2 Hinweise zum PCB-Reverse Engineering

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2 Hinweise zum PCB-Reverse Engineering

Computertomographie

Die Computertomographie ist ein leistungsfähiges Werkzeug für das Reverse Engineering von Leiterplatten. Bei dieser Technik werden mit Hilfe von Röntgenstrahlen Bilder aus dem Inneren einer Leiterplatte aufgenommen. Das daraus resultierende Bild kann verwendet werden, um die Struktur der Leiterplatte zu rekonstruieren. Die Computertomografie hat jedoch einige Einschränkungen. Ihr Sichtfeld ist klein, was sie für Leiterplatten mit großen Kupferfolienflächen weniger effektiv macht.

Die Computertomografie ist nicht für alle Reverse-Engineering-Projekte geeignet. CT-Scans können zu ungenauen Ergebnissen führen. Am besten ist es, eine zerstörungsfreie Methode zu verwenden, die Ihnen mehr Spielraum für Fehler bietet. CT-Scans werden in diesem Prozess häufig verwendet, aber Sie können auch Röntgentomografie verwenden, um das Innere einer Substanz zu erfassen. Damit lassen sich auch geometrische Informationen extrahieren, was bei der Überarbeitung von Leiterplatten sehr hilfreich sein kann, ohne das Gerät zu zerstören.

Die Hauptnachteile der CT sind die Tatsache, dass Röntgenstrahlen das Bild verzerren und viele Artefakte verursachen können. Außerdem können die starken Röntgenstrahlen IC-Chips beschädigen. Außerdem muss die Platine vor Beginn des Prozesses entleert werden.

Im Gegensatz dazu wird beim Reverse Engineering von Leiterplatten eine dekonstruierende Methode verwendet, um komplexe Dinge zu verstehen. Diese Methode ist nicht auf die Hardwaretechnik beschränkt, sondern wird auch in der Softwareentwicklung und bei der Kartierung der menschlichen DNA eingesetzt. Dieser Prozess beginnt mit der Leiterplatte und arbeitet sich von ihr zu den Schaltplänen zurück, um zu analysieren, wie sie funktioniert.

Ein weiterer Vorteil der Leiterplattenrekonstruktion ist die Möglichkeit, hochauflösende optische Bilder einer Leiterplatte mit bis zu sechs Schichten in wenigen Stunden zu erstellen. Außerdem sind die Kosten gering. Die Ergebnisse können direkt an einen Leiterplattenhersteller geschickt werden, der die Leiterplatten nachbaut.

Die Computertomographie kann auch zur Analyse von mehrlagigen Leiterplatten verwendet werden. Die Ergebnisse können auch zur Erstellung einer Stückliste verwendet werden. Es wird empfohlen, eine Musterplatine zur Verfügung zu stellen, wenn PCB Reverse Engineering erforderlich ist. Die Musterplatine sollte mindestens 10 mm breit sein.

Ein weiterer Vorteil der Computertomografie besteht darin, dass sie es dem Benutzer ermöglicht, einzelne Komponenten zu visualisieren. Darüber hinaus können auch GD&T-Kontrollen bestimmt werden. Ein PC-DMIS kann Merkmale in Polylinien und Step-Dateien exportieren. Dadurch kann der Benutzer die Verbindungen auf der Leiterplatte visualisieren.

Röntgenbild

Röntgenstrahlen für die Leiterplattenrekonstruktion sind eine relativ neue Technik zur Identifizierung von Komponenten auf einer Leiterplatte. Herkömmliche Methoden beruhen auf dem Entlaminieren der Leiterplatte, was ein zeitaufwändiger, fehleranfälliger und schädlicher Prozess ist. Röntgenstrahlen für das PCB-Reverse-Engineering hingegen erfordern keine physische Beschädigung der Leiterplatte und benötigen viel weniger Zeit für die Auswertung. Diese Methode ermöglicht es dem Forscher auch, Daten von der Leiterplatte zu extrahieren.

Röntgenstrahlen für die Rekonstruktion von Leiterplatten werden häufig für das Reverse Engineering verwendet, aber die Kosten für den Kauf eines solchen Prüfgeräts können für viele unerschwinglich sein. Ein Hardware-Hacker, John McMaster, beschloss, sein eigenes Röntgengerät für sein eigenes Labor zu bauen, um Geld zu sparen.

Eine weitere wichtige Überlegung ist die Auflösung des Röntgenbildes. Vermessungsscans mit geringer Auflösung können die Hauptkomponenten einer Leiterplatte erkennen, aber um Leiterbahnen und Verbindungen zu sehen, ist eine Auflösung im Submikronbereich erforderlich. Aktuelle Mikro-CT-Scanner und XRMs haben nicht die dafür notwendige Auflösung. Außerdem kann die Abbildung einer großen Leiterplatte mit grober Auflösung Stunden dauern. Außerdem kann der Röntgenstrahl verhärten und Schlieren und Streifen erzeugen.

Beim PCB-Reverse-Engineering werden vorhandene elektronische Produkte analysiert und mit besseren Funktionen und geringeren Kosten neu erstellt. Während des Prozesses werden Dokumente erstellt und an einen Leiterplattenhersteller geschickt, der eine Nachbildung der Leiterplatte herstellt. Diese Methode kann auch dazu dienen, die Zeit für Reparaturen und neue Leiterplatten zu verkürzen. Darüber hinaus kann es Aufschluss darüber geben, ob ein bestimmter Hersteller geeignet ist oder nicht.

Das Verfahren beginnt mit der Reinigung der Oberfläche einer Leiterplatte. Danach kann das Röntgenbild verborgene Informationen im Inneren des Bauteils aufdecken. Darüber hinaus kann es zur Lösung von Qualitäts- und Fehlerproblemen eingesetzt werden. Es kann auch zur Erstellung computergestützter Designmodelle von Innenflächen und Leiterbahnverbindungen verwendet werden.

Was Sie vor der Bestellung eines PCB-Projekts wissen sollten

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Was Sie vor der Bestellung eines PCB-Projekts wissen sollten

Wenn Sie ein Leiterplattenprojekt bestellen wollen, sollten Sie einige Dinge beachten. Zum Beispiel müssen Sie Ihre Leiterbahnen vor der Bestellung noch einmal überprüfen. Außerdem müssen Sie darauf achten, dass Ihre Stückliste und Ihre Bohrdatei übereinstimmen. Außerdem müssen Sie das richtige Material wählen.

Doppelte Überprüfung von Spuren

Bei der Bestellung von Leiterplatten bei einem Leiterplattenhersteller ist es wichtig, die Leiterbahnen und Abstände auf der Platine zu überprüfen. Die Dicke und Breite der Leiterbahnen auf Ihrem Projekt bestimmen die Stromstärke, die durch die Schaltung fließen kann. Mit einem Online-Rechner für die Leiterbahnbreite können Sie die ideale Leiterbahnbreite ermitteln. Dadurch wird die Gefahr von Verbindungsabbrüchen verringert.

Prüfen Ihrer BOM

Der erste Schritt bei der Bestellung von PCB-Komponenten ist die Überprüfung Ihrer Stückliste. Sie hilft Ihnen, fehlende oder falsche Bauteilnummern zu vermeiden. Die Verwendung der Stückliste ist auch bei der Beschaffung von Teilen von Vorteil. Die Beschreibung des Bauteils hilft dem Einkäufer und dem Montagebetrieb, ein geeignetes Ersatzteil zu finden. Außerdem können sie so sicherstellen, dass die Teile die richtige MPN haben.

Es ist wichtig, dass Sie Ihre Stückliste überprüfen, bevor Sie das Leiterplattenprojekt an einen Hersteller schicken. Denn schon ein kleiner Fehler kann zu Problemen bei der Leiterplattenbestückung führen. Außerdem sollten Sie alle an der Stückliste vorgenommenen Änderungen aufzeichnen und deutlich kennzeichnen. Die aktuellste Version der Stückliste ist diejenige, die Sie verwenden sollten.

Sobald Sie Ihre Stückliste haben, müssen Sie die Kosten für das Bauteil herausfinden, das Sie bestellen. Es ist wichtig, dass Sie genau wissen, was Sie bezahlen werden. Der Preis Ihrer Bauteile sollte mit der Stückliste Ihres PCB-Projekts übereinstimmen. Ist dies nicht der Fall, müssen Sie möglicherweise die Bauteile ersetzen oder sogar das Design ändern.

Überprüfung der Bohrerdatei

Sie können Ihre Bohrdatei leicht überprüfen, bevor Sie Ihr Leiterplattenprojekt bei einem Leiterplattenhersteller in Auftrag geben. Es gibt jedoch einige wichtige Dinge, die Sie beachten müssen, bevor Sie einen Auftrag erteilen. Der erste Schritt besteht darin, sicherzustellen, dass die Datei das richtige Format hat. Sie können einen Gerber-Dateibetrachter verwenden, um Ihre Datei zu überprüfen.

Eine Bohrdatei ist eine sekundäre Datei, die erklärt, wo auf der Leiterplatte Löcher gebohrt werden sollen. Diese Datei muss zusammen mit den Gerberdateien gesendet werden. Wenn Ihre Bohrdatei keine Angaben zu den Positionen oder Größen der Löcher enthält, wird Ihre Leiterplattenbestellung nicht geprüft.

Die Bohrdatei sollte auch eine Werkzeugliste enthalten. Sie listet auf, welche Werkzeuge für die einzelnen Komponentenbohrungen benötigt werden. Die Werkzeugliste sollte entweder in die Bohrdatei eingebettet sein oder als separate Textdatei gesendet werden. Wenn diese Werkzeugliste nicht in der Fertigungszeichnung enthalten ist, können keine automatischen Überprüfungen durchgeführt werden und es kommt zu mehr Fehlern bei der Dateneingabe.

Die Wahl der richtigen Materialien

Die Wahl der richtigen Materialien für Ihr PCB-Projekt ist von entscheidender Bedeutung. Die physikalischen Eigenschaften der Leiterplattenmaterialien können die Leistung der Leiterplatte erheblich beeinflussen. Eine niedrigere Dielektrizitätskonstante bedeutet zum Beispiel dünnere Dielektrika und eine geringere Plattendicke, während eine höhere Dielektrizitätskonstante zu höheren Verlusten führt. Diese Informationen helfen Ihnen, die Auswahl der Leiterplattenmaterialien einzugrenzen und diejenigen zu finden, die die erforderliche Leistung erbringen.

Als nächstes sollten Sie die Anzahl der Lagen auf Ihrer Leiterplatte bestimmen. Für ein einfaches Leiterplattendesign genügen vielleicht ein oder zwei Lagen, während für ein mäßig komplexes Design vier bis sechs Lagen erforderlich sein können. Kompliziertere Designs können acht oder mehr Lagen erfordern. Die Anzahl der Lagen wirkt sich direkt auf die Kosten Ihres Leiterplattenprojekts aus.

Wie man die Oberflächenbeschaffenheit anhand der Leiterplattenfarbe erkennt

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Wie man die Oberflächenbeschaffenheit anhand der Leiterplattenfarbe erkennt

Wenn Sie sich fragen, wie Sie die Oberflächenbeschaffenheit einer Leiterplatte erkennen können, sind Sie nicht allein. Die Farbe einer Leiterplatte kann Aufschluss über ihre Oberflächenbeschaffenheit geben. Sie können auch eine Farbbezeichnung sehen, die ENIG oder Hartgold, Silber oder Hellrot heißt. Unabhängig davon, was Sie sehen, sollten Sie darauf achten, dass die Leiterplatte zum Schutz der Oberfläche galvanisiert ist.

ENIG

Die ENIG-Oberflächenbeschichtung ist eine der beliebtesten Beschichtungen für Leiterplatten. Sie wird durch die Kombination von Gold und Nickel hergestellt. Das Gold schützt die Nickelschicht vor Oxidation, und das Nickel dient als Diffusionssperre. Die Goldschicht hat einen geringen Übergangswiderstand und ist in der Regel sehr dünn. Die Dicke der Goldschicht sollte mit den Anforderungen der Leiterplatte übereinstimmen. Diese Oberflächenbeschichtung trägt zur Verlängerung der Lebensdauer der Leiterplatte bei. Außerdem hat sie eine ausgezeichnete elektrische Leistung und verbessert die elektrische Leitung zwischen den Komponenten der Leiterplatte.

Die ENIG-Oberfläche ist zwar teurer, hat aber eine hohe Erfolgsquote. Sie ist beständig gegen mehrere Wärmezyklen und weist eine gute Lötbarkeit und Drahtbindung auf. Sie besteht aus zwei Metallschichten: Eine Nickelschicht schützt die Kupferbasisschicht vor Korrosion, und eine Goldschicht dient als Korrosionsschutzschicht für das Nickel. ENIG eignet sich für Geräte, die ein hohes Maß an Lötbarkeit und enge Toleranzen erfordern. ENIG ist außerdem bleifrei.

Hartgold

Hartgold ist eine kostspielige Oberflächenbeschichtung für Leiterplatten. Es handelt sich dabei um eine hochwertige, dauerhafte Oberfläche, die häufig für Komponenten reserviert ist, die einer hohen Abnutzung ausgesetzt sind. Hartgold wird in der Regel auf Randsteckverbinder aufgebracht. Es wird hauptsächlich verwendet, um eine haltbare Oberfläche für Komponenten zu schaffen, die häufig betätigt werden, wie z. B. Batteriekontakte oder Tastaturkontakte.

Hartelektrolytisches Gold ist eine vergoldete Schicht über einer Nickelsperrschicht. Sie ist die haltbarste der beiden Varianten und wird in der Regel auf verschleißanfällige Bereiche aufgetragen. Diese Oberflächenbeschichtung ist jedoch sehr teuer und hat einen niedrigen Lötbarkeitsfaktor.

Silber

Je nach Zusammensetzung der Leiterplatte kann diese in verschiedenen Farben und Ausführungen hergestellt werden. Die drei gängigsten Farben für Leiterplattenoberflächen sind Silber, Gold und Hellrot. Leiterplatten mit einer goldenen Oberfläche sind in der Regel am teuersten, während solche mit einer silbernen Oberfläche billiger sind. Der Schaltkreis auf der Leiterplatte besteht hauptsächlich aus reinem Kupfer. Da Kupfer leicht oxidiert, wenn es der Luft ausgesetzt wird, ist es sehr wichtig, die äußere Schicht der Leiterplatte mit einer Schutzschicht zu versehen.

Silberne Oberflächenveredelungen können mit zwei verschiedenen Techniken aufgebracht werden. Die erste Technik ist die Immersion, bei der die Platte in eine goldionenhaltige Lösung getaucht wird. Die Goldionen auf der Platine reagieren mit dem Nickel und bilden einen Film, der die Oberfläche bedeckt. Die Dicke der Goldschicht muss kontrolliert werden, damit Kupfer und Nickel lötbar bleiben und das Kupfer vor Sauerstoffmolekülen geschützt ist.

Hellrot

Die Oberfläche einer Leiterplatte kann glänzend, nicht-glänzend oder hellrot sein. Eine nicht glänzende Oberfläche sieht eher porös aus, während eine glänzende Oberfläche eher reflektierend und hartschalenartig ist. Grün ist die beliebteste Leiterplattenfarbe und auch eine der preiswertesten. Es ist wichtig, Leiterplatten vor der Verwendung zu reinigen, um Oxidation zu vermeiden.

Obwohl die Farbe der Lötstoppmaske die Leistung der Leiterplatte nicht direkt widerspiegelt, verwenden einige Hersteller sie als Designwerkzeug. Die Farbe ist ideal für Leiterplatten, die brillante Sichtbarkeit und scharfe Kontraste erfordern. Rote Leiterplatten sind auch in Kombination mit Siebdrucken attraktiv.

Stromloses Palladium

Die stromlose Palladium-Oberflächenbeschichtung Ihrer Leiterplatten verhindert die Bildung schwarzer Pads auf der Leiterplatte und bietet viele Vorteile, wie z. B. eine hervorragende Lötbarkeit und das Verbinden von Aluminium- und Silberdrähten. Diese Art der Oberflächenbehandlung hat auch eine extrem lange Haltbarkeit. Allerdings ist sie auch teurer als andere Oberflächenbehandlungen und erfordert eine längere Vorlaufzeit.

Das ENEPIG-Verfahren zur Oberflächenveredelung von Leiterplatten umfasst mehrere Schritte, von denen jeder einzelne sorgfältig überwacht werden muss. In der ersten Stufe wird Kupfer aktiviert, gefolgt von der Abscheidung von chemisch Nickel und Palladium. Danach durchläuft die Leiterplatte ein Reinigungsverfahren, um Oxidationsrückstände und Staub von der Oberfläche zu entfernen.

Bleifreies HASL

Wenn Sie auf der Suche nach einer neuen Leiterplatte sind, fragen Sie sich vielleicht, wie Sie bleifreie HASL-Oberflächen von bleihaltigen Leiterplatten unterscheiden können. HASL hat zwar ein attraktives Aussehen, ist aber nicht ideal für oberflächenmontierbare Komponenten. Diese Art von Oberfläche ist nicht eben, und größere Bauteile wie Widerstände lassen sich nicht richtig ausrichten. Bleifreies HASL hingegen ist flach und verwendet kein Lot auf Bleibasis. Stattdessen wird ein Lötmittel auf Kupferbasis verwendet, das RoHS-konform ist.

HASL bietet eine hochwertige Lötbarkeit und kann mehreren Wärmezyklen standhalten. Früher war es der Industriestandard, aber durch die Einführung der RoHS-Normen wurde es aus der Konformität gedrängt. Heutzutage ist bleifreies HASL in Bezug auf die Umweltauswirkungen und die Sicherheit akzeptabler und stellt eine effizientere Wahl für elektronische Bauteile dar. Außerdem steht es besser im Einklang mit der RoHS-Richtlinie.

Wissenswertes über semiflexible FR4-Leiterplatten

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Wissenswertes über semiflexible FR4-Leiterplatten

FR4 ist ein flammhemmendes Material

Leiterplatten aus FR4 sind extrem langlebig. Allerdings sind die Kosten für diese Leiterplatten höher als für solche aus anderen Materialien. Außerdem neigen diese Leiterplatten leicht zur Delaminierung und geben beim Löten einen schlechten Geruch ab. Das macht sie für hochwertige Unterhaltungselektronik ungeeignet.

FR4 ist ein Verbundwerkstoff, der hervorragende mechanische, elektrische und flammhemmende Eigenschaften aufweist. Es handelt sich um ein gelbes bis hellgrünes Material, das hohen Temperaturen standhält. Es besteht aus einer Glasfaserschicht, die dem Material seine strukturelle Stabilität verleiht. Außerdem verfügt das Material über eine Epoxidharzschicht, die ihm seine flammhemmenden Eigenschaften verleiht.

FR4-Leiterplatten können mit unterschiedlicher Dicke hergestellt werden. Die Dicke des Materials wirkt sich auf das Gewicht der Leiterplatte und die Kompatibilität der Bauteile aus. Ein dünnes FR4-Material kann dazu beitragen, eine Leiterplatte leichter zu machen, was sie für den Verbraucher attraktiver macht. Dieses Material ist außerdem leicht zu transportieren und hat eine ausgezeichnete Temperaturbeständigkeit. Es ist jedoch nicht für den Einsatz in Umgebungen mit hohen Temperaturen, wie z. B. in der Luft- und Raumfahrt, zu empfehlen.

Es hat hervorragende thermische, mechanische und elektrische Eigenschaften.

FR-4 ist ein gängiges Leiterplattensubstrat aus Glasgewebe, das mit Epoxid- oder Hybridharz imprägniert ist. Es wird häufig in Computern und Servern verwendet und ist für seine hervorragenden thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften bekannt. Es kann hohen Temperaturen standhalten, was es zu einer idealen Wahl für empfindliche Elektronik macht.

FR4-Semiflex-Leiterplatten stellen jedoch einige Herausforderungen dar, wenn es um das tiefenkontrollierende Fräsen geht. Um mit dieser Art von Material gute Ergebnisse zu erzielen, muss die Restdicke der Leiterplatte gleichmäßig sein. Auch die Menge des verwendeten Harzes und Prepregs muss berücksichtigt werden. Die Frästoleranz sollte entsprechend eingestellt werden.

Neben den hervorragenden thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften ist FR4 leicht und kostengünstig. Seine geringe Dicke ist ein großer Vorteil gegenüber FR1-Leiterplatten. Es ist jedoch zu beachten, dass dieses Material eine niedrigere Glasübergangstemperatur als FR1 oder XPC hat. FR4-Leiterplatten werden aus acht Lagen Glasfasermaterial hergestellt. Diese Leiterplatten können Temperaturen zwischen 120 und 130 Grad Celsius standhalten.

Es hat einen hohen Signalverlust im Vergleich zu einem Hochfrequenzlaminat

Die niedrigen Kosten und die relative mechanische und elektrische Stabilität von FR4 machen es zwar für viele elektronische Anwendungen attraktiv, aber es ist nicht für alle Anwendungen geeignet. In Fällen, in denen Hochfrequenzsignale erforderlich sind, ist ein Hochfrequenzlaminat die bessere Wahl.

Die Dielektrizitätskonstante des Laminatmaterials spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der besten Leiterplatte. Je höher die Dielektrizitätskonstante, desto geringer ist der Signalverlust auf der Leiterplatte. Diese Dielektrizitätskonstante ist ein Maß für die Fähigkeit der Leiterplatte, elektrische Energie zu speichern.

Vergleicht man den Signalverlust einer Leiterplatte mit dem eines Hochfrequenzlaminats, so stellt man fest, dass Ersteres eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweist. Mit anderen Worten: Das Semi-Flex FR4-Material hat eine höhere Dielektrizitätskonstante als letzteres. Eine hohe Dielektrizitätskonstante ist für Hochgeschwindigkeitsanwendungen wünschenswert, da sie Signalverluste verhindert.

FR-4 war nicht das erste Leiterplattenmaterial, das für die Elektronik verwendet wurde. Vorläufer war die FR-2-Platte, die aus gepresstem Phenol-Baumwoll-Papier hergestellt wurde. Dieses Material diente als Brücke zwischen diskret verdrahteten, handgelöteten Schaltungen und FR-4. In einigen Magnavox-Werbungen wurde damit geworben, dass die Fernsehgeräte "handgelötet" seien. FR-2-Platinen waren oft einseitig, aber die Konstrukteure konnten das Problem durch die Verwendung von Steckbrücken auf der Oberseite und Null-Ohm-Widerständen lösen.

Es kann zu geringen Kosten hergestellt werden

Halbflexible Leiterplatten sind flexibel und eignen sich ideal für Anwendungen, bei denen der Platz eine Rolle spielt. Diese Leiterplatten sind zwar teurer als herkömmliche FR4-Leiterplatten, aber die Flexibilität, die sie bieten, macht sie ideal für viele medizinische Anwendungen. Außerdem ist die Flexibilität, die sie bieten, besser geeignet, um dynamische Belastungen zu bewältigen, die durch gebogene Leiterplatten entstehen.

Halbflexible Leiterplatten werden aus Materialien hergestellt, die in der Regel auf Rollen gefertigt werden. Diese Materialien werden dann entsprechend der Endgröße des Produkts zugeschnitten. So wird beispielsweise eine Rolle Kupferfolie in die gewünschte Form geschnitten, die dann mechanisch gebohrt werden muss, um die Durchgangslöcher herzustellen. Es werden verschiedene Lochdurchmesser verwendet, die je nach den Bedürfnissen des Kunden variieren.

Die Biegeeigenschaften dieses Materials können jedoch Probleme verursachen. FR4 eignet sich beispielsweise nicht zum Biegen bei sehr hohen Temperaturen, da es zum Verziehen neigt. Um solche Probleme zu vermeiden, muss sichergestellt werden, dass die Materialien aus einem flexiblen Material bestehen, bevor sie geätzt oder geformt werden.