Feine Layouts, kleine Bauteile Es wird eng!

Die Layouts werden immer feiner, die elektronischen Bauelemente immer kleiner: Der Platz für ein Bauelement auf der Platine wird dadurch enger und die »Landeflächen« kleiner. Der Leiterplattenhersteller Becker & Müller hat sich dazu Gedanken gemacht.

Die Weiterentwicklung und das Ausreizen der bestehenden Prozesse sowie die Suche nach Potentialen war ein aufwändiger Prozess, den wir intensiv verfolgt haben. Letztendlich konnten wir in unserem Workflow eine gute Problemlösung anbieten«, erklärt Michael Becker, einer der Geschäftsführer der Becker & Müller Schaltungsdruck. Michael Becker und sein Kompagnon Xaver Müller beobachten die Entwicklungen der Branche stets aufmerksam und ziehen den antizipierten technischen Entwicklungen mit eigenen Lösungsvorschlägen voraus. Damit wird vermieden, an dem einen oder anderen Punkt der Entwicklung hinterherzulaufen und eventuell handlungsunfähig zu sein. Wobei auch an konkreten Kundenprojekten selbst reagiert wird. Das Unternehmen wurde beispielsweise aktuell in ein Projekt einbezogen, in dem der Kunde mit der bestehenden Leiterplattenlieferantenbasis die neuen, engen Spezifikationsanforderungen nicht mehr erfüllen konnte. »Der Prototypkunde forderte höhere Genauigkeit mit kleineren Toleranzen, wie sie von bisherigen Leiterplattenherstellern nicht erreichbar gewesen waren«, so Müller.

Da Becker & Müller schon im Vorfeld mit Investitionen und eigenen Testreihen die notwendigen Voraussetzungen geschaffen hatte, konnte zeitnah reagiert werden. Der technologisch größte Schritt war die strategische Investition in einen Direktbelichter. Die Layouts werden direkt auf das Trägermaterial aufgebracht und müssen nicht durch einen weiteren Zwischenschritt über einen Film übertragen werden, denn auch das Filmmaterial unterliegt Veränderungen. Dieser Teilschritt und die damit entstehenden Ungenauigkeiten können so eliminiert werden. Durch die direkte Belichtung werden die Layouts wesentlich präziser auf die Materialien übertragen.
 

Ein wichtiger Schritt war daher die genaue Beobachtung und Analyse, wie die unterschiedlichen Basismaterialien der Leiterplatten unter thermischen Einflüssen reagieren und wie damit umgegangen werden kann.
Da bei der Fertigung die Leiterplatten einige thermische Prozesse durchlaufen, sind Dimensionsänderungen des Basismaterials normal. Dieser Materialverzug ist nicht weiter störend, solang der Verzug die Fertigungsqualität bei der Bestückung nicht beeinträchtigt. Wenn aber auch nach bester Ausrichtung der Schablone zur Leiterplatte die äußeren SMD-Pads nur noch zur Hälfte deckend sind, wird ein zuverlässiger Druck nicht mehr möglich.

Eine Lösung bietet eine Größenanpassung bzw. Skalierung der Schablone. Das kann jedoch erst nach Fertigung der Leiterplatte durch präzise Vermessung erfolgen. Bei der Fertigung von Schablonen selbst treten nur geringe Toleranzen auf, da diese keine thermischen Prozesse durchlaufen müssen - sie sind nicht relevant. Ein alternativer, neuer Ansatz ist es, die Leiterplatte dimensionsgenau herzustellen. Durch intensive Weiterentwicklung und das Ausreizen der bestehenden Leiterplattenprozesse kann so der Verzug von Leiterplatten, die im Standardprozess bis zu ±100 µm auf 250 mm Länge liegen, wesentlich verbessert werden.

In einem konkreten Kundenprojekt musste der Verzug auf maximal ±25 µm bei dieser Leiterplattenlänge reduziert werden. Weil die Verzüge durch die Beschaffenheit des Materials in x- und y-Richtung unterschiedlich sind, muss dies im Lösungsansatz, wie er bei Becker & Müller verfolgt wurde, berücksichtigt werden. Die Größe des Layouts wird für den Pastendruck an die thermischen Eigenschaften des Leiterplattenmaterials angepasst bzw. skaliert. Natürlich muss auch hier an die korrekte Ausrichtung des Materials gedacht werden. In der Fertigung konnte auf diesem Weg eine Toleranz von unter ±25 µm erreicht werden. Durch Veränderung des Prozesscontrollings und durch Analysen des gesamten Prozesses ließen sich die Paramater sauber und exakt bestimmen. Diese Ergebnisse plant der Leiterplattenhersteller bei engen Spezifikationsanforderungen in den Produktionsprozess mit ein. Zum Prozess gehört es auch, sicherzustellen, dass die Materialausrichtung immer gleich ist.