Eine große Variantenvielfalt hinsichtlich Lagenaufbau und Layout gepaart mit hoher Zuverlässigkeit – diesen Spagat müssen Leiterplattenhersteller von kleineren Stückzahlen – also Prototypen bis hin zu mittlere Serien – schaffen, um im Wettbewerb bestehen zu können. Einer der Kernprozesse ist die Direktmetallisierung, die dazu dient, eine Platierbasis für die Aufkupferung der Bohrhülsen zu schaffen. Chemisch werden elektrisch leitfähige Partikel auf der Wandung der Bohrhülse abgeschieden. Hohe Variantenvielfalt bedeutet demnach, viele verschiedene Materialien in vielen unterschiedlichen Layouts und Aspekt-Verhältnissen von Bohrungstiefe zu Bohrdurchmesser, auf denen abgeschieden werden muss.

Beispiel für gelaserte Blind Vias: Zwar gelasert und kontaktiert bei Ilfa, aber nicht gepluggt.

Beispiel für gelaserte Blind Vias: Zwar gelasert und kontaktiert bei Ilfa, aber nicht gepluggt. Ilfa

Ilfa arbeitet konstant an der Entwicklung und Realisierung seiner eigenen Investitionsinitiative „Das Projekt µ“. Mit einem Budget von 3,2 Mio. Euro für die Jahre 2015 bis 2017 erweitert der Leiterplattenhersteller aus Hannover seine Produktionskapazität und baut seine technologischen Kompetenzen weiter aus. Mit diesem Projekt kommt der Leiterplattenhersteller seinem ehrgeizigen Ziel näher, die Line/Space-Parameter bei einer Kupferdicke von 17 µm von 30/30 µm und bei 35-µm-Kupferdicke von 50/50 µm prozesssicher fertigen zu können. Nach der Implementierung einer neuen Duallaser-Maschine investierte Ilfa auch in ein neues Direktmetallisierungsverfahren.

Beispiel für gelaserte Blind Vias von Ilfa: Das Viafilling wurde jedoch von Hofstetter PCB Platting vorgenommen.

Beispiel für gelaserte Blind Vias von Ilfa: Das Viafilling wurde jedoch von Hofstetter PCB Platting vorgenommen. Ilfa

Direktmetallisierung auf dem Prüfstand

Anfang 2016 wurden die gängigen Durchkontaktierungsverfahren getestet, die derzeitig auf dem Markt angeboten werden. Das Durchkontaktierungsverfahren, welches alle Anforderungen erfüllte, war Neopact von Atotech. Dabei handelt es sich um eine organisch stabilisierte und palladiumbasierte Technologie, welche es ermöglicht alle gängigen Basismaterialien zu bearbeiten. Auch bei PTFE erreicht Neopact sehr gute Beschichtungsergebnisse. Für Dr. Andres Gombert, Geschäftsführer von Ilfa, stellt Neopact die richtige Wahl für alle Anwendungen dar, somit auch für Anwendungen mit außergewöhnlichen Laminaten: „Der Prozess basiert auf umweltfreundlicher Chemie und macht Neopact zu einem zukunftsorientierten Verfahren, mit dem wir auch das Aspektverhältnis vergrößern können.“

Schliffbilder von gelaserten Blind Vias: Mit den angepassten Prozessen wird...

Schliffbilder von gelaserten Blind Vias: Mit den angepassten Prozessen wird… Ilfa

Bei der Direktmetallisierung spielt neben der Chemie auch die Maschinentechnik und Maschinensteuerung eine große Rolle. Der Anlagenbauer Schmid stellt Direktmetallisierungsanlagen her, welche das anspruchsvolle Anforderungspaket von Ilfa sicher erfüllen. Die alkalische Ätzanlage mit einem Recyclingsystem für Kupfer und einem Zinnstripper ermöglicht eine weitaus höhere Genauigkeit über die Ätzfläche und erreicht damit eine optimierte Geometrie des Ätzfußes. Ein wichtiger Punkt des Anforderungspakets waren die Dicken der zu prozessierenden Fertigungsnutzen, die von 25 µm bis 3,2 mm spezifiziert waren. Die Kombination von Maschine und Chemie war jedoch neu. So haben die Partner Atotech, Schmid und Ilfa intensiv an der optimalen Lösung gearbeitet und konnten Anlage und Chemie im August 2017 für alle bei Ilfa gefertigten Leiterplatten freigeben.

Mit „Das Projekt µ“ zu neuer Fertigungstechnik

Anspruchsvolle HDI-Leiterplatten weisen oft deutlich mehr als 10000 Blind Vias und Stacked-Vias auf. Diese kann man mechanisch bohren und zur Erzielung höchster Qualität verfüllen (pluggen). Layoutbedingt werden Bohrungsdurchmesser unter 120 µm immer häufiger notwendig. Hierbei stößt das mechanische Bohren und Pluggen jedoch an seine Grenzen. Aus diesem Grund investierte Ilfa in eine Combidrill-Laserbearbeitungsstation von Schmoll Maschinen. Die sogenannte Duallaser-Maschine verwendet zwei verschiedene Laserquellen. Mittels UV-Laser (Wellenlänge 355 nm) ist es möglich, die Kupferlagen optimal zu trepanieren. Organik, Keramik und Glas lassen sich hingegen sehr gut mit einem CO2-Laser (Wellenlänge 10,6 µm) entfernen, ohne die nächste Kupferlage zu durchbohren.

...nun eine außerordentlich gute Bohr- und Durchkontaktierungsqualität erreicht.

…nun eine außerordentlich gute Bohr- und Durchkontaktierungsqualität erreicht. Ilfa

„Wir haben lange gesucht und gewartet, bis eine Duallaser-Maschine auf den Markt kam, welche vergleichsweise kleine Abmaße, gute Strahlqualität und eine optimal kompatible Software mit den bestehende Bohrmaschinen aufwies“, unterstreicht Gombert und führt weiter aus: „Mit dieser Maschine sind wir in der Lage mehr als 150 Löcher pro Sekunde im Durchmesserbereich von 80 bis 120 µm von einer Kupferlage auf die nächste oder übernächste Lage zu bohren.“ Hierbei lassen sich problemlos FR4, PTFE-gefüllte HF-Materialien und keramisch-gefüllte HF-Materialien bearbeiten.

Ätzanlage von Schmid: Besonders die Reproduzierbarkeit des Ätzergebnisses durch im System hinterlegte Rezepturen verschafft Ilfa einen Wettbewerbsvorteil.

Ätzanlage von Schmid: Besonders die Reproduzierbarkeit des Ätzergebnisses durch im System hinterlegte Rezepturen verschafft Ilfa einen Wettbewerbsvorteil. Schmid

Die Prozessparameter für das Laserbohren konnten vergleichsweise schnell erstellt werden. Die Hauptarbeit lag darin, die gesamten Folgeprozesse vom Desmearing, über die Direktmetallisierung bis zur Durchkontaktierung auf den Laserprozess anzupassen. Form und Zustand der Bohrungshülse unterscheiden sich zwischen mechanischen und gelaserten Bohrungen. „Mit den angepassten Prozessen erreichen wir eine außerordentlich gute Bohr- und Durchkontaktierungsqualität, obwohl wir etwa 100-mal schneller als bislang bohren können“, resümiert Gombert.

Für feine Bohrungen und unterschiedliche Materialien eignet sich Laserbearbeitungsstation Combidrill von Schmoll, da sie zwei verschiedene Laserquellen verwendet.

Für feine Bohrungen und unterschiedliche Materialien eignet sich Laserbearbeitungsstation Combidrill von Schmoll, da sie zwei verschiedene Laserquellen verwendet. Schmoll