| ÄTZEN
ODER FRÄSEN?
Ein Positionspapier zum
Prototyping von Leiterplatten
Wir fertigen Produkte und Geräte für
die Herstellung von Leiterplatten in Kleinserien und Prototypen.
Unter anderem stellen wir auch Bohr- und Fräsanlagen
her.
Wir werden sehr oft gefragt, ob mit unserem
"Fräsbohrplotter" das "Isolationsfräsen"
möglich sei. Mit solchen oder ähnlichen Begriffen
wird das Verfahren umschrieben, die Lötaugen und Leiterbahnen
mechanisch in das Kupfer zu gravieren. Unsere Maschine wird
also u. a. mit den Fräsbohrplottern von LPKF verglichen
und selbstverständlich kann sie schnell und mit hoher
Präzision Isolationsfräsen.
Diesem Verfahren steht jedoch die konventionelle
Methode, Prototypen herzustellen, gegenüber. Sie geht
von fotobeschichtetem Basismaterial aus und beinhaltet die
Schritte Belichten, Entwickeln, Ätzen, Durchkontaktieren.
In Kenntnis beider Techniken müssen wir
Stellung beziehen und sagen: Isolationsfräsen ist unproduktiv,
technisch rückständig und teuer.
Warum wir das sagen und wie wir es begründen,
möchten wir verdeutlichen, indem wir die folgenden Argumente
und unsere Gegenargumente wiedergeben.
Unsere Aussagen stellen keine Wertung der einen
oder anderen Maschine dar. Wir möchten nur, daß
Sie vorher wissen, was Sie beim Isolationsfräsen erwartet.
Der selbsternannte Marktführer in Prototyping
bezeichnet das Verfahren als die direkte, schnellstmögliche
Prototyp- und Kleinserienfertigung, um Wartezeiten auf Platinenmuster
zu vermeiden.
Die Frage ist nicht, ob man Prototypen außer
Haus geben muß, sondern nur, nach welchem Verfahren
man sie ohne lange Wartezeit im Haus anfertigt.
Behauptung: Das
Verfahren ist schnell. Die Gravur einer SMD-Leiterplatte,
ca. 83 x 57 mm, dauert ca. 45 Minuten.
Die Fräszeit für die Isolationskanäle beträgt
selbst auf einer schnellen Maschine mit HF-Spindel (60 000
1 / min.) ca. 20 min. je Seite einer Europakarte. Geräte
mit langsamer DC-Spindel sind entsprechend noch langsamer.
Um auch das Restkupfer zu entfernen, kommen nochmal ca. 3
Minuten pro cm² hinzu. Das Belichten, Entwickeln und
Ätzen der schon gebohrten Platine dauert hingegen zusammen
etwa 5 Minuten, und zwar unabhängig von der Größe
der Platte.
Behauptung: Isolationsfräsen
ist umweltfreundlich, da das chemische Ätzen entfällt.
Diese Aussage unterstellt, daß Ätzen umweltschädlich
sei. Die Entsorgung von verbrauchtem Ätzmittel ist aber
gesetzlich klar geregelt und einfach durchführbar. Mit
modernen Laborätzmaschinen, die den Namen Maschine auch
verdienen, steht auch die Sauberkeit der Arbeitsplatzes außer
Frage. Zu dem beim Isolationsfräsen entstehenden kupfer-
und glasfaserhaltigen Staub gibt es hingegen keine Entsorgungsregeln.
Aufgrund widersprüchlicher Aussagen ist eine Gesundheitsgefährdung
durch die Glaspartikel nicht auszuschließen.
Behauptung: Einen Film anfertigen zu
lassen, kostet Zeit und Geld.
Es ist einfach und preiswert, Filme in
guter Qualität, z. B. mit Laserdruckern, selbst herzustellen.
Andererseits benötigt auch die Vorbereitung der Gerberdaten
und das Berechnen der Isolationen Zeit und verursacht so Rüst-
statt Satzkosten.
Behauptung: Das
Verfahren ist genau. Es können mindestens zwei Leiterbahnen
durch 1/10" IC-Raster geführt werden.
Bei 0.2 mm Kanalbreite und 0.8 mm Bohrung verbleiben in diesem
Beispiel 0.22 mm Leiterbahnbreite. Demgegenüber erreicht
man selbst mit einfachen Labor-Sprühätzmaschinen
problemlos Bahnen und Abstände von etwa 75 µm.
Dieser Unterschied kann bei SMD-Technik entscheidend sein!
Die Herstellung von Isolationskanälen unter 0.2 mm scheitert
daran, daß kein bekannter V-förmiger Gravurstichel
bei solch geringen Breiten noch sauber schneidet - auch nicht
bei 60 000 1/min. Ursache ist die mit dem Wirkdurchmesser
des Fräsers abnehmende Schnittgeschwindigkeit am Umfang.
Erwähnenswert ist auch, daß V-förmige Fräser
mit 60° oder 90° Spitzenwinkel am Grund einen schmalen
Isolationskanal vortäuschen und dabei den Leiterbahnen
einen trapezförmigen und somit erheblich reduzierten
Querschnitt verleihen.
Behauptung: Das
mechanisch hergestellte Labormuster entspricht in der Beschaffenheit
dem endgültigen Serienprodukt.
Das Gegenteil ist wahr. Eine isolationsgefräste Platine
entspricht in ihrem elektrischen und Hochfrequenzverhalten
eben nicht einer geätzten. Darüber hinaus ergeben
sich Schwierigkeiten bei der Fehlersuche (Kupferreste in Isolationskanälen)
und der Lötbarkeit (Brückenbildung).
Behauptung: Mit
einem integrierten Dispenser kann durchkontaktiert werden.
Die Idee, eine leitfähige Paste als Durchkontaktierung
zu verwenden, ist nicht neu. Solche Pasten oder Lacke existieren
mit und ohne Silberfüllung. In dem einen Fall ist die
Leitfähigkeit unzureichend, im zweiten Fall ist ein normales
Löten nachweislich unmöglich. (Vgl. Galvanotechnik
11/95, Leuze Verlag, S. 3773 ff.) Das Verfahren muß
sich also auf Vias beschränken. Natürlich kann auch
unsere Anlage problemlos und schnell ( 300 Hübe / min.)
z.B. Lotpaste dosieren. Vom Durchkontaktieren nach diesem
Verfahren raten wir jedoch ab.
Behauptung: Isolationsfräsen
ist wirtschaftlich.
Ein Gravurstichel hat eine Standzeit von ca. 25 m Fräsweg.
Das entspricht etwa einer dicht belegten Europakarte. Je nach
Anbieter entstehen für den Fräser also Kosten zwischen
15 und 25 DM pro Europakarte.
Die Fräsdauer beträgt etwa 20 Minuten je Plattenseite.
In dieser Zeit ist der Arbeitsplatz blockiert. Zusammen mit
der Zeit für die Datenvorbereitung summiert sich der
Zeitbedarf auf etwa 2 (Ingenieur-) Stunden für eine Europakarte.
Dem stehen Kosten für Film, Ätzmittel und Entsorgung
von DM 1,60 und ein Gesamtzeitbedarf von etwa 10 (Helfer-)
Minuten für Filmmontage, Belichten, Entwickeln und Ätzen
gegenüber.
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