Detailansicht
Multiple length-scale modeling of through-mask electrochemical micromachining of complex PCBs
Peter Raffelstetter
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Peter Herzig
DOI
10.25365/thesis.9400
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30284.09295.769164-1
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Simulation der elektrochemischen Mikrobearbeitung komplex fotolithografisch strukturierter Werkstücke umfasst Längenskalen unterschiedlicher Größenordnungen. Die charakteristischen Maße einzelner Strukturelemente betragen typischerweise einige Dutzend Mikrometer, wohingegen die gesamte Arbeitselektrode Zentimeter oder mehr messen kann.
Eine hierarchische Modellierungsstrategie wurde entwickelt, die die Berechnung des Ätzprofils jedes beliebigen Strukturelements eines komplexen Printed Circuit Boards (PCBs) ermöglicht. Die Strategie besteht aus drei separaten und konsekutiven Simulationen auf der makroskopischen, mesoskopischen und mikroskopischen Skala. Diese Simulationen werden miteinander verknüpft, indem bei der Modellierung auf einer Skala die anderen Skalen auf eine vereinfachte Weise Berücksichtigung finden. Der makroskopische Modellierungsschritt berücksichtigt alle geometrischen Einflussgrößen des Reaktors, vernachlässigt aber jene der Strukturelemente durch Anwendung des Active Area Density Konzepts. In den mesoskopischen Schritt fließen alle geometrischen Details der Strukturelemente ein, jedoch umfasst er nur einen mesoskopischen Teil des Werkstücks. Auf der mikroskopischen Skala werden Moving-Boundary Simulationen einzelner Strukurelemente durchgeführt.
Eine Hilfselektrode wurde in die Modellierungsstrategie einbezogen, um den Einfluss derselben auf die Homogenität der Ätzratenverteilung zu untersuchen. Das Leistungsvermögen der Hilfselektrode wird von einem komplexen Zwischenspiel verschiedener Stromdichteextremwerte bestimmt, welches durch die Strukturierung der Arbeitselektrode bedingt ist. Das Zwischenspiel konnte mittels der Abhängigkeiten der Extremwerte von den untersuchten Parametern aufgeklärt werden. Eine optimierte Hilfselektrode zeigte sich äußerst effizient in der Homogenisierung der Ätzratenverteilung.
Die direkte Simulation komplex strukturierter Werkstücke ist aufgrund des benötigten Arbeitsspeichers im Allgemeinen nicht möglich. Die entwickelte Strategie ersetzt die direkte Simulation durch drei separate Modellierungsschritte, die auf gebräuchlichen Computern durchführbar sind, und liefert Ergebnisse, die die tatsächliche Komplexität des Werkstücks widerspiegeln.
Abstract
(Englisch)
The modeling of through-mask electrochemical micromachining of complex patterned workpieces, such as printed circuit boards (PCBs), faces the challenge of multiple length scales. While the characteristic dimensions of the features are typically tens of micrometers, the dimension of the entire working electrode may be centimeters or larger.
A hierarchic modeling strategy has been developed which allows to compute the shape evolution of any desired feature of a complex PCB design. The strategy consists of three separate and consecutive simulations on the macroscopic, the mesoscopic and the microscopic scale. These simulations are merged by considering the other scales than the one in question in a simplified way. The macroscopic modeling step considers all geometric factors of the reactor, but neglects the shapes and sizes of features by using the active area density approach. The mesoscopic step takes into account all geometric factors of the features, but considers only a mesoscopic section of the workpiece. On the microscopic scale, moving-boundary simulations of individual features are performed.
An auxiliary electrode has been introduced into the modeling strategy to investigate its potential in governing the uniformity of the shape evolution. The performance of the auxiliary electrode is governed by a complex interplay of different current density extrema caused by the patterning of the workpiece. This interplay could be cleared up by plotting the current density of the extrema versus the respective parameters. An optimized auxiliary electrode was found to be highly effective in preventing loss of electrical contact due to non-uniform shape evolution.
The direct modeling of complex patterned workpieces is in general infeasible, because it is highly costly in terms of allocated memory. The proposed modeling strategy replaces the direct simulation by three separate simulations, each feasible on customary personal computers and yields results which reflect the real complexity of the workpiece.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
simulation through-mask electrochemical micromachining PCB current density distribution multiple length scales
Schlagwörter
(Deutsch)
Simulation elektrochemische Mikrobearbeitung PCB Stromdichteverteilung
Autor*innen
Peter Raffelstetter
Haupttitel (Englisch)
Multiple length-scale modeling of through-mask electrochemical micromachining of complex PCBs
Paralleltitel (Deutsch)
Simulation der elektrochemischen Mikrobearbeitung komplexer PCBs auf unterschiedlichen Längenskalen
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
134 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Herbert Ipser ,
Günter Fafilek
AC Nummer
AC08104989
Utheses ID
8475
Studienkennzahl
UA | 091 | 419 | |