DE10064629B4

DE10064629B4 - Verfahren zum Verbinden von Leiterplatten

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Publication number: DE10064629B4
Application number: DE10064629A
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Aichi Miyake; Koichi Aichi Shigematsu; Kazuya Aichi Sanada; Hideharu Aichi Ishihara; Yoshitaro Aichi Yazaki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: US6719187B2; US20030205610A1; US6598780B2; US20010013535A1; DE10064629A1

Abstract

Verfahren zum Verbinden eines ersten Verdrahtungsverbinders auf einer ersten Leiterplatte und eines zweiten Verdrahtungsverbinders auf einer zweiten Leiterplatte, umfassend: Anordnen des ersten Verdrahtungsverbinders auf der ersten Leiterplatte und des zweiten Verdrahtungsverbinders auf der zweiten Leiterplatte, wobei der erste Verdrahtungsverbinder gegenüberliegend zu dem zweiten Verdrahtungsverbinder angeordnet ist, wobei der erste Verdrahtungsverbinder auf der ersten Leiterplatte aus Metall besteht und der zweite Verdrahtungsverbinder auf der zweiten Leiterplatte aus Metall besteht und wobei zumindest eine Kohlenwasserstoffverbindung dazwischen angeordnet ist, welche eine Dissoziationsenergie der C-H Bindung von weniger als 950 kJ/mol besitzt und ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Cyclooctan, Tetramethylpentadecan, Triphenylmethan, Dicyclopentadien und Dihydroanthracen; und Zersetzen der Kohlenwasserstoffverbindung unter Ausbildung eines Radikals, wobei die Kohlenwasserstoffverbindung zersetzt wird unter Abtrennen von Wasserstoff aus der Kohlenwasserstoffverbindung durch Erwärmen der Kohlenwasserstoffverbindung, wobei das Radikal, das aus der Kohlenwasserstoffverbindung gebildet ist, Oxidfilme auf Oberflächen der Metalle des ersten Verdrahtungsverbinders und des zweiten Verdrahtungsverbinders reduziert,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden der Verdrahtung auf zwei Leiterplatten und ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrfachleiterplatte.
In der Veröffentlichung der Japanischen Ungeprüften Patentanmeldung Heisei 8-330726 ist ein Verfahren zum Verbinden der Metallverdrahtung auf zwei Leiterplatten offenbart, in welchem Leiterplattenelektroden durch Löten miteinander verbunden werden, aufgrund der Tatsache, daß der auf der Oberfläche des Lots gebildete Oxidfilm aufgrund der Dilatationsenergie bzw. Ausdehnungsenergie einer siedenden Kohlenwasserstoffverbindung aufgebrochen ist.
Wenn jedoch die Dilatationsenergie einer Kohlenwasserstoffverbindung verwendet wird, kann, sogar wenn der Oxidfilm auf den Metalloberflächen des zu schmelzenden Lotes zum Zeitpunkt des Bondens aufgebrochen werden kann, der Oxidfilm auf den Oberflächen des Basismetalls, welches die Leiterplattenelektroden bildet, nicht entfernt werden, da dieses Basismetall nicht geschmolzen wird. Wenn somit das Löten lediglich auf eine Seite einer Leiterplattenelektrode angewendet wird, kann eine ausreichende Bondierungsfestigkeit nicht erhalten werden.
Derzeit existieren Verfahren zum Verwenden eines Preßverbinders, welcher zwei Leiterplatten preßbondiert und fixiert, und ein Verfahren der Verwendung von ACF (anisotrop leitfähigem Film). Das Verfahren der Verwendung eines Preßverbinders verhindert jedoch nicht erhöhte Kosten des Verbinders und einen erhöhten Raumbedarf für eine Verbindung. Das Verfahren der Verwendung von ACF, welches auf dem Punktkontakt von leitfähigen Teilchen basiert, verhindert nicht einen erhöhten Verbindungswiderstand und ist auch hinsichtlich einer Zuverlässigen Leitfähigkeit des Verbindungsabschnitts unzuverlässig.
In diesem Zusammenhang ist ein Verfahren der Verwendung eines isolierenden Klebstoffs in JP-A Nr. S60-140896 , welches hier als Stand der Technik 1 bezeichnet wird, und ein Verfahren der Verwendung eines leitfähigen Klebstoffs in JP-A Nr. H9-320662 , welches hier als Stand der Technik 2 bezeichnet wird, offenbart.
Jedoch verwenden beide der oben erwähnten Referenzen auf den Stand der Technik einen Klebstoff und benötigen daher Zeit zum Fixieren, unabhängig davon, ob es ein Klebstoff vom Heißschmelztyp oder ein hitzehärtbarer Klebstoff ist. Daher sind diese Verfahren nicht in der Lage, Leiterplatten in einer kurzen Zeit zu bonden, und erfordern eine beträchtliche Arbeit zum Verbinden. Im speziellen benötigt der Stand der Technik 1 20 Sekunden für ein Heißpreßbonden des Verbindungsabschnitts.
In der JP 09-136 158 A wird ein Lötverfahren beschrieben, bei dem als Löthilfsstoff eine organische Verbindung, wie beispielsweise ein Alkohol, ein Ether, eine höhere Fettsäure oder ein Kohlenwasserstoff, verwendet wird, die für eine ihrer gebundenen Gruppen eine Dissoziationsenergie von kleiner gleich 550 kJ/mol aufweist und deren Siedetemperatur unterhalb der Löttemperatur liegt. Durch die Dissoziation der gebundenen Gruppe wird ein Oxidfilm des zu verbindenden Materials entfernt und eine gute Benetzung mit Lot erreicht.
Bei dem in der US 5 669 548 A beschriebenen Lötverfahren wird als Löthilfsstoff ein Kohlenwasserstoff zwischen die beiden zu verbindenden Kontakte gegeben, so dass beim Erwärmen und Schmelzen des Lots dieser Hilfsstoff durch sein Ausdehnen den Oxidfilm auf der Lotoberfläche sprengt, d. h. physikalisch zerstört, und so das geschmolzene Metall freilegt.
Die DE 41 32 995 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen einer starren Leiterplatte und einer flexiblen Leiterplatte. Dabei wird mindestens eine von zwei gegenüberliegenden Lötflächen mit Lötpaste oder Lot beschichtet und werden die gegenüberliegenden Lötflächen unter Anwendung von Wärme und gegebenenfalls Druck miteinander verlötet.
Die US 5 897 341 A beschreibt ein Verfahren zum Verbinden von integrierten Schaltkreisen mit einem Träger bei dem die zu verbindenden Kontakte physikalisch kontaktiert und in einer kontrollierten Atmosphäre bei geeigneter Temperatur und über einen ausreichenden Zeitraum erwärmt werden, so dass diese durch Diffusion bondieren.
Darüber hinaus führt kein Stand der Technik ein extrem kostengünstiges Bonden durch. Insbesondere ist der Stand der Technik 1 so ausgestaltet, daß Metallfahnen mit einer speziellen Form, welche aus der gedruckten Leiterplatte hervorstehen, bondiert werden, und es ist daher schwierig, bei niedrigen Kosten zu verbinden.
Darüber hinaus können ein isolierender Klebstoff oder ein thermoplastisches Harz, welche zum Bonden verwendet werden, in den Anschlußverbindungsabschnitt fließen, was möglicherweise zu einer Fehlleitung führt. Die Verwendung eines leitfähigen Klebstoffs kann einen Kurzschluß zwischen benachbarten Anschlüssen bewirken. Demgemäß ist keine Referenz des Stands der Technik für eine Verbindung zwischen Anschlüssen ausreichend zuverlässig.
Folglich ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bonden von Metall zur Verfügung zu stellen, in welchem eine ausreichende Bondierungsfestigkeit erhalten werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verbinden einer gedruckten Leiterplatte und einer flexiblen Leiterplatte zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren in der Lage ist, diese Bauteile bei geringen Kosten und in einer kurzen Zeit mit einer ausreichenden Zuverlässigkeit zu verbinden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 7.
Gemäß dem in Anspruch 1 beschriebenen Verfahren wird zwischen den Verbindungsabschnitt der Verdrahtung einer ersten und einer zweiten Leiterplatte eine Kohlenwasserstoffverbindung gebracht, deren Dissoziationsenergie der C-H Bindung weniger als 950 kJ/mol beträgt. Durch Erwärmen der Kohlenwasserstoffverbindung wird die Kohlenwasserstoffverbindung zersetzt und es wird ein Radikal gebildet, in welchem Wasserstoff von der Kohlenwasserstoffverbindung abgetrennt worden ist. Ein Bonden findet statt, wenn der auf der Oberfläche des Metalls gebildete Oxidfilm durch dieses Radikal reduziert wird.
Hierbei ist die Dissoziationsenergie ΔH der C–H Bindung, wie in 6 aufgezeigt, die Energie, die für die Dissoziation der Alkylgruppe und des Wasserstoffs notwendig ist, wobei die Kohlenwasserstoffverbindung alle ihre Elektronen behält, und wird berechnet, nachdem die Elektronenbahn einer jeden Verbindung bestimmt worden ist. Mit anderen Worten, die Dissoziationsenergie ΔH der C-H Bindung einer jeden Verbindung gibt die Leichtigkeit an, mit der Alkylgruppen und Wasserstoff der Kohlenwasserstoffverbindung dissoziiert werden können. Je geringer diese Energie der Verbindung ist, desto einfacher ist es für Alkylgruppen und Wasserstoff, zu dissoziieren.
Wenn dann, wie in 6 aufgezeigt, die Alkylgruppe und der Wasserstoff dissoziieren, während beide ihre Elektronen behalten, wird diese Alkylgruppe zu einem Radikal, welches den Sauerstoff von Kupferoxid oder dergleichen entfernt, oder mit anderen Worten ausgedrückt das Kupferoxid reduziert, und wieder zu einer stabilen Alkanoxidverbindung wird. Auf diese Weise kann unter Verwendung einer Kohlenwasserstoffverbindung, welche mittels ihrer Zersetzung unter Wärme eine reduzierende Wirkung demonstriert, eine ausreichende Bondierungsfestigkeit erhalten werden.
Das Leiterplattenverbindungsverfahren gemäß Anspruch 7 umfaßt ein Verwenden eines Kohlenwasserstoffaufbringungsschrittes zum Aufbringen einer Kohlenwasserstoffverbindung auf mindestens die Oberfläche einer gedruckten Leiterplatte, wo gedruckte Verdrahtungsanschlüsse existieren, oder einen Abschnitt der Oberfläche einer flexiblen Leiterplatte, wo leitfähige Dickfilmanschlüsse existieren, und eines Heißpreßbondierungsschrittes zum Bonden der flexiblen Leiterplatte an die gedruckte Leiterplatte durch ein Heißpressen, während die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse und die leitfähigen Dickfilmanschlüsse so positioniert werden, daß sie einander gegenüberliegen.
Die Grundplatte der gedruckten Leiterplatte besitzt eine Epoxidglasplatte, welche nicht eingeschränkt ist. Es können zum Beispiel Harzplatten, welche auf anderen Harzen basieren, ausschließlich Mehrfachleiterplatten und Mehrfachmaterialien, verwendet werden, oder es können auch andere keramische Leiterplatten usw. verwendet werden. Die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse werden dargestellt durch ein gedrucktes Muster aus Kupferfolie usw., welches nicht eingeschränkt ist. Es können zum Beispiel eine Gold- oder Silberfolie, ein goldplattierter Leiter oder eine leitfähige Paste usw., welche als ein leitfähiger Dickfilm bezeichnet wird, verwendet werden.
Die flexible Leiterplatte wird ebenfalls als flexible gedruckte Leiterplatte bezeichnet und ist eine flexible und plastische, gedruckte Leiterplatte. Das thermoplastische Harz zur Ausbildung der Folie, welche die Basis der flexiblen Leiterplatte ist, wird dargestellt durch PEN (Polyethylennaphthalat mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 270–280°C), ist jedoch nicht eingeschränkt. Es können zum Beispiel PET (Polyethylenterephthalat mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 340°C), PEEK (Polyetherketon mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 340°C) oder PPS (Polyphenylensulfid mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 250°C) verwendet werden.
Die leitfähigen Dickfilmanschlüsse der flexiblen Leiterplatte werden dargestellt durch eine leitfähige Paste wie Silberpaste, sind jedoch nicht eingeschränkt, und sie können auf einer Metallfolie usw. ausgebildet sein. Neben der Silberpaste kann die leitfähige Paste eine Goldpaste, Aluminiumpaste, Kupferpaste usw. sein.
Die aufgebrachte Kohlenwasserstoffverbindung ist aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Cyclooctan, Tetramethylpentadecan, Triphenylmethan, Dicyclopentadien und Dihycroanthracen und kann sogar eine Verunreinigung einschließen, welche für das Bonden unschädlich ist.
Dies bedeutet, daß man anfänglich einen Kohlenwasserstoffaufbringungsschritt als den einleitenden Schritt durchführt und anschließend einen Heißpreßbondierungsschritt als den Hauptbondierungsschritt durchführt, so daß eine flexible Leiterplatte mit der gedruckten Leiterplatte verbunden wird.
In dem anfänglichen Kohlenwasserstoffaufbringungsschritt wird eine Kohlenwasserstoffverbindung auf mindestens entweder den Abschnitt der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte, wo gedruckte Verdrahtungsanschlüsse existieren, oder den Abschnitt der Oberfläche der flexiblen Leiterplatte, wo leitfähige Dickfilmanschlüsse existieren, aufgebracht.
In dem gewöhnlichen Bondierungsverfahren, in welchem eine gedruckte Leiterplatte plaziert wird und eine flexible Leiterplatte von oben darauf bondiert wird, ist es bevorzugt, den Aufbringungsschritt auf die gedruckte Leiterplatte anzuwenden, welche nach oben zeigt. Es besteht keine Einschränkung hinsichtlich der Aufbringungsweise, und es kann eine Bürste oder eine Walze verwendet werden, oder es kann eine Sprühauftragung sein. Folglich kann der Kohlenwasserstoffaufbringungsschritt in einer kurzen Zeit vollendet werden.
Der Kohlenwasserstoffaufbringungsschritt ist der einleitende Schritt für den Heißpreßbondierungsschritt, der als nächstes erläutert wird, und es ist lediglich beabsichtigt, eine geringe Menge der Kohlenwasserstoffverbindung auf die Bondierungsoberfläche der gedruckten Leiterplatte oder der flexiblen Leiterplatte vor dem Heißpreßbondierungsschritt aufzubringen.
Bei dem nachfolgenden Heißpreßbondierungsschritt wird die flexible Leiterplatte auf die gedruckte Leiterplatte heißpreßbondiert, so daß die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse und die leitfähigen Dickfilmanschlüsse einander gegenüberliegend positioniert sind. Zum Heißpreßbonden der flexiblen Leiterplatte auf die gedruckte Leiterplatte wird ein Heizwerkzeug wie ein erwärmter Metallblock in einen Preßkontakt mit der flexiblen Leiterplatte gebracht, oder es werden die flexible Leiterplatte und die gedruckte Leiterplatte im Zustand eines Preßkontakts einer Ultraschallerwärmung ausgesetzt.
Wenn die flexible Leiterplatte in dem Heißpreßbondierungsschritt auf die gedruckte Leiterplatte heißpreßbondiert wird, wirkt die zuvor aufgebrachte Kohlenwasserstoffverbindung auf die folgenden zwei Arten.
Als erstes wird die Kohlenwasserstoffverbindung auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunkts erwärmt, so daß sie sofort siedet, wobei die Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse der gedruckten Leiterplatte und die Oberfläche der leitfähigen Dickfilmanschlüsse der flexiblen Leiterplatte gereinigt werden, so daß beide Bauteile einfach bondiert werden können. Im speziellen entfernt das Sieden den auf der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse der gedruckten Leiterplatte ausgebildeten Oxidfilm, was bewirkt, daß der metallische Abschnitt, welcher nicht oxidiert ist, innerhalb der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse freigelegt wird. Gleichermaßen entfernt das Sieden die Verunreinigungen, welche die Oberfläche der leitfähigen Dickfilmanschlüsse der flexiblen Leiterplatte bedecken, was bewirkt, daß der metallische Abschnitt der leitfähigen Dickfilmanschlüsse freigelegt wird.
Die Kohlenwasserstoffverbindung besitzt eine niedrige Dissoziationsenergie der C-H Bindung und besitzt eine gewisse reduzierende Wirkung. Bei der Bildung von Metalloxid auf der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse und der leitfähigen Dickfilmanschlüsse reduziert daher die Kohlenwasserstoffverbindung das Oxid zurück zum Metall. Als Ergebnis wird das Oxid gründlich von der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse und der leitfähigen Dickfilmanschlüsse entfernt, wodurch deren Metalloberfläche freigelegt wird.
Folglich wird der Metallabschnitt der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse und der Metallabschnitt der leitfähigen Dickfilmanschlüsse freigelegt und in direktem Kontakt bei einer hohen Temperatur miteinander preßbondiert. Als Folge davon werden beide Bauteile fest miteinander bondiert, was nicht nur eine starke mechanische Bindung erzielt, sondern, basierend auf der festen elektrischen Verbindung, auch eine zufriedenstellende Leitung erzielt.
Zweitens dringt die erwärmte Kohlenwasserstoffverbindung in das Material (Epoxidgas usw.), welches die Folie der flexiblen Leiterplatte oder die Grundplatte der gedruckten Leiterplatte bildet, ein, was ein Quellen des Materials verursacht. Folglich wird das thermoplastische Harz, welches die Folie bildet, unter Schmelzen und Quellen erwärmt, wobei der Abstand zwischen benachbarten Anschlüssen versiegelt wird, und fest auf die Oberfläche der Grundplatte zwischen den gedruckten Verdrahtungsanschlüssen auf der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte und der Seitenfläche der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse geklebt. Als ein Ergebnis werden die gedruckte Leiterplatte und die flexible Leiterplatte fest bondiert, so daß sie eine erhöhte Festigkeit gegenüber einem Ablösen besitzen, und beide Bauteile werden mechanisch fest bondiert. Darüber hinaus versiegelt die Folie den Abschnitt zwischen Anschlüssen, was ein Kurzschließen und eine Erosion, verursacht durch auftretenden Tau, verhindert.
Der Heißpreßbondierungsschritt verbindet nämlich nicht nur die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse und die leitfähigen Dickfilmanschlüsse elektrisch und mechanisch fest, sondern er bondiert auch die gedruckte Leiterplatte und die flexible Leiterplatte mechanisch. Der versiegelte Bondierungsabschnitt verhindert ein Kurzschließen, welches durch Ionen zwischen benachbarten Anschlüssen bewirkt wird, und verhindert auch den Kurzschluß und die Erosion, welche durch auftretenden Tau verursacht werden. Als ein Ergebnis ist die Verläßlichkeit der Verbindung zwischen der gedruckten Leiterplatte und der flexiblen Leiterplatte verbessert.
Auch das thermoplastische Harz, welches die Folie der flexiblen Leiterplatte bildet, quillt auf, um den Zwischenraum des Bondierungsabschnitts zu füllen und den Bondierungsabschnitt zu versiegeln, wodurch der Bondierungsabschnitt aufgrund von auftretendem Tau kaum einen Kurzschluß oder eine fehlerhafte Verbindung entwickelt, wodurch eine hohe Zuverlässigkeit der Verbindung erreicht wird. Auch erreicht das auf diesem Mittel basierende Leiterplattenverbindungsschema die ausreichende Verbindungszuverlässigkeit.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aufgrund der Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen.
Es zeigt:
1 eine Querschnittsansicht, welche das Befestigungsverfahren in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;
2 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Befestigungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Befestigungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Befestigungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Befestigungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 eine Figur zur Erläuterung der Kupferoxid-Reduktionsreaktion durch ein Alkan;
7 eine Figur, welche das Verhältnis zwischen der Dissoziationsenergie der C-H Bindung und der Reduktionsratenkonstante gemäß der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
8 eine Figur zur Erläuterung des Meßverfahrens der Kupferoxid-Reduktionsrate gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 eine Figur, welche das Verhältnis zwischen der Dissoziationsenergie der C-H Bindung und dem Verbindungsflächenmoment gemäß der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
10 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Befestigungsverfahrens der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 eine Querschnittsansicht, welche das Befestigungsverfahren der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
12 eine Querschnittsansicht, welche das Befestigungsverfahren der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
13 eine Querschnittsansicht, welche das Befestigungsverfahren der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
14 eine Querschnittsansicht, welche das Befestigungsverfahren der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
15 eine Querschnittsansicht, welche das Befestigungsverfahren der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
16 eine Querschnittsansicht, welche das Befestigungsverfahren der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
17 eine Querschnittsansicht, welche das Befestigungsverfahren der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
18 eine Querschnittsansicht, welche das Befestigungsverfahren der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
19 eine Querschnittsansicht, welche das Befestigungsverfahren der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
20 eine perspektivische Ansicht, welche den Anfangszustand des Heißpreßbondierungsschrittes basierend auf der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
21 eine Querschnittsabbildung, welche die Hauptanordnung des Heißpreßbondierungsschrittes basierend auf der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
22 eine Querschnittsabbildung, welche den Zwischenzustand des Heißpreßbondierungsschrittes basierend auf der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
23 eine Querschnittsabbildung, welche den bondierten Zustand nach dem Heißpreßbondierungsschritt basierend auf der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
24 eine perspektivische Ansicht, welche die Hauptanordnung einer Mehrfachleiterplatte aufzeigt, die basierend auf der vorliegenden Erfindung hergestellt ist; und
25 einen Graph, der einen Effekt der vorliegenden Erfindung aufzeigt.
Nachfolgend wird gemäß den Figuren die erste Ausführungsform dieser Erfindung erläutert.
In 5 ist eine zweite Leiterplatte 20 auf der Oberseite einer ersten Leiterplatte 10 befestigt und zeigt die Verbindung zwischen der jeweiligen Verdrahtung. Im speziellen zeigt sie den Zustand, nachdem eine Verbindung vollendet worden ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird als die erste Leiterplatte eine gedruckte Leiterplatte (PWB (printed wiring board)) verwendet. Diese Leiterplatte 10 schließt ein isolierendes Substrat 11 ein, auf dessen Oberfläche ein Metallverdrahtungsverbinder C1 ausgebildet ist. Der Metallverdrahtungsverbinder C1 besteht aus einer Metallelektrode 12, die aus Kupfer besteht. Als die zweite Leiterplatte 20 wird eine flexible Leiterplatte (FWB (flexible wiring board)) verwendet. Diese Leiterplatte 20 schließt ein isolierendes Substrat 21 ein, auf dessen Oberfläche ein Metallverdrahtungsverbinder C2 ausgebildet ist. Der Metallverdrahtungsverbinder C2 besteht aus einer Metallelektrode 22, die aus Kupfer besteht, und Lot 23, welches an der Metallelektrode 22 anhaftet und diese bedeckt.
Bei dieser Art von Ausführungsform bestehen die Metallverdrahtungsverbinder C1 und C2 der ersten und zweiten Leiterplatten aus Metallelektroden 12 bzw. 22 und sind derart konfiguriert, daß zumindest eine Seite der Metallelektrode 22 mittels eines Lots 23 auf mindestens einer Seite der Metallelektrode 12 plaziert ist und daran anhaftet. Dann ist der Metallverdrahtungsverbinder C1 auf der ersten Leiterplatte 10 mit dem Metallverdrahtungsverbinder C2 auf der zweiten Leiterplatte bondiert (es sind der Kupferanschluß und der lotbeschichtete Kupferanschluß miteinander bondiert). Auf diese Weise sind der Metallverdrahtungsverbinder C1 der ersten Leiterplatte und der Metallverdrahtungsverbinder C2 der zweiten Leiterplatte miteinander verbunden.
Als nächstes wird unter Verwendung der 1–5 das Verfahren der Herstellung erläutert. Als erstes werden, wie in 1 aufgezeigt, eine erste Leiterplatte (PWB) 10 und eine zweite Leiterplatte (FPC) 20 hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt besitzt die Oberfläche des Metallverdrahtungsverbinders (Kupferverdrahtung) C1 auf der ersten Leiterplatte 10 einen aufgrund von Luftoxidation darauf ausgebildeten Oxidfilm. Ferner besitzt die Oberfläche des Lots 23 auf dem Metallverdrahtungsverbinder C2 der zweiten Leiterplatte 20 einen aufgrund von Luftoxidation darauf ausgebildeten Oxidfilm.
Dann wird, wie in 2 aufgezeigt, eine Kohlenwasserstoffverbindung 30 mit einer Dissoziationsenergie der C-H Bindung von weniger als 950 kJ/mol auf den Metallverdrahtungsverbinder (Kupferverdrahtung) C1 auf der ersten Leiterplatte 10 aufgebracht. Diese Kohlenwasserstoffverbindung ist zumindest eine, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Cyclooctan, Tetramethylpentadecan, Triphenylmethan, Dicyclopentadien oder Dihycroanthracen.
Fortführend wird, wie in 3 aufgezeigt, die zweite Leiterplatte 20 derart auf der ersten Leiterplatte 10 plaziert, daß die Metallverdrahtungsverbinder C1 und C2 einander gegenüberliegen. Dadurch kann die Kohlenwasserstoffverbindung 30 mit einer Dissoziationsenergie der C-H Bindung von weniger als 950 kJ/mol zwischen dem Metall, aus dem der Metallverdrahtungsverbinder C1 auf der ersten Leiterplatte besteht, und dem Metall, aus dem der Metallverdrahtungsverbinder C2 auf der zweiten Leiterplatte besteht, angeordnet werden, und es können die Metallverdrahtungsverbinder C1 und C2 auf beiden Platten einander gegenüberliegend angeordnet werden.
Wenn dann ein Druck zwischen den Metallverdrahtungsverbindern C1 und C2 auf beiden Platten 10 und 20 aufgebracht wird, wird das Lot 23 über seinen Schmelzpunkt hinaus erwärmt. Der Betrag des aufgebrachten Drucks beträgt zum Beispiel 0,3 bis 2,0 MPa. Ferner werden der Druck und das Erwärmen während 1 bis 10 Sekunden angewendet.
Zu diesem Zeitpunkt wird, wie in 4 und 6 aufgezeigt, durch Erwärmen der Kohlenwasserstoffverbindung 30 die Kohlenwasserstoffverbindung 30 zersetzt, und die Kohlenwasserstoffverbindung 30 sondert Wasserstoff ab und geht in ein Radikal über. Während der Reduktion der Oxid filme 12a und 23a, die auf den Metalloberflächen ausgebildet sind, mittels der radikalisierten Kohlenwasserstoffverbindung 30 wird das Metall, aus dem die Metallverdrahtungsverbinder C1 und C2 auf beiden Leiterplatten bestehen, durch das Schmelzen des Metalls (Lots) miteinander verbunden. Mit anderen Worten, die Oxidfilme 12a und 23a werden durch die Reduktion der Oxidfilme 12a und 23a entfernt, und es wird eine saubere Metalloberfläche freigelegt. In diesem Zustand, in welchem die Benetzung gut ist, kontaktiert die Oberfläche des Kupferfilms 12 auf der Platte 10 mit der Oberfläche des Lots 23 auf der Platte 20. Darüber hinaus wird, wie in 5 aufgezeigt, begleitet durch das Schmelzen des Lots 23, das Lot 23 auf der Platte 20 mit dem Kupferfilm 12 auf der Platte 10 bondiert. In dieser Ausführungsform werden durch ein Erwärmen der Kohlenwasserstoffverbindung 30 auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Lots 23 die Oxidfilme 12a und 23a auf den Oberflächen der Metallelektrode 12 oder des Lots 23 durch die Kohlenwasserstoffverbindung 30 reduziert, wenn die Metallelektroden 12 und 22 auf beiden Leiterplatten durch Verschmelzen mit dem Lot 23 miteinander bonden.
Auf diese Weise werden die Oxidfilme 12a und 23a auf den Oberflächen des Basismetalls (im vorliegenden Beispiel der Kupferfilm 12) und dem Lot 23 eliminiert, werden das Basismetall und das Lot 23 miteinander verbunden und wird eine in hohem Maße zuverlässige Verbindung zwischen Bauelementen (die Verbindung zwischen den Verdrahtungen) möglich. Mit anderen Worten, durch Verwenden der Kohlenwasserstoffverbindung 30 (eine Kohlenwasserstoffverbindung, bei der die Dissoziationsenergie der C-H Bindung weniger als 950 kJ/mol beträgt) zum Reduzieren der Oxidfilme 12a und 23a auf den Oberflächen des Metalls können saubere Metalloberflächen kontaktiert und mit Lot miteinander verbunden werden und kann eine gute Verbindung mit einer hohen Zuverlässigkeit erhalten werden.
In der vorliegenden Ausführungsform von diesem Typ kann durch Verwenden der reduzierenden Wirkung, welche die Kohlenwasserstoffverbindung 30 aufweist, eine geeignete Bondierungsfestigkeit erhalten werden. Mit anderen Worten, durch Verwenden einer spezifischen Kohlenwasserstoffverbindung mit einer Dissoziationsenergie der C-H Bindung von weniger als 950 kJ/mol als einer Kohlenwasserstoffverbindung 30 kann die Kohlenwasserstoffverbindung dazu gebracht werden, eine reduzierende Wirkung aufzuweisen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben zahlreiche Experimente in Bezug auf die Bondierungstheorie durchgeführt und erklären diese wie folgt.

(i) Es wurden die Niveaus an Wasserstoff und Wasser bestimmt, die erzeugt werden, wenn Kupferoxid in jede Spezies einer flüssigen Kohlenwasserstoffverbindung eingeweicht und erwärmt wurde. Dabei ergab sich, daß das Vorkommen von Wasserstoff bestätigt wurde, jedoch kein Wasser nachgewiesen wurde. Dadurch wurde bestätigt, daß die Reduktion von Kupferoxid nicht durch Wasserstoff bewerkstelligt wurde.
(ii) Es wurde das Reaktionsprodukt analysiert, das erzeugt wird, wenn Kupferoxid in jede Spezies der flüssigen Kohlenwasserstoffverbindung eingeweicht und erwärmt wurde. Dabei ergab sich, daß das Vorkommen von oxidierten Kohlenwasserstoffverbindungen bestätigt wurde (zum Beispiel im Fall von Cyclooctan wurde das Vorkommen von Cyclooctanon und Cyclooctanol bestätigt). Dadurch wurde festgestellt, daß eine Möglichkeit besteht, daß Kohlenwasserstoffverbindungen Kupferoxid reduzieren.
(iii) Um zu bestätigen, ob die in (ii) gemachte Schlußfolgerung korrekt war, wurde die Beziehung zwischen der Dissoziationsenergie der C-H Bindung und der Reduktionsratenkonstante gesucht. Diese Ergebnisse sind in 7 aufgezeigt. Die horizontale Achse von 7 ist die Dissoziationsenergie ΔH der C-H Bindung, und die vertikale Achse ist die Reduktionsratenkonstante. Die verwendeten Proben waren Dicyclopentadien, Triphenylmethan, Cyclooctan, Tetramethylpentadecan und Eicosan. Wie in 8 aufgezeigt, wird hierbei ein Substrat (eine oxidierte Kupferelektrode) in ein Versuchsobjekt gegeben und über einen festen Zeitraum auf 300°C erhitzt, wobei der Sauerstoff auf der Oberfläche der Kupferelektrode mittels wellenlängendispersiver Röntgenspektroskopie analysiert wurde und die Reduktionsratenkonstante mittels der folgenden Formel bestimmt wurde.

Reduktionsratenkonstante = (1 – X/X1)/(t-mal X),

X1: der Röntgenzählimpuls im ersten Oxidationszustand ist,
X: der Röntgenzählimpuls in jedem Intervall der abgelaufenen Zeit ist,
T: die Erwärmungszeit (Sekunden) ist.

Diese wie in 7 aufgezeigten Ergebnisse bestätigen die Beziehung, daß je geringer die Dissoziationsenergie der C-H Bindung wird, desto größer die Reduktionsrate ist. Dadurch wurde bestätigt, daß Kupferoxid und dergleichen durch Kohlenwasserstoffverbindungen, welche zu Radikalen werden, reduziert wird.
Unter Verwendung einer Substanzspezies, in welcher die Dissoziationsenergie der C-H Bindung relativ niedrig ist, an dem Punkt, wo ein Bonden zwischen dem Kupferanschluß und dem lotbedeckten Anschluß stattfindet, wie in 9 aufgezeigt, in Bezug auf eine Kohlenwasserstoffverbindung mit einer Dissoziationsenergie der C-H Bindung von weniger als 950 kJ/mol, kann ein äquivalentes Verbindungsflächenmoment erhalten werden, wie bei einem Flußmittel nach dem Stand der Technik, und kann eine ausreichende Bondierungsfestigkeit sichergestellt werden (je geringer die Dissoziationsenergie der C-H Bindung, desto vorteilhafter die Bondierungseigenschaften). Die Details sind in 9 aufgezeigt, in welcher die horizontale Achse die Dissoziationsenergie ΔH der C-H Bindung darstellt, die vertikale Achse das Verbindungsflächenmoment darstellt und die verwendeten Proben Dihydroanthracen, Dicyclopentadien, Cyclooctan, Tetramethylpentadecan und Eicosan sind. Wenn hier unter Bezug auf das Verbindungsflächenmoment ein (hypothetisches) rechteckiges Beobachtungsfenster erstellt wird, wobei das kurze Ende des Rechtecks zur Bildung der Bindungsfläche verwendet wird, und dieses Beobachtungsfenster zu der Fläche in der rechteckigen Bondierungsfläche, in welcher die Sondierung schlecht ist, gebracht wird, wird der Fensterinhalt die Gesamtfläche und das geforderte tatsächliche Bindungsflächenverhältnis einfassen. Die Ergebnisse sind derart, daß, um ein Verbindungsflächenmoment von oberhalb 0,7 zu besitzen, wenn ein Flußmittel verwendet wird, es so zu verstehen ist, daß es wünschenswert ist, eine Substanz mit einer Dissoziationsenergie der C-H Bindung von weniger als 950 kJ/mol zu verwenden.
Hinsichtlich des Bondens ohne der Verwendung eines Flußmittels wurde beim Löten zusätzlich zuvor ein Flußmittel verwendet und nach dem Bonden wurde gereinigt. Da jedoch ein Reinigen aufgrund von Umweltproblemen schwierig wurde und da ein Problem erzeugt wurde, dahingehend, daß ein Flußmittelrückstand eine Abnahme der inselartigen Beschaffenheit bewirkt, wenn unter Nichtverwenden eines Flußmittels gelötet wird, stellt die Wirkung eines Oxids auf die Verbindungsfläche keine ausreichende Verbindung sicher, und die Zuverlässigkeit der Verbindung ist schlecht. Es ist somit nützlich, kein Flußmittel zu verwenden und die Oxide aufzubrechen, um eine gute Verbindung sicherzustellen. Ferner wird in dem vorliegenden Verfahren ein flußmittelartiges Metall nicht geschmolzen und es besteht keine Abnahme der inselartigen Beschaffenheit, so daß keine Metallionenaktivität erzeugt wird. Mit anderen Worten, die Reduktionsreaktion des vorliegenden Verfahrens erzeugt keine Metallionen, so daß Sauerstoff aus dem Oxid abgezogen werden kann.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform mit spezieller Berücksichtigung der Unterschiede zu der ersten Ausführungsform erläutert.
In der ersten Ausführungsform wird ein Lot verwendet, um den Kupferanschluß und den lotbeschichteten Kupferanschluß miteinander zu bonden. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Metalle, welche beide Anschlüsse bilden, durch gegenseitige Dispersion miteinander bondiert.
In 14 wird eine zweite Leiterplatte 20 auf eine erste Leiterplatte 10 montiert, und deren jeweilige Verdrahtung liegt verbunden vor. Mit anderen Worten, 14 zeigt den Zustand nach einem Verbinden.
Auf der Oberfläche eines isolierenden Substrates 11 auf der ersten Leiterplatte (PWB) 10 ist ein Metallverdrahtungsverbinder C1 ausgebildet. Der Metallverdrahtungsverbinder C1 besteht aus einer Metallelektrode 12, die gebildet ist aus Kupfer, einem Nickelfilm 13, der an der Oberfläche der Kupferelektrode 12 haftet und diese bedeckt, und einem Goldfilm 14, der auf dem Nickelfilm 13 ausgebildet ist.
Auf der Oberfläche eines isolierenden Substrates 21 auf der zweiten Leiterplatte (FPC) 20 ist ein Metallverdrahtungsverbinder C2 ausgebildet. Der Metallverdrahtungsverbinder C2 besteht aus einer Metallelektrode 22, die gebildet ist aus Kupfer und einem Zinnfilm 23, der auf deren Oberfläche haftet und diese bedeckt.
Dann werden der Goldfilm 14 auf der ersten Leiterplatte 10 und der Zinnfilm 23 auf der zweiten Leiterplatte 20 durch gegenseitige Diffusion der beiden Metalle miteinander bondiert. Auf diese Weise wird der Metallverdrahtungsverbinder C1 der ersten Leiterplatte 10 mit dem Metallverdrahtungsverbinder C2 der zweiten Leiterplatte verbunden.
Als nächstes wird das Herstellungsverfahren unter Verwendung der 10–14 erläutert.
Wie in 10 aufgezeigt, werden zuerst eine erste Leiterplatte (PWB) 10 und eine zweite Leiterplatte (FPC) 20 hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Oxidfilm 14a durch Luftoxidation auf der Oberfläche des Goldfilms 14 auf dem Metallverdrahtungsverbinder C1 der ersten Leiterplatte 10 ausgebildet. Ferner ist ein Oxidfilm 24a durch Luftoxidation auf der Oberfläche des Zinnfilms 24 auf dem Metallverdrahtungsverbinder C2 der zweiten Leiterplatte 20 ausgebildet.
Wie in 11 aufgezeigt, wird dann eine Kohlenwasserstoffverbindung mit einer Dissoziationsenergie der C-H Bindung von weniger als 950 kJ/mol auf den Goldfilm 14 der ersten Leiterplatte 10 aufgebracht.
Wie in 12 aufgezeigt, wird im folgenden die zweite Leiterplatte 20 so auf der ersten Leiterplatte 10 plaziert, daß die Metallverdrahtungsverbinder C1 und C2 einander gegenüberliegen. Durch diese Maßnahme sind die Metallverdrahtungsverbinder C1 und C2 der beiden Platten 10 und 20 in einem gegenüberliegenden Zustand angeordnet, in welchem die Kohlenwasserstoffverbindung 30 zwischen dem Metall (14) der ersten Leiterplatte 10 und dem Metall (23) der zweiten Leiterplatte 20 angeordnet ist. Mit anderen Worten, die Metallverdrahtungsverbinder C1 und C2 der beiden Platten 10 und 20 sind einander gegenüberliegend in einem Zustand angeordnet, in welchem die Kohlenwasserstoffverbindung 30, die eine Dissoziationsenergie von weniger als 950 kJ/mol besitzt, zwischen dem Metall, welches den Metallverdrahtungsverbinder C1 der ersten Leiterplatte 10 bildet, und dem Metall, welches den Metallverdrahtungsverbinder C2 der zweiten Leiterplatte 20 bildet, angeordnet ist.
Während ein Druck zwischen den Metallverdrahtungsverbindern C1 und C2 der beiden Platten 10 und 20 angewendet wird, wird dann das Metall (Gold) 14 auf der ersten Leiterplatte 10 und das Metall (Zinn) 23 auf der zweiten Leiterplatte 20 auf unterhalb dem Schmelzpunkt von Zinn erwärmt. Der Betrag an angewendetem Druck beträgt zum Beispiel 0,3 bis 2,0 MPa. Ferner liegt die Erwärmungstemperatur zwischen 180 und 200°C, niedriger als der Schmelzpunkt von Zinn (232°C). Darüber hinaus liegt die Zeit, über die der Druck angewendet wird und das Erwärmen stattfindet, zwischen 1 und 10 Sekunden.
Wie in 13 aufgezeigt, zersetzt sich zu diesem Zeitpunkt die Kohlenwasserstoffverbindung 30 aufgrund der Erwärmung der Kohlenwasserstoffverbindung 30, und die Kohlenwasserstoffverbindung bildet ein Radikal durch Abspalten von Wasserstoff davon. Während der Reduktion der Oxidfilme 14a und 23a, welche auf der Metalloberfläche ausgebildet sind, mittels dem Radikal der Kohlenwasserstoffverbindung werden die Metallverdrahtungsverbinder C1 und 02 auf beiden Leiterplatten 10 und 20 mittels der Diffusion von Metall bondiert.
Das heißt, der Oxidfilm 14a auf der Oberfläche des Goldfilms 14 und die Oxidschicht 23a auf der Oberfläche des Zinnfilms 23, mit anderen Worten, die Oxidschichten 14a und 23a auf den Metalloberflächen 14 und 23 der ersten und zweiten Leiterplatten 10 und 20, werden mittels der Kohlenwasserstoffverbindung 30 reduziert. Die Oxidfilme 14a und 23a werden durch die Reduktion der Oxidfilme 14a und 23a entfernt, und es wird eine saubere Metalloberfläche freigelegt. In dem Zustand, in welchem eine Benetzung gut ist, kontaktiert die Oberfläche des Goldfilms 14 auf der Platte 10 mit der Oberfläche des Zinnfilms 23 auf der Platte 20. Dann findet die gegenseitige Diffusion von Gold und Zinn statt und, wie in 14 aufgezeigt, wird das Zinn 23 auf der Platte 20 mit dem Goldfilm 14 auf der Platte 10 bondiert.
In der vorliegenden Ausführungsform von diesem Typ, wenn der Metallverdrahtungsverbinder C1 der ersten Leiterplatte 10 Gold enthält, der Metallverdrahtungsverbinder C2 der zweiten Leiterplatte 20 Zinn enthält und die Kohlenwasserstoffverbindung 30 zwischen diesem Gold und Zinn angeordnet ist, können durch ein Erwärmen auf unterhalb dem Schmelzpunkt von Zinn beide Metalle mittels Diffusion bondiert werden.
Auf diese Weise werden die Oxidfilme 14a und 23a auf der Oberfläche der Basismetalle (in dieser Ausführungsform Goldfilm 14 und Zinnfilm 23) eliminiert, und die Basismetalle bonden, und es wird eine in hohem Maße zuverlässige Verbindung zwischen Bauteilen (die Verbindung zwischen den Verdrahtungen) möglich. Mit anderen Worten, durch Verwendung der Kohlenwasserstoffverbindung 30 zur Reduktion der Oxidfilme 14a und 23a auf der Oberfläche der Metalle können saubere Metalloberflächen in Kontakt gebracht werden und kann eine gegenseitige Diffusion stattfinden und kann eine gute Verbindung mit einer hohen Zuverlässigkeit erhalten werden.
Da ferner kein Lötverfahren vorhanden ist, ist die Bondierungsmaßnahme kostengünstig. Darüber hinaus existiert im Fall eines Lötens ein Grenzwert des Elektrodenabstands (Elektrodenpitch) von 0,3 mm. Wenn jedoch das vorliegende Verfahren verwendet wird, kann ein Bonden bei einem Elektrodenabstand von weniger als 0,3 mm stattfinden. Mit anderen Worten, das Lötbefestigungsverfahren ist für winzige Verbindungen ungeeignet, und im Legierungsverfahren ist es ebenfalls für winzige Verbindungen ungeeignet, da die Legierung über die beabsichtigte Fläche hinaus ausläuft. Durch Verwendung des vorliegenden Verfahrens kann es jedoch auf Produkte angewendet werden, welche einen winzigen Abstand (Pitch) besitzen. Insbesondere in den vergangenen Jahren ist die Anforderung an den Elektrodenabstand von Bauteilen und der Verbindertechnologie angestiegen. Das Lötbefestigungsverfahren ist jedoch für winzige Verbindungen ungeeignet, und in dem Lötverfahren besteht ein Elektrodenabstandsgrenzwert von 0,3 mm. Da in dem Legierungsverfahren die Legierung sich über ihre beabsichtigte Fläche hinaus ausbreitet, ist sie ferner gleichermaßen ebenfalls ungeeignet für winzige Verbindungen. Die vorliegende Ausführungsform kann jedoch für Produkte mit winzigem Abstand angewendet werden.
Wie oben, kann sogar in dem Fall, in dem der Elektrodenabstand gering ist, eine hohe Verbindungszuverlässigkeit bei Bauteilen (die Verbindung zwischen den Verdrahtungen) durchgeführt werden.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform unter spezieller Berücksichtigung der Unterschiede zu der zweiten Ausführungsform erläutert.
In 19 ist eine zweite Leiterplatte 60 auf einer ersten Leiterplatte 50 montiert, und die jeweiligen Verdrahtungen liegen verbunden vor. Mit anderen Worten, 14 zeigt den Zustand nach einem Verbinden.
In der ersten Leiterplatte 50 ist auf der Oberfläche eines isolierenden Substrates 51 ein Metallverdrahtungsverbinder C1 ausgebildet. Der Metallverdrahtungsverbinder C1 besteht aus einer Metallelektrode 52 und ist aus Kupfer aufgebaut. Für das isolierende Substrat 51 wird ferner ein Aluminiumoxidsubstrat verwendet. In der zweiten Leiterplatte 60 ist auf der Oberfläche eines isolierenden Substrates 61 ein Metallverdrahtungsverbinder C2 ausgebildet. Der Metallverdrahtungsverbinder C2 besteht aus einer Metallelektrode und ist aus Kupfer aufgebaut. Als das isolierende Substrat 61 wird ferner ein Aluminiumoxidsubstrat verwendet.
Dann werden der Metallverdrahtungsverbinder (Kupferverdrahtung) C1 der ersten Leiterplatte 50 und der Metallverdrahtungsverbinder (Kupferverdrahtung) C2 der zweiten Leiterplatte 60 durch gegenseitige Diffusion miteinander bondiert. Auf diese Weise werden der Metallverdrahtungsverbinder C1 der ersten Leiterplatte 50 und der Metallverdrahtungsverbinder C2 der zweiten Leiterplatte 60 miteinander verbunden.
Als nächstes wird das Verfahren der Herstellung unter Verwendung der 15 bis 19 erläutert.
Wie in 15 aufgezeigt, werden als erstes die erste Leiterplatte 50 und die zweite Leiterplatte 60 hergestellt. In der ersten Leiterplatte 50 ist zu diesem Zeitpunkt auf der Oberfläche des Metallverdrahtungsverbinders (Kupferverdrahtung) C1 durch eine Luftoxidation ein Oxidfilm 52a ausgebildet. Gleichermaßen ist in der zweiten Leiterplatte 60 auf der Oberfläche des Metallverdrahtungsverbinders (Kupferverdrahtung) C2 durch eine Luftoxidation ein Oxidfilm 62a ausgebildet.
Wie in 16 aufgezeigt, wird dann eine Kohlenwasserstoffverbindung, welche eine Dissoziationsenergie der C-H Bindung von weniger als 950 kJ/mol besitzt, auf den Metallverdrahtungsverbinder (Kupferverdrahtung) C1 der ersten Leiterplatte 50 aufgebracht. Die Kohlenwasserstoffverbindung ist zumindest eine, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Cyclooctan, Tetramethylpentadecan, Triphenylmethan, Dicyclopentadien und Dihydroanthracen.
Wie in 17 aufgezeigt, wird im folgenden die zweite Leiterplatte 60 so auf der ersten Leiterplatte 50 plaziert, daß die Metallverdrahtungsverbinder C1 und C2 einander gegenüberliegen. In dem Zustand, in dem die Kohlenwasserstoffverbindung 70 zwischen dem Metallverdrahtungsverbinder C1 der ersten Leiterplatte 50 und dem Metallverdrahtungsverbinder C2 der zweiten Leiterplatte 60 angeordnet ist, sind die Metallverdrahtungsverbinder C1 und C2 der beiden Leiterplatten 50 und 60 einander gegenüberliegend angeordnet. Mit anderen Worten, in dem Zustand, in dem eine Kohlenwasserstoffverbindung 70, welche eine Dissoziationsenergie der C-H Bindung von weniger als 950 kJ/mol besitzt, zwischen dem Metall, welches den Metallverdrahtungsverbinder C1 der ersten Leiterplatte 50 bildet, und dem Metall, welches den Metallverdrahtungsverbinder C2 der zweiten Leiterplatte 60 bildet, angeordnet ist, sind die Metallverdrahtungsverbinder C1 und C2 der beiden Leiterplatten 50 und 60 einander gegenüberliegend angeordnet.
In dem Zustand, in welchem ein Druck zwischen den Metallverdrahtungsverbindern C1 und C2 auf den beiden Platten 50 und 60 angewendet wird, wird dann das Metall (Kupfer), aus welchem die Metallverdrahtung besteht, auf unterhalb seines Schmelzpunkts erwärmt. Der zu diesem Zeitpunkt angewendete Druck beträgt zum Beispiel 0,3 bis 2,0 MPa. Ferner liegt die angewendete Wärme zwischen 700 und 1000°C, niedriger als der Schmelzpunkt von Kupfer (1083°C). Darüber hinaus werden Druck und Wärme zwischen 30 und 60 Sekunden angewendet.
Zu diesem Zeitpunkt wird durch ein Erwärmen der Kohlenwasserstoffverbindung 70 die Kohlenwasserstoffverbindung 70 zersetzt und spaltet die Kohlenwasserstoffverbindung 70 unter Ausbildung eines Radikals Wasserstoff davon ab. Aufgrund des aus der Kohlenwasserstoffverbindung gebildeten Radikals werden die Oxidfilme 52a und 62a, die auf den Metalloberflächen ausgebildet sind, reduziert, wobei zur gleichen Zeit die Metalle, aus welchen die Metallverdrahtungsverbinder C1 und C2 auf beiden Platten bestehen, durch Dispersion miteinander bonden.
Das heißt, der Oxidfilm 52a auf der Oberfläche des Kupferfilms 52 und der Oxidfilm 62a auf der Oberfläche des Kupferfilms 62, mit anderen Worten, die Metalloxide 52a und 62a auf den Metalloberflächen, welche die Metallverdrahtung bilden, werden durch den Kohlenwasserstoff 70 reduziert. Durch die Reduktion der Oxide 52a und 62a werden saubere Metalloberflächen freigelegt. Wie in 18 aufgezeigt, ist als ein Ergebnis der Zustand der Benetzung gut, und die Oberfläche des Kupferfilms 52 auf der Leiterplatte 50 steht in Kontakt mit der Oberfläche des Kupferfilms 62 auf der Leiterplatte 60. Wie in 19 aufgezeigt, findet dann eine gegenseitige Dispersion der beiden Kupfer statt (beide Kupfer dispergieren gegenseitig in die Hartphase), wobei der Kupferfilm 52 auf der Leiterplatte 50 mit dem Kupferfilm 62 auf der Leiterplatte 60 bondiert.
Auf diese Weise werden die Oxidfilme 52a und 62a auf den Oberflächen des Basismetalls (in der vorliegenden Ausführungsform die Kupferfilme 52 und 62) abgebaut und die Oberflächen verbunden, was zu einer hohen Verbindungszuverlässigkeit von Bauteilen führt. Mit anderen Worten, durch Verwenden des Kohlenwasserstoffs 70 als eifern Reduktionsmittel auf den Oxidfilmen 52a und 62a auf den Metalloberflächen können die beiden sauberen Metalloberflächen kontaktieren, kann eine gegenseitige Dispersion stattfinden und kann eine vorteilhafte Verbindung mit einer hohen Zuverlässigkeit erhalten werden.
Wie oben, kann gleichermaßen wie in der zweiten Ausführungsform, sogar wenn der Elektrodenabstand gering ist, eine hohe Verbindungszuverlässigkeit in Bauteilen auftreten (die Verbindung zwischen Verdrahtungen).
Zusätzlich wird in den zuvor erwähnten ersten bis dritten Ausführungsformen die Kohlenwasserstoffverbindung lediglich auf den Metallverdrahtungsverbinder C1 der ersten Leiterplatte aufgebracht. Sie kann jedoch auf lediglich den Metallverdrahtungsverbinder C2 der zweiten Leiterplatte oder auf beide Metallverdrahtungsverbinder C1 und C2 auf beiden Platten aufgebracht werden.
Das Leiterplattenverbindungsverfahren, wie es in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird, beruht auf einem Verfahren des Miteinanderverbindens einer gedruckten Leiterplatte 1, welche eine Basisplatte 11 und eine Vielzahl an gedruckten Verdrahtungsanschlüssen 12, welche an die Oberfläche der Basisplatte 11 bondiert sind, besitzt, und einer flexiblen Leiterplatte 2, welche eine Folie 21, der aus einem thermoplastischen Harz gemacht ist, und eine Vielzahl an leitfähigen Dickfilmanschlüssen 22, welche auf die Oberfläche der Folie 21 bondiert sind, besitzt, wie in 20 aufgezeigt. Das Leiterplattenverbindungsverfahren dieser Ausführungsform ist ein Herstellungsverfahren der Herstellung einer Mehrfachleiterplatte 100 mit einer gedruckten Leiterplatte 1 und einer flexiblen Leiterplatte 2, die, wie in 22 aufgezeigt, durch Verbinden der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 und der leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 entsprechend miteinander verbunden werden, wenn die gedruckte Leiterplatte 1 und die flexible Leiterplatte 2 bondiert werden.
Die Grundplatte 11 der gedruckten Leiterplatte 1 ist eine Mehrfachleiterplatte, die aus einem Grundmaterial aus Epoxyglas gemacht ist, wie in 21 aufgezeigt, und jeder gedruckte Verdrahtungsanschluß 12 ist ein Verbindungsanschluß einer gedruckten Verdrahtung, die aus einer auf einer Oberfläche der Grundplatte 11 ausgebildeten Kupferfolie gemacht ist. Die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 haben ihre Oberflächen mit einer dünnen Lotschicht 13, einer sogenannten Verzinnung, bedeckt. Das die Lotschicht 13 bildende Lot ist ein eutektisches Lot mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 183°C.
Nach dem Kohlenwasserstoffaufbringungsschritt, welcher später beschrieben wird, d. h. vor dem Heißpreßbondierungsschritt, hat die gedruckte Leiterplatte 1, die mit der flexiblen Leiterplatte 2 zu verbinden ist, ihre Oberfläche bedeckt mit einer dünnen Schicht einer flüssigen Kohlenwasserstoffverbindung 3. Die Kohlenwasserstoffverbindung 3, die in dieser Ausführungsform verwendet wird, ist Tetradecan, welches ein geradkettiger gesättigter Kohlenwasserstoff ist, der 14 Kohlenstoffatome in einem Molekül einschließt und einen Siedepunkt von 174°C besitzt. Der Siedepunkt der Kohlenwasserstoffverbindung 3 kann nämlich geringer sein als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes (PEN), welches die Folie 21 der flexiblen Leiterplatte 2 bildet, was als nächstes beschrieben wird.
Die Folie 21 der flexiblen Leiterplatte 2 umfaßt PEN (Polyethylennaphthalat) und ist eine thermoplastische Folie, welche unvergleichlich dünner ist als die Grundplatte 11 der gedruckten Leiterplatte 1, und besitzt einen Schmelzpunkt von ungefähr 270–280°C. Die leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 sind Verdrahtungsanschlüsse, welche aus einem dicken Film aus Silberpaste gemacht sind und gebildet werden durch Drucken eines Polyesterharzes, welches eine große Menge an feinem Silberpulver einschließt.
Das Leiterplattenverbindungsverfahren dieser Ausführungsform umfaßt einen Kohlenwasserstoffaufbringungsschritt und einen Heißpreßbondierungsschritt.
Der Kohlenwasserstoffaufbringungsschritt ist ein einleitender Schritt, welcher die oben erwähnte Kohlenwasserstoffverbindung 3 auf den Bereich der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 1, wo die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 existieren, aufbringt. Es wird eine vorgeschriebene Menge der Kohlenwasserstoffverbindung 3 mittels einer Bürste auf die Endfläche der gedruckten Leiterplatte 1 aufgebracht, um den in 20 aufgezeigten Bondierungsbereich zu bedecken.
Der Heißpreßbondierungsschritt heißpreßbondiert die flexible Leiterplatte 2 auf die gedruckte Leiterplatte 1 mit einem Heizwerkzeug H durch Positionieren der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 und der leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22, so daß sie einander gegenüberliegen, wie in 20 aufgezeigt. Das Heizwerkzeug H ist aus Titan hergestellt und besitzt die Form eines Barrens mit einem quadratischen Querschnitt. Es wird auf eine Temperatur von 230–240°C erwärmt und mit einer Schubkraft von ungefähr 2 MPa (ungefähr 20 kgf/cm²) angetrieben, um die flexible Leiterplatte 2 während 5 Sekunden auf die gedruckte Leiterplatte 1 heißzupressen. Die Folie 21 der flexiblen Leiterplatte 2 ist relativ dünn und daher erwärmt sie sich bis nahezu auf die Temperatur des Heizwerkzeugs H.
Folglich erreicht die Folie 21 in dem Heißpreßbondierungsschritt die maximale Temperatur von ungefähr 230°C, welche geringer ist als der Schmelzpunkt (ungefähr 275°C) des thermoplastischen Harzes (PEN), welches die Folie 21 bildet, und höher ist als der Siedepunkt (174°C) von Tetradecan als der Kohlenwasserstoffverbindung 3. Daher wird die Folie 21 erweicht, schmilzt jedoch nicht, wohin gegen die Kohlenwasserstoffverbindung 3 siedet. Das eutektische Lot, welches die Lotschicht 13 bildet, besitzt einen Schmelzpunkt (183°C), welcher praktisch gleich dem Siedepunkt (174°C) von Tetradecan als der Kohlenwasserstoffverbindung 3 ist. Daher wird es in dem Heißpreßbondierungsschritt in ausreichendem Maße erwärmt, so daß die Lotschicht 13 einem Schmelzen unterliegt, wenn die Kohlenwasserstoffverbindung 3 siedet.
Die 20 und 21 zeigen den Anfangszustand des Heißpreßbondierungsschritts. 22 zeigt den Zwischenzustand des Heißpreßbondierungsschrittes, und 23 und 24 zeigen den Bondierungszustand nach dem Heißpreßbondierungsschritt. Wie in den 23 und 24 aufgezeigt, ist in dem Bondierungszustand nach dem Heißpreßbondierungsschritt die flexible Leiterplatte 2 an ihrem Bondierungsabschnitt fest mit der gedruckten Leiterplatte 1 bondiert.
Das Leiterplattenverbindungsverfahren dieser Ausführungsform, welches wie oben beschrieben arrangiert ist, erzielt die folgende Wirksamkeit. Wenn die flexible Leiterplatte 2 in dem oben beschriebenen Heißpreßbondierungsschritt auf die gedruckte Leiterplatte 1 heißpreßbondiert wird, wirkt die Kohlenwasserstoffverbindung 3, welche zuvor aufgebracht worden ist, auf die folgenden zwei Weisen.
Erstens, wie in 22 aufgezeigt, siedet die Kohlenwasserstoffverbindung 3 durch ein Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb ihres Siedepunkts sofort, wobei die Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 der gedruckten Leiterplatte 1 und die Oberfläche der leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 der flexiblen Leiterplatte 2 gereinigt werden. Auf diese Weise lassen sich die beiden Bauteile 12 und 22 auf einfache Weise bonden. Zu diesem Zeitpunkt ist das eutektische Lot, welches die Lotschicht 13 bildet, aufgrund des Erwärmens auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunkts geschmolzen und flüssig.
Durch Sieden entfernt die Kohlenwasserstoffverbindung 3 folglich den Oxidfilm, der auf der Oberfläche der Lotschicht 13 ausgebildet ist, welche die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 der gedruckten Leiterplatte 1 bedeckt. Zur gleichen Zeit werden Oxide, welche auf der Oberfläche der Lotschicht 13 ausgebildet sind, durch die reduzierende Wirkung der Kohlenwasserstoffverbindung 3 zu Metallen reduziert. Demgemäß legt die Kohlenwasserstoffverbindung 3 den metallischen Abschnitt der Lotschicht 13 frei, welche nicht oxidiert ist und schmilzt, um die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 zu bedecken. Aufgrund des Siedens und der reduzierenden Wirkung entfernt die Kohlenwasserstoffverbindung 3 gleichermaßen den Oxidfilm und eine Verunreinigung, welche die Oberfläche der leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 der flexiblen Leiterplatte 2 bedecken. Dies legt den metallischen Abschnitt der leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 frei.
Als ein Ergebnis werden der metallische Abschnitt der Lotschicht 13, welche die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 bedeckt, und der metallische Abschnitt der leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 freigelegt und durch Erwärmen in direktem Kontakt miteinander auf eine Temperatur, die hoch genug ist, um die Lotschicht 13 zu schmelzen, preßbondiert. Als ein Ergebnis werden die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 und die leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 über das Lot fest bondiert, was nicht nur eine feste mechanische Sondierung erzielt, sondern auf Basis einer festen elektrischen Verbindung auch eine zufriedenstellende Leitung erzielt.
Zweitens, wie wiederum in 22 aufgezeigt ist, dringt die erwärmte Kohlenwasserstoffverbindung 3 in die Folie 21 der flexiblen Leiterplatte 2 ein, was bewirkt, daß die Folie 21 geringfügig quillt und schmilzt. Das thermoplastische Harz, welches die Folie 21 bildet, nimmt nämlich nicht nur hinsichtlich der Fluidität durch das geringfügige Schmelzen zu, wenn die Temperatur ansteigt, sondern es quillt auch, um den Zwischenraum zwischen benachbarten gedruckten Verdrahtungsanschlüssen 12 zu versiegeln. Folglich bondiert die Folie 21 der flexiblen Leiterplatte 2 fest die Oberfläche der Grundplatte 11 zwischen den gedruckten Verdrahtungsanschlüssen 12 auf der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 1 und der Seitenfläche der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12, wie wiederum in 23 aufgezeigt. Als ein Ergebnis werden die gedruckte Leiterplatte 1 und die flexible Leiterplatte 2 fest bondiert, so daß die Festigkeit gegenüber einem Ablösen erhöht ist und beide Bauteile 1 und 2 mechanisch fest bondiert sind. Darüber hinaus hält das Quellen und Füllen der Folie 21 auftretenden Tau ab, wodurch der durch den Tau verursachte Kurzschluß und die Erosion verhindert werden.
Der Heißpreßbondierungsschritt verbindet die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 und die leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 nämlich nicht nur elektrisch und mechanisch fest, sondern es werden auch die gedruckte Leiterplatte und die flexible Leiterplatte mechanisch fest bondiert. Darüber hinaus wird der Bondierungsabschnitt durch die Folie 21 dicht versiegelt. Folglich ist ein durch Ionen verursachter Kurzschluß zwischen benachbarten Anschlüssen 12 und 22 verhindert, und der Kurzschluß und die Erosion, die durch auftretenden Tau bewirkt werden, werden ebenfalls verhindert. Als ein Ergebnis ist die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen der gedruckten Leiterplatte 1 und der flexiblen Leiterplatte 2 verbessert.
Am Ende des Heißpreßbondierungsschritts dieser Ausführungsform ist die flexible Leiterplatte 2, wie in 24 aufgezeigt, mit der gedruckten Leiterplatte 1 bondiert, und es ist eine Mehrfachleiterplatte 100 hergestellt, bei welcher die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 der gedruckten Leiterplatte 1 und die leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 der flexiblen Leiterplatte 2 entsprechend verbunden sind.
Als ein Ergebnis des oben dargestellten können eine gedruckte Leiterplatte 1 und eine flexible Leiterplatte 2 durch lediglich Anwenden einer extrem kostengünstigen Kohlenwasserstoffverbindung 3 auf den Bondierungsabschnitt der gedruckten Leiterplatte 1 heißpreßbondiert werden. Folglich können die gedruckte Leiterplatte 1 und die flexible Leiterplatte bei extrem niedrigen Materialkosten verbunden werden.
Auch kann der Kohlenwasserstoffaufbringungsschritt sofort abgeschlossen werden und kann der Heißpreßbondierungsschritt in lediglich 5 Sekunden abgeschlossen werden, wodurch die gedruckte Leiterplatte 1 und die flexible Leiterplatte 2 in extrem kurzer Zeit und mit geringem Arbeitsaufwand wirksam verbunden werden können.
Darüber hinaus ist das Bonden der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 und der leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 in elektrischer und mechanischer Hinsicht fest. Auch schmilzt und quillt die Folie 21 der flexiblen Leiterplatte 2, um fest an der gedruckten Leiterplatte 1 zu kleben, wodurch eine zuverlässige Sondierung erreicht werden kann. Zusätzlich schmilzt das thermoplastische Harz, welches die Folie 21 der flexiblen Leiterplatte 2 bildet, geringfügig in die Kohlenwasserstoffverbindung 3. Auch dringt die Kohlenwasserstoffverbindung 3 ein und es findet ein Quellen statt, um den Zwischenraum des Bondierungsabschnitts auszufüllen. Als ein Ergebnis tritt die Folie 21 hervor, um den Bondierungsabschnitt zu füllen, und der Bondierungsabschnitt entwickelt keinen Kurzschluß oder eine defekte Verbindung aufgrund von auftretendem Tau, wodurch eine zuverlässige Verbindung erreicht wird. Letztendlich ist das Leiterplattenverbindungsverfahren, das auf dieser Ausführungsform basiert, im Hinblick auf die Verbindung in ausreichendem Maße zuverlässig, während es in der Lage ist, eine gedruckte Leiterplatte 1 und eine flexible Leiterplatte 2 bei extrem geringen Kosten und in einer kurzen Zeit zu verbinden.
Das Leiterplattenverbindungsverfahren als Ausführungsform 5 dieser Erfindung unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform 4 darin, daß die gedruckte Leiterplatte 1 keine Lotschicht 13 besitzt und daß die verwendete Kohlenwasserstoffverbindung 3 ein gesättigter Kohlenwasserstoff ist, welcher hauptsächlich aus Cyclooctan besteht. Der Rest des Leiterplattenverbindungsverfahrens dieser Ausführungsform ist identisch mit der Ausführungsform 4, einschließlich der zahlreichen Bedingungen des Heißpreßbondierungsschritts. Cyclooctan, welches die Hauptkomponente der Kohlenwasserstoffverbindung 3 ist, ist ein gesättigter Kohlenwasserstoff mit einem tertiären Kohlenstoffatom und einem Siedepunkt von ungefähr 148°C.
Die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 der gedruckten Leiterplatte 1 sind freigelegt, und der Heißpreßbondierungsschritt verbindet die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 der gedruckten Leiterplatte 1 und die leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 der flexiblen Leiterplatte 2 direkt. Als solches siedet die Kohlenwasserstoffverbindung 3 mit einem niedrigen Siedepunkt heftig, um die Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 zu reinigen, und dadurch werden die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 und die leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 sogar in Abwesenheit der Lotschicht 13 fest verbunden. Die Kohlenwasserstoffverbindung 3 übt auch in dieser Ausführungsform die reduzierende Wirkung aus, um den auf der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 und der leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 ausgebildeten Oxidfilm zu entfernen, um dadurch deren metallische Abschnitte freizulegen. Dies unterstützt beide Bauteile 12 und 22 beim Bonden. Folglich werden die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 und die leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 ebenfalls auf zuverlässige Weise elektrisch verbunden.
Als nächstes dringt die erwärmte Kohlenwasserstoffverbindung 3 in die Folie 21 der flexiblen Leiterplatte 2 ein, was bewirkt, daß die Folie 21 eine erhöhte Fluidität besitzt, so daß sie den Bondierungsabschnitt der gedruckten Leiterplatte 1 und der flexiblen Leiterplatte 2 dicht versiegelt.
Das Leiterplattenverbindungsverfahren als Ausführungsform 6 dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Verbinden einer gedruckten Leiterplatte 1, welche gedruckte Verdrahtungsanschlüsse 12 besitzt, jedoch weder eine Lotschicht noch eine Plattierungsschicht besitzt, wie im Fall von Ausführungsform 5, und einer flexiblen Leiterplatte 2, welche aus einer Silberpaste gebildete leitfähige Dickfilmanschlüsse 22 besitzt.
Die Anordnung dieser Ausführungsform ist im Grunde genommen gleich der Anordnung der Ausführungsform 5, ist jedoch von der Ausführungsform 5 hinsichtlich der Verwendung von Dicyclopentadien für die Kohlenwasserstoffverbindung verschieden. Dicyclopentadien ist eine Kohlenwasserstoffverbindung mit einem tertiären Kohlenstoffatom, wobei seine Dissoziationsenergie ΔH der C-H Bindung auf ungefähr 916 kJ/mol eingeschätzt wird, wie in 7 aufgezeigt. Die Dissoziationsenergie ΔH der C-H Bindung ist definiert als ein Energieniveau, bei welchem die Kohlenwasserstoffverbindung einer thermischen Zersetzung unter Freisetzung von Wasserstoff unterliegt, wobei sie dabei in den Radikalzustand übergeht, wie in 6 aufgezeigt.
In dieser Ausführungsform besitzt die Kohlenwasserstoffverbindung eine Dissoziationsenergie der C-H Bindung von ungefähr 916 kJ/mol, welches unterhalb von 950 kJ/mol liegt. Die Folie des thermoplastischen Harzes, welches die flexible Leiterplatte 2 bildet, wirkt versiegelnd für den Verbindungabschnitt der gedruckten Leiterplatte und der flexiblen Leiterplatte in dem Heißpreßbondierungsschritt.
Da in dieser Ausführungsform die Kohlenwasserstoffverbindung eine Dissoziationsenergie der C-H Bindung von ungefähr 916 kJ/mol besitzt, welches unterhalb von 950 kJ/mol liegt, ist die Reduktionsgeschwindigkeitskonstante k (siehe 7) groß, und sie übt bei einer hohen Temperatur eine starke reduzierende Wirkung auf Metalloxide aus. Als ein Ergebnis werden Metalloxide, welche gerne auf der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 und der leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 auftreten, reduziert, was bewirkt, daß beide Anschlüsse 12 und 22 eine Metall-zu-Metall-Verbindung besitzen. Folglich wird, sogar wenn keine Lotschicht oder Plattierungsschicht auf der Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 vorhanden ist, nicht nur die mechanische Bondierungsfestigkeit zwischen den beiden Anschlüssen 12 und 22 erhöht, sondern wird auch der Widerstand der Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen verringert, so daß eine zufriedenstellende elektrische Verbindung erreicht wird.
Im speziellen ist die Ablösungsfestigkeit dieser Ausführungsform unter Verwendung von Dicyclopentadien (DCPD) verdoppelt im Vergleich mit dem Fall der Abwesenheit einer Kohlenwasserstoffverbindung oder dem Fall von Decan (C10) als der Kohlenwasserstoffverbindung, wie in 25 durch die Markierungen mit gefüllten Kreisen aufgezeigt. Zusätzlich nimmt der Verbindungswiderstand zwischen den beiden Anschlüssen 12 und 22 drastisch ab im Vergleich mit der Abwesenheit von Kohlenwasserstoffverbindungen oder der Kohlenwasserstoffverbindung Decan (C10), wie in 25 durch die Markierungen mit leeren Kreisen aufgezeigt.
Folglich bewirkt das Leiterplattenverbindungsverfahren dieser Ausführungsform eine weitere Erhöhung der Bondierungsfestigkeit zwischen der gedruckten Leiterplatte 1 und der flexiblen Leiterplatte 2, zusätzlich zu dem Effekt der vorhergehenden Ausführungsform 5. Darüber hinaus besitzt sie den Effekt einer weiteren Verringerung des Widerstands der Verbindung zwischen den gedruckten Verdrahtungsanschlüssen 12 und den leitfähigen Dickfilmanschlüssen 22 und erreicht eine viel bessere elektrische Verbindung. Es ist offensichtlich, daß diese Wirkungen sogar ohne der Oberflächenbearbeitung der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 wie in der vorausgehenden Ausführungsform 5 erzielt werden.
Es ist möglich, das Material der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 oder das Material der leitfähigen Dickfilmanschlüsse 22 bei der Ausführung des Leiterplattenverbindungsverfahrens zu ändern. Zum Beispiel können die leitfähigen Dickfilmanschlüsse anstelle der Silberpaste aus einer Paste aus Kupfer, einer Silber-Kupfer-Legierung oder Zinn gebildet sein. Die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse 12 können ein Nickel-Gold-Plattieren, ein Kupfer-Silber-Plattieren, ein Kupfer-Blei-Plattieren oder dergleichen erfahren haben.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Leiterplattenverbindungsverfahren, welches einen Kohlenwasserstoffaufbringungsschritt und einen Heißpreßbondierungsschritt umfaßt. Der Kohlenwasserstoffaufbringungsschritt ist ein einleitender Schritt, welcher eine Kohlenwasserstoffverbindung (3) auf eine gedruckte Leiterplatte (1) aufbringt. Der Heißpreßbondierungsschritt heißpreßbondiert eine flexible Leiterplatte (2) auf die gedruckte Leiterplatte (1), indem deren gedruckte Verdrahtungsanschlüsse (12) und leitfähigen Dickfilmanschlüsse (22) einander gegenüber positioniert werden. In dem Heißpreßbondierungsschritt siedet die Kohlenwasserstoffverbindung (3) und reinigt die Oberfläche der gedruckten Verdrahtungsanschlüsse (12) und der leitfähigen Dickfilmanschlüsse (22), wodurch der Oxidfilm entfernt wird, um die metallischen Abschnitte der Anschlüsse freizulegen. Die Kohlenwasserstoffverbindung (3) dringt in eine thermoplastische Folie (21) oder eine Grundplatte (11) ein, was deren Quellen bewirkt und wodurch die flexible Leiterplatte (2) dicht mit der gedruckten Leiterplatte (1) bondiert. Folglich ist sowohl eine elektrische als auch mechanische feste Bondierung bei sehr geringen Kosten und in einer kurzen Zeit erreicht.

Claims

Verfahren zum Verbinden eines ersten Verdrahtungsverbinders auf einer ersten Leiterplatte und eines zweiten Verdrahtungsverbinders auf einer zweiten Leiterplatte, umfassend: Anordnen des ersten Verdrahtungsverbinders auf der ersten Leiterplatte und des zweiten Verdrahtungsverbinders auf der zweiten Leiterplatte, wobei der erste Verdrahtungsverbinder gegenüberliegend zu dem zweiten Verdrahtungsverbinder angeordnet ist, wobei der erste Verdrahtungsverbinder auf der ersten Leiterplatte aus Metall besteht und der zweite Verdrahtungsverbinder auf der zweiten Leiterplatte aus Metall besteht und wobei zumindest eine Kohlenwasserstoffverbindung dazwischen angeordnet ist, welche eine Dissoziationsenergie der C-H Bindung von weniger als 950 kJ/mol besitzt und ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Cyclooctan, Tetramethylpentadecan, Triphenylmethan, Dicyclopentadien und Dihydroanthracen; und Zersetzen der Kohlenwasserstoffverbindung unter Ausbildung eines Radikals, wobei die Kohlenwasserstoffverbindung zersetzt wird unter Abtrennen von Wasserstoff aus der Kohlenwasserstoffverbindung durch Erwärmen der Kohlenwasserstoffverbindung, wobei das Radikal, das aus der Kohlenwasserstoffverbindung gebildet ist, Oxidfilme auf Oberflächen der Metalle des ersten Verdrahtungsverbinders und des zweiten Verdrahtungsverbinders reduziert, so daß der erste Verdrahtungsverbinder auf der ersten Leiterplatte und der zweite Verdrahtungsverbinder auf der zweiten Leiterplatte durch Schmelzen oder Diffusion bondiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Verdrahtungsverbinder (C1) auf der ersten Leiterplatte und der zweite Verdrahtungsverbinder (C2) auf der zweiten Leiterplatte Metallelektroden sind, wobei auf zumindest dem ersten Verdrahtungsverbinder oder dem zweiten Verdrahtungsverbinder ein Lot angeordnet ist und daran haftet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Verdrahtungsverbinder und der zweite Verdrahtungsverbinder durch Verschmelzen mit dem Lot miteinander bonden, während der Oxidfilm auf der Oberfläche des Lots oder der Metallelektrode reduziert wird durch Erwärmen der Kohlenwasserstoffverbindung (30) über einen Schmelzpunkt des Lots.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Verdrahtungsverbinder und der zweite Verdrahtungsverbinder aus Kupfer hergestellt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der ersten Verdrahtungsverbinder (C1) auf der ersten Leiterplatte Gold umfaßt, der zweite Verdrahtungsverbinder (C2) auf der zweiten Leiterplatte Zinn umfaßt, wobei die Kohlenwasserstoffverbindung (30) zwischen dem Gold und dem Zinn angeordnet ist und beide Metalle durch Erwärmen auf unterhalb dem Schmelzpunkt von Zinn durch Diffusion miteinander bonden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Druck auf den ersten Verdrahtungsverbinder und den zweiten Verdrahtungsverbinder, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind, angewendet wird, und der erste Verdrahtungsverbinder auf der ersten Leiterplatte und der zweite Verdrahtungsverbinder auf der zweiten Leiterplatte auf eine Temperatur unterhalb des niedrigsten Schmelzpunkts des ersten und des zweiten Verdrahtungsverbinders erwärmt werden, so daß die Metalle, welche die ersten und zweiten Verdrahtungsverbinder bilden, aufgrund gegenseitiger Diffusion bonden.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrfachleiterplatte mit einer gedruckten Leiterplatte und einer flexiblen Leiterplatte, welche miteinander verbunden sind, wobei die gedruckte Leiterplatte eine Grundplatte und eine Vielzahl an gedruckten Verdrahtungsanschlüssen besitzt, welche auf eine Oberfläche der Grundplatte bondiert sind, und die flexible Leiterplatte eine Folie aus thermoplastischem Harz und eine Vielzahl an leitfähigen Dickfilmanschlüssen besitzt, welche auf die Oberfläche der Folie bondiert sind, wobei das Verfahren umfaßt: Aufbringen einer Kohlenwasserstoffverbindung in einem Kohlenwasserstoffaufbringungsschritt auf mindestens einen Abschnitt der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte, wo die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse existieren, oder auf einen Abschnitt der Oberfläche der flexiblen Leiterplatte, wo die leitfähigen Dickfilmanschlüsse existieren, wobei die Kohlenwasserstoffverbindung eine Dissoziationsenergie der C-H Bindung von 950 kJ/mol oder weniger besitzt, und die Kohlenwasserstoffverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Cyclooctan, Tetramethylpentadecan, Triphenylmethan, Dicyclopentadien und Dihydroanthracen; und Heißpreßbonden der flexiblen Leiterplatte an die gedruckte Leiterplatte in einem Heißpreßbondierungsschritt, wobei das Heißpreßbonden stattfindet, während die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse und die leitfähigen Dickfilmanschlüsse einander gegenüberliegend positioniert sind.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Kohlenwasserstoffverbindung einen Siedepunkt unterhalb des Schmelzpunkts des thermoplastischen Harzes, welches die Folie bildet, besitzt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei in dem Heißpreßbondierungsschritt die Maximaltemperatur der Folie geringer ist als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes, welches die Folie bildet, und höher ist als der Siedepunkt der Kohlenwasserstoffverbindung.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die gedruckte Leiterplatte eine Lotschicht besitzt, welche ein Lot einschließt, das einen Schmelzpunkt unterhalb des Siedepunkts der Kohlenwasserstoffverbindung besitzt und die gedruckten Verdrahtungsanschlüsse bedeckt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Folie den Verbindungsabschnitt zwischen der gedruckten Leiterplatte und der flexiblen Leiterplatte im Heißpreßbondierungsschritt versiegelt.