Im Hochdichte-Leiterplattendesign ist der direkteste Weg zu mehr Funktionalität, mehr Leiterbahnen auf kleiner Fläche unterzubringen.
Mehr Routing-Dichte ist jedoch nicht nur eine Layout-Aufgabe – sie hängt auch davon ab, wie sich Kupferfolien als Material weiterentwickelt haben.
Mit dem zunehmenden Einsatz von Multilayer-, HDI- und dicken Leiterplatten hat sich Kupferfolie vom einfachen Leiter zu einem kritischen Werkstoff entwickelt, der Zuverlässigkeit, Ausbeute und Lebensdauer beeinflusst.
Dieser Artikel stellt die wichtigsten Kupferfolientypen in modernen PCBs vor und erklärt, wie jeder Typ Fertigungsqualität und strukturelle Zuverlässigkeit unterstützt.
1. Warum Kupferfolie in High-Density-PCBs entscheidend ist
In der PCB-Industrie wird Kupferfolie meist nach IPC-4562 klassifiziert. Unter diesen Typen ist galvanisch abgeschiedene (ED) Kupferfolie in Multilayer- und HDI-Designs am weitesten verbreitet.
Wenn Leiterbahnen schmaler werden, die Lagenzahl steigt und Leiterplatten dicker werden, kann sich Standard-Kupferfolie bei hohen Temperaturen oder während thermischer Zyklen oft nicht mehr ausreichend dehnen.
Das führte zur Entwicklung von HTE-Kupferfolie (High Temperature Elongation).
Neben HTE sind heute niedrig-raue Folien, RTF (Reverse Treated Foil) sowie Folien für Hochleistungs-Harzsysteme Standardoptionen in anspruchsvollen Designs.
2. HTE-Kupferfolie – Basis für thermische Zuverlässigkeit
Nach IPC-4562 wird HTE-Kupferfolie typischerweise als Grade 3 geführt.
Im Vergleich zu Standard-ED-Kupfer (Grade 1) besitzt HTE bei hohen Temperaturen eine deutlich bessere Dehnung.
Bei 180 °C liegt die Dehnung typischerweise zwischen 4 % und 10 %.
Diese Eigenschaft ist in Multilayer-Boards sehr wichtig.
Während Reflow-Löten oder langer thermischer Zyklen dehnt sich das Dielektrikum entlang der Z-Achse aus.
Diese Ausdehnung erzeugt Spannung an der Verbindung zwischen Innenlagenkupfer und durchkontaktierter Bohrung (PTH).
Kann sich die Folie nicht ausreichend dehnen, kann sie reißen oder sich ablösen – Interconnect-Ausfälle sind die Folge.
HTE-Kupfer nimmt diese Spannungen durch höhere plastische Verformbarkeit besser auf und erhöht die Zuverlässigkeit vor allem bei:
- dicken Leiterplatten
- Laminaten mit hohem Harzanteil
- Anwendungen mit starker thermischer Zyklenbelastung
In Projekten achtet man bei der Auswahl von HTE-Kupfer besonders auf Dehnung bei 180 °C, Zugfestigkeit und Abziehfestigkeit (Peel Strength).
3. Kupferfolie mit geringer Rauheit – für feine Leiterbahnen und Impedanzkontrolle
Mit kleiner werdender Leiterbahnbreite und -abstand wird das Oberflächenprofil des Kupfers zu einem Schlüsselfaktor für die Linienqualität.
Standard-raue Folien zeigen sichtbare Oberflächenknubbel/Noppen („Kupferzähne“). Diese führen bei der Feinstruktur-Ätzung zu mehreren Problemen:
- verzerrte Leitergeometrie
- ungleichmäßige Dielektrikumsdicke in dünnen Laminaten
- schwierige Impedanzkontrolle
In Extremfällen können große „Kupferzähne“ auf beiden Seiten des Dielektrikums zu instabiler Geometrie oder Impedanz führen und sogar elektrische Ausfälle verursachen, z. B. eine geringere Lichtbogenfestigkeit (Arc Resistance).
Darum sind niedrig-raue Kupferfolien heute wesentlich für präzise Leiterbilder und konsistente Impedanz.
Rauheit wird üblicherweise mit Ra, Rz oder Sq gemessen. Rz und Sq beschreiben Höhe und Verteilung der Noppen oft genauer – entscheidend für Feinstleiter.
4. RTF-Kupferfolie – Haftung und Glätte in Balance
RTF (Reverse Treated Foil) ist eine weiterentwickelte Form der niedrig-rauen Folie.
Bei der Elektroabscheidung entstehen zwei Oberflächen: eine glatte, glänzende Seite und eine raue, matte Seite.
Traditionell wird die matte Seite behandelt und mit dem Dielektrikum verpresst.
Bei RTF wird die glänzende Seite behandelt und dann mit dem Dielektrikum laminiert.
Das bietet zwei klare Vorteile:
- Die behandelte, glänzende Seite hat sehr geringe Rauheit – ideal für Feinstruktur-Ätzung.
- Die matte Seite zeigt nach außen und bietet bessere Haftung für Photoresist beim Belichten.
In manchen Prozessen kann RTF Innenlagen-Aufrauungsschritte reduzieren oder ganz ersparen und so Innenlagen-Bildqualität und Ätz-Ausbeute verbessern. Daher ist RTF in HDI und hochwertigen Multilayern weit verbreitet.
5. Kupferfolie für Hochleistungs-Harzsysteme – mehr als nur Rauheit
In Harzsystemen wie BT-Harz, Polyimid, Cyanatester und einigen High-Tg-Epoxiden reagieren Materialien während der PCB-Fertigung und im Langzeitbetrieb empfindlicher auf korrosive Chemikalien.
Das kann die Abziehfestigkeit verringern und die Beständigkeit mindern.
Zur Abhilfe werden häufig zwei Maßnahmen kombiniert:
- Nodularisierung (Noppenstruktur) der Kupferfolie zur Erhöhung der mechanischen Bindungsfläche
- Kopplungsmittel (Coupling Agents) im Harz zur Bildung chemischer Bindungen mit Kupfer
In der Praxis nutzt man beide Ansätze zusammen, um Abziehfestigkeit, chemische Beständigkeit und thermische Zuverlässigkeit auszubalancieren – anstatt die Oberfläche nur „rauer“ zu machen.
Fazit
In High-Density-PCB-Designs ist Kupferfolie längst mehr als eine leitende Schicht.
HTE, geringe Rauheit, RTF und harzsystem-spezifische Folien bilden zusammen die Grundlage für Zuverlässigkeit, Ausbeute und Fertigbarkeit in der modernen Leiterplattenproduktion.
