Metallisierte Durchkontaktierungen stellen elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen Kupferschichten einer mehrlagigen Leiterplatte her. Damit diese Verbindungen zuverlässig bleiben, muss die gebohrte Lochwand vor der Kupfermetallisierung ordnungsgemäß vorbereitet werden.
Ein wichtiger Schritt dieser Vorbereitung ist das Entschmutzen (Desmear).
Obwohl das Entschmutzen auf der fertigen Leiterplatte nicht sichtbar ist, kann eine unzureichende Lochwandvorbereitung zu Plattierungsfehlern, schwachen Verbindungen zwischen inneren Schichten sowie zu verringerter Zuverlässigkeit während der Montage oder im Langzeitbetrieb führen.
Mehrlagige Leiterplatten werden normalerweise nach dem Laminieren der einzelnen Kupferschichten und Dielektrikum-Materialien mechanisch gebohrt.
Während des mechanischen Bohrens erzeugt der Bohrer Wärme und Reibung. Dadurch kann das Epoxidharz im Laminat weich werden und sich auf der Lochwand verteilen. Dieser Rückstand wird als Harzverschmutzung (Resin Smear) oder Bohrverschmutzung (Drill Smear) bezeichnet.
Die Verschmutzung kann die freiliegenden Kanten der inneren Kupferschicht teilweise bedecken. Bleibt sie an der Bohrlochwand erhalten, kann sie die elektrische Verbindung zwischen dem beschichteten Kupferzylinder und den inneren Kupferschichten stören.
Desmear ist ein Bohrlochwand-Vorbereitungsprozess, der nach dem Bohren und vor der elektrolosen Kupferabscheidung durchgeführt wird.
Desmear stellt die elektrische Verbindung nicht selbst her. Stattdessen bereitet es die Bohrlochwand so vor, dass die nachfolgenden Metallisierungs- und Galvanikprozesse einen kontinuierlichen Kupferzylinder bilden können.
Harzschicht auf der Bohrlochwand vor der Entfernung des Harzüberzugs im Vergleich zu einer ordnungsgemäß vorbereiteten und metallisierten Bohrlochwand.
Ein Durchkontaktierungs-Bohrloch muss mit den Kupfer-Pads oder -Ebenen der inneren Lagen verbunden sein. Wenn eine Harzschicht den freiliegenden Kupferrand bedeckt, kann sich das abgeschiedene Kupfer möglicherweise nicht vollständig mit dieser Lage verbinden. Eine ordnungsgemäße Entfernung des Harzüberzugs beseitigt diese Behinderung und ermöglicht es dem Metallisierungsprozess, das Kupfer der Innenlagen zu erreichen.
Chemisch abgeschiedenes Kupfer muss die Bohrlochwand vor dem Aufbau der erforderlichen Kupferdicke mittels Elektroplattierung vollständig bedecken. Eine unzureichend vorbereitete oder kontaminierte Bohrlochwand kann zu unvollständiger Kupferbedeckung oder Plattierungsfehlern führen. Die Reinigung und Vorbehandlung der Oberfläche schaffen eine geeignete Grundlage für die Metallisierung.
Während der Leiterplattenbestückung und des Betriebs ist die Platine Temperaturschwankungen ausgesetzt. Laminate und Kupfer dehnen sich mit unterschiedlichen Raten aus, wodurch mechanische Spannungen auf den durchkontaktierten Bohrungssteg wirken. Jede Schwachstelle oder unvollständige Verbindung an der Grenzfläche der Innenlagen kann das Risiko intermittierender Verbindungen oder Unterbrechungen während thermischer Zyklen erhöhen.
Diese Strukturen können Reinigung, Aktivierung und Kupferbedeckung erschweren. Der Desmear-Prozess muss daher auf das Lamimatmaterial und die Bohrungsgeometrie abgestimmt werden.
Chemische Entschmutzung
Chemische Entschmutzung, üblicherweise auf Basis eines alkalischen Permanganat-Verfahrens, wird häufig für konventionelle mehrschichtige Leiterplatten mit Epoxidharz-Basis eingesetzt. Ein typischer chemischer Prozess umfasst die Schwellungs-, Harzentfernung- und Neutralisationsstufen. Die Prozessparameter müssen so gesteuert werden, dass die Verschmutzung entfernt wird, ohne das dielektrische Material übermäßig anzugreifen.
Plasma entschmutzung
Bei der Plasmabehandlung werden reaktive Gase eingesetzt, um organische Rückstände aus gebohrten Löchern zu entfernen. Sie kann bei bestimmten Hochleistungsmaterialien, flexiblen Substraten, HF-Materialien oder chemisch beständigen dielektrischen Materialien angewendet werden, bei denen das Standard-Chemieverfahren möglicherweise nicht das erforderliche Ergebnis liefert.
In einigen Anwendungen können chemische und plasma-basierte Verfahren kombiniert werden. Die richtige Methode hängt vom Harzsystem, dem Aufbau des Materials und den Zuverlässigkeitsanforderungen ab.
Die Begriffe stehen in Zusammenhang, sind jedoch nicht immer austauschbar.
Entschmutzung entfernt vorrangig Harzrückstände, die während des Bohrvorgangs entstehen.
Das Ätzen nach dem Bohren entfernt gezielt eine definierte Menge dielektrischen Materials von der Bohrlochwand. Dadurch kann mehr Kupferkante der Innenlagen freigelegt und eine stärkere dreidimensionale Verbindung zwischen der Innenlage und dem galvanisch abgeschiedenen Kupfermantel erzeugt werden.
Die erforderliche Behandlung ist gemäß der Leiterplattenspezifikation, des verwendeten Materialsystems und der geltenden Akzeptanzkriterien festzulegen.
Eine übermäßige Behandlung kann die Bohrlochwand ebenfalls beschädigen oder unerwünschtes Harzrücktreten verursachen. Daher stellt die Entschleimung einen kontrollierten Fertigungsprozess dar und nicht lediglich eine Reinigungsoperation.
Leiterplattenhersteller kontrollieren normalerweise die Bohrungsvorbereitung durch eine Kombination aus Prozessüberwachung und Inspektion. Je nach Leiterplattenspezifikation kann die Verifizierung Folgendes umfassen:
Die Querschnittsinspektion ist besonders nützlich, da sie den Zustand des Kupferrohrs sowie dessen Verbindung zu den Innenlagen offenbart.
Wenn alternative Materialien zulässig sind, sollte dies ebenfalls vor der Produktion besprochen werden, da unterschiedliche Harzsysteme möglicherweise unterschiedlich auf die Entschmutzung reagieren.
Die Entschmutzung ist ein kritischer Schritt zwischen dem Bohren und der Metallisierung der Bohrungen in der Mehrschicht-PCB-Herstellung.
Durch das Entfernen von Bohrrückständen, das Freilegen der Kupferschichten der inneren Lagen sowie das Vorbereiten der Bohrungswand für die Metallisierung trägt ein ordnungsgemäß gesteuertes Entschmutzungsverfahren zur Herstellung kontinuierlicher und zuverlässiger Durchkontaktierungen bei.
Für Standard-Mehrlagen-PCBs, HDI-Platinen und Hochzuverlässigkeitsanwendungen ist eine korrekte Bohrlochwandvorbereitung eine wichtige Grundlage für die langfristige Leistungsfähigkeit von PCBs.
Aktuelle Nachrichten
EN
