Entwicklung der Fertigungstechnologie für flexible Leiterplatten

PI-Ätztechnologie

Bereits im Jahr 2005 verzeichnete die flexible Leiterplatte, die für ihren Einsatz in Mobiltelefonen auf 2-lagiges flexibles CCL (kupferkaschiertes Laminat) angewiesen ist, mehr als 15.000 m²Der Output erfolgt in der Regel durch das Herstellen von Vias und Nuten auf PI- (Polyimid-)Substratmaterial, das in flexiblem CCL verwendet wird und von mechanischen Fertigungsverfahren wie Stanzen oder Bohren oder neuen Laserbearbeitungen abhängt. Angesichts der hohen Dichte von flexiblen Leiterplatten (Printed Circuit Board, PCB) und der geringeren Substratdicke ist es besser, eine Nassbehandlungstechnologie einzusetzen, um mit der Massenproduktion und Kostensenkung kompatibel zu sein und Vias sowie Nuten auf dem PI-Substratmaterial durch Ätzen zu öffnen.

Der Mechanismus des PI-(Kapton)-Ätzens wird in diesem Abschnitt erläutert. Kapton wird durch eine kombinierte Reaktion zwischen Pyromellithsäuredianhydrid (PMDA) und DADPE plus Imid gebildet. Die Hydroxylgruppen in der Ätzlösung reagieren mit dem Imid, wodurch PMDA und DADPE gelöst werden, was zu einem erfolgreichen Ätzprozess führt.

Während des Ätzprozesses stehen zwei Arten von Ätzresists zur Verfügung, um Bilder zu schützen. Die eine ist ein Kupferätzresist, bei dem das Kupferleiterbild die PI-Folie schützt, während die andere ein bildgebender Ätzresistfilm ist, der Grafiken durch Folie, Belichtung und Abbildung schützt. Ein Vergleich zwischen den beiden Arten von Ätzresist ist in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.

Subtraktiver Prozess, volladditiver Prozess und semiadditiver Prozess

PCB, einschließlichflexible Leiterplattetendiert zur Entwicklung hin zu High Density Interconnect (HDI) mit feinen Leiterbahnen, Microvias und mehreren Lagen. Feine Leiterbahnen beziehen sich auf solche, deren Leiterbahnbreite und -abstand unter 0,1 mm liegen und deren feiner Pitch weniger als 0,2 mm beträgt.

Wenn die Erzeugung hochdichter Feinstrichgrafiken in Betracht gezogen wird, umfassen die technologischen Verfahren die folgenden drei Methoden.

• Subtraktiver Prozess

Als ein üblicherweise verwendetes Kupferfolien-Ätzverfahren gilt das Subtraktivverfahren als ausgereifte Technologie, die seit Jahrzehnten eingesetzt wird. Dennoch wird es aufgrund seiner Einschränkungen in Bezug auf hochdichte Feinstleiter-Schaltungen nach wie vor schrittweise weiterentwickelt. Unter den Subtraktivverfahren wird das Siebdrucken als Ätzresist am häufigsten eingesetzt, da es mit der Massenproduktion kompatibel ist, eine hohe Bedienungsfreundlichkeit aufweist und kostengünstig ist. Am typischsten ist dabei der bildgebende Trockenfilm-Ätzresist.

Um das Ziel feiner Leiterbahnen zu erreichen und die Auflösung des Ätzresists zu verbessern, besteht die erste Methode in der Verwendung einer dünnen Trockenfilm-Ätzresistschicht von 35 μm, 25 μm, 15 μm bis 10 μm. Die zweite Methode besteht in der Verwendung von Nassfilm (flüssig belichtbarem Ätzresist), wobei die Schichtdicke im Bereich von 10 μm bis 6 μm liegt. Außerdem sollte die Ätzfähigkeit verbessert werden. Einerseits zielt dies darauf ab, die Stabilität der Ätzauflösung aufrechtzuerhalten, und andererseits darauf, die Ätzanlage zu verbessern. Darüber hinaus sollte dünne Kupferfolie verwendet werden, deren Dicke von 18 μm, 12 μm, 9 μm bis 5 μm reicht, um Seitenätzung zu reduzieren und die Ätzgenauigkeit zu gewährleisten.

• Volladditiver Prozess

Der vollständig additive Prozess umfasst die folgenden Punkte:
a. Isolierendes Substrat;
b. Saatlage, die auf der Oberfläche des Substratmaterials erzeugt wird;
c. bildgebbares Ätzresist;
d. Galvanografiken;
e. Isolationsschicht und Via-Herstellung;
f. Immersionskupfer

Mit PI-Folie als Substratmaterial für flexible Leiterplatten ist die Isolationsschicht ein photosensitives PI-Harz. Bis jetzt wurden Feinstleiter mit Leiterbahn- und Abstandsbreiten von jeweils 5 μm realisiert, und die Via-Öffnung kann 20 μm oder sogar 10 μm betragen.

• Semi-additives Verfahren

Das semiadditive Verfahren liegt zwischen dem subtraktiven Verfahren und dem volladditiven Verfahren und umfasst die folgenden Schritte und Elemente:
a. Dünnes CCL oder ein isolierendes Substrat kann verwendet werden;
b. Mechanisches Bohren oder Laserbohren kann durchgeführt werden und anschließend führt chemisch abgeschiedenes Kupfer dazu, dass es zu einer Durchkontaktierung wird;
c. Auf der Oberfläche bildet sich eine negative Musterung;
d. Anschließend wird eine Kupferbeschichtung auf den Grafiken durchgeführt;
e. Bildgebbarer Ätzresist wird entfernt;
f. Kupfer sollte weggeätzt werden.

Der Vergleich zwischen dem subtraktiven Verfahren, dem volladditiven Verfahren und dem semiadditiven Verfahren ist in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

Aufbautechnologie

Die Fertigungstechnologie für starre HDI-Leiterplatten basiert hauptsächlich auf dem Aufbauverfahren, das sich gleichermaßen für mehrlagige flexible Leiterplatten und starrflexible Leiterplatten eignet.

Zu den führenden Methoden der Build-up-Technologie gehören der schichtweise Aufbau, BUMED-Interconnect, Full-Microvia-Verbindung und PALAP (Patterned Prepreg Lay Up Process). Verfahren zur Via-Herstellung lassen sich in mechanisches Bohren, mechanisches Stanzen, Laserbohren, Plasmaätzen von Vias, fotosensitive Via-Herstellung und chemisches Ätzen einteilen.

Die Herstellung flexibler Leiterplatten beruht ebenfalls auf Aufbau-Technologie, was zur Entstehung vonBlind-Via und Buried-Viaund gestapelte Microvias mit hoher Dichte wurden erreicht. Die Herstellung von Starrflex-Leiterplatten stützt sich stärker auf die Aufbau-Technologie, und eine typische Variante wird als Snap-off-Starrflex-Leiterplatte bezeichnet. Die herkömmliche Starrflex-Leiterplatte wird hergestellt, indem die flexible Lage in der Mitte platziert und anschließend die Aufbaufertigung durchgeführt wird, was als umständlich gilt. Die Snap-off-Starrflex-Leiterplatte hingegen wird erzeugt, indem zunächst ein starrer mehrlagiger Kern hergestellt wird, dann eine bieg­bare Oberflächenleiterbahn auf der Aufbauschicht und schließlich die starre Leiterplatte nach der Bauteilbestückung entfernt wird.

Erzeugung von Coverlay

Beim Herstellungsprozess der flexiblen Leiterplatten-Abdeckfolie (Coverlay) wird PIC (photoimageable Coverlay) auf die Leiterplattenoberfläche laminiert und anschließend das Leiterbahn-Anschlussfeld durch Belichten und Entwickeln freigelegt. Dieses Verfahren erfordert weder ein vorheriges Stanzen der Abdeckfolie noch das Öffnen von Fenstern durch Bohren von Vias, wodurch eine besonders hohe Genauigkeit der Grafikposition erreicht wird. Eine weitere neue Technologie ist das Ätzen von Polyimid, bei dem Vias in die Polyimid-Abdeckfolie oder das Substratmaterial gebohrt werden.

Modifikationen von Geräten zur Herstellung flexibler Leiterplatten

Basierend auf verschiedenen Fertigungsmodi von flexiblen Leiterplatten (flexible PCB) wird die Fertigungsausrüstung für flexible Leiterplatten in zwei Kategorien eingeteilt: Einzelnblatt und Rolle-zu-Rolle. Die Einzelnblatt-Fertigung für flexible Leiterplatten funktioniert auf die gleiche Weise wie für starre Leiterplatten. Das Basismaterial wird zunächst in einzelne Stücke geschnitten, die dann nacheinander gefertigt werden. Um die Fertigungseffizienz zu verbessern, wird stärker auf Rolle-zu-Rolle-Fertigung gesetzt. Neben vollautomatischen Rolle-zu-Rolle-Fertigungslinien für einseitige flexible Leiterplatten stehen zahlreiche Rolle-zu-Rolle-Fertigungsanlagen mit einer einzelnen Prozessstufe zur Verfügung, um die Anforderungen der Fertigung von doppelseitigen Leiterplatten und mehrlagigen Leiterplatten zu erfüllen.

Was den Freiheitsgrad in der Fertigung betrifft, ist die Einzelfertigung von Leiterplatten bequemer. Daher sollte der Schwerpunkt auf der Fertigungsausrüstung für einlagige flexible Leiterplatten liegen und diese optimiert werden. Die Schlüsselaufgabe besteht in der Verbesserung der Übertragungsvorrichtung, die sich besser für die Herstellung dünnerer flexibler Leiterplatten eignet.

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