Leiterplattenfertigung Ein Blick auf die neue Ätzanlage bei Becker & Müller

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Fertiger von Leiterplatten müssen technisch immer auf der Höhe bleiben. Einer der wichtigsten Schritte bei der Platinenherstellung ist das Ätzen. Der Familienbetrieb Becker & Müller gewährt spannende Einblicke in die neu angeschaffte Ätzanlage des Unternehmens.

Leiterplatten sind in der modernen Elektronik unverzichtbar und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von einfachen elektronischen Spielzeugen bis zu hochkomplexen Computern und Kommunikationsgeräten. Die Herstellung der Platinen selbst ist alles andere als trivial. Stehen Design und Materialauswahl müssen Fotolack belichtet, Leiterbahnen geätzt und geschützt, Markierungen gedruckt, Löcher gebohrt, Komponenten bestückt und gelötet werden – um nur ein paar Details des Prozesses zu erwähnen.

Das Ätzen definiert in der PCB-Herstellung die gewünschten Leiterbahnen. Besonders wichtig ist bei dem Vorgang Präzision, denn die ist entscheidend für die Kontrolle über den elektrischen Fluss auf der Leiterplatte und für die Aufrechterhaltung der Signalintegrität. Für das präzise Ätzen stehen mehrere Techniken zur Wahl, nasschemisches Ätzen, Trockenätzen und Ätzen mit Lasern.

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Im Familienunternehmen Becker & Müller in Steinach hat sich Geschäftsführer Janik Becker für eine Investition in eine neue Ätzlinie entschieden. „Unser Schwerpunkt als Hersteller anspruchsvoller Leiterplatten im Bereich Muster und Prototypen setzt voraus, dass wir in Sachen Qualität und Genauigkeit immer ganz vorne sind – und das auch bei sehr kleinen Losgrößen, unterschiedlichen Schichtdicken und Layouts. Die neue PCB-Bearbeitungslinie ist dabei ein entscheidender Faktor“, erklärt Becker nachfolgend und gibt Ihnen einen interessanten Einblick in die Herausforderung bei der Umsetzung der neuen Ätzlinie.

PCB-Ätzen auf höchstem Niveau

Die sogenannte SES-Anlage (engl. Strip-Etch-Strip) besteht aus drei Haupt-Modulen. Auf 15 Meter Länge werden die Prozessschritte Fotoresist Strippen, Ätzen der Kupferkaschierung und Zinn-Strippen realisiert – und das alles unter mehrfacher automatisierter Überwachung und Reinigung. Mit zahlreichen technologischen Innovationen und Verbesserungen bietet die Ätzlinie nun mehrere Vorteile bei der Leiterplattenfertigung.

Die neue Ätzlinie – Vorteile auf vielen Ebenen

„Zunächst einmal ist die neue Anlage um eine ganze Kammerlänge verlängert worden“, erklärt Janik Becker. „Alleine das sorgt für ein Plus an Volumen und Prozesssicherheit.“ Durch diese Verlängerung in Kombination mit der Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeit kann die Kapazität der Anlage auf bis zu 36 m² pro Stunde erweitert werden. Für den Prototypen-Hersteller also noch genügend Luft, um die eigene Produktivität in Zukunft noch weiter erhöhen zu können. Weiteres Plus für den Einsatz im Bereich PCB-Prototyping ist das ausgeklügelte Transportsystem, das die Bearbeitung von Panelstärken zwischen 50 bis 6.000 µm ermöglicht.

Beim Fotoresist wurde eine neue Filteranlage verwendet: Mit einem Zyklon-Filter anstatt der alten Bandfilteranlage lässt sich nicht nur die Standzeit der Chemikalien verlängern, es wird auch insgesamt weniger Chemie verwendet, was auch der Umwelt zugutekommt. Die Automatisierung im Sn-Strip-Modul trägt diesem Faktor ebenfalls Rechnung: Eine kontinuierliche Überwachung und passgenaue Dosierung hält das Level der verwendeten Chemikalien stets in der nötigen Konzentration, es wird nie zu viel Chemie verwendet. Als Wasseranteil wird auch bereits kontaminiertes Wasser aus der nachfolgenden Kammer zugeführt, es muss also nicht extra neues Frischwasser genutzt werden – auch hier wird Nachhaltigkeit zum aktiven Prozessbaustein.

Im Nachstrip-Modul wurde eine spezielle Düsenanordnung gewählt, die deutlich höhere Drücke bis zu 6 Bar erlaubt: „Besonders bei sehr komplexen Leiterplatten können wir damit einen klaren Zugewinn an Präzision, Qualität und Sauberkeit erzielen“, freut sich der Becker&Müller-Geschäftsführer.

Maximale Sauberkeit und damit Produktqualität wird in allen drei Anlagenbereichen auch durch ein neu optimiertes Spülsystem realisiert. Dabei geht Becker&Müller noch über die gesetzlich vorgeschriebene 3-fach-Nutzung des Wassers hinaus, wie der Geschäftsführer des Leiterplatten-Spezialisten erläutert: „Die Anlage spült in vier Kaskaden, eine mehr als vorgeschrieben. Damit reduzieren wir die Spülwassermenge um bis zu 50%, wobei wir teilweise auch Regenwasser dazu nutzen.“

Hoher Automatisierungsgrad

Einen im Vergleich zur alten Anlage deutlich höheren Grad an Automatisierung und Effizienz bietet das eigentliche Ätz-Modul. In diesem können Kupferstärken von 9 – 200 µm unter einem Durchlauf geätzt werden. Ermöglicht wird dies vor allem durch die konsistente Überwachung von Dichte und ph-Wert der verwendeten Medien: 16 Rohre mit je eigenem Durchlauf-Mengenmesser sowie Check der Düsen. Dazu kommt ein neues patentiertes Vakuum-Ätz-System, das die bisherigen Unterschiede des Ätzergebnisses zwischen Top- und Bottomseite der bearbeiteten Leiterplatten auf ein Minimum reduziert: „Da in der Linie horizontal geätzt wird, würde sich das Ätzmedium an der Top-Seite ansammeln, der Sprühstrahl trifft nicht mehr mit voller Leistung auf die Oberfläche auf. Auf der Bottom-Seite läuft das Medium durch die Schwerkraft sofort ab, ein identisches Ergebnis wäre auf konventionelle Weise nicht realisierbar. Abhilfe schafft ein Vakuum, welches über ein Venturi-Prinzip erzeugt wird und das Medium an der Oberseite der PCB absaugt. Somit wird analog zur Unterseite ein direktes Auftreffen des Sprühstrahles auf die PCB-Oberfläche gewährleistet. Insgesamt bewirkt die Automatisierung und die technologischen Innovationen in diesem anspruchsvollen Bereich ein deutliches Plus in Sachen Qualität und Prozesssicherheit, aber auch an Komfort für die Mitarbeiter“, verdeutlicht Janik Becker begeistert.

Die neue PCB-Ätzanlage: Ein gemeinsamer Prozess

Die neue Anlage für das Ätzen von Leiterplatten ist das Resultat von längeren Überlegungen der Verantwortlichen von Becker&Müller mitsamt ihrer F&E-Abteilung, wie Janik Becker aufzeigt: „Die alte Anlage war nicht nur technologisch, sondern auch von der reinen Größe für uns nicht mehr ganz passend.“ Im engen Austausch mit der chemischen Industrie sowie dem spezialisierten Maschinenbauer für die nasschemische Prozesskette der Leiterplattenherstellung wurde eine neue Ätzlinie entwickelt, die im Bereich der Herstellung von PCB-Prototypen, Mustern und weiteren speziellen Leiterplatten europaweit Maßstäbe setzt.

Anspruchsvoll und spannend war die Konstruktion der Ätzanlage für Becker&Müller auch für den Maschinenbauer Pill GmbH mit Sitz im süddeutschen Auenwald. Das Unternehmen ist seit langem auf die Entwicklung von Fertigungsanlagen für Leiterplatten spezialisiert, dennoch war in diesem Projekt – besonders in Sachen automatisierter Überwachung und dem sicheren und effizienten Management der sensiblen Medien – vieles Neuland. Umso wichtiger war es, in einem engmaschig abgestimmten Prozess Erfahrungswerte und die Rückmeldung aus der Praxis in die Entwicklung einfließen zu lassen. Mit Becker&Müller stand dafür der ideale Partner an der Seite.

Qualität, Prozesssicherheit, Komfort und Nachhaltigkeit

Neben zahlreichen technologischen Optimierungen bietet die neue Bearbeitungslinie nicht nur ein Mehr an Bedienerfreundlichkeit für die Mitarbeiter, sondern auch dem Umweltschutz wurde in besonderem Maße Rechnung getragen. „Gerade für uns als regional verwurzeltes Familienunternehmen sind solch positive Nachhaltigkeitsaspekte von größter Wichtigkeit“, lässt Becker wissen. Die neue Anlage ist seit Mitte des Jahres 2023 in Betrieb und erfüllt voll und ganz die gewünschte Funktion: „Aufbau und Einrichten war anspruchsvoll, aber es hat sich gelohnt: Wir können unseren Kunden nun noch bessere Qualität und Prozesssicherheit bieten und damit den Ruf von Becker&Müller als zuverlässiger und leistungsstarker Hersteller anspruchsvoller Leiterplatten weiter untermauern.“ 

(sb)

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