Multilayer-Registrierkontrolle: Woher Lagenversatz kommt und wie die Zeichnung ihn abfängt

Lagenversatz ist kein Einzelereignis, sondern eine Summe

Zeigt der Mikroschnitt einen Innenlagen-Restring, der auf einer Seite breit und auf der anderen schmal ist, lautet die erste Vermutung meist: die Presse war nicht ausgerichtet. Das Verpressen ist jedoch nur das letzte Stück der Kette. Zwischen Innenlagenbelichtung und Bohren durchläuft eine Achtlagenplatine Ätzen, Oxidbehandlung, Lagenaufbau, Wärme und Druck, Abkühlung, Röntgen-Zielpunktermittlung und Bohren. Jeder dieser Schritte fügt einen kleinen Versatz zwischen der tatsächlichen Lage des Innenlagenbildes und der endgültigen Bohrposition hinzu. Der Mikroschnitt zeigt die Summe, nicht den Messwert einer einzelnen Maschine.

Die konstruktive Konsequenz ist eindeutig: Lagenversatz lässt sich nicht dadurch lösen, dass man vom Hersteller genaueres Ausrichten verlangt, sondern nur durch Abstände, die ihn aufnehmen. Diese Abstände stehen in der Zeichnung und sind damit eine Konstruktionsentscheidung. Fehlt der Abstand, erzeugt auch eine exakt ausgerichtete Presse Anschnitt. Deshalb behandelt dieser Beitrag keine Pressparameter — das ist Fertigungsseite, und dazu würden wir hier keine Zahlen nennen. Es geht um zwei Dinge: in welchen Schritten der Versatz entsteht, und wieviel Reserve die Zeichnung der Kette geben kann.

Auch die Ausschusskriterien kommen aus einer Norm, nicht aus dem Bauchgefühl. Mindestrestring, Mindestabstand Bohrung-zu-Kupfer auf Innenlagen und die Frage, ob Anschnitt zulässig ist, werden nach IPC-6012 Class 2 bzw. Class 3 bewertet; optische Merkmale nach IPC-A-600. Legen Sie die Klasse schon in der Zeichnung fest. Class 2 und Class 3 tolerieren völlig unterschiedliche Restringzustände; ohne Angabe kann die Fertigung nur nach ihrer Standardklasse freigeben — der Konflikt bricht dann erst mit dem Mikroschnittbericht auf. Die Multilayer-Fertigung und die Abnahmelogik von SKPCB stehen auf der Multilayer-Produktseite und der Qualitätsseite.

Die Fehlerkette: vier Schritte, die wirklich beitragen

Erstens die Materialbewegung. Innenlagenkerne verändern nach Ätzen und Tempern ihre Maße, und zwar nicht gleichmäßig — Glasgewebe hat in Kett- und Schussrichtung unterschiedliche Steifigkeit, X und Y bewegen sich auf derselben Nutzenplatte selten gleich weit. Je höher die Lagenzahl und je unsymmetrischer die Kupferverteilung der Innenlagen, desto deutlicher wird dieser Unterschied. Die Fertigung kompensiert über Filmskalierung vor, aber die Skalierung stammt aus Chargenstatistik und trifft nicht auf jeder Platte exakt null. Ein Skalierungsfaktor steht bewusst nicht in diesem Beitrag. Der Wert verschiebt sich mit Materialcharge, Aufbau und Kupferverteilung; er ist Prozessdaten, keine veröffentlichbare Konstante.

Zweitens Lagenaufbau und Bewegung unter der Presse. Beim Aufbau werden Kerne, Prepreg und Folie in Reihenfolge gestapelt und dann verpresst. Unter Wärme und Druck fließt das Harz, und während es fließt entsteht die Möglichkeit, dass Lagen sich gegeneinander verschieben. Nieten, Stiftung und Fusionsverfahren begrenzen diese Bewegung. Begrenzen ist nicht beseitigen.

Drittens Röntgen-Zielpunktermittlung und Aufbau des Bohrbezugs. Eine verpresste Platte ist opak; der Bohrer sieht die Innenlagen nicht. Also lokalisiert Röntgen die eingebetteten Zielmarken, daraus werden Passbohrungen gesetzt, und alles weitere Bohren bezieht sich auf diese Bohrungen. Dieser Schritt ist der einzige Kanal, der „wo die Innenlagen wirklich liegen" in „wohin der Bohrer fährt" übersetzt — und die einzige Stelle, an der die Konstruktion eingreifen kann. Ob genug Zielmarken vorhanden sind, wo sie sitzen und ob benachbartes Kupfer sie stört, entscheidet Ihr Innenlagenlayout.

Viertens die Positionstoleranz des Bohrens selbst. Auch bei korrektem Bezug hat das Bohren eine eigene Lageabweichung. Die auf der Toleranzseite von SKPCB veröffentlichte Angabe ist Bohrlage ±0,003" (etwa 0,076 mm). Das gilt für das Bohren relativ zum Bezug. Es addiert sich zu den ersten drei Stufen und ersetzt sie nicht.

Diese vier zusammen erklären den bekannten Fall, in dem jeder einzelne Schritt innerhalb der Toleranz meldet und der Restring dennoch zu schmal ausfällt. Die konstruktive Antwort ist nicht, jede Stufe abzufragen, sondern die Summe anzuerkennen und dort zusätzliche Reserve zu geben, wo sie zählt.

Wie die zwei Toleranzen konstruktiv genutzt werden

Zwei Zahlen tragen die meisten Entscheidungen.

Erste: Innenlage Bohrung-zu-Kupfer = Bohrdurchmesser + 0,020" (etwa 0,51 mm). Diese sollte man sich merken. Sie bedeutet, dass jedes Innenlagenkupfer, das mit einer Bohrung *nicht* verbunden sein darf — benachbarte Leiterbahn, Fläche, Pad eines anderen Netzes — weit genug von der Bohrmitte entfernt liegen muss, damit beiderseits des Bohrdurchmessers rund 0,010" Abstand bleiben. Dieser Abstand ist nicht für den Bohrer, sondern für die gesamte Fehlerkette. Rücken Sie Innenlagenkupfer 5 mil näher, kann der Bohrer bequem innerhalb seiner ±0,003" bleiben und trotzdem Kupfer anschneiden, das er nie berühren sollte.

Und umgekehrt: Innenlagenpads, die verbinden müssen, brauchen einen nach derselben Logik berechneten Restring. Ein Innenlagenpad, das nur unwesentlich größer als die Bohrung ist, schneidet an, sobald die Kette sich summiert. Innenlagenpads auf Multilayern müssen in der Regel großzügiger sein als Außenlagenpads — genau deshalb. Außenlagen werden nach dem Verpressen belichtet, ihre Beziehung zur Bohrung ist eine viel kürzere Kette. Innenlagen werden vor dem Verpressen belichtet und tragen die volle Kette.

Zweite: Bohrlage ±0,003". Nutzen Sie sie als einen Posten im Fehlerbudget, nicht als das Budget. Rechnen Sie beim Restring diesen Posten zusammen mit den Innenlagenabständen und behandeln Sie ihn nicht als „Gesamtversatz".

Zu beachten: diese beiden sowie Dicke ±10 % oder ±0,005" (der größere Wert), Leiterbreite ±20 %, Kupfer-zu-Kupfer-Abstand ±20 %, Außenkontur ±0,005" und Lötstoppregistrierung ±0,003" sind die Standardangaben der Toleranzseite. Engere Forderungen liegen im Advanced-Bereich und müssen einzeln durch die technische Prüfung bestätigt werden; sie dürfen in der Konstruktionsphase nicht als gegeben angenommen werden.

Was in die Zeichnung muss, damit Versatz vor der Fertigung auffällt

Dieser Abschnitt ist der umsetzbare Teil. Jeder Punkt gehört in den Lagenaufbau oder die Fertigungsanweisung, nicht in eine Randnotiz.

1. Ein eindeutiges Bezugssystem. Haupt- und Nebenbezug benennen; Bohrlagen, Außenkontur und Innenlagenbilder auf dasselbe System beziehen. Verteilen sich Bezüge auf verschiedene Merkmale, kann die Fertigung nur raten, welcher Vorrang hat.
2. Position und Anzahl der Innenlagen-Zielmarken. Zielmarken gehören in den Randbereich außerhalb der Nutzfläche, möglichst symmetrisch in den vier Ecken und nicht von großen Flächen oder dichten Strukturen verdrängt. Werden Zielmarken weggeschnitten oder verdeckt, kann Röntgen nur über weniger Punkte einpassen — die Registriergenauigkeit sinkt unmittelbar.
3. Vollständige Aufbautabelle mit Kupferdicke und Dielektrikum je Lage. Für jede Lage Kupferdicke und Material angeben und Symmetrieanforderungen kennzeichnen. Unsymmetrische Kupferverteilung verstärkt Maßänderungsunterschiede; die Fertigung muss das vorher wissen.
4. Abnahmeklasse in die Zeichnung. IPC-6012 Class 2 oder Class 3 benennen, ebenso die Quelle des Restringkriteriums.
5. Kritische Bohrungen kennzeichnen. Wenn bestimmte Innenlagenverbindungen besonders empfindlich sind (etwa dichte Durchkontaktierungen in hochlagigen Bereichen), benennen Sie sie, damit die Fertigung bei Nutzenaufteilung und Kompensation differenziert.
6. Forderungen jenseits der Standardangaben separat listen. Mehr als 40 Lagen (bis 64 im hochlagigen und HDI-Bereich), mechanische Bohrungen unter 0,2 mm, Laserbohrungen unter 0,1 mm, Aspektverhältnis über 10:1 oder Impedanz ±5 % gehören als „technische Prüfung erforderlich" gekennzeichnet, siehe Fertigungsmöglichkeiten.

Wie die Fertigung nachweist, dass die Registrierung sitzt

Die Konstruktion gibt Reserve, die Fertigung liefert Nachweise. Drei prüfbare Mittel: Mikroschnitt — kritische Bohrungen aufschneiden und Innenlagen-Restring sowie Abstand Bohrung-zu-Kupfer messen; das ist der einzige direkte Nachweis für Versatz. Registriermessung nach dem Verpressen — Röntgen prüft die Beziehung zwischen Zielmarken und Passbohrungen. Optische Prüfung und Bohrwandbeurteilung — optische Merkmale nach IPC-A-600. Maßstab bleibt die in der Zeichnung genannte Klasse.

Auch die Materialwahl beeinflusst die Stabilität dieser Kette: Maßhaltigkeit des Basismaterials sowie Harzgehalt und Fließverhalten des Prepregs wirken auf Maßänderung und Zwischenlagenverschiebung; verfügbare Systeme siehe Materialseite. Bei Kombinationen aus Dickkupfer und Multilayer kommt der Einfluss der Kupferverteilung auf die Maßänderung hinzu, siehe Dickkupfer-Seite. Wenn die Zeichnung fertig ist und die Fertigbarkeit vorab geprüft werden soll, führt der Weg über den Anfrage- und Prüfungseingang.

FAQ

Lässt sich Lagenversatz durch eine höhere Abnahmeklasse lösen?

Nein. Die Abnahmeklasse legt fest, was als gut gilt, sie ändert die Fehlerkette nicht. Class 3 siebt mehr Platten aus, aber wenn die Abstände in der Zeichnung schon zu knapp sind, sinkt die Ausbeute, der Versatz verschwindet nicht. Die Reserve muss zuerst in der Konstruktion existieren.

Wieviel größer müssen Innenlagenpads gegenüber Außenlagen sein?

Der Beitrag nennt keinen Festwert, weil er von Lagenzahl, Dicke, Bohrdurchmesser und Aufbau abhängt. Praktikabel ist, aus „Innenlage Bohrung-zu-Kupfer = Bohrdurchmesser + 0,020"" den eigenen kleinsten akzeptablen Restring rückzurechnen und ihn durch die technische Prüfung bestätigen zu lassen.

Wird der Versatz mit steigender Lagenzahl größer?

Mehr Lagen erhöhen sowohl die Maßänderungsunterschiede als auch die Zahl der Aufbaustufen, in denen sich etwas summieren kann. Hochlagige Platten brauchen deshalb meist konservativere Innenlagenreserven. SKPCB fertigt standardmäßig bis 40 Lagen; HDI- und hochlagige Aufbauten reichen bis 64 Lagen und liegen im Bereich, der technische Prüfung erfordert.

Beseitigt die Röntgen-Zielpunktermittlung den Versatz?

Nein. Röntgen liest die tatsächliche Innenlagenposition aus und baut daraus den Bohrbezug. Die Abweichung wird dadurch messbar und kompensierbar, aber eine beim Verpressen bereits eingetretene Zwischenlagenverschiebung wird durch Messung nicht rückgängig gemacht.

Was sollte in der Konstruktionsphase zuerst geklärt werden?

Bezugssystem und Innenlagen-Zielmarken. Beide entscheiden, ob die Fertigung die Innenlagenposition genau kennt; sind sie unklar, beruhen alle weiteren Reserveberechnungen auf Vermutung.