Optimale Vorbereitung für Resist und Lötstopplack

Um die Kupferoberfläche von Leiterplatten zu säubern und anzurauen, werden in der Regel Bürstmaschinen mit Schleifwalzen verwendet. Damit lassen sich zwar Bohrgrate entfernen, eine optimale Haftung des Fotoresists sowie des Lötstopplacks lässt sich jedoch nicht erreichen, da die abgetragenen Strukturen zu grob sind.

Die Leiton GmbH hat daher eine neuartige, chemische Vorreinigung in den laufenden Produktionsprozess seiner Leiterplattenfertigung integriert. Dabei handelt es sich um eine Mikroätze auf der Basis von Wasserstoffperoxid, die vom amerikanischen Chemieexperten OMG entwickelt wurde. Durch die gleichmäßigere Bearbeitung haften Resist und Lötstopplack deutlich besser und es lassen sich Leiterbahnen von nur 50µm darstellen. Zu Beginn des Verfahrens werden die Leiterplatten bei einer Temperatur von 35°C entfettet, von Oberflächenverschmutzungen gereinigt und anschließend gespült. Im darauf folgenden Mikroätzbad wird die zugesetzte Menge des Additivs Glibrite von 3,5% des Gesamtvolumens auf 4 erhöht. Der Anteil der Schwefelsäure bleibt konstant bei 2,5 und die Konzentration des Wasserstoffperoxids steigt um ein Prozent auf 4,5 an. Nach einer weiteren Spülkaskade folgt die Entfernung der Restchemie, danach wiederum zwei Spülgänge, um die Platte anschließend bei 80°C zu trocken.

„Die Vorreinigung durch Glibrite GB-4300R30 ließ sich unkompliziert in die vorhandenen Produktionsanlagen integrieren. Die chemische Behandlung der Oberflächen erfolgt ökonomisch und erzeugt bei einer sehr geringen Ätzrate von nur 0,3 bis 0,7µm einen optimal homogenen Haftgrund für die weitere Bearbeitung der Leiterplatten", erläutert Mario Gehrau, der als Produktionsleiter bei Leiton die Kooperation mit der OMG Europe GmbH vorangetrieben hat. Bereits in der kürzlich abgeschlossenen Einlaufphase hat sich die Innovation als Glücksgriff erwiesen: Die Durchlaufzeiten verkürzten sich und die Fertigungsqualität verbesserte sich erheblich.

Die Vorbereitung für den Resist ist deshalb so wichtig, weil die gleichmäßige Rauigkeit über die Haftung der Fotostruktur entscheidet. Kommt es beim Auflaminieren zu Fehlern, werden mehr Stellen belichtet als für die Darstellung der Leiterbahnen notwendig – die Platte kann folglich nicht verwendet werden. Durch die Verwendung von Glibrite lässt sich eine solche Unterwanderung vermeiden, was zu einem deutlich geringeren Ausschuss und einer entsprechend höheren Terminsicherheit führt. Ähnliches gilt für den Lötstopplack: Haftet dieser nicht richtig und es wird beispielsweise Chemisch Zinn für die Endoberfläche verwendet, kann es dazu kommen, dass dieser unterwandert wird und abplatzt. Auch höhere Temperaturen können einen solchen Effekt hervorrufen.

„Durch die neue Behandlungsmethode eignen sich die Oberflächen zudem perfekt als Untergrund für Bond-Endoberflächen", betont der Produktionsleiter. „Ein weiterer Vorteil – gerade in Hinblick auf die Zukunft dieses Industriezweigs – ist die Möglichkeit, immer feinere Strukturen darzustellen", führt Gehrau weiter aus. Ebenfalls in Kooperation wurde kürzlich eine „Desmear"-Anlage mit in Betrieb genommen. Der Prozess dient zur Bohrlochreinigung von Multilayern sowie zweilagigen Leiterpatten und wird direkt vor der Durchkontaktierungslinie gefahren. „Chemisch gesehen handelt es sich bei Desmear um eine Rückätzung, die für die Entfernung geschmolzener Glasfaserrückstände eingesetzt wird. Nach dem Bohren der Leiterplatten, die meist aus glasfaser-verstärktem Epoxidharz bestehen, bleiben an den Rändern der Löcher ansonsten Glasfaser- und Harzreste zurück", berichtet Gehrau.

Die Behandlung findet in drei Prozessstufen statt: Zunächst wird der Bohrstaub entfernt, dann müssen die gebohrten Leiterplatten auf die nachfolgende Behandlung mit der alkalischen Permanganatlösung vorbereitet werden. Dafür wird der Hole Cleaner 340, ein biologisch abbaubarer Queller verwendet, der das Harz in den Bohrlöchern aufweicht. Das Mittel kann in gleicher Weise bei verschiedenen Harzen und Polyamidharzsystemen eingesetzt werden und eignet sich aufgrund der extrem niedrigen Oberflächenspannung ausgezeichnet, um Mikrovias und besonders kleine Bohrungen zu benetzen.

Anschließend wird der Oxidizer, ein Desmearsystem auf Permanganatbasis, dazu verwendet, die Bohrlochwandung vollständig zu reinigen und gegebenenfalls anzuätzen. Durch die ausgeprägtere Topographie soll die Haftung für das nachfolgende Black Hole-Verfahren gesteigert werden. Anders als bei einer Plasmabehandlung kommt es beim Oxidizer nicht zu elektrischen Feldvariationen. Außerdem ist das System auch bei Polyamidharzen wirksam, was ebenfalls von Vorteil ist. Zum Schluss werden die Rückstände in einem Neutralizer reduziert und gleichzeitig, bei Bedarf, das nach der Oxidierstufe entwickelte Glas angeätzt. Auf diese Weise lassen sich Innenlagen, Multilayer und doppelseitige Schaltungen mit einer mikrofein strukturierten Harzoberfläche herstellen. Leiton nutzt den Rückätzprozess auch bei zweilagigen Leiterplatten für eine verbesserte Hülsenhaftung.