Feinstleiter

Eine Marktanforderung oder ein Marketing Tool der PCB-Industrie?

Das Thema Feinstleitertechnik wird in der Fachwelt angeregt diskutiert. Nicht immer verstehen darunter aber alle dasselbe. Es gibt keinen allgemeinen Standard und die Begriffserklärung lässt durch das Umfeld oftmals einen grossen Spielraum zu.
Eines vorweg: Die Feinstleitertechnik stellt  heute eine echte Marktanforderung dar. Die stetig steigenden Anforderungen können nur mehr mit grossen Investitionen in den Maschinenpark und in die Infrastruktur erfüllt werden.


1. Was ist ein Feinstleiter?

Bei VARIOPRINT sind Feinstleiter alle Leiterzüge, welche kleiner als die aktuellen Standard-Leiterzüge sind. Damit beginnt bereits die Verwirrung, denn der Begriff ist nicht fest definiert, sondern wird dauernd dem aktuellen Fertigungsstand angepasst. Dabei verwendet man eine gleichmässige Leiterbahnbreite und eine Leiterabstands Definition, um die Situation zu beschreiben. (line/space) Heute bezeichnet VARIOPRINT einen line/space von <75 µm als Feinstleitertechnik.

2. Warum Feinstleiter?
In vielen Kundenspezifikationen und Designrichtlinien für Leiterplatten wird versucht, Feinstleiter aus Kostengründen zu vermeiden. Oftmals sind dadurch aufwendige Verbindungstechnologien wie blind Vias und buried Vias notwendig, die zusätzlich noch mit Kupfer oder Harz verfüllt werden müssen. Eine Gesamtkostenbetrachtung ist hier auf alle Fälle empfehlenswert. Unsere Spezialisten stehen Ihnen diesbezüglich bereits in der Entwicklungsphase gerne jederzeit zur Verfügung. Kontakt Ansprechpartner Engineering

BGA pitch & detail
Beispiel eines Designs mit 0.40mm BGA mit 50µm Leiterbahnstrukturen

Die eigentliche Anforderung an Feinstleiter wird jedoch von der Integrationsdichte der heute verfügbaren integrierten Schaltungen diktiert. So sind Ball-Grid-Arrays (BGA) Abstände von 0.4mm heute keine Seltenheit mehr.

Zu beachten sind die daraus resultierenden Padgrössen von 200-300µm. Eine zusätzliche Herausforderung in diesem Bereich ist die genaue Positionierung der Lötstopmaske. Resultierend aus den Padgrössen und Lötstopmaskenaufweitungen, ergeben sich zwischen den Pads heute schon Leiterbahnabmessungen von 50µm. Zukünftig müssen aber Leiterbahnen in der Grössenordnung von 25-30µm hergestellt werden können, damit die nächste Design Generation realisiert werden kann.

3. Rahmenbedingungen für die Feinstleiterherstellung bei VARIOPRINT  

Die Herstellung von Feinstleitern wurde in den letzten Jahren intensiv vorangetrieben. Umfangreiche Analysen mit Verwendung von starrem Laminat wie auch mit flexiblen Materialien wurden durchgeführt. Insbesondere wurden Ausdünn- und Ätzverfahren, Leiterbildkombinationen und vor- bzw. nachgelagerte Prozesse genauer untersucht. Die bisherigen Auswertungen sind viel versprechend.


Detailaufname eines 0.4mm BGA Bereichs auf einer Highspeed Schaltung

Mit den zuletzt getätigten Investitionen in die Galvanotechnik und die Laserbelichtungstechnik können wir bereits heute sehr gute Ergebnisse mit hoher Prozesssicherheit erzielen. Wichtig aber ist eine frühzeitige Kooperation zwischen Layouter und VARIORINT, damit die Designanforderungen und die Herstellprozesse optimal aufeinander abgestimmt werden können.

Am Beispiel «Aspect Ratio» (Verhältnis Bohrtiefe zu Bohrlochdurchmesser) zeigt sich die Wichtigkeit eines engen Informationsaustausches bereits in der Entwicklungsphase:

> Wichtig ist die Beachtung des Aspect Ratios beim Ätzen: Bei Ätzprozessen ist die Kupfer- und die Resistdicke im Verhältnis zum Leiterbahnabstand dringend zu beachten. Die Faustregel dafür: Die Höhe der Leiterbahn inklusive Resist sollte den Leiterbahnabstand nicht übersteigen.


 

Weitere wichtige Punkte die in der Erarbeitung eines Feinstleiter Designs abgestimmt werden müssen:  

-        Kombinationen Kupferdicke in den Vias und an der Oberfläche, versus L/S
-        Startkupfer mittels Ausdünnung und Folien
-        Nutzung Vias, Stacked Vias
-        Rauhigkeitsanforderungen als Ableitung aus der Applikation
-        Kombination Lötstopmaske und Feinstleiter
-        BGA Padgrösse und BGA Pitch
-        Gefüllte / ungefüllte Vias mit Metall oder Pluggin-Paste
-        Wärmemanagement

Gerne beraten wir Sie auch bei Ihrem Projekt. Profitieren Sie von 45 Jahren Leiterplatten Know-how!  Kontaktieren Sie daher möglichst frühzeitig unsere Spezialisten.

4. Konsequente Weiterentwicklung der Feinstleiterherstellung bei VARIOPRINT

In den letzten Monaten haben wir mit systematischer Konsequenz die aktuellen Prozesse und Materialien rund um die Feinstleiterherstellung analysiert. Neueste Investitionen in die Galvanotechnik und im Bereich der Laserbelichtungstechnik bieten die notwendige Prozesssicherheit für eine erfolgreiche Realisierung von Feinstleitern.

VARIOPRINT kann unter Einhaltung der oben erwähnten Rahmenbedingungen und Verwendung der aktuell benutzten Ressourcen, bereits heute Feinstleiter im Bereich von 30 - 40µm produzieren.

Testboards mit 30µm Leiterbahnen und 35µm Abständen

In den kommenden zwei Jahren werden spezifische Infrastruktur-Investitionen getätigt, welche unter Anwendung von neuen Materialien und Hilfsmitten den Vorstoss zu neuen und innovativen Feinstleiterhorizonten ermöglichen soll.
Unser Ziel: 25 µm Leiterbahnbreiten welche in Serie hergestellt werden können.

Weitere Informationen zu Feinstleitertechnik.

Romeo Premerlani, CTO

Fachbeitrag von Romeo Premerlani,
CTO von Varioprint

Im November, 2015