DMS-E Prozess | PDF

"DMS-E Prozess"
Ein Direktmetallisierungssystem für Leiterplatten,
Gedruckte Schaltungen, Multilayer
Was für ein Verfahren ist DMS-E ?
Direktmetallisierungssystem auf Basis LEITENDER POLYMERE
SELEKTIVE Aktivierung von Harz und Glas, das Kupfer bleibt FREI
Geeignet für PATTERN- oder PANEL- PLATING
Kompatibel mit allen Basismaterial-Typen
Warum haben wir uns für dieses Verfahren entschieden ?
EINZIGARTIGE SELEKTIVE DIREKTMETALLISIERUNG: Keine Gefahr für Innenlagendefekte bei
keiner Aspect-Ratio oder Lagenzahl Begrenzung.
HOHE UMWELTFREUNDLICHKEIT: Der Prozess benötigt keine Komplexbildner, Formaldehyd
bei niedrigem CSB-Werte und geringem Wasserverbrauch.
HÖCHSTE PROZESSFLEXIBILITÄT UND PRODUKTIVITÄT: Bei allen Arten von Leiterplatten. Erfüllt neue technologische Anforderungen wie: Vias mit High Aspect Ratios, Microvias und
Hoch-Tg-Materialien. Signifikante Senkung der Prozesszeiten und Personal- sowie Overhead-Kosten.
MAXIMALE ZUVERLÄSSIGKEIT: Feedback-Daten von Tests einiger Anwender aus der Automobil-, Telekommunikations-, Luft- und Raumfahrtsbranche.
Tests
Material
Aspect
Ratio
Hole Way
Pullaway
Innerlayer
Connections
Defects
(ohms)
Results
MIL SPEC 55110
Solder Float
FR4
FR4
PI
1:5
1:8
1:5
<1%
<3%
<1%
ok
ok
ok
none
none
none
pass
pass
pass
Thermal Shock
FR4
FR4
PI
1:5
1:8
1:5
<3%
<3%
<3%
ok
ok
ok
none
none
none
pass
pass
pass
none
pass
IPC - TM - 650
Rework Simulation
FR4
1:5
---
---
Special Tests
Thermo-Cycle
260°C, 10 Cycles
FR4
FR4
1:5
1:10
<5%
<10%
ok
ok
none
none
pass
pass
Solder Float
320°C, 10 Cycles
FR4
FR4/PI
1:5
1:8
<5%
<5%
ok
ok
none
none
pass
pass
Thermal Shock
1.000 Cycles
FR4
FR4/PI
FR4/PI
1:5
1:3
1:5
<3%
<10%
<10%
ok
ok
ok
none
none
none
pass
pass
pass
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MicroCirtec Micro Circuit Technology GmbH mit Sitz in 47877 Willich |
Registergericht: Amtsgericht Krefeld | Reg.-Nr.: HRB 2703 | Ust-Id-Nr.: DE 120 151 127 |
Geschäftsführer: Hildegard Völker |
Anschrift: 47805 Krefeld, Oberdiessemer Strasse 15 | Telefon: ++49 (0) 21 51 825 1 | Telefax: ++49 (0) 932 450 |
Nach DIN EN ISO
9001 : 2000
Zertifikat-Nummer:
05124-1 aus 2005
EINIGE CHARAKTERISTIKEN: Ausgezeichnete Kupfer/Kupfer Haftung, keine zusätzlichen
Ätzschritte zur Kupferreinigung erforderlich und keine Rückstände auf Sacklochböden bei
Micro-vias.
DER DMS/E – PROZESS
Verfahren zur Durchkontaktierung von Leiterplatten
Lange Zeit galt die chemische Vorverkupferung als einzig vernünftiger Weg zur Durchkontaktierung der Bohrungen von Leiterplatten. Gesundheitliche sowie umwelttechnische Belastungen durch den Einsatz von Formaldehyd sowie eine platzaufwendige und kaum automatisierbare Vertikalprozeßtechnik wurden dabei billigend in Kauf genommen. Bei uns jedoch ist ein Verfahren in Einsatz gekommen, daß Mensch und Umwelt schont, gewaltige Kosteneinsparungen mit sich bringt und die Qualität der
chemischen Aufkupferung noch überbietet. Es ist die Rede von dem sogenannten DMS/E Prozess, einem Verfahren, bei dem
Roboter die chemische Prozeßlinie bestücken. Der Prozeß selbst beruht auf einer Prozeßchemie, die 100%ig über konventionelle Abwassertechnik abbaubar ist und –gesichert durch modernste Analytik – in geringsten Mengen verbraucht wird.
1. Einleitung:
Der DMS/E Prozess ist ein Direktmetallisierungsverfahren zur
Durchkontaktierung von Leiterplatten, welcher auf den dielektrischen Flächen einen leitfähigen Polymerfilm erzielt. In einem 3stufigen Arbeitsgang werden selektiv Harz- und Glasbereiche der
Leiterplatten
dass zwischen dem selektiv gebildeten Managandioxid in der Prozessstufe INITIATOR und CATALYST eine vollständige Reaktion
stattfindet und der leitfähige Polymerfilm auf Harz- und Glasflächen
der Leiterplatte haftfest verankert ist. Die nachfolgende Verkupferung weist hierdurch ebenfalls sehr
gute Haftwerte auf. Durch die selektive Aktivierung ist der DMS/E
Prozess besonders für die Fertigung von Multilayer-Schaltungen
geeignet, da die Kupferoberflächen absolut sauber bleiben und
deshalb
keine zusätzlichen Reinigungsschritte notwendig sind. Die niedrigviskosen Lösungen des DMS/E Prozesses bilden schnell und zuverlässig eine Leitschicht, auch bei HAR-Bohrungen und Microvias.
belegt. DMS/E ist ein einfach durchzuführender Prozess, der sowohl für die Horizontaltechnik, als auch in Vertikalanlagen hervorra
DMS/E Prozess kombiniert Monomer und organische Polysäuren in
einer Prozesslösung. Der Vorteil ist,
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MicroCirtec Micro Circuit Technology GmbH mit Sitz in 47877 Willich |
Registergericht: Amtsgericht Krefeld | Reg.-Nr.: HRB 2703 | Ust-Id-Nr.: DE 120 151 127 |
Geschäftsführer: Hildegard Völker |
Anschrift: 47805 Krefeld, Oberdiessemer Strasse 15 | Telefon: ++49 (0) 21 51 825 1 | Telefax: ++49 (0) 932 450 |
Nach DIN EN ISO
9001 : 2000
Zertifikat-Nummer:
05124-1 aus 2005
2. PROZESSBESCHREIBUNG UND ANLAGENTECHNIK:
Der DMS/E Prozess besteht aus 3 aktiven Prozeßschritten, die im
wesentlichen sowohl für die Horizontal- als auch für die Vertikaltechnik identisch sind:
In der ersten Prozeßstufe, dem Conditioner, werden die Harzoberflächen, besonders aber die Glasoberflächen benetzt und mit einem
organischen Film belegt. Ultraschall bzw. Vibrationseinrichtungen
sind bei Microvia-Technologie oder Bohrungen < 0,5 mm Durchmesser vorzusehen. Da der Conditioner nicht reinigend wirkt, sind
die Leiterplatten vor dem DMS/E Prozess gegebenenfalls mittels
eines sauren Reiniger von vorhandenen Oxidationen, Fingerabdrücken etc. zu befreien. Nach ausreichender Spülung wird die Leiterplatte in INITIATOR 7020 behandelt um auf Diese Permanganatlösung arbeitet den Bohrlochwandungen Mangandioxid zu bilden. Im
neutralen pH-Bereich und generiert sehr gleichmässige Mangandioxidschichten.
Die äusserst stabile Lösung erfordert keine Oxidationszelle bzw.
Oxidationsmittel um die Manganatkonzentration in der Lösung gering zu halten. Bei den nachfolgenden Spülprozessen ist darauf zu
achten, dass mit geringem Wasserdruck gearbeitet wird, damit die
auf der Bohrlochwandung abgeschiedene
Mangandioxid schicht nicht mecha-nisch entfernt wird. Dies würde
zu einer fehlerhaften Durchkontaktierung führen.
Die erste Spülstufe dient als Vorreinigung. Die zweite Spülstufe mit
pH-Wert 1,8 bis 2,2 entfernt eventuell durch Luftsauerstoff gebildete
Oxide auf der Kupferoberfläche und reinigt das gebildete Mangandioxid von Hydroxidionen.
Anschließend folgen zwei weitere Spülstufen. Die Spülen müssen
nach Anhang 40 installiert sein. In der nächsten Prozeßstufe,
CATALYSATOR, benetzt das Mo-nomer das Mangandioxid.
Gleichzeitig sorgt die Säure für das notwendige Oxidationspotential
des Mangandioxid, um das Monomer durch oxidative Polymerisation ins leitfähige Polymer zu überführen.
Anschließend wird die durchkontaktierte Leiterplatte gründlich gespült und getrocknet und dem Fotoprozess zugeführt. Es ist ebenfalls möglich direkt nach den Spülprozessen eine Vorverkupferung
durchzuführen.
3. NÜTZLICHE HINWEISE:
INITIATOR
Die INITIATOR - Lösung greift die Harzoberflächen und speziell
konditionierten Glasoberflächen an und bildet haftfest Mangandioxid. Die Menge des gebildeten Mangandioxids ist naturgemäß abhängig vom Basismaterial, aber auch von der Aktivität der
INITIATOR - Lösung. Mit steigender Temperatur und Behandlungszeit nimmt die Mangandioxidmenge auf den Lochwandungen zu.
Die Konzentration des Kaliumpermanganates im Arbeitsbereich hat
nicht diesen signifikanten Einfluss. In der Produktion kann bei z.B.
hoch TG-Materialien eine längere Expositionszeit erforderlich sein,
um ein optimales Durchkontaktierungsergebnis zu erzielen. Das
weite Arbeitsfenster erlaubt jedoch die Behandlung der meisten Basismaterialien unter den Standardbedingungen für FR4.
6
5
MnO2 [mg/dm²]
3.1
4
3
2
KMnO4:
60 g/l
Borsäure:
10 g/l
Temperatur:
80°C
1
0
1
3.2
3
4
KMnO4 -Zeit [min]
7
nahme des lateralen Kupferwachstums zu rechnen, so dass erste
Einflüsse auf die Ergebnisse des Durchlichttest festgestellt werden
können. Ebenso verringert der Durchsatz an Leiterplatten das laterale Kupferwachstum. Hier ist nach 5 m² Zuschnitt pro Liter Catalystlösung mit einer vergleichbaren Abnahme des lateralen Kupferwachstums zu rechnen.
REINIGER
Saure Reiniger können die leitfähige Polymerschicht beeinflussen,
indem die Organik des sauren Reinigers
die Polymeroberfläche belegen und somit eine schnelle und störungsfreie Kupferabscheidung behin
dern. Die Konzentration der Säure, sowie eine
ungeeignete Säure, reduzieren die Leitfähigkeit der Polymerschicht
und können zu Durchkontaktierungsfehlern führen. Als saurer Reiniger vor der elektrolytischen Verkupferung wird der speziell abgestimmte Reiniger empfohlen.
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5
CATALYSATOR
Durch die Kombination von Monomer und organischen Polysäuren
in einer Prozesslösung kommt es zu einer kontinuierlichen, wenn
auch geringen Polymerisation in der Catalystlösung. Dies führt zum
Einbau von nicht-leitfähigen Bruchstücken in die gewünschte leitfähige Polymerkette. Hieraus resultiert eine Abnahme des Kupferwachstums entlang der Polymeroberfläche. In Abhängigkeit der
Zeit, d.h. nach zirka 5 Tagen ist erfahrungsgemäss mit einer Ab.
3.3
2
MicroCirtec Micro Circuit Technology GmbH mit Sitz in 47877 Willich |
Registergericht: Amtsgericht Krefeld | Reg.-Nr.: HRB 2703 | Ust-Id-Nr.: DE 120 151 127 |
Geschäftsführer: Hildegard Völker |
Anschrift: 47805 Krefeld, Oberdiessemer Strasse 15 | Telefon: ++49 (0) 21 51 825 1 | Telefax: ++49 (0) 932 450 |
Nach DIN EN ISO
9001 : 2000
Zertifikat-Nummer:
05124-1 aus 2005
3.4
BÜRSTPROZESS
Zur Entgratung bzw. Reinigung der Kupferoberflächen sollten die
Leiterplatten vor dem DMS/E Prozess gebürstet werden. Dadurch
wird eine saubere, oxidfreie Kupferoberfläche im DMS/E Prozess
behandelt, so dass keine Rückstände auf der Leiterplatte mit den
Prozesslösungen reagieren können. Ausserdem wird vermieden,
dass die Bohrlochkanten durchgebürstet
3.5
ÄTZLÖSUNGEN
Die Leitfähigkeit der Polymerschicht wird durch die verschiedenen
Oxidationsmittel in den sauren Ätzmedien unterschiedlich stark beeinflusst, bzw. verringert. Da die gwünschte Oberflächenrauhigkeit
für die Resisthaftung bereits durch den Bürstprozess erzielt wur
3.6
de, ist lediglich eine Entfernung der Oxidschicht von den Kupferoberflächen und Innenlagen notwendig. Nach dem DMS/E Prozess
wird eine persulfathaltige Ätzlösung empfohlen.
PHOTOPROZESS
Die ausgezeichnete Stabilität und Beständigkeit des leitfähigen Polymerfilms erlauben es, direkt an den DMS/E Prozess die Leiterplatten dem Laminierprozess zuzuführen, wobei lediglich eine Desoxidation der Kupferoberfläche erfolgen sollte. Nach dem Laminieren
folgt die Entwicklung in alkalischen Lösungen, die zu einer Abnahme der Leitfähigkeit der Polymerschicht führt. Neutralisationsreaktionen innerhalb des leitfähigen Polymers sínd der Grund für diesen
Effekt.
3.7
werden und die leitfähige Polymerschicht nahe der Kupferkaschierung entfernt wird. Diese Unterbrechung der Leitschicht würde
zwangsläufig zu Durchkontaktierungsfehlern (Ringvoids ) führen.
Ein Bürsten nach DMS/E Prozess erfordert besondere Genauigkeit
und Kontrolle des Bürstprozesses.
Bei kurzen Haltezeiten (<12 Stunden) zwischen Ent wickeln und der
galvanischen Verkupferung ist eine Reaktivierung der Leitfähigkeit
durch die sauren Vorbehandlunsstufen gegeben.
Sollten längere Haltezeiten in der Produktion zu erwarten sein, ist
eine Behandlung in einer 3%igen Schwefelsäure im Anschluss an
die Spüle nach dem Entwickler vorzusehen. Die Lagerzeit dieser
nachbehandelten Leiterplatten kann ohne Qualitätseinbusse auf
mehr als 1 Woche ausgedehnt werden.
KUPFERELEKTROLYTE
Die DMS/E Leitschicht ist ausgezeichnet kompatibel mit unterschiedlichen PWB-Kupferelektrolyten; so auch mit PPRKupferelektrolyten. Für die erste Kupferkristallisation auf dem leitfähigen Polymer werden typische Stromdichten angewendet. Auch
bei der Kupferabscheidung in Horizontaltechnik sind Stromdichten
von bis zu 8 A/dm² in der Produktion realisiert. Organische Additive
der Kupferelektrolyte, insbesondere hohe Konzentrationen an starken Inhibitorsystemen oder an Abbauprodukten können das laterale
Kupferwachstum verringern. Ein Übermass an störender Organik
führt dann zu „dog-bone“ Effekten und letztlich zu Ringvoids.
Um Störungen dieser Art zu vermeiden und eine hohe Abscheidungsrate des Kupfers zu erreichen, sollten die Kupferelektrolyte im
empfohlenen Arbeitsfenster betrieben werden. Durch Einschleppung oder Abbauprodukte kontaminierte Elektrolyte können durch
Reinigungen mit A-Kohle oder Behandlungen mit Oxidationsmitteln
entsprechend der Verfahrensanleitungen optimiert werden. Besonders bewährt für Direktmetallisierungsverfahren, so auch für den
DMS/E Prozess, hat sich der Elektrolyt CUPROSTAR LP-1, der
matte Kupferschichten abscheidet.
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