Vorbereiten und Verpressen des Lagenaufbaus
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Kommen Sie mit an Bord, um unsere Reise fortzusetzen und um den Herstellungsprozess einer mehrlagigen Leiterplatte besser zu verstehen.
Wir befinden uns jetzt kurz nach dem "Schwarzoxid"-Prozess.
Alle für den Multilayer notwendigen Innenlagen sind bereits gestanzt, "schwarzoxidiert" und getrocknet. Diese sind somit bereit zum (Übereinander)-“Legen“ und zum Verpressen mit den „PREPREG“, um nach der Pressphase ein robustes Produktionspanel zu erhalten, dass die Grundlage für eine oder mehrere fertige Leiterplatten bildet.
Das PREPREG ist neben den Innenlagen und Kupferfolien eines der wichtigsten Materialien für die Herstellung von Leiterplatten, denn es repräsentiert den notwendigen "Klebstoff" um die verschiedenen Innenlagen zusammenzuhalten und gegeneinander zu isolieren. Dasselbe gilt für die Aussenlagen die mit den Innenlagen mittels PREPREGs verklebt und gegeneinander isoliert werden.
Ein PREPREG ist eigentlich eine Art "Folie", die aus einem Glasfasergewebe besteht, dass mit einem wärmehärtenden Harz vorimprägniert ist und zwar mittels der gleichen Art von Harz wie auch jede angrenzende Innenlage.
PREPREG bestehen in der Regel aus FR4-Material (flammhemmend), aber wie wir bereits für die Innenlagen erklärt haben, können die Art des Harzes sowie das Glasfaser unterschiedliche Eigenschaften haben, die den Leiterplatten entsprechende mechanische und elektrische Eigenschaften für jede spezifische Anwendung verleihen.
Damit Sie als Leiterplattenabnehmer die richtige Wahl Ihres Leiterplattenlieferanten treffen, ist es für Sie wichtig sicherzustellen, dass der Leiterplattenhersteller in der Lage ist, mit einer breiten Palette von Materialien umzugehen, damit er Sie bei jeder spezifischen Anwendung Ihrer Leiterplatte angemessen unterstützen kann.
Es ist zu beachten, dass sich die verschiedenen Materialien in Abhängigkeit von Temperatur unterschiedlich schnell ausdehnen oder schrumpfen können, was zu Ausrichtungsfehlern zwischen den Innenlagen und zur Delaminierung der Oberflächen zwischen Kupfer und Substrat führen kann.
Aus diesem Grund müssen für das Verpressen verschiedener Materialien, oder sogar für das Verpressen von gemischten Materialien, spezifische Temperatur-Druck-Zyklen geprüft und erst dann angewendet werden.
Die Wahl des richtigen Temperatur-Druck-Zyklus für das Verpressen von Leiterplatten ist ein sehr kritischer Faktor. Das heißt, die Wahl der Geschwindigkeit mit der die maximalen Temperatur- und Druckwerte erreicht werden und die Wahl der Zeitspanne, in der diese Werte stabil zu halten sind, müssen auf das verwendete Material abgestimmt werden.
Jedes Harzsystem, also das in den Innenlagen und auch das in den PREPREG enthaltene Harz, hat seine eigene Glasübergangstemperatur (TG). Die „Glasübergangstemperatur“ ist die Temperatur, bei der ein Polymersystem zu einem amorph-viskosen Material wird, ähnlich geschmolzenem Glas. Bei der TG-Temperatur erlangen die Polymerketten die "Freiheit", sich zu bewegen. Das Harz der Innenlagen kann somit haften und sich mit dem Harz des PREPREG, sowie mit dem Kupfer (das nach dem Ätzen auf den Innenlagen verbleibt) zu einer Einheit verbinden.
Außerdem ist zu berücksichtigen, dass verschiedene PREPREG einen unterschiedlichen Harzgehalt haben und dass verschiedene Harzsysteme unterschiedlich gut "fließen" können, sobald ihr TG erreicht ist.
Daher sind der Harzanteil eines PREPREG und seine Fließfähigkeit weitere wichtige Parameter, die beachtet werden müssen, um eine ideale Verbindung mit den Innenlagen zu gewährleisten, da einerseits der Kupferanteil (der Anteil des Kupfers, der sich nach dem Ätzen noch auf den Innenlagen befindet) je nach Leiterplattendesign stark variieren kann und andererseits vermieden werden muss, dass das Harz bestimmte Bereiche der Leiterplatten erreicht und verklebt, wie z. B. die Flex-Lagen von starr-flexiblen Leiterplatten.
Darüberhinaus muss bei impedanzkontrollierten Schaltungen die Dicke des PREPREG ganaustens definiert sein, da nicht nur die Leiterplattengeometrie eine Rolle spielt, sondern auch der Isolationsabstand zur Bezugslage ein entscheidender Faktor für die Impedanzwerte ist. Es ist auch wichtig zu wissen, dass die Pressphase unter Vakuumbedingungen durchgeführt wird. Dies ist notwendig, um Lücken, die so genannten "Voids", in den Leiterplatten (zwischen den Lagen) zu vermeiden, denn diese könnten später, während der Reflow-Phase bei der SMT-Bestückung, für Delamination verantwortlich sein.
Es ist nun klar, dass es während des Laminierungsprozesses wichtig ist, mehrere grundlegende Parameter zu kontrollieren:
- Temperaturanstieg, sowohl bei der Erwärmung als auch bei der Abkühlung,
- Druckanstieg, ein- oder mehrstufig
- Vakuumwerte
- die benötigte Zeit für jeden Schritt der Pressphase
All diese Werte müssen für eine korrekte Prozesskontrolle und Rückverfolgbarkeit aufgezeichnet werden.