Wie werden Platinen mit 200+ Löchern gefertigt?

Hier sieht man das auch schön: https://youtu.be/ljOoGyCso8s?t=705
Wenn der Herr der eigentlich der Besucher ist, richtig geraten hat, dann 
bohren sie 3 PCBs übereinander.

Da merkt man mal wie effizient Automatisierung ist.

C. A. Rotwang schrieb:
> Jan schrieb:
>> Bei so kleinen Löchern wäre doch Lasern wesentlich kostengünstiger und
>> schneller?
>
> Du nimmst Star wars zu ernst, ein Laser transportiert kein Material weg,
> der brennt nur oberflächliche schwarze Flecken falls das Material
> brennbar ist. Abgesehen davon, daß ein Laserstrahl meist zu dünn für ein
> gescheites Loch (>50 µm) ist.

beides nicht wirklich richtig.

Natürlich werden Löcher auch gelasert. Das Problem ist dabei aber: man 
braucht einen anderen Laser für Kupfer als den für das Basismaterial. 
Der Nachteil des permanenten Umschaltens wird jedoch zum Vorteil 
genutzt, da man mit Lasern in erster Linie Microvias, also Sacklöcher 
zwischen der obersten und der ersten oder 2. darunterliegenden Lage 
fertigen kann. Man schießt dan mit dem ersten eine Maske in das Kupfer 
und mit dem 2. geht man dann mit einem breiteren Strahl aufs 
Basismaterial los. Das geht recht zügig.

Bei normalen Vias, die bis ca. 0,2mm gebohrt werden gibt es eine 
Paketierung, die zwischen 2 und 5 liegt, vielleicht auch mal 7, wenn die 
Löcher alle sehr groß / die Platinen sehr dünn sind.
Man darf aber diese Bohrmaschinen nicht mit der bekannten 
Ständerbohrmaschine zu Hause vergleichen, das sind eher Stanzen die 
mehrere Löcher pro Sekunde durch die Platinen hämmern (die Spindeln 
drehen deshalb sehr hoch). Ist recht beeindruckend, das mal live zu 
sehen.

Es werden so viele Leiterplatten übereinander gelegt das die Bohrerlänge 
von ~12-15mm gut ausgenutzt wird. Die einzelnen Lagen ein 
Multilayerplatine sind natürlich so dünn das man vielleicht auch 10 
Stück übereinander bekommt.

State of the art ist für 0,2er Löcher so ~10 Stück pro Sekunde zu 
Bohren. Große Maschinen haben auch mal bis zu 8 Bohrspindeln die 
Parallel arbeiten. Ist natürlich auch alles eine Sache der 
Spindeldrehzahl, will man schneller Bohren muss der Bohrer schneller 
drehen, darf weniger unwucht haben usw. Gängige Drehzahlen für kleine 
Löcher sind so 200k-500k rpm

Bei kleinen Löchern sieht man die Z-Bewegungen in den Bohrmschinen nur 
noch als "zittern":

https://www.youtube.com/watch?v=nt_6MtzqCP4

https://www.youtube.com/watch?v=f35EGlZeWvg

https://www.youtube.com/watch?v=xMxVZwYvpdY

Laserbohren bei Leiterplatten ist hauptsächlich bei extrem dünnen 
Materialien (also Einzellagen von Multilayern) und kleinsten Löchern 
(<50µm) angesagt. Kennzahl sind das so 200-300 Löcher pro sek!.  Das 
"verdampfte" Material muss ja irgendwie weg kommen, großes+tiefes loch = 
viel Material was weg muss. Daher kann man grob sagen Materialstärke zu 
Lochdruchmesser sollte bei 1:1 liegen. hingegen kann man beim 
mechanischen Bohrern 1:20 machen.
Also kann man eigentlich nur eine Lage einzeln laser-bohren und nicht 
ganze Stapel.
grobe übersicht der Laserprozesse: 
www.flowcad.ch/cms/upload/downloads/PCBRoadshow2017HDI.pdf

C. A. Rotwang schrieb:
> Ein Laser schiesst nicht, ein Laser brennt resp. verdampft Material -
> auch Du hast zuviel Star Wars im Kopf. Nehmt euch doch bitte die 30
> secunden Zeit in der WP nachzuschlagen.

ja, meinetwegen. Dann brennt er eben. Wieso sollte ich Wikipedia zu rate 
ziehen wenn mir der Fakt auch so durchaus bekannt ist? Ich kenne es aus 
der tatsächlichen Welt, nicht nur theoretisch von Wikipedia. Ich hab die 
Maschine schon selbst bedient (als sie damals neu in die Fertigung kam), 
es ist normaler Stand der Technik (war es schon vor 15 Jahren).

C. A. Rotwang schrieb:
> Laserbohren ist spanlos, das ist das Problem, deshalb taugt das nur für
> Materialen, die aus fast nicht anderes als Oberfläche bestehen, also
> Folien. Oder aus Brennbaren Zeugs wie Holzbretter. Und da muss man
> weiterer Werkzeuge wie Druckluft bedienen um den Schnitt Materialfrei zu
> bekommen. Und damit verliert man den Vorteil der schnellen , da
> masselosen Werkzeugbewegung.

Und was hat das nun genau mit dem Laserbohren der PCB zu tun?
Eine Platine besteht im übrigen aus Kupfer-Folien und mehr oder weniger 
brennbarem Basismaterial. Vorteil ist: Man kann damit kleinere Löcher 
fertigen als mechanisch. Außerdem endet das Via automatisch an der 
nächsten Kupferlage, das aufwändige Tiefenstellen und überbohren 
entfällt, somit sind engere Lagenabstände problemlos machbar.
Druckluft gibt es übrigens an Laserbohrmaschinen nicht. Das Material 
verdampft und der Dampf wird abgesaugt und gereinigt. Was noch übrig 
bleibt wird im Desmear Prozess beseitigt, wie beim normalen Bohren auch.

Christian B. schrieb:
> Außerdem endet das Via automatisch an der
> nächsten Kupferlag

nur bei CO2 Laser. Und das ist Vor- aber auch nachteil gleichzeitig. 
Also müssen bei CO2 Laser die zwischenlagen erst in den Ätz Prozess im 
da wo das Loch hin soll das Kupfer wegzuätzen damit man mit dem CO2 
Laser durch"bohren" kann. CO2 Laser sind auch deutlich 
unpräziser(Kantenschärfe, Parallelität), aber bearbeiten schneller 
als...

YAG Laser (die auch in der PCB Verarbeitung eingesetzt werden). Die sind 
langsam ab sehr scharfkantig. YAg Laser können wiederrum auch durch 
Kupfer "bohren".

Daher gibt es in der HDI Technik durchaus Berechtigung für beide 
Laserarten, und für große Löcher das normale Bohren.
Das bedeutet das man mitunter 3 verschiedene Bohrprozesse an einer 
Leiterlatte anwenden kann/muss weil es keine 
"eier-Milch-legende-Wollmilchsua gibt.

Jan(Gast) schrieb:
> Bei so kleinen Löchern wäre doch Lasern wesentlich kostengünstiger und
schneller?
Lasern macht man nur bei sehr dünnen (Außen-)Lagen, weil das 
Aspect-ratio <0,8 ist. Um ein Loch mit 0,2mm Durchmesser zu lasern darf 
das PCB-Material höchstens 0,16mm dick sein.

SummSumm schrieb:
> Insbesondere für Bohrungen 0.25mm und dünner wie es heute modern ist...
> glaube ich das mit 10 Platinen übereinander erst recht nicht :-P

Glauben ist nicht Wissen :-)

Wenn ich mir hier unsere (gebraucht) gekauften HM-Bohrer aus alter 
Platinenfertigung ansehe, dann haben auch die 0,25er durchaus Längen von 
15mm.

Mehrere 10mm tiefe Bohrungen mit 0,35mm in AW7075 haben wir damit 
jedenfalls schon hinbekommen.

Allerdings benötigt man dafür schon einen sehr guten Rundlauf (hier war 
das damals eine CNC-Spindel mit 25000/min).

Hallo C. A. Rotwang.


C. A. Rotwang schrieb:
> Christian B. schrieb:
>> Man schießt dann mit dem ersten eine Maske in das Kupfer
>> und mit dem 2. geht man dann mit einem breiteren Strahl aufs
>> Basismaterial los. Das geht recht zügig.
>
> Ein Laser schiesst nicht, ein Laser brennt resp. verdampft Material

Richtig. Das fürt z.B. dazu, dass gelaserte Microvia Löcher nicht 
zylindrisch sondern trichterförmig sind.

Zum andern kann des Probleme geben, das angesengte Epoxyd für 
Durchkontaktierungen zu verkupfern. Gleiches Problem besteht übrigens 
auch beim Bohren mit einem stumpfen Bohrer, wenn das Epoxyd heiss wird 
und "schmiert". Allerdings hält der Bohrer dann meist sowieso nicht mehr 
lange.

Darum werden Bohrer meistens schon auf Verdacht nach einer gewissen 
Lochanzahl gewechselt. Sonst gibt es zu viel Ausschuss.


>
> Laserbohren ist spanlos, das ist das Problem, deshalb taugt das nur für
> Materialen, die aus fast nicht anderes als Oberfläche bestehen, also
> Folien. Oder aus Brennbaren Zeugs wie Holzbretter. Und da muss man
> weiterer Werkzeuge wie Druckluft bedienen um den Schnitt Materialfrei zu
> bekommen. Und damit verliert man den Vorteil der schnellen , da
> masselosen Werkzeugbewegung.

Richtig.
Lasergebrannte Löcher mit größerem Längen zu Durchmesserverhältnis sind 
auch nicht Zylindrisch, sondern bestehen aus einer Abfolge von 
unregelmäßigen "Höhlungen", die alle in einer Reihe liegen.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.dl0dg.de

Jan schrieb:
> Wie werden die gefertigt? Werden da ernsthaft für jede einzelne
> Platine 200 Löcher gebohrt? Da würde eine Serie mit 10k Stück ja ewig
> dauern?

Hallo Jan,

es gibt bei Eurocircuits Videos über die LP-Fertigung. Da ist auch eins 
dabei wo man das Bohren sieht...
https://www.eurocircuits.com/drilling-printed-circuit-boards/

-Richard

>0.8mm VHM Bohrer Zehntausend Löcher gebohrt

Bohrer mit 0,2mm halten dafür gerade mal ein paar hundert Bohrungen aus. 
Deshalb nehmen viele Leiterplattenhersteller solche Designs gar nicht 
an. Achtung ich rede hier von Drill-Durchmesser.

Wenn hier im Forum jemand von Bohrdurchmesser redet ist das dagegen oft 
FHS(finished hole size). Leider nehmen die Billighersteller das mit den 
Angaben auf der Webseite nicht so genau. Da weiß man oft nicht ob die 
jetzt Drilldurchmesser oder FHS meinen.

ich bins schrieb:
> Helmut S. schrieb:
>> Wenn hier im Forum jemand von Bohrdurchmesser redet ist das dagegen oft
>> FHS(finished hole size). Leider nehmen die Billighersteller das mit den
>> Angaben auf der Webseite nicht so genau. Da weiß man oft nicht ob die
>> jetzt Drilldurchmesser oder FHS meinen.
>
> Wir tolerieren die Bohrungen unserer Vias (auch die mit 0,2mm
> Durchmesser) mit +0,0 / -0,2. Das heißt es darf max. auf 0,2mm gebohrt
> werden und durch das aufkupfern kann das Loch dann enger werden.
> Wird so akzeptiert von den Herstellern. Und das sind eher
> Großserien-Billigheimer.

Kannst du mir mal einen Link auf einen dieser Großserien-Billigheimer 
geben.
Deren Specs würde ich gerne mal auf deren Webseite anschauen.

Schau hier mal die Seite von Würth an. Den Werten kann man vertrauen. 
Siehe Tabelle in der Mitte dieses PDFs.
https://www.we-online.com/web/de/index.php/download/media/04_leiterplatte/2011_2/relaunch/produkte_5/012012_Basic_Design_Guide.pdf
Die teureren Hersteller erlauben dann noch 1mil kleinere Pads als 
Standard bei gleichem Durchmesser. Ich denke hierbei an 
Multilayer-Boards.

Helmut S. schrieb:
> Wenn hier im Forum jemand von Bohrdurchmesser redet ist das dagegen oft
> FHS(finished hole size). Leider nehmen die Billighersteller das mit den
> Angaben auf der Webseite nicht so genau. Da weiß man oft nicht ob die
> jetzt Drilldurchmesser oder FHS meinen.

Für mich als Kunden ist das doch auch vollkommen irrelevant. Einzig bei 
THT Bauteilen ist es von Belang (Bei Einpresstechnik im Besonderen). 
Außerdem können die Hersteller nicht sonderlich von den Vorgaben 
abweichen, denn sonst geht zwar das Bohren leichter aber man bekommt 
Probleme mit den Restringen. In ein Standardvia mit 0,2mm, wie ich es im 
Layout anlege wird normalerweise mit 0,25mm gebohrt. Der Restring ist 
üblicherweise 0,5mm bei dieser Konstellation, d.h. der Bohrer darf < 
0,09mm Versatz haben, damit der Restring geschlossen bleibt und das Via 
sicher verkupfert werden kann. Wenn der Hersteller das Via nun statt mit 
0,25mm mit 0,2mm bohrt, kann er sich hier 0,05mm mehr Toleranz erlauben, 
muss aber mit höheren Bohrerkosten rechnen und hat ggf. Probleme mit dem 
Aspekt Ratio beim Durchkontaktieren. Nichtsdestotrotz ist es für mich, 
als Endabnehmer, vollkommen wumpe, ob der Via Durchmesser nun 0,15 oder 
0,2mm beträgt.

Der Einzige Fall, wo sowas von Belang ist, ist der, wenn ich 
Fertigungsdaten von einem Hersteller zu einem anderen Transferiere um 
mir die Einmalkosten zu sparen. Dort muss definiert sein, wie die 
Bohrdurchmesser zu lesen sind. Ansonsten könnte es zu Ausschuss / nicht 
Fertigbarkeit (oder deutlich höheren Kosten) führen.

C. A. Rotwang schrieb:
> Nö, der Bohrdurchmesser bestimmt auch die elektrischen Eigenschaften, da
> er er über die Zylinderoberfläche den resultierenden "Kabelquerschnitt"
> bestimmt. Und der ist bekanntlich für Strombelastbarkeit und
> Wellenwiderstand (Hi-Speed-leitungen) entscheident. Ist bei vielen
> Schaltungsteilen unkritisch (i.e. PullUps), sollte man aber nicht völlig
> aus dem Auge verlieren.

ok, dann rechnen wir doch mal. Pi*r²*h sollte das Zylindervolumen sein, 
d.h. die Hülse kann man grob berechnen, indem man vom Äußeren Zylinder 
den inneren abzieht.
Ich komme bei 1,6mm LP Dicke auf folgende Werte: Fall 1: 200µm 
Bohrdurchmesser: Cu Volumen 0,022mm³
Fall 2: 250µm Aussendurchmesser: 0,028mm³ d.h. wir haben bei der 50µm 
größer gebohrten Hülse 0,006mm³ mehr Kupfer, welches für die Leitung des 
Stromes zur Verfügung steht. Wenn ich nun einen 150µm Leiterzug mit 50µm 
(Endkupferstärke auf Außenlagen bei 35µm Platine) heranziehe und die 
0,006mm³ Kupfer dort einsetze entspricht das einem Leiterzug von 
sagenhaften 0,8mm Länge.
Wenn das eine messbare Änderung der Lebensdauer einer Platine ergeben 
soll hat der Designer aber gravierend etwas falsch gemacht. Natürlich 
hat es einen Einfluss, der ist aber wirklich nur theoretischer Natur.

Der Querschnitt verringert sich übrigens von sagenhaften 0,018 auf 
0,014mm² (bei gleicher Konstellation)

ich bins schrieb:
> Helmut S. schrieb:
>>> Wir tolerieren die Bohrungen unserer Vias (auch die mit 0,2mm
>>> Durchmesser) mit +0,0 / -0,2. Das heißt es darf max. auf 0,2mm gebohrt
>>> werden und durch das aufkupfern kann das Loch dann enger werden.
>>> Wird so akzeptiert von den Herstellern. Und das sind eher
>>> Großserien-Billigheimer.
>>
>> Kannst du mir mal einen Link auf einen dieser Großserien-Billigheimer
>> geben.
>> Deren Specs würde ich gerne mal auf deren Webseite anschauen.
>
> https://cml-globalsolutions.com/de/
>
> Die liefern uns i.d.R. auch brauchbare Qualität. Ich gehe von Millionen
> Stück pro Jahr aus!
>
> Wir erstellen grundsätzlich einen Bohrplan, in dem sämtliche Löcher, ob
> plated oder non plated toleriert werden. Plated holes für THT-Bauteile
> werden z.B. nur nach Plus toleriert.

Hier lese ich minimum drill 12mil.
https://cml-globalsolutions.com/wp-content/uploads/2018/03/s.m.a.r.t.-Capabilities_2017.pdf

Gtx F. schrieb:

> Youtube-Video "PCB drilling"
>
> Youtube-Video "Schmoll CNC Drills"

Die Farbe der Bohrmechanik gefällt mir ;-)

C. A. Rotwang schrieb:
> Verhältnis-rechnung ist Dir nicht wirklich vertraut?!
> +/- 10% mag ja noch akzeptierte Toleranz sein, aber dem Beispiel sind es
> eben schon um die 25% Abweichung. Und für den Wellenwiderstand kann das
> schon der Unterschied zwischen Totalreflexion und guter Anpassung sein.

Jetzt hör aber auf, es beginnt albern zu werden!

Für eine Impedanzgeführte Leitung ist ein Via, (fast) egal welcher 
Größe, immer ein massiver Schlag ins Gesicht, weil du damit immer 
Reflexionen erzeugst, weil damit immer eine Veränderung der Bezugsfläche 
(und damit der Impedanz) einher geht. Im hier angesprochenen Fall, dem 
Unterschied zwischen Fertigungs- und Finaldurchmesser spielt das 
definitiv eine Rolle unter: "ferner liefen".

Am schlimmsten sind Lagenwechsel von Top zu Bottom. Denn dann muss der 
Rückstrom immer einen Umweg nehmen. Dieser ist immer größer als dein 
Via. Lagenwechsel zwischen benachbarten Lagen sind auch nicht viel 
besser, weil du dann zwar die Bezugsfläche nicht änderst, der 
Rückstrompfad also gleich bleibt, dafür baust du verhältnismäßig lange 
Stubs ein, die wieder zu Reflexionen führen (Sacklöcher ausgenommen).
Außerdem kenne ich Impedanzberechnungen nur von den Leitungen selbst. 
Vias sind da immer aussen vor mit dem Hinweis: so wenig wie möglich und 
wenn doch, dann wenigstens auf allen zusammengehörenden Leitungen 
gleich. Liegt vermutlich auch daran, daß sich selbst moderne Field 
solver schwer tun würden, die doch eher unhomogene Struktur eines Vias 
sinnvoll zu erfassen. Allein die Beschädigungen der Bohrwandung sorgen 
hier für undefinierbare Bereiche von mehreren µm.

C. A. Rotwang schrieb:
> Wühlhase deklamierte:
>>Nichts, wirklich nichts, ist unwichtig genug um es generell niemals
>>spezifizieren zu müssen.
>
> Genau, auch da gilt die Murphys Gesetz, "Was schief gehen kann, wird
> schief gehen und auf eine solche Art und Weise das maximaler Schaden
> entsteht."

Natürlich nicht, aber es ist praktisch in 99,999% der Fälle vollkommen 
egal, ob mein Signalvia nun 0,2 oder 0,25mm gebohrt ist. Wenn eine 
Baugruppe daran scheitert dann ist ein größeres Problem vorhanden, 
welches dringend beseitigt werden sollte.

Ich schreibe ausdrücklich nicht, daß es egal ist, ob das Via nun 0,2 
oder 0,6mm ist. Aber in diesen Abständen hier...

C. A. Rotwang schrieb:
> Du nimmst Star wars zu ernst, ein Laser transportiert kein Material weg,
> der brennt nur oberflächliche schwarze Flecken falls das Material
> brennbar ist. Abgesehen davon, daß ein Laserstrahl meist zu dünn für ein
> gescheites Loch (>50 µm) ist.

Um nochmal kurz darauf zurück zu kommen...

Ein Laser ist so dick wie man ihn einstellt.
Man kann auch einen Laserstrahl mit 10cm Durchmesser bauen, nur die 
Leistungsdichte muss ( für Materialbearbeitung ) dann wieder angepasst 
werden.
Und natürlich transportiert der Laser nicht selbst das Material weg, 
sondern Pressluft.
Wie wäre es sonst zu erklären, dass sogar Stahlbauteile aus denen 
Öltanker gefertigt werden mit Laser ausgeschnitten werden. Die sind 
sicher nicht nur so dünn wie eine Folie.

Stefan M. schrieb:
> Wie wäre es sonst zu erklären, dass sogar Stahlbauteile aus denen
> Öltanker gefertigt werden mit Laser ausgeschnitten werden. Die sind
> sicher nicht nur so dünn wie eine Folie.

Eben weil das schon "richtige" Bleche sind: Bist Du Dir sicher, dass das 
Laser sind? Plasmaschneider sind bei den Toleranzen doch die viel 
bessere Wahl: deutlich preiswerter (sowohl von der Anschaffung als auch 
dem Betrieb her) und auch noch wesentlich schneller.

Vor ca. 15 Jahren bei AT&S waren gasturbinen-betriebenen Bohrer im 
Einsatz, 100.000 Upm, 5 Löcher/sec je Bohrer.
Damals schon hat es Bohrer mit >200.000 Upm gegeben, die bis zu 10 
Löcher/sec gebohrt haben - ich vermute allerdings, daß das keine 
Sacklöcher waren.

200 Bohrungen sind also mit einem Bohrer in 40 Sekunden erledigt - die 
vergleichsweise lange Zeitspanne zeigt aber auch, daß viele Löcher 
entsprechende Maschinenstandzeiten bedeuten und Kosten treiben.

Zu mindestens bei Leiterplatten werden auch Laser zum bohren von Vias 
benutzt

https://www.youtube.com/watch?v=FpAhg0FRzm0

Kommt aber immer auf die Größe der Vias und die Dicke der Leiterplatte 
an, ob bohren oder lasern die bessere Möglichkeit ist.

Chris D. schrieb:
> Eben weil das schon "richtige" Bleche sind: Bist Du Dir sicher, dass das
> Laser sind?

https://www.ebay.de/itm/Stahlring-Ronde-140-180mm-mit-Loch-10-50mm-t-2-15mm-Stahlscheibe-Ringe/113258674214?hash=item1a5ebe3826:m:mnUzPBtO1T3XtxoKYmU3v1A&var=413547157504

Zitat:
Stahlringe / Stahlronden mit Mittelloch
in verschiedenen Maßen

Ausführung: gelasert

    Durchmesser: Ø 140 bis 180mm auswählbar
Mittelloch: Ø 10mm bis 50mm auswählbar
Materialstärke: 2mm bis 15mm auswählbar
Werkstoff: Stahl S235
Oberfläche: roh, unbehandelt

Die Zuschnitte sind lasergeschnitten.

(umlaufende Schnittkanten, kein Sägezuschnitt)