Kavitäten
Kavitäten (wörtl. „Höhlen“) sind kleine Hohlräume in Leiterplatten, die dazu dienen Bauelemente wie Micro-Chips, Kühlkörper oder Widerstände in mehreren Ebenen untereinander unterzubringen. Die aufnehmenden Leiterplatten sind Multilayer-Platinen, das heißt sie verfügen über mehrere Ebenen mit Leiterbahnen.
Wozu benötigt man Kavitäten auf Leiterplatten?
Moderne elektronische Geräte werden immer kleiner und gleichzeitig immer leistungsfähiger. Dies gilt nicht nur für Endverbraucher-Produkte und Konsumgüter wie Smartphones, sondern auch für Medizinprodukte und ähnliches. Was für die Anwender erfreulich ist, stellt die Hersteller vor immer größere Herausforderungen, da immer mehr Bauelemente auf immer kleineren Platinen untergebracht werden müssen. Die Lösung für dieses Problem besteht darin, zur Bestückung auf mehrere übereinander liegende Ebenen auszuweichen, statt in die Breite. Daneben gibt es Bauteile wie zum Beispiel HF-Chips, bei denen man bestrebt ist, deren Oberseite bündig mit der Platinenoberfläche abschließen zu lassen. Dies ist vor allem beim Drahtbonden bedeutsam, da dadurch der Bondloop kurz und die Krümmung geringgehalten werden können.
Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, ist vor allem die Kombination zweier Verfahren erforderlich: Multilayering-Platinen verfügen neben den beiden Leitungsebenen auf der Ober- und der Unterseite noch über weitere Lagen im Inneren der Platine. Diese Innenlagen werden mittels Blind Vias (deutsch: Sack- Löchern) und durch Kavitäten zugänglich gemacht. In den Kavitäten können die benötigten Bauelemente untergebracht werden und
Erzeugung von Kavitäten
In modernen Leiterplatten können Kavitäten auf zwei Arten erzeugt werden. Beim mechanischen Verfahren fräst ein Werkzeug den Hohlraum in die Leiterplatte. Dabei kommt es vor allem darauf an, allen entstehenden Staub abzusaugen, damit die Leiterplatte nicht verunreinigt wird.
Bei der Erzeugung von Kavitäten mittels Lasern verdampft ein Laserstrahl zunächst die Kupferschicht und das Dielektrikum, bevor in einem zweiten Gang eventuell vorhandene Harzreste entfernt werden. Beim Laserverfahren können vor oder nach der Anlage der Kavitäten direkt weitere Arbeitsschritte, wie zum Beispiel das Strukturieren oder das Bohren von Vias, durchgeführt werden. Bei beiden Verfahren kommt es auf hohe Präzision und zuverlässige Wiederholbarkeit an. In beiden Punkten sind Laser den konventionellen Werkzeugen überlegen. Der einzige scheinbare Vorteil des Fräsens von Kavitäten liegt in den Anschaffungskosten für die benötigten Anlagen; diese sind heute zum Teil noch geringer als für eine Laseranlage. Dieser scheinbare Vorteil wird jedoch durch den mechanischen Verschleiß der Werkzeuge und die höheren Ausschussraten wieder aufgehoben.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten für Kavitäten
Im Anschluss an die Anlage der eigentlichen Kavität kann diese noch vergoldet oder verkupfert werden. Das geschieht, wenn eine Abschirmung der von einem Bauteil ausgehenden elektromagnetischen Strahlung notwendig ist oder, umgekehrt, das Bauteil vor solcher Strahlung geschützt werden soll. Solche metallisierten Kavitäten können auch als lötbare Deckel zur HF-Abschirmung auf die entsprechenden Bauteile ausgesetzt werden. Die Metallisierung von Kavitäten eignet sich jedoch nicht nur zur Abschirmung eines Bauteils, sondern auch zu dessen Kühlung. Dazu wird nicht die gesamte Kavität metallisiert, sondern nur der Boden mit einer Dickkupferlage. Die Intensität des thermischen Kontaktes zwischen der Metalllage und dem Bauteil wird über die Rauheit der Kupfer-Oberfläche reguliert.
Keine Kavitäten: Semiflex-Leiterplatten
Nicht verwechselt werden dürfen Kavitäten mit Semiflex-Leiterplatten. Letztere werden zwar ebenfalls erzeugt, indem verschiedenen Schichten der Leiterplatte mittels Fräskopf oder Laser abgetragen werden, jedoch geschieht dies auf der gesamten Breite der Leiterplatte und dient nicht zur Aufnahme zusätzlicher Bauelemente, sondern nur dazu, einen Teil der Leiterplatte biegsam zu machen, indem man sie ausdünnt. Zweck dieser Maßnahme ist ausschließlich, die Platine auf beengtem Raum unterbringen zu können.
Kurz zusammengefasst: Kavitäten
Als gefräste oder gelaserte Hohlräume in Multilayerplatinen sind Kavitäten unverzichtbar zur Herstellung moderne elektronischer Geräte, da sie die Erschließung der dritten Dimension der Leiterplatte (der Höhe) ermöglichen. Nur so können kleine und kleinste elektronische Geräte hergestellt werden, bei denen eine Erweiterung der Platine in die Breite oder Länge nicht in Frage kommt. Neben diesem Haupteinsatzzweck können Kavitäten auch zur Abschirmung von Halbleiterkomponenten verwendet werden und zur Kühlung von Bauteilen in der Leiterplatte.