Betrachtung und Messung von Durchkontaktierungen und Lötaugen auf PWBs
Smartphones, Tablets, tragbare Endgeräte und andere ähnliche Geräte wurden so konzipiert, dass sie kleiner und dünner sind und eine höhere Funktionalität aufweisen. Aus diesem Grund wurden auch die Leiterplatten und Bauteile kleiner, dichter und mit mehr Schichten konzipiert. Folglich ist es schwieriger geworden, feine Teile (wie Durchkontaktierungen, Lötaugen und Lötflächen (Pads)) zu betrachten und 3D-Formen (wie Oberflächenunregelmäßigkeiten) für die Forschung, Entwicklung und Qualitätssicherung von PCBs (Printed Circuit Boards) und PWBs (Printed Wire Boards) zu messen und zu bewerten. In diesem Abschnitt werden die grundlegenden Kenntnisse über PWBs und die PCB-Montage sowie Beispiele für die Betrachtung und Messung der Details von PWBs mit unserem neuesten Digitalmikroskop vorgestellt.
- Typen, Strukturen und Merkmale von PWBs
- PCB-Montagemethoden
- Beispiele für die Betrachtung und Messung von Durchkontaktierungen und Lötaugen auf PWBs
- Ein Digitalmikroskop, das die Forschung, Entwicklung und Qualitätssicherung von PWBs und PCBs maßgeblich unterstützt
Typen, Strukturen und Merkmale von PWBs
Bei der Herstellung von PCBs hängt die Qualität nach der Montage der Komponenten von den PWBs ab. Im Folgenden werden die PWB-Typen sowie die Struktur, die Merkmale und die Bauteilbezeichnungen der einzelnen Typen erläutert.
Typen von PWBs
Die repräsentativen Typen, Merkmale und Strukturen werden im Folgenden anhand von Abbildungen erläutert.
Einseitige Leiterplatten (Leiterplatte mit einer Lage)
Nur eine Seite des Substrats ist mit Kupferfolie bedruckt. Da sie nur eine Schicht hat, wird sie als einlagige Platine bezeichnet. Nicht plattierte Durchkontaktierungen, in die Bauteilanschlüsse oder Elektroden eingeführt werden, werden auf dem Substrat gebohrt oder gestanzt. Die Innenseiten dieser Löcher sind isoliert, da sie nicht mit Kupfer plattiert sind. Lötaugen oder Pads auf der Substratoberfläche sind mit Kupferfolie bedeckt, um mit den zu montierenden Komponenten in Kontakt zu kommen. Einseitige Platinen werden wegen der niedrigen Herstellungskosten oft für die Massenproduktion von Verbraucherelektronik verwendet.
- A
- Nicht plattierte Durchkontaktierung
- B
- Substrat
- C
- Kupferfolie
Doppelseitige Platine (zweilagige Platine)
Beide Seiten des Substrats sind mit Kupferfolie bedruckt. Dieser Typ wird als zweilagige Platine bezeichnet. Die Innenseiten der Durchkontaktierungen, die für die Montage von Komponenten verwendet werden, sind leitfähig, da sie mit Kupfer beschichtet sind. Die Herstellungskosten sind höher als bei einseitigen Platinen. Dennoch wird dieser Typ häufig für die Elektronik verwendet, da die Fläche für die Verdrahtung und Montage doppelt so groß ist wie bei einseitigen Platinen, wodurch wiederum die Größe des zu verwendenden Substrats reduziert wird.
- A
- Durchkontaktierung
- B
- Substrat
- C
- Kupferfolie
Multilayer-Leiterplatten
Mehrlagige Platinen laminieren Kupferfolie und isolierende Schichten, genannt Prepreg. Dieser Typ wird je nach Anzahl der laminierten Schichten als vierlagige, sechslagige oder achtlagige Platine bezeichnet. Je mehr Lagen eine Platine hat, desto komplexer ist ihre Struktur. Die Design- und Herstellungskosten steigen entsprechend. Gleichzeitig können mehrlagige Platinen Stromkreise und allgemeine Signalleitungen zwischen den Lagen enthalten, was die für die Montage verwendete Fläche vergrößert und auch die Montagedichte erhöht.
- A
- Durchkontaktierung
- B
- Prepreg (isolierende Lagen)
- C
- Substrat
- D
- Kupferfolie
PCB-Montagemethoden
Die PCB-Montage ist ein Prozess, bei dem elektronische Bauteile auf ein PWB gelötet werden, so dass es als PCB fungiert. Für die Montage von elektronischen Bauteilen auf PWBs werden in der Regel zwei Methoden verwendet: Durchsteckmontagetechnik und Oberflächenmontagetechnik. Die Merkmale der einzelnen Technologien werden im Folgenden anhand von Abbildungen vorgestellt.
Durchsteckmontagetechnik (IMT)
Bei dieser Technik werden Leitungen oder Elektroden in Durchkontaktierungen auf einem PWB gelötet. Weichlöten auf der Innenseite der Durchkontaktierung reduziert die Impedanz an der Verbindung leicht. Ein Nachteil dieser Technik ist, dass die auf der Oberfläche angeordneten Komponenten ein größeres Substrat benötigen, was eine Miniaturisierung der Leiterplatte erschwert.
Die Anschlüsse der zu montierenden Komponenten sind gerade und zeigen nach unten, damit sie in die Durchkontaktierungen eingeführt werden können. Diese Komponenten werden als Dual In-Line Packages (DIPs) bezeichnet.
Oberflächenmontagetechnik (SMT)
Die Oberflächenmontagetechnik (SMT) wird heute am häufigsten für die Leiterplattenmontage verwendet. Elektronische Bauteile werden auf Lötflächen auf der Leiterplattenoberfläche montiert und durch Erhitzen in einem Ofen verbunden. Durchkontaktierungen werden nicht verwendet. Dies wird als Reflow-Löten bezeichnet. Anders als bei der IMT müssen die Anschlüsse oder Elektroden nicht durch die PWBs hindurchgeführt werden, so dass bei der SMT die Komponenten auf beiden Seiten eines PWB effizient und flexibel angeordnet werden können. SMT kann eine größere Anzahl von elektronischen Bauteilen aufnehmen, wodurch die Leiterplatten kleiner und dichter werden.
Bauteile für die Oberflächenmontage, die als SMDs (Surface Mount Devices) bezeichnet werden, sind Gehäuse, deren Anschlussspitzen parallel zu den Lötaugen verlaufen oder die Elektroden an beiden unteren Kanten oder an den Seiten haben.
Beispiele für die Betrachtung und Messung von Durchkontaktierungen und Lötaugen auf PWBs
Durchkontaktierungen und Lötaugen auf PWBs spielen eine wichtige Rolle bei der Verbindung von Komponenten mit PWBs und von Komponenten mit Komponenten in Schaltungen. Bei der Montage müssen verschiedene Punkte kontrolliert werden, wie z. B. der Lotdruck, die Lotbadbedingungen und die Temperaturprofile der Reflow-Öfen. Selbst bei sorgfältigster Beachtung der einzelnen Prozesse und Materialien können fehlerhafte Durchkontaktierungen und Lötaugen zu Leiterbahnfehlern oder Fehlfunktionen führen.
Durchkontaktierungen und Lötaugen auf PWBs haben Oberflächenunregelmäßigkeiten und Reflexionen, die spezifisch für Kupferfolie sind. Es ist schwierig, PWBs mit optischen Mikroskopen gekippt zu betrachten, unter anderem weil es viel Zeit und Arbeit kostet und nur ein Teil der Oberflächenunregelmäßigkeiten in den Fokus gerückt werden kann. Es ist außerdem schwierig, 3D-Formen und Abmessungen von mikroskopisch kleinen Durchkontaktierungen und Lötaugen auf sehr kleinen Leiterplatten zu messen.
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX von KEYENCE verwendet optische und Betrachtungssysteme, die sowohl eine hohe Auflösung als auch eine hohe Tiefenschärfe erreicht haben und verschiedene Probleme lösen.
Dieses Mikroskop ist mit verschiedenen Funktionen ausgestattet, die mit einfachen Handgriffen zugänglich sind, wie z. B. gleichmäßige gekippte Betrachtung, Betrachtung mit voll fokussierten Bildern, die mit Tiefenzusammensetzung und anderen verwandten Funktionen aufgenommen wurden, Erfassung von Bildern mit hohem Kontrast und präzise 3D-Messung, wodurch die Ausgereiftheit und Effizienz der Arbeit in der Qualitätssicherung, Forschung und Entwicklung von PCBs und PWBs verbessert wird. Lesen Sie weiter, um eine Einführung in die konkrete Betrachtung und Messung von Durchkontaktierungen und Lötaugen auf PWBs mit der Modellreihe VHX zu erhalten.
Betrachtung von Durchkontaktierungen in der Schräge
Von der Innenseite der Durchkontaktierungen abgelöste Kupferbeschichtung kann zu Kontaktfehlern führen. Um tiefe Löcher mit einem Lichtmikroskop zu betrachten, ist es notwendig, die gekippte Betrachtung auf einer mit einer Vorrichtung fixierten Probe zu wiederholen, was schwierig ist und viel Zeit und Arbeit kostet.
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verwendet ein System zur Betrachtung aus jedem beliebigen Winkel mit einem präzisen motorisierten XYZ-Objekttisch, der eine gekippte Betrachtung mit einfacher Ausrichtung des Sichtfelds, Rotation und Schrägachsenbewegung ermöglicht. Das Messobjekt bleibt im Sichtfeld zentriert, auch wenn das Objektiv gekippt oder gedreht wird. Dies ermöglicht eine reibungslose und schnelle Betrachtung mit hochauflösenden Bildern.
Darüber hinaus ermöglicht die Funktion zur Tiefenzusammensetzung eine gekippte Betrachtung vertiefter Bereiche, wie z. B. der Innenseiten von Durchkontaktierungen, mit klaren Bildern, die selbst bei hohen Vergrößerungen im gesamten Sichtfeld vollständig fokussiert sind.
Die Modellreihe VHX kann auch schwierige Lichtverhältnisse mit einfachen Handgriffen und ohne Einstellung ermitteln. Mit der Multi-Lighting-Funktion, die auf Knopfdruck Daten von Bildern erfasst, die automatisch mit omnidirektionaler Beleuchtung aufgenommen wurden, kann der Bediener die Betrachtung beginnen, indem er einfach intuitiv das für den Zweck geeignete Bild auswählt.
Das folgende Bild zeigt ein Beispiel für eine gekippte Betrachtung der Innenseite einer schwer zu beleuchtenden Durchkontaktierung mit einem hellen und klaren Bild, das mit einer Kombination aus Ringbeleuchtung und Hintergrundbeleuchtung aufgenommen wurde. Selbst mikroskopische Fehler, wie z. B. eine von der Oberfläche der Durchkontaktierung abgeblätterte Kupferfolie, können genau betrachtet werden.
Betrachtung von Oberflächenunregelmäßigkeiten auf Lötaugen (Bild im optischen Schatteneffekt-Modus)
Auf verkupferten Lötaugen gibt es leichte Oberflächenunregelmäßigkeiten. Allerdings ist es aufgrund des geringen Kontrasts schwierig, die Oberflächenbeschaffenheit klar zu erfassen.
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX ist mit einem optischen Schatteneffekt-Modus ausgestattet, der kontrastreiche Bilder auf einfache Weise erfasst, ohne dass Vorbereitungen wie das Vakuumerzeugen erforderlich sind. Die Oberflächenbeschaffenheit kann mit Hilfe eines Bildes, das Unregelmäßigkeiten auf der Lötaugenoberfläche hervorhebt, genau betrachtet und ausgewertet werden.
3D-Messung und Profilmessung von fehlerhaften Beschichtungen auf Lötaugen
Defekte Lötaugen auf PWBs, z. B. durch abgelöste Kupferbeschichtungen, können zu Fehlfunktionen auf der Leiterplatte oder zu Problemen bei der Montage der Komponenten führen. Es ist jedoch schwierig, die mikroskopischen 3D-Formen von Lötaugen mit taktilen Messgeräten oder optischen Mikroskopen zu messen.
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX kann präzise 3D-Messungen mit hochauflösenden Betrachtungsbildern durchführen. Messwerte von unebenen Formen und 3D-Bildern können auch erfasst werden, indem leichte Oberflächenunregelmäßigkeiten und Rauheit nur mit einem direkt von oben aufgenommenen Bild erfasst werden.
Die Bediener können auch Profilmessungen an den gewünschten Stellen durchführen, indem sie die Stellen einfach mit der Maus festlegen, während sie den Bildschirm betrachten. Messwerte können für Oberflächenunregelmäßigkeiten aus einer 2D-Querschnittsform einer fehlerhaften Fläche gewonnen werden, was eine schnelle und hochgenaue Analyse ermöglicht.
Ein Digitalmikroskop, das die Forschung, Entwicklung und Qualitätssicherung von PWBs und PCBs maßgeblich unterstützt
Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX kann eine erweiterte Betrachtung mit Vergrößerung und eine präzise 3D-Messung von Durchkontaktierungen und Lötaugen auf PWBs durchführen, die für eine höhere Zuverlässigkeit von Leiterplatten unerlässlich sind. Dieses Mikroskop unterstützt zudem nahtlos die gesamte Modellreihe bis hin zur automatischen Berichterstellung mit einem einzigen System. Verschiedene Funktionen, die mit einfachen Handgriffen zugänglich sind, erleichtern schwierige Aufgaben, reduzieren den Zeitaufwand für diese Aufgaben und verbessern die Arbeitseffizienz.
Die Modellreihe VHX, die für verschiedene Betrachtungen und Messungen in der Elektronikindustrie eingesetzt werden kann, ist mit vielen weiteren, hier nicht vorgestellten Funktionen ausgestattet. Für weitere Produktinformationen oder Anfragen klicken Sie bitte auf die Schaltflächen unten.
