Die Anforderungen an Basismaterialien für Leiterplatten sind in den vergangenen Jahren stark gestiegen und werden auch weiterhin wachsen. Sie müssen zum Beispiel einer höheren Wärmebeanspruchung widerstehen. Die Isola GmbH aus Düren entwickelt erfolgreich innovative Materialien mit verbesserten Eigenschaften. Für die Bearbeitung der widerstandsfähigen Stoffe bei der Leiterplattenherstellung sind beste Werkzeuge gefragt. Diamantbeschichtungen von CemeCon unterstützen die Werkzeuge dabei.
Neue Prozesse in der Leiterplattenfertigung, wie etwa die bleifreie Verbindungstechnologie mit signifikant höheren Verarbeitungstemperaturen, haben es erforderlich gemacht, neue Basismaterialien zu entwickeln. Gestiegene Anforderungen aus den Anwendungen heraus, wie höhere Schaltfrequenzen und dichter werdende Leitbilder, sind dafür weitere Gründe. Die Isola GmbH zählt zu den weltweit führenden Herstellern hochwertiger Basismaterialien für Leiterplatten. So entwickelte sie zum Beispiel Harzsysteme mit speziellen Füllstoffen, die die Vorgaben der Industrie erfüllen. Diese zwingen jedoch zum Umdenken bei der Bearbeitung.
Höhere thermische Beständigkeit
Mit der bleifreien Verbindungstechnologie sind die Verarbeitungstemperaturen durchaus um 30 bis 40 °C gestiegen. Gerade beim Mehrfachlöten stellt das hohe Anforderungen an die Substrate. Besonders in der Automobilbranche werden neben Nachweisen solcher hohen thermischen Beständigkeit zunehmend auch Belege hoher Zyklenfestigkeiten gefordert. Sie sollen entsprechende Langlebigkeiten der Baugruppen (siehe Tabelle 1) garantieren. Eine hohe thermische Beständigkeit von Leiterplatten erzielt die sogenannte phenolische Härtung. Wichtige Indikatoren sind dabei die „Time to Delamination @ 260 °C“ (T260-Wert) und die Zersetzungstemperatur TD eines Laminats. Zersetzungstemperaturen von > 330 °C und T260-Werte von > 60 Minuten weisen auf thermisch stabile Systeme hin.
Füllstoffe verbessern Zyklenfestigkeit
Die Zyklenfestigkeit einer Baugruppe hängt im Wesentlichen vom Design der Leiterplatte, dem „aspect ratio“ des Bohrlochs, der Dicke der Kupferhülse und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) in z-Richtung des Basismaterials ab. Je geringer die Ausdehnung in z-Richtung ist, also in Richtung des Bohrlochs, desto geringer der Stress, der bei Temperaturwechseln auf die Kupferhülse ausgeübt wird. Fehlerbilder wie „Pad-lifting“, „Corner cracks“ oder „Barrel cracks“ können dadurch entscheidend vermindert werden. Die thermische Ausdehnung in z-Richtung verändert sich oberhalb der Glasübergangstemperatur. Um die Ausdehnung signifikant ändern zu können, mussten die Harzsysteme von Basismaterialien mit speziellen Füllstoffen versetzt werden. Eine besondere Mischtechnologie war ebenfalls erforderlich, um eine optimale Wirkung der Füllstoffe zu erzielen. Bild 2 zeigt die Ausdehnung eines gefüllten T G 150 °C-Systems im Vergleich zu einem ungefüllten T G 150 °C-Material. Zyklentests mit 1.000 bis 2.000 Zyklen zwischen – 40 °C und + 140 °C werden von solchen gefüllten Materialien problemlos bestanden (Tabelle 3).
Bohren und Fräsen mit Diamant
Diese neuen, thermostabilen und zyklenfesten Basismaterialien können mit bestehenden Technologien verarbeitet werden. Beim Bohren und Fräsen dieser Materialien wird jedoch meist eine Anpassung der Parameter sowie der Bohr- und Fräswerkzeuge, beispielsweise durch eine Diamantbeschichtung, notwendig sein.
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