PCB-Miniaturisierung
Klein, kleiner, am kleinsten
Viele medizintechnische Produkte könnten kleiner sein – wenn ihre Elektronik dies zuließe. Ein neues Fertigungsverfahren für Leiterplatten verspricht mehr Miniaturisierung, mehr Integrationsmöglichkeiten und vielfältigere Design-Optionen – bei hohem Durchsatz und vertretbaren Kosten.
Herzschrittmacher, Neurostimulatoren, Katheter, Insulinpumpen, Cochlea-Implantate, die Steuerung intelligenter Prothesen, Lab-on-a-Chip, Ultraschallmessköpfe, Mikropumpen – moderne medizintechnische Produkte geben vielen Patienten neue Lebensqualität. In den Hightech-Helfern sind mit jeder neuen Gerätegeneration immer kleinere und gleichzeitig leistungsfähigere integrierte Schaltungen und elektronische Komponenten enthalten. Die zunehmende Miniaturisierung stellt höchste Anforderungen an die Fertigungstechnik für die elektrischen Schaltungen (Bild 1).
Das hat Auswirkungen auf das Schaltungsfundament – die Leiterplatten. Denn diese müssen letztlich für eine zuverlässige Verbindung der Bauelemente und Module sorgen – trotz immer höherer Packungsdichten. Hersteller sind gefordert, neue Herstellungsprozesse oder neue Kombinationen von Prozessen für die Printed Circuit Boards (PCB) zu entwickeln, um bei möglichst hohem Durchsatz größtmögliche Zuverlässigkeit zu erreichen und gleichzeitig die Kosten unter Kontrolle zu halten. Das führt dazu, dass in der Mikroelektronik die Grenzen zwischen Dünnfilm- und Leiterplattentechnik immer weiter verwischen. Die Dünnschichttechnik verwendet bereits Materialien, Prozesse und Maschinen aus beiden Bereichen und erzielt damit große Fortschritte in der Miniaturisierung.
Herkömmliche Verfahren stoßen an Grenzen
Die in der Leiterplattentechnologie genutzten Standardverfahren liefern bis zu Leiterbreiten und -abständen von rund 50 µm gute Ergebnisse. Sind noch kleinere Strukturbreiten und Abstände gefragt, wird es mit herkömmlichen Fertigungsverfahren zunehmend schwieriger, das gesamte Potenzial moderner Verbindungstechnologien auszuschöpfen – und zum Beispiel Via-Stacking, Via in Pad-Strukturen oder integrierte Antennen zu nutzen. Hier müssen Abstriche gemacht werden, um akzeptable Ergebnisse und ausreichende Produktionsausbeuten zu erzielen.
Leiterbreiten und -abstände von weniger als 15 µm sind hingegen mit klassischen Semi-Additiv-Prozessen möglich, wie sie bei der Dünnfilmtechnologie zum Einsatz kommen. Damit lassen sich kleine bis mittlere Serien wirtschaftlich fertigen. Nachteil ist jedoch die geringe Größe der produzierten Einheiten von üblicherweise maximal 6 Zoll × 6 Zoll. Zwar ist das Hochskalieren dieser Technologie technisch machbar, aber sehr aufwendig und daher teuer.
Neue Möglichkeiten für die Miniaturisierung
Cicor, eine international tätige Industriegruppe mit Sitz im Schweizerischen Boudry (www.cicor.com), kombiniert seit langem Leiterplatten- und Dünnschichttechnologien. Nun hat das Unternehmen seine neue Plattform »DenciTec« vorgestellt: Diese ermöglicht das Fertigen von Schaltkreisen mit extrem hoher Dichte – nach eigenen Aussagen ohne die Nachteile der heute etablierten Herstellungsprozesse. Eine neuartige Kombination von Geräten auf dem neuesten Stand der Technik und deren optimierter Einsatz gestatten eine zuverlässige Fertigung von Strukturen mit Leiterbreiten und -abständen von bis zu 25 µm, ohne die Designfreiheit einzuschränken (Bild 2).
Auf allen leitenden Lagen beträgt die Kupferdicke dabei 20 ±5 µm. Darüber hinaus sind Laser-Via-Durchmesser von 35 µm, Restringe mit einem Durchmesser von 30 µm auf den Innenlagen und 20 µm bei den Außenlagen ebenso möglich wie kupfergefüllte Blind-Vias mit der Möglichkeit zum Via-Stacking und Vias in Pads.
Fertigungskapazität und Ausbeute liegen dabei auf dem Niveau herkömmlicher PCB-Produktionstechniken. Durch Verwendung modernster Materialen lassen sich mit DenciTec zudem ultradünne Schaltkreise herstellen, zum Beispiel vierlagige Flexschaltkreise mit weniger als 120 µm Gesamtdicke – das ist kaum mehr als der Durchmesser eines menschliches Haares.
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