PCB-Fertigungsfehler und wie man sie vermeidet

Fehler bei der Herstellung von Leiterplatten sind selten zufällig.
Die meisten Mängel entstehen durch Konstruktionsentscheidungen, Materialbeschränkungen oder Prozessinstabilitätlange bevor die Endkontrolle stattfindet.

Bei der Inspektion können viele sichtbare Probleme entdeckt werden, Die Fehlervermeidung muss in einem früheren Stadium des Herstellungsprozesses erfolgen..

In diesem Artikel werden die häufigsten Fehler bei der Leiterplattenherstellung, ihre Ursachen und praktische Vermeidungsstrategien aus Sicht der Fertigung erläutert.

Zu den Grundlagen der Qualität siehe: Was bestimmt die PCB-Qualität?

Was gilt als PCB-Fertigungsfehler?

Ein PCB-Fertigungsfehler ist jede Abweichung, die:

• Beeinflusst die elektrische Leistung
• Beeinträchtigt die mechanische Integrität
• Reduziert die langfristige Zuverlässigkeit
• Verstößt gegen IPC- oder Kundenspezifikationen

Defekte können sein sichtbar, latent, oder progressivdie erst nach thermischer oder mechanischer Belastung auftreten.

Defekte der inneren Schicht

Häufige Defekte der inneren Schicht

• Offene Stromkreise
• Kurzschlüsse
• Über- oder Unterätzung
• Fehlregistrierung zwischen Ebenen

Grundlegende Ursachen

• Ungenauigkeiten bei der Bildgebung
• Variation des Ätzprozesses
• Schlechte Ausrichtung der inneren Schicht

Da die inneren Schichten während des Laminierens versiegelt werden, sind Fehler in diesem Stadium unumkehrbar.

Hintergrund des Prozesses: Inner Layer Fabrication erklärt

Bohrungsbedingte Defekte

Typische Bohrmängel

• Exzentrische Löcher
• Grate und Abstrich
• Gebrochene Bohrer
• Schlechte Lochwandqualität

Grundlegende Ursachen

• Übermäßiges Seitenverhältnis des Bohrers
• Verschlissene Werkzeuge
• Falscher Vorschub und falsche Geschwindigkeit
• Ungeeignete Bohrmethode

Bohrfehler wirken sich direkt auf die Qualität der Kupferbeschichtung und die Zuverlässigkeit der Durchkontaktierung aus.

Vergleich der Methoden:
PCB-Bohren vs. Laserbohren

Defekte in der Beschichtung

Häufige Probleme bei der Beschichtung

• Dünnes Kupfer in Durchkontaktierungen
• Hohlräume oder Lücken
• Raues oder knotiges Kupfer
• Schlechtes Haftvermögen

Grundlegende Ursachen

• Unsachgemäße Oberflächenvorbereitung
• Inkonsistente Stromdichte
• Chemisches Ungleichgewicht
• Vias mit hohem Aspektverhältnis

Fehler in der Beschichtung sind eine der Hauptursachen für intermittierende Ausfälle und Temperaturwechselbelastungen.

Prozess-Detail: Verkupferungsprozess in der PCB-Herstellung

Ätzen Defekte

Typische Ätzdefekte

• Übergeätzte Spuren
• Untergeätzte Kupferbrücken
• Variation der Linienbreite
• Spur nach unten

Grundlegende Ursachen

• Ungleichmäßige Kupferdicke
• Aggressive Ätzmittelchemie
• Schlechte Prozesskompensation
• Enge Leiterbahnabstände

Je feiner die Leiterbahngeometrie wird, desto mehr beeinträchtigen Ätzfehler die Ausbeute und Zuverlässigkeit.

Renditeorientierte Analyse: PCB-Ätzprozess und Ertragskontrolle

Laminierungs- und Delaminierungsdefekte

Häufige Probleme bei der Laminierung

• Delamination
• Blistering
• Hohlräume im Harz
• Schichtverschiebung

Grundlegende Ursachen

• Falscher Laminierdruck oder falsche Temperatur
• Schlechte Auswahl des Prepregs
• Feuchtigkeitsaufnahme
• Unausgewogene Stapel

Diese Defekte werden oft erst während der Montage oder der thermischen Wechselbeanspruchung und nicht schon bei der ersten Prüfung festgestellt.

Materielle Beziehungen: PCB-Material und Lagenkosten

Lötstoppmaske und Oberflächenbeschaffenheitsmängel

Typische Defekte

• Falsche Ausrichtung der Lötmaske
• Schlechtes Haftvermögen
• Nadellöcher
• Ungleichmäßige Dicke der Oberflächenbehandlung

Grundlegende Ursachen

• Unzureichende Oberflächenvorbereitung
• Falsche Aushärtungsbedingungen
• Prozesskontamination

Diese Mängel können zu Lötbrücken, Korrosion und verkürzter Haltbarkeit führen.

Elektrische Testentweichungen und latente Defekte

Nicht alle Mängel werden bei der elektrischen Prüfung entdeckt.

Versteckte Mängel können:

• Erste Tests bestehen
• Versagen nach thermischer Belastung
• Erscheinen während des Feldeinsatzes

Häufige Ursachen sind:

• Randdicke der Beschichtung
• Mikrorisse in Durchkontaktierungen
• CAF-Bildung

Konstruktionsbedingte Fehler-Risiken

Einige Mängel sind eher auf Konstruktions- als auf Fertigungsfehler zurückzuführen.

Zu den risikoreichen Konstruktionsfaktoren gehören:

• Äußerst feine Spuren und Abstände
• Vias mit hohem Aspektverhältnis
• Unsymmetrische Kupferverteilung
• Übermäßig enge Toleranzen

Verbindung in Designqualität: Kostenfaktoren beim PCB-Design

Wie man Fehler bei der PCB-Herstellung vermeidet

Wirksame Fehlerprävention konzentriert sich auf Prozess-Stabilitätund nicht nur die Inspektion.

Zu den wichtigsten Präventionsstrategien gehören:

• Frühe DFM-Überprüfung
• Konservative Gestaltungsspielräume
• Qualifizierte Materialauswahl
• Überwachung der Prozessfähigkeit
• Analyse der Ertragsdaten

Bei TOPFAST wird die Fehlervermeidung vorangetrieben durch vorgelagerte Prozesssteuerung und datenbasierte Rückmeldung, wodurch die Abhängigkeit vom End-of-Line-Screening verringert wird.

Fehlervermeidung vs. Herstellungskosten

Die Vermeidung von Mängeln senkt häufig die Gesamtkosten.

Die Vorteile umfassen:

• Höherer Ertrag
• Weniger Nacharbeit
• Weniger Verzögerungen
• Geringeres Risiko von Feldausfällen

Gleichgewicht zwischen Kosten und Qualität: PCB Herstellungskosten erklärt

Schlussfolgerung

Fehler bei der Herstellung von Leiterplatten sind selten Einzelfälle.
Sie sind das Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen Design, Materialien und Prozesskontrolle.

Wenn Ingenieure und Einkäufer die häufigsten Fehlerarten und ihre Ursachen kennen, können sie proaktiv Maßnahmen ergreifen, um Fehler zu vermeiden und die langfristige Zuverlässigkeit zu verbessern.

Dieser Artikel bildet einen zentralen Pfeiler der PCB-Qualität und -Zuverlässigkeit cluster.

FAQ: PCB-Herstellungsmängel