Wie ätzt die Industrie Platinen?

Da wird nicht nur geätzt, sondern auch wieder Kupfer auf die Platinen abgeschieden.

Ja, völlig anders als zu Hause...

Hi,

Maxl schrieb:

Weiß man ob in dem Maßstab noch der Feinätzkristall oder gar Salzsäure / Wasserstoffperoxid zum Einsatz kommt? Oder wird da was ganz anderes / schnelleres Verwendet?

Es kommt darauf an was du unter "Industriell/Professionell" verstehst.

Bei kleinen und mittleren Fertigungen von KMU Elektronikherstellern für den eigenen Leiterplattenbedarf, die früher durchaus mal üblich waren, mittlerweile aber seltenheitswert haben dürften, ist/war das Ätzen mit sauren Medien wie Kupferchlorid (Nichts anderes ist HCL/H2O2 oder es gibt auch Patente ohne H2O2 mit Luftregeneration) sowie Fe(III)Cl durchaus üblich. Das ist der Bereich den ich durchaus als Professionell, aber nicht als Industriell einordnen würde.

Ätzen mit Persulat kenne ich eigentlich nur aus dem Labor-/Prototypenbereich.

Im "Industriellen" Bereich, also die (größeren) Lohnfertiger für Leiterplatten oder die Eigenproduktion von wirklich großen Herstellern mit Losgrößen im mindestens höheren sechstelligen Bereich und deutlich darüber hinaus (wo es die noch gibt und nicht auch auf externe Zulieferer gesetzt wird) wird traditionell üblicherweise eher Alkalisch geätzt. Also mit einem Ätzmedium auf Amoniakbasis. (Gibt/Gab da auch das eine oder andere experimentelle Verfahren das aus einer Abwandlung davon besteht oder gar ganz anders Funktioniert. Ob davon mittlerweile etwas den Schritt aus dem Labor/Versuchsanlage und Werbeprospekt in die reale Produktionswelt geschafft hat kann ich nicht sagen.)

Der Grund für diese Wahl liegt daran das es gleich ZWEI deutliche Vorteile gegenüber den sauren Verfahren bietet:

1. Das Kupfer kann wesentlich einfacher aus der verbrauchten Ätzlösung wieder zurückgewonnen und wieder dem Kreislauf hinzugefügt werden, was in industriellen Maßstab durchaus ein relevanter Kostenfaktor ist.

In Moderneren Anlagen ist das ganze dann neben der Rückgewinnung des Kupfers noch mit einer automatischen Wiederaufbereitung der Ätzlösung zur Zudosierung nur der Verbrauchten Anteile (z.B. Amoniak) verbunden so das es im Prinzip ein Kreislaufprozess ist bei dem im Vergleich zur Einmalnutzung nur ein Bruchteil an Sonderabfall anfällt und auch der Verbrauch an Neustoffen deutlich kleiner ist.

Bei den sauren Medien ist eine solche Aufbereitung nicht möglich. Zwar kann man bei Kupferchlorid das Ätzmedium in dem Sinne weiterverwenden das man es auffrischen kann und die Menge sogar ansteigt, aber irgendwann ist der Punkt erreicht wo man die bei jeder weiteren Betriebsstunde zusätzlich Anfallende Menge Kupferchlorid einfach keine Verwendung mehr hat und man die zusätzlichen Mengen doch als Problemstoff entsorgen muss.

Die Rückgewinnung von Kupfer aus den Sauren Medien ist deutlich aufwändiger und schon gar nicht in der Form möglich das man es direkt wieder in den Materialkreislauf einbringen könnte. Viel mehr muss es die kompletten Metallurgischen Prozesse erneut durchlaufen.

2. Bei Basischen Ätzmedien ist es Möglich Zinn als Ätzresist zu verwenden.

Bei Professionellen Platinen hat man ja Durchkontaktierungen. Diese entstehen dadurch das man Platinen die nur mit einer dünnen Kupferschicht beidseitig vorbeschichtet sind zuerst Bohrt, die Bohrlöcher von innen Leitfähig macht und dann elektrolytisch so lange Kupfer abscheidet bis auf den Aussenseiten die gewünschte Kupferdicke (z.B. 35µm, 70µm) erreicht ist. Startet man dabei z.B. mit Platinen die mit 18µm Vorbeschichtet sind muss man dazu 17µm Kupfer nachträglich abscheiden. Danach ist die Kupferschicht in den Dukos 17µm dick, aussen dann 17+18µm)

Bei dem "sauren" Ätzen in kleineren Anlagen verfährt man nun so, dass man die rohen Platinen zuerst Bohrt, dann auf 35/70/etc. µm Aufkupfert und dann mittels als Folie aufgebrachtes Ätzresist die zu erhaltende Flächen Schützt. Die Dokus werden dabei von der Folie beidseitig überdeckt und so geschützt. Dann wird geätzt. Der NAchteil dabei ist das, sofern die Folie im Bereich einer Durchkontaktierung beschädigt wird, Ätzmedium in das Bohrloch eindringt und damit die Durchkontaktierung entweder komplett zerstört (taube DuKo) oder beschädigt womit dann eine DuKo mit undefinierten Eigenschaften (Widerstand/Stromtragfähigkeit) entsteht.

Bei Industriellen Anlagen wird dagegen der Bereich abgedeckt (Durch die auch im obigen sauren Prozess verwendete Folie oder alternativ durch einen Lack (Siebdruck oder später Fotostrukturiert) der später entfernt werden soll (Das kann je nach Verfahren vor oder auch nach dem Aufkupfern passieren). Die Dukos und später zu erhaltene Leiterbahnen bleiben also frei. Dann wird als eigentliches Ätzresist elektrolytisch eine Zinnschicht auf alle nicht abgedeckten Bereiche aufgebracht. Das Zinn scheidet sich dabei auch innerhalb der Dukos etc ab und bildet auch mechanisch eine wesentlich stabilere Schicht als die Resistfolie. Im Anschluss wird dann die AbdeckFolie oder Lack entfernt und alkalisch geätzt. Das Zinn bildet eine stabile Schutzschicht und es werden nur die vorher von der Folie/Schutzlack bedeckten Stellen weggeätzt.

Vorteil dieser MEthode ist das die FEhlerquote, insbesondere im Bereich der Durchkontaktierungen, deutlich geringer ist. Dieses Verfahren ist für Durchkontaktierte Platinen also Prozesssicherer. (Falls die Abdeckung vor der Aufkupferung stattfindet ist zudem noch eine Materialeinsparung beim Aufkupfern und späteren Ätzen sowie ein schnellerer Abschluss der Ätzvorgangs möglich).

DAHER ist im Industriellen Bereich das alkalische Ätzen schon lange der Standardprozess... Im kleineren MAßstab oder gar im Hobbymaßstab geht das prinzipiell zwar auch (habe ich auch schon gemacht) aber es ist wesentlich aufwändiger und auf Grund der eingesetzten Stoffe bzw. der beim Prozess und insbesondere bei Fehlern freigesetzten Gase auch noch einmal einiges Problematische als selbst HCL/H2O2... Da muss man sehr sehr gut wissen was man macht! Daher setzt man das im kleinen Maßstab (fast) nicht so ein... Zumal der Vorteil "Rückgewinnung und Materialkreislauf" dort keine so große Rolle spielt.

Gruß Carsten

Hallo Carsten, danke für Deine ausführliche Beschreibung, hat mich schon immer interessiert wie industriell das geschieht!

Dussel schrieb:

Da beim Ätzen mit Natriumpersulfat (das ist sauer, oder?) Kupfersulfat entsteht, müsste 'nur' die Raffination wiederholt werden.

Prinzipiell ja. Nur brauchst du für die Elektrolyse Kupfersulfat ODER Kupferclorid, keine Mischungen. Der nächste Punkt ist, wenn das Kupfer raus ist, hast du dünne Schwefelsäure, die wieder neutralisiert werden muß. Praktisch geht man eher den Weg, die sauren Ätzbäder leicht in den alkalischen Bereich zu bringen, damit die gelösten Kupfersalze als Kupferhydroxid ausgefällt werden, das unlöslich ist und zu Boden sinkt. Dieser Schlamm kann wieder ins Hüttenwerk und wie das Erz verhüttet werden. Das ist immer noch effeltiver, als die dünne Brühe zu transportieren, aber halt sehr energieaufwändig.