Leiterplattentechnik

Miniaturisierung des Schaltbildes

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Leiterplattentechnik | Eine neue Technologieplattform von Cicor sorgt für mehr Funktionalität auf kleinstem Raum: Durch die Kombination gängiger Prozesse lassen sich beispielsweise alle benötigen Funktionen in einem winzigen Hörgerät integrieren.

Karl-Heinz Fritz, Barbara StumppCicor, Bronschhofen/Schweiz

Moderne Hörgeräte sollten möglichst klein sein und nicht auffallen. Trotzdem müssen sie zuverlässig, störungsresistent und bezahlbar sein. Das natürliche Hören geht nicht ohne Richtungshören, Verstehen von Sprache trotz Hintergrund-Geräuschen und in hallender Umgebung. Dazu braucht ein Hörgerät mehrere Mikrofone, einen Prozessor, der erkennt, woher das Schallsignal kommt und unerwünschte Umgebungsgeräusche gezielt dämpft, während er gleichzeitig das Sprachsignal verstärkt.
Um alle diese Funktionen bieten zu können, haben Hörhilfen bis 2 MB On-Chip-Flash-Speicher, dazu mehrere Hörprogramme mit den entsprechenden Verarbeitungsalgorithmen. Bei höherwertigen digitalen Hörgeräten kommt noch Funktechnologie dazu, mit deren Hilfe, beispielsweise beim Tragen auf beiden Ohren, die beiden Geräte miteinander kommunizieren und sich synchron abstimmen. Weiter soll eine eingestellte Verstärkungsschwelle das Innenohr vor Überlastung bewahren. Auch Bluetooth-Übertragung ist für Hörgeräte möglich, um Signale von Handys und Audio-Geräten ohne umgebungsbedingte Störungen auf das Hörgerät zu übertragen.
Dafür werden die Sensoren in industriellen Umgebungen immer funktionaler: Statt nur einen Wert zu messen und weiterzuleiten, findet in Sensoren schon eine erste Stufe der Datenverarbeitung statt. Um sich die aufwendige und kostspielige Verkabelung zu sparen, verfügen die Sensoren immer öfter über ein Funkmodul. Gemeinsam ist all diesen Anwendungen, dass immer mehr Funktionen in ein Bauteil integriert werden. Dazu müssen die Leiterplattenhersteller die Funktionalität ihrer Produkte steigern. Entsprechend wird die Leiterplatte immer dichter gepackt. Längst werden deshalb Leiterplatten zwecks höherer Funktionalität gestapelt oder gefaltet. Mit konventioneller Technik ist man hier bereits fast an der Grenze. Eine Lösung soll die intelligente Verheiratung gängiger Prozesse bieten, die schon heute in der Lage sind, die Massenproduktion zuverlässig zu bedienen.
Dencitec optimiert die moderne Leiterplattentechnologie
Zwei dieser Techniken sind das Panel-Plating- und das Pattern-Plating-Verfahren. Konventionell erlaubt diese Technik Schaltkreise mit Leiterbreiten und -abständen von weniger als 50 µm nur bedingt. Außerdem unterstützen diese Prozesse nicht die gesamten Möglichkeiten der modernen Leiterplattentechnologie.
Beim Pattern-Plating-Verfahren wird eine leitfähige Kupferschicht mit einer Vorverkupferungsschicht auf die Leiterplatte aufgebracht. Danach folgt mittels Photolithographie eine selektive Verkupferung der Leiterbahnen, die dann mit einem metallischen Ätzresist – meist galvanischem Zinn – abgedeckt wird. Nach Fertigen der Schaltung durch alkalisches Ätzen, muss der metallische Ätzresist durch Strippen vom verbleibenden Kupfer entfernt werden. Dieses aggressive Strippen greift zwar das Kupfer wenig an, ist aber nicht ohne negative Wirkung auf das geätzte Muster.
Beim Panel-Plating-Verfahren wird die Leiterplatte mit dem gesamten benötigten Kupfer beschichtet und anschließend mittels Fotolithographie das Schaltbild erzeugt. Der Prozess ist einfacher als das Pattern Plating, weil er weniger Prozessschritte benötigt, sehr zuverlässig ist und ohne Metallresist auskommt. Aber auch er hat Grenzen bezüglich kleinster Leiter- und Abstandsbreiten. So sind eine Auflösung von 25 µm und entsprechende Abstände nur bei einer sehr niedrigen Kupferdicke von etwa 8 µm, mit einem Fotoresist von 10 µm Dicke zu erreichen.
Wegen der maximalen Gesamtkupferdicke von 8 µm können keine Verbindungen zwischen Schichten mit Stacked-Via-Technologie und keine Vias in Pad-Strukturen eingesetzt werden – eigentlich Stand der Technik. Selbst bei Verwendung von Basismaterialien mit ultradünnen Kupferkaschierungen reicht die aufgebrachte galvanische Kupferschicht nicht aus, um Blindlöcher ausreichend mit Kupfer zu füllen.
Mittels Dünnfilmtechnologie wurden in den letzten Jahren zunehmend Schaltkreise auf organischen Substraten, wie Folien, realisiert, als klassischer Semi-Additiv-Prozess, bei dem Vakuumbeschichtung, Fotolithografie, Elektrogalvanisierung und chemische sowie Trockenätzverfahren zum Einsatz kommen. Mit dieser Technik erreicht man zwar Leiterbreiten und -abstände von weniger als 15 µm, aber da die Größe mit 36 Quadratzoll begrenzt ist, ist der Preis einfach zu hoch. Mit neuen Prozessen könnte man diese Technologie zwar hochskalieren, aber zu welchem Preis? Denn dafür wäre neue Anlagentechnik nötig.
Durch eine intelligente Kombination der klassischen Techniken lassen sich deren Nachteile vermeiden. Mit der Technologieplattform Dencitec schafft Cicor die Möglichkeit, Schaltkreise mit extrem hoher Dichte ohne die Nachteile der obigen Methoden zu fertigen. Außerdem stehen neue Basismaterialien zur Verfügung. So lassen sich mit der neuen Technologie die funktionalen Strukturen einer Leiterplatte weiter miniaturisieren. ■
www.cicor.com Auf der Medtec Europe: Halle 1, Stand N10


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