Artikel aus der Fachzeitschrift PLUS vom Heft 11/2007
MOS investiert kräftig
Artikel aus der Fachzeitschrift PLUS, Heft 11/2007 aus dem Eugen G. Leuze Verlag KG
MOS investiert kräftig
Am 2. Oktober informierte MOS Electronic die PLUS-Redaktion über die neuesten Entwicklungen und Investitionen. Herzstück der Neuerwerbungen ist eine Direktmetallisierungslinie von Occleppo mit dem DMS-HDI-Prozess von Enthone.
Deutscher Leiterplattenhersteller mit starkem Partner in China
Die inhabergeführte MOS Electronic GmbH, Neuweiler im Nordschwarzwald, hat sich auf Eildienste im Klein- und Mittelserienbereich spezialisiert. 1977 als Lohngalvanik gegründet, wurde 1984 die Leiterplattenfertigung aufgenommen. 1993 wurde das jetzige Firmengebäude bezogen, das 1999 erweitert wurde. 1999 erfolgte auch die erste Zertifizierung des QM-Systems.
Bereits 1995 wurde in Temeswar (Timisoara – erste europäische Stadt mit elektrischer Straßenbeleuchtung), Rumänien, das Joint Venture CEE S.A. gegründet. Dort stellen 20 Mitarbeiter einseitige, gestanzte Leiterplatten vornehmlich für den lokalen Markt her.
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Investiert wird in Deutschland
Investitionen in neue Technologien waren für MOS Electronic schon immer wichtig. So wurde Anfang 2004 die erste Anlage zur Lötstoppapplikation im Sprühverfahren in Europa in Betrieb genommen (PLUS 5/2004, S. 738). Es folgten Investitionen in CNC-Bohr- und Fräsmaschinen, einen atg-Fingertester, eine Bleifrei-Verzinnungslinie, sowie Belichtungstechnik.
Anfang des Jahres wurde die Abteilung Mess- und Prüftechnik erweitert und mit zusätzlichen Geräten ausgestattet, wie zum Beispiel Röntgenfluoreszenzgerät, Multimessystem und Couloscope von der Helmut Fischer GmbH + Co. KG zur Schichtdickenmessung von Endoberflächen, Kupfer und Lötstopplack sowie zur Materialanalyse. Damit kann die Qualität der Leiterplattenbeschichtungen sichergestellt werden.
Darüber hinaus wurde dieses Jahr ein neues Produktionsplanungssystem WDSOFT von der Dieken GmbH in Aurich eingeführt, um die neuen Anforderungen hinsichtlich Handelsgeschäft und Qualitätssicherung abzudecken.
Direktmetallisierung – das Herzstück
Bisher musste MOS Electronic die Metallisierung der Durchkontaktierungen von HDI-Schaltungen außer Haus geben, da das bisherige Verfahren für diese Produkte nicht geeignet war. Seit zwei Jahren hat man sich im Hause MOS mit der Direktmetallisierung (DMS) befasst, die 95% des Produktspektrums abdecken soll. Inzwischen liegt der Multilayer-Anteil bei 80% und der Anteil hochlagiger Multilayer nimmt zu.
Da DMS ein zentraler Produktionsschritt ist, wollte MOS Electronic unbedingt auf bestehende Technologien zurückgreifen.
Im Vorfeld wurden alle möglichen Verfahren getestet. Ein wichtiger Punkt war, dass das Verfahren auch noch in einigen Jahren verfügbar sein muss. Hier war Enthones klares Bekenntnis, auch zukünftig in Europa tätig zu sein, wichtig. Wichtiger noch war, dass der ENVISION® HDI-Prozess seit über 5 Jahren im Markt eingeführt ist und weltweit mehr als 80 Anlagen (in Europa mehr als 50 Anlagen) mit diesem Verfahren laufen. Da der Vorgängerprozess, ENVISION® DSM-E, auf derselben Chemie beruht, hat Enthone mehr als 15 Jahre Erfahrung bei der Durchkontaktierung mit diesem System.
Ein wesentliches Merkmal der ENVISION® HDI-Technologie ist die exakte Abstimmung von Chemie und Anlagentechnik. Daher ist eine intensive Zusammenarbeit zwischen Chemiehersteller, Anlagenbauer und Anwender von Anfang an erforderlich.
Bei der Anlagentechnik fiel die Wahl, wie schon beim Vorgängerprozess, auf Occleppo. Auch hier spielte die zukünftige Verfügbarkeit eine Rolle. Es fand eine Vorabnahme statt, d.h. bei Occleppo wurde die Linie 1:1 aufgebaut und ein Wassertest gefahren, bei dem auch Enthone zugegen war. Dabei wurden die letzten Details erarbeitet.
Richard Wagner, Geschäftsführer von FineLine Technologie, erläuterte: „Jede Anlage ist individuell. Sowohl Anlagenhersteller als auch Chemiehersteller müssen beide sagen: so ist es optimal.“ Jürgen Bauer, Prokurist bei MOS, ergänzte: „Wir müssen alle Ressourcen nutzen – dazu zählt auch Know-how von Anlagenbauer und Chemiehersteller.“
Ende Juli wurde die neue horizontale Desmear- und ENVISON® HDI-Linie zur Durchkontaktierung installiert. Dafür war der bisher komplizierteste Umbau bei MOS notwendig. Viele Anlagen mussten komplett umgestellt werden. So musste für die ganze Heißluftverzinnung ein neuer Platz geschaffen werden. Auch die Bürstanlage wurde verlagert. Dafür waren umfangreiche bauliche Maßnahmen notwendig.
Die neue Anlage musste am Ort der alten aufgestellt werden, so dass sich zwangsweise eine Verlagerung des Prozesses zu Dienstleistern in dieser Zeit ergab. Dank der funktionierenden Partnerschaften von MOS konnte dieses logistische Problem gelöst werden.
Bei Umbau wurde der enge Zeitplan eingehalten. Vom Beginn des Abbaus bis zur Prozessfreigabe vergingen nur 4 Wochen.
Die bisherigen Erfahrungen sind durchgehend positiv. Die Anbindungsqualität wurde erheblich verbessert, weil keine Anätzung mehr erforderlich ist. Durch den Wegfall des Ätzschrittes ist der Yield stark angestiegen. Früher wurde auf die Durchkontaktierung hochlagiger Multilayer eine 10 µm starke Kupferschicht aufgebracht, jetzt geht es ohne Vorverstärkung. Außerdem ergab sich eine Qualitätsverbesserung der Oberfläche. Die sauberere Oberfläche ist jetzt reinraumfähig. Sie wirkt sich auf alle folgenden Prozesse positiv aus. So ist die Präzision der Abbildung beim Fotoprozess durch die bessere Oberfläche wesentlich verbessert. Deswegen wird auch weiter in die Fototechnik (LDI-Laser und Reinraum) investiert. Ziel ist, 50 µm-Strukturen (bisher: 80 µm) mit guter Ausbeute herzustellen.
Auch das Desmear-Ergebnis ist deutlich besser als früher. Bei MOS werden jetzt alle Produkte mit Desmear gefahren, da sich dadurch die Lochwandqualität verbessert.
Der Hauptvorteil liegt für MOS allerdings darin, dass HDI-Schaltungen zur Durchkontaktierung nicht mehr nach außen gegeben werden müssen. Somit ist die Produktion jetzt wesentlich schneller und durch den Wegfall der externen Kosten auch wesentlich günstiger als früher. HDI-Multilayer mit 4 – 8 Lagen (1 Microvia-Lage) können jetzt in 3 Arbeitstagen angeboten werden, solche mit mehr Microvia-Lagen in 5 Arbeitstagen. Für den Terminhersteller gilt wörtlich: Zeit ist Geld.
Enthones ENVISION-HDI
ENVISION® HDI, ein speziell zur Durchkontaktierung von Leiterplatten mit Mikrobohrung entwickeltes Direktmetallisierungsverfahren, ist ein Selektivprozess auf Basis eines intrinsisch leifähigen Polymers (ICP = Intrinsic Conductive Polymer). Der wesentliche Vorteil besteht darin, dass das ICP nur auf den dielektrischen Flächen, also auf Glas und Harz, nicht aber auf Kupfer abgeschieden wird. Da die Kupferoberflächen absolut sauber bleiben sind keine zusätzlichen Reinigungsschritte mit negativen Nebenwirkungen notwendig. Ein einmaliges Benetzen reicht aus, um einen elektrisch leitenden Polymerfilm auf der Bohrlochwandung zu erzeugen, der für die spätere Galvanisierung vollkommen ausreicht. Somit genügt eine kurze Verweilzeit, was eine höhere Produktivität und reduzierte Kosten mit sich bringt.
Mit dem Prozess können alle am Markt vorhandenen Basismaterialien in unbegrenzter Lagenzahl durchkontaktiert werden – auch bei beidseitigen Mikrobohrungen (Sacklöchern) in nur einem Durchlauf. Es ist kostenmäßig wesentlich günstiger als chem. Kupfer.
Dem eigentlichen Prozess ist ein alkalischer Natrium-Permanganat-Desmear-Prozess vorgeschaltet:
- Queller (ENVISION MLB 2011)
- Permanganat (ENVISION MLB 2021)
- Reduktionslösung (ENVISION MLB 2035)
Es folgt der 3-stufige Selektivprozess:
- Konditionierer (ENVISION-HDI 7311), 20 – 30 s (20 – 30 s Spülen)
- Initiator (ENVISION-HDI 7320), 50 – 70 s (30 – 40 s Spülen)
- Katalysator (ENVISION-Katalyst 7350), 80 – 100 s (20 – 30 s Spülen)
Der gesamte Prozess einschließlich Desmear und Spülen dauert ca. 40. Min. Dies stellt eine erhebliche Zeiteinsparung von mehreren Stunden dar, besonders da die Prozesse vorher getrennt waren.
Der Prozess läuft ausfallfrei. Test mit Produktionstestpanels mit 90 000 Microvias (Durchmesser 60 µm) und 25 500 normalen Bohrungen (Durchmesser 0,2 µm) pro Panel zeigten keinerlei Ausfälle. Dr. Axel Dombert, Technical Manager PWB Europe bei Enthone, erklärte, dass auch sehr kleine Bohrungen kein Problem darstellen. Bei Enthone wurden 60 µm tiefe Microvias mit 50 µm Durchmesser (Aspect Ratio 1:1,2) erfolgreich getestet.
Der Prozess ist umweltfreundlich, denn es werden weder Komplexbildner noch Schwermetalle oder Formaldehyd eingesetzt. Auch werden keine gasförmigen Stoffe freigesetzt, da die Anlage völlig geschlossen ist und Absaugung existiert.
Zur Qualifizierung wurden viele Schliffe analysiert. Um das Procedere zu beschleunigen wurde auch in die Prozessüberwachung investiert und gemeinsam mit Enthone Testmethoden entwickelt, die mittels UV-Spektrometrie eine schnelle Beurteilung der Qualität der Durchmetallisierung erlauben.
Weitere Investitionen
Im Zuge des Umbaus wurde auch eine neue HAL-Bleifrei-Anlage von Penta mit Vor- und Nachreinigung von Occleppo und Be- und Entladestationen von Kuttler angeschafft. Auch in eine Endreinigung von Pola e Massa wurde gleichzeitig investiert.
Überdies musste kurzfristig eine Ritzmaschine ersetzt werden. Innerhalb von 3 Arbeitstagen kam Ersatz in Form einer Sprungritzmaschine von LHMT.
Weiter wurde der Foto-Prozess neu konzipiert und bei Orbotech ein Discovery-AOI-System sowie ein LDI-System bestellt, die beide noch dieses Jahr in Betrieb genommen werden sollen. Eine neue Multilayer-Presse ist in Planung.
Darüber hinaus plant MOS Electronic den Bau einer neuen Fertigung auf dem jetzigen Firmengelände. Dort soll eine rationelle Multilayer- und HDI-Fertigung entstehen, um schneller und kostengünstiger produzieren zu können. Die Entscheidung darüber wird Anfang 2008 fallen.
Die MOS Electronic GmbH will damit auch klarstellen, dass sie am jetzigen Standort auf lange Sicht festhält und die Aktivität in Asien nicht den Anfang einer Abwanderung darstellt.
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