Hole Plugging

1. Einleitung
Aufgrund der zunehmend steigenden Integrations- und Packungsdichte elektronischer Schaltungen wachsen auch die Anforderungen und Komplexitäten der Leiterplatten. SBU Sequential-Build-Up)-Multilayer mit Blind und Buried Vias (siehe auch Produkt-Info HDI/SBU-Technik) gewinnen dabei zunehmend an Bedeutung.

Die nach außen nicht sichtbar in einem SBU-Kern liegenden Bohrungen (Buried Vias) bilden einen Hohlraum, der durch das Dielektrikum beim Aufpressen der außen liegenden Lagen nicht vollständig verfüllt wird. Dadurch kommt es über diesen vergrabenen Bohrungen zu Einsenkungen auf den Außenlagen, die ein prozesstechnisches Problem darstellen können.

Des weiteren kann ein offenes, unverfülltes Buried Via nicht als Landepad für ein Blind Via von den Außenlagen genutzt werden, was Einschränkungen für die Entflechtung und Layoutgestaltung komplexer Schaltungen bedeuten kann.
Ein entscheidender Designvorteil ist die Positionierung von Vias direkt in Pads (Via In Pad-Technologie). Wenn die Vias hierbei nicht verschlossen sind, kann bei durchgehenden Bohrungen das Lotdepot abfließen, oder es bildet sich in den Blind Vias ein luftgefüllter Hohlraum, der die Zuverlässigkeit der Lötstelle und damit der gesamten Schaltung nachteilig beeinflussen kann.

Daher ergibt sich die Notwendigkeit, Bohrungen vollständig und planar zu verschließen und die Oberfläche ggf. auch zu metallisieren. Diese Technologie-Info soll Ihnen die Möglichkeiten, Abläufe und Besonderheiten dieser Technologie darlegen und damit Hilfestellung für eine nutzen- und kostenoptimierte Gestaltung Ihres Layouts geben.

2. Verwendete Harzpasten
Die von CONTAG verwendeten Plugging Pasten der Firma Lackwerke Peters zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:

  • Festkörpergehalt 100%
  • Glasübergangstemperatur Tg > 140°C
  • Thermischer Ausdehnungskoeffizient bei Temperaturen unter Tg <40ppm/°C
  • Erfüllt Lötbadbeständigkeit nach IPC-SM-840 C, Pkt. 3.7.2 und MIL – P 55 110C
  • V-0 – Listung nach UL 94
  • Lösemittelfreies 1-Komponenten-System mit minimalem Volumenschrumpf
  • Ermöglicht sicheres und planes Verschließen metallisierter Bohrungen
  • Gute Haftfestigkeit
  • Gute Schleifbarkeit
  • Hervorragende Metallisierbarkeit


3. Technologische Varianten
a) Pluggen von Buried Vias auf Innenlagen oder SBU-Kernen zur Verhinderung von Einsenkungen der Außenlagen


b) Pluggen von Buried Vias auf Innenlagen oder SBU-Kernen und Metallisierung der verschlossenen Bohrungen zur Verwendung als Landepad


c) Sequentielles Pluggen von Durchkontaktierungen auf Außenlagen und Metallisierung der verschlossenen Bohrungen (Via In Pad-Technologie)


4. Prozessbeschreibung
  • Bohren und Entgraten (kein selektives Bohren, das komplette Bohrbild wird gebohrt)
  • Vollflächiges Metallisieren (>15μm in der Hülse)
  • Eigentlicher Hole Plugging – Prozess:

a) Einbringen der Paste in die metallisierten Bohrungen
Je nach Anzahl der zu pluggenden Leiterplatten und der technologischen Anforderungen sind für das Einbringen der Paste das Roller-Coating-Verfahren, das Siebdruck- oder das Schablonendruckverfahren geeignet. CONTAG verwendet ein kombiniertes Siebdruck/Schablonendruckverfahren, bei dem die Pluggingpaste durch eine spezielle Vorrichtung mit Druckluftunterstützung in die zu verschließenden Bohrungen hineingepresst wird.
Je nach technologischer Anforderung erfolgt dies vollflächig (technologische Varianten 3a und 3b) oder lokal selektiv mit Hilfe einer gebohrten Schablone (Variante 3c).

b) Trocknen/Aushärten der Paste
Sind die zu pluggenden Bohrungen mit der Paste verfüllt, wird diese für 60min bei 150°C im Ofen ausgehärtet.

c) Einebnen (Schleifen)
Die verbleibenden Reste der Paste auf der Oberfläche der Schaltung werden durch einen mechanischen Schleifprozess abgetragen, die Oberflächen der gepluggten Bohrungen werden eingeebnet.

d) Weitere Metallisierung (optional)
Ist ein Kupferdeckel auf den verschlossenen Bohrungen gewünscht (Varianten 3b oder 3c), erfolgt nachfolgend eine weitere Metallisierung der Oberfläche. Dies beinhaltet die Abscheidung einer elektrisch leitfähigen Grundschicht und anschließende Verstärkung durch einen galvanischen Abscheidungsprozess.

5. Qualitätssicherung
Wir gewährleisten in den gepluggten Bohrungen eine Hülsenstärke von mindestens 15μm. Dies ist ausreichend, um eine prozesssichere Weiterverarbeitung der Schaltung bis hin zum Lötprozess ohne Rissbildung oder Delamination zu garantieren, da die Hülse durch die Harzverfüllung zusätzlich geschützt wird. Die Gleichmäßigkeit des Kupferabtrages und der Kantenverrundung der Durchkontaktierungen wird beim Schleifprozess kontinuierlich überwacht.



Werden die Pads mit einem Kupferdeckel versehen, wird für diesen eine Kupferstärke von mindestens 10μm garantiert. Um feine Leiterbildstrukturen (<100μm) zu realisieren, muss der Kupferaufbau dann von einer entsprechend geringen Basiskupferstärke (5μm oder 12μm) beginnen. Die Einhaltung einer lufteinschlussfreien Verfüllung und der genannten Kupferauflagen wird durch prozessbegleitende Schliffuntersuchungen sichergestellt.

6. Zusammenfassung
Durch Verwendung der Hole Plugging-Technologie erschließen sich dem Layouter zahlreiche designoptimierende Lösungen. Zusätzlich wird die Prozesssicherheit bei komplexen SBU-Leiterplatten deutlich erhöht.
CONTAG bietet Ihnen diese Technologie in einer höchst zuverlässigen und reproduzierbaren Ausführung, selbstverständlich auch im Eildienst, an.

Für weitergehende technologische Fragen rund um das Thema Leiterplatten wenden Sie sich bitte an unser Technologen-Team (Tel. 030 / 351 788 – 155).

Ausgabestand: B

     

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Uwe Sydow
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