Seite 1 von 4 | Precoplat Präzisions Leiterplatten Technik GmbH mit Sitz in 47877 Willich | Nach DIN EN ISO | Registergericht: Amtsgericht Krefeld | Reg.-Nr.: HRB 1444 | USt-IdNr.: DE 120 156 920 | 9001 : 2000 | Geschäftsführer: Hildegard Völker | Zertifikat-Nummer: | Anschrift: 47805 Krefeld, Oberdiessemer Strasse 15 | Telefon: ++49 (0) 21 51 825 1 | Telefax: ++49 (0) 932 450 | 05124-2 aus 2005

"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. Er-füllt 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 Auto-mobil-, Telekommunikations-, Luft- und Raumfahrtsbranche.

Tests Material Aspect Ratio

Hole Way Pullaway

Innerlayer Connections

Defects(ohms) Results

MIL SPEC 55110

FR4 1:5 <1% ok none pass FR4 1:8 <3% ok none pass

Solder Float PI 1:5 <1% ok none pass

FR4 1:5 <3% ok none pass FR4 1:8 <3% ok none pass

Thermal Shock PI 1:5 <3% ok none pass

IPC - TM - 650

Rework Simulation FR4 1:5 --- --- none pass

Special Tests

FR4 1:5 <5% ok none pass

Thermo-Cycle 260°C, 10 Cycles FR4 1:10 <10% ok none pass

FR4 1:5 <5% ok none pass

Solder Float 320°C, 10 Cycles FR4/PI 1:8 <5% ok none pass

FR4 1:5 <3% ok none pass FR4/PI 1:3 <10% ok none pass

Thermal Shock 1.000 Cycles

FR4/PI 1:5 <10% ok none pass

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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 Leiter-platten. Gesundheitliche sowie umwelttechnische Belastungen durch den Einsatz von Formaldehyd sowie eine platzaufwendi-ge und kaum automatisierbare Vertikalprozeßtechnik wurden dabei billigend in Kauf genommen. Bei uns jedoch ist ein Verfah-ren 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 konventionel-le 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 dielektri-schen Flächen einen leitfähigen Polymerfilm erzielt. In einem 3-stufigen Arbeitsgang werden selektiv Harz- und Glasbereiche der Leiterplatten

belegt. DMS/E ist ein einfach durchzuführender Prozess, der so-wohl für die Horizontaltechnik, als auch in Vertikalanlagen hervorra DMS/E Prozess kombiniert Monomer und organische Polysäuren in einer Prozesslösung. Der Vorteil ist,

dass zwischen dem selektiv gebildeten Managandioxid in der Pro-zessstufe INITIATOR und CATALYST eine vollständige Reaktion stattfindet und der leitfähige Polymerfilm auf Harz- und Glasflächen der Leiterplatte haftfest verankert ist. Die nachfolgende Verkupfe-rung 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 niedrig-viskosen Lösungen des DMS/E Prozesses bilden schnell und zu-verlässig eine Leitschicht, auch bei HAR-Bohrungen und Microvias.

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2. PROZESSBESCHREIBUNG UND ANLAGENTECHNIK:

Der DMS/E Prozess besteht aus 3 aktiven Prozeßschritten, die im wesentlichen sowohl für die Horizontal- als auch für die Vertikal-technik identisch sind: In der ersten Prozeßstufe, dem Conditioner, werden die Harzober-flächen, besonders aber die Glasoberflächen benetzt und mit einem organischen Film belegt. Ultraschall bzw. Vibrationseinrichtungen sind bei Microvia-Technologie oder Bohrungen < 0,5 mm Durch-messer vorzusehen. Da der Conditioner nicht reinigend wirkt, sind die Leiterplatten vor dem DMS/E Prozess gegebenenfalls mittels eines sauren Reiniger von vorhandenen Oxidationen, Fingerabdrü-cken etc. zu befreien. Nach ausreichender Spülung wird die Leiter-platte in INITIATOR 7020 behandelt um auf Diese Permanganatlö-sung arbeitet den Bohrlochwandungen Mangandioxid zu bilden. Im neutralen pH-Bereich und generiert sehr gleichmässige Mangan-dioxidschichten. Die äusserst stabile Lösung erfordert keine Oxidationszelle bzw. Oxidationsmittel um die Manganatkonzentration in der Lösung ge-ring 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 Mangan-dioxid 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 Polymerisati-on ins leitfähige Polymer zu überführen.

Anschließend wird die durchkontaktierte Leiterplatte gründlich ge-spült und getrocknet und dem Fotoprozess zugeführt. Es ist eben-falls möglich direkt nach den Spülprozessen eine Vorverkupferung durchzuführen.

3. NÜTZLICHE HINWEISE:

3.1 INITIATOR Die INITIATOR - Lösung greift die Harzoberflächen und speziell konditionierten Glasoberflächen an und bildet haftfest Mangandi-oxid. Die Menge des gebildeten Mangandioxids ist naturgemäß ab-hängig vom Basismaterial, aber auch von der Aktivität der INITIATOR - Lösung. Mit steigender Temperatur und Behandlungs-zeit 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 Ba-sismaterialien unter den Standardbedingungen für FR4.

3.2 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 leitfä-hige Polymerkette. Hieraus resultiert eine Abnahme des Kupfer-wachstums entlang der Polymeroberfläche. In Abhängigkeit der Zeit, d.h. nach zirka 5 Tagen ist erfahrungsgemäss mit einer Ab-

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 late-rale Kupferwachstum. Hier ist nach 5 m² Zuschnitt pro Liter Cata-lystlösung mit einer vergleichbaren Abnahme des lateralen Kupfer-wachstums zu rechnen.

.

3.3 REINIGER Saure Reiniger können die leitfähige Polymerschicht beeinflussen, indem die Organik des sauren Reinigers die Polymeroberfläche belegen und somit eine schnelle und stö-rungsfreie Kupferabscheidung behin dern. Die Konzentration der Säure, sowie eine

ungeeignete Säure, reduzieren die Leitfähigkeit der Polymerschicht und können zu Durchkontaktierungsfehlern führen. Als saurer Rei-niger vor der elektrolytischen Verkupferung wird der speziell abge-stimmte Reiniger empfohlen.

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 7KMnO4-Zeit [min]

MnO

2 [m

g/dm

²]

KMnO4: 60 g/lBorsäure: 10 g/lTemperatur: 80°C

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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

werden und die leitfähige Polymerschicht nahe der Kupferkaschie-rung 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.

3.5 ÄTZLÖSUNGEN Die Leitfähigkeit der Polymerschicht wird durch die verschiedenen Oxidationsmittel in den sauren Ätzmedien unterschiedlich stark be-einflusst, bzw. verringert. Da die gwünschte Oberflächenrauhigkeit für die Resisthaftung bereits durch den Bürstprozess erzielt wur

de, ist lediglich eine Entfernung der Oxidschicht von den Kupfer-oberflächen und Innenlagen notwendig. Nach dem DMS/E Prozess wird eine persulfathaltige Ätzlösung empfohlen.

3.6 PHOTOPROZESS Die ausgezeichnete Stabilität und Beständigkeit des leitfähigen Po-lymerfilms erlauben es, direkt an den DMS/E Prozess die Leiterplat-ten dem Laminierprozess zuzuführen, wobei lediglich eine Desoxi-dation der Kupferoberfläche erfolgen sollte. Nach dem Laminieren folgt die Entwicklung in alkalischen Lösungen, die zu einer Abnah-me der Leitfähigkeit der Polymerschicht führt. Neutralisationsreakti-onen innerhalb des leitfähigen Polymers sínd der Grund für diesen Effekt.

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.

3.7 KUPFERELEKTROLYTE Die DMS/E Leitschicht ist ausgezeichnet kompatibel mit unter-schiedlichen PWB-Kupferelektrolyten; so auch mit PPR-Kupferelektrolyten. Für die erste Kupferkristallisation auf dem leitfä-higen 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 star-ken 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 Abschei-dungsrate des Kupfers zu erreichen, sollten die Kupferelektrolyte im empfohlenen Arbeitsfenster betrieben werden. Durch Einschlep-pung oder Abbauprodukte kontaminierte Elektrolyte können durch Reinigungen mit A-Kohle oder Behandlungen mit Oxidationsmitteln entsprechend der Verfahrensanleitungen optimiert werden. Beson-ders bewährt für Direktmetallisierungsverfahren, so auch für den DMS/E Prozess, hat sich der Elektrolyt CUPROSTAR LP-1, der matte Kupferschichten abscheidet.