Leiterbilderstellung; Fotodruck mit Trockenfilm ... - Basista Leiterplatten

VDE/VDI-SCHULUNGSBLÄTTER FÜR DIE LEITERPLATTENFERTIGUNG 

Inhaltsangabe 

Drucktechnische Verfahren 

Leiterbilderstellung; Fotodruck mit 

Trockenfilm- oder Flüssigresist 

1 Verfahrensschema Fotodruck „Leiterbilderstellung“ 

2 Vorbehandlung 

2.1 Ziel der Vorbehandlung 

2.2 Methoden der Vorbehandlung 

3 Produktbeschreibung des Fotoresists 

3.1 Zweck des Fotoresists 

3.2 Fotoresistarten 

4 Laminieren mit Trockenfilmresisten 

4.1 Trockenfilmresist (Festresist) 

4.2 Aufbau von Laminatoren 

4.3 Laminierparameter 

4.4 Was beim Laminieren generell zu berücksichtigen ist 

5 Beschichten mit Flüssigresisten 

5.1 Allgemein 

5.2 Flüssig - / Trockenfilm-Resiste im Vergleich 

5.3 Verarbeiten von Flüssigresisten 

5.4 Positiv / negativ arbeitende Fotoresiste 

5.5 Elektrophoretisch abgeschiedene Fotoresiste 

5.6 Siebverdruckbare Fotoresiste 

5.7 Ökologie / Ökonomie 

6 Belichten 

6.1 Ablauf des Belichtungsvorgangs 

6.2 Optik 

6.3 Abbildungsfehler 

6.4 Belichtungsgeräte 

6.5 Brenner 

6.6 Registriersysteme 

7 Entwickeln 

7.1 Entwicklungsverfahren 

7.2 Entwicklungsmedium 

7.3 Beurteilung der Entwicklungsqualität 

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8 Überprüfen von Belichtungszeiten und Belichtungsgeräten 

8.1 Grau-/Stufenkeil 

8.2 UV - Energiemesser 

9 Fehleranalyse 

10 Anhang 

10.1 Fortpflanzung von Fehlern 

10.2 Graukeil-Vergleichstabelle 

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1 Verfahrenschema Fotodruck „Leiterbilderstellung“ 

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Im folgenden Flußdiagramm (Bild 1.1) ist der Prozeßablauf Fotodruck für Innenlagen und 

Außenlagen dargestellt. 

Innenlagen 

Kanten schleifen 

Vorbehandeln 

Bild 1.1: Prozeßablauf Fotodruck „Leiterbilderstellung“ 

Lochmetallisierte 

Leiterplatte 

Laminieren mit Trockenfilmresisten 

oder Beschichten mit Flüssigresisten 

Belichten 

Entwickeln 

Ätzen Galvanisieren


2 Vorbehandlung 

2.1 Ziel der Vorbehandlung 




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Es ist das Ziel der Vorbehandlung, eine saubere, fett- und weitgehend oxidfreie und im UV- 

Licht wenig reflektierende matte Oberfläche zu erzeugen. Sie ist die Voraussetzung für eine 

gute Haftung zwischen Fotoresist und Kupferoberfläche und gewährt optimale Ergebnisse 

bei der Reproduktion der Fotovorlage (Abbildungsgenauigkeit). 

Die Oberfläche muß deshalb frei von Verunreinigungen jeder Art sein, insbesondere aber 

frei von: Fetten und Ölen 

Fingerabdrücken 

Oxid- und Wasserflecken 

Rückständen wie Staub, Haare, Salze 

Bimsmehl oder Schleifvlies. 

Die Kanten des Basismaterials sollen entgratet und geglättet sein, um Staub durch abbrechende 

Glasfasern und Epoxidpartikel zu vermeiden und Kupfergrad vom Sägen zu entfernen. 

Dieser beschädigt im nachfolgenden Prozeß des Resistlaminierens die Laminierwalzen, 

sowie beim Belichten die Fotovorlagen und kann zu Defekten beim Leiterbild führen. 

Zum Entgraten und Glätten werden verschiedene Techniken benutzt: 

Sägen 

Fräsen 

Schaben. 

Zusätzlich muß bei durchmetallisierter Ware vor dem Auflaminieren des Fotoresists sicher 

gestellt sein, daß etwa nach dem Bohren vorhandener Bohrgrat abgeschliffen wurde. Der 

Bohrgrat verhindert, daß der Fotoresist plan auf dem Basismaterial aufliegt; beim nachfolgenden 

Belichten kommt es zu Unterstrahlungen, die zu Abbildungsfehlern führen. Ebenso 

können vom Resist überspannte Bohrungen (Tents) beschädigt werden.


2.2 Methoden der Vorbehandlung 




Folgende Methoden der Vorbehandlung stehen zur Verfügung: 

Chemische Vorbehandlung 

Mechanische Vorbehandlung 

Kombination beider Vorbehandlungen. 

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Angestrebt wird eine gleichmäßig matte Oberfläche; bei hochglänzenden Oberflächen kann 

es beim nachfolgenden Belichtungsprozeß zu Problemen aufgrund der Lichtreflektion an der 

glänzenden Kupferoberfläche kommen (Streulicht). 

2.2.1 Entfetten 

Eine Entfettung ist hauptsächlich bei Innenlagen und reiner Ätzware notwendig. Lochmetallisierte 

Ware sollte bei gut geführter Handhabung in den Vorprozessen keine Fettspuren aufweisen. 

Trotzdem wird eine Entfettung mit einem sauren Entfetter empfohlen, um eine 

gleichmäßige Benetzung der Oberfläche im nachfolgenden Prozeß zu gewährleisten. Auch 

auf eine möglichst rückstandsfreie Spülung muß geachtet werden, da Verschleppungen der 

Entfetterlösung die nachfolgenden Prozeß stark beeinträchtigen können. 

2.2.2 Chemische Vorbehandlung oder Mikroätzen 

Das Mikroätzen bewirkt eine Desoxidation der Kupferoberfläche und ein Anätzen der Korngrenzen; 

hierdurch wird eine matte Oberfläche erzeugt, die die störende Reflexion der UV- 

Strahlung praktisch beseitigt. Gleichzeitig werden je nach Art, Konzentration und Verweilzeit 

einige Mikrometer Kupfer abgetragen. Der Abtrag ist nicht immer gleichmäßig und kann 

durchaus zwischen 2 µm und 5 µm liegen. Die Folgen bei notwendiger Nacharbeit können 

entweder DK-Fehler oder bei Innenlagen die Unterschreitung einer minimalen Kupferstärke 

sein. Dies ist besonders kritisch, da beim Braun- oder Schwarzoxidieren ein nochmaliger 

Kupferabtrag bei der Vorreinigung und eine Kupferumwandlung in Oxid stattfindet, so daß 

der fertige Multilayer Innenlagenfehler aufweisen kann, obwohl die geätzte Innenlage die 

elektrische und/oder die optische Prüfung bestanden hat. 

Beim Anätzen mit Persulfaten sollte die erste nachfolgende Spülung mit H2SO4 angesäuert 

sein, um ein Ausfallen der Persulfate auf der Kupferoberfläche zu verhindern (Salzkristalle 

auf dem Kupfer). Aus abwassertechnischen Gründen (Komplexbildung) sind Natrium- oder 

Kaliumpersulfate dem Amoniumpersulfat vorzuziehen. 

Typische Badkonzentrationen sind ca. 50-100 g/l Persulfat, gefolgt von einer 5-10% H2SO4 - 

Dekapierung mit anschließender sorgfältiger Spülung.


2.2.3 Mechanische Aufrauhverfahren 

2.2.3.1 Bimsen 




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Die Oberflächenreinigung mit Bimsmehl (typische Korngröße 100 µm - 300 µm) kann durch 

Hochdrucksprühen (typisch 30 bar) oder mit oszillierenden Walzenbürstmaschinen erfolgen. 

Wichtig ist der nachfolgende Spülprozeß, der im allgemeinen ein Hochdruckspülen mit Wasser 

bis zu 100 bar erfordert, um das Bimsmehl von der Oberfläche und aus den Bohrungen 

vollständig zu entfernen. Bei ungeeigneter Anlagenkonzeption besteht eine große Gefahr, 

daß Bimsmehl in den Reinraum des Fotodrucks gelangt. 

• Standzeit des Bimsmehls 

Der Festkörpergehalt der Bimsmehlschlemme muß festgelegt und täglich kontrolliert werden 

(Probenahme des aufgeschlemmten Bimsmehls mit Meßzylinder und Festgehalt nach 

Absetzen bestimmen). Je nach Durchsatz und Fassungsvermögen des Vorratsbehälters 

soll der Festkörpergehalt täglich bestimmt und gegebenenfalls neu eingestellt 

werden; etwa wöchentlich sollte die Schlemme neu angesetzt werden. 

• Trennung vom Kupfer 

Dies erfolgt mit einer handelsüblichen Zentrifuge, mit der der Kupferanteil im Bimsmehl 

niedrig gehalten wird. 

Eine regelmäßige Wartung der Bimsstrahlmaschine ist notwendig; hierbei ist besonders auf 

einen Verschleiß der Düsen (Keramik) zu achten. 

Werden alkalische Entfetter beim vorher stattfindenden Entfetten benutzt, so ist darauf zu 

achten, daß die Bimsmehlsuspension durch Verschleppung nicht zu sehr alkalisch (< pH 8) 

wird, da andernfalls die frisch aufgerissene Oberfläche des Kupfers unverzüglich wieder oxidiert. 

Es ist daher sinnvoll, nach der Bimsmehlbehandlung die erste Spülung anzusäuern (H2SO4), 

um die Kupferoberfläche im nassen Zustand oxidfrei zu halten. Dies beugt der erneuten 

Oxidation der Kupferfläche vor dem anschließenden Trocknungsprozeß vor.


2.2.3.2 Korund-Bürstwalzen 




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Oszillierende Walzen mit Korund-gebundenen Schleifvliesen werden immer seltener eingesetzt. 

Die Schleifriefen laufen in eine bevorzugte Richtung und erzeugen keine ausreichende 

Mikrorauhigkeit; weiterhin kommt es z.T. zu derart tiefen Riefenbildungen, daß der Fotoresist 

diese Riefen nur noch überspannt, aber nicht zuverlässig ausfüllt; bei den nachfolgenden 

Prozessen dringen die verschiedenen Prozeßlösungen in die Riefen und erzeugen ungewünschte 

Effekte, wie Einschnürungen durch Ätzmittelangriff, Unterwanderungen in der Galvanik 

oder ungleichmäßiges Galvanisieren, die unter Umständen zur Nacharbeit und Ausschuß 

führen. 

Durch die auftretenden Kräfte beim Bürsten entstehen bei dünnen Materialien unerwünschte 

Längenänderungen, die zu Registrierproblemen, vor allem bei der Multilayerinnenlagen- 

Herstellung, führen. 

Gebürstet wird im Naßzustand; bei Trockenlauf besteht die Gefahr der Erwärmung der 

kunststoffgebundenen Walzen mit dem Effekt der Schmierbildung auf der Kupferoberfläche. 

Auch hier ist es sinnvoll, die nachfolgende erste Spülkammer leicht anzusäuern, um die nasse 

Oberfläche leicht sauer zu halten und damit vor dem unverzüglichen, erneuten Oxidieren 

zu bewahren. 

2.2.4 Spülen 

Mit dem Spülprozeß soll die völlige Beseitigung der vorher benutzten chemischen Lösungen 

erzielt werden. Das Spülwasser muß von hoher Qualität sein; es sollte möglichst rein sein. 

Einen Leitwert von weniger als 10 µS ist erstrebenswert. 

Kreislaufgeführtes Wasser kann problematisch sein, da sich in ihm bei fehlender Aktivkohlebehandlung 

bevorzugt organische Substanzen (z.B. Tenside, Glanzbildner) anreichern, die 

eventuell mit der frisch desoxidierten Kupferoberfläche beim anschließenden Trocknen mit 

heißer Luft reagieren und später einen negativen Einfluß auf die Haftung des Resist auf der 

Kupferoberfläche nehmen. 

Schwierig ist auch die Spülung von kleinen Bohrungen bei dicken Schaltungen. Eventuell ist 

es notwendig, ein Hochdruckspülmodul einzusetzen, um das Bimsmehl und andere Rückstände 

völlig aus den Löchern zu entfernen. 

Die Wartung der Maschinen bezüglich Sauberkeit ist von äußerster Wichtigkeit, da es leicht 

zu Schimmel- und Algenbildung in der Maschine kommen kann. In solchen Fällen kann man 

mit Sagrotan-Spülungen eine mehrere Wochen dauernde Sauberkeit erzielen. 

2.2.5 Trocknung 

Bei der Trocknung sollte darauf geachtet werden, daß dieser Prozeß so schnell wie möglich 

abläuft, um dem Oxidationsprozeß möglichst wenig Zeit zu lassen. Wichtig ist, daß nach 

dem Spülen zunächst das Wasser mit Luftmessern aus den Löchern herausgeblasen und 

von der Oberfläche entfernt wird. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse müssen Abstand und 

Anstellwinkel der Luftmesser ausprobiert werden. Wasserflecken müssen vermieden werden.





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Wenn keine Radialverdichter bei den Luftmessern benutzt werden, sondern Preßluft aus einer 

Zentralanlage zum Einsatz kommt, muß unbedingt auf Ölfreiheit der Preßluft geachtet 

werden, aber auch auf Sauberkeit der Preßluftleitungen (Ölabscheider einbauen, Wartung 

beachten!). 

Nach der Reinigung darf die Kupferoberfläche nicht mehr berührt werden. Fingerabdrücke 

führen bei Feinleiterstrukturen mit höchster Sicherheit zu Ausschuß. Es wird empfohlen, 

saubere Handschuhe zu tragen bzw. die Zuschnitte nur an den Kanten zu handhaben. 

Nach der Trocknung sollten die Zuschnitte umgehend mit Fotoresist beschichtet werden, um 

ein erneutes und unkontrolliertes Oxidieren der Kupferoberfläche zu vermeiden. Unter keinen 

Umständen sollte gereinigtes Material über mehrere Stunden unbeschichtet aufbewahrt 

werden. 

3 Produktbeschreibung des Resists 

3.1 Zweck des Fotoresists 

Fotoresiste sind lichtempfindliche Materialien, die bei Bestrahlung ihr Lösungsverhalten im 

Entwickler verändern. In der Leiterplattentechnik werden sie in flüssiger oder fester Form 

zum Zweck der Bildübertragung eingesetzt. Der benötigte Wellenlängenbereich des Lichts 

liegt zwischen 300 nm bis 500 nm. Durch den Belichtungs- und Entwicklungsprozeß entstehen 

freie und abgedeckte Flächen auf dem Produktionszuschnitt, wobei in Nachfolgeprozessen 

die freien Flächen weiter bearbeitet werden (z.B. Ätzen oder Galvanisieren) und die abgedeckten 

Flächen zunächst unbearbeitet bleiben. Der Fotoresist wird somit als selektiver 

Schutz für nachfolgende Bearbeitungsprozesse benutzt. 

An diese Fotoresiste werden die verschiedensten Anforderungen gestellt. Deren wichtigste 

Eigenschaften sind: 

• Gute Verarbeitungseigenschaften bzw. breite Prozeßfenster 

• Gute Haftung auf Kupfer und den verschiedensten Basismaterialien 

• Hohe Empfindlichkeit gegenüber der differenzierenden UV-Strahlung 

• Deutlich sichtbarer Farbumschlag zwischen belichtetem und unbelichtetem Resist 

• Rasche Entwickelbarkeit mit wäßrig-alkalischen Lösungen 

• Genaue Übertragbarkeit der Fotovorlage 

• Reproduzierbare und definierte Flankenform beim Entwickeln 

• Ätzbeständigkeit in sauren und ammoniakalischen Lösungen 

• Galvanobeständigkeit 

• Wärmebeständigkeit 

• Leichte und vollständige Entfernbarkeit (Strippen) des Resists 

• Gute Lagerfähigkeit unter Lichtausschluß 

• Bei Rollenware keine Kaltfließeigenschaften (Verkleben der Kanten).


3.2 Resistarten 




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Grundsätzlich gibt es zwei völlig unterschiedliche Resistarten, deren schematische Funktionsweisen 

in Bild 3.1 wiedergegeben sind. 

3.2.1 Negativ arbeitender Resist 

Bei diesem Resist werden die nicht belichteten monomeren Resiststellen von wäßrigalkalischer 

Lösung abgewaschen. Die belichteten Stellen polymerisieren und verbleiben als 

Schutzschicht vor weiteren Bearbeitungsgängen auf dem Werkstück. 

Negativresist Positivresist 

UV-Strahlung 

Film 

Latentes Bild im 

Resist 

Basismaterial mit 

Cu-Kaschierung 

Entwickelter 

Resist, der 

lösliche Bereich 

ist entfernt 

Bild 3.1: Schematische Darstellung der negativen und positiven Resistfunktion 

3.2.2 Positiv arbeitender Resist 

Bei diesem Typ zerfällt der belichtete Resist unter UV-Licht in Bestandteile, die in wäßrigalkalischer 

Lösung abwaschbar sind. Im Gegensatz zum negativ arbeitenden Resist verbleiben 

hier die nicht belichteten Stellen als Schutzschicht auf dem Werkstück. 

Die größere praktische Bedeutung haben negativ arbeitende Trockenfilmresiste. Negativ arbeitende 

Flüssigresiste gewinnen aber zunehmend an Bedeutung, vor allem im Bereich der 

Ätzanwendungen (z.B. Innenlagenfertigung). Der Vorteil der Flüssigresiste liegt größtenteils 

im Kostenbereich, da weniger Material verbraucht wird. Typische Materialstärken betragen 

bei Flüssigresisten 4 µm - 12 µm, bei Festresisten in der Ätzanwendung 38 µm (1,5 mil). Es 

werden aber auch 25 µm (1 mil) Festresiste angeboten, die bisher keine weitverbreitete Anwendung 

finden. Für Galvano- / Tenting-Anwendungen werden Resiststärken von 50 µm 

und 75 µm eingesetzt.





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Aufgrund seiner geringen Schichtstärke ist der Flüssigresist sehr empfindlich gegen mechanische 

Beanspruchung, z.B. Gefahr von Kratzern, die zu Ausschuß führen. Ein weiterer 

Nachteil von Flüssigresisten liegt bei den relativ hohen Neuinvestitionen für die Beschichtungsanlage 

und die anschließende Trocknung des Resists. Aus diesem Grund werden 

Flüssigresiste fast ausschließlich in großvolumigen und vollautomatischen Fertigungslinien 

eingesetzt. 

Grundsätzlich wären positiv arbeitende Fotoresiste für die Leiterplattenfertigung von Vorteil. 

Einer weiten Verbreitung standen bislang aber deutlich höhere Materialkosten und technische 

Einschränkungen entgegen. 

4 Laminieren mit Trockenfilmresisten 

4.1 Trockenfilmresist (Festresist) 

4.1.1 Aufbau von Festresisten 

Der Festresist besteht aus einer etwa 25 µm dicken Trägerfolie aus Polyester (Bild 4.1). Auf 

diese Trägerfolie wird beim Hersteller der fotoempfindliche Resist per Rolle im Reinraum der 

Reinraumklasse 10 aufgegossen, getrocknet und mit einer ca. 25 µm starken Polyethylenfolie 

abgedeckt. Anschließend wird das Material aufgerollt. Die Produktionsbreite der Rollen 

kann bis zu 1,65 m, die Länge der Masterrolle bis 1500 m betragen. Bei dem späteren notwendigen 

Schneidvorgang wird die Ware umgespult und auf die gewünschten Längen und 

Breiten der Kunden konfektioniert. 

Typische Rollenlängen für den Kunden sind 100 m oder 300 m. Die Breiten variieren i.a. 

zwischen 200 mm und 610 mm. Die Resiste werden in verschiedenen Dicken von ca. 25 µm 

und 38 µm für Ätzware und von ca. 38 µm und 50 µm für Galvanoware angeboten. Für Sonderanwendungen 

stehen auch Resiste mit einer Schichtstärke von 75 µm bis 120 µm zur 

Verfügung. 

Trockenresist als 

Folie auf Rollen 

Polyolefinfolie als 

Schutzschicht 

Lichtempfindlicher 

Polyesterträgerfolie (Mylar ®) Trockenresist 

Bild 4.1: Prinzipieller Aufbau von Festresisten (Werksbild DuPont, Mylar® ist 

ein eingetragenes Warenzeichen von DuPont)





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Um eine gute, d.h. fehlerfreie Lamination zu erreichen, sind zwei Eigenschaften der Resiste 

sehr wesentlich: 

• Fließverhalten des Resists 

• Klebefähigkeit des Resists 

An die Polyesterfolie sind drei Bedingungen zu stellen: 

• Hohe UV-Transparenz 

• Optische Homogenität 

• Dimensionsstabilität bei Wärmefluß 

4.1.2 Resistkomponenten 

Trockenfilmresiste bestehen alle aus folgenden Funktionseinheiten: 

• Multifunktionale Filmbinder, die aus Acrylaten oder Styrolderivaten bestehen können 

und mit Acrylsäuren oder Maleinsäureanhydriden vermengt sind, um die Mischung im 

alkalischen Medium lösen zu können. 

• Multifunktionale Monomere, die durch den Belichtungsvorgang zu Polymeren verkettet 

werden. 

• Fotoinitiatoren, die bei UV-Bestrahlung Radikale bilden und somit den Polymerisationsvorgang 

zum Ablauf bringen. 

• Sonstige Komponenten, wie Stabilisatoren, Haftvermittler, Füllstoffe, usw.. 

Fotoresiste sind somit komplexe Gemische aus vielen aufeinander abgestimmten chemischen 

Substanzen. 

Alle oben aufgeführten Komponenten dürfen im Resist weder alleine noch in Kombination 

wasserlöslich sein, da sich der Resist andernfalls während des Ätzens oder Galvanisierens 

auflösen würde. 

4.1.2.1 Multifunktionale Filmbinder 

Die sogenannten Binder eines Fotoresists enthalten organische Säuregruppen, die mit freien 

Alkaliionen ein Salz bilden können. Diese Reaktion setzt den Resist in eine wasserlösliche 

Verbindung um, vorausgesetzt, die Anzahl der reagierten Gruppen ist groß genug, die hydrophoben 

Kräfte innerhalb der Polymerkette zu überwinden. Keine der anderen Resistkomponenten 

kann in alkalischer Lösung dissoziieren und sind daher auch nicht in der Lage, 

wasserlöslich zu werden.





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Beim belichteten Resist reicht diese Reaktion der OH-Ionen mit den Säuregruppen in dem 

dreidimensionalen polymerisierten Macromolekül nicht mehr aus, das Molekül zu lösen. 

Durch erhöhte OH-Ionenkonzentration müssen zusätzlich die Kohäsions- und Adhäsionskräfte 

gelöst werden, die die Resistmatrix zusammenhalten und an die Kupferoberfläche 

binden. Es müssen deshalb zum Strippen alkalische Lösungen mit einem pH-Wert >13 und 

hohe Temperaturen von ca. 50°C eingesetzt werden. 

Beim Einwickeln und beim Strippen laufen folgende chemische Reaktionen ab: 

Soda dissoziiert in Wasser nach folgender Reaktion: 

Na2CO3 + H2O 2 Na + + OH - - 

+ HCO3 

Entsprechend dissoziert Natriumhydroxid (Basis eines Strippers): 

NaOH + H2O Na + + OH - + H2O 

Der saure Polymerbinder reagiert nun mit den freien Hydroxigruppen: 

R1R2R3COOH + OH - 

R1R2R3COO - + H2O 

In Wasser und bei In Wasser und bei 

pH < 7 unlöslich pH > 7 löslich 

R1R2R3 können entweder Styrole, Ethylacrylate, Methyl-Methacrylate oder jede andere 

Kombination von unterschiedlichen Acrylsäuremonomeren sein. 

4.1.2.2 Multifunktionale Monomere 

Das Grundprinzip der fotochemischen Reaktion bei Negativresisten ist die Vergrößerung des 

Molekulargewichtes durch Polymerisation oder Vernetzung unter Bildung dreidimensionaler 

Netzwerke. 

Das eingestrahlte Licht wird in einem bestimmten Spektralbereich (300 nm - 500 nm) von 

diesen Monomeren absorbiert. Dabei werden die Moleküle in einen höheren Energiezustand 

versetzt und damit zu Schwingungen angeregt, die die Bindungsabstände und Bindungswinkel 

ändern. Darüber hinaus kann im Molekül sich auch die Elektronendichteverteilung 

ändern. Dabei werden die Bindungen entweder gelockert oder unter Bildung von Radikalen 

getrennt, so daß sich die Moleküle zersetzen. Diese Radikale sind extrem reaktive Spezies, 

die mit den unterschiedlichsten funktionellen Gruppen reagieren. 

Die Entstehung von Radikalen, die sich bei der Bestrahlung mit UV-Licht bilden, und deren 

weitere Reaktionen werden an den folgenden Beispielen deutlich: 

R - N3 

h ν • 

R - N• + N2





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Bei Bestrahlung spaltet die Azidgruppe (-N3) Stickstoff ab, wobei das sehr reaktive Radikal 

Nitren entsteht, das sowohl mit sich selbst als auch mit verschiedensten Gruppen reagieren 

kann: 

• • 

R - N• + R - N• R - N = N - R 

• H 

R - N• + H - C - R - N - C - 

• H 

R - N• + H - C - R - N• + • C - 

• 

R - N• + C C R - N 

Die in den Resisten eingesetzten Monomeren enthalten nun eine Vielzahl von reaktiven 

Gruppen, die mit den Radikalen unter den oben angegebenen Mechanismen reagieren können. 

Damit wird erreicht, daß die Polymerisation nicht in eindimensionaler, sondern sofort in 

dreidimensionaler Richtung erfolgt. 

• 

R - N• + O2 R - N = O + andere Produkte 

Ein Problem stellt der Luftsauerstoff dar, der ebenfalls mit den Radikalen reagiert und somit 

die Vernetzungsreaktionen stört. Dem Resist werden deshalb Verbindungen zugegeben, die 

bevorzugt mit Sauerstoff reagieren, um die Konzentration an Sauerstoff im Resist niedrig zu 

halten. 

Es ist deshalb auch wichtig, die laminierten Zuschnitte nicht allzu lange vor dem Belichten 

stehen zu lassen, damit nicht zuviel Luftsauerstoff in den mit Polyesterfolie geschützten Resist 

diffundieren kann.


4.1.2.3 Fotoinitiatoren 




Die Geschwindigkeit der Fotoreaktion ist von zwei Faktoren abhängig: 

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1. Von der von dem Resist absorbierten Lichtmenge, die in der Materie entsprechend dem 

Lambert-Beer`schen Gesetz exponentiell abnimmt. 

2. Von der fotochemischen Quantenausbeute. Diese ist ein Maß für das Verhältnis der fotochemischen 

Prozessen zu den anderen Konkurrenzprozessen wie Fluoreszenz und 

strahlungsloser Desaktivierung. 

Um den Wirkungsgrad der Fotoreaktion zu verbessern, müssen die Absorptionsspektren der 

Monomeren der Intensitätsverteilung der Lichtquelle angepaßt sein. Dies ist aber nicht immer 

möglich. Deshalb werden dem Resist chemische Substanzen, sog. Initiatoren, beigefügt, 

deren Absorptionsspektren denen der Lichtquellen eher entsprechen. Bei Lichtabsorption 

werden diese Moleküle angeregt, die dann in der Lage sind, diese Energie mit hoher 

Ausbeute auf die Monomere zu übertragen, so daß die Radikalbildung einsetzen und die 

Kettenreaktion starten kann. 

4.1.3 Lagerung von Festresisten 

Trockenfilme sind wie allgemein alle fotografischen Materialien temperatur- und in begrenztem 

Maße luftfeuchteempfindlich. Eine Empfindlichkeit gegen UV-Licht und damit auch gegen 

Tageslicht ist selbstverständlich. Die Rollen sollten deshalb in Orginalverpackungen 

gelagert und nur im Gelblichtbereich ausgepackt werden. 

Optimalerweise sollte die Ware im klimatisierten Bereich mit Temperaturen zwischen 16°C 

und 20°C gelagert werden. 

Bei längerer Lagerung über 20°C tritt verstärkter Resistfluß auf, was zum Verkleben an den 

Rollenkanten führen kann und dadurch Probleme beim Laminieren verursacht. Weiterhin 

kann erhöhte Temperatur zu Vorpolymerisation und damit zur Beeinträchtigung von wichtigen 

Resisteigenschaften führen, z.B. verminderte Haftfestigkeit oder verlängerte Belichtungszeiten. 

Die Entnahme aus dem Lager sollte strickt nach dem Herstelldatum erfolgen, um eine Überalterung 

des Resists zu vermeiden (ca. 9 - 12 Monate). 

Vor dem Auspacken der Ware aus dem schwarzen Polybeutel im Laminierraum muß beachtet 

werden, daß der Temperaturunterschied zwischen Laminierraum und Ware nicht zu 

groß ist, um Kondensation am Resist zu vermeiden. 

4.2 Aufbau von Laminatoren 

Im Fotobereich versteht man unter dem Laminieren das ein- und zweiseitige Beschichten 

von kupferkaschierten Zuschnitten oder Nutzen mit Trockenfilmresist unter Druck und Wär-





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me. Dieser Prozeß wird entweder auf manuellen Hot-Roll-Laminatoren oder auf automatischen 

Cut-Sheet-Laminatoren durchgeführt. 

4.2.1 Prinzip des Laminators 

Der Fotoresist ist bekanntlich zwischen einer Polyolefinfolie und einer Polyesterfolie geschützt 

und wird auf Rollen geliefert. Im Laminator sind die Rollen auf Schnellspannvorrichtungen 

eingespannt. Kurz vor dem Beschichten der Zuschnitte wird die untere Polyolefinfolie 

abgezogen und auf Rollen aufgewickelt. Die Zuschnitte laufen auf einem angetriebenen 

Einlauftisch ein, werden zentriert und auf einer Vorheizstrecke auf etwa 80°C vorgewärmt. 

Der freiliegende Resist wird nun von Laminierwalzen auf den Zuschnitten angeheftet und erhitzt. 

Der Resist verflüssigt sich und wird gleichzeitig in die gereinigte Kupferoberfläche und 

die vorgegebene Gewebestruktur eingedrückt. Mit einem Messer wird der auflaminierte Resist 

auf die Zuschnittslänge geschnitten. Die zweite Folie (Polyester- oder Mylar®folie) verbleibt 

noch auf dem Resist und wird erst nach dem Belichten abgezogen. Der Transport erfolgt 

durch die Laminierwalzen. Ober- und Unterseite des Zuschnitts werden gleichzeitig beschichtet. 

Der Auslauf ist ebenfalls angetrieben. 

Die beheizbaren Laminierwalzen sind silikonbeschichtet (2,5 mm oder 4 mm Dicke) und weisen 

eine Härte von 65 - 70 Shore auf. Die Temperatur wird thermostatisch geregelt. Der Anpressdruck 

ist pneumatisch verstellbar, der Spalt zwischen den Walzen läßt sich variabel 

einstellen. Somit sind Basismaterialien unterschiedlichster Dicken problemlos zu bearbeiten. 

Je nach Anwendung sind manuelle oder automatische Laminatoren sinnvoll. 

4.2.2 Hot-Roll-Laminatoren 

Der Einsatz dieser manuell zu bedienenden Laminatoren (Bild 4.2) ist sehr personalintensiv. 

Von Vorteil ist, daß sie sowohl für sehr dünne (





Bild 4.2: Hot-Roll-Laminator (Werksbild Morton) 

4.2.3 Cut-Sheet-Laminatoren 

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Cut-Sheet-Laminatoren (Bild 4.3) sind Systeme, bei denen das Schneiden des Resists automatisch 

auf vorgegebene Längen und Breiten erfolgt. 

Bild 4.3: Cut-Sheet-Laminator (Werksbild Morton)





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Im Gegensatz zu handlaminierten Nutzen sind diese nicht bis zum Rand mit Resist beschichtet, 

sondern je nach Vorgabe nur bis z.B. 5 mm zum Zuschnittsrand. Die Wärmeübertragung 

auf den Resist ist anders gelöst. Der freiliegende Resist wird mit speziellen Anheftschuhen 

am vorderen Zuschnittsrand angeheftet und dann auflaminiert. Da die Temperatur 

auf den Resist nur in dem kurzen Druckbereich zwischen Laminatorwalze und Resist übertragen 

wird, müssen die Nutzen deshalb zwingend über eine längere Vorwärmstrecke gefahren 

werden. 

Die Betreibung der Automaten ist nicht personalintensiv, da normalerweise durch Einsatz 

von Staplern das Einlegen, Laminieren, Schneiden und Abstapeln vollautomatisch erfolgt. 

Manuell muß nur auf die benötigte Resistbreite umgerüstet werden. Da der Resist bei optimaler 

Rollenbreite automatisch auf die gewünschte Länge zugeschnitten wird, fällt nur beim 

Rüsten Resistabfall an. Cut-Sheet-Laminatoren arbeiten sehr wirtschaftlich. Sie werden 

meist direkt mit der Vorreinigungsanlage verknüpft. Auch ist der Einsatz eines Mylarremovers 

vor dem Entwickeln problemlos gegeben. 

4.3 Laminierparameter 

Durch die Wärme und den Laminierdruck wird die Haftung mit der Kupferoberfläche erzielt. 

Diese beiden Parameter sowie die Laminiergeschwindigkeit sind entscheidend für den Laminierprozeß. 

Sie müssen deshalb exakt auf die Gegebenheiten vor Ort eingestellt werden. 

Sie sind von der Art und Dicke des Nutzens, den Anforderungen des Leiterbildes, vom Resisttyp 

und dessen Dicke und vom Laminatortyp abhängig. 

So erfordern z.B. dünne Innenlagen in Feinstleitertechnik (Leiterbreite: < 120 µm) einen höheren 

Anpreßdruck der Laminierwalzen und eine geringere Laminiergeschwindigkeit im Vergleich 

zu durchkontaktierter Ware. 

In der folgenden Tabelle sind Richtwerte für die Prozeßparameter angegeben: 

Tabelle 4.1: Prozeßparameter für Laminatoren 

Prozeßparameter Manueller 

Hot-Roll-Laminator 

Automatischer 

Cut-Sheet-Laminator 

Laminiertemperatur 80 - 90 °C 100 - 120 °C 

Laminierdruck 1 - 3 bar 2,5 - 5,5 bar 

Geschwindigkeit 0,8 - 1,5 m/min 1,0 - 3,5 m/min 

Auslauftemperatur 50 - 60 °C 50 - 60 °C 

Zuschnittsbreite 150 mm / 610 mm 200 mm / 650 mm 

Zuschnittslänge 200 mm / 1200 mm 200 mm / 762 mm


4.3.1 Laminiergeschwindigkeit 




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Die Laminiergeschwindigkeit muß so gewählt werden, daß der aufgepreßte Resist eine innige 

Verbindung mit der Zuschnittoberfläche eingehen kann, ohne Lufteinschlüße aufgrund 

von Welligkeit und/oder Oberflächenrauhigkeit. Bei niedriger Geschwindigkeit wird der Resist 

wesentlich wirksamer gegen die Oberfläche gepreßt. Zu berücksichtigen dabei ist, daß 

zwar der Resist sehr weich ist, die Polyesterfolie dagegen relativ starr ist und beim Erkalten 

den Resist wieder von der Oberfläche „abziehen“ kann. 

Für den Plattendurchsatz ist nicht nur die Vorschubgeschwindigkeit, sondern auch die 

Summe der Zeiten für Ausrichten, Anheften und Plattenabstand maßgeblich. Bild 4.4 zeigt 

den Plattendurchsatz pro Stunde für vier verschiedene Vorschubgeschwindigkeiten bei gegebener 

Plattenlänge und verschiedenem Abstand (zwischen 50 mm und 200 mm). 

Plattenanzahl / h 

500 

450 

400 

350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

100 

200 

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�� 

�� 

�� 

�� 

300 

400 

Plattenlänge [ mm ] 

�� 

�� 

�� 

�� 

500 

600 

700 

800 

1,00 

2,00 

3,00 

3,50 

VS [ m / min ] 

Bild 4.4: Plattendurchsatz bei verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten (VS) 

mit einem Cut-Sheet-Laminator (Werksbild Gebr. Schmid) 

4.3.2 Laminierdruck 

Wird mit Drücken bis 2 bar laminiert, reichen Walzen mit Aluminiumkernen aus. Wird mit 

höheren Drucken von 3 bar - 5 bar laminiert, müssen Laminierwalzen mit Stahlkern eingesetzt 

werden. Es muß dabei aber beachtet werden, daß sich wegen des hohen Druckes die 

Laminierwalzen durchbiegen können. Die Folge ist im äußeren Bereich des Zuschnitts ein 

ausreichender Druck, im Inneren aber entsteht eine Zone mit geringem oder gar keinem 

Druck. Hier treten dann Unterätzungen und Untergalvanisierung auf. Je nach Struktur der 

Zuschnittsoberflächen empfehlen sich Walzen mit 2,5 mm oder 4 mm Gummierung. Je nach 

Anforderung empfiehlt sich häufig, die Shorehärte der Gummierung zu variieren. Auch ist die





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Seite 19 

Gummierung regelmäßig zu erneuern. Durch die dauerhafte Temperaturbelastung verspröden 

die Beschichtungen, Beschädigungen entstehen und damit resultieren Laminierfehler. 

Wichtig ist auch zu wissen, daß die Druckanzeigen nicht den wirksam werdenden Druck 

wiedergeben, sondern nur den Druck im Zylinder des pneumatischen Systems. Empfohlene 

Laminierdrucke sollten deshalb nicht einfach übertragen bzw. übernommen werden. 

4.3.3 Laminiertemperatur 

Bei der optimalen Temperatur fließt der Resist in die Unebenheiten der Zuschnittoberfläche 

ohne daß sich Luftbläschen bilden und man erhält eine gute Haftung zwischen Kupfer und 

Resist. Ist sie aber zu niedrig, so ist das Fließverhalten nicht ausreichend. Ist die Temperatur 

aber zu hoch, tritt im Resist eine zusätzliche thermische Polymerisation auf. Dieser läßt sich 

sehr schlecht entwickeln und strippen. Die Resistkanten weisen meist einen starken Fuß auf 

und man findet häufig Resistrückstände über den ganzen Zuschnitt verteilt. 

4.3.4 Vorheizen der Zuschnitte 

Das Vorheizen der Zuschnitte muß mit der Temperatur der Laminierwalzen optimiert werden. 

Von Vorteil ist, daß mit niedrigeren Laminiertemperaturen gearbeitet werden kann, um 

das gleiche Laminierergebnis zu erzielen und die Überhitzung des Resists kann vermieden 

werden. 

4.3.5 Haltezeit 

Die Haltezeiten zwischen Vorreinigung und Laminieren sowie vor und nach dem Belichten 

sind streng einzuhalten, da sonst Probleme bei den darauf folgenden Arbeitsschritten zu erwarten 

sind. 

Haltezeiten vor der Beschichtung mit Resist führen zur Oxidation des Kupfers. Dadurch wird 

die Haftfestigkeit des Resists negativ beeinflußt, was zu Unterätzungen und Unterwanderungen 

führen kann. 

Zu lange Haltezeiten nach dem Laminieren führen bei nicht belichteten Resisten zu verstärkter 

Haftfestigkeit, da sich eine starke Bindung zwischen dem Kupfer und den Resistkomponenten 

ausbildet. Innenlagen und Außenlagen lassen sich nicht rückstandsfrei 

entwickeln und strippen. Bei Innenlagen führt dies zu einem verzögerten Ätzangriff und bei 

Außenlagen zu nicht vollständig aufgebauten Leiter und verminderter Haftfestigkeit des aufgalvanisierten 

Kupfers. 

Beim belichteten Resist tritt diese Reaktion nicht auf, wohl aber findet eine Migration von 

polymerisierten / unpolymerisierten Resist bei längerer Haltezeit statt, was zur Folge hat, 

daß sich die Konturschärfe und die Auflösung vermindert wird.





4.4 Was beim Laminieren generell zu berücksichtigen ist 

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Beim Laminieren führen Staub und sonstige Partikel immer zu Nacharbeit und Ausschuß. 

Bei entsprechender Partikelgröße können sie beim Laminieren den Resist beschädigen oder 

zwischen Zuschnittsoberfläche und Resist eingeschlossen werden. Die Folge sind Einschnürungen, 

Unterbrechungen, Unterätzungen und Untergalvanisierung. Deshalb sollte das 

Laminieren am besten direkt nach der Vorreinigung erfolgen. Dadurch wird verhindert, daß 

die Kupferoberfläche erneut oxidiert und sich Staub und sonstige Schwebstoffe der Umgebung 

auf den gereinigten Oberflächen absetzen können. Darüber hinaus kommt es beim 

Abziehen der Polyolefinfolie zu statischer Aufladung. Auch muß sichergestellt werden, daß 

sich keine Glasfaserpartikel auf den Oberflächen befinden. Dieses Problem tritt immer dann 

auf, wenn die Zuschnitte nicht optimal zugeschnitten und nicht kantenbesäumt sind. Deshalb 

sollten die Laminatoren zusätzlich mit Reinigungs- und Antistatiksystemen ausgestattet sein. 

Resist- und Folienpartikel vom Schneiden müssen verhindert werden durch Einsatz scharfer 

Messer und optimaler Reinigungsmethoden vor dem Belichten. 

Beim Laminieren muß die Oberfläche des Zuschnitts vollständig mit Resist bedeckt sein, 

d.h. unter dem Resist dürfen keinerlei Luftblasen zurückbleiben. Luftblasen bilden sich bevorzugt 

in den Tälern der Gewebestruktur, bei Kratzern, punktförmigen Fehlstellen und Rauhigkeiten. 

Die Welligkeit des Basismaterials ist abhängig von der Art des Basismaterials, 

Dicke der Glasfasern und der Webstruktur sowie des Harzgehaltes. 

Scharfkantige Zuschnitte beschädigen sehr leicht die Laminierwalzen, es entstehen Kerben, 

Löcher, manchmal auch Rillen in der Gummibeschichtung. Dadurch wird an diesen Stellen 

beim Laminieren kein oder nur unzureichender Druck aufgebaut, es entsteht keine oder nur 

sehr schlechte Resisthaftung. Teilweise entstehen auch kleine Bläschen, die zu Unterätzung 

und Untergalvanisierung führen. 

Resistrückstände auf den Walzen führen zu Eindrücken. Die Walzen sollten deshalb täglich 

kontrolliert und mit Alkohol gereinigt werden. Es ist selbstverständlich, daß dabei nur fusselfreie 

Handschuhe und Reinigungstücher verwendet werden. Alle zur Reinigung verwendeten 

Lösemittel sollten grundsätzlich auf Verträglichkeit mit der Gummierung der Laminierwalzen 

überprüft werden. 

Die Zuschnitte müssen optimal getrocknet und frei von Wasserflecken sein, um unterschiedliche 

Haftung des Resists auf der Kupferoberfläche zu vermeiden. 

Zwar sind die Zuschnitte durch die Polyesterfolie geschützt. Doch sollten sie bis zum Belichten 

in Schräggestellen abgestellt werden, damit keine beim Schneiden abgefallenen Resistpartikel 

in die Beschichtung eindrücken und Druckstellen auf dem Resist entstehen. Dies 

führt unweigerlich zu Pinholes. Auch sollten die Zuschnitte keiner allzu hohen Druckbelastung 

ausgesetzt sein, um ein Einfließen des Resists in mit Resist überspannten Bohrungen 

(Tenting) und damit eine Verjüngung des Resists am Locheingang zu vermeiden. 

Die Haltezeit zwischen Laminieren und Belichten sollte beachtet werden, damit die Zuschnitte 

vor dem Belichten sicher auf Raumtemperatur abgekühlt sind. Warme, mit Resist 

beschichtete Zuschnitte dürfen nicht im Stapel, sondern nur vereinzelt abgekühlt werden. Es 

empfiehlt sich der Einsatz von Igelstapler oder von Schlitzbrettern.





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Seite 21 

Da das Laminieren unter Temperatur und Druck erfolgt, treten Dämpfe auf, die Haut, Augen 

und Atemwege reizen können. Es muß deshalb ein funktionierendes Absaugsystem (300 

m 3 /Std - 500 m 3 /Std) installiert sein. Es empfiehlt sich, die Sicherheits- und Verarbeitungshinweise 

der Resisthersteller zu beachten. 

Laminatoren sind in klimatisierten Gelblichträumen bei einer Raumtemperatur von 20°C - 

22°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 55% ± 10% zu betreiben. Der Raum und die 

Maschine sind täglich feucht zu reinigen. Die Reinraumklasse sollte Klasse 10000 entsprechen, 

wenn der gesamte Fotobereich in einem Reinraum zusammengefaßt ist. Heute empfiehlt 

sich aus Kostengründen jedes einzelne Gerät zu kapseln, um darin eine Reinraumklasse 

von 1000 zu erreichen. 

5 Beschichten mit Flüssigresisten 

5.1 Allgemein 

Flüssige Fotoresiste sind seit Jahrzehnten in einer Vielzahl verschiedener Formulierungen 

für unterschiedlichste Anwendungen (Halbleiter - Formätzteile - Display Fertigungen) im Einsatz. 

Flüssige Fotoresiste dominieren heute in der Leiterplattenfertigung bei der Erstellung von 

Lötstoppmasken und werden seit einiger Zeit wiederentdeckt für die Leiterbilderzeugung 

(Primärresiste) als Alternative zu Trockenfilmresiste. 

Zur prinzipiellen Auswahl stehen positiv und negativ arbeitende Resistsysteme, die entweder 

in organischen Lösungsmitteln oder in Wasser (Waterborn Resists) gelöst sind (Bild 5.1). 

Bild 5.1: Technologiematrix





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Als Auftragsverfahren haben sich Schleudern (Halbleiterfertigung), Sprühen (airless, elektrostatisch), 

Tauchen (dip-coating) sowie Roller- und Curtain-Coating-Verfahren (Leiterplatteninnenlagen) 

etabliert. 

Siebverdrucken und elektrophoretisches Abscheiden von Primärfotoresisten sind neue Entwicklungen 

und decken gleichermaßen Forderungen nach niedrigeren Beschichtungskosten 

für Kleinanwender, als auch Forderungen nach hochauflösenden Fertigungsverfahren für 

Feinleiteraußenlagen ab. 

Grundsätzlich verlagert sich bei Einsatz von flüssigen Fotoresisten die Verantwortung für die 

Gleichförmigkeit und Qualität der Fotoresistschicht auf den Leiterplattenhersteller. Trockenfilmresiste 

werden dagegen als vorgeformte Resistschichten zugekauft - ihre Anwendung ist 

leicht, praktisch und zuverlässig. 

Die Einführung von Flüssigresisten erfordert nicht nur neue Investitionen für das Beschichten 

und Trocknen, sondern verlagert auch die Zuständigkeiten für Verarbeitungseinstellungen 

des Resists, Qualitätssicherungen in erhöhtem Maßstab in die Leiterplattenfertigung - 

die Kontrolle für den gesamten Fertigungsprozeß liegt beim Leiterplattenhersteller. Als Ergebnis 

werden höhere Ausbeuten und niedrigere Materialkosten erwartet. 

5.2 Flüssig- / Trockenfilmresiste im Vergleich 

Flüssig aufgetragene Fotoresiste haben nach der Trocknung Schichtdicken von 4µm bis 12 

µm, je nach Resistformulierung und Auftragsverfahren - Trockenfilmresiste haben vorgefertigte 

Schichtdicken von 12 µm bis 75 µm - und Spezialresiste können auch noch dicker sein. 

Die flüssigen Resiste haften ausgezeichnet auf dem Trägermaterial und füllen zuverlässig 

Oberflächendefekte aus - sie haben gegen mechanische Beschädigungen bei der Weiterverarbeitung, 

anders als Trockenfilmresiste, keine Schutzschicht. 

Auflösungsvermögen und Wiedergabegenauigkeit übersteigen für die Vielzahl der Anwendungen 

heutige und zukünftige Anforderungen für Leiterplattenanwendungen ohne in prinzipiell 

neue Verarbeitungsanlagen investieren zu müssen (Bild 5.2). 

Die Empfindlichkeit der ungeschützten dünnen Fotoresistschichten erfordert Sorgfalt beim 

Transport / Handling, um zuverlässig mechanische Beschädigungen und damit Nacharbeit 

und/oder Ausschuß auszuschließen. 

Bei der Planung von Fertigungsabläufen, sowie bei der konstruktiven Ausführung von Verarbeitungs- 

und Handlingsmaschinen wird hier Detailverständnis erforderlich, häufig auch ein 

rigoroses Umdenken, um festzulegen an welcher Stelle welche qualitätssichernden Maßnahmen 

sinnvoll eingesetzt werden sollen. 

Die limitierte Dicke der erzielbaren Schichten schließt Anwendungen im "Pattern Plating"- 

Bereich wegen überwachsender Metallabscheidungen und den damit verbundenen unkontrollierten 

Ungenauigkeiten grundsätzlich aus.





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Seite 23 

Zuverlässiges Beschichten von Bohrungen / Sacklöcher wird nur bei elektrophoretisch abgeschiedenen 

Resisten gewährleistet - damit ist der Hauptanwendungsbereich für flüssige Fotoresiste 

auf Ätzanwendungen im Innenlagenbereich festgelegt und dort besonders für 

großvolumige und automatische Fertigungen attraktiv. 

Flüssigresiste für Ätzanwendungen 

Trockenfilm 

Nass-Lamination 

Spezial-Trockenfilme, sehr dünn + ohne Schutzhülle 

Direktbelichtung 

Elektrophoretisch abgeschiedene Flüssigresiste 

300 200 150 100 75 50 25 

Leiterbreiten in µm 

Bild 5.2: Praktische Anwendungsbereiche für verschiedene Fotoresiste 

Eine Ausnahme bilden elektrophoretisch abgeschiedene Fotoresiste mit besonders vorteilhaften 

Eigenschaften für die Feinleiterherstellung bei Außenlagen - hierauf wird speziell eingegangen. 

Flüssige Fotoresiste benötigen keine Haltezeiten zwischen Belichten und Entwickeln und 

kommen damit Forderungen nach kontinuierlichen Abläufen ohne Zwischenpufferung nach; 

Schutzfolien, wie bei Trockenfilmresisten, müssen nicht entfernt werden - dies erspart Platz 

und Investitionen und verkürzt den Fertigungsdurchlauf. 

Die dünnen Schichten flüssiger Fotoresiste reduzieren die Kosten für Entwickeln und Strippen 

und fördern durch leichteren Stoffaustausch der Entwicklungs- und Ätzlösungen die 

Gleichförmigkeit des Ergebnisses - insbesondere wichtig für große Produktionsformate mit 

Feinleiterstrukturen und/oder hohen Packungsdichten. 

Die Produktionsverkettung eines gesamten Fertigungsabschnittes erfordert zwingend, daß 

die einzelnen Verfahrensschritte aufeinander unter Gesichtspunkten wie Durchlaufkapazität, 

Robustheit des Gesamtverfahrens (Verarbeitungstoleranz) und Verträglichkeit sorgfältig abgestimmt 

sind. Prozeßverfügbarkeit, sowie die Ausbeute (First pass yield) sind entscheidende 

Kriterien zur Kontrolle von Kosten und Qualität. 

Planung und Vorversuche unter Einbeziehung aller Beteiligten, Lieferanten der Chemie, der 

Anlagentechnik, das spätere Bedienpersonal des Betreibers etc. sind Grundvoraussetzung





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für eine eindeutige Charakterisierung der Prozeßschritte und der Optimierung des Gesamtergebnisses. 

Diese Arbeiten sind zeit- und kostenaufwendig, zahlen sich aber längerfristig 

über niedrige Stückkosten aus. 

Ein solch komplexer Fertigungsablauf schließt kurzfristige Änderungen oder den Austausch 

der eingesetzten Chemie aus. 

5.3 Verarbeiten von Flüssigresisten 

Eine Vorreinigen ist erforderlich, um gleichförmige Ausgangsbedingungen für das Gesamtverfahren 

zu schaffen. Mit dem Trend zu dünnen Substraten und der Wichtigkeit den Vorreinigungsprozeß 

in engen Grenzen zu kontrollieren, bieten sich chemische Verfahren zunehmend 

an. Die zu beschichtenden Oberflächen müssen auch bei maximaler Liniengeschwindigkeit 

zuverlässig trocken und oxidfrei sein - ein Einschleppen fester Verunreinigungen muß 

ausgeschlossen bleiben. 

Kupferfolien mit speziellem Treatment können bei entsprechender Resistauswahl und Optimierung 

des Fertigungsprozesses auch "ungereinigt" verarbeitet werden. 

Bild 5.3: Gesamtansicht einer Roller - Coating - Anlage (Werksbild Ciba Geigy)





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Seite 25 

Das Beschichten und das Trocknen sollte als eine integrale Prozeßeinheit (Bild 5.3) und 

somit auch als eine integrale Anlage betrachtet werden. Eine allseitige Kapselung dieser 

Anlage schafft gleichzeitig die Voraussetzungen für eine klimatisierte und staubfreie Zone 

mit hohem Luftwechsel während der Beschichtung / Trocknung, ohne die viel größeren 

Luftmengen des gesamten Raumes filtern und klimatisieren zu müssen. Die Luftführung bei 

der Trocknung kann darüber hinaus gezielt reguliert werden. 

Als Ergebnis sollen gleichmäßige Resistschichtdicken, klebfrei und ohne Fremdkörpereinschlüsse 

zur Verfügung stehen. 

Kontinuierliches Filtrieren des Resists, automatisches Nachdosieren sowie eine Viskositätskontrolle 

sind Grundvoraussetzungen für eine kontinuierlich automatische Linienfertigung. 

"On Line" Dokumentation und Auswertung der Fertigungsparameter sind die Basis für weitere 

Prozeßoptimierungen und die Grundlage für systematisches Trouble Shooting. 

Für das Belichten gilt, daß die spektrale Empfindlichkeiten von flüssigen Fotoresisten denen 

von Trockenfilmresisten vergleichbar sind; die Empfindlichkeit ist für eine wirtschaftlich automatische 

Belichtung ausreichend. Wechselnde Losgrößen und damit verbundene Rüstzeiten 

können den Belichtungsschritt häufig zum Engpaß des gesamten Fertigungsablaufs 

werden lassen. 

Der Paralleleinsatz zweier Belichtungsautomaten ist zwar kapitalintensiv, aber häufig zwingend, 

um die geplanten Durchlaufkapazitäten auch unter widrigsten Umständen aufrecht zu 

erhalten. 

Bei der Auswahl der Automaten ist auf Zuverlässigkeit, Wiederholgenauigkeit der Registriermechanik, 

gleichmäßige Leuchtdichte über die gesamte Formatgröße, sowie auf kurzes, 

einfaches Umrüsten zu achten. Streulichtquellen sind für flüssige Resists vorteilhafter 

als hochkollimiertes Licht - da so der Einfluß von Staubpartikel bei hochauflösenden Resistschichten 

merklich reduziert werden kann (Bild 5.4). 

Streulicht Paralleles Licht 

Schmutzpartikel 

Film 

Resist 

Kupfer 

Basismaterial 

Bild 5.4: Belichten von flüssigen Ätzresisten 

Die Klebfreiheit der Resistschichten ist Voraussetzung, um große Serien ohne Verunreinigung 

der Fotovorlagen, d.h. ohne aufwendige Reinigungsschritte zu fertigen.





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Seite 26 

Kontinuierlich arbeitende Fertigungslinien benötigen Pufferstationen, um bei Störungen einzelne 

Fertigungsabschnitte auszugliedern und zwischenzulagern. Diese Ein- und Ausstapelvorrichtungen 

müssen so angeordnet werden, daß Stillstände in kritischen Fertigungsstufen 

(Entwickeln/Ätzen) ausgeschlossen werden und andererseits genügend Speicherplätze vorhanden 

sind, um bei Formatwechseln, Umrüsten der Fotowerkezeuge etc., Engpässe zu 

vermeiden und die Linie kontinuierlich weiterarbeiten zu lassen. 

Mechanische Beschädigungen der Resistschichten müssen zuverlässig ausgeschlossen 

werden - Transportvorrichtungen, Stapel- und Puffergeräte, sowie die Belichtungsautomaten 

sollen besonders hierauf kritisch überprüft werden. 

Flüssige Resiste sind bis pH 8 in Ätzmedien beständig - werden stärker alkalische Ätzmittel 

eingesetzt, sind Vorversuche zur Ermittlung der Verarbeitungstoleranzen unter geplanten 

Produktionsbedingungen erforderlich, einschließlich einer Zwischentrocknung, um ein 

"Nachätzen" zu simulieren. 

Während der Verarbeitung versprödende Resiste können beim Ätzen dickerer Kupferschichten 

vorzeitig partiell abbrechen und somit zu einer Teilunterätzung der Leiterzüge führen 

- um solche Einbrüche zu vermeiden sind als Grundlage jeglicher Planung praktische 

Versuche durchzuführen. 

5.4 Positiv / negativ arbeitende Fotoresiste 

Negativ arbeitende Fotoresiste werden heute in der Regel für die Leiterbild- und Lötstoppmaskenerstellung 

eingesetzt; die belichteten Resistflächen reagieren unter Lichteinfluß und 

werden gegen Entwicklerlösungen - häufig wäßrige Natriumkarbonatlösungen - unlöslich. 

Staub und Beschädigungen der Fotovorlagen (Negative) führen im Bereich des Leiterbildes 

zu Ausätzungen bis hin zu Unterbrechungen. 

Bei positiv arbeitenden Resisten werden die belichteten Resistflächen in wäßrigen, schwach 

alkalischen Lösungen löslich (0,8% - 1,2%-ige Natriumhydroxidlösungen). Belichtet wird mit 

"positiv" Fotovorlagen, die zu übertragenden Leiterzüge sind nicht transparent gegen UV- 

Licht. 

Größere Staubpartikel können zu Kurzschlüssen zwischen Leiterzügen führen - kleinere 

Partikel werden durch Unterätzung häufig eliminiert. 

Im Vergleich zu negativ arbeitenden Fotoresisten sind Positivresiste zuverlässig klebfrei an 

der Oberfläche, haben aber eine reduzierte Fotoempfindlichkeit. 

Eine Umstellung der Druckwerkzeugarchive spielt heute bei der Umstellung auf positiv arbeitende 

Fotoresiste kaum noch eine Rolle, da die Vorlagen digitalisiert zur Verfügung stehen 

und sich damit ohne Mehraufwand sowohl als Negative, als auch als Positive erstellen 

lassen.





5.5 Elektrophoretisch abgeschiedene Fotoresiste 

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Das elektrophoretische (ED = Electro Deposited) Abscheiden organischer Schichten ist nicht 

neu - photoreaktive ED-Schichten wurden aber erst in der letzten Dekade entwickelt und 

werden heute zunehmend für die Herstellung von Feinleiteraußenlagen eingesetzt. 

Die Fotoresistschichten, im Verarbeitungszustand 4 bis 8 µm dick, werden aus wäßrigen, 

leicht alkalischen Lösungen, unter Gleichstrom bei verhältnismäßig hohen Stromspannungen 

(150 V-250 V) und kurzen Expositionszeiten (1 min bis 3 min) abgeschieden (Bild 5.5). 

Je nach chemischer Zusammensetzung wird anodisch oder kathodisch gearbeitet - positiv 

und negativ arbeitende Resiste sind so abscheidbar, wobei sich die positiv arbeitenden Resistschichten 

eindeutig bei der Außenlagenherstellung heute durchgesetzt haben. 

Bild 5.5: Mechanismus der ED-Resistabscheidung 

Für die Serienfertigung stehen zur Beschichtung Vollautomaten, analog zu vertikal arbeitenden 

Galvanikanlagen zur Verfügung. Vorreinigung, Spülvorgänge, sowie ein abschließender 

Trocknungsprozeß sind in den Verfahrensablauf integriert; die Anzahl der ED Abscheidungszellen 

bestimmt die Kapazität einer solchen Anlage. 

Die Ergänzung verbrauchter Wirksubstanzen ist automatisiert - in Spülstufen verschleppte 

Wertstoffe werden über Diaphragmen zur Wiederverwendung zurückgewonnen. Der Leiter-





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Seite 28 

plattentransport erfolgt über Einzelwarenträger - hierdurch können nicht nur ultradünne Substrate 

ohne Beschädigungen beschichtet, sondern auch schnell wechselnde Formate ohne 

Wartezeiten bearbeitet werden. 

Nach dem Trocknen sind die abgeschiedenen positiv arbeitenden Resistschichten klebfrei 

und mechanisch belastbar - das Weiterverarbeiten erfolgt in etablierten konventionellen Prozessen. 

Bohrungen, auch kleinster Durchmesser, sowie Sacklöcher werden zuverlässig beschichtet. 

Zu beachten ist, daß sog. NDK-Bohrungen (Nichtdurchkontaktierte Bohrungen) belichtet 

werden müssen, da sie nicht aufgalvanisiert werden dürfen. Dies gelingt entweder durch das 

Belichten im Loch mit bestimmten Streulichtquellen oder die Bohrungen müssen nach dem 

Galvanisieren eingebracht werden (Registrierproblematik!). 

Mit positiv arbeitenden ED-Resisten sind auch lötaugenfreie (landless) Leiterbilder herzustellen 

(Bild 5.6). Hierdurch steht mehr Platz für Leiterzüge zur Verfügung, ohne das eine 

Miniaturisierung erfolgen muß, oder der gewonnene Platz kann zur Baugruppenminiaturisierung 

eingesetzt werden. 

Heute In Zukunft 

Packungsdichte 100 

% 

65 % 40 % 30 % 

Lagenzahl 4 4 6 6 

Bohrung in mm (Vias) 0,3 0,3 0,3 0,15 

Linienbreite in µm 120 100 100 80 

Linienabstand in µm 200 150 120 100 

Anzahl Leiterzüge zwischen 

Pads 

3 5 5 5 

Bild 5.6: Einfluß von lötaugenfreiem („landless“) Design auf Packungsdichte 

und Leiterbreite 

ED-Prozesse können in bestehende Produktionsverfahren integriert werden, so daß eine 

schrittweise Umstellung der Fertigung auf Anforderungen durch neue Technologien erfolgen 

kann.





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Seite 29 

Grundvoraussetzung bleibt jedoch, daß "Panel-Plating"-Verfahren genutzt werden, da im Direktverfahren 

"Nur-Kupfer"-Leiterplatten - analog der Tenting-Technik - im Ätzverfahren hergestellt 

werden können. 

5.6 Siebverdruckbare Fotoresiste 

Hochviskos eingestellte, negativ arbeitende Fotoresiste werden über ganzflächig offene Siebe 

ohne Schablone primär zur Innenlagenbeschichtung verdruckt. Je nach Einstellung können 

Schichtdicken von 8 µm -20 µm erzielt werden. Die Verarbeitung erfolgt in konventionellen 

Prozessen - Neuinvestitionen sind nicht erforderlich. 

Doppelseitig druckende Siebdruckmaschinen bieten hierbei besondere Vorteile. Die Beschichtung 

erfolgt beidseitig mit hoher Produktivität im staubarmen, kontrolliertem Druckraum. 

Gleiche Maschinen wie für den Lötstopplackdruck können benutzt werden und damit 

häufig optimal ausgelastet werden. Die Materialkosten sind im Vergleich zu Trockenfilmresisten 

attraktiv niedrig - das Auflösungsvermögen dieser Schichten, auch unter durchschnittlichen 

Verarbeitungsbedingungen, gut bis sehr gut. Das Verfahren ist besonders geeignet für 

kleinere und mittelgroße Unternehmen. 

5.7 Ökologie - Ökonomie 

Geringere Schichtdicken bei flüssigen Fotoresisten reduzieren den Materialeinsatz und somit 

direkt proportional den Verbrauch an Verarbeitungschemikalien beim Entwickeln und Strippen. 

Aufwendige Verpackungen wie bei Trockenfilmresisten, obwohl teilweise recyclebar, 

entfallen. 

Die Toxikologie der pro Mengeneinheit anfallenden Restwertstoffe ist bei allen Fotoresisten 

in etwa vergleichbar - nur über die geringeren Verbrauchsvolumina ergibt sich in der Summe 

für den Anwender von flüssigen Resisten ein Vorteil. 

Beide Resisttypen - Trockenfilm- und flüssige Fotoresiste - werden in der Ausgangsformulierung 

mittels Lösungsmitteln verarbeitet; Trockenfilmresiste werden zentral vorgefertigt, die 

anfallenden Lösungsmittelemissionen werden kontrolliert rückgewonnen, wiederverwendet 

und entsorgt. 

Bei Verarbeitung flüssiger Fotoresiste fallen diese Emissionen bei allen nicht "waterborne" 

Formulierungen bei dem Betreiber der individuellen Beschichtungsanlagen an. Typisch werden 

hierbei Resistformulierungen mit Lösungsmittelanteilen von 55 - 75 % verarbeitet (Festkörpergehalte 

25 - 45 %), die recycled und entsorgt werden müssen. 

Die anfallenden maximalen Gesamtemissionen erfordern auch bei strengsten Auflagen bei 

großvolumigen Verbräuchen keine besonderen Entsorgungsvorrichtungen, da die Resistdikken 

in der Anwendung relativ gering sind. 

Grundsätzlich können diese Lösungsmittelemissionen durch thermische Nachverbrennung 

und/oder absorptive Rückgewinnung deutlich reduziert werden - längerfristig bieten Resistformulierungen 

auf der Basis wäßriger Lösemittel (waterborne) jedoch die besten Chancen, 

die Gesamtökobilanz weiter zu verbessern.





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Seite 30 

Unter arbeitsplatzhygienischen Gesichtspunkten ist zu beachten, daß sowohl bei der Verarbeitung 

von Trockenfilm-, als auch bei flüssigen Fotoresisten kleine Mengen an Kondensaten 

beim Laminieren bzw. Trocknen anfallen, die regelmäßig entsorgt werden müssen. Direkter 

Hautkontakt kann zu Hautreizungen/Allergien führen. 

Eine Sonderstellung bei dieser Betrachtung nehmen flüssige Resiste mit 100 %-igen Festkörperanteil 

ein. 

Hierbei werden UV-reaktive Formulierungen ohne Lösemittelanteile flüssig beschichtet und 

wäßrig-alkalisch beim Entwickeln und Strippen weiterverarbeitet. 

Ohne Vortrocknung wird die noch feuchte Beschichtung im "Off Contact" Verfahren belichtet 

und die unbelichteten Anteile danach ausgewaschen, entwickelt. Beschichtet und verarbeitet 

wird einseitig; nach dem ersten Entwicklungsschritt wird die zweite Seite beschichtet, belichtet 

und entwickelt. 

Diese Resistformulierungen sind negativ arbeitend, die Anlagen werden vollautomatisch betrieben 

und haben sich in Fertigungen bis zu Leiterbreiten / Abständen von minimal 150 µm 

bewährt. Für Leitergeometrien darunter sind solche Technologien nicht geeignet, da das 

„Off-Contact"-Belichten die großflächige Reproduktion nicht präzise zuläßt. Der Investitionsbedarf, 

namentlich für den Belichtungsteil, ist kapitalintensiv, ökologisch betrachtet ist dieses 

Verfahren jedoch sehr attraktiv, die beste Lösung. 

Ökonomisch kann eine Bewertung der Systeme nur unter Berücksichtigung der Gesamtkosten 

eines Prozesses, einschließlich benötigter Investitionen, variablen Kosten und den erzielten 

Ausbeuten erfolgen. Eine isolierte Materialkostenbetrachtung ist definitiv die falsche 

Basis für eine Entscheidung Trockenfilm- / Flüssigresist.





Bild 5.7: Schematische Darstellung einer Beschichtungsanlage für Flüssigresist 

mit Roller Coater (Werksbild Bürkle) 

6 Belichten 

VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 31 

Nachdem der Produktionszuschnitt mit einer lichtempfindlichen Schicht (flüssiger oder fester 

Fotoresist) beschichtet worden ist, wird das Bild der zukünftigen Leiterplatte durch einen Belichtungsprozeß 

von einem „Negativ" auf den Produktionszuschnitt zur Weiterverarbeitung 

übertragen (bei positiv arbeitenden Resisten werden „Positive“ verwendet. 

Das "Negativ" besteht aus einem Silberhalogenid- oder einem Diazofilm. Ursprünglich wurde 

es dem Leiterplattenhersteller direkt zur Verfügung gestellt, heute werden dagegen fast ausschließlich 

digitale Daten übermittelt mit denen der Leiterplattenhersteller die Filme selbst 

plottet. 

6.1 Ablauf des Belichtungsvorgangs 

Die zur Bildübertragung verwendeten negativ arbeitenden Fotoresiste haben sogenannte 

Fotoinitiatoren, die bei Bestrahlung mit UV-Licht aktiviert werden und an der belichteten 

Stelle einen Polymerisationsvorgang initiieren. Beim anschließenden Entwicklungsvorgang 

werden die an den nicht belichteten Stellen verbleibenden Monomere in der Entwicklerlösung 

entfernt und die durch den Belichtungsvorgang polymerisierten Stellen verbleiben. 

Um eine optimale Polymerisation zu erzielen, muß darauf geachtet werden, daß der Wellenlängenbereich 

des verwendeten Lichts den Empfindlichkeitsbereich des Resists überdeckt 

(Charakteristik der Lampe, Alterung). 

Belichtung und Entwicklung sollte man nicht als getrennte, sondern als zwei sich gegenseitig 

beeinflussende Prozesse sehen, die zur Erzielung optimaler Eigenschaften aufeinander ab-





VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 32 

gestimmt werden müssen. Grundsätzlich kann man zwar sagen, daß kurze Belichtungszeiten 

auch kurze Entwicklungszeiten benötigen, es bedarf aber immer auf die praktische Anwendung 

abgestimmter Versuche, um die gewünschten Ergebnisse in optimaler Weise zu 

erzielen. 

Man sollte sich nicht einzig auf die in der Industrie gängige Methode der Graukeilauswertung 

verlassen, sondern auch Schliffbilder, Testvorlagen, Aufnahmen von Rasterelektronenmikroskopen 

etc. mit in die Bewertung einbeziehen. 

Temperaturschwankungen im Entwickler können z.B. große Unterschiede im Ergebnis hervorrufen. 

Um besonders feine Auflösungen zu erzielen, sollte man auf jeden Fall mit sehr 

kurzen Belichtungs- und Entwicklungszeiten experimentieren und die Temperatur der Entwicklungslösung 

eventuell auch unter die empfohlene Mindesttemperatur des Resistherstellers 

bringen. Man wird auch beachten müssen, daß die Resiste unterschiedlicher Hersteller 

sehr verschiedene Ergebnisse bezüglich Feinstrukturauflösung zeigen können. 

Generell gilt für höchstmögliche Auflösung: Kurze Belichtungszeiten, mit Hochleistungsbelichtern 

ohne Haltezeit belichten. 

6.2 Optik 

6.2.1 Deklination 

Zur Klärung des Begriffs Deklination, stellen wir uns zunächst eine streng punktförmige 

Lichtquelle vor (z.B. ein Fixstern), die radial in alle Richtungen strahlt. In den uns interessierenden 

Teil des Lichtwegs schieben wir eine Blende mit streng punktförmiger Öffnung und 

betrachten auf einer parallel darunterliegenden Bildebene das Auftreffen der Lichtstrahlen. In 

Bild 6.1a sind Lochblende und Lichtquelle derart angeordnet, daß der "einzige" Strahl durch 

die Lochblende genau senkrecht auf die Belichtungsebene auftrifft. In Bild 6.1b sind Lochblende 

und Lichtquelle gegeneinander verschoben; der Lichtstrahl durch die Lochblende trifft 

nicht mehr senkrecht auf die Bildebene. Der Winkel, dessen einer Schenkel das Lot von der 

Lichtquelle auf die Belichtungsebene und dessen anderer Schenkel der Lichtstrahl bildet, 

wird als Deklination definiert (Winkel in Bild 6.1b). Die Deklination läßt sich somit als Abweichung 

des Lichtstrahls vom senkrechten Einfall auf die Belichtungsebene verstehen. Im Gegensatz 

zu Bild 6.1b ist in Bild 6.1a diese Abweichung null und somit ist auch der Deklinationswinkel 

null.





Belichtungsebene 

Bild 6.1a: Deklination Bild 6.1b: Deklination 

6.2.2 Kollimation 

a 

VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 33 

Lot auf die 

Belichtungsebene 

Zum Verständnis der Kollimation betrachten wir zunächst zwei punktförmige Lichtquellen L1 

und L2, in deren Lichtwege wir analog zu Bild 6.1 wieder eine Lochblende mit punktförmiger 

Öffnung schieben und auf einer parallel darunterliegenden Bild-ebene das Auftreffen der 

Lichtstrahlen betrachten. 

Bild 6.2: Kollimation 

L1 L3 L2 

a1 a2 

b2 b1 

B C A 

L1 erzeugt einen Lichtpunkt in A und L2 einen Lichtpunkt in B. Beide Lichtstrahlen haben einen 

starken Deklinationswinkel a1 und a2 und kreuzen sich notwendigerweise in der punktförmigen 

Öffnung der Blende. Eine mögliche Lichtquelle L3, deren Lot auf die Bildebene genau 

durch die Lochblende verliefe, hätte nach unserer Definition im vorhergehenden Teil den 

Deklinationswinkel Null und würde bei C einen Lichtpunkt erzeugen. 

Stellen wir uns jetzt vor, daß zwischen L1 und L2 beliebig viele punktförmige Lichtquellen angeordnet 

wären, z.B. ein glühender Draht, den wir als lineare Lichtquelle L1 / L2 bezeichnen 

wollen, so würden diese zwischen A und B beliebig viele Lichtpunkte und somit eine Lichtstrecke 

erzeugen. Die Lichtstrecke AB ist also ein Maß für die Ausdehnung der Lichtquelle. 

Zur Bestimmung des Kollimationshalbwinkels einer nichtpunktförmigen, d.h. flächenförmigen 

Lichtquelle sucht man zunächst jenen Punkt der Lichtquelle, dessen Lot auf die Bildebene 

durch die punktförmige Öffnung der Blende geht; in Bild 6.3 ist es L3. Das Lot ist der eine 

Schenkel des Halbwinkels; der andere Schenkel wird durch die Strecke bestimmt, die durch





VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 34 

eben diesen Punkt L3 und einen der beiden äußersten Bildpunkte A oder B geht. Die "Halb"- 

Winkel sind in Bild 6.2 mit ß1 und ß2 bezeichnet. 

Der Kollimationswinkel ist also ein Maß für die Ausdehnung der Lichtquelle. Zur besseren 

Verdeutlichung kann man sich die Kollimation auch folgendermaßen erklären: Die lineare 

Lichtquelle L1 / L2 erzeugt in der Bildebene die Lichtstrecke AB. Ausgehend von der beobachteten 

Lichtstrecke AB fragen wir uns nun, welche Streuung müßte eine punktförmige 

Lichtquelle (in unserem Fall L3 ) aufweisen, um diese Strecke zu produzieren. Die Antwort 

hierzu ist einfach und wird durch den Winkel gegeben, der durch die Verbindung L3 / A und 

L3 / B gebildet wird. 

In Bild 6.2 ist die Öffnung der Lochblende nicht mittig zu L1 und L2 gezeichnet, um zu zeigen, 

daß die beiden "Halb"-Winkel nur bei symmetrischer Zuordnung der Lochblende zur flächigen 

Lichtquelle gleich groß sind. Die Lochblende ist in der praktischen Anwendung eines 

Belichtungsgeräts mit kollimierten Licht im allgemeinen der Querschnitt des Linsensystems 

senkrecht zum Zentralstrahl. Es kann also auch in der Praxis gut möglich sein, daß beide 

Winkel nicht gleich groß sind. Bei flächiger Lichtquelle würde sich ein unsymmetrisches 

Winkelfeld ergeben. 

6.2.3 Paralleles Licht 

Nach den Ausführungen in Punkt 6.2.1 und 6.2.2 wird deutlich, daß es kaum paralleles Licht 

im mathematischen Sinn geben kann. Eine punktförmige Lichtquelle strahlt radial in alle 

Richtungen, die Lichtstrahlen kreuzen sich dabei nicht. Von einer leuchtenden Fläche breitet 

sich Licht in alle Richtungen des Halbraums aus; allerdings kreuzen sich die Lichtstrahlen 

(Bild 6.3). 

Bild 6.3: Punktförmige Lichtquelle und leuchtende Fläche 

Zur Erzielung von quasi parallelem Licht, das bedeutet ein sehr kleiner Kollimationswinkel, 

bedarf es enormer Anstrengungen in der Optik. In der Technik werden meistens Kombinationen 

aus Linsensystemen und Hohlspiegeln benutzt, um annähernd paralleles Licht herzustellen. 

Bild 6.4 zeigt z.B. ein Linsensystem (Integrator) aus 3 x 3 Stäben, wie es von der Firma 

ORC, USA, verwendet wird. Interessant ist auch der eingezeichnete Beamsplitter, ein halbdurchlässiger 

Spiegel, der im Idealfall den Lichtstrom zu 50 % durchläßt und zu 50 % reflektiert, 

um hierdurch mit nur einer Lichtquelle und einem Linsensystem eine gleichzeitige beidseitige 

Belichtung des Zuschnitts zu ermöglichen.





Bild 6.4: Linsensystem (Werksbild ORC (USA)) 

6.2.4 Ausleuchtung 

VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 35 

Neben der Parallelität spielt der Begriff der Ausleuchtung eine entscheidende Rolle. Um 

möglichst große Zuschnitte belichten zu können, liegen die Belichtungsflächen der Belichtungsgeräte 

meistens in der Größenordnung 700 x 700 mm². Hierbei ist es eigentlich selbstverständlich, 

daß an den 4 Eckpunkten dieser Fläche genausoviel Licht pro Zeiteinheit auftrifft 

wie in der Mitte. Die Begründung ist sehr einfach: Unterscheiden sich die Lichtwerte 

sehr stark von einander, so kommt es gebietsweise zu Über- oder Unterbelichtung, je nach 

Einstellung der Belichtungszeit. Die Lichtverteilung kann mit handelsüblichen Meßgeräten 

bestimmt werden. Die Schwankungsbreite innerhalb der Belichtungsfläche sollte bei guten 

Geräten um weniger als ± 10 % variieren. 

6.3 Abbildungsfehler 

Schlechte Deklination oder schlechte Kollimation ergeben beim Fotoprozeß identische Fehlerbilder. 

In beiden Fällen wird die Flanke des Fotoresists am Übergang zwischen belichteter 

und unbelichteter Fläche mit einem sogenannten "Undercut" belegt. Bild 6.5 zeigt zunächst 

in idealisierter Weise den Belichtungsvorgang und das Ergebnis nach dem Entwickeln: 

Die Flanken des Resists stehen senkrecht zur Oberfläche des Basismaterials und die geschwärzte 

Stelle des Films wird exakt auf den Fotoresist übertragen.


Beim Belichten 

Nach dem Entwickeln 




Paralleles Licht 

Filmvorlage 

Fotoresist 

Basismaterial 

Entwickelter Fotoresist 

Basismaterial 

Bild 6.5: Ergebnisse beim Belichtungsvorgang mit parallelem Licht 

VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 36 

Bei schrägem Lichteinfall, bedingt durch schlechte Deklination oder Kollimation ergeben sich 

schräge Flanken und Abbildungsfehler, wie es die Bild 6.6 und Bild 6.7 verdeutlichen. 

Die Flanken des Resists stehen nicht mehr senkrecht zur Oberfläche, auf der linken Seite 

zeigt der Fotoresist nach dem Entwickeln einen deutlichen Undercut, rechts dagegen einen 

Fuß. Weiterhin sieht man, daß die Position der freien Stelle im Basismaterial bezogen auf 

die Schwärzung im Film deutlich nach links verschoben ist. Die Deklination bewirkt also eine 

Verbreiterung und eine Verschiebung des Abbilds. Die hier schematisch dargestellte Problematik 

trifft man in dieser Kraßheit zwar i.a. in der Produktion nicht an, verdeutlicht aber 

sehr stark, welche Probleme ein großer Deklinationswinkel mit sich bringt. 

Dünne Resiste ohne Schutzfolie bilden die Fotovorlage präziser ab als dicke Resiste mit 

Schutzfolie, gleichzeitig sind dünne Resiste jedoch anfälliger gegen Staub, Beschädigungen 

und qualitativ nicht optimalen Fotovorlagen. Matte Metalloberflächen sind besser geeignet 

als glänzende Oberflächen.







Lichtquelle 

Filmvorlage 

Fotoresist 

Basismaterial 


Basismaterial 

Bild 6.6: Ergebnisse beim Belichtungsvorgang mit schlecht dekliniertem Licht 



Lichtquelle mit Hohlspiegel 

Filmvorlage 

Fotoresist 

Basismaterial 


Basismaterial 

Bild 6.7: Ergebnisse beim Belichtungsvorgang mit schlecht kollimiertem Licht 

VDE/VDI 

3711, 

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Seite 37





Ein großer Kollimationswinkel bringt ähnliche Ergebnisse: 

VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 38 

Hierbei kann sich eine Unterstrahlung auf beiden Seiten der geschwärzten Fläche des Films 

zeigen, so daß nach dem Entwickeln auch auf beiden Seiten ein deutlicher Undercut auftritt. 

In der Praxis kann der Undercut durchaus 5 bis 10 µm betragen und dadurch die Geometrie 

schmaler Leiter wesentlich beeinflussen. Aus den Bildern wird auch ersichtlich, daß die Dikke 

des Fotoresists den Undercut entscheidend beeinflußt. Je feiner die aufzulösenden 

Strukturen sein sollen, um so notwendiger ist es, die Parallelität des Lichts zu verbessern 

oder aber die Schichtstärke des Resists zu reduzieren. Hierbei sind Flüssigresiste den 

Festresisten überlegen (Bild 6.8) 

UV-Licht 

Leiterbreite/-abstand 

100µm 100µm 

100µm 


A B 

Film 

Kupfer 


�� 

�� 

�� 

Flüssigresist 

Bild 6.8: Einfluß der Resistdicke und Lichtqualität auf die Auflösung (Werksbild 

Multiline) 

Deutlicher werden die Fehler von schlecht dekliniertem und kollimiertem Licht ausgeprägt, 

wenn anstelle des hier dargestellten „harten Kontakts", d.h. zwischen Film und Fotoresist ist 

der Abstand null, im sogenannten „Off-Contact“-Verfahren gearbeitet wird. Hierbei ist der 

Abstand zwischen Film und Fotoresist in der Größenordnung von 0,1 mm. 

6.4 Belichtungsgeräte 

Bei den Belichtungsgeräten gibt es grundsätzliche Unterschiede zu beachten: 

1) Stehende Lichtquelle / bewegte Lichtquelle 

2) Streulicht / kollimiertes Licht 

3) Manuelle Beladung / automatische Beladung 

4) Registrierung von Film zu Produktionszuschnitt über Stifte / Registrierung von 

Film zum Produktionszuschnitt über automatisch optische Kamerasysteme. 

zu 1) Das System der bewegten Lichtquelle, bei der ein sehr stark rechteckiges, verspiegeltes 

Lampengehäuse mit den eingebauten Lampen über den Produktionszuschnitt fährt, 

ist heute kaum noch in der Anwendung, allenfalls zur Belichtung übergroßer Zuschnitte.





VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 39 

Feststehende Lichtquellen mit einfachen oder optisch anspruchsvollen Reflektoren sind der 

Standard. 

zu 2) Die Belichtung mit Streulicht ist am weitesten verbreitet, doch gewinnt kollimiertes 

Licht, trotz der aufwendigeren optischen Vorrichtungen zunehmend an Bedeutung, um 

Strukturen unter 100 µm sauber aufzulösen. Bild 6.9 zeigt ein doppelseitiges manuelles Belichtungsgerät 

mit wenig kollimiertem Licht, Bild 6.10 ein Gerät mit hoch kollimiertem Licht. 

Bild 6.9: Belichtungsgerät mit wenig kollimiertem Licht (Werksbild DuPont) 

Bild 6.10: Belichtungsgerät mit hochkollimiertem Licht (Werksbild ORC (USA))





VDE/VDI 

3711, 

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Seite 40 

zu 3) Obwohl im Zuge der Automatisierung die Zahl der Geräte mit automatischer Beladung 

sehr stark zunimmt, dürften Geräte mit manueller Beladung sowohl von der Anzahl als auch 

in Bezug zum produzierten Durchsatz weit in der Überzahl liegen. Dies liegt einerseits an 

den sehr unterschiedlichen Anschaffungskosten und andererseits an der Tatsache, daß der 

Durchsatz eines automatischen Belichtungsgeräts schwerlich mehr als den doppelten Wert 

der manuellen Belichtung erreicht. Bei etwas aufwendigeren und dadurch auch teureren Belichtungsrahmen/Systemen 

ist es durchaus möglich, daß die manuelle Beladung bei mindestens 

vergleichbarer optischer Genauigkeit genauso schnell oder sogar schneller ist als die 

automatische Beladung. Weiterhin sind im allgemeinen die Rüstzeiten bei Automaten sehr 

viel aufwendiger als bei Belichtungsrahmen; hierdurch ergibt sich auch das Problem der 

Losgrößenoptimierung. 

zu 4) Die Registrierung von Film zum Produktionszuschnitt über Stifte ist der übliche und 

schnellere Weg, höhere Genauigkeit allerdings zu Lasten der Produktionsgeschwindigkeit 

bringt dagegen die Registrierung mit Hilfe von automatischen Kamerasystemen. Weiterhin 

sind Belichtungsgeräte mit automatischer Registrierung wesentlich teuerer als jene mit Pinregistrierung. 

Beim Vergleich von Belichtungsgeräten untereinander sind für den Praktiker die geschwindigkeitsbestimmenden 

Schritte von großer Bedeutung, um die effektiven Durchsatzzahlen 

überschlagen zu können. Während oftmals nur von z.B. 8 Sekunden Belichtungszeit gesprochen 

wird, kann der gesamte Belichtungsvorgang durchaus 30 oder 45 Sekunden betragen. 

Folgende Schritte sind bei Berechnung der theoretischen Durchsatzkapazität zu beachten: 

a) Einrichten des Belichtungsgeräts 

Je nach Belichtungsgerät kann man Zeiten zwischen ca. 3 Minuten und ca. 15 

Minuten, bei älteren Automaten eventuell auch noch längere Zeiten erwarten. 

b) Transport des Zuschnitts in das Belichtungsgerät 

Bei manuell zu bedienenden Geräten gibt es kaum große Unterschiede, 

Automaten können sich dagegen stark unterscheiden; Zeiten zwischen 10 und 20 

Sekunden sind aber Standard. 

c) Registrierung des Zuschnitts zum Film 

Bei einer Registrierung über Aufnahmestifte erfolgt der Vorgang so gut wie 

zeitlos; er ist vom Vorgang des Transports in das Belichtungsgerät nicht zu 

trennen. Bei optischer Registrierung über Kameras werden oftmals Zeiten von 10 

Sekunden benötigt, bei einem Abglich über 4 anstatt der meistens benutzten 2 

Punkte entstehen wesentlich höhere Zeiten. 

d) Vakuum ziehen 

Zur genauen Bildübertragung wird standardmäßig Vakuum zwischen dem


e) Belichtung 




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3711, 

Blatt 5.4 

Seite 41 

Zuschnitt und der Fotovorlage gezogen. Je nach Güte der Vakuumpumpen und des 

zu erstellenden Vakuums werden i.a. Zeiten zwischen 5 und 10 

Sekunden benötigt. 

Die Länge der Belichtung hängt von vielen Faktoren ab, von der Stärke, aber auch 

vom Alter des Brenners, von der Empfindlichkeit des Fotoresists, sowie von der 

Temperatur und der chemischen Einstellung des Entwicklers. Norma- lerweise liegen 

die Belichtungszeiten zwischen 6 bis 12 Sekunden. 

f) Transport des Zuschnitts aus dem Belichtungsgerät. 

Hierbei betragen die Zeiten i.a. zwischen 3 und 5 Sekunden. 

Insgesamt haben Automaten Zykluszeiten von ca. 25 bis 50 Sekunden, so daß mit Durchsätzen 

von ca. 70 bis 150 Zuschnitten pro Stunde gerechnet werden kann. Bei manuellen 

Geräten erzielt man, abhängig vom Registriersystem, ähnliche Werte. 

6.5 Brenner 

Der Brenner im Belichtungsgerät ist von entscheidender Bedeutung für den Belichtungsvorgang. 

Er muß in genügend großer Menge Licht in dem Frequenzbereich zur Verfügung stellen, 

in dem der Fotoresist seine höchste Empfindlichkeit hat. 

Die eingesetzten Brenner sind Gasentladungslampen, die meistens Xenon unter hohem 

Gasdruck enthalten. Der Glaskörper besteht aus reinem Quarzglas, um gegen die hohen 

Temperaturen und die thermischen Schwankungen beständig zu sein. Die Elektroden sind 

aus Wolfram, sie dienen nicht nur zur Stromzuführung des Gleichstromes, sondern auch zur 

Wärmeableitung. Der Abstand der Elektroden, also der von Kathode und Anode, ist relativ 

klein, er liegt je nach Lampenleistung zwischen 30 µm und 10 mm. Aus thermischen Gründen 

wird die Kathode klein und die Anode groß gewählt (Bild 6.11). 

Typische Leistungswerte: 

Leistung: 5000 W 

Gleichspannung: 50 V 

Mittlere Stromstärke: 100 A 

Zündspannung: 30 000 V 

Lichtstrom (Lichtleistung): 

265 000 lm 

Durchschnittliche 

Betriebsdauer: 750 h 

Brennposition:Vertikal





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Bild 6.11: Brenner: Quecksilber-Xenon-Lampe (Werksbild ORC (USA)) 

Nach der Zündung brennt die Lampe durch die Bogenentladung. Während der Anlaufphase 

wärmt sich das Gas auf und der Druck erhöht sich. Die Spannung steigt an und der Strom 

nimmt ab, bis er den Brenner-typischen Strom im heißen Zustand erreicht. Typische Aufwärmzeiten 

liegen zwischen 5 und 15 Minuten. 

Bild 6.12: Typisches Brennerspektrum eines reinen Xenon - Brenners mit UV - 

Spektrum eines Photoresists (Werksbild ORC, USA) 

Bild 6.13: Typisches Brennerspektrum eines Quecksilber - Xenon - Brenners 

mit UV - Spektrum eines Photoresists (Werksbild ORC, USA)





VDE/VDI 

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Seite 43 

Die Fotoresiste haben i.a. ihren größten Empfindlichkeitsbereich zwischen etwa 340 bis 410 

nm. Dieser Bereich muß vom Brenner intensiv ausgeleuchtet werden. Bild 6.12 zeigt ein typisches 

Emmissionsspektrum einer reinen Xenon-Lampe und ein Absorptionsspektrum eines 

Resists. Deutlich sichtbar ist, daß die Emmissionmaxima im IR-Bereich und Absorptionsmaxima 

im UV-Berich liegen. Weil sie nicht übereinstimmen, wären extrem lange Belichtungszeiten 

erforderlich. 

Wird jedoch Quecksilber zu dem Xenon gegeben, so verändert sich das Emmissionsspektrum 

sehr markant (Bild 6.13), die Maxima werden vom IR-Bereich in den UV- 

Bereich verschoben. Darüber hinaus kann das Quecksilber noch mit z.B. Eisen dotiert werden. 

Die daraus resultierenden Hauptlinien im UV-Bereich von 365 nm, 405 nm und 430 nm 

liegen dann genau in dem Bereich, in dem der Fotoresist besonders empfindlich ist. 

Außer undotierten und Fe-dotierten Brennern kann man z.B. auch Ga-dotierte Brenner beziehen, 

deren Maximum ist leicht nach höheren Wellenlängen verschoben. Es liegt etwa bei 

410 nm. 

Bei unzufriedenen Belichtungsergebnissen sollte man den Resisthersteller nach dem optimalen 

Brennertyp für seinen speziellen Resist fragen. 

Die Lebensdauer der Brenner kann oft einige tausend Stunden betragen. Das An- und Abschalten 

der Lampe wirkt sich jedoch auf die Lebensdauer aus. So verkürzen hohe An- und 

Abschaltraten die Lebensdauer drastisch. Nach längerer Brenndauer scheidet sich Wolfram, 

das von den Elektroden verdunstet, am Glaskörper ab. Hierdurch wird die Lichtdurchlässigkeit 

des Glaskörpers negativ beeinflußt und die Lampentemperatur steigt an. Es ist deshalb 

nicht ratsam zu warten, bis der Brenner nicht mehr zündet, sondern ihn bereits frühzeitig zu 

tauschen, da mit zunehmendem Alter, für das menschliche Auge unbemerkt, die Leistung 

des Brenners nachläßt und dadurch zwingend die Belichtungszeiten länger werden. Ein 

Brenner sollte deshalb spätestens dann ausgewechselt werden, wenn die vom Hersteller 

vorgegebene mittlere Lebensdauer um etwa 25 % überschritten wurde. Der Lichtfluß wird bis 

dahin um etwa 30 - 35 % abgenommen haben, was sich direkt auf die Verlängerung der Belichtungszeit 

auswirkt. Die Leistung eines Brenners kann leicht mit einem Lichtmengenmeßgerät 

überprüft oder aber über Graukeilmessungen ermittelt werden. Die Resisthersteller 

empfehlen mit Lichtintensitäten von mindestens 10 Milliwatt/cm² zu arbeiten. Die Lichtmengenzähler 

zeigen die Lichtmenge in mJ/cm² (Millijoule pro Quadratzentimeter) an. Um auf 

die Leistung zu kommen, muß die angezeigte Lichtmenge durch die Belichtungszeit dividiert 

werden, also: 

gemessene Lichtmenge (mJ/cm²) 

Belichtungszeit (s) 

= Lichtintensität (mW/cm 2 ) 

Vor dem Einsatz neuer Brenner, sowie jeweils nach dem Einschalten, sollen die Brenner einige 

Zeit (ca. 15-30 Minuten) brennen, um die optimale Temperatur zu erhalten. Wichtig ist 

diese Aufwärmphase, damit sicher gestellt ist, daß alles Quecksilber verdampft ist. Beim 

Betrieb werden die Brenner gekühlt. Es ist darauf zu achten, daß die Kühlung ständig ar-





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Blatt 5.4 

Seite 44 

beitet, da sonst der Brenner überhitzt und explodieren kann. Quecksilberdampf-Lampen 

können nur in senkrechter Stellung arbeiten. 

Beim Brennerwechsel muß Schutzkleidung getragen werden: Brille, Handschuhe, Plastikschürze. 

Die Brenner sind grundsätzlich nur mit Handschuhe anzufassen. Auch ist auf die 

Polarität zu achten, da sonst die Lampe schnell zerstört wird. Beim Brennerwechsel muß der 

Brenner zum Hohlspiegel häufig neu justiert werden. Optimierte Belichtungszeiten müssen 

regelmäßig überprüft werden. Belichtungsgeräte müssen regelmäßig gereinigt, gewartet und 

kalibriert werden. 

6.6 Registrieren beim Belichten 

Unter Registrieren beim Belichten versteht man die optimale Zuordnung der erzeugten Bilder 

zueinander. Beim Registrieren der Außenlagen bedeutet dies, die Fotovorlage soweit wie 

möglich mit dem Bohrbild des gerade zu belichtenden Nutzens zur Deckung zu bringen. 

Beim Registrieren der Innenlagen ist die Aufgabe, Oberseite und Unterseite zur Deckung zu 

bringen. 

Zur Registrierung stehen mechanische und optische Registriersysteme zur Verfügung. 

Idealerweise sollten sie zum Belichten sowohl von Innenlagen als auch von Außenlagen geeignet 

sein. Da jeder Leiterplattenhersteller „sein“ Registriersystem bevorzugt, haben sich 

einheitliche Systeme nicht durchgesetzt. 

6.6.1 Mechanische Registriersysteme 

Bei der mechanischen Registrierung liegt in dem Belichtungsgerät ein spezielles System 

von Stiften (Pins) vor. So wird entweder ein 2-Stift-System oft mit Varianten, das 4-Langloch- 

System oder das L-Verstiftungssystem eingesetzt. 

Beim Belichten von Innenlagen ist die Registrierung vom Herstellprozeß der mehrlagigen 

Schaltung abhängig. So ist die am besten geeignete Art der Registrierung die sogenannte 

„Post-etch-punch-Technik“ (Stanzen-nach-dem-Ätzen). Um das unterschiedliche Schrumpfbzw. 

Dehnverhalten der Innenlage zu kompensieren, werden die Registrierlöcher für das 

Verpressen der Innenlagen nicht vor dem Belichten gestanzt, sondern erst nach dem Ätzen 

bzw. Schwarzfärben. Bei der Stanze wird ein CCD-Videosystem eingesetzt, um die geätzte 

Innenlage nach ebenfalls zwei oder vier geätzten Zielpunkten mittig für das Registrierlochsystem 

auszurichten. Da die wichtigste Forderung an die Belichtung der Innenlage darin besteht, 

die Ober- und die Unterseite ohne Versatz zu belichten, kann die Belichtung in einer 

Filmtasche (Versatz zwischen 50 µm und 120 µm) oder in einem Glasrahmen (Versatz zwischen 

20 µm und 40 µm) erfolgen. Diese Glasrahmen mit integriertem Vakuum beinhalten 

das Aufnahmesystem für die Filmvorlagen und Aufnahmestifte für die zu belichtenden Nutzen. 

Das Vakuum wird durch das geringe Luftvolumen sehr schnell aufgebaut, das Anpressen 

und das „Reiben“ entfällt, wodurch Unterstrahlung und Verschieben der oberen Filmvorlage 

vermieden werden. Darüber hinaus kann der Durchsatz erheblich gesteigert werden. 

Werden die Innenlagen nach diesem Post-etch-punch-Verfahren hergestellt, müssen sie vor 

dem Belichten weder gestanzt noch gebohrt werden, sie werden einfach, wenn vorhanden, 

an die Stifte angelegt.





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Blatt 5.4 

Seite 45 

In den meisten Fällen werden zwei, leicht konische Rundstifte benutzt zur Aufnahme der zu 

belichtenden Nutzen und vier Langlochpaßstifte zur Aufnahme der Fotovorlage (Bild 6.14). 

Bild 6.14: Pin-Registrierung mit zentrischer Aufnahme des Films über 4 

Langlochpaßstifte und zentrische Aufnahme der Platte über 2 

Rundstifte 

Film 

Rundstifte 

Zuschnitt 

Langloch- 

-paßstifte 

Die Filmregistrierung wird mit einer Filmstanze erreicht. Diese arbeitet mit CCD- 

Videokameras, die die im Film eingebrachten Zielpunkte aufnimmt, den Film zentrisch positioniert 

und die Lochkonfiguration einstanzt. 

Voraussetzung für dieses gesamte Verfahren ist, daß das System des Belichtungsgerätes, 

bestehend aus Zuschnitt-Aufnahme-Stiften und Film-Aufnahme-Stiften, und das System der 

Filmstanze, bestehend aus Zuschnittsaufnahme und Stanzpositionen, identisch sind. 

Bei dem in Bild 6.14 dargestellten System für die Pin-Registrierung (H. Rutenberg, Galvanotechnik, 

87 (1996) 3452) sind die Verhältnisse nahezu ideal: 

Durch die kreuzförmige Aufnahme der Fotovorlage in 4 Langlöchern über 4 Langlochpaßstifte, 

die kürzer als diese sind, kann der Film nach dem Einbau alle Dimensionsveränderungen 

frei durchführen. Wird die Mitte des Zuschnitts ins Zentrum des Aufnahmekreuzes gelegt, 

so bleibt dieser Zentralpunkt stets ortsfest im Belichtungsgerätes. Alle Dimensionsveränderungen 

des Filmes können sich maximal auf die Hälfte der Zuschnittslänge auswirken. 

Gleiches gilt für die Dimensionsveränderung des Nutzens, wenn die Zuschnittsaufnahme 

ebenfalls zentrisch ist. 

Das Vier-Langloch-System ist ebenfalls weit verbreitet. Der Zentralpunkt der Fotovorlage 

und des Nutzens sind identisch und ortsfest im Belichtungsgerät. Alle Dimensionsveränderungen 

von Film und Nutzen wirken sich maximal auf die Hälfte der Zuschnittslänge aus. 

Dieses System wird vor allem in der Fertigung eingesetzt, die mit einem Standardformat arbeitet. 

Für das Belichten unterschiedlicher Formate ist das System nicht flexibel genug.





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Seite 46 

Für das Belichten von Außenlagen wird ebenfalls das L-Registriersystem eingesetzt (P. 

Waldner, Galvanotechnik 85 (1994) 1302). Eine Reihe von quadratischen Stiften wird in L- 

Form im Belichtungsrahmen angeordnet (Bild 6.15). 

Bild 6.15: Belichtungsrahmen mit L-Anordnung (Werksbild Multiline) 

Die Außenlagen mit gebohrten Registrierlöchern werden durch diese Stifte registriert. Die 

Abmessungen der Stifte sind so gewählt, daß die gebohrten Nutzen mit statistischer Sicherheit 

spannungsfrei auf die Stifte passen, unabhängig von der Zuschnittsgröße. Die Filmvorlage 

wird mit rechteckigen Langlöchern über die gleichen Stifte deckungsgleich registriert 

und im Glasrahmen mittels Vakuum festgehalten. 

6.6.2 Optische Registrierung 

Bei der optischen Registrierung sind in der Fotovorlage entweder zwei in der Mitte der kurzen 

Seite oder vier in den jeweiligen Ecken liegende Zielpunkte eingerichtet. Entsprechend 

positionierte Bohrungen sind in den Zuschnitten eingebracht. Das Videosystem vergleicht 

nun die Filmzielpunkte mit den Bohrungen. Dann wird durch Verdrehen und Verschieben in 

beide Richtungen die Fotovorlage auf das Bohrbild eingerichtet. Dies erfolgt für jeden Zuschnitt 

individuell (Bild 6.16 und 6.17). So ist es möglich, sowohl die während des Belichtens 

eintretende Veränderung der Fotovorlage als auch die individuellen Abweichungen der einzelnen 

Zuschnitt zu berücksichtigen. Dem System kann auch ein minimal zu haltender Restring 

eingegeben werden. Wird dieser bei den Zielpunkten unterschritten, wird der Zuschnitt 

unbelichtet aussortiert. 

Optische Registriersysteme sind vor allem in Belichtungsautomaten integriert. Diese belichten 

meist einseitig, um jede Seite optimal zu justieren.





Passmarken im Film, Bohrungen in der Platte 

passend zu den Bohrungen 

Bild 6.16: Optische Registrierung vor der Ausrichtung: Platte ist gegenüber 

Film gedreht und verschoben 

Bild 6.17: Optische Registrierung nach der Ausrichtung: Optimales Ergebnis, 

da der Film in der kurzen Richtung länger ist als die Platte 

VDE/VDI 

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6.6.3 Vergleich der Systeme 




In der folgenden Tabelle 6.1 werden die beiden Registriersysteme verglichen. 

Tabelle 6.1: Systemvergleich Registriersysteme 

Mechanisches System Optisches System 

Produktivität hoch mittel 

Optisches Einrichten Einmal pro Los Jeder Nutzen 

Manuelles Arbeiten möglich möglich 

Automatisation möglich möglich 

Rüstzeit 2-5 min (Filme über Pins) 6 - 10 min 

15-20 min (Filmtasche) 

VDE/VDI 

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Leistung bei 50 Ntz/Los 80 - 100 Ntz/Std 55 - 150 Ntz/Std (150 Ntz ohne 

Filmwechsel) 

Nachkorrektur nicht möglich möglich 

Belichtung meist zweiseitig meist einseitig 

Reproduzierbarkeit gut (Filme über Pins) 

sehr gut 

befriedigend (Filmtasche) 

Beschädigungsgefahr der Filme hoch sehr gering 

Investition niedrig sehr hoch 

Sehr wesentlich sind beim Vergleich der unterschiedlichen Registriersysteme die Einflüsse 

der Einzeltoleranzen auf die Registriergenauigkeit. In Tabelle 6.2 sind sowohl die Einzeleinflüsse 

als auch die Einflußfaktoren aufgeführt (H. Rutenberg, Galvanotechnik 87(1996) 

3452). 

Tabelle 6.2: Toleranzbetrachtung Registriersysteme 

Einzeleinflüsse 

Toleranzen 

Mechanisches Optisches 

System System 

Faktor Wert 

(µm) 

Faktor Wert 

(µm) 

Maximale Positionsungenauigkeit einzelner Bohrungen 1 50 1 50 

Schwankung der Dimensionsveränderung Bohren - Belichten 1 10 1 10 

Schwankung im Durchmesser der Aufnahmelöcher 1/2 20 1/2 -- 

Dimensionsunterschied Bohrbild - Fotovorlage 1/2 30 1/2 30 

Verzerrung Fotovorlage 1 10 1 10 

Veränderung der Fotovorlage beim Belichten 1/2 20 1/2 20 

Registrierungenauigkeit 1 30 1 30 

Einbauungenauigkeit 1 20 1 -- 

Spiel der Aufnahmepins 1/2 20 1/2 -- 

Maximale Abweichung der Bezuglochposition von Nominal 1/2 50 1/4 50 

Berechnete Gesamttoleranz 79 70





VDE/VDI 

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Die Position der gebohrten Löcher weisen maximale Ungenauigkeiten von +/- 50 µm auf. Die 

Positionsgenauigkeit der meisten Löcher ist zwar besser, da die Restringforderung für alle 

Löcher eines Nutzens gilt, ist der Maximalwert der Positionsabweichung aber entscheidend. 

Die Nutzen verändern sich durch die verschiedenen Prozesse zwischen Bohren und Belichten. 

Die Schwankungsbreite dieser Veränderung beträgt ca. +/- 20 ppm, was bei einem Nutzenformat 

von 500 mm etwa +/- 10 µm entspricht. 

Durch die Toleranzen des Bohrens und der Metallisierungsprozesse treten Schwankungen 

im Durchmesser der Löcher von +/- 20 µm auf. Dies ist allerdings für die Registrierung nur 

dann von Bedeutung, wenn durchkontaktierte Nutzen über Stifte registriert werden. 

Durch die Fertigungstoleranzen der als Fotovorlagen benutzten Filme kommt es dazu, daß 

zwischen dem mittleren Bohrbild der Nutzen und der eingesetzten Fotovorlage Dimensionsunterschiede 

in der Größenordnung von 60 ppm auftreten, was bei einem Nutzenformat von 

500 mm etwa 30 µm entspricht. Diese Dimensionsunterschiede können deutlich größer sein, 

wenn beim Bohren die Toleranzen für Schrumpfungs- bzw. Dehnungskorrektur voll ausgenutzt 

werden. 

Zusätzlich können Filme durch Herstellung und Einbau in das Belichtungsgerät leicht verzerrt 

sein, wodurch Positionsabweichungen einzelner Lötaugen von ca. 10 µm auftreten. 

Während des Belichtens verändern sich die Filme. Hier ist mit Veränderungen in der Größenordnung 

von 40 ppm entsprechend 20 µm bei 500 mm zu rechnen. Wird beim Belichten 

mit Vakuumkontakt und Mylarfolie gearbeitet, sind die Veränderungen noch wesentlich größer. 

Die Registriergenauigkeit bei optischer Registrierung läßt sich am entwickelten Bild nachmessen. 

Der Durchschnitt liegt bei 20 µm, die Standardabweichung bei +/- 6 µm. Die maximal 

gemessene Ungenauigkeit liegt bei 32 µm. Die Ungenauigkeit des Einrichtens mit der 

Filmstanze läßt sich ebenfalls nachmessen. Sie liegt bei 26 - 35 µm. 

Bei der Pin-Registrierung muß mit einer zusätzlichen Ungenauigkeit durch den Einbau und 

durch die Abweichung zwischen Belichtungssystem und Filmstanzsystem gerechnet werden. 

Der Wert liegt geschätzt bei 20 µm. 

Für einen reibungslosen Ablauf muß der Durchmesser der Aufnahmepins etwas kleiner sein 

als das kleinste vorkommende Aufnahmeloch. Hier wurde eine Differenz von 20 µm angenommen. 

Die oben angegebene Positionsungenauigkeit der Bohrlöcher gilt auch für die Bezugslöcher, 

d.h. die Löcher, die zum Ausrichten bei der optischen Registrierung oder zur Aufnahme der 

Nutzen bei der Pin-Registrierung dienen. Die maximale Positionsungenauigkeit beim Bohren 

kommt selten vor, wahrscheinlich nicht öfters als einmal innerhalb der Bezugslochgruppe. 

Da zum Ausrichten vier Löcher benutzt werden, zur Nutzenaufnahme im Pin- 

Registriersystem aber nur zwei Löcher, muß von dem maximalen Bohrversatz nur ¼ bzw. ½ 

angesetzt werden.





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Seite 50 

Die Gesamttoleranz ergibt sich dann mathematisch aus der Quadratwurzel der Quadratsummen 

der Toleranzen der Einzeleinflüsse (siehe Kapitel 10): 

2 2 2 

F = x1 + x2 + x3 + ... 

Die Berechnung zeigt, daß eine Pinregistrierung eine um etwa 10 µm höhere Toleranz als 

ein optisches System bei gleichen Grundbedingungen zeigt. Dieser Toleranzwert wird auch 

durch die Praxis bestätigt. 

7 Entwickeln 

Bei der Entwicklung werden die nach dem Belichten des negativ arbeitenden Fotoresists unpolymerisiert 

gebliebener Resistflächen rückstandsfrei entfernt, die belichteten polymerisierten 

Stellen verbleiben. Dabei geht man von folgendem Prinzip aus: 

Die Binder eines Fotoresists enthalten typischerweise organische Säuregruppen, die mit 

freien OH-Ionen der Entwicklerlösung reagieren und damit wasserlöslich werden (siehe auch 

Kapitel 4.1.2.1). Diese Reaktion bringt den Binder in eine wasserlösliche Form, vorausgesetzt, 

die Anzahl der reagierenden Säuregruppen ist groß genug, um die hydrophoben 

Kräfte innerhalb der Polymerkette des Binders zu überwinden. Keine der anderen Komponenten 

des Resists reagiert mit den OH-Ionen des Entwicklers und sind daher nicht in der 

Lage, wasserlöslich zu werden. 

Während des Entwickelns wirkt der Binder als oberflächenaktives Agent, das in der Lage ist, 

alle anderen organischen Bestandteile des Resists in wäßriger Lösung zu suspendieren. 

Wenn dies nicht der Fall wäre, dann würde ein Ausfallen verschiedener Resistkomponenten 

auf der Kupferoberfläche des Basismaterials und/oder den Maschinenwänden und Transportsystem 

die Folge sein. Derartige Reaktionen werden häufig beobachtet, wenn Entwicklerlösungen 

mit hohen Resistmengen beladen sind. Die Sodakonzentration soll deshalb 

durch Ergänzungen, die vom Resistdurchsatz abhängig sind, konstant gehalten werden. 

Hierbei hat sich vor allem die Messung der Leitfähigkeit bewährt. Die Steuerung der Zudosierung 

über die Leitfähigkeit (Leitwert) ermöglicht eine Konstanz der Sodakonzentration von 

0,05 Gew.%. 

Anmerkung: Das Belichten und Entwickeln sind als zwei sich gegenseitig beeinflussende 

Prozesse zu sehen. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse müssen daher beide Prozeßschritte 

aufeinander abgestimmt werden. Zur Abstimmung der Prozeßschritte ist der Graukeil das 

geeignetste Hilfsmittel. 

7.1 Entwicklungsverfahren 

Folgende Entwicklungsverfahren werden angewendet: 

• Sprühentwicklung in einer horizontalen Durchlaufmaschine 

• Tanksprühentwicklungsanlagen mit vertikaler Arbeitsweise, keine Transportrollen 

• Tauchentwicklungsanlagen





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Seite 51 

Die Sprühentwicklung im Durchlaufverfahren hat sich weitestgehend durchgesetzt. Die 

Gründe dafür liegen in einer optimalen Prozeßsteuerung, sowie guten Leistungs- und Automatisierungsmöglichkeiten. 

Da der Transport aber nicht berührungslos erfolgt, kann es bei 

feinen Leiter zu Beschädigungen des entwickelten Bildes durch die Transportrollen kommen. 

Bei einer weiteren Verringerung der Leiterbreiten wird dieses System an Grenzen stoßen. 

Für den Entwicklungsvorgang werden Maschinen aus PVC mit mehreren Sprühkammern 

eingesetzt, wobei in den letzten Kammern durch eine intensive Wasserspülung die noch anhaftende 

Entwicklerlösung abgewaschen wird (Bild 7.1). 

Einlauf Entwicklung Entwicklung Kaskadenspülung Trockner Auslauf 

mit Frischlösung 

Not- Aus 

Mixer 

PI PI 

Reservetank 

�� 

�� 

�� 

�� 

Antischaum 

C 

PI PI 

F 

Soda 

Bild 7.1: Alkalisch-arbeitende Entwicklermaschine (Werkbild Gebr. Schmid) 

F 

Not- Aus





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Damit der Entwicklerprozeß optimal ausgeführt werden kann, ist bei der Maschinenausrüstung 

auf folgendes zu achten: 

• Überwachungseinrichtungen für Sprühdruck, Temperatur, durchsatzabhängige Zudosierung 

und Durchlaufgeschwindigkeit. Am besten erfolgt die Parameterüberwachung und 

Parametersteuerung mit einer SPS-Anlage, die auch eine Datenaufzeichnung ermöglicht. 

• Flachstrahldüsen, bei denen Sprühdruck und -verteilung über die ganze Fläche konstant 

ist, die nicht zu Verstopfungen neigen und für Reinigungszwecke leicht ausbaubar sind 

(Bajonettverschlüße). Quer zur Durchlaufrichtung oszillierende Düsenstöcke. 

• Dosiersystem mit Messung der Konzentration für das Entwicklermedium und Antischaum. 

• Kühl- und Heizsystem für das Entwicklermedium. 

• Säurespülung zur optimalen Entfernung des Alkalifilmes nach der letzten Wasserspüle. 

• Transportsystem für dünne Materialien (Innenlagen), Führungsgitter, größerer Transportrollendurchmesser. 

• Trocknungseinrichtung am Auslauf. 

• Be- und Entladeeinrichtung zur Automatisierung und Verhinderung von „mechanischen 

Beschädigungen“ der Platten. 

Die Leistung bzw. die Durchlaufgeschwindigkeit der Anlage sollte so ausgelegt sein, daß der 

Breakpoint (Zeitpunkt der vollständigen Entwicklung) nach ½ bis 2 /3 des gesamten Durchlaufs 

durch die Entwicklerkammer erreicht wird. 

Das einwandfreie Funktionieren der Entwicklermaschine ist stark von der Wartung abhängig. 

Die Maschine sollte wöchentlich einer Komplettreinigung unterzogen werden. Transport- und 

Abquetschwalzen sollten mindestens bei jedem Schichtwechsel gereinigt werden. Die Düsenstöcke 

sind ebenfalls in diesem Rhythmus auf Verstopfungen zu überprüfen. 

7.2 Entwicklungsmedium 

Das Entwicklermedium ist eine Lösung aus Natrium- oder Kaliumkarbonat in Wasser. Die 

Konzentration der Lösung liegt bei ca. 1 Gew.% Na2CO3 oder K2CO3 ohne Berücksichtigung 

des Kristallwassers. Die Konzentration des Entwicklermediums ist täglich zu analysieren, 

dazu geeignet ist das Titrationsverfahren. 

Die Entwicklungstemperatur liegt normalerweise bei 25 - 35 °C. Niedrigere Temperaturen 

vergrößern das Verarbeitungsfenster, führen aber zu niedrigeren Durchlaufgeschwindigkeiten, 

d.h. Kapazitätseinbußen. Höhere Temperaturen und höhere Carbonatkonzentrationen 

führen zum Angriff der polymerisierten Resistoberflächen und wirken sich praktisch auf die 

Auflösung und Flankenstruktur aus. Ungenügend polymerisierte und überentwickelte Resistkomponenten 

haben das Potential zur Verunreinigung galvanischer Bäder. Hieraus resultieren 

verschiedene Abscheidungsprobleme wie matte Oberflächen, nicht oder nur teilweise 

oder schichtförmig aufgebautes Kupfer. 

Die Entwicklungszeit ist stark vom Fotoresist, den Prozeßparametern sowie von der Anlage 

(Düsenstöcke, Art der Düsen) abhängig und beträgt ca. 40 - 90 Sekunden.





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Seite 53 

Um die beim Sprühvorgang entstehende Schaumbildung zu vermeiden, wird dem Medium 

ein vom Fotoresisthersteller und vom Hersteller der Entwicklungsmaschine freigegebenes 

Antischaummittel zugegeben. Achtung: Falsches Antischaummittel zerstört die Entwicklermaschine! 

7.3 Beurteilung der Entwicklungsqualität 

Ein wichtiges Beurteilungskriterium für die Entwicklungsqualität ist die Flankengeometrie 

(Bild 7.2). Sie hat großen Einfluß auf den Leiterquerschnitt bzw. -abstand. 

Idealfall überentwickelt unterentwickelt 

(oder unterbelichtet) (oder überbelichtet) 

Bild 7.2: Flankenformen des Resists 

Die Ober- und Unterseite des Zuschnitts darf nicht unterschiedlich entwickelt sein. Es ist 

deshalb darauf zu achten, daß von beiden Seiten Prüfungen durchgeführt werden und eine 

Zuordnung erfolgt. 

Die entwickelten Zuschnitte sind stichprobenmäßig auf Entwicklungsrückstände zu überprüfen. 

Solche Rückstände auf der Oberfläche können bei der Weiterverarbeitung zu Haftproblemen 

führen. Die Ursachen dafür liegen meistens bei zu kurzen Entwicklungszeiten 

(Durchlaufgeschwindigkeit), einer schlechten Spülung, verstopften Düsen oder einer falschen 

Entwicklerkonzentration. Darüber hinaus können sie aber auch aus Problemen beim 

Belichten (Unterstrahlung, mangelhaftes Vakuum) herrühren.





Bild 7.3a: Resiststrukturen bei Feinstleitertechnik (Werksbild DuPont) 

Bild 7.3b: Resiststrukturen bei Feinstleitertechnik (Werksbilder Ciba Geigy) 

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In Bild 7.3a und b sind Resiststrukuren abgebildet, die mit einem Rasterelektronenmikroskop 

aufgenommen wurden. Deutlich erkennbar sind die steilen Resistflanken. 

8 Überprüfen von Belichtungszeiten und Belichtungsgeräten 

Der Polymerisationsgrad von Fotoresisten ist entscheidend für die nutzbaren Resisteigenschaften, 

wie chemische Beständigkeit, Auflösungsvermögen, Wiedergabegenauigkeit, 

Flankenform, etc.. Die Belichtungsintensitäten sind deshalb neben der Auswahl des 

geeignetsten Emissionsspektrums in engen Toleranzen konstant zu halten. Regelmäßige 

Überprüfungen sind deshalb wichtig. 

Zwei Verfahren haben sich in der Praxis etabliert: 

• Grau-/Stufenkeil als Hilfsmittel für die regelmäßige Produktionsüberwachung 

• UV-Energiemesser für Messungen der Lichtmengenverteilung, Lichtintensitäten, spezifische 

Emissionsspektren, periodische Überprüfung der Belichtungsgeräte, Kalibrieren von 

neu installierten Brennern. 

8.1 Grau-/Stufenkeile 

Grau-/Stufenkeile sind Präzisionsmeß-Hilfsmittel, sie werden von einschlägigen Fotoresist- 

Fachfirmen zur Verfügung gestellt. Vergleichbar zu Fotovorlagen sind auf einem Polyesterträger 

Streifen unterschiedlicher, genau definierter Dichte-Abstufung aufgebracht - für unterschiedliche 

Meßbereiche mit unterschiedlicher Abstufung und Dichteausschnitten. 

Diese Werkzeuge sollten nur als Original, niemals als Kopie eingesetzt werden. Der Einsatz 

erfolgt entweder auf separaten Testcoupons, die entsprechend festgelegter Produktionsparameter 

verarbeitet werden, oder auf Randstreifen von Produktionsplatten. Belichtet wird auf 

bzw. unter der Fotovorlage, Haltezeiten vor dem Entwickeln sind strikt einzuhalten, die Entwicklungsparameter 

sind identisch zu den Produktionseinstellungen.


8.1.1 Arbeitsprinzip 




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Die von der Belichtungsquelle emittierten Lichtmengen werden durch unterschiedlich transparenten 

Dichtestufen präzise absorbiert. Die durchtretende Restlichtmenge initiiert eine der 

Lichtmenge anteilige Polymerisation im Fotoresist. Der Resist haftet je nach Polymerisationsgrad 

nach dem Entwickeln unterschiedlich auf dem verwendeten Basismaterial, in der 

Regel Kupfer (Bild 8.1). 

Testcoupon nach Entwickeln: 

ohne Resist angegriffenen vollerhalten 

Bild 8.1: Wirkungsweise des Grau-/Stufenkeils 

Strahlengang 

Grau-/Stufenkeil 

Träger/Polyester 

Rest - Lichtmenge 

Fotoresistschicht 

Kupferoberfläche 

Basislaminat 

Resistschicht 

Kupferoberfläche 

Basislaminat





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Seite 57 

Erfaßt wird die Haftung des Fotoresists als Funktion der Polymerisation und seiner mechanischen 

Haftung zum Basismaterial sowie der Einfluß der Haltezeiten etc.. 

Bewertet werden nach einer willkürlichen Festlegung entweder die erste voll erhaltene Graukeilstufe 

oder die erste Stufe mit nicht angegriffener, glänzender Oberfläche. Referenzuntersuchungen 

sind notwendig. 

Fotoresiste mit hohem Kontrast bzw. steiler Gradation zeigen erwartungsgemäß eine geringere 

Anzahl angegriffener Stufen (leichter auszuwerten) im Vergleich zu Re- sisten mit flacher 

Gradation. 

Der lineare Dichte-Absorptionsverlauf des Stufenkeils erlaubt dann Anpassungen der Belichtungszeiten 

nach Tabellen. Er wird damit zu einem idealen Hilfsmittel, um die Verarbeitungsparameter 

der Bildübertragung mittels Fotoresists einfach und zuverlässig zu kontrollieren. 

Beim Vergleich von Datenblattangaben von Fotoresisten ist genau auf die Hinweise zum 

verwendeten Stufenkeil zu achten. Als Standard dient der 21- stufige oder der 41- stufige 

Stouffer-Keil. Je nach Fachfirma werden Stufenkeile mit unterschiedlichen Abstufungen eingesetzt 

(Anhang 10.2). Deshalb ist es wichtig, Messungen mit dem gleichen Stufenkeil 

durchzuführen oder die Dichtewerte sind von einem Graukeil auf den anderen umzurechnen. 

Die Datenblattangaben sollten nur als Referenzwerte verwendet werden und ersetzen keinesfalls 

detaillierte eigene Untersuchungen, die dann spezifische betriebliche Einrichtungen, 

Prozeßabläufe etc. berücksichtigen. 

8.2 UV - Energiemesser 

Diese Energiemesser erfassen über einen definierten spektralen Emissionsbereich die 

Lichtintensität (W/cm 2 ), die Meßbereiche können über zugeschaltete Filter eingeengt werden. 

Damit ist man in der Lage, das Meßgerät auf die relevanten Spektren der Fotoresiste 

zu justieren, die in der Produktion verwendet werden. Dies ist wichtig, wenn z.B. durch Alterung 

des Brenners sich das Emissionsspektrum verändert und damit weniger als zu Beginn 

mit der Empfindlichkeit der zu verarbeitenden Resists übereinstimmt. 

Die Geräte sind tragbar, in ihrer Empfindlichkeit über einen großen Meßbereich zu spreizen 

und haben eine große Wiederholbarkeit. Zusätze erweitern ihre Anwendbarkeit auf Lauflichtund 

Durchlaufbelichtungsgeräte. Angezeigt werden absolute Werte (Intensität, Lichtmenge) 

und sie eignen sich deshalb auch besonders für grundsätzliche Messungen, wie die Lichtmengenverteilung 

bei großformatigen Belichtungsrahmen, Kalibrieren neuer Brenner etc. 

UV-Energiemesser ergänzen Messungen mit dem Grau-/Stufenkeil, sie ersetzen sie aber 

nicht.


9 Fehleranalyse 




Fehlermerkmal Ursache Abhilfe 

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Seite 58 

Physikalische Resistdefekte Verpackungsfehler Material erst nach Rücksprache mit 

dem Hersteller verarbeite 

Wickelfehler Rolle an Lieferanten zurückgeben 

Unvollständige Entwicklung 

(Auswaschen) Rückstände 

Unterschiedliche Entwicklung 

von Oberseite zu Unterseite 

Schmutzeinschlüße Reklamation beim Resistlieferanten 

Polyolefinfolie oben Rolle wurde in falscher Richtung 

auf den Laminator gespannt, Rolle 

umdrehen 

Auswaschpunkt nicht bei 50 % 

der Entwicklerstrecke 

Entwicklerlösung wirkt unterschiedlich 

stark / lange auf Oberund 

Unterseite 

Defekte Tents Lochdurchmesser zum Tenten 

zu groß 

Laminierparameter falsch eingestellt 

Entwicklungsparameter überprüfen, 

ebenso Belichtungsparameter 

• Sprühdrucke auf symmetrische 

Entwicklung einstellen (nicht auf 

symmetrische Drucke) 

• Überprüfen auf verstopfte Düsen 

und Zuleitungen; evtl. Filter z.T. 

verstopft 

Ndk-Bohrungen nach dem Ätzen 

einbringen (Toleranz beachten) 

Versuchen, mit niedrigerem Druck 

und niedrigerer Temperatur zu Laminieren. 

Achtung: Dies kann sehr negative 

Effekte auf die Resisthaftung haben 

und zu hohem Ausschuß beim 

Galvanisieren führen 

Belichtungszeit zu hoch Durch hohe Belichtung verhärten 

bzw. verspröden die Resiste im allgemeinen. 

Niedrigere Belichtungen 

wählen. 

Achtung: Auch hier kann es bei zu 

niedrigen Belichtungswerten zu hohem 

Ausschuß in der Galvanik 

kommen (Auslaugen des Resists 

im Galvanikbad). 

Bohrgrat Bohrparameter sowie Ober- und / 

oder Unterlage überprüfen, 

Schleifparameter vor DK-Prozeß 

verbessern 

Resist für Tenting ungeeignet Anderen Resisttyp wählen






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Seite 59 

Übergalvanisieren Zu dünne Resiste Dickeren Resist verwenden 

Zu hohe Stromdichten bei vereinzelt 

liegenden Leiter 

Galvanische Unterwanderung Riefen und Kratzer auf der Cu- 

Oberfläche vor dem Laminieren 

des Fotoresists 

Cu-Oberfläche vor dem Resistlaminieren 

verschmutzt oder 

stark oxidiert, dadurch Haftungsprobleme 

zwischen Fotoresist 

und Cu-Oberfläche 

Fotoresist bei zu niedriger Temperatur 

und/oder zu niedrigem 

Druck auflaminiert 

Haftung zwischen Fotoresist und 

Cu-Oberfläche stellenweise nicht 

vorhanden 

• Blendrahmen verwenden 

• Niedrigere Stromdichte und längere 

Verweilzeit einstellen 

• Eventuell die Badparameter 

leicht verändern (Einebner, 

Glanzbildner) 

• Design anpassen nach Absprache 

mit dem Entflechter. Eventuell 

Blindflächen in das Layout 

der Leiterplatte einfügen (rastern) 

• Materialhandhabung überprüfen, 

um Kratzer zu vermeiden 

• Anpreßdruck der Bürstwalzen 

beim Reinigen vor dem Resistlaminieren 

erniedrigen 

• Bürsten eventuell defekt oder 

verschlissen, austauschen 

• Überprüfen des Transportsystems 

der Reinigungsanlage, die 

vor dem Resistlaminieren benutzt 

wird 

• Cu-Oberfläche sorgfältig reinigen 

bzw. entfetten und Vorsorge 

tragen, daß die Cu-Oberfläche 

nicht erneut wieder oxidiert 

• Haltezeit zwischen Vorreinigung 

und Laminieren verkürzen 

Druck und Temperatur am Laminator 

überprüfen und nach Angaben 

des Resistlieferanten neu einstellen 

• Wenn eventuell mechanische 

Beschädigungen vorliegen, muß 

der Transport zwischen dem Entwickeln 

des Resists bis zum Anklemmen 

an den Warenträger des 

Galvanikautomaten überprüft werden 

Eventuell durch Fingerabdrücke vor 

dem Resistlaminieren verursacht; 

Cu-Oberfläche sorgfältig reinigen






Rückstände beim Entwickeln Maschinenbedingungen überprüfen 

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• Regelmäßige Wartung der 

Maschinen 

• Wartungsplan erstellen bzw. 

kontrollieren 

Düsenstöcke verstopft • Reinigen der Düsen 

• Resist gegen UV-Licht schützen 

Falsch oder zu lange zwischen 

Laminieren und Entwickeln gelagert 

Spülwassermenge nicht ausreichend 

• Kürzere Lagerzeiten einhalten 

• Mit Resist beschichtete Leiterplatten 

vor Hitzeeinwirkung 

und UV-Strahlung schützen 

Richtige Spülwassermenge einstellen 

Verunreinigtes Transportsystem Transportrollen reinigen 

Beladungsgrad der Entwicklerlösung 

zu hoch 

• Richtige Konzentration einstellen 

• Entwicklerlösung erneuern 

• Ansatztank überprüfen 

Alkalikonzentration zu gering • Mit konzentrierter Entwicklerlösung 

nachdosieren 

Sprühdruck auf der Platte zu gering 

Entwicklertemperatur nicht richtig 

Abwaschzeit kontrollieren und neu 

einstellen 

Thermostat kontrollieren, Defekt 

beseitigen und richtige Temperatur 

einstellen 

Verunreinigte Tanks Tanks regelmäßig säubern 

Durchlaufgeschwindigkeit zu 

hoch 

Geschwindigkeit reduzieren, Auswaschpunkt 

berücksichtigen





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Rückstände beim Strippen Partikelgröße des Fotoresistrestes 

Richtiges Strippmedium verwenden 

Ungleichmäßiger Galvanoaufbau Badverunreinigungen durch or- • Ausreichende Polymerisation 

ganische Substanzen, die mei- des Resists vornehmen (höhere 

stens aus dem verwendeten Belichtung) 

Fotoresist auslaugen 

• Resist auf Elektrolyt abstimmen, 

ggf. anderen Resisttyp auswählen 

• Chemische Beständigkeit der 

Resiste überprüfen; Auslaugtest 

durchführen 

• Bad mit Aktivkohle reinigen 

• Überprüfung der Entwicklerbedingungen 

• Haltezeit nach Belichten überprüfen 

• Kantenschärfe der Fotovorlage 

überprüfen 

Einschnürungen beim Galvanisieren 

Haftung von Kupfer zu Kupfer Entfetten / Desoxidation in der 

Galvanik nicht mehr aktiv 

Resistrückstände im Leiter • Fotovorlage auf Fehlstellen bzw. 

Kratzer überprüfen 

• Entwicklermaschine der Fotovorlage 

überprüfen 

• Konzentration und Funktionalität 

des Entfetters/Anätzers überprüfen, 

eventuell Neuansatz 

• Spülung überprüfen 

Entwicklungsrückstände • Zu kurz entwickelt, Durchlaufgeschwindigkeit 

überprüfen 

• Schlechte Spülung wegen zu 

niedrigen Wasserdrucks verstopfter 

Düsen, zu hohe Durchlaufgeschwindigkeit 

• Konzentration des Entwicklers 

überprüfen, eventuell Neuansatz 

• Verschleppung des Entwicklers 

(Kammer verunreinigt) 

• Temperatur des Entwicklers 

überprüfen und neu einstellen 

Fingerabdrücke • Handschuhe tragen 

• Zuschnitte nur an den Kanten 

anfassen 

Fotoresist bei falschen Temperaturen 

auflaminiert 

Laminiertemperatur überprüfen 

(meist zu hoch)






Verbreiterungen beim Ätzen Schlechter Kontakt der Fotovorlage 

zum Resist, dadurch Unterstrahlung 

Ungenügender Resistfluß, d.h. 

Riefen werden nicht bis zum 

Grund durch Resist ausgefüllt 

Riefen und Vertiefungen im Basismaterial, 

zerspanende Vorreinigung 

Staub und/oder Haarlinien in der 

Fotovorlage 

Unterbrechungen beim Ätzen Sn oder Sn-Pb-Schichtdicke zu 

gering; wird beim alkalischen 

Resiststrippen zu weit abgetragen. 

Defekte Fotovorlage. 

Mechanische Beschädigungen 

beim Transport 

Ringförmige Durchätzungen 

(Unterbrechungen) im Loch 

VDE/VDI 

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Vakuum zwischen Fotovorlage und 

Resist verbessern 

• Laminiertemperatur und/oder 

Anpreßdruck der Laminierwalzen 

zu niedrig 

• Dickeren Resist verwenden 

• Mylarfolie berücksichtigen 

• Bürstprozeß überprüfen; evtl. 

Walzendruck erniedrigen 

• Handhabung des Basismaterials 

überprüfen (Eingangskontrolle) 

Sauberkeit beim Fotoprozeß, evtl. 

auch bei der Erstellung der Fotovorlage 

erhöhen 

• Stromdichte und/oder Verweilzeit 

im Sn- bzw. Sn-Pb-Bad erhöhen 

• Evtl. versuchen mit höherer 

Durchlaufgeschwindigkeit beim 

Resiststrippen zu arbeiten 

Entwicklerrückstände im Loch Spülung nach dem Entwickeln verbessern; 

bei kleinen Löchern evtl. 

mit leicht erhöhtem Druck spülen 

Luftblasen im Loch • Benetzung in den Löchern verbessern 

und zwar durch Netzmittelzugabe 

in ein Vorreinigungsbad 

der Galvanolinie. 

Achtung: Netzmittel muß mit den 

Galvanobädern in kleinen Mengen 

verträglich sein, da es 

zwangsläufig zu Verschleppungen 

in die Galvanikbäder kommt 

• Während des Galvanisierens 

regelmäßig mit einem Hammer 

an den Warenträger schlagen 

oder besser noch eine Vibrationsvorrichtung 

anbringen, die 

durch mechanische Erschütterungen 

die Luftblasen freisetzt






Ringförmige Durchätzungen 

(Unterbrechungen) im Loch 

Reproduzierfähigkeit der Fotovorlage 

mangelhaft 

VDE/VDI 

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starke Bohrriefen • Bohrprozeß auf Schnittgeschwindigkeit 

bzw. Drehzahl und 

Vorschub überprüfen 

• Bohrer auf Schärfe der Schnittkanten 

und auf Ausbrüche an 

den Schnittkanten kontrollieren 

• Spanabfuhr beim Bohrprozeß 

überprüfen 

• Bei Multilayern (ML) überprüfen, 

ob das Harz beim Verpressen 

völlig ausgehärtet wurde; ML 

evtl. bei geeigneten Temperaturen 

(Tg beachten) im Ofen 

nachtempern 

Qualität der Fotovorlage nicht 

ausreichend 

Haftung von feinen Resistlinien Vorbehandeln, Laminieren und 

Belichten nicht optimal 

Falten im Resist Falscher bzw. unterschiedlicher 

Anpreßdurck der Laminierwalzen 

Resistabhebungen an den Plattenecken 

Neue Filme, Belichtungsparameter 

überprüfen 

Fertigungsparameter mit Hilfe eines 

Finelinetestfilmes überprüfen 

und neu einstellen 

Laminierparameter überprüfen 

Einlauftisch zu hoch Einlauftisch neu justieren 

Resistrollen nicht 

spannt 

fest einge- Einspannvorrichtung überprüfen 

Resistrollen nicht parallel Resistrollen neu justieren 

Zu heiße Laminierwalzen Laminiertemperatur überprüfen 

Keine konstante Abwickelspan- Einstellung überprüfen 

nung 

Zu hoher Anpreßdruck Preßdruck überprüfen, ggf. reduzieren 

Schlechte Schneidetechnik Messer erneuern 

Fingerabdrücke Handschuhe tragen 

Zu hohe Laminiergeschwindigkeit 


Zu geringe Laminiertemperatur Laminierparameter überprüfen





VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 64 


Blasen im Resist Beschädigte Laminierwalzen Walzen auf Löcher untersuchen, 

ggf. austauschen und neu beschichten 

lassen 

Verschmutze Laminierwalzen Mit Wasser oder Alkohol reinigen 

Zu geringer Druck der Laminierwalzen 


Schlechte Resisthaftung Unzureichende Vorreinigung Benetzungstest an den gereinigten 

Zuschnitten durchführen, Vorreinigung 

überprüfen 

Zu lange Haltezeit nach der Vorreinigung 

Lufteinschlüße Beschädigungen im Basismaterial 

Liegezeiten verkürzen 

Zu geringer Anpreßdruck Laminierparameter überprüfen 

Heizung ausgefallen Laminiertemperatur überprüfen, 

Heizung reparieren bzw. erneuern 

Zu grobe Gewebestruktur des 

Basismaterials 

Zu geringer Druck der Laminierwalzen 

Zu hohe Laminiergeschwindigkeit 

Resistflitter Manuelles Schneiden mit 

Messern 

• Transportmittel überprüfen 

• Eingangskontrolle am Basismaterial 

verstärken 

• Glasgewebe ändern 

• Dickeren Resist verwenden 

• Laminierparameter ändern 

• Laminierparameter ändern 

• Shorehärte der Walze ändern 

Laminierparameter ändern 

Zu geringe Vorheiztemperatur • Laminiergeschwindigkeit reduzieren 

• Vorheiztemperatur erhöhen 

• Bei sehr dicken Leiterplatten 

evtl. vortemperen 

Resistdicke Dickeren Resist verwenden, Mylarfolie 

beachten 

Zu geringe Laminiertemperatur Laminierparameter überprüfen 

• Messerschärfe überprüfen, 

ggf. Messer erneuern 

• Schneidetechnik verbessern 

• Zuschnitte nach dem Laminieren 

reinigen





VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 65 


Kupferspots Unzureichende Vorreinigung Benetzungstest durchführen und 

Vorreinigung überprüfen 

Danksagung 

Trockenflecke • Luftmesser im Trockner überprüfen 

• Trocknungswalzen überprüfen, 

ggf. Belag erneuern 

• Spülwasser überprüfen 

Entwickler überladen • Konzentration der Resistbeladung 

messen 

• Entwickler verdünnen 

• Entwickler reinigen 

• Transportsystem überprüfen 

Zu hohe Laminiertemperaturen Laminierparameter überprüfen 

Die Autoren danken Herrn Anschütz, Firma Morton, Herrn Habicht, Firma Gebr. Schmid, 

Herrn Kunath, Firma DuPont, Herrn Dr. Rutenberg, Firma Ruwel Werke, Werk Schoeller, 

und Herrn Waldner, Firma Multiline, für die offenen Diskussionen und für die Überlassung 

von Unterlagen. 

Die Autoren bedanken sich ebenfalls bei ihren Firmen für die wohlwollende Unterstützung 

und für die zur Verfügung gestellte Arbeitszeit zum Erstellen dieser Schulungsblätter.


10 Anhang 

10.1 Fortpflanzung von Fehlern 




VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 66 

Physikalische Größen werden durch Messungen ermittelt; am häufigsten sind es die Gewichts-, 

Zeit-, Volumen- und Längenmessungen und im modernen Alltagsleben als abgeleitete 

Größe selbstverständlich die Geschwindigkeitsmessungen. Alle diese Messungen sind 

fehlerbehaftet. Um Streit und Betrug vorzubeugen setzten die Gesetzgeber deshalb schon 

seit Jahrtausenden Standardmaße fest, die von der Obrigkeit geprüft und später sogar mit 

einem Eichstempel versehen wurden. Bei allen geeichten Messungen schreibt der Gesetzgeber 

die maximale Abweichung der Messungen vom Soll-Wert vor. So muß z.B. die Ungenauigkeit 

an Zapfsäulen unter 0,5 % liegen. Beim Auto wird aber zusätzlich aus Sicherheitsgründen 

bestimmt, daß der Tachometer nicht „nachgehen“ darf, d.h. niedrigere als die 

tatsächlichen Ist-Werte anzeigt. Hier wird aufgrund der Gesetzesvorgabe konstruktiv eine 

einseitige Abweichung zu höheren Geschwindigkeitsangaben erzeugt. 

Führt man mehrere Messungen an ein und derselben physikalischen Größe durch, so wird 

man, wenn die Auflösung der Meßanzeige fein genug ist, jedesmal einen etwas anderen 

Wert finden. Ist die Zahl dieser Wiederholungsmessungen aber hoch genug, so erhält man 

eine zuverlässige Aussage über den Mittelwert und die Streuung der fehlerbehafteten Messungen. 

Aus diesen Messungen kann man dann auf den wahrscheinlichen Ist-Wert und auf 

die Fehlerbreite schließen, beim Messen erhält man nämlich immer nur fehlerbehaftete Meßergebnisse, 

nicht aber die Fehler selbst. 

Grobe Fehler, die z.B. aus Unachtsamkeit während der Messung entstehen, wollen wir bei 

unseren weiteren Betrachtungen unberücksichtigt lassen, da sie nur schwer oder fast gar 

nicht mathematisch in den Griff zu bekommen sind. Als Beispiel könnte man die Messung irgendeiner 

Strecke mit einem Ist-Wert von 1,57 m anführen, die der Messende aus Versehen 

mit dem Falsch-Wert von 1,47 angibt. Diese „Konzentrationsfehler“ schließen wir im folgenden 

aus. 

Die anderen auftretenden Fehler lassen sich dann in zwei Gruppen aufteilen: 

a) Konstruktiv bedingte Fehler des Meßgeräts oder Fehler die z.B. auf die speziellen 

Eigenheiten der messenden Person zurückzuführen sind. 

b) Zufällige Schwankungen der Meßergebnisse aufgrund nicht ermittelbarer 

Ursachen. 

Im ersten Fall zeigen die Fehler i.a. ein regelmäßiges Verhalten, so daß man sie oftmals in 

ein mathematisches Gesetz formen kann. Fehler der zweiten Art sind dagegen völlig unregelmäßig 

und unkontrollierbar. Manchmal sind sogar die Fehlerursachen bekannt, aber man 

kann sie nicht erfassen und abstellen. Typisch ist z.B. der Meßfehler am Meßmikroskop, bei 

dem Fadenkreuze an die zu messenden Endpunkte einer Meßstrecke angelegt werden 

müssen. Hier ist trotz optischer Hilfen die Ablese- und Beurteilungsfähigkeit des menschlichen 

Auges beim Einstellen des Fadenkreuzes geringer als die Genauigkeit des Meßinstruments 

und somit ergeben Wiederholungsmessungen ständig andere Werte. Im Prinzip wird 

mit den Wiederholungsmessungen in diesem Fall nicht irgendein anonymer Meßfehler be-





VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 67 

stimmt sondern ganz speziell die Ablese- und Beurteilungsfähigkeit des Auges der messenden 

Person. Diese Fehler sind nicht kontrollierbar und unterliegen als rein zufällige Fehler 

der Fehlerrechnung. Die nicht zufälligen Fehler der ersten Art werden von der Fehlerrechnung 

dagegen nicht betrachtet. 

Bei unregelmäßigen, rein zufälligen Fehlern liegen bei Wiederholungsmessungen die Meßwerte 

im allgemeinen um einen Zentralwert etwa im Sinne einer Gauß-Verteilung. Hierbei 

sollte die Anzahl der positiven Abweichungen vom Zentralwert ungefähr gleich groß sein wie 

die Anzahl der negativen Abweichungen. Es kommt aber auch vor, daß eine Seite der Abweichungen 

deutlich überwiegt. In diesem Fall spricht man von einseitig wirkenden Fehlern. 

Diese Einseitigkeit von Fehlern hat meistens eine systematische Ursache. Im Falle der Geschwindigkeitsmessungen 

in Autos ist sie gewollt, oftmals aber auch ungewollt. Bei einseitigen 

Fehlern sollte man auf jeden Fall nach der Ursache der Einseitigkeit forschen und versuchen, 

die Einseitigkeit abzustellen. Einseitige Fehler sind weder unregelmäßig noch zufällig 

und werden ebenfalls von der Fehlerrechnung nicht erfaßt. 

Gibt es mehrere Fehlerquellen bei der Durchführung von Messungen - und dies ist meistens 

der Fall - so spricht man am Ende der Messungen von einem Gesamtfehler, der sich aus 

den Teilfehlern einer jeden Fehlerursache zusammensetzt. Die hierbei zu beachtenden Gesetzmäßigkeiten 

werden nachfolgend beschrieben. 

Gegenstand der Fehlerrechnungen bzw. Fehlertheorien sind rein zufällige Fehler, die folgende 

Bedingungen erfüllen: 

1. Die Zahl der positiven und negativen Fehler sind annähernd gleich häufig und die Summe 

aller Fehler ist annähernd Null. 

2. Kleinere Fehler treten häufiger auf als größere Fehler. 

3. Der Schwerpunkt der Fehlerhäufigkeit liegt im Nullwert oder in dessen Nähe. 

Nehmen wir nun an, in einem Meßlabor streiten sich 3 Personen, wer am genauesten mit 

dem Meßmikroskop messen kann. Um dies herauszufinden, einigt man sich auf folgenden 

Test: Mit Hilfe des sehr genauen Meßmikroskops soll an einem Schliff die Kupferstärke eines 

Leiterzugs gemessen werden. Um den Wert möglichst genau zu ermitteln, wird von jeder 

Person der Leiterzug an derselben Stelle 10 mal gemessen. Jede Person erhält dann 

M1, M2 ...M10 Meßergebnisse. Wie groß sind jetzt die Meßfehler ? 

Wenn X die wahre, aber unbekannte Schichtdicke ist, dann definiert man die wahren Meßfehler 

F1, F2 ... F10 durch: 

F1 = X - M1 

F2 = X - M2 

: 

F10 = X - M10 

Da aber X nicht bekannt ist, denn dann bräuchten wir nicht zu messen, können wir die Fehler 

F1 bis F10 für jede unserer 3 Personen nicht berechnen, und somit auch nicht feststellen 

wer der Beste ist. Mathematisch gesehen ist das Verfahren tatsächlich in einer Sackgasse 

gelandet. Um an dieser Stelle aber nicht aufzugeben, ist es üblich geworden, die Absolutbe-





VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 68 

träge aller Meßergebnisse zu summieren und durch die Anzahl der Messungen zu dividieren. 

Mathematisch bildet man also das arithmetische Mittel der Beträge der Meßwerte und 

hofft, daß dieser Mittelwert dem wahren Wert X möglichst nahe kommt. Sicher ist das aber 

nicht! 

Es sei ausdrücklich betont, daß dieses Verfahren eine reine Konvention ist, nicht aber durch 

eine logische mathematische Begründung erzwungen. Tatsächlich gibt es auch andere 

Verfahren, die aber wenig gebräuchlich sind und deshalb an dieser Stelle nicht weiter erörtert 

werden sollen. 

_ 

Bezeichnen wir den soeben diskutierten Mittelwert mit x, so errechnet er sich durch 

_ |M1|+ |M2|+ .......+ |Mn| 1 

x = --------------------------------- = ----- ∑ |Mn| 

n n 

Hiermit können wir nun die „Durchschnittsfehler“ fn in Analogie zu den wahren Fehlern Fn 

definieren. 

_ 

f1 = x - M1 

_ 

f2 = x - M2 

: 

_ 

f10 = x - Mn 

_ 

Ein „Durchschnittsfehler“ ist somit die Abweichung zwischen dem Durchschnittswert x und 

dem n-ten Meßwert, wohingegen ein wahrer Fehler die Abweichung zwischen dem wahren 

Wert und dem n-ten Meßwert ist. 

Nach dem hier Festgelegten läßt sich aber immer noch nicht bestimmen, wer von den drei 

Personen am besten gemessen hat, denn von jeder Person können wir für jeden Meßwert 

seiner 10 Messungen nur die Abweichung zum Durchschnittswert x bestimmen; d.h. wir haben 

für jede Person 10 Abweichungen f1 bis f 10, nicht aber einen einzigen Wert, den wir mit 

den Ergebnissen der anderen beiden vergleichen könnten. 

Nun könnte man z.B. die „Durchschnittsfehler“ f1 bis f 10 summieren und durch 10 dividieren, 

also nochmals das arithmetische Mittel bilden. Dieses Verfahren gibt aber mit Einschränkung 

zwei Probleme: 

a) Die Summation der Fehler ergibt i.a. einen Wert der bei Null liegt, da die Abweichungen 

sowohl positiver als auch negativer Art sind und gemäß der Bedingung 1. beide Vorzeichen 

auch noch annähernd gleich häufig auftreten sollen. (Für alle drei Personen würde 

sich also idealerweise der Wert „Null“ ergeben, selbst wenn sie unterschiedlich genau 

gemessen haben). Dieses Problem könnte aber noch durch eine Summation der Absolut-


Werte umgangen werden. 




VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 69 

b) Der Einfluß größerer Fehler wird nicht mit dem nötigen Gewicht vertreten, da bei großen 

Meßreihen die Division durch die Anzahl der Meßergebnisse den Fehler stark relativiert. 

Es ist deshalb üblich geworden, das Genauigkeitsmaß einer Meßreihe als Wurzel aus dem 

arithmetischen Mittel der Fehlerquadrate zu berechnen und als mittleren Fehler zu bezeichnen: 

oder kürzer geschrieben: 

_______________________ 

m = ± √ (f1² + f2² + f3² + ....+ fn²) : n 

__________ 

m = ± √ (∑ fn² ) : n mittlerer Fehler 

wobei bekanntlich ∑ fn² = f1² + f2² + f3² + ....+ fn² ist. 

Der mittlere Fehler m wird um so genauer, je größer die Anzahl n der Einzelmessungen ist. 

Rechnen wir jetzt für jede unserer 3 Personen den mittleren Fehler m ihrer 10 Messungen 

aus, so läßt sich vergleichen, wer am besten gemessen hat. 

Angemerkt sei, daß auch hier die Berechnung des mittleren Fehlers m mit Hilfe der Fehlerquadrate 

keine zwingende mathematische Konsequenz ist, sondern aus der Zweckmäßigkeit 

resultiert. Grundsätzlich könnte man andere Gleichungen wählen; die Gleichung der 

Fehlerquadrate hat sich aber aus eben jener Zweckmäßigkeit durchgesetzt und wir wollen 

uns dieser „Konvention“ anschließen. 

Wie verändert sich nun der mittlere Fehler, wenn ein wahrer, aber unbekannter Wert X um 

einen konstanten Faktor a vergrößert wird und die Größe X durch die Messung M mit einem 

mittleren Fehler m bestimmt wurde ? Gemäß unserer Festlegung ist 

X = M ± m 

so daß bei Multiplikation mit der Konstanten a folgt: 

aX = a (M ± m) 

= aM ± am 

Der durch Messung bestimmte Wert ist also aM und der mittlere Fehler für aX ist ± am. Dies 

ist verständlich, denn wenn für die Messung einer Strecke aX eine Meßlatte M zur Verfügung 

steht, die a-mal ausgelegt werden muß um aX zu messen, dann geht in jede einzelne 

Messung der mittlere Fehler m ein, bei a Messungen also ein Gesamtfehler von m multipliziert 

mit a.





VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 70 

Hat man zur Lösung eines Problems verschiedene Größen zu messen, so stellt sich sofort 

die Frage, welchen Gesamtfehler die von einander unabhängigen Messungen verursachen. 

Zu messen sei die Gesamtgröße Y mit den unbekannten einzelnen Größen X und X’: 

Y = X + X’. 

Zunächst messen wir n-mal die Größe X. Die Meßergebnisse seien M1, M2..Mn . Anstelle des 

Unbekannten Werts von X benutzen wir nach dem früher gesagten das arithmetische Mittel 

des Betrags der Meßergebnisse, also: 

_ |M1| + |M2| + ....+ |Mn | 1 

x = ----------------------------- = ----- ∑ |Mn| 

n n 

Hiermit können wir den „Durchschnittsfehler“ fn der n-ten Messung berechnen: 

_ 

fn = x - Mn 

Anschließend erhält man, wie vorher schon beschrieben, den mittleren Fehler durch Bildung 

von 

_______________________ 

m = ± √ (f1² + f2² + f3² + ....+ fn² ) : n 

Für die zweite (und jede weitere) unbekannte Größe X’ verfährt man analog. 

Damit ergibt sich für die Durchschnittsmeßwerte der gesamte „Durchschnittswert“ zu: 

_ _ _ 

y = x + x’ 

Fragen wir jetzt nach dem mittleren Fehler der Gesamtmessung mges als Funktion der einzelnen 

mittleren Fehler m und m’ 

so gilt zunächst 

mges = Fkt. (m, m’), 

_ 

x = Mn + fn 

_ 

x’ = Mn‘ + fn ‘ n = 1, 2, 3 ...... 

Nach Einsetzen der Werte in die Gleichung


_ _ _ 

y = x + x’ 

folgt für den gesamten Durchschnittsmeßwert: 




_ 

y = Mn + fn + Mn‘ + fn‘ 

_ 

y =(Mn + Mn‘) + (fn + fn‘) n = 1, 2, 3 ...... 

VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 71 

Diese Gleichung kann man auch derart interpretieren, daß (Mn + Mn‘) als eine einzige Messung 

der unbekannten Größe (X + X’) angesehen wird, die dann mit dem Fehler (fn + fn‘) behaftet 

ist. 

Der mittlere Fehler ergibt sich dann gemäß Definition zu: 

mges = √ ( (f1 + f1’)² + (f2 + f2’)² + ....+ (fn + fn’)² ) : n 

nun ist: (fn + fn’)² = fn ² + 2 fnfn‘+ fn’² 

d.h. mges = √ (f1 ² + f2² +....+ fn ²):n + (f1‘² + f2’² +....+ fn ’²) : n + 2 (f1 f1’+....+ fn fn‘):n 

Gemäß Definition gilt aber: 

___________________ 

m = √ (f1 ² + f2² +....+ fn ²) : n d.h. m² = (f1 ² + f2² +....+ fn ² ) : n 

____________________ 

und m’ = √ (f1‘² + f2’² +....+ fn ’²) : n d.h. m’² = (f1 ‘² + f2’² +....+ fn ’² ) : n 

Der letzte Ausdruck unter der Wurzel wird aber für beliebig große n gegen Null streben, 

f1f1’ + f2f2’ + ....+ fnfn’ 

2 ----------------------------- ⇒ 0 

n 

wenn wir es tatsächlich, wie eingangs vorausgesetzt, mit rein zufälligen Fehlern zu tun haben, 

bei denen die Zahl der positiven und negativen Fehler gleich häufig sind und die Summe 

der Fehler gegen Null strebt. Man beachte, daß im Gegensatz zu fn² und fn’², die aufgrund 

des Quadrats immer positiv sind, das Produkt fnfn’ aber negativ wird, wenn einer der 

beiden Werte negativ ist. Die Summe aus fn² und fn’² wird also jeweils positiv, die Summe 

aus fnfn’ dagegen Null.





VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 72 

Setzen wir die hier erzielten Ergebnisse in die Gleichung für mges ein, so ergibt sich das 

Fehlerfortpflanzungsgesetz zu 

_________ 

m ges = ± √ m² + m’² 

Sind mehr als zwei Meßgrößen vorhanden, erweitert es sich zu 

__________________ 

m ges = ± √ m² + m’² + m’’² + .... allgemeines Fehlerfortpflanzungsgesetz 

d.h. der gesamte Meßfehler ist nicht die Summe der einzelnen Meßfehler sondern die Wurzel 

aus der Summe des Quadrat der einzelnen Meßfehler.


10.2 Graukeil - Vergleichstabelle 




VDE/VDI 

3711, 

Blatt 5.4 

Seite 73 

Dichte Stouffer Stouffer DuPont Morton Hitachi Kalle BASF 

21 41 Riston Dynachem Photec Ozatec Nylotron 

0,05 1 1 1 1 

0,10 2 

0,15 3 1 

0,20 2 4 2 2 2 

0,25 5 

0,30 6 2 

0,35 3 7 3 3 4 

0,40 8 

0,45 9 3 

0,50 4 10 1 4 4 6 

0,55 11 2 

0,60 12 3 4 

0,65 5 13 4 5 5 8 

0,70 14 5 

0,75 15 6 5 

0,80 6 16 7 6 6 10 

0,85 17 8 

0,90 18 9 6 

0,95 7 19 10 7 7 12 

1,00 20 11 

1,05 21 12 7 

1,10 8 22 13 8 8 14 

1,15 23 14 

1,20 24 15 8 

1,25 9 25 16 9 9 16 

1,30 26 17 

1,35 27 18 9 

1,40 10 28 19 10 10 18 

1,45 29 20 

1,50 30 21 10 

1,55 11 31 22 11 11 

1,60 32 23 

1,65 33 24 11 

1,70 12 34 25 12 12 

1,75 35 

1,80 36 12 

1,85 13 37 13 13 

1,90 38 

1,95 39 13 

2,00 14 40 14 14 

2,15 15 15 15 

2,30 16 16 16 

2,45 17 17 17 

2,60 18 18 18 

2,75 19 19 19 

2,90 20 20 20 

3,05 21 21 21

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