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Direct Imaging – hochpräzise digital und direkt strukturieren

Leiterplatten-Layouts durch Ultraviolettes LED Licht Leiterplatten-Layouts hochpräzise digital und direkt strukturieren.
Der Elektronikmarkt verlangt seit vielen Jahren nach immer kleineren, leichteren und zuverlässigeren elektronischen Geräten und wird dies auch in Zukunft weiter tun.

Angesichts des steigenden Bedarfs nach immer komplexeren elektronischen Komponenten mit einer zunehmenden Integration von immer mehr Funktionen auf Chips und anderen elektronischen Bauteilen wachsen auch die Anforderungen bezüglich Komplexität und Miniaturisierung bei Leiterbahnen, Pads und anderen Strukturen auf der Leiterplatte. Bei Leiterbahnbreiten- und -abständen kleiner 50my kommt die in der Leiterplattenindustrie verbreitete Technologie der Kontaktbelichtung mittels Belichtungsmasken an ihren Grenzen. Direct-Imaging per Laser (LDI), bei dem durch ein komplexes Spiegelsystem gelenkter Laser die Layoutbilder auf die photosensible Schicht der Leiterplatte abbildet, war eine Zeitlang die einzige und extrem wartungsintensive Technologie, um diesen Miniaturisierungsanforderungen gerecht zu werden. PRECOPLAT setzt hier nun auf eine kostengünstigere und ressourcenschonendere Technologie des Direct Imaging auf Basis von ultravioletten LED-Licht, das sogenannte Micromirror-Digital-Imaging, entwickelt von dem deutschen Bohrmaschinen- und Belichtungstechnologiespezialisten Schmoll Maschinen.

Lasereinheit des MDI Systems von Schmoll zur Strukturierung von Leiterplatten

Das vollautomatische MDI-System von Schmoll zeichnet sich dadurch aus, dass hochkonzentriertes UV-Licht mit definierter Wellenlänge über einen mit tausenden und hochpräzisen Microspiegeln ausgestatten Microchip gelenkt wird und das Layout auf einem – zum Vergleich zum Laser – kurzen, energetisch weniger verlustreichen Weg auf der Leiterplatte erzeugt wird. Wegen des kürzeren Lichtweges und der geringeren Verlustleistung benötigt man somit nur LED als Lichtquelle und kann auf die störanfälligen Laser mit wesentlich geringerer Haltbarkeit verzichten. Durch multiple Wellenlängen kann das System auch für die fotosensible Lötstoppmaskenerstellung ein passendes Lichtspektrum gewährleisten. Da die Belichtungsköpfe mit den Spiegelsystemen flexibel in alle Richtungen ausrichtbar sind, ist es mit wenig Aufwand möglich, verschiedenste Nutzenformate ohne weitere Rüstzeit zu bedienen. Mittels des etablierten Einsatzes von Linearantrieben und direkten Wegmesssystemen werden wie üblich reproduzierbare Ergebnisse höchster Präzision sichergestellt.

Im Vergleich zu herkömmlichen LDI-Systemen (Laser-Direct-Imaging) ist bei den MDI-Maschinen der Platzbedarf zudem stark reduziert und die energetische Gesamtbilanz bedeutend besser. Da die LED für die Erzeugung der notwenigen Belichtungsenergie weniger Energie brauchen, sind somit auch die energetischen Anforderungen an die Maschinen- und Raumkühlung geringer.  

Das von PRECOPLAT eingesetzte MDI-TTG (Tandem Table) von Schmoll Maschinen realisiert eine theoretische Auflösung von 15my, findet aber seine praktische Begrenzung in der maximalen physikalischen Leistungsfähigkeit der nachfolgenden nasschemischen Prozesse wie Ätzen und Galvanisieren bei derzeit 50my. Die Inbetriebnahme der ersten vollautomatischen Geräte erfolgte bereits im Jahr 2022. Die Systeme bieten den Kunden von PRECOPLAT maximale Flexibilität für alle Anwendungsbereiche, von den Prototypen bis zur Serienproduktion.

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Galvanisch Nickel Gold (Steckervergoldung)

Auch Hartvergoldung genannt. Im Unterschied zum ENIG-Prozess wird zwar auch Nickel als Diffusionssperre zum Kupfer eingesetzt, jedoch wird das Gold galvanisch, das heißt mit einer Außenstromquelle abgeschieden. Somit können wesentlich größere Schichtdicken von 1 – 4 µ erreicht werden. Dieses „Hartgold“ wird für Leiterplatten mit Steckerleisten eingesetzt, die mehrfach gesteckt werden. Je dicker das Gold, umso höher die Anzahl der Steckzyklen (Beispiel: 0,4 µ Au = 20 Steckzyklen, 2 µ = 500 Steckzyklen).

OSP (Organic Surface Protection)

OSP ist eine organische Lösung, die durch ein Tauch- oder Spülbad selektiv auf lötbare Kupferoberflächen mit einer Schichtstärke von 0,2 bis 0,6 µ abgeschieden wird. Die Oberfläche ist plan und eignet sich gut für feine SMD-Bestückung. Mehrfache Lötprozesse sind nicht möglich, da sich die transparente Schicht bei Temperaturen jenseits von 150 °C zersetzt.

Die Lagerfähigkeit ist auf 6 Monate begrenzt.

Chemisch Silber (chem Ag.)

Chemisch Silber ist eine metallische, sehr gut mehrfach lötbare Endoberfläche mit einer Schichtstärke von 0,2 – 0,4 µ, die außenstromlos auf Lötstellen abgeschieden wird (ähnlich dem Prozess Chemisch Zinn). Die Oberfläche ist plan und eignet sich gut für die SMD Bestückung.

Eine Lagerzeit von bis zu 6 Monaten ist möglich. Ähnlich wie bei Chemisch Zinn verliert die Oberfläche ihre Lötfähigkeit durch Schwankungen der Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit. Die Oberflächen dürfen keinesfalls mit schwefelhaltigen Materialien in Berührung kommen (wie beispielsweise bestimmte Arten von Packpapier).

Chemisch Zinn (chem. Sn)

Chemisch Zinn ist eine metallische, sehr gut lötbare Endoberfläche. Eine dünne Schicht von ca. 0,7 – 1,2 µ Zinn wird außenstromlos auf dem Kupfer der Lötstellen abgeschieden, wo es die Oxidation des Kupfers verhindert. Die Oberfläche der Pads ist sehr plan und eignet sich somit besonders für SMD-, CoB- und HDI- und Einpresstechnik.

Die Lagerzeit sollte 6 Monate nicht überschreiten. Feuchtigkeit und Temperaturunterschiede während der Lagerung können die Lötfähigkeit beeinträchtigen.

ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold)

Zwischen den Prozessschritten Nickel und Gold beim ENIG-Prozess wird beim ENEPIG zusätzlich Palladium als Zwischenschicht (0,05 – 0,25 µ Dicke) außenstromlos in die Endoberfläche eingefügt.

Diese zusätzliche Schicht ist nicht nur hervorragend für alle Lötvarianten geeignet, sondern wird vor allem für das Golddrahtbonden verwendet. Das Verfahren gilt als sehr teure Spezialanwendung.

Chemisch Nickel Gold (ENIG = Electroless Nickel Immersion Gold)

ENIG oder Chemisch Nickel Gold ist eine metallische, sehr gut lötbare Endoberfläche. Sie wird auf der Kupferschicht der Lötstellen mit einer Schichtstärke von 4 – 9 µ Nickel und idealerweise 0,05 – 0,1 µ Gold abgeschieden, wodurch die Oxidation des Kupfers verhindert wird. Die Abscheidung erfolgt außenstromlos mit Hilfe von katalytischen Prozessen sowie des elektrischen Potentialunterschieds (Wertigkeit) der eingesetzten Metalle.

Die Oberfläche ist sehr plan, die mehrfache Lötfähigkeit für SMD, Cob und HDI-Technik sowie Aludrahtbonden geeignet und verfügt über eine Lagerfähigkeit von bis zu 12 Monaten.

Die Oberfläche ist IPC-4552 spezifiziert und erfüllt die aktuellen Anforderungen von RoHs und WEE.

Heißluftverzinnung (HAL = Hot Air Leveling)

Der Begriff Heißluftverzinnung wird sowohl für das Produktionsverfahren als auch für die Oberfläche von Leiterplatten mit 99,55 % Sn (Zinn), 0,3 % Ag (Silber) und 0,15 -0,05 % Ni (Nickel), verwendet. Sie soll das darunter liegende Kupfer der Lötstellen vor Oxidation schützen.

Die Leiterplatten werden in eine Heißschmelze (> 260°C) aus den genannten Metallen eingetaucht. Danach werden die zu verzinnenden Oberflächen mit heißer Druckluft plan und die Bohrungen frei geblasen. Die Oberfläche ist für mehrfaches Löten sehr gut geeignet und bis zu 12 Monate lagerfähig.

HAL ist bei radialer Bestückungs- und einseitiger SMD-Technik qualitativ und preislich sehr attraktiv. Unser Lot ist bleifrei und erfüllt die RoHS-Richtlinien.