DE10100002A1

DE10100002A1 - Verfahren und Vorrichtung zur sequentiellen Verpressung von HDI Multilayerlaminaten.

Info

Publication number: DE10100002A1
Application number: DE10100002A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Schaefer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-02-09
Filing date: 2001-01-01
Publication date: 2001-08-16

Abstract

Es wird ein Verfahren zum sequentiellen Verpressen von HDI-Multilayerlaminaten sowie eine hierin inbegriffene Vorrichtung beschrieben, das sich durch folgende Verfahrensschritte auszeichnet. Es werden zwei vorzugsweise mit Dielektrikum beschichtete Kupferfolien mit Stahlfolien auf der Außenseite abgedeckt. Diese Folien werden auf 100 bis 200 DEG C, bevorzugt auf 120 bis 160 DEG C vorgewärmt, mechanisch oder durch Verklebung miteinander verbunden und auf die Oberfläche der oberen und unteren Pressplatte einer Einetagenpresse befördert, die bevorzugt im Randbereich über Elektromagnete und Bohrungen zur Vakuumerzeugung sowie über Dichtungen verfügen. Über diese Bohrungen wird nach dem Kontakt der oberen Pressplatte mit der Dichtung ein Vakuum von 5 bis 50 mbar erzeugt und nach der Evakuierung wird mit einem Druck von 2 bis 20 bar bevorzugt mit 5 bis 10 bar gepresst und bei 150 bis 250 DEG C in 5 bis 240 sek gehärtet, in einer nachgeordneten Kühlpresse gekühlt und in einem Härtungsofen ausgehärtet.

Description

Zum Pressen und Laminieren gehören Hochdruck-Mehretagenpressen seit vielen Jahren zum Stand der Technik. Diese werden u. a. zur Herstellung von duroplastischen Schicht pressstoffen verwendet.

In der Holzindustrie werden mit Kunstharz imprägnierte Trägerstoffe wie z. B. Papiere ge schichtet und in Mehretagenpressen unter Druck und Temperatur ausgehärtet. Auch zur Verpressung von mit Epoxidharzen imprägnierten Glasgeweben werden Mehretagenpressen eingesetzt. Gleiches gilt für die Herstellung von Mehrlagenschaltungen, den sogenannten Multilayerlaminaten.

Hierbei werden gedruckte Schaltungen durch das Verpressen mit Epoxidharzprepregs unter Druck und Temperatur zu Mehrlagenschaltungen verbunden. Das gesamte Material wie Schaltungen, Prepregs und Kupferfolien müssen auf Härtungstemperatur erwärmt werden. Die Luft, die sich zwischen den Leitern befindet, muss entfernt werden. Hierzu werden Mehretagenvakuumpressen verwendet. Bevor der Druck aufgegeben wird, wird die in einem Vakuumschrank angeordnete Presse durch eine Tür verschlossen, und dieser Vakuum schrank evakuiert.

In den letzten fünf Jahren begann sich die Mehrlagenschaltungstechnologie zu wandeln. Die aus mehreren Schaltungen aufgebauten Multilayer werden nun als sequentielle Multilayer ausgeführt. Das heißt, es wird sequentiell Schicht für Schicht aufgebracht. Hierbei handelt es sich u. a. um Schichten aus mit duroplastischem Harz beschichtete Kupferfolien.

Die Verpressung von mehr als zwei Außenschichten führt zu einer erheblichen Kostensteige rung, da ein Mehrfaches der bisherigen Prozesskosten entstehen. Es sind daher Bestrebun gen vorhanden, die beschichtete Kupferfolie nicht mehr mit Mehretagenpressen aufzulamie ren.

So wird von der japanischen Firma Sumitomo Bakelite ein Verfahren mit der Bezeichnung APL-D (Alternative Pressing Laminates) angeboten (US Pat.-No.5,756,190 u. 5,809,177).

Nach diesem Verfahren wird die Leiterplatte im Siebdruck mit einem lösungsmittelfreiem Lack bzw. Dielektrikum beschichtet und mit UV Strahlung gehärtet. Anschließend wird eine ebenfalls mit einem Dielektrikum beschichtete Kupferfolie mittels einem Walzenlaminator auflaminiert.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass auf diese Weise nur die Außenlagen aufgetragen werden können, da die Kontaktierungsbohrungen (vergrabene Bohrungen) nicht zuverlässig mit Dielektrikum (Lack) gefüllt werden können.

Während es bei der Herstellung von Spanplatten mit duroplastischen Dekorpapieroberflä chen gelungen ist, eine Kurztaktpresse oder eine kontinuierlich arbeitende Doppelbandpres se einzusetzen, gibt es für die Herstellung von sequentiellen Multilayerlaminaten durch Ver pressen von mit Dielektrikum (Lack) beschichteten Kupferfolien oder auch für das Verpres sen von Kupferfolie und Prepreg noch keine geeignete Pressvorrichtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Pressvorrichtung verfügbar zu ma chen, die die Vorteile der Kurztaktpresse und der Doppelbandpresse mit den Vorteilen einer Vakkuum-unterstützten Mehretagenpresse verbindet. Insbesondere soll es möglich sein, mit wenig Personal beim Verlegen des Presspaketes auszukommen und gleichzeitig die Luft freiheit und das Füllen der Bohrungen in den Schaltungen zu gewährleisten.

Die Lösung all dieser und noch weiterer damit in Verbindung stehender Aufgaben erfolgt durch ein Verfahren zum sequentiellen Verpressen von HDI-Multilayerlaminaten gemäß Pa tentanspruch 1 sowie einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 14.

Mit Dielektrikum beschichtete Kupferfolien (1), (2), auf Rolle gewickelt, werden oberhalb der Pressplatte (3) einer Einetagenpresse (4, Fig. 1) auf Abwickeleinheiten angeordnet. In Trans portrichtung der Folien (1) und (2) sind nach der Kupferfolie (1) eine Metallfolie (5) sowie nach der Kupferfolie (2) eine Metallfolie (6) auf Rolle angeordnet. Die Metallfolien (5) und (6) dienen als Transport- und Pressfolien. Die Folien (1) und (5) werden mittels der beheizten Spannwalze (7); und die Folien (2) und (6) mittels der beheizten Spannwalze (8) auf eine Temperatur von 100 bis 200°C, bevorzugt auf 120 bis 160°C vorgewärmt. Die Folien (1) und (5) werden mittels einer Nadelwalze (9) an beiden Rändern mit einer ca. 10 mm breiten Eisenfolie (10) durch Andrücken auf die Spannwalze (7) verbunden. Die Folien (1) und (5) werden mittels der beheizten Führungswalze (11) in die Einetagenpresse (4) transportiert und mittels im Randbereich der oberen Pressplatte (3) in Transportrichtung an geordneter Magneten (12) an der Oberfläche der Pressplatte (3) gehalten. Die Folien (2) und (6) dienen auch als Transportmittel für das mit Bohrungen versehene HDI- Multilayerlaminat (13). Dieses wird auf die erwärmten Folien (2) und (6) aufgelegt und über die beheizte Führungswalze (14) auf die untere Pressplatte (15) transportiert. Die Pressplat ten (3) und (15) sind mit Bohrungen (16) versehen, die mit den Vakuumanschlüssen (17) und (18) verbunden sind, aus denen die Luft aus der Presskammer (19) abgesaugt wird.

Auf der unteren Pressplatte (15) ist an den Rändern umlaufend eine Vertiefung (20) ange bracht, in der auf Federelementen (21) gelagert eine Dichtung (22) angebracht ist.

Es handelt sich hierbei um eine Gummidichtung, die in die Vertiefung eindrückbar ist. Die Pressplatten (3), (15) werden vor dem Verpressen 10 sek auf Kontakt mit der Dichtung (22) gefahren, die mindestens die doppelte Dicke der Leiterplatte aufweisen sollte. Dann wird bis auf ein Vakuum von 5 bis 50 mbar evakuiert. Anschließend werden diese mit einem Druck von 2 bis 20 bar zusammengedrückt und in 5 bis 240 sek bei 150 bis 250°C gehärtet. Nach dem Verpressen wird das kaschierte HDI-Multilayerlaminat (13) in eine nachgeordnete Kühl presse (23, Fig. 2) transportiert, deren Pressplatten (24), (25) ebenfalls mit Magneten (12) ausgestattet sind. Diese Kühlpresse (23) ist an ein Kühlaggregat (26) angeschlossen und verfügt über einen geschlossenen Kühlkreislauf mit einer Temperatur von 0 bis 5°C. Das HDI-Multilayerlaminat (13) wird auf unter 100°C abgekühlt und mittels der gekühlten Trans portwalzen (27) und (28) aus der Kühlpresse (23, Fig. 3) transportiert, mittels Separatorwal zen (29) von der Metallfolie (5), (6) getrennt, auf separaten Aufwickeleinheiten (30) (31) auf gewickelt und die Kupferfolien (1), (2) mit einer Schneideinheit (32, Fig. 3) getrennt werden. Anschließend wird das HDI-Multilayerlaminat (13) einem Umluftofen zur Nachhärtung zuge führt.

In einer besonderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Verbesserung der Dimensionsstabilität ein flächiger Trägerstoff (33, Fig. 1) zwischen die beschichteten Kupferfolien (1) und (2) und das mit Bohrungen versehene HDI-Multilayerlaminat (13) ge führt. Dieser Trägerstoff (33) kann aus Geweben und Vliesen bestehen, in Form von E-Glas oder Aramid. Diese werden in einer Vakuumdrucklamination beim Verpressen luftblasenfrei imprägniert.

In einer weiteren besonderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine un beschichtete Kupferfolie (34) verwendet, die auf ein Prepreg (35), welches aus mit Reakti onsharz imprägniertem Glas-oder Aramidgewebe besteht, gepresst wird. Hierzu werden die in Format geschnittene Kupferfolie (34), die Prepregs (35) und die HDI-Mulitlayerplatten (13) auf einem Transportblech (36, Fig. 4) gestapelt, welches über eine Rollenbahn (37) in die Presse (4) transportiert wird; ohne jedoch die Pressplatte (15) zu berühren. Die obere Kup ferfolie ist auf einem Stahlblech (38) mit Kleber fixiert und wird auf der oberen Pressplatte (3) magnetisch gehalten, die zur Beschickung um 90° zur Transportrichtung aus der Presse (4, Fig. 5) herausfahrbar ist und mittels eines Hubtisches (39) belegt wird. Hierdurch wird sie auf Presstemperatur erwärmt. Anschließend wird die untere Pressplatte (15) auf Kontakt mit der oberen Pressplatte (3) gefahren, auf 5 bis 50 mbar evakuiert und anschließend bei 2 bis 20 bar in 5 bis 240 sek auf 150 bis 250°C verpresst.

Beispiel 1

Metallfolie (6) und (7)	50 µm Aluminiumfolie, Fa. VAW
Beschichtete Kupferfolie (1) und (2)	18 µm TC, Fa. Gould
Dielektrikum	Dicke: 80 µm VE 3746, Fa. Bakelite; 2-Methylimidatiol, BASF Verhältnis 99 : 1
HDI-Multilayerlaminat (13)	0,8 mm Typ FR4 nach NEMA
Eisenfolie (10)	Breite: 10 mm Dicke: 50 µm
Glasgewebe Typ 1080 (33)	Dicke: 50 µm
Temperatur der Walzen (7, 8, 11, 14)	120°C
Temperatur der Pressplatten (3), (15)	180°
Dicke der Dichtung (22)	10 mm
Pressdruck	5 bar
Vakuum bei 5 bar	10 sek
Presszeit	60 sek
Aushärtezeit bei 160°C	30 Min
AL=L<Ergebnis: Bohrungen luftblasenfrei

Beispiel 2

Metallfolie (6) und (7)	Stahlfolie 50 µm
Beschichtete Kupferfolie (1) und (2)	Dicke: 80 µm VE 3746, Fa. Bakelite; 2-Methylimidatiol, BASF Verhältnis 99 : 1
HDI-Multilayerlaminat (13)	Dicke: 0,8 mm Typ FR4 nach NEMA
Temperatur der Walzen (7, 8, 11, 14)	140°C
Temperatur der Pressplatten (3) und (15)	190°C
Dicke der Dichtung (22)	5 mm
Pressdruck	10 bar
Vakuumzeit bei 5 mbar	5 sek
Presszeit	30 sek
Aushärtezeit bei 160°C	30 Min
AL=L<Ergebnis: Bohrungen luftblasenfrei

Beispiel 3

Pressformat	330 × 460 mm
Stahlblech (38)	140 µm
Unbeschichtete Kupferfolie (34)	Dicke: 18 µm, Typ TC, Fa. Gould
HDI-Multilayerlaminat (13)	Dicke: 0,8 mm Typ FR4 nach NEMA
Prepreg (35)	Typ 1080
Harzgehalt	50%
Harzfluss	14 bis 20%
Gelierzeit 170°C	40 bis 60 sek
Harzformulierung	VE 3746, Fa. Bakelite; 2-Methylimidatiol, BASF Verhältnis 99 : 1
Temperatur der Pressplatten (3) und (15)	200°C
Dicke der Dichtung (22)	20 mm
Pressdruck	20 bar
Vakuumzeit bei 5 mbar	10 sek
Presszeit	15 sek
Aushärtezeit bei 160°C	30 Min
AL=L<Ergebnis: Bohrungen luftblasenfrei

Claims

1. Verfahren zum sequentiellen Verpressen von HDI-Multilayerlaminaten (13) dadurch ge kennzeichnet, dass zwei mit Dielektrikum beschichtete Kupferfolien (1), (2) mit Metallfoli en, vorzugsweise mit Stahlfolien (5), (6) auf der Außenseite abgedeckt werden, dass die se Folien auf 100 bis 200°C, bevorzugt auf 120 bis 160°C vorgewärmt, mechanisch oder durch Verklebung miteinander verbunden werden und auf die Oberflächen der oberen Pressplatte (3) und unteren Pressplatte (15) einer bevorzugt 4-Säulen-Einetagenpresse (4) befördert werden, die bevorzugt im Randbereich über Elektromagneten (12) und über Bohrungen (16) zur Vakuumerzeugung verfügen und in deren Randbereich bevorzugt auf der unteren Pressplatte (15) auf Federelementen (21) gelagerte Dichtungen (22) in einer bevorzugten Dicke von 1 bis 20 mm angebracht sind und dass nach dem Kontakt der oberen Pressplatte (3) mit der Dichtung (22) über in den Pressplatten eingebrachten Bohrungen (16) ein Vakuum von 5 bis 50 mbar erzeugt wird und dass nach der Evakuie rung die Pressplatten (3), (15) mit einem Druck von 2 bis 20 bar bevorzugt mit 5 bis 10 bar zusammengepresst, das HDI-Multilayerlaminat (13) bei einer Temperatur von 150 bis 250°C in 5 bis 240 sek bis zur Formstabilität vorgehärtet, in einer nachgeordneten Kühl presse (23) bis unterhalb der Glasübergangstemperatur heruntergekühlt, mittels gekühl ter Walzen (27), (28) und einer Schneideinheit (32) von der Metallfolie getrennt und ge gebenenfalls in einen nachgeordneten Umluftofen ausgehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorwärmung der vor zugsweise Stahlfolien (5), (6) und Kupferfolien (1), (2) beheizte Walzen (7), (8) verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur mechanischen Verbin dung der Kupferfolie (1, Fig. 1) mit der Stahlfolie (5) eine Nadelwalze (9) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer magne tischen Anziehung der nicht-magnetischen Kupferfolie (1) im Randbereich eine bevorzugt 5 bis 10 mm breite Eisenfolie (10) über eine Nadelwalze (9) aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorwärmung des Stahl bleches (38, Fig. 5) und der Kupferfolie (34) eine um 90° zur Transportrichtung heraus fahrbare obere Pressplatte (3) verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Armierung des Dielektri kums ein Trägerstoff (33, Fig. 1) bestehend aus Glas-oder Aramidvlies bzw. -gewebe verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer unbe schichteten Kupferfolie ein mit duroplastischem Harz imprägniertes Prepreg (35) aus Glas-oder Aramidgewebe bzw. -vlies verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unbeschichtete Kupferfo lie (34) und das beschichtete Prepreg (35) auf einem Pressblech (36) gestapelt werden, weiches über eine seitlich der Pressplatte (15) angeordnete Rollentransportbahn (37) derart in die Pressenöffnung transportiert wird, dass ein Kontakt mit der unteren Press platte (15) vermieden wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mit duroplasti schem Harz imprägnierten Prepregs (35) erst unter Druck mit der Härtungstemperatur beaufschlagt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizpresse (4) eine Kühlpresse (23) nachgeordnet ist.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese Kühl presse (23) mit Magneten (12) ausgestattet und mit einem Kühlaggregat (26) verbunden ist, mit dem eine Kühltemperatur von bevorzugt 0 bis 5°C erzielt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlfolie (5), (6) über Kühlwalzen (27), (28) und Separatorwalzen (30), (31) von dem HDI-Multilayerlaminat (13) getrennt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgehärtete HDI- Multilayerlaminat (13) in einem nachgeordneten Härtungsofen bei 150 bis 220°C in 1 bis 60 Min ausgehärtet wird.

14. Vorrichtung zum selektiven Verpressen von HDI-Multilayerlaminaten (13), dadurch ge kennzeichnet, dass eine hydraulische Einetagenpresse (4) verwendet wird, die über Pressplatten (3), (15) verfügt, in deren Randbereich umlaufend bevorzugt auf der unteren Pressfläche (15) auf Federelementen (21) befestigte Dichtungen (22) mit einer Höhe von bevorzugt 1 bis 20 mm angeordnet sind, und deren Pressplatten (3), (15) im Randbereich über Bohrungen (16) verfügen, die mit einer Vakuumpumpe verbunden sind und dass die Pressplatten (3), (15) bevorzugt mit elektrischen Magneten (12) ausgestattet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorwärmung der Foli en (1, 2, 6, 7) zwei beheizte Spannwalzen (7), (8) und zwei beheizte Führungswalzen (11), (14) vor dem Presseneintritt angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorwärmung des obe ren Stahlbleches (38) und der unbeschichteten Kupferfolie (34, Fig. 5) eine um 90° zur Transportrichtung aus der Presse herausfahrbare obere Pressplatte (3) verwendet wird, die über Magnete (12) die Folien fixiert.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorwärmung der unte ren Kupferfolie (34) eine Rollentransportbahn (37, Fig. 4) verwendet wird, die die Kup ferfolie (34), das Prepreg (35) und das HDI-Multilayerlaminat (13) auf einem Stahlblech (36) von vorzugsweise 2 bis 3 mm Dicke über zwei Rollenbahnen (37), die seitlich an den Pressplatten (15) vorbeigeführt werden, in die Presse (4) befördert, ohne dass diese mit der unteren Pressplatte (15) in Kontakt kommen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Einetagen-Heizpresse (4) und der Kühlpresse (23) ein Umluftofen nachgeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 14 zur mechanischen Verbindung der Kupferfolie (1) mit der Eisenfolie (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Nadelwalze (9) auf der Oberfläche der beheizten Spannwalze angeordnet ist.