In der komplexen Fertigung einer Leiterplattenherstellung gibt es für die Kernprozesse Durchkontaktierung und Strukturierung zwei typische Herstellungsverfahren. Es wird dabei in das sogenannte „Patternplating“ und „Panelplating“ unterschieden. Je nach Anforderungen, Lagenaufbau und Layout entscheidet die KSG über das am besten geeignete Herstellungsverfahren. Dabei kann auch eine Kombination beider Verfahren („Semi-Pattern-Plating“) zur Anwendung kommen. Design Rules hierzu finden Sie unter → 8.6 Design Rules | Außenlagen/metallisierte Lage.
Allgemein: Die Einordnung in den Fertigungsprozess
Was bedeutet Patternplating?
Der Begriff „Patternplating“ bedeutet sinngemäß das Beschichten (plating) mit einem Muster (pattern). Es beschreibt also die selektive galvanische Beschichtung eines Fertigungspanels, die zuvor mit einer Fotomaske versehen wurde. Im Fotoprozess wird die Fotomaske negativ auf das Panel appliziert, um in der Galvanik das Leiterbild selektiv aufzubauen. Man spricht daher auch vom LBA bzw. dem Leiterbildaufbau. Die mit der Fotomaske abgedeckten Bereiche sind die Flächen, die später weggeätzt werden. Um das abgeschiedene Kupfer vor dem folgenden Ätzprozess zu schützen, wird zudem noch eine dünne Zinnschicht auf dem Kupfer aufgebracht. Diese Zinnschicht dient als Ätzresist und übernimmt keine Funktion für den Lötprozess. Sie wird nach dem Ätzprozess wieder entfernt.
Vorteile von Patternplating
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Weniger zu ätzendes Kupfer und somit geringere Abstände bei vergleichbarer Leiterbildenddicke als im „Panelplating“ möglich - Tendenziell kleinere Restringe als bei „Panelplating“ realisierbar, da die Bohrungen nicht abgedeckt werden müssen und es keine Auflagefläche für die Fotomaske um die Bohrung herum braucht
- Einfache Rückgewinnung des abgeätzten Kupfers aus dem alkalischen Ätzprozess und Recycling der verbrauchten Ätzlösung
- Geringere Einschränkungen bei Größen und Formen von metallisierten Kanten
- Herstellung von teilmetallisierten Bohrungen ohne Grat nach dem frästechnischen Öffnen der Hülsen möglich
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Herausforderungen
- Layoutbedingte Schwankungen der Kupferhöhen über das ganze Produktionspanel sind im Vergleich zum „Panelplating“ höher (die Vermeidung einer inhomogenen Kupferverteilung über das Layout kann dem entgegenwirken – „Copper Balancing“)
- Zusätzliche Prozessschritte durch die Abscheidung und Entfernung der technologischen Ätzresistschicht (galvansich Zinn) erforderlich
- Die Kupferschichtdicke, die selektiv abgeschieden werden kann, ist im Gegensatz zum „Panelplating“ durch die Höhe der Fotomaske begrenzt
Was versteht man unter Panelplating?
Der Begriff „Panelplating“ leitet sich aus dem Produktionsformat, dem engl. Begriff „Panel“ (Zuschnitt/ Druck) und der Kupferbeschichtung, dem engl. Wort „Plating“ ab. In diesem Fall wird die Beschichtung ohne Fotomaske, also vollflächig, durchgeführt.
Für die Leiterplattenherstellung wird auch die Begrifflichkeit „Tentingtechnik“ verwendet, da bei dieser Technologie nach dem galvanischen Beschichten die Bohrungen/Löcher mit einer Fotomaske (Resistfolie) überspannt/überzeltet (Zelt=Tent) werden. Im Gegensatz zum „Patternplating“ wird hier die Fotomaske positiv appliziert und alle abgedeckten Bereiche entsprechen auch den Strukturen, die nach dem Ätzprozess auf dem Panel verbleiben.
Vorteile von Panelplating
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Sehr gleichmäßige Kupferhöhe über das gesamte Produktionspanel, da Layouteffekte nur durch die Verteilungen der durchkontaktierten Bohrungen entstehen - Genaue Steuerung der Cu-Schicht möglich bspw. für Bohrungen mit sehr engen Toleranzen (bspw. Micro-Press-Fit, eine spezielle Art der Einpresstechnik)
- Geringere Belastung der galvanischen Kupferbäder mit Abbauprodukten aus den Fotomasken
- Abscheidung einer Zinnschicht nicht erforderlich, da die Funktion des Ätzresist von der Fotomaske übernommen wird
- Keine Begrenzung der abzuscheidenden Kupferschicht durch die Höhe der Fotomaske
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Herausforderungen
- Etwas größere und geschlossene Restringe notwendig, als bei „Patternplating“
- Nicht ganz so feine Strukturen wie bei „Patternplating“ möglich
- Bestimmte Layout-Elemente wie bspw. große Durchgangsbohrungen, Fräsungen bzw. Kantenmetallisierungen können nicht in jedem Fall mit Fotomaske zuverlässig abgedeckt werden
- Die Strukturierung hat im Vergleich den höheren Anspruch, da der komplette Kupferaufbau geätzt werden muss (umso mehr Kupferdicke geätzt werden muss, umso größer müssen die Abstände sein)
- Kupferrückgewinnung aus den hier verwendeten sauren Ätzlösungen ist im Vergleich zum alkalischen Ätzprozess etwas aufwendiger, da keine direkte Elektrolyse möglich ist
FAZIT
Die generelle Herausforderung besteht darin, die erforderlichen Kupferschichtdicken in den Bohrungen in Einklang mit dem zu strukturierenden Layout zu bringen. Trotz der Weiterentwicklung von Anlagen und Prozessen führt eine hohe Kupferschichtdicke in Bohrungen bei gleichzeitig sehr kleinen Line/Space immer zu einem Mehraufwand, der sich letztendlich auch in den Kosten niederschlägt. Ebenso spielt das Layout, d.h. die Verteilung der Kupferflächen und der Bohrungen innerhalb einer Schaltung eine nicht zu unterschätzende Rolle für die Kupferabscheidung. Durch ein gezieltes „Copper Balancing“ der Schaltungen, wie z.B. das Auffüllen von Freiflächen (auch Bereiche die später weggefräst werden), kann die Qualität der Leiterplatten bereits in der Designphase positiv beeinflusst werden.
Noch Fragen?
Sie haben weitere Fragen zum Thema Leiterplattendesign oder benötigen Unterstützung beim Layout- und Entwicklungsprozess?
Dann wenden Sie sich einfach an die erfahrenen Experten unseres Technischen Supports:
Telefon: +49 3721 266-555
E-Mail: ts@ksg-pcb.com
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2 Antworten
Informativer und gut verständlicher Artikel über das Patternplating und Panelplating in der Elektronikfertigung, bei dem die Funktionsweise und Vorteile der beiden Verfahren praxisnah erklärt sind. Nach unseren Erfahrungen ist Panelplating gerade bei großen Stückzahlen meist die bessere Option, da die Kosten für große Produktionsserien pro Einheit reduziert werden.
Sehr gut beschrieben und herausgearbeitet.