Insight Technology – Dickentoleranz bei Leiterplatten

Definition der Fertigungstoleranz

Im engeren Sinn ist Toleranz die Abweichung einer Größe vom Normzustand oder Normmaß, die die Funktion eines Systems gerade noch nicht gefährdet.

Ref: Wikipedia Deutschland

Wir fahren fort mit unserer Serie von Erklärungen zu Toleranzen auf einer Leiterplatte mit unserem 5. Leitfaden:

Dickentoleranz bei Leiterplatten

Wie bei allen Herstellungsprozessen wird die Dicke der fertigen Leiterplatte durch verschiedene Faktoren beeinflusst, daher wird eine Toleranz für die endgültige Dicke angewendet.

Der Herstellungsprozess einer Leiterplatte beginnt mit der Wahl des Basismaterial (z.Bsp.FR4) welches in verschiedenen Dicken verfügbar ist.

Eine typische Dickentoleranz für FR4 ist ±10% auf den Nominalwert.

Hinzu kommen die verschiedenen anderen Toleranzen, die sich während des gesamten Herstellungsprozesses angesammelt haben. Hieraus leitet sich die endgültige Leiterplatten-Dickentoleranz ab.

Wir richten uns nach der IPC-A-600 Acceptability of Printed Boards (Industrial products) als Standard für Leiterplattendicke und Toleranzen.

Die Dicke einer Leiterplatte muss auf einem Laminatbereich gemessen werden, der frei von Lötstopplack, Kupfer und Bestückungsdruck ist.

Dickentoleranz, Leiterplatten

Weitere Info dazu, wie und warum diese Faktoren die Toleranzen der Leiterplattendicke beeinflussen finden Sie hier.

 

 

Insight Technology – Langloch-Endmaß-Toleranz

Definition der Fertigungstoleranz

Im engeren Sinn ist Toleranz die Abweichung einer Größe vom Normzustand oder Normmaß, die die Funktion eines Systems gerade noch nicht gefährdet.

Ref: Wikipedia Deutschland

Wir fahren fort mit unserer Serie von Erklärungen zu Toleranzen auf einer Leiterplatte mit unserem 4. Leitfaden:

Langloch-Endmaß-Toleranz

Die Definition für ein Langloch ist “eine längliche Bohrung oder Nut“.

Wir definieren ein Langloch oder eine Ausfräsung als eine Öffnung innerhalb des Leiterplattenkontur, unterscheiden diese jedoch aus produktionstechnischer Sicht.

Ein Langloch ist vereinfacht ausgedrückt ein länglicher Schlitz, während eine Ausfräsung ein Ausbruch in beliebiger Form darstellt.

Langlöcher sind auf Leiterplatten sehr verbreitet und können wie Bohrungen durchkontaktiert (DK) oder nicht durchkontaktiert (NDK) sein.

Der Grund für Langlöcher kann unterschiedlich sein, meist jedoch werden Sie zur Bestückung von Bauteilen benötigt.

Andere Gründe dafür können Kabeldurchführungen, Belüftungen, galvanische Trennung usw. sein.

Folgende Faktoren beeinflussen die Toleranz:

  • Typ des Langlochs – durchkontaktiert oder nicht durchkontaktiert.
  • Nominelle Größe bzw. verfügbarer Werkzeugdurchmesser.
  • Werkzeug-Toleranz.
  • Werkzeugabnutzung.
  • Langloch-Reinigung (Desmear).
  • Galvanisierungsprozess und Kupferverteilung.
  • Endoberfläche der Leiterplatte.

Wir produzieren alle unsere Leiterplatten entsprechend der IPC-A-600 Acceptability of Printed Boards (Industrieprodukte).

Weitere Info und unser Video dazu, wie und warum diese Faktoren die Toleranzen eines Langlochs beeinflussen finden Sie hier.

 

 

 

 

Insight Technology – Registrierung Lage zu Lage Toleranzen

 

Definition der Fertigungstoleranz

Im engeren Sinn ist Toleranz die Abweichung einer Größe vom Normzustand oder Normmaß, die die Funktion eines Systems gerade noch nicht gefährdet.

Ref: Wikipedia Deutschland

Wir fahren fort mit unserer Serie von Erklärungen zu Toleranzen auf einer Leiterplatte mit unserem neuestem Leitfaden:

Registrierung Lage zu Lage Toleranzen

Die Registriergenauigkeit der einzelnen Lagen zueinander ist einer der wichtigsten Schritte in der Leiterplattenproduktion. Zu große Abweichungen können zu offenen Restringen führen.

Unser Ziel ist es immer, Ihre Leiterplatten so genau wie möglich zu fertigen.
Es gibt jedoch viele Faktoren die diese Genauigkeit beeinflussen können. Mit unserer Erfahrung und unserem Fachwissen versuchen wir diese während der Produktion auszugleichen.

Eine der neuesten und wichtigsten Ergänzungen in unseren Fertigungen ist das Direct Imaging (DI) – Direktbelichtungsverfahren.

Durch die Direktbelichtung von Leiterbild und Lötstopplack ist eine wesentlich genauere Ausrichtung der Lagen zueinander möglich, da herkömmliche Fotoplots nicht mehr erforderlich sind.

Herkömmliche Fotoplots sind extrem temperatur- und feuchtigkeitsempfindlich. Schon bei geringen Schwankungen wird die Genauigkeit beeinträchtigt.

DI ist ein Digitaldruckverfahren, welches modernste CCD-Kameras verwendet, die Ausrichtungsmerkmale wie Bohrungen oder Passermarken, erkennt um die Lagen auf den Produktionsnutzen genau auszurichten.

Für Innenlagen werden die Passermarken mit einem UV-Marker direkt auf L3 aufgebracht, während L2 belichtet wird. Dies verbessert die Passgenauigkeit der Innenlagen zueinander erheblich.

Wir produzieren alle unsere Leiterplatten entsprechend der IPC-A-600 Acceptability of Printed Boards (Industrieprodukte).

Weitere Info und unser Video dazu, wie und warum diese Faktoren den Toleranzen Leiterbahnbreite & -abstände beeinflussen finden Sie hier:

 

 

 

 

 

Neu! – DEFINED IMPEDANCE pool

Neu! – DEFINED IMPEDANCE pool

 

Wir sind sehr erfreut die Einführung unserer neuen schnellen & kostengünstigen Lösung für Leiterplatten mit DEFINIERTER IMPEDANZ bekannt zu geben.

Unser DEFINED IMPEDANCE pool Service wurde für Leiterplatten entwickelt, die eine bestimmte Impedanz für bestimmte Leiterbahnen benötigen. Es gibt einen Online-Rechner, mit dem Sie die resultierenden Werte für Leiterbahnbreiten und -abstände festlegen können.

Der Service ist auf 50Ω Leitungswellenwiderstand und 90Ω differenzieller Leitungswellenwiderstand ausgelegt und verwendet ein Basismaterial mit einer garantierten Dielektrizitätskonstante (εr).

Für weitere Informationen lesen Sie unsere DEFINED IMPEDANCE Seite auf der Eurocircuits Homepage.

 

 

 

 

Insight Technology – Toleranzen Leiterbahnbreite & -abstände

 

Definition der Fertigungstoleranz

Im engeren Sinn ist Toleranz die Abweichung einer Größe vom Normzustand oder Normmaß, die die Funktion eines Systems gerade noch nicht gefährdet.

Ref: Wikipedia Deutschland

Wir fahren fort mit unserer Serie von Erklärungen zu Toleranzen auf einer Leiterplatte mit unserem neuestem Leitfaden:

Toleranzen Leiterbahnbreite & -abstände.

Leiterbahnbreiten und -abstände sind wichtig, weil sie die maximale Spannung, Impedanzwerte und die generelle elektronische Signalintegrität einer Leiterplatte definieren.

Die Werte im CAD-System basieren auf den Ansätzen: “Design for Manufacturing, auf Anhieb richtig” es soll zudem die geforderte Funktionalität der Leiterplatte sichergestellt sein.

Dabei muss man sich bewusst sein, dass die Leiterbahnbreite und -abstände in Wechselwirkung stehen und nicht voneinander getrennt betrachtet werden können.

Wenn die Leiterbahn überätzt ist (kleinere Leiterbahnbreite), dann erhöht sich der Leiterbahnabstand. Ist die Leiterbahn unterätzt (größere Leiterbahnbreite), dann verringert sich der Leiterbahnabstand.

Im schlechtesten Fall führt Unterätzung zu Kupferrückständen zwischen den Leiterbahnen und damit zu Kurzschlüssen.

Dennoch ist der Ätzprozess nur ein Teilprozess, weswegen wir als Hersteller mehrere Faktoren berücksichtigen, welche das Endmaß der Leiterbahnbreite und des Leiterbahnabstandes beeinflussen:

  • Basiskupferdicke.
  • Art des Belichtungsprozesses (Direkt- vs konventionelle Belichtung).
  • Kupferverteilung (auf der Leiterplatte).
  • Ätzprozess.

Wir produzieren alle unsere Leiterplatten entsprechend der IPC-A-600 Acceptability of Printed Boards (Industrieprodukte).

Weitere Info und unser Video dazu, wie und warum diese Faktoren den Toleranzen Leiterbahnbreite & -abstände beeinflussen finden Sie hier:

 

 

 

 

 

Insight Technology – Toleranz Endlochdurchmesser

Definition der Fertigungstoleranz

Im engeren Sinn ist Toleranz die Abweichung einer Größe vom Normzustand oder Normmaß, die die Funktion eines Systems gerade noch nicht gefährdet.

Ref: Wikipedia Deutschland

Toleranzen gibt es überall. Sie gelten für alles was hergestellt wird, egal ob es dabei um eine einfache Schraube, Mobiltelefon oder Raumfahrzeug geht.

Selbst unser europäisches Stromnetz hat eine Toleranz von +/- 6%.

Wenn Sie ein neues Produkt entwickeln, geschieht das unter Berücksichtigung bestimmter Abmessungen, die als Nominalmaß bezeichnet werden.

Diese Abmessungen unterliegen bestimmter Toleranzen, da dies fertigungstechnisch und aus Kostengründen nicht anders realisierbar ist.

Dabei gilt die Regel, je kleiner die Toleranz desto größer die Herstellkosten.

Für die industrielle Leiterplattenproduktion gibt es internationale Standards für Toleranzen. Wir produzieren alle unsere Leiterplatten gemäß der IPC-A-600 Abnahmekriterien für Leiterplatten -Version F – Klasse II (Industrieprodukte).

Nutzen Sie die Eurocircuits Plattform gemeinsam mit Eurocircuits TV, hier haben wir eine Reihe informativer Anleitungen erstellt, die diese Herstellungstoleranzen erläutern.

Unser erster Leitfaden ist:

Endlochdurchmesser Toleranzen

Folgende Faktoren beeinflussen die Toleranz:

  • Typ der Bohrung – durchkontaktiert, nicht durchkontaktiert oder Via.
  • Nomineller Durchmesser bzw. verfügbarer Werkzeugdurchmesser.
  • Werkzeug-Toleranz.
  • Werkzeugabnutzung.
  • Lochwandreinigung (Desmear).
  • Galvanisierungsprozess und Kupferverteilung.
  • Endoberfläche der Leiterplatte.

Weitere Info und unser Video dazu, wie und warum diese Faktoren den Endlochdurchmesser beeinflussen finden Sie hier:

 

 

 

 

Welche Lötoberfläche passt zu Ihrem Design?

 

Löt-Oberflächen auf Leiterplatten

Die Auswahl der richtigen Löt-Oberfläche ist ebenso wichtig wie die Auswahl des passenden Herstellers für die Leiterplattenfertigung. Die Auswahl der falschen Oberfläche kann zu Problemen bei der Bestückung führen. Die Löt-Oberfläche schützt die Kupferpads gegen Oxidation und Verunreinigungen. Ohne Löt-Oberfläche würde das Kupfer oxidieren, wodurch das Löten von Bauteilen fast unmöglich gemacht wird. Da alle Oberflächen Ihre Vor- und Nachteile haben, ist es wichtig sich ihre Anwendung anzuschauen und die Behandlung der Leiterplatte bei der Bestückung mit einzubeziehen. Wir bieten folgende Löt-Oberflächen an: bleifreie Heissluftverzinnung (HAL), chemisch Nickel-Gold (ENIG), chemisch Silber (ImAg). Alle sind bleifrei und können für ein RoHS Design ebenso genutzt werden, wie für die verbleite (SnPb) Bestückung. Steckergold kann mit Hartgold beschichtet werden (galvanisch Nickel-Gold Ni/Au)

 bleifrei unspezifiziert

Falls Sie keine spezifische Oberfläche auswählen, wird Ihre Leiterplatte auf einem Produktionsnutzen entweder in HAL bleifrei, chemisch Silber, oder chemisch Nickel-Gold produziert. Die Auswahl richtet sich nach den anderen auf diesem Nutzen gefertigten Leiterplatten.

HAL bleifrei

Die Verwendung von HAL als Oberfläche führt zur höchsten Stufe der Lötbarkeit und Löt-Robustheit im Hinblick auf eine mehrstufige Bestückung und Lagerung, bei einem gleichzeitig günstigen Preis. Andererseits erfordert der HAL-Prozess das Eintauchen der kompletten Leiterplatte in flüssiges Lot und ist damit für eine zusätzliche thermische Belastung der Leiterplatte verantwortlich. Aus diesem Grund ist HAL nicht die beste Wahl, falls Ihre Leiterplatte kleine Durchsteiger besitzt, oder dicker als normal – also der Aspect Ratio zu hoch – ist. Ein weiterer Aspekt ist die balligere Oberfläche dieses Verfahrens. Obwohl wir bemüht sind eine möglichst planare Oberfläche zu erreichen, kann die Schwankung der Menge des Lotes auf den Pads diese Oberfläche weniger geeignet für kleine Bauteile mit kleinen Pad-Größen sein.

ENIG (chem. Ni/Au)

Viele Kunden wählen diese Oberfläche wegen der planaren Oberfläche, der guten Lötbarkeit und der akzeptablen Lagerfähigkeit, aber auch, weil sie diese Oberfläche schon vor der Einführung der bleifreien Bestückung kannten. Zumindest dieser Parameter konnte unverändert bleiben und gab zu dieser Zeit etwas Sicherheit. Wie auch immer, der ENIG-Prozess ist kompliziert und hat ein höheres Risiko von Fehlstellen (fehlende Beschichtung, “black Pad” oder Kontaktversprödung). Bei ENIG wird die Lötverbindung zwischen dem Lot und der Nickelschicht der Nickel-Gold-Oberfläche hergestellt, nicht mit dem darunter liegenden Kupfer. Das Gold wird in der Lötverbindung komplett aufgelöst. Diese Verbindung ist bedeutend brüchiger als eine Kupfer-Zinn-Verbindung und wird deswegen nur bei Anwendungen empfohlen bei denen Stöße, Biegungen oder starke Vibrationen keine Rolle spielen. Zudem ist ENIG die teuerste Oberfläche. Für manche Anwendungen, wie Tastaturkontakte oder Draht-Bonding, ist es die bessere Wahl.

chemisch Silber (chem. Ag)

Diese Oberfläche ist häufig ein Zankapfel, manche lieben diese Oberfläche, manche nicht. Sie bietet eine planare Oberfläche, eine gute Lötbarkeit und eine lange Lagerfähigkeit. Die Lötverbindung wird zum darunterliegenden Kupfer hergestellt, da das Silber beim Löten aufgelöst wird. Klingt gut, aber chem. Ag ist empfänglich für Schwefeldioxid (SO²), welches die Oberfläche überzieht und eine AgS² Lage herstellt. Diese Lage beeinflusst die Lötbarkeit nachteilig. Zur Vermeidung dieses Überzugs verpacken wir die Leiterplatten vakuumdicht in silbernes Packpapier, um zu verhindern das Feuchtigkeit und SO² aus der Atmosphäre eindringt. Im Falle einer mehrstufigen Bestückung, sollte die teilbestückten Leiterplatten besser in einer schwefelfreien Umgebung aufbewahrt werden. Falls derlei Handhabung kein Problem darstellt, ist chem. Ag die beste und preiswerteste Wahl.

Steckergold

Wegen der Abriebfestigkeit von Steckverbindungen, können wir diese Stecker mit einer Lage von galvanischem Nickel-Gold (NiAu, Hartgold) versehen. Diese Oberfläche wird in einer Badkonstruktion spezieller Größe verarbeitet und kann nur für Stecker verwendet werden. Die Verarbeitung von Hartgold an anderen Stellen der Leiterplatte ist nicht Möglich.

Karbon

Karbon kombiniert eine hohe mechanische Beanspruchbarkeit mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit und kann häufig als Ersatz für Goldkontakte verwendet werden. Es wird direkt auf dem Kupfer apliziert und für Schaltkontakte und Folientastaturen genutzt. Es kann die Herstellung von Leitungskreuzungen ermöglichen. Karbon ist widerstandsfähig gegenüber HAL und Lötprozessen und zeigt praktisch keine Veränderung des Widerstandes. Karbon wird mit leitender Paste gedruckt. Die Genauigkeit und das Bild ist deswegen durch den Druckvorgang begrenzt.

tabellarische Zusammenfassung

Auswirkung unterschiedlicher Kupferdicken auf die Kühlung eines SMD-Spannungsreglers

Gemeinsam mit Prof. Dr.-Ing. Francesco P. Volpe Professor für Mikrocomputertechnik und Digitaltechnik an der Hochschule Aschaffenburg haben wir die Auswirkung von unterschiedlichen Kupferlagenzahl und Kupferdicken auf die Kühlung eines SMD-Spannungsreglers gemacht. Das dazu gemachte Experiment, wird im Folgenden erläutert:

Möchte man ein linear geregeltes Netzteil aufbauen, steht man sofort vor der Frage, wie man die Verlustwärme am linearen Spannungsregler ableitet. Weshalb dieses Problem auftritt, wird an einem einfachen Design gezeigt:

Es soll ein linear geregeltes Netzteil mit einer Ausgangsgleichspanung von 24 V und einem maximalen Strom von 0,25 A entwickelt werden. Ferner sollen hautsächlich Bauteile in SMD zum Einsatz kommen. Ein solches Netzteil ist in Bild 1 zu sehen. Dabei handelt es sich um ein reines Prinzipschaltbild.


Bild 1: Linear geregeltes 24V-Netzteil.

Als Startpunkt wird die Ausgangsspannung gewählt und arbeitet sich in Richtung Transformator vor. Ausgehend von 24 V Ausgangspannung müssen vor dem Spannungsregler 3 V mehr anliegen. Diese sogenannte Dropout-Spannung benötigt der Spannungsregler um zu arbeiten. Über den Brückengleichrichter verliert man zusätzlich die Durchlass-Spannung von zwei Dioden, also ca. 1 V (es wurden Schottky-Dioden verwendet). Damit muss der Transformator an der Sekundärseite 24V+3V+1V=28V liefern. Das ist dann die Spitze-Spitze-Spannung. Die Ausgangsspannung von Transformatoren wird üblicherweise als Effektivwert angegeben. Die berechnete Spitze-Spitze-Spannung von 28V muss noch durch den Faktor 1,4142 (Wurzel aus 2) dividiert werden. Man erhält somit eine effektive Sekundärspannung von 28V/1,4142=19,8V. Es wird ein Transformator benötigt, der bei einer Netzspannung von 230V eine Ausgangsspannung von ca. 19,8V liefert. Leider ist das nicht die ganze Wahrheit. Die Netzspannung kann 230V+/-23V betragen. Also muss der Transformator bei der minimalen Netzspannung von 203V bereits 19,8V am Ausgang liefern. Somit wird ein 24V-Transformator gewählt. Dieser ist in der Lage, auch die minimale Spannung von 19,8V bei geringer Netzspannung zu liefern.

Wie sehen die Spannungsverhältnisse bei dem gewählten Transformator nun aus? Dieser wird eine Spitze-Spitze-Spannung von 24V x 1,4142 = 33,94V am Brückengleichrichter bereit stellen. Nach dem Brückengleichrichter werden es immer noch 32,94V sein (1V weniger wegen zwei leitender Schottky-Dioden). Der Spannungsregler wird eine Verlustleistung von Pv=(32,94V – 24V)x0,25A=2,24W umsetzen, die in Form von Wärme abgeben wird. Dazu wird der Regler, der in SMD ausgeführt ist und ein SOT-263 Gehäuse besitzt, die Wärme an das Kupfer der Leiterplatte abführen. Zur Messung, wie warm der Spannungsregler wird, wurden Messungen durchgeführt (siehe Bild 2). Als Last wurde ein einstellbarer Widerstand verwendet und für die Schaltung aus Bild 1 wurden drei Leiterplatten hergestellt, die sich in der Lagenzahl und Kupferdicke unterscheiden (siehe Tabelle 1). Anschließend wurden alle drei Schaltungen auf den unterschiedlichen Leiterplatten gemessen. Dazu wurde am Eingang des Spannungsregler 10V und der Ausgang mit 0,25A belastet. Damit ist sichergestellt, dass alle drei Messungen mit exakt der gleichen Verlustleistung von 2,5W durchgeführt wurden. Die Erwärmung des Spannungsregler und der Leiterplatte wurde mit einer IR-Kamera aufgenommen. Die Ergebnisse sind in den Bilder 3a bis 3c zu sehen: Bei der einseitigen Leiterplatte steht dem Spannungsregler weniger Kupferfläche zur Abführung der Wärme zu Verfügung und erwärmt sich auf ca. 88°C. Die Kupferfläche beträgt bei dieser Leiterplatte ca. 1.000mm2 (siehe Bild 3a). Bei der zweiseitigen Leiterplatte mit einer Kupferdicke von 35µm sind beide Lagen über 70 Vias miteinander verbunden. Dadurch werden Teile der Wärme auch auf die untere Lage geleitet und die zur Verfügung stehende Kupferfläche ist ca. doppelt so groß (ca. 2.160mm2). Es muss aber beachtet werden, dass durch die Vias die thermische Anbindung nicht optimal ist. Der Spannungsregler erwärmt sich auf knapp 74,5°C (siehe Bild 3b). Schließlich ist in Bild 3c die Messung für die zweiseitige Leiterplatte mit einer Kupferdicke von 70µm gezeigt. Hier kann sich aufgrund des stärkeren Kupfers die Wärme besser ausbreiten und der Spannungsregler erwärmt sich auf ca. 69,8°C.


Bild 2: Messaufbau. Ein Trennstelltrafo wurde verwendet, um die Netzspannung zwischen 203V und 253V einzustellen.

Tabelle 1: Messungen mit unterschiedlichen Kupferlagen und -dicken

Leiterplatte Kupferlagen Kupferdicke / µm
1 1 35
2 2 35
3 2 70

Die Leiterplatte 1 ist mit einem Fräsbohrplotter und Leiterplatte 2 und 3 sind bei Eurocircuits hergestellt worden.


Bild 3a: IR-Bild der einseitigen Leiterplatte mit 35µm Kupferdicke.


Bild 3b: IR-Bild der zweiseitigen Leiterplatte mit 35µm Kupferdicke.


Bild 3c: IR-Bild der zweiseitigen Leiterplatte mit 70µm Kupferdicke.

Fazit:
Zur Kühlung von SMD-Spannungsregler wird eine große Kupferfläche benötigt. Diese kann auch durch eine zweilagige Leiterplatte erfolgen, indem die zwei Kupferlagen mit vielen Vias durchkontaktiert werden, um die Wärme auf die untere Kupferlage zu bringen. Mit dieser Maßnahme konnte die Erwärmung des Spannungsreglers von 88°C auf 74,5°C gesenkt werden. Die Erhöhung der Kupferdicke von 35µm auf 70µm und damit des Querschnitts der Fläche brachte eine weitere Temperatursenkung auf 69,8°C.

Direktbelichtung + Spray Coating EC Aachen

Eurocircuits – Standort Aachen investiert in Direktbelichtung

 

Eurocircuits investiert regelmäßig in seine Fertigungsstätten. Vergangenes Jahr erhielt die ungarische Produktion einen Ledia-Direktbelichter. Dieses Jahr standen und stehen in der deutschen Fertigung umfangreiche Investitionen an. Neben Ritzmaschine (LHMT), Schablonenlaser (LPKF), Einbrennofen (Beltron) und einem zweiten Bestückungsdrucker (Orbotech), lag der Fokus auf einer neuen Spray Coating Anlage (All4PCB) und einem MDI Direktbelichter (Schmoll).

Unser Ziel war es, durch die Investition in Spray Coating und Direktbelichtung, die Voraussetzungen für eine durchgängige Direktbelichtung in allen Fertigungsbereichen zu schaffen. Das heißt, dass bei allen Belichtungsvorgängen für Innen- und Außenlagen, als auch für den Lötstopplack die Direktbelichtung zum Einsatz kommen soll. Darüber hinaus sollten die europäischen Fertigungen auf diese Weise verfahrenstechnisch angeglichen werden.

Derzeit werden Direktbelichter wegen der längeren Belichtungszeiten im Vergleich zur herkömmlichen Belichtung mit Filmen, überwiegend für die Belichtung von Innen- und Außenlagen eingesetzt.

Obwohl ein Direktbelichter natürlich nicht zwingend zur Belichtung von Lötstopplack eingesetzt werden muss, ist dies aber zur Minimierung von Toleranzen ratsam. Zudem erhöht es die Wirtschaftlichkeit der Investition. Über lange Zeit lag der Fokus der Direktbelichtung auf dem Foto-Resist. Doch das Laminar wurde in den vergangenen Jahren an die geringere Energiedichte von LEDs und Dioden angepasst. In Verbindung mit energiereicheren LEDs verkürzt sich die Belichtungszeit des Lötstopplacks und diese Technologie rückt ins Blickfeld. Mittlerweile gibt es verstärkte Bemühungen bei der Entwicklung von Lötstopplacken, um die Direktbelichtungsdauer zu verkürzen. Doch auch die Anforderungen an den Auftrag des Lötstopplacks steigen. Ein gleichbleibendes Belichtungsergebnis erfordert eine zunehmend homogene und hochwertige Beschichtung des Lötstopplacks. Deswegen erfordert die durchgängige Nutzung des Direktbelichters auch für den Lötstopplack eine Investition in eine neue Beschichtungstechnologie. Dies haben wir über die Investition in eine neue Spray-Coating-Anlage erreicht, welche sämtliche Anforderungen in Bezug auf ein gleichbleibend hochwertiges und homogenes Beschichtungsergebnis erfüllt und damit die Voraussetzung für die Direktbelichtung schafft.

In Bezug auf die Belichtungstechnologien sind aktuell am Markt sehr unterschiedliche System vertreten. Bei der von uns eingesetzten MDI-Technologie wird das UV-Licht durch Mikrospiegelchips mit hoher Auflösung auf die Leiterplatte übertragen. Dabei werden vier verschiedene Wellenlängen generiert, um ein passendes Spektrum für Resist-und Lötstopplackanwendungen gewährleisten zu können.

Wie steht’s mit UL?

Wie steht”s mit UL?

Was ist UL?

Das Underwriters Laboratory (UL) wurde vor ca. 120 Jahren als unabhängige Einrichtung zur Überprüfung der Sicherheit neuer Produkte und Technologien gegründet. Heute unterhält UL rund um die Welt ein Netzwerk von Einrichtungen, welche sich mit Produktsicherheit beschäftigen. UL testet Produkte, zertifiziert Hersteller und erstellt und aktualisiert übergreifende Sicherheitsstandards, die eine große Bandbreite industrieller und kommerzieller Sektoren umfassen. Mehr.

Für Leiterplatten ist der spezifische Standard UL 796, für Flammbarkeits-Tests UL 94, welcher sämtliche Plastik-Bestandteile untersucht. Diese spezifizieren eine Reihe von Performance-Tests, um die Langzeitverlässlichkeit und Brandsicherheit einer Leiterplatte zu testen. Wenn eine Leiterplatte mit diesem Standard hergestellt wird, erhält diese ein UL-Logo, das Hersteller-Logo und den Leiterplattentypen. So sehen wir auf dem Bild links das UL-Logo, dann Eurocircuits UL Handelsmarke und zuletzt ML für “Multilayer”.

UL auf der Leiterplatte

UL on the PCB

Wann wird die UL-Markierung verwendet?

Die UL-Markierung ist erforderlich sobald Sicherheit, insbesondere Flammbarkeit, ein kritisches Merkmal ist. Für die europäischen OEM-Hersteller ist es häufig für jegliche Leiterplatten erforderlich, die in Geräte verbaut werden, welche in die USA geliefert werden. UL kann sowohl vom Erstausrüster (OEM) oder vom Endkunden gefordert werden.

Was bedeutet UL Markierung?

  1. Das Basismaterial entspricht der in UL94 spezifizierten Flammbarkeitstufe. Für FR-4 ist die erforderliche Stufe UL94 V0. Das bedeutet das eine vertikale Probe, welche in eine Testflamme gehalten wird, nach dem herausziehen binnen 10 Sekunden erlischt und keine brennenden Partikel tropft.
    Alle FR-4 Materialien von Eurocircuits entsprechen der UL94 V0 Anforderung. Wir verwenden ISOLA und Nan Ya Material für UL-Leiterplatten.

    • Für Multilayer im STANDARD pool Service verwenden wir IS400 Mid Tg 150°C (dieser Tg ist höher als der von Standard FR-4 Material, um die vollständige Kompatibilität für bleifreies Löten zu gewährleisten).
    • Für alle Hoch-Tg Anforderungen (170° – 180°C) verwenden wir ISOLA PCL-FR4-370-HR.
    • Bei Ein- und Doppelseitigen Leiterplatten findet IS400 Tg 150°C oder Nan Ya NP-155F Tg 150°C Anwendung.
      => Mehr Informationen über deren Eigenschaften erhalten Sie bei den UL-Zertifikaten E41625 für ISOLA Material und E98983.
  2. Das Basismaterial entspricht den spezifizierten Stufen, um einer Entzündung durch elektrische Quellen zu widerstehen. Siehe E41625 und E98983 für diese Werte.
  3. Das Basismaterial entspricht den spezifizierten Werten für elektrischen Ausfall (Tracking) oder dem “Comparative Tracking Index” (CTI). Dies beschreibt die Spannungsdifferenz, bei welcher die Isolationseigenschaften des Basismaterials versagen und Sicherheits- und Leistungsprobleme verursachen. Das FR-4 MAterial von ISOLA und Nan Ya entsprechen diesen Anforderungen der Klasse 3 (175 – 249 V).
  4. Das Basismaterial entspricht den für die direkte Unterstützung spannungsführender Leiterplatten (DSR) spezifizierten Performance Profil Ebenen. Diese werden im UL StandardANSI/U/796A festgelegt.
  5. Die Leiterplatten entsprechen denen in unten stehender Tabelle aufgeführten Spezifikationen unter UL Markierung in STANDARD pool.

Eurocircuits UL Spezifikationen

Unser UL Zertifikat E142920 ist auf der UL Webseite erhältlich

Abkürzungen

  • Cond = conductor / Leiter
  • Edge: dies wird unten erklärt
  • Thk = thickness / Dicke
  • SS = Einseitige Kupferbeschichtung
  • DS = Zweiseitige Kupferbeschichtung, inkl. einseitigen und Multilayer
  • DSO = nur Doppelseitig
  • Max Area Diameter: wird unten erklärt
  • Entspricht der Anforderung UL796 DSR. Siehe 4 oben.
  • CTI = Comparative Tracking Index. Siehe 3 oben.

TIPPS.

  1. Die UL-Markierung wird von uns ohne Aufpreis vorgenommen.
  2. Fügen Sie Ihrer Bestellung eine UL-Markierung hinzu, indem Sie auf “erweiterte Optionen” am Ende des Preiskalkulator-Menüs klicken. Wählen Sie dort das Kästchen “UL-Markierung” aus. Der Kalkulator zeigt Ihnen an, ob Sie Optionen gewählt haben, die nicht mit UL kompatibel sind.
  3. Sobald die Daten hochgeladen wurden, können Sie den Markierungs-Editor verwenden, um die Lage des UL-Logos zu bestimmen.

Allgemein.

  1. Sämtliche Leiterplatten die UL benötigen werden in unserem Werk in Eger, Ungarn hergestellt.
  2. Wir bieten eine UL-Markierung nur in unserem STANDARD pool Service an.
  3. Wir besitzen drei aktive Leiterplattenklassen, jede mit Ihrer eigenen UL-Markierung:
    1. i. Multilayer: Bezeichnung ML; Markierung:
      UL ML
    2. ii. Ein- und doppelseitige Leiterplatten mit Minimum-Dicke 0.63 mm: Bezeichnung DV; Markierung:

      UL DV

    3. iii. Ein- und doppelseitige Leiterplatten mit Leiterplatten-Dicken zwischen 0,38mm – 0,62mm. Bezeichnung DS; Markierung:

      UL DS

Andere im Zertifikat aufgeführte Klassen werden nicht mehr verwendet.

UL-Markierung bei STANDARD pool Service

Eine UL-Markierung ist nur für Leiterplatten erhältlich, die konform mit folgend aufgeführten Parametern sind (die Nummer in Klammern weist auf weitere, folgende Informationen hin). Dazu zählen poolbare und nicht-poolbare Optionen.

UL Typ Bezeichnung

ML

DV

DS

Verwendbar für

Multilayer

Ein- und doppelseitig

Ein- und doppelseitig

Basismaterial

IS400

PCL-FR-370HR

IS400

NP-155F

PCL-FR-370HR

IS400

NP-155F

PCL-FR-370HR

UL 94 Flammklasse

V-0

V-0

V-0

Min. Dicke Lagenaufbau (mm) (1)

0,63

0,63

0,38

Min. Prepreg-Dicke (µm) (2)

126

Minimum Aussenlagen End-Cu-Dicke (µm) (3)

18

18

18

Max. Innenlagen End-Cu-Dicke (µm) (4)

70

Min. Leiterbahnbreite (mm) (5)

0,10

0,10

0,10

Min. Breite Randleiterbahn (mm) (6)

0,15

0,15

0,15

Max. Durchmesser End-Cu Fläche (mm) (7)

76,20

76,20

76,20

Löt-Oberflächen:

HAL bleifrei

chem. Nickel-Gold (ENIG) (8)

chem. Silber

Ja

Ja

Ja

Ja

Ja

Ja

Ja

NEIN

Ja

Hartgold Steckverbinder

Ja

Ja

Ja

DK am Leiterplattenrand

Ja

Ja

Ja

Kantenmetallisierung

Ja

Ja

Ja

Kupfer bis zum Leiterplattenrand (9)

NEIN

NEIN

NEIN

Karbondruck

Ja

Ja

Ja

Durchsteigerfüller (10)

Ja

Ja

NEIN

Wärmeleitpaste (11)

NEIN

NEIN

NEIN

Lötstopplack-Typen (12)

ELPEMER 2467

XV501T Screen XV501T-4 Screen

ELPEMER 2467

XV501T Screen XV501T-4 Screen

ELPEMER 2467

XV501T Screen XV501T-4 Screen

Durchsteigerfüller-Material

XV501T-4 Screen

XV501T-4 Screen

Lötabzugslack

Ja

Ja

Ja

Karbonpaste

SD 2841 HAL *IR

SD 2841 HAL *IR

SD 2841 HAL *IR

Lötgrenze

max. Temperatur (°C) (13)

265

265

265

Lötgrenze

max. Zeit (sek.) (13)

20

20

20

max. Betriebstemperatur (°C)

130

130

130

1. Min. Lagenaufbau-Dicke (mm)

Dies ist die Dicke der Leiterplatte gemessen über das Laminat, ohne Kupfer Innen/Aussen.

Die min. STANDARD pool Dicke für UL-Markierung ist:

UL-ML

UL-DV

UL-DS

UL min. Lagenaufbau-Dicke (mm)

0,63

0,63

0,38

Min. STANDARD pool Dicke (mm)

0.80

0.80

0.50

TIPP

Bei doppelseitigen Leiterplatten mit UL-Markierung muss die Löt-Oberfläche chem. Silber oder keine Löt-Oberfläche sein (bleifrei/verbleit HAL ist wegen der Anforderung an die min. Leiterplatten-Dicke von 0,8mm für HAL nicht möglich und chem. Nickel-Gold (ENIG) ist für diese Leiterplatten nicht verfügbar, weil wir bei Gold immer Durchsteigerfüller verwenden).

2. Minimale Prepreg Dicke (µm)

In einem Mulitlayer bezieht sich dies auf eins oder eine Kombination verschiedener Prepregs.

UL-ML

UL-DV

UL-DS

UL min. Prepreg-Dicke (µm)

126

Im STANDARD pool Service trifft dies auf die meisten der mehr als 700 definierten Lagenaufbaue zu. Das Kalkulator Smart Menü wird jegliche definierte Lagenaufbaue kennzeichnen, welche nicht UL-kompatibel sind.

3. Minimum Endkupfer Aussenlagen-Dicke (µm)

Spezifiziert die minimale Endkupfer Aussenlagen-Dicke für Aussenlagen.

UL-ML

UL-DV

UL-DS

UL min. Endkupfer Aussenlagen-Dicke (µm)

18

18

18

Bei doppelseitigen und Mulitlayern können sämtliche Kupferfolien-Dicken verwendet werden: 12µm (End +/-30µm), 18µm (End +/-35µm), 35µm (End +/-60µm), 70µm (End +/-95µm) und 105µm (End +/-130µm).

Bei einseitigen Leiterplatten entspricht das Startkupfer der Endkupferdicke. Daraus ergeben sich die folgenden Kupferfolien: 35µ (End +/-35µm), 70µm (End +/-70µm) und 105µm (End +/-105µm).

4. Maximale Innenlagen Enkupfer-Dicke (µm)

Spezifiziert die maximale Enkupferdicke für die Innenlagen.

UL-ML

UL-DV

UL-DS

UL max. Endkupfer Innenlagen-Dicke (µm)

70

Bei Innenlagen entspricht das Startkupfer der Endkupferdicke. Eine UL-Markierung ist nur für folgende Dicken verfügbar: 12µm, 18µm, 35µm und 70µm (nicht 105 µm)

5. Minimum Standard Leiterbahnbreite (mm)

Die minimale Breite jeglicher Leiterbahn auf jedweder Lage, welche weiter als 0,4mm vom Leiterplattenrand verläuft.

UL-ML

UL-DV

UL-DS

UL min. Standard Leiterbahnbreite (mm)

0,10

0,10

0,10

eC Leiterplatten-Klassifikation

Klasse 8

Klasse 8

Klasse 8

6. Minimale Rand-Leiterbahnbreite (mm)

Die minimale Breite jeglicher Leiterbahn auf jedweder Lage, welche weniger als 0,4mm vom Rand der Leiterplatte verläuft.

UL-ML

UL-DV

UL-DS

UL min. Randleiterbahnbreite (mm)

0,15

0,15

0,15

eC Leiterplatten-Klassifikation

Klasse 6

Klasse 6

Klasse 6

Diese UL-Anforderung soll Schaden an feinen Leiterbahnen nahe dem Rand der Leiterplatte verhindern.

TIPPS.

  1. Eurocircuits Standard Spezifikationen treffen zu. Falls eine Leiterplatte gefräst wird, kann kein Kupfer auf der Aussenlage innerhalb von 0,25mm oder 0,4mm bei der Innenlage vom Leiterplattenrand entfernt sein. Beim Ritzen muss der Abstand mindesten 0,45mm auf allen Lagen betragen.
  2. Kupfer bis zum Leiterplattenrand ist nach UL nicht zulässig – s.u. (9).

7. Maximum Durchmesser End-Cu Fläche (mm)

Dies spezifiziert die maximale, durchgängige Kupferfläche auf jeglicher Lage einer Leiterplatte, gemessen über den Durchmesser des größtmöglichen Kreises, der innerhalb der Kupferfläche gezogen werden kann.

UL-ML

UL-DV

UL-DS

UL max. Durchmesser End-Cu Fläche (mm)

76,20

76,20

76,20

Eine “durchgängige, unverletzte Kupferfläche” ist als “voll” oder “durchgängige” Kupferläche definiert, die keine DK oder NDK-Bohrungen beinhaltet. Diese Regel wurde von UL eingeführt, um den thermalen Unterschied zwischen einer großen, durchgängigen Kupferfläche und dem Laminat zu verringern.

Somit wird der Durchmesser wie folgt gemessen:

UL maximale Kupferfläche

UL maximum copper area

TIPP

In den meisten Fällen enthalten Kupferflächen Freistellungen für Bohrungen und sind deswegen nicht durchgängig. Andernfalls könnten Sie eine Schraffur in Betracht ziehen, falls UL bei sehr großen, durchgängigen Kupferflächen erforderlich ist.

8. Löt-Oberfläche – chem. Nickel-Gold (ENIG)

Um die optimale Qualität bei chem. Nickel-Gold Leiterplatten mit geschlossen Durchsteigern zu gewährleisten nutzen wir Durchsteigerfüller. Da wir kein UL für Durchsteiger auf Leiterplatten anbieten, die kleiner als 0,63mm Dick sind, können wir kein UL für den Typ DS (kleiner als 0,63mm) anbieten.

9. Kupfer bis zum Leiterplattenrand

Dies ist nach den UL-Regeln nicht erlaubt (Risiko von exponiertem oder gerissenem Kupfer).

10. Durchsteigerfüller

Wir bieten keine UL-Markierung für Durchsteigerfüller auf Leiterplatten kleiner als 0,63mm Dicke an.

11. Wärmeleitpaste

Wir bieten keine UL-Markierung für Wärmeleitpaste an.

12. Lötstopplack-Typen

Alle von uns angebotenen Farben werden abgedeckt.

13. Lötgrenzen – Temperatur und Zeit

Dies sind die Werte, die wir für unsere Qualitätskontrollen verwenden.

Falls Sie Fragen haben, können Sie uns über eMail unter euro@eurocircuits.com oder über den Online Chat erreichen.