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Leiterplatten herstellen - Oberflächenbeschichter - LF 10

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Einleitung

Wie wird aus einem beschichteten Trägermaterial eine elektrisch zuverlässige Leiterplatte? Du bearbeitest einen fiktiven Fertigungsauftrag: Du analysierst Anforderungen, vergleichst ein- und doppelseitige Leiterplatten, planst mechanische Bearbeitung und Vorbehandlung, erklärst Leiterbildherstellung und Galvanotechnik, berechnest eine modellhafte Kupferabscheidung und erstellst einen überprüfbaren Qualitätsbericht. Der Schwerpunkt liegt auf der Arbeit von Oberflächenbeschichterinnen und Oberflächenbeschichtern, nicht auf der späteren elektronischen Bestückung.

Der Kurs erschließt Lernfeld 10 des KMK-Rahmenlehrplans im dritten Ausbildungsjahr mit 60 Unterrichtsstunden: Bedeutung, Einsatz, Bauarten und Aufbau, unterschiedliche Herstellungsverfahren, mechanische Bearbeitung, Vorbehandlung, einseitige und doppelseitige Schaltungen, Anlagentechnik, Nachbehandlung, Qualitätsprüfung sowie Arbeitsschutz, Gesundheitsschutz, Umweltschutz und Recycling. Lernziel: Du kannst einen Auftrag auf Herstellbarkeit prüfen, ein geeignetes Verfahren wählen, Arbeitsschritte und Schutzmaßnahmen begründen, ein physikalisches Abscheidemodell anwenden, Qualitätsmessungen beurteilen und Entscheidungen nachvollziehbar dokumentieren.

Sicherheitsgrenze: Gefahrstoffarbeiten, Bohren an Maschinen sowie elektrische und galvanische Anlagenprozesse erfolgen ausschließlich nach betrieblicher Unterweisung, Freigabe und unter befugter Aufsicht. Zum selbstständigen Lernen genügt eine gefahrlose Papier-, CAD- oder Simulationsübung. Maßgeblich bleiben betrieblicher Ausbildungsplan, zuständige Kammer und Landeslehrplan; dieser Kurs ist keine amtliche Prüfung oder Zulassung.

Verbindliche Themenbasis: KMK-Rahmenlehrplan, Druckseite 17 und BIBB-Berufsprofil mit Ausbildungsordnung.

Leiterplatten verstehen: Funktionen, Bauarten und Werkstoffe

Elektrische Verbindung und mechanischer Träger

Eine Leiterplatte oder PCB (Printed Circuit Board) ist ein elektrisch isolierender Träger mit definierten Kupferstrukturen. Leiterbahnen führen Strom oder Signale, Pads sind Anschlussflächen und Vias verbinden Lagen. Eine unbestückte PCB ist keine bereits bestückte Leiterplattenbaugruppe (PCBA). Sie kommt beispielsweise in Steuergeräten, Industrieelektronik, Medizintechnik und Messgeräten zum Einsatz. Für die Oberfläche sind Stromtragfähigkeit, sichere Isolation, Beständigkeit und Lötbarkeit entscheidend.

Häufig verwendet wird FR-4, ein Trägermaterial aus Glasfasergewebe und Epoxidharz mit Kupferauflage. Eigenschaften wie Basiskupferdicke oder Plattennenndicke sind auftragsbezogene Werte, keine allgemeingültigen Vorgaben. Elektrischer Schaltplan, Geometrie, Material, Fertigung und Prüfung müssen zusammenpassen.

Einseitige, doppelseitige und mehrlagige Schaltungen

Einseitig: Leiterbild auf einer Kupferlage, bei geeigneter Verschaltung vergleichsweise einfach herzustellen.
Doppelseitig: Leiterbilder auf beiden Seiten, die gegebenenfalls über metallisierte Bohrwände elektrisch verbunden sind. Ohne Durchkontaktierung sind sie nicht automatisch verbunden.
Mehrlagig: weitere Leiterlagen im Inneren; zum Verständnis moderner Produkte hilfreich, obwohl Lernfeld 10 vor allem ein- und doppelseitige Verfahren erschließt.
Lötstoppmaske: schützt Leiterbahnbereiche; Kontaktstellen bleiben je nach Spezifikation frei.
Endoberfläche: schützt zugängliche Kontakte oder erhält deren Verarbeitbarkeit, ohne die Leiterbahn selbst zu ersetzen.

Schematische Einordnung weiterer Lagen und Verbindungen: Wikimedia Commons, gemeinfreie einfache Geometrie, ursprünglicher Urheber unbekannt, Vektorisierung Frank Murmann; Original und Rechte.

Entscheidungsbeispiel: Soll eine fiktive Sensorplatine vier Leitungen auf kleinem Raum führen, kann eine einseitige Lösung bei kreuzungsfreiem Layout ausreichen. Müssen Signale einander kreuzen und die Fläche darf nicht wachsen, erleichtern zwei Lagen und Durchkontaktierungen die Leitungsführung. Prüfe stets Funktion, Werkstoff, Kosten, Prüfbarkeit und nachgewiesene betriebliche Fertigungsmöglichkeiten.

Fertigungsunterlagen, mechanische Bearbeitung und Vorbehandlung

Einen Fertigungsauftrag fachlich analysieren

Vor der Produktion werden Menge, Zeichnungsstand, Basismaterial, Lagenzahl, Enddicke, Kupfer- und Lötstoppbilder, Bohrdaten, Kontaktoberfläche und Abnahmekriterien erfasst. CAD beschreibt den Entwurf, CAM die Vorbereitung für die Fertigung. Gerber-Daten können Kupfer- und Maskenlagen abbilden; Bohrdaten geben Positionen, Durchmesser und Informationen zu metallisierten und nicht metallisierten Bohrungen vor. Bei der DFM-Prüfung (Design for Manufacturing) vergleichst du Leiterbahnbreiten, Isolationsabstände, Restringe und Bohrungsmaße mit den freigegebenen Fertigungsgrenzen.

Fiktives Rechenbeispiel: Zulässiger Leiterbahnabstand laut interner Übungsanforderung mindestens 0,20 mm; der vorgelegte Entwurf zeigt 0,16 mm. Die Abweichung ist 0,20 − 0,16 = 0,04 mm. Dokumentiere den Befund, sperre die ungeprüfte Weiterverarbeitung und hole eine technische Klärung ein. Das Layout darfst du nicht eigenmächtig verändern. Kennzeichne außerdem durchkontaktierte Bohrungen: Ihre Lochwände erhalten eine Metallschicht, die den späteren Innendurchmesser beeinflussen kann.

Mechanik und funktionelle Oberflächenvorbereitung

Je nach Verfahren werden Träger zugeschnitten, gebohrt, gefräst und entgratet. Bohrgrate, Staub, Harzverschmierungen, Oxide und Verunreinigungen können schlechte Haftung oder elektrische Fehler bewirken. Nach der mechanischen Bearbeitung können Reinigung, Entfernen von Bohrverschmierungen (Desmear), Aktivierung und eine leitfähige Startmetallisierung nötig sein. Die geeignete Kombination ergibt sich aus Material und freigegebenen Prozessanweisungen.

An der zunächst isolierenden Bohrwand einer typischen doppelseitigen FR-4-Platine muss die Leitfähigkeit für eine folgende elektrolytische Verstärkung erst hergestellt werden. Dazu dienen je nach Produktionsroute geeignete außenstromlose Metallabscheidung, Kohlenstoff- oder andere leitfähige Startschichten. Außenstromlose Abscheidung arbeitet ohne äußeren galvanischen Strom; elektrolytische Abscheidung verwendet Strom. Diese Vorgänge sind nicht austauschbar und dürfen nicht ohne Fachaufsicht praktisch erprobt werden.

Querschnitte zu einer beispielhaften Panel-Metallisierung, Dcshank, CC BY-SA 3.0; Commons-Datei und Rechte.

Häufige Fehler: Falsche Lagenorientierung, zu klein angesetzte Bohrradien, verwechselte plattierte Bohrungen, unzureichende Entgratung und Verschleppung von Reinigungsmedien. Als sichere Alternative markierst du solche Fehler auf einer Schnittzeichnung und formulierst notwendige Prüffragen.

Einseitige und doppelseitige Leiterbilder erzeugen

Fotostrukturierung und subtraktives Ätzen

Beim subtraktiven Verfahren wird zunächst aufgebrachtes Kupfer an nicht benötigten Stellen kontrolliert entfernt. Ein lichtempfindlicher Fotolack oder Trockenresist dient zur Strukturierung. Nach Belichtung und Entwicklung sind bestimmte Kupferflächen durch die Maske geschützt, die übrigen werden in einer geeigneten industriellen Ätzanlage abgetragen. Nach der Entfernung der prozessbedingten Schutzschichten folgt die Reinigung und weitere Nachbehandlung. Positiv und negativ arbeitende Resists reagieren unterschiedlich; die Aussage „belichteter Bereich wird immer entfernt“ ist deshalb unzutreffend.

Bei Panel-Plating kann die gesamte vorbereitete Fläche zunächst verstärkt werden. Bei Pattern-Plating erfolgt die Metallisierung gezielt auf freigelegten Leiterbildbereichen. Die Reihenfolge von Foto-, Metallisierungs- und Ätzschritten hängt von der zugelassenen Route ab; es gibt nicht genau einen universellen Ablauf. Der Fertigungsplan muss zum eingesetzten Verfahren passen.

Beispielhafter Prozessfluss für doppelseitige Leiterplatten: ECTran71 nach Dcshank, CC BY 3.0; Quellen- und Lizenzseite.

Durchkontaktierung, Unterätzung und Verfahrensvergleich

Doppelseitige Leiterbilder benötigen bei einer elektrischen Verbindung zwischen den Lagen eine dauerhaft leitfähige Bohrwand. Eine geeignete Startmetallisierung wird galvanisch verstärkt. Gerade in engen Bohrungen ist die lokale Kupferverteilung ungleichmäßig; verlässliche Qualität erfordert passende Prozessführung und Schichtprüfung. Für Prototypen kommen auch mechanische Strukturierungswege wie Isolationsfräsen infrage. Sie ersetzen nicht automatisch den galvanischen Durchkontaktierungsprozess einer Serienplatine.

Beim Ätzen kann seitlich unter die Maske Kupfer abgetragen werden: Diese Unterätzung beeinflusst die Leiterbahnbreite. Der Ätzfaktor beschreibt das Verhältnis von Ätztiefe und seitlichem Abtrag; achte auf die genaue Definition in der Prüfanweisung. Je feiner die Strukturen, desto wichtiger sind gleichmäßige Vorbehandlung, Maskenqualität und Ätzprozesskontrolle.

Ätzfaktor und seitlicher Abtrag: Ursprung WolfgangS, SVG-Bearbeitung McSush, CC BY-SA 2.0 DE; Commons-Datei und Rechte.

Fallentscheidung: Für eine einfache einseitige Musterplatine kann eine einseitige Kupferstruktur genügen. Für eine doppelseitige Motorsteuerung mit vielen Verbindungspunkten brauchst du zwei korrekt positionierte Leiterbilder, funktionsfähige Metallisierung und geeignete Endkontrolle. Triff die Wahl auf Grundlage von Spezifikation, Wirtschaftlichkeit, Prozessfähigkeit, Stoffeinsatz und Ausschussrisiko.

Geprüfter deutschsprachiger Fachfilm:

„Herstellung einer Leiterplatte“, Schweizer Electronic AG / schweizergroup, veröffentlicht 2015; Originalvideo. Das Video ist Anschauungsmaterial, keine sichere eigenständige Arbeitsanleitung.

Galvanikanlagen verstehen, Abscheidung berechnen und überwachen

Anlagen, Arbeitsmittel und Steuerdaten

Industrielle Leiterplattenfertigung verbindet Warenträger, Behandlungs- und Spülstationen, Gleichrichter, Absaugung, Fördertechnik, Mess- und Regelung sowie Prüf- und Trocknungseinrichtungen. Oberflächenbeschichterinnen und Oberflächenbeschichter überwachen die im freigegebenen Prozessblatt festgelegten Parameter, erkennen Abweichungen und halten Messwerte und Korrekturen in einer Chargenakte fest. Beim betrachteten galvanischen Kupferprozess ist das Werkstück die Kathode; die Anode bildet die Gegenelektrode. Die reale Verteilung des Kupfers hängt von Geometrie, Stromverteilung, Stofftransport, Badzustand und Anlagenbedingungen ab.

Industrielle Kupfergalvanikanlage für Leiterplatten: Swoolverton, CC BY-SA 3.0; Original und Lizenz.

Zweites geprüftes Fachvideo: „Leiterplatten für Anfänger“, Würth Elektronik, 2022, ausgewiesen als Deutsch/Englisch. Notiere die im Video erkennbaren Materialien und ordne drei Arbeitsschritte zu Vorbehandlung, Fertigung und Nachbehandlung. Die Videorechte verbleiben bei der Originalplattform.

Vollständiges Modell zur Kupferabscheidung

Für die vereinfachte Modellrechnung gelten folgende Zusammenhänge:

I = j · A, wobei j die Stromdichte in A/dm² und A die wirksame Kathodenfläche in dm² ist.
V = A · d, nachdem alle Längen auf eine gemeinsame Einheit gebracht wurden.
m = V · ρ, mit angenommener Kupferdichte ρ = 8,96 g/cm³.
t = (m · z · F) / (M · I · η) nach dem Faraday-Modell, mit z = 2, F ≈ 96 485 C/mol, M(Cu) ≈ 63,546 g/mol und Stromwirkungsgrad η als Dezimalzahl.

Durchgerechnetes Beispiel: Wirksame Kupferfläche A = 2,00 dm², angenommene Stromdichte j = 2,00 A/dm², gewünschte zusätzliche nominelle Schichtdicke d = 25 µm, angenommener Wirkungsgrad η = 0,90. Die Stromstärke ist I = 2,00 · 2,00 = 4,00 A. Umgerechnet entsprechen 2 dm² genau 200 cm² und 25 µm genau 0,0025 cm. Daher V = 200 · 0,0025 = 0,500 cm³ und m = 0,500 · 8,96 = 4,48 g Kupfer. Die theoretische Modellzeit beträgt t = (4,48 · 2 · 96 485) / (63,546 · 4,00 · 0,90) s ≈ 3 779 s = 63,0 min.

Grenze der Aussage: Dies ist eine Stoffbilanz für eine angenommene gleichmäßige Abscheidung. Realer Stromwirkungsgrad, wirksame Fläche und Schichtverteilung müssen überprüft werden; insbesondere folgt aus der äußeren mittleren Kupferdicke keine garantierte Lochwanddicke. Keine der Modellzahlen ist eine ohne Prüfung einstellbare Betriebsanweisung. Typische Rechenfehler sind µm mit mm oder cm zu verwechseln, bei V falsche Flächeneinheiten einzusetzen und η = 90 statt η = 0,90 zu verwenden.

Überwachung und Fehlerursachen

Jeder Prüfeintrag benötigt Einheit, Messstelle, Datum, Messverfahren, Prüfmittel, Soll-/Ist-Vergleich und verantwortliche Freigabe. Ein digitales Produktionsprotokoll kann Version der Fertigungsdaten, Materiallos, Anlagenstatus und Prüfergebnisse verknüpfen. Verändern sich Schichtdicken, werden unter Fachaufsicht mögliche Einflüsse wie Kontaktierung, Oberflächenzustand, Messmittel, Position der Platine im Warenträger und Stromverteilung untersucht. Eine spontane Erhöhung des Stroms ohne Ursachenanalyse wäre fachlich und sicherheitstechnisch unzulässig.

Eurocircuits erläutert einen realen Kupfergalvanikprozess, Stromführungsarten und Schliffprüfungen. Das Beispiel stellt herstellerspezifische Praxis dar, keine allgemeingültigen Grenzwerte.

Nachbehandlung, Qualitätssicherung und nachhaltige Produktion

Auftragsgemäße Nachbehandlung und Prüfverfahren

Nach der Strukturierung sind je nach Vorgabe Reinigung, Aufbringen von Lötstoppmaske, Beschriftung, geeignete Endoberfläche, Konturfräsen, Endtest und Verpackung erforderlich. Verschiedene Oberflächen, etwa chemisch Zinn, organischer Oberflächenschutz oder chemisch Nickel-Gold, werden nach Anforderungen an Lagerung, Lötbarkeit, Kontaktierung und Prozessfreigabe ausgewählt. Keine Oberfläche ist generell überlegen.

AOI ist die automatisierte optische Inspektion, die auffällige Leiterbahnunterbrechungen, Brücken oder Musterabweichungen sichtbar machen kann. Der elektrische Test prüft vorgesehene Verbindungen und Isolationen. Metallografische Schliffe an hierfür vorgesehenen Prüfkörpern (Coupons) machen etwa die Metallisierung von Bohrwänden sichtbar. Verschiedene Prüfverfahren ergänzen sich: Ein bestandener elektrischer Test belegt nicht alle geometrischen oder materialtechnischen Merkmale. Abnahmekriterien müssen aus den konkreten Vertrags- und Fertigungsunterlagen stammen. Betriebe können aktuelle IPC-Dokumente wie die einschlägige IPC-6012-Ausgabe heranziehen; Geltungsbereich und Lizenzversion sind vor Anwendung zu klären. Es werden keine urheberrechtlich geschützten Normtexte kopiert.

Sicherheit, Umwelt, Recycling und Digitalisierung

Gefährdungen können durch Stäube aus glasfaserhaltigem Material, gefährliche chemische Lösungen, bewegte Anlagen, heiße Bauteile und elektrische Einrichtungen entstehen. Die GefStoffV in geltender Fassung verlangt bei Gefahrstoffen eine passende Gefährdungsbeurteilung. Sicherheitsdatenblätter, Betriebsanweisungen, Unterweisungen, wirksame Absaugung und passende persönliche Schutzausrüstung sind tätigkeitsbezogen umzusetzen. Die geeigneten technischen Maßnahmen kommen vor der alleinigen Abstützung auf persönliche Schutzausrüstung. Es darf keine eigenmächtige Chemikalienmischung, Badkorrektur, Umgehung von Sicherheitseinrichtungen oder Maschinenreparatur erfolgen.

Für den Betrieb von Galvanikanlagen sind die DGUV Regel 109-602 „Branche Galvanik“ und die DGUV Information 209-009 „Galvanisieren“ relevante branchenbezogene Informationsquellen; bei ihrem Gebrauch müssen aktueller Stand, konkrete Gefährdungsbeurteilung und Betriebsvorgaben abgeglichen werden. Anhang 40 der AbwV nennt ausdrücklich auch die Leiterplattenherstellung und ist für entsprechende Produktionsabwässer relevant. Kupferhaltige Lösungen werden getrennt erfasst und fachgerecht behandelt oder einem geeigneten Rückgewinnungsverfahren zugeführt, niemals ungeprüft in den Ausguss gegeben.

Nachhaltige Optimierung vermeidet Ausschuss früh durch DFM-Prüfung, vermindert Verschleppungen mit geeigneten Spülkonzepten, ermöglicht gegebenenfalls Metallrückgewinnung und berücksichtigt Wasser-, Energie-, Chemikalien- und Materialverbrauch. Die RoHS-Richtlinie regelt die Beschränkung bestimmter Stoffe in betroffenen Elektro- und Elektronikgeräten; ihre Anwendung muss für das konkrete Produkt geprüft werden. Durch Aufbau und Materialverbund ist Leiterplattenrecycling anspruchsvoll, daher sind langlebige Auslegung und geregelte Wertstoffströme wesentlich.

Verantwortlicher Dateneinsatz: Ein digitaler Prozesszwilling oder eine Chargenakte kann Abweichungen sichtbar machen. In öffentliche Lernplattformen oder nicht freigegebene KI-Dienste gehören aber weder echte Kundengerberdaten noch personenbezogene Schichtprotokolle oder vertrauliche Betriebsrezepte. Verwende synthetische Datensätze und erläutere die Grenzen automatischer Qualitätsempfehlungen.

Praxisauftrag: doppelseitige Sensorplatinen fachgerecht planen

Fiktiver Kundenauftrag und Entscheidung

Übungsauftrag P-10-26: Eine erfundene Modellwerkstatt benötigt zwölf unbestückte doppelseitige Sensorplatinen. Gegeben sind 80 × 60 mm Außenmaß, FR-4, 1,6 mm Nenndicke, zwei Kupferlagen, 24 Durchkontaktierungen je Platine und ein fiktiv freigegebenes Datenpaket mit zwei Kupferbildern, Lötstoppmaske, Kontur, Bohrliste und elektrischen Prüfdaten. Das ausschließlich für die Aufgabe gewählte Abnahmekonzept fordert mindestens 0,20 mm Leiterbahnabstand, nominell 25 µm zusätzliche planare Kupferabscheidung im Modell, mindestens 20 µm Lochwandkupfer an den vereinbarten Prüfstellen, zwölf bestandene elektrische Endprüfungen und keine im Auftrag als kritisch definierten optischen Mängel. Diese Werte sind keine universellen Fertigungsnormwerte.

Entscheidung: Wegen der geforderten elektrisch verbundenen Ober- und Unterseite wird eine doppelseitige, durchkontaktierte Fertigung gewählt. Zum industriellen Konzept gehören Bohrungen, angepasste Vorbehandlung der Bohrwände, leitfähige Startschicht, galvanische Verstärkung, Leiterbildstrukturierung und Ätzen, Lötstoppmaske, vereinbarte Oberfläche und Prüfungen. Die genaue Folge von Panel- oder Pattern-Plating ist vom freigegebenen betrieblichen Prozess abhängig.

Arbeitsplan und nachweisbares Ergebnis

Schritt	Planung	Prüfbarer Nachweis	Schutz und Freigabe
Auftragsklärung	Spezifikation, Datenstand und Menge prüfen	Auftragsprüfliste	Nur erfundene Kundendaten
DFM	Abstände, Bohrdaten und Lagen vergleichen	DFM-Bericht	Änderungen nur nach Rücksprache
Mechanik	Zuschnitt, Bohrungen und Entgratung festlegen	Bohrliste, Sichtprüfpunkte	Keine eigenständige Maschinenbedienung
Vorbehandlung	Reinigung und Startleitfähigkeit zuordnen	Prozessschema	Keine eigenständigen Gefahrstoffarbeiten
Galvanik	Strom- und Schichtmodell berechnen	Rechenblatt, Freigabefeld	Absaugung und Anlagenfreigabe prüfen lassen
Strukturierung	Fotoprozess, Metallisierung und Ätzen verknüpfen	Ablaufkarte, AOI-Prüfpunkte	Keine Ätzversuche ohne Fachaufsicht
Nachbehandlung	Maske, Kontaktfinish und Kontur spezifizieren	Sichtprüfliste	Wasser und Material sparsam verwenden
Endprüfung	Maße, Coupon und elektrische Daten auswerten	Mess- und Testbericht	Qualifizierte Freigabe erforderlich
Dokumentation	Abweichungen und Umweltbilanz erfassen	Synthetische Chargenmappe	Datenschutz und Rückverfolgbarkeit

Rechenblatt zur Modellcharge: A = 2,00 dm² wirksame Kathodenfläche, j = 2,00 A/dm², daher I = 4,00 A. Bei d = 25 µm = 0,0025 cm und A = 200 cm² folgt V = 0,500 cm³, mit ρ = 8,96 g/cm³ ergibt sich m = 4,48 g. Nach Faraday mit η = 0,90 beträgt die rechnerische Zeit rund 63 Minuten. Diese künstlich definierte Fläche beschreibt weder unmittelbar alle zwölf Platinen noch eine belastbare Schichtdicke jeder Lochwand. Die praktische Linie darf nur nach freigegebener Betriebsanweisung betrieben werden.

Synthetischer Prüfbericht: Kleinster gemessener Leiterbahnabstand 0,22 mm, Forderung mindestens 0,20 mm: bestanden. Drei Coupon-Messungen der Lochwandkupferdicke 21 µm, 22 µm und 24 µm bei Mindestforderung 20 µm: die geprüften Stellen bestanden, eine vollständige Aussage über alle Bohrungen folgt daraus nicht. Elektrische Prüfungen 12 von 12 bestanden; die dokumentierte Sichtprüfung weist keine kritische Abweichung auf. In einer wirklichen Fertigung würden noch Messmethode, Stichprobenumfang, Rückverfolgbarkeit, Prüfmittel, Messunsicherheit und berechtigte Freigabe nachgewiesen. Nur im Lernmodell darfst du die Fallbewertung als „bestanden unter diesen Annahmen“ abschließen.

Störfall-Transfer: Bei einer fiktiven Coupon-Messung von 18 µm statt der verlangten 20 µm ist das Ziel um 2 µm unterschritten. Sperre die Charge auf dem Papier, informiere die zuständige Person und plane Ursachenprüfung zu Kontakten, Stromverteilung, Messsystem und Prozessdaten. Weder eigenmächtiges Nachgalvanisieren noch improvisierte Freigabe sind erlaubt.

Bewertungsraster des Lernprodukts

Kompetenzfeld	Maximalpunkte	Kriterien
Auftrag und Herstellbarkeit	6	Vollständigkeit, Datenprüfung, begründete Route
Arbeitsplan und Arbeitssicherheit	6	Sinnvolle Reihenfolge, Freigabepunkte, sichere Alternative
Berechnung	6	Einheiten, Strom, Kupfermasse, Zeit, Modellgrenzen
Prüfentscheid und Fehleranalyse	6	Soll-Ist-Vergleich, Messbericht, Sperrentscheidung
Dokumentation und Nachhaltigkeit	6	Nachvollziehbare Akte, Ressourcenbilanz, vertrauliche Daten geschützt

Didaktische Punkteauswertung: 27–30 Punkte sehr sicher, 23–26 weitgehend sicher, 18–22 Nacharbeit nötig, unter 18 gezielte Vertiefung nötig. Die Skala ist eine transparente Übungsbewertung, kein amtlicher Prüfungsmaßstab. Rückmeldung zu jedem Bereich: ein belegter gelungener Schritt und eine überprüfbare Verbesserung.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Fachwissen überprüfen

Welche Hauptaufgabe erfüllt eine unbestückte Leiterplatte? (Sie trägt elektronische Bauteile und stellt definierte elektrische Verbindungen bereit) (!Sie ersetzt grundsätzlich alle Bauteile durch Kupfer) (!Sie wandelt Gleichstrom ohne Schaltung in Wechselstrom um) (!Sie verhindert jede elektromagnetische Störung von selbst)

Was unterscheidet eine durchkontaktierte doppelseitige Platte besonders von einer einfachen einseitigen? (Metallisierte Bohrungswände können die Kupferlagen elektrisch verbinden) (!Beide Seiten sind auch ohne Verbindungsstelle immer leitend gekoppelt) (!Einseitige Leiterplatten bestehen zwingend aus Metall) (!Bei doppelseitigen Platinen entfällt jede Qualitätskontrolle)

Warum müssen plattierte Bohrungen in der Fertigungsplanung besonders gekennzeichnet werden? (Die spätere Metallisierung verändert die Lochwand und kann den Enddurchmesser beeinflussen) (!Nur nicht plattierte Bohrungen enthalten Kupfer) (!Alle Bohrungen dürfen ohne Fertigungsdaten gleich behandelt werden) (!Der Durchmesser wird ausschließlich durch die Lötstoppmaske festgelegt)

Welche Aussage zur Vorbehandlung vor einer Metallisierung ist fachlich richtig? (Sie schafft durch geeignete Reinigung und Aktivierung Voraussetzungen für zuverlässige Haftung) (!Sie dient ausschließlich der optischen Einfärbung des Basismaterials) (!Sie macht jede Kontrolle des Ausgangswerkstoffs überflüssig) (!Sie muss unabhängig vom Material immer identisch sein)

Welche Aussage beschreibt einen subtraktiven Leiterbildprozess? (Nicht benötigte Kupferbereiche werden nach Maskierung gezielt entfernt) (!Leiterbahnen entstehen allein durch das Auflegen von Bauteilen) (!Kupfer wird auf der gesamten Oberfläche ohne Strukturprüfung abgelagert) (!Eine Schutzmaske verhindert grundsätzlich jede Metallabscheidung)

Wozu dient eine leitfähige Startschicht an der nicht leitenden Bohrwand? (Sie ermöglicht die nachfolgende elektrolytische Kupferverstärkung) (!Sie isoliert beide Kupferlagen dauerhaft voneinander) (!Sie ersetzt das Bohren einer Verbindungsstelle) (!Sie bildet ausschließlich den abschließenden Bestückungsdruck)

Welche Stromstärke ergibt sich rechnerisch aus 2 A je Quadratdezimeter und 2 Quadratdezimetern wirksamer Fläche? (4 A) (!1 A) (!0,5 A) (!40 A)

Warum genügt eine berechnete mittlere Kupferdicke nicht zur Freigabe einer Durchkontaktierung? (Die lokale Schichtverteilung in Bohrungen kann vom vereinfachten Modell abweichen) (!Die Lochwand ist grundsätzlich dicker als jede Außenfläche) (!Kupfer kann an Bohrungswänden nicht abgeschieden werden) (!Schichtdickenmessungen sind bei Leiterplatten immer verboten)

Welche Prüfkombination deckt verschiedene Arten von Leiterplattenfehlern ab? (Optische Inspektion und elektrischer Test ergänzen sich) (!Nur die Farbe des Lötstopplacks beweist Leitfähigkeit) (!Nur die Masse einer Platte zeigt sämtliche Kurzschlüsse) (!Eine fotografierte Oberfläche ersetzt alle elektrischen Tests)

Wie werden verbrauchte kupferhaltige Prozesslösungen verantwortungsvoll behandelt? (Sie werden nach Betriebsvorgaben getrennt erfasst und einer zulässigen Behandlung oder Rückgewinnung zugeführt) (!Sie werden ohne Prüfung in das öffentliche Abwasser gegeben) (!Sie werden mit beliebigen anderen Chemikalien neutralisiert) (!Sie werden in unbeschriftete Behälter umgefüllt und offen gelagert)

Memory: Fachbegriffe zuordnen

Ordne die sechs Begriffe den passenden Erklärungen zu; kein Begriff wird mehrfach verwendet.

Basismaterial	Isolierender mechanischer Träger der Kupferstrukturen
Durchkontaktierung	Leitfähige Verbindung durch eine metallisierte Bohrungswand
Fotolack	Lichtempfindliche Schicht zur Strukturierung des Leiterbilds
Kathode	Im betrachteten galvanischen Prozess zu beschichtende Elektrode
AOI	Automatisierte optische Suche nach sichtbaren Leiterbildfehlern
Coupon	Mitgefertigter Prüfkörper zur Untersuchung von Schichtmerkmalen

Drag-and-drop: Prozesse und Zwecke

Ordne jedem Fachbegriff eine typische Aufgabe zu.

Gesuchter Fachbegriff	Passende Funktion
Entgraten	Mechanische Kanten und Bohrgrate entfernen
Aktivieren	Oberfläche für einen Metallisierungsschritt vorbereiten
Galvanisieren	Leitfähige Flächen elektrolytisch mit Metall verstärken
Ätzen	Unmaskierte Kupferbereiche gezielt abtragen
Endkontrolle	Vereinbarte Produktmerkmale und Prüfresultate abgleichen

Kreuzworträtsel

Finde die sechs Fachwörter anhand der Beschreibungen.

Leiterbahn	Wie heißt ein schmaler elektrisch leitender Kupferweg auf einer Platine?
Fotolack	Welche lichtempfindliche Schicht dient zur Leiterbildstrukturierung?
Kathode	An welcher Elektrode wird bei der betrachteten Kupfergalvanik Kupfer abgeschieden?
Anode	Wie heißt die Gegenelektrode der galvanischen Zelle?
Spülung	Welcher Prozessschritt vermindert Verschleppung zwischen zwei Nassprozessen?
Kupfer	Welches Metall bildet üblicherweise die Leiterbahnen?

LearningApps

Die Suchoberfläche liefert themenbezogene Vorschläge; prüfe Inhalt und Passung jeder dort gefundenen Aufgabe.

Lückentext

Trage in jedem Satz einen zutreffenden Begriff ein.

Der elektrisch isolierende Träger heißt

.

Eine metallisierte Verbindung zwischen zwei Lagen nennt man

.

Vor der Metallisierung muss die Oberfläche fachgerecht

werden.

Beim subtraktiven Verfahren wird Kupfer durch

abgetragen.

Die elektrolytische Metallabscheidung benötigt elektrischen

.

Eine automatisierte Sichtprüfung wird als

bezeichnet.

Eine Gefährdungsbeurteilung definiert erforderliche

.

In einem Prüfbericht ist zu einem Messwert auch seine

erforderlich.

Metallrückgewinnung dient dem Schutz von

.

Offene Aufgaben

Leicht

Leiterplattenaufbau: Zeichne eine einseitige und eine doppelseitige Leiterplatte im Querschnitt und beschrifte Träger, Kupfer, Pad und mögliche Durchkontaktierung.
Fachwortkarten: Erstelle acht eigene Fachwortkarten mit jeweils einer Erklärung und einem Beispiel aus der Leiterplattenfertigung.
Risiken erkennen: Markiere auf einer gedruckten Anlagenskizze fünf mögliche Gefährdungen und formuliere jeweils eine Frage zum passenden Schutz.
Prüfmerkmale: Erstelle eine fiktive Sichtprüfliste mit drei beobachtbaren Leiterplattenmerkmalen und dokumentiere einen beispielhaften Befund.

Standard

Datenprüfung simulieren: Prüfe ein frei erfundenes Layout auf Isolationsabstände und Bohrkennzeichnung und fertige einen DFM-Bericht an.
Kupfermodell rechnen: Berechne bei 3,0 dm², 20 µm und 2,0 A/dm² sowie 90 Prozent angenommenem Wirkungsgrad Kupfermasse und Modellzeit mit vollständigen Einheiten.
Prozessvergleich: Begründe für zwei fiktive Aufträge die Entscheidung für einseitige oder doppelseitige Fertigung und bewerte die Folgen.
Ressourcenkennzahlen: Entwickle eine Tabelle für Wasser-, Energie-, Metall- und Ausschusswerte einer simulierten Linie und nenne Verbesserungen.

Schwer

Digitale Chargenakte: Erstelle eine komplett synthetische Akte mit Prozessroute, Freigabestellen, Messwerten, Versionsstand und Abweichungsprotokoll.
Lochwandfehler: Analysiere einen Coupon mit 18 µm statt geforderten 20 µm Lochwandkupfer und begründe Ursachenhypothesen, Sperre und Eskalation.
Spülkonzept optimieren: Bewerte eine fiktive Umstellung zu einem Kreislaufsystem anhand von Wasser, Energie, Rückgewinnung und Prozessrisiken.
Virtuelle Auftragskonferenz: Spiele ein Gespräch zwischen Auftraggebung, Qualitätssicherung, Oberflächenbeschichtung und Arbeitsschutz durch und dokumentiere einen begründeten gemeinsamen Plan.

Lernkontrolle

Die folgenden Transferaufgaben bilden eine von den zehn Quizfragen getrennte Lernkontrolle.

Herstellungsroute: Plane eine doppelseitige Platte vom Dateneingang bis zur Endprüfung und begründe mindestens vier Qualitäts- oder Freigabepunkte.
Faraday anwenden: Zeige rechnerisch, was mit der Modellzeit geschieht, wenn bei gleicher Fläche und Schichtdicke die Stromdichte halbiert wird.
Messresultate bewerten: Vergleiche drei erfundene Lochwandmesswerte mit einer vorgegebenen Grenze und nenne fehlende Daten für eine echte Freigabe.
Ausfall der Absaugung: Beschreibe die sichere Eskalation bei gemeldetem Absaugungsfehler in einem Nassprozess ohne eigenmächtige Reparatur.
Kreislaufwirtschaft: Vergleiche Vermeidung, Verringerung und Rückgewinnung kupferhaltiger Verluste und erläutere Voraussetzungen.
Digitale Verantwortung: Begründe, warum reale Kundendaten nicht für einen öffentlichen KI-Lernversuch genutzt werden und konstruiere eine sichere fiktive Alternative.

Lernnachweis

Nachweisprodukt: Eine vollständige fiktive Chargenmappe zum Auftrag P-10-26 mit (1) Auftrags- und DFM-Prüfliste, (2) begründeter Fertigungsentscheidung mit Ablaufskizze, (3) Arbeits- und Sicherheitsplan, (4) nachvollziehbarem Rechenblatt, (5) Prüfbericht und Gut- oder Sperrentscheidung und (6) Reflexion zu Wasser, Energie, Kupfer, Recycling und Datenschutz. Erläutere deine Entscheidung zusätzlich mündlich.

Kompetenzbelege: Du erkennst die Funktion von Material und Schichtaufbau, beurteilst Herstellbarkeit, erklärst die Vorbehandlung und galvanische Verstärkung, arbeitest sicher mit Modellen und Daten, rechnest korrekt und trennst Prüfung von Annahme. Entscheidend ist nicht nur eine fertige Zahl, sondern eine belastbare Begründung. Nutze das 30-Punkte-Raster aus dem Praxisfall für Selbst-, Partner- und Lehrkraftfeedback. Erstelle pro Feld einen Stärkenbeleg und einen messbaren nächsten Lernschritt. Eine berufspraktische Anlagenfreigabe oder Prüfungszulassung wird dadurch nicht erteilt.

Sichere Alternative: Plane sämtliche gefährlichen Arbeitsschritte lediglich mit frei verfügbaren Grafiken, CAD-Musterdaten und Papierkarten. Keine eigene Säurebehandlung, Stromversorgung an Badlösungen oder Bearbeitung von Glasfaserplatten ohne unterwiesene Fachaufsicht.

OER und Wikipedia

Nachvollziehbare Fach- und Rechtsquellen (Recherche Oktober 2026):

KMK-Rahmenlehrplan Oberflächenbeschichter/-in, Druckseite 17, Lernfeld 10.
BIBB-Berufsprofil und Ausbildungsordnung sowie Ausbildungsrahmenplan.
Eurocircuits: Leiterplattenfertigung und Eurocircuits: galvanischer Prozess.
DGUV Regel 109-602, DGUV Information 209-009 und aktuelle Gefahrstoffverordnung.
Abwasserverordnung, Anhang 40, Leiterplattenherstellung und RoHS-Richtlinie in geltender Fassung.
Wikipedia: Leiterplatte und Wikipedia: Durchkontaktierung als frei lesbare fachliche Ergänzungen, nicht als Ersatz für verbindliche Betriebsanweisungen.
Würth Elektronik: Grundlagenvideo zur Leiterplatte, Deutsch/Englisch sowie Schweizer Electronic: „Herstellung einer Leiterplatte“ als zwei überprüfte Originalmedien. Die Firmenvideos werden nicht als OER-lizenziert ausgegeben.

Nachweis der eingebundenen Commons-Medien: Dateinamen, Urheber und Lizenzseiten wurden an den Originaldatensätzen überprüft. Die Medien wurden für diesen Kurs nicht verändert.

Datei	Commons-Nachweis	Urheberangabe	Lizenz oder Status
File:HDI-Leiterplatte.svg	Originalseite	Ursprungsurheber unbekannt, Vektorisierung Frank Murmann	Public Domain, einfache Geometrie
File:PWB Panel plate processing sequence.png	Originalseite	Dcshank	CC BY-SA 3.0
File:Double side PCB process flow chart.svg	Originalseite	ECTran71 nach Dcshank	CC BY 3.0
File:Aetzfaktor.svg	Originalseite	WolfgangS, Bearbeitung McSush	CC BY-SA 2.0 DE
File:PCB copper layer electroplating machine.jpg	Originalseite	Swoolverton	CC BY-SA 3.0

OER-Hinweis: Der neue selbst erstellte Fach- und Aufgabentext kann im Rahmen einer passenden offenen Veröffentlichung nachgenutzt werden. Für eingebundene Bilder gelten die jeweiligen Nachnutzungsbedingungen einschließlich Namensnennung und gegebenenfalls Weitergabe unter gleichen Bedingungen. Videos und geltende Normtexte sind nicht allein durch die Verlinkung frei lizenziert.

Wikipedia-Artikel zur Ergänzung:

Verknüpfte Lernbereiche

Die Fertigung verbindet Chemie und Elektrochemie mit Physik und Mathematik für Strom und Stoffbilanz. Informatik und CAD unterstützen Plan- und Prozessdaten, Qualitätsmanagement und Messtechnik sichern die Abnahme; Arbeitsschutz, Umweltschutz und Kreislaufwirtschaft begleiten jeden Schritt. Wesentliche Vorläufer sind Oberflächenvorbehandlung und Anlagenbedienung, wesentliche Fortsetzungen Prozessoptimierung, Nachbehandlung und Entsorgung.