Leiterplatten (Printed Circuit Board - PCB) sind das Herzstück eines jeden elektronischen Geräts. Sie dienen als Träger für datenverarbeitende Bauteile und leiten elektrische Signale von A nach B. Ihre Herstellung umfasst eine Vielzahl an Prozessschritten. Einer der wichtigsten Teilabläufe ist das Ätzen von Kupferfolien mit verschiedensten Lösungen, wobei so lange überschüssiges Kupfer aufgelöst wird, bis definierte Leiterbahnen zurückbleiben. Aufgrund der optimalen Eigenschaften kommen hier am häufigsten Flüssigkeiten zum Einsatz, welche auf sauren, kupferhaltigen Chloridlösungen basieren.
Am Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie der Montanuniversität Leoben wurde ein Versuchsaufbau realisiert, der eine detaillierte Untersuchung der Ätzprozesse ermöglicht, welche beim Firmenpartner AT&S in der industriellen Fertigung von Leiterplatten ihre Anwendung finden.
Bei der Reaktion von Kupfer und den, im Elektrolyten enthaltenen reaktiven Ionen, wie Cl-, Cu2+ und Cu+, treten unterschiedliche Kombinationen von Kupferchloridkomplexen auf. Diese Verbindungen lassen sich zum Teil als festes CuCl an der Metalloberfläche und als gelöste CuCl-Ionen nachweisen.
Ein besseres Verständnis der ablaufenden Reaktionen liefert hier die Anwendung von voltammetrischen Methoden. Dabei wird in einem Dreielektroden-System eine Kupferprobe in einer rotierenden Arbeitselektrode, eine sogenannte rotierende Scheibenelektrode (RDE), installiert und über einen definierten Potenzialbereich polarisiert.
Die dabei auftretenden charakteristischen Ströme sind chemisch reversiblen und irreversiblen Reaktionen zuordenbar. Eine Variation der Parameter Temperatur, Konzentration reaktiver Ionen und Fluidströmung ermöglicht eine Interpretation der Auswirkungen auf das Cu-Cl-System. Aus den gemessenen Voltammogrammen können Daten der Reaktionskinetik generiert werden, die in Prozesssimulationen Anwendung finden.
Wirkungen und Effekte
Mithilfe der erhaltenen Informationen zu den Eigenschaften der an der Kupferauflösung beteiligten Ionen und Kupferchloridkomplexe ist es in Zukunft möglich, den Ätzprozess am Computer zu simulieren und gezielt Reaktionen vorherzusagen.
Diese Computermodelle sollen dabei helfen, den Herstellungsprozess von Leiterplatten in Richtung nachhaltigerer Verwendung der Ätzmittel und höherer Genauigkeit des Prozesses zu optimieren.
Projektkoordination (Story)
DI Dr.mont. Eva Gerold
Montanuniversität Leoben
Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie
T +43 (0) 3842 402 5207
eva.gerold(at)unileoben.ac.at
Projektpartner
• AT & S Austria Technologie & Systemtechnik AG, Österreich
• Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie, Österreich