1. FPC-Materialschneiden
Abgesehen von bestimmten Materialien sind die meisten Materialien, die in flexiblen gedruckten Schaltungen verwendet werden, (FPC) werden in Rollen geliefert. Da nicht alle Prozesse rollenbasierte Techniken erfordern, müssen einige Prozesse, wie z. B. das Bohren metallisierter Löcher in doppelseitigen flexiblen Leiterplatten, mit blattförmigen Materialien durchgeführt werden. Der erste Schritt bei doppelseitigen flexiblen Leiterplatten ist das Zuschneiden des Materials in Blätter.
Flexible kupferkaschierte Laminate weisen eine sehr geringe mechanische Belastbarkeit auf und können leicht beschädigt werden. Jede Beschädigung während des Schneidvorgangs kann die Ausbeute nachfolgender Prozesse erheblich beeinträchtigen. Daher ist, auch wenn das Schneiden einfach erscheint, große Sorgfalt auf die Materialqualität zu verwenden. Für kleine Mengen können manuelle Schneidemaschinen oder Rotationsschneider verwendet werden. Für die Großserienproduktion sind automatische Schneidemaschinen vorzuziehen.
Ob ein- oder doppelseitige kupferkaschierte Laminate oder Deckfolien – die Schnittpräzision erreicht ±0.33 mm. Der Schneideprozess ist äußerst zuverlässig, und das geschnittene Material wird automatisch sauber gestapelt, ohne dass eine manuelle Bearbeitung am Ausgang erforderlich ist. Der Prozess minimiert Materialschäden, und das Material bleibt nahezu frei von Falten oder Kratzern. Darüber hinaus können moderne Geräte automatisch schneiden FPCs Das Ätzen erfolgt im Rollenformat mithilfe optischer Sensoren, die die geätzten Ausrichtungsmuster erfassen. Dadurch wird eine Schnittgenauigkeit von 0.3 mm erreicht. Die Schnittkanten sollten jedoch nicht zur Ausrichtung in nachfolgenden Prozessen verwendet werden.
2. FPC-Lochbohren
Wie bei starren Leiterplatten (PCB) sind Durchgangslöcher in flexible Leiterplatte können mittels CNC-Bohrung gebohrt werden. CNC-Bohrung eignet sich jedoch nicht für rollenbasierte doppelseitige Schaltungen mit metallisierten Durchgangslöchern. Da Schaltungsdesigns dichter und die Durchmesser der Durchgangslöcher kleiner werden, führten die Einschränkungen der CNC-Bohrung zur Einführung anderer Bohrtechniken wie Plasmaätzen, Laserbohren, Mikrostanzen und chemischem Ätzen. Diese neueren Techniken sind besser mit den Anforderungen rollenbasierter Prozesse kompatibel.
CNC Bohren
Die meisten Durchgangslöcher in doppelseitigen flexiblen Leiterplatten werden immer noch mit CNC MaschinenDiese CNC-Maschinen sind im Wesentlichen dieselben wie die für starre Leiterplatten, unterscheiden sich jedoch in einigen Punkten. Da flexible Leiterplatten dünn sind, können mehrere Platten zum Bohren übereinander gestapelt werden. Unter günstigen Bedingungen können 10 bis 15 Platten gleichzeitig gebohrt werden. Als Träger- und Deckplatten können Phenolpapier- oder Glasfaser-Epoxid-Laminate verwendet werden, ebenso wie Aluminiumplatten mit einer Dicke von 0.2 bis 0.4 mm. Bohrer für flexible Leiterplatten sind im Handel erhältlich, und Bohrer, die zum Bohren starrer Leiterplatten verwendet werden, können auch für flexible Leiterplatten verwendet werden.
Die Bedingungen für das Bohren, Fräsen der Deckfolie und das Formen der Verstärkungsplatte sind grundsätzlich ähnlich. Aufgrund der Weichheit des Klebstoffs in flexiblen Leiterplattenmaterialien kann dieser jedoch leicht am Bohrer haften bleiben. Dies erfordert eine regelmäßige Überprüfung des Bohrerzustands und eine entsprechende Erhöhung der Drehzahl. Besondere Vorsicht ist beim Bohren von mehrschichtigen flexiblen Leiterplatten oder Starrflex-Leiterplatte.
Lochung
Mikrostanzen ist keine neue Technik und wird bereits in der Massenproduktion eingesetzt. Da rollenbasierte Verfahren eine kontinuierliche Produktion erfordern, werden Durchgangslöcher häufig im Rollenformat gestanzt. Massenstanzen ist jedoch auf Lochdurchmesser von 0.6–0.8 mm beschränkt und erfordert im Vergleich zum CNC-Bohren mehr Zeit und manuelle Bearbeitung. Der anfängliche Prozess umfasst oft große Abmessungen, was die Stanzwerkzeuge entsprechend größer und teurer macht. Obwohl Massenproduktion Kosten senken kann, ist die Abschreibung der Ausrüstung erheblich. Für die Kleinserienproduktion bietet CNC-Bohren mehr Flexibilität und Kosteneffizienz.
In den letzten Jahren wurden jedoch sowohl bei der Präzision von Stanzwerkzeugen als auch beim CNC-Bohren deutliche Fortschritte erzielt. Das Stanzen ist nun für flexible Leiterplatten praktikabler geworden. Neueste Stanztechnologien ermöglichen die Herstellung von Löchern mit einer Größe von nur 75 µm in kleberfreien, kupferkaschierten Laminaten mit einer Substratdicke von 25 µm. Unter geeigneten Bedingungen lassen sich auch Löcher mit einer Größe von nur 50 µm stanzen. Stanzmaschinen wurden zudem automatisiert, und es stehen nun kleinere Stanzwerkzeuge zur Verfügung, wodurch das Stanzen für flexible Leiterplatten eine praktikable Option darstellt. Allerdings eignen sich weder CNC-Bohren noch CNC-Stanzen für die Herstellung von Sacklöchern.
Laserbohren
Mit Lasertechnologie lassen sich kleinste Durchgangslöcher bohren. Für flexible Leiterplatten kommen verschiedene Laserbohrmaschinen zum Einsatz, darunter Excimerlaser, CO₂-Laser, YAG-Laser (Yttrium-Aluminium-Granat) und Argonlaser.
CO₂-Laser können nur Isolationsschichten bohren, während YAG-Laser sowohl die Isolationsschicht als auch die Kupferfolie bohren können. Das Bohren der Isolationsschicht ist deutlich schneller als das Bohren der Kupferfolie, daher ist die Verwendung eines einzigen Lasers für alle Bohrvorgänge ineffizient. Typischerweise wird die Kupferfolie zuerst geätzt, um das Lochmuster zu bilden, und dann wird die Isolationsschicht entfernt, um das Durchgangsloch zu bilden. Diese Methode ermöglicht das Bohren von extrem kleinen Lochdurchmessern mit Lasern. Die Positionierungsgenauigkeit zwischen den oberen und unteren Löchern kann jedoch den Lochdurchmesser begrenzen. Bei Blind Vias stellt sich das Problem der vertikalen Ausrichtung nicht, da nur die Kupferfolie einer Seite geätzt wird.
Excimerlaser können feinste Löcher bohren. Excimerlaser nutzen ultraviolettes Licht, das die Molekularstruktur des Substratharzes direkt aufbricht, minimale Hitze erzeugt und die Beschädigung des Bereichs um das Loch begrenzt. Das Ergebnis sind glatte, vertikale Lochwände. Wird der Laserstrahl weiter verkleinert, lassen sich Löcher mit Durchmessern von 10–20 µm bohren. Mit zunehmendem Aspektverhältnis wird die Nassverkupferung jedoch zunehmend schwieriger.
Ein Hauptproblem beim Excimer-Laserbohren ist die Bildung von Rußrückständen an den Bohrlochwänden durch die Harzzersetzung, die vor dem Plattieren entfernt werden müssen. Zudem kann die Gleichmäßigkeit des Lasers bei der Bearbeitung von Sacklöchern zu bambusartigen Rückständen führen. Die größte Herausforderung beim Excimer-Laserbohren sind die geringe Geschwindigkeit und die hohen Kosten. Daher ist sein Einsatz auf Anwendungen beschränkt, die hohe Präzision und Zuverlässigkeit bei sehr kleinen Löchern erfordern.
CO₂-Laserbohren hingegen ist deutlich schneller und kostengünstiger, weist aber eine schlechtere Lochqualität auf, deren Durchmesser typischerweise zwischen 70 und 100 µm liegen. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist jedoch deutlich höher als bei Excimerlasern, was das CO₂-Laserbohren kostengünstiger macht, insbesondere bei hochdichten Lochanordnungen.
Beim Bohren von Blind Vias mit CO₂-Lasern ist es entscheidend, dass der Laser nur die Kupferoberfläche erreicht. Ein Abtragen von organischem Material von der Oberfläche ist nicht erforderlich. Zur Reinigung der Kupferoberfläche kann jedoch eine Nachbearbeitung mit chemischem oder Plasmaätzen erforderlich sein.
3. Lochmetallisierung
Der Lochmetallisierungsprozess für flexible Leiterplatten ähnelt dem für starre LeiterplatteJüngste Fortschritte haben die chemische Beschichtung durch die direkte Beschichtung mit leitfähigen Schichten auf Kohlenstoffbasis ersetzt. Diese Technik wird auch in der Herstellung flexibler Leiterplatten eingesetzt.
Da flexible Leiterplatten weich sind, sind spezielle Vorrichtungen erforderlich, um die Leiterplatten während der Metallisierung zu fixieren. Diese Vorrichtungen halten die Leiterplatte nicht nur an ihrem Platz, sondern gewährleisten auch Stabilität im Beschichtungsbad. Andernfalls kann die ungleichmäßige Dicke der Kupferbeschichtung beim Ätzen zu Problemen wie Kurzschlüssen und Brückenbildung führen. Um eine gleichmäßige Kupferbeschichtung zu erzielen, muss die flexible Leiterplatte in der Vorrichtung straff gespannt werden, und die Elektrodenpositionierung muss sorgfältig beachtet werden.
4. Reinigung der Kupferfolienoberfläche
Um die Haftung der Resistmaske zu verbessern, muss die Kupferfolienoberfläche vor dem Auftragen des Resists gereinigt werden. Auch wenn dies ein einfacher Vorgang zu sein scheint, ist bei flexiblen Leiterplatten besondere Sorgfalt geboten.
Typischerweise werden zur Reinigung sowohl chemische als auch mechanische Methoden eingesetzt. Für präzise Muster werden beide Methoden oft kombiniert. Mechanisches Bürsten kann schwierig sein; eine zu harte Bürste kann die Kupferfolie beschädigen, eine zu weiche Bürste hingegen kann die Reinigung unzureichend machen. In der Regel werden Nylonbürsten verwendet, deren Länge und Härte sorgfältig ausgewählt werden müssen. Über dem Förderband befinden sich zwei Bürstenwalzen, die sich entgegen der Bandlaufrichtung drehen. Zu hoher Druck der Bürstenwalzen kann jedoch das Substrat dehnen und zu Dimensionsänderungen führen.
Wird die Kupferoberfläche nicht richtig gereinigt, ist die Haftung der Resistmaske schlecht, was die Ausbeute des Ätzprozesses verringert. Dank der verbesserten Qualität von Kupferfolienlaminaten in den letzten Jahren kann bei einseitigen Schaltungen auf die Oberflächenreinigung verzichtet werden. Bei Präzisionsmustern unter 100 µm, Oberflächenreinigung bleibt wesentlich.
