Dickkupfer-Leiterplatten verpressen: Harzfüllung, Lunker und Delamination prüfen

1. Dickkupfer verändert nicht den Druck, sondern die Fließstrecke des Harzes

Beim Standard-Multilayer ist das Innenlagenkupfer dünn. Nach dem Ätzen liegt die Schaltung nahezu flach als Muster auf der Basismaterialoberfläche. Beim Verpressen muss das Harz des Prepregs nur diesen kleinen Höhenunterschied ausgleichen: kurze Fließstrecke, geringer Widerstand, eine unvollständige Füllung wäre die Ausnahme.

Ersetzt man dieses Innenlagenkupfer durch Dickkupfer, stellt sich das Muster zu Wänden auf. Aus flachen Mulden zwischen den Leiterbahnen werden tiefe, enge Kanäle — und das Harz muss innerhalb des begrenzten Zeitfensters zwischen Erweichen und vollständiger Aushärtung in jeden dieser Kanäle fließen und ihn vollständig füllen. Die Dickkupfer-Kapazität von SKPCB reicht bis über 12 oz, 16 oz und 18 oz wurden bereits in Serie gefertigt (eingefrorene Kapazitätsangabe), zusätzlich zur Multilayer-Kapazität von 40 Lagen in der Standardfertigung und bis zu 64 Lagen. Je dicker das Kupfer und je höher die Lagenzahl, desto länger der Weg des Harzes und desto tiefer die zu füllenden Kanäle.

Dickkupfer-Verpressen scheitert daher paarweise:

• Zu wenig Harz oder Harz, das nicht ankommt → Resthohlräume am Kanalboden, harzarme Leiterbahnflanken. Das zeigt sich als Lunker (Voids) und unvollständige Füllung.
• Harz kommt an, aber die Spannung ist ungleich verteilt → die unterschiedliche Wärmedehnung von Dickkupfer und Harz wird beim Aushärten in der Platte eingeschlossen. Das zeigt sich als Delamination, lokaler Dehnungs-/Schwindungsversatz und Sekundärrisse beim nächsten Wärmeeintrag.

Das sind keine zwei Schweregrade eines Problems. Sie brauchen unterschiedliche Nachweisverfahren und unterschiedliche Abnahmekriterien. Genau deshalb können beim Dickkupfer-Verpressen die Abnahmekriterien des Standard-Multilayers nicht übernommen werden.

2. Zuerst drei Fehlerbegriffe trennen, die ständig vermischt werden

In der technischen Kommunikation werden diese drei Begriffe regelmäßig füreinander eingesetzt — ihre Ursachen, Orte und Nachweisverfahren unterscheiden sich jedoch. Begriffsklärung ist die Voraussetzung dafür, Kriterien zu vereinbaren.

1. Lunker (Void)

Das Harz hat einen Raum nicht gefüllt, der gefüllt sein müsste; es bleibt ein geschlossener oder teilgeschlossener Hohlraum. Beim Dickkupfer sind die typischen Orte der Boden der Kanäle zwischen dicken Innenlagenbahnen und der Übergang von der Leiterbahnflanke zur angrenzenden Lage. Ein Lunker schadet doppelt: er ist eine Schwachstelle der Durchschlagfestigkeit und ein Depot für Feuchtigkeit — die unter Reflowwärme verdampft und zum Ausgangspunkt einer Delamination wird.

2. Harzmangel / unvollständige Füllung (resin starvation)

Harz ist angekommen, aber nicht in ausreichender Menge für eine durchgehende, dichte Dielektrikumsschicht. Der Unterschied zum Lunker: ein Lunker ist „eine leere Stelle", Harzmangel ist „überall zu dünn und zu wenig dicht". Harzmangel ist visuell schwerer zu erkennen als ein Lunker, weil es keine definierte Hohlraumgrenze gibt. Bestätigen lässt er sich meist erst über die Verteilung von Harz und Glasgewebe im Schliffbild.

3. Delamination

Der Verbund zwischen den Lagen versagt, die Grenzfläche öffnet sich. Beim Dickkupfer reißt die Delamination meist nicht während des Pressens selbst auf. Das Verpressen legt die Spannung an; spätere Wärmeprozesse (HASL, Reflow, Reparaturerwärmung) setzen sie frei. Das ist der unangenehme Teil: die Erstprüfung nach dem Verpressen kann sauber bestehen, das Problem zeigt sich erst in der Bestückung.

Erst mit dieser Trennung lassen sich die Prüfverfahren des nächsten Abschnitts zuordnen — denn kein einzelnes Verfahren weist alle drei nach.

3. Welche Prüfverfahren das Dickkupfer-Verpressen tatsächlich nachweisen

Der entscheidende Punkt: ein Pressprotokoll belegt nur, dass der Zyklus wie programmiert gelaufen ist. Es belegt nicht, dass die Platte innen gefüllt ist. Der Innenzustand muss durch Prüfung ausgelesen werden. Das Qualitätssystem von SKPCB nimmt nach IPC-6012 Class II und Class III ab, betreibt 10+ Prüfstationen und führt bei allen Aufträgen einen 100-%-Elektrotest (Flying Probe oder Prüfadapter) durch. Die Beurteilung des Dickkupfer-Verpressens stützt sich üblicherweise auf folgende Verfahren:

Schliffbildanalyse (Mikroschnitt)

Das zentrale Beurteilungsverfahren beim Dickkupfer-Verpressen, ohne Ersatz. Nur damit sieht man direkt, ob der Kanalboden gefüllt ist, wie Harz und Glasgewebe verteilt sind und ob die Lagengrenzflächen durchgehend sind. Der Preis: es ist destruktiv — es ist eine Stichprobe, keine Vollprüfung. Deshalb ist der vereinbarte Entnahme*ort* wichtiger als die Stichprobenanzahl: entnommen werden muss dort, wo die Dickkupferstrukturen am dichtesten und die Kanäle am tiefsten sind, nicht in einem freien Bereich am Plattenrand. Präparation und Begutachtung nach der Methodenfamilie IPC-TM-650.

Röntgenprüfung

Zerstörungsfrei, geeignet für Lagenversatz und größere innere Auffälligkeiten. Für kleine Lunker am Kanalboden ist sie jedoch nicht empfindlich — Dickkupfer absorbiert Röntgenstrahlung stark, der Kontrast im Dickkupferbereich wird unterdrückt. Röntgen kann grobe Probleme screenen, den Schliffbild-Nachweis der Füllung aber nicht ersetzen.

Ultraschall- / akustische Abtastung

Für Grenzflächenversagen (Delamination) empfindlicher als Röntgen, weil sie Sprünge der akustischen Impedanz sucht — und eine delaminierte Grenzfläche ist genau das. Geeignet als zerstörungsfreie Gegenprüfung in Richtung Delamination.

Thermoschock- und Zuverlässigkeitsprüfung

Dient gezielt dazu, die beim Verpressen eingebaute, noch nicht ausgeprägte Spannung frühzeitig auszulösen. Die Platte wird durch einen kontrollierten Wärmeprozess geführt und anschließend auf Delamination oder Risse nachgeprüft. Die Qualitätsangabe von SKPCB umfasst eine Zuverlässigkeitsprüfung je Charge. Für Dickkupfer-Multilayer ist diese Station wichtiger als die Sichtprüfung — sie adressiert genau den Modus „Erstprüfung bestanden, Ausfall in der Bestückung" aus Abschnitt 2.

Sicht- und automatische optische Inspektion (AOI)

Erfasst an Oberfläche und Rand sichtbare Auffälligkeiten (Randdelamination, Measling, Außenlagenfehler). Die innere Füllung sieht sie nicht. Ihre Rolle ist das vorgelagerte Screening, kein Kriterium für die Pressqualität.

100-%-Elektrotest

Erfasst Durchgangs- und Isolationsfehler. Hat sich eine lunkerbedingte dielektrische Schwachstelle schon zu einem echten Kurzschluss oder Leckpfad entwickelt, findet der Elektrotest sie. Ein noch nicht durchgeschlagener Lunker bleibt ihm unsichtbar. Deshalb bedeutet „Elektrotest bestanden" nicht „Verpressen abgenommen".

4. Was Design und Bestellseite tun können, um das Pressrisiko zu senken

Die Pressqualität wird nicht allein im Pressprozess entschieden. Ein erheblicher Teil ist bereits im Design festgelegt.

1. Kupferverteilung möglichst ausgleichen; nicht alle Dickkupferflächen auf eine Seite legen

Je ungleichmäßiger die Kupferverteilung innerhalb einer Lage, desto größer die Unterschiede im zu füllenden Raum und desto asymmetrischer die Spannungsverteilung nach dem Aushärten. Verzug und Zwischenlagenspannung hängen direkt daran. Zur systematischen Vorgehensweise siehe Kupferbalance und Verzugskontrolle bei Multilayern.

2. Gemischte Kupferdicken sind leichter beherrschbar als durchgehend Dickkupfer

Nicht jede Lage braucht Dickkupfer. Dickkupfer nur auf den strom- oder wärmeführenden Lagen und Standarddicken auf den übrigen senkt die Schwierigkeit der Harzfüllung deutlich. Zur Mischung des Aufbaus siehe Dickkupfer-Multilayer mit gemischten Kupferdicken.

3. Abstände beim Dickkupfer nicht ans Limit treiben

Engere Abstände bedeuten engere Kanäle und schwereren Harzeintritt. Beim Dickkupfer ist der Abstand eine Frage der Prozessfähigkeit, nicht nur eine elektrische. Zu beachten ist zudem, dass die Ätzkompensation beim Dickkupfer die fertige Leiterbreite und den fertigen Abstand verschiebt — siehe Prüfung der Ätzkompensation bei Dickkupfer.

4. Plattendicke zusammen mit der Lagenzahl angeben, nicht die Lagenzahl allein

Der Dickenbereich von SKPCB liegt bei 0,2–6,0 mm. Beim Dickkupfer-Multilayer treibt das Kupfervolumen selbst die Enddicke nach oben; eine Abschätzung als „Lagenzahl × Standarddicke" hält beim Verpressen oft nicht. Zur Logik der Dickentoleranz siehe Toleranzkontrolle der fertigen Leiterplattendicke.

5. Material nach der späteren Wärmehistorie wählen, nicht nur nach den Anfangswerten

Der Wert von High-Tg- und High-CTI-Materialien im Dickkupferaufbau liegt vor allem in der Beständigkeit gegen späteren Thermoschock. Zu den bei SKPCB vorgehaltenen hochzuverlässigen Materialien gehören Isola 370HR, ITEQ IT-180A/IT-158 und Shengyi S1000-2, mit Optionen für High-Tg >170 °C und High-CTI >600 V. Eine konkrete Typenbezeichnung mit dem Hersteller gegen das Spezifikationssystem IPC-4101 abzugleichen ist deutlich wirksamer, als in der Zeichnung nur „High Tg" zu schreiben.

6. Reserve beim PTH-Aspektverhältnis lassen

Der angegebene Maximalwert von SKPCB beträgt 10:1 für PTH. Da Dickkupfer-Multilayer tendenziell dicker ausfallen, wird diese Grenze bei kleineren Bohrdurchmessern schnell erreicht — und Bohrprobleme überlagern sich mit Pressqualitätsproblemen.

5. Diese Punkte in die Abnahmekriterien aufnehmen

Der übliche Streitfall beim Dickkupfer-Verpressen lautet nicht „es wurde schlecht gefertigt", sondern „es war nicht vereinbart, was gut heißt". Diese sechs Punkte gehören in die technische Vereinbarung oder in den Bestellanhang:

1. Abnahmeklasse: IPC-6012 Class II oder Class III ausdrücklich benennen. Für Industrie- und Leistungsanwendungen liegen die Zwischenlagenanforderungen von Class III näher am tatsächlichen Risiko. SKPCB fertigt nach beiden Klassen.
2. Entnahmeort des Schliffbilds: „aus dem dichtesten Dickkupferbereich mit dem kleinsten Abstand" festlegen, nicht nur eine Stückzahl. Am falschen Ort belegt keine Anzahl von Schnitten die Füllqualität.
3. Ob eine Nachprüfung nach Thermoschock gefordert ist: die sinnvollste Investition bei einer Dickkupferplatte. Die Erstprüfung nach dem Verpressen allein findet verzögerte Delamination nicht.
4. Enddicke und Toleranz: zusammen mit Lagenzahl und Kupferdicke je Lage angeben. Nicht den Hersteller rückrechnen lassen.
5. Materialtyp: die Typenbezeichnung nennen statt „High Tg" zu beschreiben, und angeben, ob gleichwertiger Ersatz zulässig ist.
6. Fehlerbegriffe: Lunker, Harzmangel und Delamination wie in Abschnitt 2 getrennt definieren, damit beide Seiten mit einem Wort nicht Verschiedenes meinen.

Als Bezugsgröße: SKPCB nennt eine Ausgangs-Gutrate von 99,8 % (Definition: Gutteile versandt ÷ Gesamtmenge produziert × 100 % je Fertigungscharge) und eine Ausschussrate von unter 0,3 % (Ausschussmenge ÷ Gesamtmenge produziert × 100 %). Das sind Chargenstatistiken, keine Einzelzusage für einen bestimmten Dickkupferauftrag — genau deshalb müssen die sechs Punkte oben einzeln vereinbart werden.

6. In einem Satz

Die Qualität beim Dickkupfer-Verpressen bestimmt nicht die Presseinstellung, sondern ob das Volumenverhältnis von Kupfer zu Harz dem Harz überhaupt füllbaren Raum gelassen hat und ob der Innenzustand mit dem passenden Prüfverfahren ausgelesen wurde. Lunker, Harzmangel und Delamination sind drei verschiedene Versagensarten mit drei verschiedenen Beurteilungen; die verzögerte Delamination lässt sich nur durch Nachprüfung nach Thermoschock finden. Das Wirksamste auf der Designseite: Kupferverteilung ausgleichen, Kupferdicken mischen, Abstände nicht ans Limit legen.

Weiterführend

• Dickkupfer-Multilayer mit gemischten Kupferdicken
• Vermeidung von Lunkern und Delamination beim Verpressen
• Registerkontrolle beim Multilayer-Verpressen
• Kupferbalance und Verzugskontrolle bei Multilayern
• Kapazitätsseiten: Dickkupfer-Leiterplatten, Multilayer-Leiterplatten
• Qualität: Qualitätssicherung

FAQ

F1: Lassen sich Lunker aus dem Dickkupfer-Verpressen mit Röntgen finden?

Große Auffälligkeiten ja, kleine Lunker am Kanalboden nur unzuverlässig. Dickkupfer absorbiert Röntgenstrahlung stark, der Kontrast wird im Dickkupferbereich unterdrückt — also genau dort, wo man am dringendsten hinsehen muss. Röntgen eignet sich für Lagenversatz und Grobfehler-Screening; den Füllnachweis liefert das Schliffbild.

F2: Die Prüfung nach dem Verpressen war vollständig in Ordnung. Warum delaminiert die Platte dann in der Bestückung?

Weil der Wärmedehnungsunterschied zwischen Dickkupfer und Harz beim Verpressen in der Platte eingeschlossen, aber noch nicht freigesetzt wurde. HASL, Reflow oder Reparaturerwärmung liefern die Freisetzungsbedingung, und die Delamination tritt dann hervor. Die Abwehr ist eine Thermoschockprüfung vor Lieferung, die sie frühzeitig auslöst — nicht eine strengere Sichtprüfung nach dem Verpressen.

F3: Bedeutet dickeres Kupfer immer mehr Pressprobleme?

Es korreliert, ist aber nicht die einzige Variable. Die Schwierigkeit bestimmt die Kombination aus Kupferdicke, Strukturdichte und Abstand — Dickkupfer mit großzügigen Abständen kann einfacher zu fertigen sein als mittleres Kupfer am Abstandslimit. Daher alle drei Angaben bei Anfrage und DFM mitgeben; die Kupferdicke allein genügt zur Risikobeurteilung nicht.

F4: Durchgehend Dickkupfer oder gemischte Kupferdicken — was ist robuster?

Gemischt ist meist robuster und zugleich günstiger. Dickkupfer nur auf strom- oder wärmeführenden Lagen, Standarddicken auf den übrigen, senkt gleichzeitig die Schwierigkeit der Harzfüllung und die Spannung aus ungleicher Kupferverteilung. Siehe Dickkupfer-Multilayer mit gemischten Kupferdicken.

F5: Das Schliffbild ist destruktiv — wie wird in der Serie jede Platte abgedeckt?

Durch eine Kombination statt durch ein Verfahren: das Schliffbild validiert Prozessfenster und Chargenrepräsentativität, der Elektrotest leistet die 100-%-Prüfung (SKPCB führt ihn bei allen Aufträgen durch, Flying Probe oder Adapter), dazu die Zuverlässigkeitsprüfung je Charge und mehrere Inline-Stationen (10+ Prüfstationen). Das Schliffbild belegt „so gefertigt ist der Prozess richtig", Vollprüfung und Chargenprüfung belegen „diese Charge ist tatsächlich so gelaufen".

F6: Welche Angaben sind bei der Bestellung mindestens nötig, um das Pressrisiko zu beurteilen?

Lagenzahl, Kupferdicke je Lage (Innen- und Außenlagen getrennt), minimale Leiterbreite und minimaler Abstand, Enddicke und Toleranz, Materialtyp oder Gleichwertigkeitsanforderung, IPC-Abnahmeklasse und ob eine Nachprüfung nach Thermoschock gefordert ist. Ohne Kupferdicke je Lage und Mindestabstand ist das Risiko nicht beurteilbar.