoxidglasharz). Möglich sind auch andere Materialien, z.b. Rogers. Leiterplatten-Dicke LP-Stärke, normal sind 1,6 mm, andere Stärken sind möglich. Lagenanzahl... Wichtig bei Multilayer. Angabe, wie viele Lagen die Leiterplatte hat. Lagenaufbau.. Angabe, ob symmetrischer Aufbau oder definierter Lagenabstand. Kupferdicke Außenlagen... Hier ist die End-Kupferstärke auf den Außenlagen gemeint. Kupferdicke Innenlagen.. Die Cu-Stärke in den Innenlagen eines Multilayers kann zu den Außenlagen unterschiedlich sein. Standard: 17,5µm / 35µm / 70µm. Kleinste Leiterbahnbreite Hier wird die dünnste Leiterbahn und der geringste Leiterabstand / -abstand. angegeben. Es zählt immer der kleinste Wert zur Berechnung der Kosten. Leiterplatten Kontur... Kontur der Leiterplatte: z.b.: rechteckig mit Ausschnitten Zusätzliche Schlitze... Anzahl zusätzlicher Schlitze in der Leiterplatte Zusätzliche Durchbrüche Anzahl zusätzlicher Durchbrüche in der Leiterplatte Ritztechnik.. Angaben, ob die Leiterplatte geritzt wird (Nutzen) Anzahl Bohrungen Summe aller Bohrungen Anzahl Bohrdurchmesser... Anzahl verschiedener Lochdurchmesser Kleinst. Bohrdurchmesser.. Der kleinste Bohrdurchmesser auf der Leiterplatte Vias Pluggen Vias füllen und mit Kupfer abdecken Blind Vias (Sacklöcher)... Gibt es Blind Vias (Sacklöcher) auf der Leiterplatte? von Lage nach Lage. Von welcher Lage nach welcher Lage gibt es Blind Vias? Anzahl Blind Vias.. Anzahl der Blind Vias Buried Vias (vergrabene) Gibt es Buried Vias (vergrabene) auf der Leiterplatte? von Lage nach Lage. Von welcher Lage nach welcher Lage gibt es Buried Vias? Anzahl Buried Vias... Anzahl der Buried Vias Goldstecker Kartenstecker. Leiterplattenstecker für z.b. PC-Karten usw., Anzahl und Länge Einpresstechnik. Einpresstechnik vorhanden, ja/nein? von Firma. z.b. ERNI PRESS. Elektrische Prüfung.. Wichtig bei Multilayer: Ab 3 Stück erfolgt automatisch der E-Test. Sonst nur auf Wunsch. Impedanzkontrolle... Sind auf der Leiterplatte Impedanzen zum Prüfen? mit Messung... Soll die Leiterplatte impedanzgeprüft werden? Seite 20 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel - 2 -

22 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten Fortsetzung - Begriffserklärung zur Dokumentenvorlage: Readme_Leiterplatte.dot Leiterbild in. Oberfläche für SMD-Leiterplatten: chem. Ni/Au, bei Durchstecktechnik: Heißluftverzinnung (Bleifrei). SMD-Technik.. Ein- oder beidseitig SMD-Bauteile? Anzahl SMD Pads.. Summe aller SMD-Pads, wichtig für den E-Test und zur Kalkulation. Lötstoppmaske.. Ein- oder beidseitig Abziehbarer Lack.. Abziehbarer Lötstopplack, kann nach dem Wellenlöten von den Bauteilpads entfernt werden, für spätere Nachbestückung. Positionsdruck... Ein- oder beidseitig. Die Farbe ist Weiß. Anzahl Datenfiles.. Anzahl der Datenfiles (Gerber, Bohrprogramme) Bemerkungen. Hier sollen fertigungsrelevante Informationen stehen. Layoutname / Titel... Name des Layouts im Klartext: z.b. 'Triggerkarte' oder 'ADC-Karte' Layouter... Layouter der Leiterplatte. Bei externen Layoutern wird der DESY- Tel.. Mitarbeiter als Ansprechpartner angegeben. DESY-Gruppe... DESY-Gruppe des Layouters bzw. Ansprechpartners. 5. Dateibezeichnungen und Namen Lagenbezeichnungen, die von CAD-Programmen ausgegeben werden, eigene Kreationen sowie Projektnamen sind nicht immer geeignet, da sie zu unübersichtlich sind. Es kann zu schwerwiegenden Verwechslungen führen Dateiendungen Folgende Bezeichnungen für Dateiendungen sollte man bevorzugen: 1. GER, GBR für Gerberdaten 2. EXC für Excellon-Bohrdaten 3. SM1 für Sieb & Meyer 1000 \ dieses Format wird seltener benutzt. 4. SM3 für Sieb & Meyer 3000 / 5. TXT, DOC, PDF für Textdateien (ReadMe, Lagenaufbauten usw.) DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel Seite 21

23 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten 5.2 Dateibezeichnungen für Gerber- und Bohrdaten Für DESY Leiterplatten gelten folgende Datei-Bezeichnungen: Dateinamen _L01T _L02i _L03i --- " " " _LnnB.GER.GER.GER.GER Tabelle 1 Beschreibung der Lage L01T = Leiterbild Bestückungsseite, Top L02i = Leiterbild, Cu-Fläche, innen Lage 2 L03i = Leiterbild, Cu-Fläche, innen Lage 3 " --- " --- " --- " --- " --- " --- LnnB = Leiterbild Lötseite, Bottom _LSM _LSM2.GER.GER LSM1 LSM2 = Lötstoppmaske Bestückungsseite, Top = Lötstoppmaske Lötseite, Bottom _POS _POS2.GER.GER POS1 POS2 = Bestückungsdruck Bestückungsseite, Top = Bestückungsdruck Lötseite, Bottom _SMD _SMD2.GER.GER SMD1 SMD2 = Lötpastenmaske Bestückungsseite, Top = Lötpastenmaske Lötseite, Bottom _ABZLT.GER _ABZLB.GER ABZLT ABZLB = Abziehlack Bestückungsseite, Top = Abziehlack Lötseite, Bottom _BOHR.GER BOHR = Bohrmaßbild _NC-DK.EXC _NC-NDK.EXC _NC-xxyy.EXC _NC-FRAS.EXC NC-DK = Bohrdaten durchkontaktierte Bohrungen NC-NDK = Bohrdaten nicht durchkontaktierte Bohrungen NC-xxyy = Bohrdaten Lage x / y (Blind-, Buried-Vias) NC-FRAS = Fräsdaten (wenn nötig) nn xx yy = Letzte Kupferlage = Start Bohrlage = Ziel Bohrlage Seite 22 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel - 2 -

24 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten 5.3. Beispiel für Gerber- und Bohrdaten Als Beispiel: LP-Nr: ML / 6 Lagen, doppelseitig Lötstopplack, mit einseitiger SMD-Bestückung, doppelseitigem Aufdruck, Abziehlack auf der Bottom-Seite und Blind/Buried Vias. Gerberdaten: LPNr Lage Endung * Layer1 Leiterbild Top _L01T.GER Layer2 Leiterbild, Cu-Fläche, innen _L02i.GER Layer3 Leiterbild, Cu-Fläche, innen _L03i.GER Layer4 Leiterbild, Cu-Fläche, innen _L04i.GER Layer5 Leiterbild, Cu-Fläche, innen _L05i.GER Layer6 Leiterbild Bottom _L06B.GER Solderstop1 Lötstopp Top _LSM1.GER Solderstop2 Lötstopp Bottom _LSM2.GER Silkscreen1 Aufdruck Top _POS1.GER Silkscreen2 Aufdruck Bottom _POS2.GER LPM, CRM Lötpastenmaske TOP _SMD1.GER Drill, NC Bohrmaßbild _BOHR.GER Abziehlack Abziehlack Bottom _ABZLB.GER Bohr, Fräsdaten: Plated Durchkontaktierte Bohrungen _NC-dk.EXC Unplated Nicht durchkontaktierte _NC-ndk.EXC Blind Vias Lage 1 nach _NC-0102.EXC Buried Vias Lage 2 nach _NC-0205.EXC Blind Vias Lage 5 nach _NC-0506.EXC * Im Original natürlich ohne Leerzeichen DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel Seite 23

25 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten 6. Multilayer 6.1. Lagenaufbauten Multilayer sind Leiterplatten, die außer den Außenlagen auch noch mehrere Innenlagen haben können. Der Multilayer fängt mit vier Lagen (Kupferebenen) an. Zur besseren Herstellung sollte immer eine gerade Lagenanzahl verwendet werden: 4, 6, 8, 10, usw. Von ungeraden Aufbauten wird abgeraten, da diese Leiterplatten sich bei der Herstellung verwinden und verwölben können. Für die Herstellung von Multilayern benötigt man Innenlagen (Kerne) und Prepregs, welche dann abwechselnd gestapelt und miteinander verpresst werden. Die Innenlagen werden als doppelseitige Leiterplatten vorgefertigt und dann mit den Prepregs verpresst. Die Prepregs sind das sogenannte doppelseitige Klebeband, es sind mit nicht vollständig ausgehärtetem Harz imprägnierte Trägerwerkstoffe, in der Regel ein mit Epoxidharz getränktes Glasgewebe. Kerne und Prepregs bestehen beide aus Glasgewebe und Harz. Durch Erwärmung wird das Prepreg wieder klebrig und kann sich mit den Kernen verbinden. Dies wird beim Pressvorgang erreicht. Für die Außenlagen werden Kupferfolien benutzt, als Startkupferdicke wird in den meisten Fällen 17µm benutzt. Der Aufbau eines Multilayers erfolgt in der so genannten Folientechnik nach gewissen Regeln, um ein Optimum an Zuverlässigkeit zu erreichen. Von Abweichungen wird abgeraten. Folientechnik Gleiche Kupferstärken auf Kernen z.b. (17µ Cu Kern 0,3 mm 17µ Cu) Zahl der Prepregs ( 2 bis 3) Symmetrischer Aufbau Aufbauten und Sonderaufbauten von Multilayern sind vor Beginn des Layouts mit DESY-ZE abzuklären, um die spätere Herstellung der Leiterplatte gewährleisten zu können. Beispiel-Lagenaufbau 4 Lagen Multilayer: 17 µm Cu-Folie 360 Prepreg (7628/7628) 710 Cu-Kern (2 x 35 µm Cu) 360 Prepreg (7628/7628) 17 µm Cu-Folie Galvanisch Kupfer + 50 ca. (2 x 25 µm) Lötstoppmaske + 50 ca. (2 x 25 µm) Endstärke (±10%) mm Sogenannte Standard-Lagenaufbauten gibt es eigentlich nicht. Es gibt aber Aufbauten, die sich in der Praxis bewährt haben, diese werden dann als Standard-Aufbauten bezeichnet. Bei diesen Standard-Aufbauten handelt es sich um die Hersteller-Standard-Aufbauten, nicht um DESY-Standard-Aufbauten! Seite 24 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel - 2 -

26 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten 6.2. Bohrungen und Verbindungsmöglichkeiten Es gibt verschiedene Bohrungen bei der Leiterplattenherstellung: Bauteilbohrungen: nehmen die Anschlussbeine der Bauelemente auf Montagebohrungen: zur Befestigung von mechanischen Teilen. NDK-Bohrungen: nicht durchmetallisierte Bohrungen Through Vias, Blind Vias, Buried Vias, Microvias: Diese Bohrungen dienen zur elektrischen Kontaktierung von zwei oder mehreren Ebenen. Siehe unten. Verbindungsmöglichkeiten durchmetallisiert A Blind Via (tiefenkontrolliert gebohrt) Ø 0.20 mm, AR 1:1 C Buried Via (harzgefüllt) Ø 0.20 mm, AR 1:9 E Microvia (lasergebohrt) Ø 0.10 mm, AR 1:1 F Blind Via (harzgefüllt) Ø 0.20 mm, AR 1:9 G Through Via (mechanisch gebohrt) Ø 0.25 mm, AR 1:9 Aspect Ratio" ist das Verhältnis zwischen Bohrtiefe und Bohrdurchmesser (Bohrtiefe : Bohrdurchmesser). Das Loch darf nicht tiefer sein als sein Durchmesser. Ein aspect-ratio von 1: 9 bedeutet, dass die (kontaktierbare) Bohrtiefe dem neunfachen des Bohrwerkzeugdurchmessers entspricht. Für ein Bohrwerkzeug mit dem Durchmesser 0.25 mm ist also die maximale (kontaktierbare) Bohrtiefe 0.25 * 9 = 2.25 mm. A = Blind Vias sind tiefenkontrollierte, mechanisch gebohrte Sacklöcher. Sie können auch über mehrere Lagen gehen, AR ist zu beachten. C = Buried Vias sind innenliegende Durchkontaktierungen (harzgefüllt), AR beachten. E = Microvias sind lasergebohrte Sacklöcher mit einer geringen Bohrtiefe, AR 1:1 F = Blind Vias (harzgefüllt): siehe Punkt A, AR ist zu beachten G = Through Vias (mechanisch gebohrt): Bohrung geht durch die gesamte Leiterplatte. Die Toleranz für den Durchmesser eines durchmetallisierten Loches liegt bei ± 0,1 mm Vias Pluggen AR = Aspect Ratio Es besteht die Möglichkeit Vias zu Pluggen. Beim Pluggen werden die Bohrungen der Leiterplatte, mit einer Pluggingpaste verschlossen und die verschlossenen Bohrungen mit einer Kupferschicht überdeckelt, so entsteht eine plane Leiterplattenoberfläche. Der Durchmesser der Bohrungen sollte nicht größer sein als 0,7mm. Vias die geplugged werden sollen, sind so zu kennzeichnen dass eine Verwechslung mit Bauteilbohrungen ausgeschlossen ist. Die Kennzeichnung kann im Bohrmaßbild vorgenommen werden. Dies ist erforderlich wenn Bauteilbohrungen und Vias gleich groß sind. Für DESY-Leiterplatten wird die IPC Richtlinie IPC4761 Typ VII (Filled & Capped) angewandt. DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel Seite 25

27 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten 6.3. Layermarken bei Multilayern Bei Multilayern mit einem definierten Lagenaufbau sollte eine zerstörungsfreie Prüfung der Lagenabstände möglich sein. Dies kann z.b. mit kleinen potentialfreien treppenförmig angeordneten Pads, die im Layout über die Schnittkante hinausragen, realisiert werden. Möglich ist auch eine Nummerierung der einzelnen Lagen in kleinen Sichtfenstern. Der Nachteil hierbei ist, dass die Zahlen nicht durch die gesamte Leiterplatte sichtbar sind. Bei mehr als vier Lagen sind die Zahlen auf den Innenlagen schlecht bis gar nicht zu erkennen. Besser ist dann die treppenförmige Variante. Bei Leiterplatten, die größer als EURO-Format (100 x 160 mm) sind, sollten an zwei gegenüberliegenden Seiten die Layermarken angebracht werden, damit die Genauigkeit des Lagenaufbaus über die gesamte Leiterplattenfläche gemessen werden kann. Foto Layermarken Zeichnung Layermarken Seite 26 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel - 2 -

28 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten 7. Bestückungsdruck Beim Positionsdruck ist darauf zu achten, dass eine minimale Strichbreite nicht unterschritten wird. Die Strichbreite sollte mindestens 180µm betragen und eine minimale Schrifthöhe von 1,70 mm haben. Es ist außerdem darauf zu achten, dass alle Bauteilpads frei vom Positionsdruck sind. Ein Abstand vom100µm zum Lötstopplack sollte eingehalten werden. Sich überlappende Aufdrucke sind zu vermeiden. Bestückungsdruck Ausschnitt eines Bestückungsdrucks. Links: Richtig Rechts: Falsch Überdruck der Pads und Überlappung des Aufdrucks. DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel Seite 27

29 Layout, Leiterplatten, Fertigungsdaten 8. Bohr-Maßbild Das Bohr-Maßbild wird für die Herstellung und Kontrolle der Leiterplatte benötigt. Das Bohr-Maßbild sollte als Gerberdatensatz vorliegen und muss folgendes enthalten: Die Anzahl der DK- und NDK-Bohrungen Blind und Buried Vias (falls vorhanden) Via-Pluggen (falls vorhanden und Bauteil und Via gleichen Durchmesser haben) Die Bohrsymbole, eindeutig zugeordnet Kennzeichnung der Einpressbohrungen und deren Durchmesser (falls vorhanden) Die bemaßte Kontur der Leiterplatte inklusive Ausbrüche und Ausklinkungen. Abweichende Konturbearbeitung wie das Ritzen bei Mehrfachnutzen. Eine bemaßte Referenzbohrung Alle Maße in mm. Bohr- Maßbild Seite 28 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel - 2 -

30 EMV-gerechtes Leiterplattendesign. Übersicht Kapitel 3 1. Einleitung 2. Beispiele für EMV-gerechtes Leiterplattendesign 2.1 Leiterschleifen 2.2 Platzierung von Abblockkondensatoren 2.3 Steckverbinder / Kabel 3. Komponentenauswahl 4. Leiterplattentechnologie (Lagenaufbau) 5. Beispiele für den Lagenaufbau von Leiterplatten 6. Literaturverzeichnis Die gezeigten Abbildungen stammen zum Teil aus dem Lehrgangsordner "EMV-Seminar" der Firma WIDIS. DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel Seite 29

31 EMV-gerechtes Leiterplattendesign. 1. Einleitung Seit dem 15. Januar 2005 gilt die Richtlinie 2004/108/EG des Europäischen Parlaments. Das Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Betriebsmitteln (EMVG) setzt die Richtlinie 2004/108/EG über die elektromagnetische Verträglichkeit in deutsches Recht um. Die Abkürzung EMV steht für Elektromagnetische Verträglichkeit. Nach der Definition der entsprechenden EG-Richtlinie ist dies die Fähigkeit eines Apparates, einer Anlage oder eines Systems, in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst Störungen zu verursachen, die für alle in dieser Umwelt vorhanden Apparate, Anlagen oder Systeme unannehmbar wären. Für DESY-interne Fragen zum Thema EMV bekommen Sie Informationen bei D5 (Herr Hoppe, Herr Schrader) oder direkt bei ZE (Frau Voigt, Tel.3459). Um EMV-Störungen im Betrieb von DESY möglichst klein zu halten, haben wir einige Beispiele für EMV-gerechtes Layouten zusammengetragen, die bei der Entwicklung zukünftiger Leiterplatten berücksichtigt werden sollten. 2. Beispiele Die folgenden Beispiele gelten vorrangig für Digitalschaltungen auf zweiseitigen Leiterplatten und sind ohne eine bestimmte Reihenfolge zusammengestellt. Weiterführende Literatur zu diesem Thema kann der Literaturliste am Ende dieses Artikels entnommen werden. Zweiseitige Leiterplatten sollten für Digitalsignale oberhalb von 10 MHz nicht verwendet werden, da die Abstrahlung zu groß sein könnte. Hierfür sollten Multilayer-Leiterplatten verwendet werden, die eine GND- und VCC-Innenlage haben. Die IC-Technologie sollte nicht schneller gewählt werden als nötig. Wenn möglich, sollten SMD-Bauteile verwendet werden. Um alle Leitungen so kurz wie möglich zu halten und damit sowohl die Signalqualität als auch die Emissions- und Störfestigkeitseigenschaften zu verbessern, sollte die gesamte Schaltung so kompakt wie möglich aufgebaut werden. Im Allgemeinen erreicht man dies durch die Verwendung von SMD-Bauteilen. Werden schnelle Schaltkreise in Standardgehäusen verwendet, so sollten diese nicht gesockelt werden. 2.1 Leiterschleifen Leiterschleifen sollte möglichst klein gehalten halten werden. Je größer die Fläche einer Leiterschleife, je höher der Strom und die Frequenz, desto größer die Abstrahlung. Leiterschleifen entstehen z.b., wenn die GND-Leitung und die Leitung für VCC an den gegenüberliegenden (Abb1) Kanten der Leiterplatte entlang geführt werden. Abb.2 zeigt eine geschlossene Signalschleife: Abb.1 Abb.2 Seite 30 DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel - 3 -

32 EMV-gerechtes Leiterplattendesign. Leiterschleifen entstehen auch durch das Verbinden von Baugruppen mit Kabeln (Abb.3). Abb.3 Werden die VCC-Leitung (grün) und die 0V-Leitung (rot), wie in Abb.4 gezeigt, möglichst nahe zusammen verlegt (auf unterschiedlichen Seiten der Leiterplatte), dann kann die Bildung von großen Leiterschleifen gering gehalten werden. Eine weitere mögliche Ausführung wäre z.b. ein gitterförmiges Versorgungsnetz (Abb.5). Oberseite VIA Signal Unterseite GND Abb.4 VCC Abb Platzierung von Abblockkondensatoren Mögliche Ausführungen für den Anschluss von Abblockkondensatoren: Abb. 6 schlecht besser DESY -ZE- Richtlinie Version 4 / Kapitel Seite 31