CAD, Leiterplatten- und Baugruppentechnik, Folge 19 Einfluss des m.n.-Formats auf die Qualität von PCB und Baugruppe

Autor / Redakteur: Arnold Wiemers * / Gerd Kucera

Ein durch den Postprozess des CAD-Systems bedingter Versatz zwischen Via-Bohrung und Pad kann fatale Folgen haben. Was ist die Ursache? Was kann man dagegen tun?

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Bild 1: Transfer der Layoutdaten für die Leiterplattenproduktion
Bild 1: Transfer der Layoutdaten für die Leiterplattenproduktion
(Bild: LA-LeiterplattenAkademie GmbH)

Eigentlich spricht man kaum noch speziell über Mikroelektronik. Das ist nichts Besonderes mehr. Alles ist heute irgendwie mikro. Die Bauteile, die Leiterplatte und damit selbstverständlich auch das CAD-Layout als Konstruktionsvorlage für die Baugruppe. Das scheint überschaubar und unkompliziert.

Ein Knopfdruck nach Fertigstellung des CAD-Layoutes genügt und der Postprozess der CAD-Software versorgt uns automatisch mit allen Daten für die Produktion der Leiterplatte und der Baugruppe. Bohrprogramme, Leiterbilder, Fräsen, Ritzen und Lasern, Datafiles für Fotoplotts, Laserdirektbelichter und für die Bestückung der Bauteile, Geometrien für Lotpastenschablonen, Steuerdaten für Dispenser und Kleber werden in Sekunden erstellt und sind für uns abrufbar.

Für beinahe jeden Fertigungsschritt steht uns ein Datensatz zur Verfügung, der den effektiven Einsatz einer Maschine ermöglicht, die mit atemberaubender Geschwindigkeit und hoher Präzision technologisch anspruchsvolle Prozessschritte durchführt.

Das zumindest ist unsere Erwartung. Allerdings verunsichert uns der Blick durch das Mikroskop, wenn die Leiterplatte und/oder die Baugruppe in Mikrofeinstleitertechnik nicht gleich so funktioniert, wie wir uns das gedacht haben.

Vieles passt nicht mehr. Bohrungen sind nicht mittig im Pad. Die Lotpaste ist nicht da, wo die SMD-Lötfläche ist. Bei differentiellen Impedanzen ist der Abstand des Leiterbahnpaares in X-Richtung ein anderer als in Y-Richtung. Alles ist irgendwie schief, daneben, ungenau.

Die langen Schatten der Vergangenheit beginnen uns einzuholen. Um das zu verstehen, müssen wir uns mit der Geschichte des Datentransfers beschäftigen.

Anforderungen an Produktionsdaten

Alle Fertigungsprozesse in der Leiterplatten- und Baugruppenproduktion setzen voraus, dass in der Ebene gearbeitet werden kann. Der Name „Leiterplatte“ kommt ja nicht von ungefähr und macht bereits deutlich, dass hier etwas plan, flach und eben ist. Der klassische Vorgang des Bohrens von Löchern in Leiterplatten erläutert diesen Vorgang exemplarisch. Das Auflegen eines Filmes zur Belichtung des Leiterbildes erfolgt plan.

Selbst wenn der Fotoplott von einem Lasertrommelplotter erzeugt wird, dann ist die Trommeloberfläche in eine Ebene transferierbar. Alle Siebdrucke erfolgen zwangsläufig auf einer Fläche. Auch der Aufdruck von Lotpaste auf die Leiterplatte erfolgt plan. Dazu wird eine Schablone benötigt, die ebenfalls plan ist. Die Bestückung einer Baugruppe setzt voraus, dass die Leiterplatte eben aufliegt und zuverlässig transportiert werden kann.

Für die Durchführung all dieser Prozessschritte ergibt sich somit strategisch immer die gleiche Aufgabenstellung: Was soll an welcher Position stattfinden?

Betrachten wir das Bohren, dann ist die Aufgabe, an einer definierten X-,Y-Position ein Loch mit einem vorgegebenen Durchmesser zu bohren. Für das Fotoplotten ist die Aufgabe zu lösen, an einer definierten X-,Y-Position ein SMD-Pad mit einer vorgegebenen Geometrie auf den Film zu belichten. Nehmen wir das Bestücken dazu, dann ist an einer definierten X-,Y-Position ein vorgegebenes Bauteil mit einer vorgegebenen Drehrichtung zu platzieren.

Eine Position in einer Ebene ist durch die Angabe ihrer X- und Y-Koordinate hinreichend beschrieben. Das zweidimensionale kartesische Koordinatensystem bietet uns bereits die Lösung für unsere Aufgabe (Bild 1). Das CAD-System muss deshalb lediglich die Koordinaten für die Ansteuerung der Produktionsmaschinen ausgeben.

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