Haftfest auch bei hoher Beanspruchung

Im Portfolio von MKS Atotech, einem Anbieter von Spezialchemikalien und Anlagentechnologie für die Elektronik- und Oberflächenveredelungsindustrie, findet sich neuerdings der Haftvermittler BondFilm HP für die Leiterplattenherstellung. Er wurde für Anwendungen im Bereich der Innenlagenverbindung entwickelt und ermöglicht die Haftung zwischen Kupfer- und Dielektrikumschichten, eine verbesserte thermische Widerstandsfähigkeit und eine Reduzierung der Partikelbildung um bis zu 95 %. Der Haftvermittler zeichnet sich durch die Kompatibilität mit verschiedensten Substraten und gängigen Oxidersatzlinien aus.

Als neuestes Produkt in einer langen Entwicklungshistorie seiner Serie umfasst BondFilm HP lediglich drei notwendige Verarbeitungsschritte:

• die Reinigung
• die Oberflächenaktivierung
• die Erzeugung einer aufgerauten organometallischen Schicht in einem Ätzbad.

Das Ätzbad fördert die Haftung und eleminiert das Potenzial für Delamination. Ein Additiv des Ätzbades verbessert die Haftung zwischen den Kupfer- und Dielektrikumschichten und reduziert gleichzeitig die sonst übliche Bildung von Schlackepartikeln deutlich. Dies wiederum verhindert, dass kupferorganische Verbindungen sich auf den Leiterbahnen und dem Substratmaterial ablagern und Potenzial für Hochvoltkurzschlüsse sowie dendritisches Wachstum bieten.

BondFilm HP verbessert zudem die Zuverlässigkeit von Leiterplatten unter hoher Beanspruchung. Der Oxidersatz bietet eine stärkere und gleichmäßigere Haftung durch die organometallische Haftungsschicht, die hohen Temperaturen, Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen standhält. Damit eignet sich BondFilm HP etwa für Anwendungen im Automotive-Bereich, in der Luft- und in der Raumfahrt.

Rauheit SEM BondFilmUm den Prozess ohne schwerwiegende Änderungen der Produktionsplanung einzuführen, ist die Kompatibilität mit einer Vielzahl von Substraten eine grundlegende Bedingung. Aus diesem Grund wurden ausgiebige Tests mit allen gängigen MLB und HDI-Materialien unter Produktionsbedingungen durchgeführt. Das Ergebnis verdeutlichte die Annahme, dass neben gängigen Materialien, auch Polyamid und BT-Materialien beste Haftung aufzeigen.

Im Zuge der Berücksichtigung der ESG-Ziele (Environmental, Social & Governance) wurde darüber hinaus auf die verbesserte Umweltverträglichkeit Wert gelegt. Die leicht reduzierte Ätztiefe, eine Konzentratversion und die vereinfachte Abwasserbehandlung tragen hierzu bei. Die weltweit bestehenden gesetzlichen Vorschriften werden eingehalten.

Prozessablauf

Im ersten Schritt des BondFilm HP-Prozesses findet die Reinigung der Leiterplatte statt. Es muss dafür gesorgt werden, dass keinerlei kritische Rückstände die Aktivierung und letztlich das Ätzen der Kupferoberfläche negativ beeinflussen. Verschmutzungen wie Oxidationen oder Fingerabdrücke, können die Benetzung im Ätzbad wie auch den Ätzprozess deutlich verschlechtern, was zu kosmetischen Problemen oder schlechterer Haftung führen kann.

Der Reinigungsprozess besteht aus zwei Bädern: einem optionalen sauren Reiniger, der moderate Oxidationen entfernt, und einem notwendigen alkalischen Bad, das Fette und Trockenfilmrückstände restlos auflöst. Aufgrund der chemischen Zusammensetzung tragen diese Prozessschritte circa 0,2 µm Kupfer ab, ohne dabei die Rauheit negativ zu beeinflussen.

Der zweite Schritt aktiviert nun die Leiterplatte, so dass die Oberflächenspannung derart verändert wird, dass das Ätzbad gleichmäßig und vollständig alle Kupferoberflächen und Leiterbahnen vollständig benetzt.

Der speziell für diesen Zweck entwickelte BondFilm-Activator G360 eignet sich für alle bestehenden BondFilm-Prozesse und grenzt sich dadurch ab, dass umweltkritische Komponenten entfernt wurden, ohne dabei Kompromisse hinsichtlich der Performance einzugehen.

Im finalen Schritt findet die Oberflächenbehandlung mittels optimiertem Braunoxidverfahren statt, durch das eine Oberflächenvergrößerung in Form von Rauheit entsteht, die später die mechanische Haftung zwischen Kupfer und Harz sicherstellt. Speziell entwickelte Additive verleihen BondFilm HP spezifische Eigenschaften wie die hohe Kupferbeladung, die Partikelreduktion, die gleichmäßige Rauheit und die bekannte dunkelbraune Kosmetik. Auch die Kupferbeladung konnte durch kontinuierliche Weiterentwicklung des marktführenden Braunoxids auf bis zu 45g/L erhöht werden, was letztlich zu weiteren Einsparungen durch reduzierte Dosierverbräuche führt.

Mittels eines ausgewogenen Dosierfensters, der Temperatur oder der Verweildauer im Bad, lässt sich die Ätzrate und Rauheit nach Bedarf genau steuern und an die jeweiligen Produktionsanforderungen anpassen.

Performance

Bewertet wird die Innenlagenhaftung in der Leiterplattenfertigung v. a. durch die Haftfestigkeit, gemessen in N/cm. Sie soll Hinweise darauf geben, wie gut die Innenlagen der Leiterplatte miteinander verbunden sind und wie hoch bzw. gering die Chance auf mögliche Delaminationen ist, also Abrisse der Haftung zwischen Kupfer und Dielektrikum. Diese ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Ätztiefe, entgegen den für die Industrie üblichen 1,2–1,4 µm, mit nur 1 µm als Optimum angegeben wird. Unter Berücksichtigung der deutlichen Korrelation zwischen Rauheit und Haftfestigkeit ist dies von besonderer Bedeutung, um zu beweisen, dass trotz geringerer Ätztiefe die Haftung aufgrund von angenommenen Faktoren der Partikelreduzierung oder der höheren faktischen Haftoberflächenvergrößerung (gemessen in %) die reduzierte Ätztiefe kompensiert werden kann.

Diagramm 1: HaftfestigkeitFür die Prozessevaluierung wurde eine übliche Produktionsumgebung und Dielektrika gewählt, die für den HDI-Markt (High Density Interconnect) erfahrungsgemäß häufig Verwendung finden. Es konnten durchweg Messergebnisse festgestellt werden, die die Industrieanforderungen von ca. 4 N/cm erfüllen oder klar übertreffen.

Ferner wurde überprüft, inwieweit sich der Haftvermittler als Vorbehandlung für das Laserdrilling eignet. Es wurde auch die Veränderung des Oberflächenisolationswiderstandes (SIR) nach HAST-Stresstest (Highly Accelerated Stress Test) sowie Partikelmessungen des Ätzbades und am behandelten Panel durchgeführt. Durchweg konnten hervorragende Messergebnisse erzielt werden.

Damit sich Kunden selbst davon überzeugen können, bietet Atotech eine kostenlose Testprozessierung von Proben an, die im hauseigenen TechCenter in Guanzhou, China, unter Produktionsbedingungen durchgeführt wird. Im Zuge dessen werden auch Oberflächenanalysen und die Rauheitsbestimmung durchgeführt. So wird sichergestellt, dass Material und Prozess bestmöglich zusammenpassen.