Im Herstellungsprozess von Leiterplatten ist die Formungsphase ein wichtiger Schritt bei der Verarbeitung der fertigen Leiterplatte in eine Form und Größe, die den Designanforderungen entspricht. Unterschiedliche Verfahren zur Leiterplattenformung eignen sich für unterschiedliche Produktionsanforderungen und weisen erhebliche Unterschiede in ihren technischen Eigenschaften und Anwendungsszenarien auf.
1, Mechanische Bearbeitung und Umformung
Die mechanische Bearbeitungsformung ist eine relativ traditionelle und weit verbreitete Formungsmethode für Leiterplatten, die hauptsächlich Fräsen und Stanzformen umfasst.
(1) Fräsbearbeitung
Unter Fräsen versteht man den Einsatz von CNC-Fräsmaschinen zum Schneiden von Leiterplatten mit rotierenden Hochgeschwindigkeitsfräsern. Vor der Bearbeitung müssen CNC-Bearbeitungscodes basierend auf der Leiterplatten-Designdatei generiert werden, um die Flugbahn des Fräsers genau zu steuern. Fräser bestehen in der Regel aus Wolframstahl mit einem Durchmesser im Allgemeinen zwischen 0,8 und 3 mm und können je nach Blechdicke und Anforderungen an die Schnittgenauigkeit flexibel ausgewählt werden. Dieses Verfahren eignet sich für die Bearbeitung von Leiterplatten verschiedener Formen, insbesondere für Leiterplatten mit komplexen Formen und hohen Präzisionsanforderungen, wie z. B. unregelmäßig geformte Leiterplatten, Leiterplatten mit unregelmäßigen Kerben oder Löchern. Sein Vorteil liegt in der hohen Verarbeitungsgenauigkeit, die im Allgemeinen innerhalb von ± 0,1 mm kontrolliert werden kann und sich an die Produktionsanforderungen kleiner Chargen und mehrerer Sorten anpassen lässt; Der Nachteil besteht jedoch darin, dass die Bearbeitungsgeschwindigkeit relativ langsam ist, die Schneidwerkzeuge Verschleißprobleme haben, regelmäßig ausgetauscht werden müssen und auch die Bearbeitungskosten entsprechend steigen. Darüber hinaus können die beim Fräsvorgang entstehenden Ablagerungen und Staub die Verarbeitungsumgebung und die Produktqualität beeinträchtigen, und es müssen entsprechende Vakuumgeräte ausgestattet werden.
(2) Stanzformen
Das Stanzumformen wird hauptsächlich bei standardisierten Leiterplatten eingesetzt, die in großen Stückzahlen hergestellt werden. Das Prinzip besteht darin, vorab eine Form herzustellen, die der Form der Leiterplatte entspricht, und durch eine Stanzpresse Druck auszuüben, um die Leiterplatte unter der Wirkung der Form schnell zu formen. Prägeformen bestehen in der Regel aus einer Hartlegierung, die eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit aufweist. Dieses Verfahren weist eine extrem hohe Produktionseffizienz auf und mehrere Leiterplatten können in einem Stanzvorgang geformt werden. Dies eignet sich für die Herstellung von Leiterplatten mit regelmäßigem Aussehen und einheitlicher Größe, wie z. B. die universelle Leiterplatte in Produkten der Unterhaltungselektronik. Seine Vorteile sind eine hohe Produktionseffizienz, niedrige Kosten und die Fähigkeit, die Anforderungen einer Großproduktion zu erfüllen. Allerdings sind die Kosten für die Formenherstellung hoch und der Zyklus lang. Wenn sich das Produktdesign ändert, muss die Form neu hergestellt werden, was zu einer schlechten Flexibilität führt. Daher ist es nicht für die Kleinserien- oder kundenspezifische Produktion geeignet.
2, Laserschneidenformung
Bei der Laserschneidformung wird ein Laserstrahl mit hoher-Energiedichte verwendet, um eine Leiterplatte zu bestrahlen, wodurch das Blech sofort lokal geschmolzen und verdampft wird und dadurch eine Schnitttrennung erreicht wird. Je nach Laserquelle kann es in CO₂-Laserschneiden und Ultraviolett-Laserschneiden unterteilt werden.
(1) CO₂-Laserschneiden
Die Wellenlänge des CO₂-Lasers beträgt 10,6 μm und seine Energie wird hauptsächlich von organischen Materialien in der Leiterplatte, wie Harz, Glasfaser usw., absorbiert. Während des Schneidvorgangs scannt der Laserstrahl einen vorgegebenen Weg und erhitzt das Material schnell auf die Verdampfungstemperatur, um einen Schnitt zu bilden. Das CO₂-Laserschneiden hat eine hohe Geschwindigkeit und einen hohen Wirkungsgrad und eignet sich zum Schneiden von Leiterplatten mit geringer Dicke (im Allgemeinen weniger als 2 mm) und wird besonders häufig bei der Formung und Verarbeitung flexibler Leiterplatten eingesetzt. Es kann komplexe Formen mit einer minimalen Linienbreite von 0,15 mm und glatten Schnittkanten bearbeiten, ohne dass ein anschließendes Polieren erforderlich ist. Beim CO₂-Laserschneiden entsteht jedoch eine bestimmte Wärmeeinflusszone, die zu einer Karbonisierung des Schneidkantenmaterials führen kann, was sich auf die elektrische Leistung und das Erscheinungsbild der Leiterplatte auswirkt.
(2) UV-Laserschneiden
Die Wellenlänge des ultravioletten Lasers ist relativ kurz, normalerweise etwa 355 nm, und seine Photonenenergie ist hoch. Es kann die molekularen Bindungen von Materialien durch photochemische Reaktionen direkt aufbrechen und so eine „Kaltverarbeitung“ erreichen. Dieses Verfahren weist nahezu keine Wärmeeinflusszone und eine extrem hohe Schnittgenauigkeit von bis zu ± 0,02 mm auf und eignet sich daher besonders für die Bearbeitung hochpräziser und zuverlässiger Leiterplatten, wie z. Allerdings sind die Ausrüstungskosten hoch und die Verarbeitungseffizienz relativ gering. Derzeit wird es hauptsächlich bei der Herstellung hochwertiger Leiterplattenprodukte eingesetzt.
3, chemische Ätzformung
Beim chemischen Ätzformen werden chemische Reagenzien verwendet, um kupferbeschichtete Laminate selektiv zu korrodieren und so die gewünschte Leiterplattenform zu erhalten. Vor dem Formen muss auf der Oberfläche des kupferkaschierten Laminats mithilfe der Fotolithografietechnologie eine korrosionsbeständige Schicht gebildet werden, um die Bereiche zu schützen, die nicht geätzt werden müssen. Anschließend wird das Blech in eine Ätzlösung getaucht, um die ungeschützte Kupferfolie aufzulösen und zu entfernen. Das chemische Ätzformen eignet sich zur Herstellung von Leiterplatten mit einfachem Aussehen und geringen Präzisionsanforderungen, wie z. B. einseitigen Leiterplatten oder einigen kostenempfindlichen elektronischen Produkten. Seine Vorteile bestehen darin, dass keine komplexe mechanische Ausrüstung erforderlich ist, die Produktionskosten niedrig sind und extrem dünne Kupferfolienschaltungen verarbeitet werden können. Aber auch die Nachteile liegen auf der Hand. Der Ätzprozess lässt sich nur schwer präzise steuern und die Formungsgenauigkeit ist gering und liegt im Allgemeinen bei ± 0,2–0,3 mm. Darüber hinaus belastet die chemische Ätzlösung die Umwelt in gewissem Maße und muss ordnungsgemäß behandelt werden.
4, Andere Formverfahren
(1) Wasserstrahlschneiden
Unter Wasserstrahlschneiden versteht man die Verwendung von Hochdruck-Wasserstrahlen mit Schleifmitteln zum Schneiden von Leiterplatten. Dieses Verfahren eignet sich zum Schneiden von Leiterplatten unterschiedlicher Dicke und Materialien, insbesondere zur Bearbeitung von Leiterplatten mit hoher Härte wie Keramik und Metallsubstraten. Beim Wasserstrahlschneiden gibt es keine Wärmeeinflusszone und eine gute Schnittkantenqualität mit einer Genauigkeit von ± 0,1 mm. Während des Schneidvorgangs entsteht jedoch erheblicher Lärm und der Wasserstrahl kann einen gewissen Einfluss auf die Leiterplatte haben, was die Leistung der Komponenten auf der Leiterplatte beeinträchtigen kann. Gleichzeitig sind die Betriebskosten der Geräte hoch.
(2) Formenbildung
In einigen speziellen Szenarien, beispielsweise bei der Herstellung von Leiterplatten mit speziellen dreidimensionalen Strukturen, werden Formenformverfahren eingesetzt. Spritzen Sie durch Spritzgießen flüssiges Harzmaterial in den Formhohlraum und betten Sie die vorgefertigte Leiterplatte darin ein. Nach dem Aushärten lassen sich Leiterplattenkomponenten mit spezifischen Formen und Funktionen formen. Mit dieser Methode kann das integrierte Formen von Leiterplatten und Gehäusen erreicht werden, wodurch die Integration und Zuverlässigkeit von Produkten verbessert wird. Die Gestaltung und Herstellung von Formen ist jedoch komplex und kostspielig und wird hauptsächlich für die Herstellung spezifischer kundenspezifischer Produkte verwendet.