13.09.24 Glas-PCB-pl - Laser Zentrum Hannover eV

Pressemitteilung
Elektronische Leiterplatte auf Dünnglasbasis:
Erhöhte Funktionssicherheit für die Luft- und
Raumfahrttechnik
Hannover, den 24.09.2013
In der Leiterplattenherstellung sind Polymere als elektrisch
isolierende Basismaterialien etabliert. Doch die häufig
verwendeten Epoxidharzglasfasergewebe (FR4) und Polyamide
stoßen bei fortschreitender Miniaturisierung und extremer
Beanspruchung der Platinen (printed circuit board, PCB) an ihre
Leistungsgrenzen. Insbesondere hohe Temperaturen führen
dazu, dass sich die Kunststoffe verformen oder zersetzen.
Aufgrund des thermischen Ausdehnungsverhaltens der
eingesetzten Materialien besteht das Risiko von Rissen oder
Brüchen in der dielektrischen Schicht. Dies kann z. B. zur
Ausbildung von Kratern an der Oberfläche, dem Pad Cratering,
führen.
In Hochtemperaturbereichen über 250 °C könnte Dünnglas jetzt
die herkömmlichen Polymere als Basismaterial in den Platinen
ersetzen, da es eine hohe chemische Beständigkeit sowie einen
geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von
7,2 * 10-6 K-1 besitzt. Ein interessantes Anwendungsfeld der
neuen Dünnglas-Leiterplatten liegt in der Luft- und
Raumfahrttechnik.
Das Laser Zentrum Hannover e. V. (LZH) entwickelt mit
Projektpartnern die Fertigungsprozesse für MehrlagenLeiterplatten auf Basis von Dünnglas mit 145 µm Dicke. Der
Trend zu Miniaturisierung und erhöhter Prozessgeschwindigkeit
in der PCB-Industrie stellt hier eine besondere Herausforderung
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an den Fertigungsprozess dar. Den Mitarbeitern der Gruppe Glas
aus der Abteilung Produktions- und Systemtechnik kommt im
Projekt „GlasPCB“ die Aufgabe zu, zwei verschiedene
Laserprozesse für die Bearbeitung der speziellen Materialien zu
entwickeln: Sie setzen den Laser einerseits zum Strukturieren
der Metallschichten ein. Entsprechend einem vorgegebenen
Platinen-Layout werden Leiterbahnen erzeugt, indem die
überschüssige Metallschicht per Laserabtrag vom Dünnglas
entfernt wird. Die Vorteile der Laserbearbeitung zeigen sich hier
besonders in einer Ablation mit extrem feinen
Strukturauflösungen ohne Schädigung des empfindlichen
Materials.
Anderseits dient der Laser zur Erzeugung der Bohrungen (Vias),
die es ermöglichen, Verbindungen zwischen den verschiedenen
Leiterplattenebenen herzustellen oder konventionelle Bauteile
zu verknüpfen. Dazu werden am LZH geeignete Laserparameter
ermittelt, die das Material ohne thermische Schädigung
vollständig durchbohren sowie eine hohe Qualität der
Bohrungen bei kleiner Prozesszeit erzielen. Für ein optimales
Ergebnis werden mehrere parallele Schnittpfade durch den
Glasverbund geführt. Die von der Materialdicke und dem
Platinenlayout abhängige Prozesszeit beträgt derzeit für die
Bohrung eines Microvias von 0,2 mm Durchmesser durch
170 µm dickes Material ca. 2 s – Tendenz sinkend.
Vergleichende Untersuchungen des Projektpartners TU Berlin
(Forschungsschwerpunkt Technologien der Mikropherik) zeigen
zudem, dass das neue Materialsystem auf Dünnglasbasis einen
Lasereinsatz für die Herstellung der Vias erfordert, da hier das
derzeit übliche mechanische Bohren unerwünschte Mikrorisse
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erzeugt und darüber hinaus die Standzeit der Bohrer um den
Faktor 40 reduziert ist.
Insgesamt sind am Kooperationsprojekt drei wissenschaftliche
Einrichtungen und vier Unternehmen beteiligt. Während das
LZH die Laserprozesse zum Strukturieren der Platinen-Layouts
und zum Erzeugen von Bohrungen (Vias) entwickelt, stellen
Industriepartner wie die Schott AG Dünnglasmaterial zur
Verfügung. Als Leiterplattenhersteller untersucht die
Hotoprint GmbH & Co. KG Produktionsverfahren für die
Dünnglas-Leiterplatten und übernimmt das Galvanisieren. KCS
Europe GmbH führt die Beschichtungstechnologie Sputtern von
leitenden Metallschichten an Dünnglas durch. Weiterhin
beteiligt ist die CCI Eurolam GmbH als Spezialist für
Materialien zur Leiterplattenherstellung. Das anspruchsvolle
Handling in der Fertigung von dünnen Glassheets bis hin zur
Mehrlagenleiterplatte wird vom Institut für Transport- und
Automatisierungstechnik der Universität Hannover (ITA)
entwickelt.
Das Projekt „GlasPCB - Entwicklung einer
Mehrlagenleiterplatte auf Dünnglasbasis“ wird durch das
Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des
Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
noch bis Mitte 2014 gefördert.
Kontakt:
Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Dipl.-Biol. Lena Bennefeld
Hollerithallee 8
D-30419 Hannover
Tel.: +49 511 2788-238
Fax: +49 511 2788-100
E-Mail: [email protected]
http://www.lzh.de
Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des Niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft,
Arbeit und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.
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Bildunterschrift: Laserstrukturierung von metallbeschichtetem Dünnglas
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