TECHNOLOGIEN & INFORMATIONEN

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1 2011 TECHNOLOGIEN & INFORMATIONEN Q-print electronic GmbH Q-print electronic GmbH Leitfaden 2011 V1.0

2 Kontaktdaten Q-print electronic GmbH Robert-Bosch-Str Heddesheim Tel. +49 (0) Fax +49 (0) Web

3 Kommentar Liebe Kunden und Interessenten, die Firma Q-print electronic GmbH besteht inzwischen seit mehr als 15 Jahren auf dem sich stetig bewegenden Markt der Leiterplatten- und Elektronikfertigung. Mit diesem Ihnen nun vorliegenden Leitfaden in der ersten Version erweitern wir unser Angebot, um Ihnen als Full-Service-Partner zur Seite zu stehen. Über den Leitfaden möchten wir Ihnen die derzeit gültigen Standards, Normauszüge und Empfehlungen der Leiterplattenfertigung nahebringen und Ihnen ein Tool zur Verfügung stellen, das Sie bei Ihrer täglichen Arbeit als Nachschlagewerk verwenden können. Sollten Sie Fehler entdecken oder ein bestimmtes Thema vermissen, lassen Sie es uns wissen. Wir werden das Dokument regelmäßig überarbeiten und aktualisieren. Die hier enthaltenen Standardangaben verstehen sich als Empfehlungen und sind nicht bindend. Bei abweichenden Anforderungen und Technologien, steht Ihnen unser Team jederzeit gerne mit Rat und Tat zur Verfügung. Bitte senden Sie uns eine an oder kontaktieren Sie uns telefonisch. Ich wünsche Ihnen viel Spaß bei der Lektüre und hoffe, dass Ihnen dieser Leitfaden ein hilfreicher Begleiter sein wird. Mit freundlichen Grüssen, Q-print electronic GmbH Vjeko Grishaber Dipl.-Inform. (FH) Geschäftsleitung 3

4 Inhaltsverzeichnis KONTAKTDATEN... 2 KOMMENTAR... 3 INHALTSVERZEICHNIS... 4 VERFAHRENSABLAUF LEITERPLATTENHERSTELLUNG... 6 DATENAUFBEREITUNG... 7 MULTILAYER THERMALPAD (WÄRMEFALLE)... 8 OPTIMIERUNGEN... 8 BASISMATERIAL... 9 TOLERANZEN... 9 OBERFLÄCHEN VERGLEICH DER ZUR VERFÜGUNG STEHENDEN OBERFLÄCHEN EMPFOHLENE ABSTÄNDE IN ABHÄNGIGKEIT DER CU-STÄRKE LEITERPLATTENSPEZIFIKATION FACHVERBAND ELEKTRONIK DESIGN FED TESTVERFAHREN ELEKTRISCHE PRÜFUNG AOI-PRÜFUNG SONSTIGE TESTVERFAHREN LAYOUTKLASSEN LÖTSTOPLACK POSITIONSDRUCK ABZIEHLACK KOHLEPASTENDRUCK (CARBONLACK) RITZEN (V-GROOVING / SCORING) HINWEIS SENKBOHRUNGEN FRÄSEN BRUCHSTELLEN NUTZENGESTALTUNG VERSCHLOSSENE VIAS PLUGGING-TECHNIK KUPFERFÜLL-TECHNIK

5 STROMBELASTBARKEIT / LEITERBAHNQUERSCHNITT / TEMPERATUR ISOLATIONSABSTÄNDE VON LEITERBAHNEN UMRECHNUNG KUPFERSTÄRKEN LAGERUNGSEMPFEHLUNGEN LAGERBEDINGUNGEN LAGERZEIT LÖTTEST TROCKNEN ALLGEMEINTOLERANZEN NACH DIN 7168 (TEIL1) LÄNGENMAßE WINKELMAßE KENNZEICHNUNG UL UNDERWRITERS LABORATORIES PRODUKTIONSDATUM SYMBOLE LEITERBAHNWIDERSTAND ZUSAMMENFASSUNG NORMEN

6 Verfahrensablauf Leiterplattenherstellung 6

7 Datenaufbereitung Für die Produktion Ihrer Leiterplatten benötigen wir Fertigungsdaten, vorzugsweise in einem der nachfolgenden Formate: CAM-Daten Gerberdaten (RS-274), extended Gerber (RS-274X), ODB++, Barco DPF, GerbTool GTD, Graphicode GWK CAD-Daten Eagle, Target, Protel, Altium, EasyPC, Sprint-Layout, etc. Grafische Daten HPGL, AutoCad, CorelDraw, InDesign/Illustrator etc Filme, Bohrskizzen, Bohrbänder können digitalisiert werden Ausserdem benötigen wir eine ausführliche Leiterplattenspezifikation. Siehe hierzu den Bereich Leiterplattenspezifikation. 7

8 Multilayer Thermalpad (Wärmefalle) Nachfolgend zeigen wir ein Beispiel einer subtilen, aber doch kritischen Stelle eines Multilayer- Designproblems. Zu große Isolationspads (rot) erzeugen eine Unterbrechung der Fläche in der Innenlage (schwarz). Es entstehen unterschiedliche Flächen gleichen Potentials. Die Anbindung über die Wärmefälle ist durch die Breite der Trennlinie unzureichend. Ergebnis: Unzureichende elektrische Funktionalität durch falsches Design Schlechte Lötbarkeit durch fehlgeleiteten Wärmeabfluss Optimierungen MINIMUM Reduzieren der Flächenisolation (Planeclearance) bei den Pads, um eine Verbindung zu erreichen. die Übereinstimmung mit der Netzliste wieder erreicht. EMPFEHLUNG Zuätzliches Drehen der kritischen Wärmefallen um 45. die thermischen Eigenschaften werden optimiert. OPTIMAL Reduzieren der Trennliniebreite. optimales Umfließen der Wärmefalle wird ermöglicht. 8

9 Glashartgewebe CEM-3, FR-4 Hartpapier FR-2, FR-3, CEM-1 Basismaterial Typ Ausführung Einsatz UL 94 ε R Anmerkung FR-4 Glas-Epoxidharz-Gewebe 1L, 2L, ML V-0 4,8 FR-4, High Tg* Glas-Epoxidharz-Gewebe 1L, 2L, ML V-0 4,7 Halogenfrei FR-2 Hartpapier 1L, 2L V-1 4,1 Nur ndk!, stanzbar CEM-1 Glas-Hartpapier-Epoxidharz 1L, 2L V-0 4,2 Nur ndk! CEM-3 Glas-Vlies-Epoxidharz 1L, 2L V-0 5,0 Stanzbar Teflon Keramik-Polymer HF V-0 2,6 Rogers, Taconic Glas-Polyphenyletherharz HF V-0 2,8 Gigaver Polyimid 1L, 2L V-0 3,8 Für starre LP auch glasfaserverstärkt Aluminium 1L, 2L, ML V-0 Alloy, Bergquist HF HF-Anwendungen 1L, 2L, ML V-0 Roger (Ro4000-Serie), GIL, etc. *Tg Werte von 130 / 150 / 170 verfügbar Toleranzen Zulässige Dicken von kupferkaschierten Basismaterialien Mat. Nenndicke DIN EN NEMA LI-1 MIL-S Normal Eng Klasse 1 Klasse2 Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Klasse 5 0,8 ± 0,09 - ± 0,11 ± 0, ,0 ± 0, ,2 ± 0,12 - ± 0,14 ± 0, ,5 ± 0,14 - ± 0,15 ± 0, ,0 ± 0, ,4 ± 0,18 - ± 0,18 ± 0, ,2 ± 0,20 - ± 0,23 ± 0, ,5 - ± 0, ± 0,06 ± 0,05 ± 0,04-0,04 +0,05 0,8 ± 0,15 ± 0,09 ± 0,17 ± 0,10 ± 0,17 ± 0,10 ± 0,08-0,08 +0,09 1,0 ± 0,17 ± 0, ± 0,17 ± 0,10 ± 0,08-0,08 +0,09 1,2 ± 0,18 ± 0,12 ± 0,19 ± 0,13 ± 0,19 ± 0,13 ± 0,08-0,08 +0,09 1,5 ± 0,20 ± 0,14 ± 0,19 ± 0,13 ± 0,19 ± 0,13 ± 0,08-0,08 +0,09 2,0 ± 0,23 ± 0, ± 0,23 ± 0,18 ± 0,10-0,10 +0,11 2,4 ± 0,25 ± 0,18 ± 0,23 ± 0,18 ± 0,23 ± 0,18 ± 0,10-0,10 +0,11 3,2 ± 0,30 ± 0,20 ± 0,31 ± 0,23 ± 0,31 ± 0,23 ± 0,13-0,13 +0,14 alle Angaben in mm 9

10 RoHS-konform Lötbar Bonden Aludraht Bonden Golddraht BGA, µbga Flex/Starrflex Einpresstechnik Steckerleiste Schleifkontakte Lagerfähig (Monate)* Reflow-Zyklen* Oberflächen Die Oberflächenbehandlung erhöht die Benetzbarkeit der Lötanschlussflächen bei den Lötprozessen. Nichtchemische Oberflächen fungieren gleichzeitig als Schutz vor Oxidation der darunter liegenden Kupferflächen und erhöhen die Lagerfähigkeit. Vergleich der zur Verfügung stehenden Oberflächen Oberfläche Schichtdicke HAL SnPb 5-40 µm 12 5 Zinn HAL bleifrei 5-40 µm 12 5 Chem. Sn >1 µm Sn 6 2 Silber Chem. Silber >0,2 µm 12 5 Gold Chem. Gold 3-5µm Ni + 0,1 µm Au 12 5 Galv. Softgold 3-5µm Ni + 0,05 µm Au 12 - Galv. Hartgold 3-5µm Ni + 1 µm Au 12 - Lack OSP (Entek) 0,3-0,5 µm 6 1 *Die Angaben verstehen sich als Richtlinien der Prozesshersteller; bitte auch den Bereich Lagerungsempfehlungen beachten Oberfläche Vorteile Nachteile HAL Hot-Air-Levelling (Heißluftverzinnung) ist derzeit das gängigste Verfahren zur Oberflächenbehandlung. Die mit Flussmittel benetzte Leiterplatte wird in flüssiges Zinn getaucht und beim Herausziehen mit heißer Pressluft abgeblasen. Gute Lötbarkeit Lagerfähigkeit Reflow optimiert Pads nicht eben Chemisch Zinn ist für fachkundige Bestücker problemlos zu verarbeiten. Die Eigenschaften dieser Oberfläche kommen denen von HAL recht nahe. Auf chemischem Wege wird eine dünne Zinnschicht aufgebracht und dadurch eine sehr ebene Fläche sichergestellt. Chemisch Silber ist ähnlich wie chemisch Zinn eine chemisch aufgebrachte, absolut plane, Oberfläche. Die Eigenschaften in puncto Oxidation und Verarbeitung sind denen von chemisch Zinn überlegen. Chemisch Gold ist die gängigste, chemische Oberfläche. Die äußerst plane Oberfläche und sehr gute Oxidationseigenschaften sind ohne weiteres von allen Bestückern verarbeitbar. Bei diesem Verfahren wird in einem chemischen Prozess zunächst eine Nickelschicht aufgebracht. Diese verhindert die Diffusion des Kupfers in die chemisch aufgebrachte Goldschicht. OSP (Organic Surface Protection) ist ein aufgedampfter Lötlack auf organischer Basis. Mehrfachlötungen sind aufgrund der Temperaturempflindlichkeit in Stickstoffatmosphäre durchzuführen. Plane Padoberfläche SMD optimiert Finepitch geeignet Plane Padoberfläche SMD optimiert Lagerfähigkeit Plane Padoberfläche SMD optimiert Sehr gute Benetzung Lagerfähigkeit Optimale Temp.- belastbarkeit Plane Padoberfläche Preisgünstig Seriengeeignet Kritischer Prozess Schnelle Oxidation Eingeschränkt lagerfähig Aufpreis Lötprozess muss angepasst sein Aufpreis Aufpreis Eingeschränkt lagerfähig Stark eingeschränkte Mehrfachlötung Nicht bondfähig 10

11 Empfohlene Abstände in Abhängigkeit der Cu-Stärke Cu Start 18 µm 35 µm 70 µm 105 µm 140 µm 175 µm 210 µm 300 µm Bahnbreite 0,15 mm 0,2 mm 0,3mm 0,4 mm 0,5 mm 0,7 mm 1,0 mm 0,1 mm 4 mil Restring 0,15/0,10 Abstände Bohr-Ø 6/4 mil* 0,1 mm 4 mil 0,2 mm 8 mil 6 mil 0,2/0,15 8/6 mil* 0,15 mm 6 mil 0,3 mm 12 mil Leiterplattenspezifikation 8 mil 0,2 mm 8 mil 0,2 mm 8 mil 0,3 mm 12 mil 12 mil 0,3mm 12 mil 0,3mm 12 mil 0,35 mm 14 mil 16 mil 0,4 mm 16 mil 0,4 mm 16 mil 0,4 mm 16 mil 20 mil 0,5 mm 20 mil 0,5 mm 20 mil 0,5 mm 20 mil 28 mil 0,7 mm 28 mil 0,7 mm 28 mil 0,5 mm 20 mil 24 mil 1,0 mm 24 mil 1,0 mm 24 mil 0,6 mm 24 mil *Innenlagen/Außenlagen Eine ausführliche und einheitliche Spezifikation für Leiterplatten reduziert technische und kaufmännische Rückfragen, Nachkalkulationen und sichert eine zügige und qualitativ hochwertige Produktion. Die Spezifikation hat maßgeblichen Einfluß auf die Angebotserstellung und Auftragsbearbeitung. Fehlende oder nicht korrekt gemachte Angaben können zusätzlichen Klärungsbedarf erzeugen, schlimmeren Falls zu Fehlleistungen und erhöhten Kosten führen. Eine optimale Basis für die einheitliche Spezifizierung von Leiterplatten bietet das System von PCBspecs. Q-print ist Premium-User von PCBspecs und nimmt Ihre Daten gerne in diesem Format entgegen. Für Kunden von Q-print ist die Benutzung von PCBspecs kostenlos. Sprechen Sie uns an! Fachverband Elektronik Design FED Dem komplexen Thema der Leiterplattenspezifikation hat sich auch das Diskussionforum Krefeld der FED-Regionalgruppe Düsseldorf zugewandt, welches seit Jahren Kunden, Designer, Leiterplattenhersteller, Dienstleister und Baugruppenfertiger gleichermaßen beschäftigt. Wir verweisen zu diesem Thema auf die Publikation des FED. Bibliothek des Wissens, Band 4 Leitfaden Leiterplattenspezifikation Erhältlich im FED-Shop unter 11

12 Testverfahren Elektrische Prüfung Zur Qualitätssicherung werden bei Q-print ausnahmslos alle Multilayer, sowie Bilayer ab Kleinserien (auf Wunsch auch bei einseitigen Platinen möglich) zu 100% einer elektrischen Prüfung unterzogen. Die Prüfung findet anhand einer aus den CAD-Daten erzeugten Netzliste statt. Für Musterlieferungen wird ein Test mittels Flying-Probes (Fingertester) eingesetzt; bei Serienproduktion ist die Prüfung mittels Nadeladaptern (Paralleltest) wirtschaftlicher. AOI-Prüfung Nach dem Ätzen werden die Innenlagen einer AOI (Automatisch-Optische-Inspektion) unterzogen. Das geätzte Leiterbild wird dabei hochauflösend gescannt und automatisch mit den Vorgaben der CAD-Daten verglichen. 100% Erkennung von Kurzschlüssen, Unterbrechungen, Einschnürungen, Fremdpartikeln, Abstandsunterschreitungen, Ätzfehlern, etc. Aufgezeigte Fehler werden manuell verifiziert und einer entsprechenden Fehlerbehandlung zugeführt. Sonstige Testverfahren Auf Wunsch können eine Reihe weiterer Testverfahren zur Verfügung gestellt werden. Impedanzkontrolle Schliffbilderstellung inkl. metallurgischer Auswertung Schichtdickenbestimmung Klimatests Schock- und Stresstests Auf Wunsch erhalten Sie abschließend ausführliche Prüfprotokolle, bzw. einen Erstmusterprüfbericht. 12

13 Layoutklassen Zur Abstufung der Fertigungskategorien und Aufwände wurden Layoutklassen erstellt, nach welchen die einzelnen Layoutparameter eingestuft werden. Diese Parameter gelten für eine Platinendicke von 1,5 mm. Für abweichende Dicken gelten andere Parameter. Bitte sprechen Sie diese mit uns ab. Eigenschaft Grob Standard Feinleiter Feinstleiter High End Abstände a 0,2 mm 0,15 mm 0,125 mm 0,1 mm 0,075 mm Leiterbahnbreite b 0,2 mm 0,15 mm 0,125 mm 0,1 mm 0,075 mm Viadurchmesser d 0,3 mm 0,25 mm 0,2 mm 0,1 mm 0,1 mm Paddurchmesser dy 0,7 mm 0,5 mm 0,4 mm 0,3 mm 0,2 mm Restring Außen D 0,2 mm 0,15 mm 0,15 mm 0,125 mm 0,1 mm Restring Innen 0,2 mm 0,2 mm 0,175 mm 0,15 mm 0,125 mm Kupferdicke Außen 70µm 40µm 35µm 30µm 20µm Kupferdicke Innen 70µm 35µm 35µm 18µm 12µm Abweichende Parameter sind nach Absprache und technischer Prüfung möglich. 13

14 Lötstoplack Durch den Lötstoplack werden die kupfernen Leiterbahnen vor Oxidation geschützt. Außerdem verhindert der Lötstoplack Lötbrückenbildung während des Lötprozesses. a a d e f c b Eigenschaft Standard Feinleiter Feinstleiter High End Aussparung der Maske a 0,1 mm 0,08 mm 0,05 mm Absprache Abstand Maske / Leiter b 0,1 mm 0,075 mm 0,05 mm Absprache Abstand Kupfer / Kupfer c 0,2 mm 0,15 mm 0,1 mm Absprache min. Stegbreite d 0,15 mm 0,1 mm 0,05 mm Absprache Abstand Pad / Pad e 0,3 mm 0,25 mm 0,15 mm Absprache Tented Via* f 0,3 mm 0,3 mm 0,3 mm Absprache *überdeckt mit Lötstoplack, Abweichende Parameter sind nach Absprache und technischer Prüfung möglich Bei Leiterplatten der Klassen grob und standard kommt ein im Siebdruck aufgebrachter Lötstoplack in Frage, bei feineren Strukturen (SMD-Technologie) wird ein fotosensitiver (fotostrukturierbarer) Lötstoplack im Vorhanggießverfahren vorgezogen. Lötstoplack in Sonderfarben (rot, blau, weiß, schwarz, farblos, etc.) werden ausschließlich im Siebdruckverfahren aufgebracht Typische Schichtdicken über dem Leiter sind 7-10 µm, wobei die Kantenabdeckung min. 3-5 µm betragen sollte. 14

15 Positionsdruck Der Positionsdruck / Bestückungsdruck / Servicedruck kann in verschiedenen Farben aufgebracht werden. Standardmässig wird weiß, gelb und schwarz verwendet. Es ist auf eine ausreichende Kontraststärke zur Farbe des Lötstoplackes zu achten. Aufgrund der Gefahr von Problemen beim E-Test, sowie später beim Bestücken und Löten ist darauf zu achten, dass keine Lötpads mit Lack überdruckt werden. Standardmässig wird der Positionsdruck mit einem Abstand um die Lötpads beschnitten ( Clipping ). Beim Platzieren der Beschriftungen ist unbedingt darauf zu achten, dass die Lesbarkeit nach dem Clippen gewahrt bleibt. Eigenschaft Standard Fein Abstand Lötpad/Druck a 0,3 mm 0,3 mm Schrifthöhe min. (empfohlen) b 1,5 mm (2,0 mm) 1,2 mm (1,5 mm) Linienstärke min. (empfohlen) c 0,2 mm (0,3 mm) 0,15 mm (0,2 mm) Clipping Schrift d Clipping Bauteile e Positionsdruck schlecht Positionsdruck gut 15

16 Abziehlack Abziehlack wird im Siebdruck zum Abdecken von Bereichen aufgebracht, um zu verhindern, dass beim Wellenlöten Lot in die Bohrungen eindringt, bzw. die Lötpads frei von Lot verbleiben. Abziehlack kann des weiteren zum Schutz von Carbonelementen und Goldkontakten eingesetzt werden. Die abziehbare Maske hält ein zweimaliges Erwärmen der Leiterplatte aus, ohne sich abzulösen. Nach dem Lötprozess lässt sich die Maske rückstandsfrei von Lötpads und durchkontaktierten Bohrungen abziehen. Achtung: bei nicht durchkontaktierten Bohrungen sollte kein Abziehlack aufgebracht werden, da die rückstandfreie Ablösung nicht gewährleistet werden kann. b a c d Eigenschaft Standard Abstand Lötauge/Abziehlack a 0,5 mm Überlappung Abziehlack b 0,5 mm Minimale Stegbreite c 1,5 mm (empfohlen > 2,0mm) Innenwinkel / Ecken d 90 (empfohlen: Rundung) Um übermäßigen Lackfluss und Lackaustritt auf der Gegenseite zu vermeiden, sollten Bohrungen mit einem Durchmesser > 1,0 mm nicht komplett von Abziehlack überdeckt sein. Für Bohrungen > 2,0mm kann ein vollständige Abdeckung (Verschluss) nicht garantiert werden. 16

17 Kohlepastendruck (Carbonlack) Kohlepasten sind fein- oder grobkörnige Graphitpasten, die mittels Siebdruck als Tastaturkontakte, bzw. LCD-Kontakte oder LCD- Streifen aufgebracht werden. Aufgrund der Anforderungen für Carbonlack wird eine Mindestkupferdicke von 17,5µm vorausgesetzt. Zum Schutz der Kohleschicht kann zusätzlich ein Abziehlack aufgebracht werden. Eigenschaft Standard Min. Druckbreite a 0,3 mm Isolationsabstand Kohle/Kohle b 0,3 mm Isolationsabstand Kohle/Kupfer c 0,4 mm Abstand Kohle/Lötstop d 0,3 mm Überlappung Carbon/Kupfer E 0,3 mm In den Gerberdaten werden die Daten für den Karbondruck (hier: grau) als separate Datei ausgegeben. Datenauflistung: Kontur (weiß, dünn, umlaufend) Kupferlage (rot) Positionsdruck (weiß, unbeschnitten) Carbondruck (grau) 17

18 Ritzen (V-grooving / scoring) Vorgabe für die Ausführung der Ritzlinien bei Standard-Leiterplatten mit Materialdicke D 1.0mm Typ Beschreibung Wert W Winkel des Ritzblattes 30 S Rest-Kerndicke nach dem Ritzvorgang D * 1/3 (min. 0,3 0.1 mm) M Toleranz im Versatz der Ritzlinien von der nominalen Mittellinie 0,2 mm V Toleranz beim Versatz der Ritzlinien zueinander 0,1 mm Empfohlener Freihaltebereich V/2 auf den Kupferlagen von M 0,4 mm Abstand von Kupferflächen und Leiterbahnen zur Ritzmitte M 0,2 mm D Leiterplattendicke für Ritzbearbeitung 0,5 mm D 2,4 mm Wenn nicht anderweitig vereinbart, kann die Außenkontur des Nutzens ebenfalls geritzt sein. Der Abstand zweier benachbarter Leiterplatten im Nutzen beträgt 0,0 mm! Hinweis Beim Einsatz einer Scheibenritzmaschine wird über die gesamte Leiterplatten-Länge durchgeritzt. Es kann nur in X- und Y- Richtung geritzt werden. Z-Achsen gesteuertes Ritzen und Sprungritzen sind kostenpflichtige Zusatzarbeiten. Der Auslaufbereich für Sprungritzen sollte min 8mm betragen. 18

19 Senkbohrungen Senkbohrungen können wir in 2 Varianten anbieten. TYP A für Senkkopfschrauben (standardmäßig mit 90 -Senkung) TYP B für Standardschrauben 90 d 2 d 2 t 1 D d1 TYP A d1 TYP B Typ Beschreibung Wert D Leiterplattendicke d 1 Bohrdurchmesser durch LP Schraubengewinde +0,2mm d 2 Max. Durchmesser des Schraubenkopfes 1 t 1 Senktiefe 1 1 Bitte beachten, dass sich bei TYP A die beiden Angaben d2 und t1 gegenseitig beeinflussen 19

20 Fräsen Die Außenkonturen, Innenausbrüche und größere Bohrungen werden in der Regel mit einer CNCgesteuerten Maschine gefräst. Wir unterscheiden zwischen nachfolgenden Frästypen: Typ Beschreibung Anmerkung A Außenkonturfräsung Aufpreisfrei mit 2,0 oder 2,4mm Durchmesser B Innenecke (90 -Fräsung) Rundung hat den Radius des Fräsdurchmessers C Innenkontur D Lochfräsung Löcher mit Durchmesser >6mm werden gefräst E Bruchstellen Bohr-Fräs-Kombi zum späteren Trennen F Schlitzfräsung NDK Nicht durchkontaktiert, beim Fräsvorgang G Schlitzfräsung DK DL-Schlitze oder Kanten werden beim Bohrvorgang mitgefräst und in der Galvanik durchkontaktiert H Hilfsbohrung bei 90 -Fräsung Zur Vermeidung des Innenradius und Erhalt von exakten 90 -Winkeln empfehlen sich Hilfsbohrungen I Z-Achsenfräsung / Niveaufräsen Mittels Z-Achsensteuerung ist ein Niveaufräsen (Tiefenfräsen) auch flächig möglich 20

21 Bruchstellen Nachfolgend möchten wir beispielhaft einige Typen an Bruchstellen und Trennmöglichkeiten vorstellen. Im Einzelfall ist die Nutzbarkeit zu prüfen. Die verschiedenen Bruchstellen-Typen sind sowohl an geraden als auch an gekrümmten Kanten möglich. Standard mit Bohrung mit innenliegender Bohrung mit Fräsung Standard + Ritz Skizze Anmerkung / Vor- und Nachteile Nach dem Ausbrechen verbleiben Restzipfel Volle Nutzbarkeit der LP-Fläche Reduzierung der Überstände. Nicht direkt bei angrenzenden Leiterplatten möglich Keine Überstände nach dem Trennen Kupferlage muss ausreichend Platz bieten Keine Überstände nach dem Trennen Kupferlage muss ausreichend Platz bieten Evtl. Zusaztkosten, da 2 mechanische Arbeitsgänge in der Ecke in Ecke mit Bohrung Runde Leiterplatte geritzt Unsaubere Ausführung der Leiterplattenecken nach dem Trennen, Ergebnis nicht rechteckig Leichte Optimierung der Trennstelle Ergebnis nicht rechteckig Kombination Ritzen und Fräsen Ritz-/Fräskombination Ritz-/Fräskombination Ritz-/Fräskombination Ausserhalb der Kontur. Es verbleibt ein Restüberstand zwischen Fräsung und Ritzlinie Leichte Überfräsung, dadurch leichte Verfälschung der Kontur Nur bei Kleinst-Leiterplatten zu empfehlen. Leichtes Austrennen möglich. Ritzen Standardprozedur Kostengünstig 21

22 Nutzengestaltung Um Leiterplatten für die nachfolgende Bestückung optimal anzuliefern, werden diese als Nutzen gefertigt. Besprechen Sie die optimale Nutzengestaltung mit Ihrem Bestückungsdienstleister und geben Sie die entsprechenden Maße in den Daten an. N x N x c 2 c 2 fräsen ritzen fräsen ritzen d d y N y y N y c 1 a 1 x b b a 2 c 1 a 1 x e b a 2 Als Ausführungsvariante (rechts) besteht die Möglichkeit, die Platinen um 180 gedreht zu platzieren. Je nach Formkontur der Einzelplatine können diese ineinander versetzt platziert werden. Dadurch wird die Effektivität der Nutzenauslastung enorm gesteigert. Typ Beschreibung Anmerkung x Leiterplattenmaß X y Leiterplattenmaß Y N x Nutzenmaß X N y Nutzenmaß Y a 1 Rahmenbreite 1 in X-Richtung a 2 Rahmenbreite 2 in X-Richtung Kann sich von a 1 unterscheiden c 1 Rahmenbreite 1 in Y-Richtung c 2 Rahmenbreite 2 in Y-Richtung Kann sich von c 1 unterscheiden b Abstand der LP in X d Abstand der LP in Y e Abstand/Überstand der LP Wert kann negativ sein Sofern gewünscht, sollten auch Maßangaben und Durchmesser für Befestigungsbohrungen, sowie Fiducial- Marks angegeben werden. Entsprechend Ihrer Nutzenvorgaben gestalten wir auch die SMD-Schablone und liefern Ihnen diese mit der Leiterplatte an, bzw. stellen die Fertigungsdaten für die Schablonen zur Verfügung. 22

23 Verschlossene Vias Die Hole-in-Pad-Technologie erfordert ein nachträgliches Verschließen der Bohrungen, um ein direktes Bestücken und Löten an diesen Stellen zu ermöglichen. Das nachträgliche Verschließen von Via-Bohrungen ist auf 2 Arten möglich: Plugging-Technik Kupferfüll-Technik 23

24 Strombelastbarkeit / Leiterbahnquerschnitt / Temperatur Beispiel: Bei einer Leiterbahnbreite von 5,5mm und einer Kupferdicke von 35µm ergibt sich bei einer Strombelastung von 13 A eine Temperaturerhöhung von etwa 30 C. Nebenstehendes Diagram dient der Abschätzung der Temperaturerhöhung abhängig von Strom und Leiterbahnbreite bei einer Kupferdicke von 35µm. Diese gelten bei einer Nenndicke der Platine von 1,6-3,0mm. Zusätzliche Metallisierungen (Nickel, Gold, Zinn) bleiben unberücksichtigt. 24

25 Empirisch ermittelte Werte der Strombelastbarkeit von gedruckten Leiterbahnen in Abhängigkeit der Leiterbreite von 35µm und 70µm bei einer Grenztemperatur von ~60 C. Temperaturkoeffizienten für Kupferdicken 35µm und 70µm 25

26 Isolationsabstände von Leiterbahnen Elektrische Mindestabstände für interne Abstände Leiterbahn zu Leiterbahn und Leiterbahn zu durchkontaktierter Bohrung in Abhängigkeit der Meereshöhe ersehen Sie aus nachfolgender Tabelle. Die Spannungswerte gelten für Gleichspannung, bzw. Spitze/Spitze bei Wechselspannung. Leiterplatte Flachbaugruppe Spannung L1 L2 L3 L4 FB1 FB V 0,10 mm 0,64 mm 0,64 mm 0,13 mm 0,13 mm 0,13 mm V 0,10 mm 0,64 mm 0,64 mm 0,13 mm 0,25 mm 0,13 mm V 0,10 mm 0,64 mm 0,64 mm 0,13 mm 0,38 mm 0,13 mm V 0,10 mm 0,64 mm 1,50 mm 0,13 mm 0,50 mm 0,13 mm V 0,20 mm 0,64 mm 3,18 mm 0,38 mm 0,75 mm 0,38 mm V 0,20 mm 1,27 mm 3,18 mm 0,38 mm 0,75 mm 0,38 mm V 0,20 mm 1,27 mm 6,40 mm 0,38 mm 0,75 mm 0,38 mm V 0,20 mm 1,27 mm 12,70 mm 0,38 mm 0,75 mm 0,38 mm V 0,25 mm 2,54 mm 12,70 mm 0,75 mm 1,50 mm 0,75 mm >500 V (je Volt) 0,0025 mm 0,0050 mm 0,0254 mm 0,00305 mm 0,00305 mm 0,00305 mm L1 L2 L3 L4 FB1 FB2 Innenliegende Leiter Außenliegende Leiter, ohne Beschichtung, Meereshöhe <= 3048m (10000 ft) Außenliegende Leiter, ohne Beschichtung, Meereshöhe > 3048m (10000 ft) Außenliegende Leiter, mit dauerhafter Polymer-Beschichtung Außenliegender Bauteilanschluss, ohne Beschichtung Außenliegender Bauteilanschluss, mit dauerhafter Beschichtung (über der Bestückung) Umrechnung Kupferstärken Unsere metrischen Angaben der Kupferdicken verstehen sich zumeist als Dicke in µm, wobei im imperialen System nach Volumendicke definiert wird. Nachfolgend die entsprechenden Umrechnungsfaktoren ½ oz/ft² 152 g/m² 17,5 µm 1 oz/ft² 305 g/m² 35 µm 1 oz (Unze) = 28,35 g 2 oz/ft² 610 g/m² 70 µm 1 ft (Fuß) = 30,48 cm 3 oz/ft² 915 g/m² 105 µm 1 ft² = 0,093m² = 930 cm² 4 oz/ft² 1220 g/m² 140 µm Spez. Gewicht Cu = 8,9 g/cm³ 26

27 Lagerungsempfehlungen Leiterplatten, insbesondere Multilayer sind extrem hydrophil, d.h. selbst unter normalen Raumbedingungen wird Feuchtigkeit in die Zwischenlagen gesogen. Bei Lagerbedingungen von 20 Grad Celsius und 35 % Luftfeuchtigkeit wird bereits nach 12 Tagen eine Feuchtigkeitsaufnahme von 0,12 % (in Gewichtsprozent des Epoxidharzes) erreicht. Damit nimmt gleicherweise aber auch der Gasdruck innerhalb der Platine zu, der durch starkes Erhitzen des Materials beim Lötvorgang entsteht. Überschreitet die Feuchtigkeitsaufnahme 0,17 %, so wird ein kritischer Gasdruck von 8 10 bar erreicht, bei dem es zu Delaminationen und Blasenbildung kommen kann. Lagerbedingungen Leiterplatten sollten allgemein in luftdicht verpacktem Zustand, in trockener und beheizter Umgebung gelagert werden, wobei eine Temperaturkonstanz bis kurz vor der Lötung gewährleistet sein muss. Ein rapider Temperaturabfall von mehr als 7 Celsius kann schon zur Kondensation auf den verpackten Platinen führen. Es gelten folgende Empfehlungen für unbelastete Umgebungsluft: Lagertemperatur: C Luftfeuchtigkeit: 30-50% rel. Lagerzeit Die Lagerzeit von Leiterplatten muss so kurz wie möglich sein. Der Verbrauch der Platine erfolgt am besten nach dem FIFO-Prinzip ( first-in, first-out ). Bitte beachten Sie auch die Angaben zur Lagerfähigkeit im Bereich Oberflächen. Löttest Leiterplatten, die mehrere Monate gelagert wurden und deren Transportumstände nicht schlüssig zu klären sind (Transport der Ware durch die Spedition erfolgt bei jeder Temperatur und bei jedem Wetter!), sollten unbedingt einem Löttest unterzogen werden. Dieser sollte möglichst den Umständen des für die Platinen vorgesehenen Lötprozesses entsprechen. Trocknen Unabhängig vom Ausgang eines Löttests empfehlen wir hauptsächlich für Multilayer und insbesondere für flexible und starrflexible Leiterplatten - das Trocknen der Leiterplatten in einem Umluftofen, um die aufgenommene Luftfeuchtigkeit in den Platinen zu reduzieren. Die Leiterplatten sollten vertikal in einem Rack getrocknet werden. Bei allen Leiterplattenarten erhöht diese Maßnahme die Fertigungssicherheit. Richtwerte für die Trocknungszeiten sind in etwa: Temperatur 1- / 2-Lagen Multilayer Flex/Starrflex 120 C 2-3 Stunden >3 Stunden >5 Stunden 100 C >5 Stunden >5 Stunden >8 Stunden Verarbeitung* Innerhalb 48 Stunden Innerhalb 8 Stunden Unmittelbar! Niedrigere Trocknungstemperaturen sind bei entsprechend längeren Trockungszeiten möglich. * Die Verarbeitung der Platinen sollte danach sehr zeitnah beginnen, da die hydrophilen Eigenschaften der Platine bestehen bleiben. 27

28 Allgemeintoleranzen nach DIN 7168 (Teil1) Längenmaße Tabelle 1 Obere und untere Abmaße für Längenmaß außer Rundungshalbmesser und Fasenhöhen (Schrägungen) Genauigkeitsgrad 0,5 1 ) 3 >3 6 > 6 30 > > > > F (fein) 0,05 0,05 0,1 0,15 0,2 0,3 0,5 M (mittel) 0,1 0,1 0,2 0,3 0,5 0,8 1,2 G (grob) 0,15 0,2 0,5 0,8 1,2 2 3 SG (sehr grob) - 0,5 1 1, Alle Abmaße in mm für Nennmaßbereich in mm 1 ) Bei Nennmaßen unter 0,5mm sind die Abmaße direkt am Nennmaß einzutragen Tabelle 2 Obere und untere Abmaße für Rundungshalbmesser und Fasenhöhen (Schrägungen) Genauigkeitsgrad 0,5 1 ), 3 >3, 6 >6, 30 > 30, 120 > 120, 400 F (fein) 0,2 0, M (mittel) 0,2 0, G (grob) 0, SG (sehr grob) 0, Alle Abmaße in mm für Nennmaßbereich in mm 1 ) Bei Nennmaßen unter 0,5mm sind die Abmaße direkt am Nennmaß einzutragen Winkelmaße Allgemeintoleranzen für Winkelmaße gelten unabhängig von den Istmaßen der Längen, d.h. die Winkelabweichungen dürfen sowohl bei Werkstücken mit Maximum-Material-Maßen, als auch bei Werkstücken mit Minimum-Material-Maßen auftreten. Die oberen und unteren Abmaße begrenzen nicht die Formabweichungen der einen Winkel bildenden Schenkel oder Flächen. Tabelle 3 Obere und untere Abmaße für Winkelmaße Genauigkeitsgrad 10 >10, 50 >50, 120 >120, 400 >400 F (fein) M (mittel) G (grob) SG (sehr grob) Abmaße in Winkeleinheiten für Nennmaßbereich des kürzeren Schenkels in mm 1 ) Bei Nennmaßen unter 0,5mm sind die Abmaße direkt am Nennmaß einzutragen 28

29 Kennzeichnung UL Underwriters Laboratories UL ist die Zertifizierungsorganisation für Produktsicherheit in den USA. Die entsprechenden Anforderungen an die Produktsicherheit zur Vermarktung in Nordamerika werden von den Underwriters Laboratories geprüft. Die Leiterplatten von Q-print werden ausschließlich nach einem UL-zertifizierten Prozess gemäß ZPMV2 gefertigt. Die Produkte sind entsprechend der Brandschutzklasse UL94 V-0 klassifiziert. Auf Wunsch bringen wir die Kennzeichnung UL94 V-0 oder die entsprechende UL-Kennzeichnungsnummer E auf der Leiterplatte an. Produktionsdatum Alle Leiterplatten der Serienfertigung enthalten als Kennzeichnung den Batchcode der Lieferwoche im Format WW/JJ (WW=Kalenderwoche, JJ= Jahr). Für die Lieferung in Woche 05 aus 2008 lautet der Code dementsprechend 05/08. Der Code wird standardmässig an einer kupferfreien Position im Lötstoplack angebracht, sofern in den Kundenanforderung nicht anderweitig definiert. Symbole Auf Wunsch können verschiedene Symbole, Logos, Schriftzeichen, etc. auf die Leiterplatte aufgebracht werden. Sprechen Sie uns an! Beispiele Leiterbahnwiderstand 29

30 Zusammenfassung Beschreibung Wert / Toleranz Materialdicke Toleranz +/- 10% Enddurchmesser durchkontaktierte Bohrung +/- 75µm Enddurchmesser nicht durchkontaktierte Bohrung +/- 50µm Galvanischer Kupferauftrag min. 20µm Mindestbohrung mechanisch gebohrt 0,15mm Blind Via mechanisch oder lasergebohrt 0,10mm Min. Restring 0,05mm Aspect Ratio Standardbohrungen 8:1 (max. 13:1) Aspect Ratio Blindvias 1:1 Positionsgenauigkeit der Bohrungen +/- 0,05mm Positionsgenauigkeit Kontur ± 0,15mm Leiterbreite ± 0,05mm, bzw. ± 20% Zusatzdrucke Dicke der Lötstopmaske min. 12µm Strukturbreite für Lötstoplack min. 50µm Positionsgenauigkeit Lötstopmaske ± 0,10mm Strukturgröße für Positionsdruck min. 150µm (wird an Kupferpads beschnitten) Strukturgröße Positionsdruck min. 150µm Positionsgenauigkeit Positionsdruck ± 0,1mm Strukturbreite für Abziehlack min. Fläche Ø 2mm Positionsgenauigkeit Abziehlack ± 0,2mm Oberflächen HAL SnPb Dicke 2-50µm, ca.63 % Sn + 37% Pb Hal bleifrei Dicke 2-50µm, ca. 99,9% Sn + 0,1% Pb Chem. Ni/Au (ENIG) 4-7µm Ni + min. 0,01µm Au Chem. Sn (Zinn) Min. 0,7µm Sn Chem. Ag (Silber) min. 0,07µm Ag Steckervergoldung (galv. Hartvergoldung) 4-7µm Ni + min. 0,8µm Au Mechanik Nennmaße 0,5 bis 6,0mm ± 0,1mm Nennmaße > 6,0mm ± 0,2mm Radien und Fasen ± 0,2mm Anfasung Steckerbereich 45 oder 20 Senkbohrungen DK und NDK, 90 Senktool Fräswerkzeug Standard Ø 2.4mm oder 2.0mm Mindestfräsung min. Ø 0,8mm (ergibt mm nach DK) Ritzen 30 ± 1 (Dicken zwischen 0.5mm und 2.4mm) Versatz Einzelritzung ± 0,025mm Versatz Bruchkante nach Trennung ± 0,15mm Lochbild ± 0,10 mm Lochbild zu Kontur ± 0,15 mm 30

31 Normen Toleranzen der Abmessungen nach DIN7168, m(ittel); eingeschränkt: f(ein) Diese Seite gibt eine Übersicht über die IPC-Spezifikationen für die Leiterplattenindustrie. Legen Sie keine Fertigungsnorm fest, so produzieren wir als Standard nach den Anforderungen der Klasse II des IPC- Normenwerks 6011, 6012, 6013 und Die Qualitätsprüfung erfolgt nach IPC-600(neuste Fassung). Allgemein Name Ausgabe Ersatz für Begriffsdefinitionen IPC-T-50-F 06/1996 IPC-T-50-E Maßen und Toleranzen IPC-D-300-G 06/ Design Designnorm für Oberflächenmontage und Anschlußflächen IPC-SM-782-A 10/ Designrichtlinie für zuverlässige SMT Leiterplatten und IPC-D / Baugruppen Basisnorm für das Leiterplattendesign IPC-2221A 05/2003 IPC-2221 Designnorm für starre, organische Leiterplatten IPC /1998 IPC-D-275 Designnorm für flexible Leiterplatten IPC /1998 IPC-D-275 Material Spezifikation für Basismaterial starrer IPC /1997 MIL-S H Leiterplatten / Multilayer Spezifikation für Basismaterial für HF Anwendungen IPC /2002 IPC-L-125-A Flexible Isolierfolien für flexible Leiterplatten IPC /2002 IPC-FC-231-C Kleberbeschichtete Isolierfolien als Deckfolien für flexible Leiterplatten und flexible Klebefolien IPC /2002 IPC-FC-232-C IPC-FC-233 Flexible metallkaschierte Isolierfolien für flexible Leiterplatten IPC /2002 IPC-FC-241-C Metallfolien für Leiterplatten (Cu, Ni, u.a.) IPC /2000 IPC-MF-150-F Verbundmetalle für Leiterplatten (CIC, CMC) IPC-CF-152-B 03/1998 IPC-CF-152-A Eigenschaften und Anforderungen an permanente Lötstoppmasken IPC-SM-840-C 01/1996 IPC-SM-840-B Fertigung Basisnorm für die Leistungsspezifikation von Leiterplatten IPC /1996 IPC-RB-276 IPC-ML-950 Qualifikation und Leistungsspezifikation für starre Leiterplatten IPC /1996 IPC-RB-276 IPC-ML-950 Qualifikation und Leistungsspezifikation für flexible Leiterplatten IPC IPC-RB-276 IPC-ML-950 Qualifikation und Leistungsspezifikation für Leiterplatten mit hoher Packungsdichte. (HDI) IPC IPC-RB-276 IPC-ML-950 Qualitätsprüfung Abnahmekriterien für Leiterplatten IPC-A-600-G - IPC-A-600-F 31

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