DE102014212730A1

DE102014212730A1 - Mehrlagige Leiterplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102014212730A1
Application number: DE102014212730.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Bernhardt; Angelika Schingale; Daniela Wolf
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2034-07-02
Also published as: DE102014212730B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrlagige Leiterplatte mit zumindest einer ersten und einer zweiten Leiterbahnenträgerschicht (1, 1‘; 18, 19), die jeweils auf zumindest einer Oberfläche mit Leiterbahnen (2) versehen sind, wobei zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahnenträgerschicht (1, 1‘; 18, 19) eine mit diesen verpresste Füllschicht (14, 15; 20) angeordnet ist, und mit zumindest einem Einpressstift (10; 12), der zumindest eine Leiterbahn (2) der ersten Leiterbahnenträgerschicht (1; 18) mit zumindest einer Leiterbahn (2) der zweiten Leiterbahnenträgerschicht (1‘; 19) verbindet und eine Durchkontaktierung bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrlagige Leiterplatte mit zumindest einer ersten und einer zweiten Leiterbahnenträgerschicht, die jeweils auf zumindest einer Oberfläche mit Leiterbahnen versehen sind, wobei zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahnenträgerschicht eine mit diesen verpresste Füllschicht angeordnet ist, und bei der zumindest eine Durchkontaktierung zumindest eine Leiterbahn der ersten Leiterbahnenträgerschicht mit zumindest einer Leiterbahn der zweiten Leiterbahnenträgerschicht verbindet.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer solchen mehrlagigen Leiterplatte.
Bei solchen derzeit bekannten mehrlagigen Leiterplatten ist es üblich, den gesamten Leiterplattenschichtaufbau nach dem Verpressen zu durchbohren beziehungsweise bei einzelnen Lagen Laserbohrungen zu setzen und diese Bohrungen anschließend mittels nasschemischer Prozesse wie beispielsweise Galvanikaufkupferungs- bzw. Füllprozesse mittels chemikalischer Bäder zu füllen und so eine Kontaktierung der einzelnen Leiterlagen herzustellen. Nasschemische Prozesse bedeuten jedoch eine hohe Anforderung an die Prozess- und Umweltsicherheit in der Fertigung, da hier das Hantieren mit Säuren, Laugen und anderen toxischen Chemikalien nötig ist, sowie die Entsorgung des entstehenden Sondermülls organisiert werden muss. Es besteht daher das Bedürfnis, solche „dreckigen“ Prozesse zu vermeiden.
Aus der US 2,752,580 und der DE 10 2006 002 483 A1 ist außerdem eine Anordnung bekannt, bei der zwei Leiterplatten mit Hilfe von Einpressstiften miteinander verbunden werden. Die US 5,761,050 offenbart außerdem eine Anordnung mit zwei oder vier Leiterplatten, wobei dort Einpressstifte mehrere der Leiterplatten und auch nicht direkt benachbarte Leiterplatten miteinander verbinden können.
Allerdings handelt es sich bei diesen bekannten Anordnungen lediglich um Leiterplattenstapel, bei denen die Leiterplatten durch die Einpressstifte in einen durch deren Abmessungen bestimmten Abstand voneinander mit einem Luftzwischenraum gehalten werden. Es entsteht hierdurch keine mehrlagige Leiterplatte.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine mehrlagige Leiterplatte anzugeben, bei der einfache und sauber herzustellende Durchkontaktierungen realisiert sind.
Die Aufgabe wird durch eine mehrlagige Leiterplatte gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demgemäß ist in erfindungsgemäßer Weise bei einer mehrlagigen Leiterplatte mit zumindest einer ersten und einer zweiten Leiterbahnenträgerschicht, die jeweils auf zumindest einer Oberfläche mit Leiterbahnen versehen sind, wobei zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahnenträgerschicht eine mit diesen verpresste Füllschicht angeordnet ist, zumindest eine Durchkontaktierung mit einem Einpressstift, der zumindest eine Leiterbahn der ersten Leiterbahnenträgerschicht mit zumindest einer Leiterbahn der zweiten Leiterbahnenträgerschicht verbindet, gebildet.
In einer Ausbildung der Erfindung ist die Füllschicht mit einer Prepreglage (Abkürzung für pre impregnated fibers) und in einer anderen Ausführung mit einer mit Lotkugeln oder Silberpartikeln gefüllten Paste gebildet.
Der zumindest ein Einpressstift kann in einer Ausbildung der Erfindung mit zumindest einer der zu verbindenden Leiterbahnen verlötet sein. Hierzu kann er in vorteilhafter Weise Lotdepots aufweisen.
Die Einpressstifte können direkt durch eine Leiterbahnenträgerschicht gedrückt werden, um mit einer sich darauf befindenden Leiterbahn kontaktiert zu werden oder aber in einer Ausbildung der Erfindung in eine Bohrung eingepresst werden, die zumindest eine der Leiterbahnenträgerschichten aufweist. Diese Bohrung kann unmetallisiert sein, eine metallische Wandung aufweisen oder über ihr gesamtes Volumen metallisiert sein.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann zumindest eine der beiden Leiterbahnenträgerschichten selbst eine mehrlagige Leiterplatte sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann zu der Anordnung aus zumindest zwei Leiterbahnenträgerschichten, die über eine Füllschicht miteinander verbunden sind, zumindest eine weitere Leiterbahnenträgerschicht hinzugefügt werden, die ebenfalls über eine Füllschicht mit der benachbarten Leiterbahnenträgerschicht verbunden ist.
Für den Fall, dass die Spitzen der Einpressstifte aus der entstandenen mehrlagigen Leiterplatte herausstehen, können diese in vorteilhafter Weise flach gedrückt sein. Hierzu können entsprechende Metallaufnahmen verwendet werden, die auch zum Zusammenpressen der einzelnen Leiterplatten und der sich dazwischen befindenden Füllschichten dienen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen
1a bis 1e verschiedene Leiterplatten nach dem Stand der Technik mit und ohne Bohrungen,
2 eine Leiterplatte mit Einpressstiften gemäß dem Stand der Technik,
3 eine Leiterplatte mit einem Einpressstift mit Lotdepots nach dem Stand der Technik,
4 die einzelnen Lagen einer mehrschichtigen Leiterplatte mit Füllschichten und Einpressstiften im noch nicht verpressten Zustand,
5 diese Anordnung im verpressten Zustand und
6 die Verbindung zweier mehrlagiger Leiterplatten mittels eines Einpressstiftes und einer dazwischenliegenden Füllschicht.
1a zeigt eine herkömmliche Leiterbahnenträgerschicht 1, mit Leiterbahnen 2, die auf beiden Hauptoberflächen durch herkömmliche Verfahren aufgebracht sind. An einer Stelle 3 der Leiterplatte 1 soll eine Verbindung mittels eines Einpressstiftes mit einer anderen Leiterplatte hergestellt werden, um in erfindungsgemäßer Weise eine mehrschichtige Leiterplatte herzustellen. Hierbei kann der (nicht dargestellte) Einpressstift direkt durch die Leiterplatte 1 gepresst werden.
1b zeigt eine Leiterbahnenträgerschicht 1, an der an einer Stelle 4 eine Bohrung angebracht wurde, in die ein (nicht dargestellter) Einpressstift eingepresst werden kann.
In 1c ist die Bohrung 5 mit einem metallischen Material gefüllt, während in 1d die Bohrung mit metallischen Wänden 7, die mit Leiterbahnen 2 auf den Hauptoberflächen elektrisch verbunden sind, versehen ist.
In 1e ist die mit einer metallischen Wandung 7 versehene Bohrung 8 zusätzlich mit einem metallischen Füllmaterial aufgefüllt.
2 zeigt eine Leiterbahnenträgerschicht 1 mit einer ersten Bohrung 6 mit metallischen Außenwänden 7, in die ein Einpressstift 10 eingepresst ist. Es ist außerdem eine zweite Bohrung 4 ohne metallische Außenwände und metallische Füllung zu sehen, in die ein Einpressstift eingepresst ist, der mittels eines Lotes 11 mit Leiterbahnen 2 auf der Leiterbahnenträgerschicht 1 verbunden ist.
In 3 ist eine Leiterbahnenträgerschicht 1 mit einem Einpressstift 12 mit Lotdepots 13 dargestellt, der in eine Bohrung 4 ohne metallische Außenwand oder metallische Füllung eingepresst ist.
In 4 sind 3 Leiterbahnenträgerschichten 1, 1`, 1`` dargestellt, die mittels Prepregs 14 oder mit Lotkugeln oder Silberpartikeln gefüllter Paste 15 zu einer mehrlagigen Leiterplatte verpresst werden sollen. Um eine Durchkontaktierung zwischen der ersten Leiterbahnenträgerschicht 1 und der zweiten Leiterbahnenträgerschicht 1‘ beziehungsweise der zweiten Leiterbahnenträgerschicht 1‘ und der Leiterbahnenträgerschicht 1‘‘ herzustellen, sind in erfindungsgemäßer Weise Einpressstifte 10 vorgesehen, die durch die Füllschichten 14, 15 beim Zusammenpressen der einzelnen Schichten zu einer mehrlagigen Leiterplatte durchgestoßen werden.
In 4 ist die fertig verpresste mehrlagige Leiterplatte aus der ersten Leiterbahnenträgerschicht 1, der zweiten Leiterbahnenträgerschicht 1‘ und der dritten Leiterbahnenträgerschicht 1‘‘ mit dazwischenliegenden Füllschichten 14, 15 dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass die Durchkontaktierungen in erfindungsgemäßer, einfacher Weise mittels der Einpressstifte 10 bewerkstelligt wurden.
Der in der rechten Hälfte der 5 gezeigte Einpressstift 10 wurde beim Verpressen der mehrlagigen Leiterplatte mittels einer geeignet ausgestalteten Metallaufnahme, die zum Verpressen der Leiterbahnenträgerschichten mit den Füllschichten dient, abgeflacht, so dass keine Spitze mehr, wie sie in der linken Hälfte zu sehen ist, aus einer Oberfläche der entstandenen mehrlagigen Leiterplatte herausragt.
Eine mehrlagige Leiterplatte, die aus zwei mehrlagigen Leiterplatten 17, 18 entstanden ist, zeigt 6, dort sind diese beiden ursprünglichen mehrlagigen Leiterplatten 17, 18 mittels einer Füllschicht 20 miteinander verpresst, wobei eine Durchkontaktierung mittels eines durch diese Füllschicht 20 hindurchragenden Einpressstifts 10 realisiert ist. In der 6 sind ebenso Durchkontaktierungen 19 dargestellt, die in herkömmlicher Weise mittels nasschemischer Verfahren hergestellt wurden. Dies kann in entsprechend ausgestatteten Räumen bei einer Vorfertigung erfolgen, während die Endfertigung, bei der die eingangs genannten Probleme der nasschemischen Fertigung nicht gewünscht sind, die Verbindung und Durchkontaktierung mittels einer Füllschicht 20 und einem Einpressstift 10 hergestellt wurde.
Die Erfindung zeichnet sich somit durch das Ersetzen der für die Lagenkontaktierung bekannten galvanischen/nasschemischen Prozesse durch einen gängigen Steckprozess mittels Einpressstifte direkt auf den Leiterkernen und der Kontaktierung über einen gängigen Einlaminierungsprozess, der für mehrlagige Leiterplatten genutzt wird, aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2752580 [0004]
DE 102006002483 A1 [0004]
US 5761050 [0004]

Claims

Mehrlagige Leiterplatte mit zumindest einer ersten und einer zweiten Leiterbahnenträgerschicht (1, 1‘; 18, 19), die jeweils auf zumindest einer Oberfläche mit Leiterbahnen (2) versehen sind, wobei zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahnenträgerschicht (1, 1‘; 18, 19) eine mit diesen verpresste Füllschicht (14, 15; 20) angeordnet ist, und mit zumindest einem Einpressstift (10; 12), der zumindest eine Leiterbahn (2) der ersten Leiterbahnenträgerschicht (1; 18) mit zumindest einer Leiterbahn (2) der zweiten Leiterbahnenträgerschicht (1‘; 19) verbindet und eine Durchkontaktierung bildet.
Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllschicht (14, 15; 20) mit einer Prepreg-Lage oder mit einer mit Lotkugeln oder Silberpartikeln gefüllten Paste gebildet ist.
Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Einpressstift (10; 12) mit zumindest einer der zu verbindenden Leiterbahnen (2) verlötet (11) ist.
Leiterplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Einpressstift (12) Lotdepots (13) aufweist.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Leiterbahnenträgerschichten (1, 1‘; 18, 19) eine Bohrung (4; 5; 6; 8) aufweist, in die der Einpressstift (10; 12) eingepresst wird.
Leiterplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (6; 8) metallisiert ist.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste oder die zweite Leiterbahnenträgerschicht (18, 19) eine mehrlagige Leiterplatte ist.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Leiterbahnenträgerschicht (1‘‘) vorgesehen ist, wobei zwischen dieser weiteren Leiterbahnenträgerschicht (1‘‘) und der dazu benachbarten Leiterbahnenträgerschicht (1‘) eine weitere Füllschicht (14, 15; 20) angeordnet ist.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus der Leiterplatte herausstehende Spitze des zumindest einen Einpressstifts (10; 12) flachgedrückt (16) ist.
Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Leiterplatte mit zumindest einer Durchkontaktierung mit den Schritten: Einpressen eines Einpressstiftes (10; 12) in eine erste Leiterbahnenträgerschicht (1; 18), die auf zumindest einer Oberfläche mit Leiterbahnen (2) versehen ist, wobei der Einpressstift (10; 12) mit zumindest einer Leiterbahn (2) verbunden wird, Verpressen der ersten und zumindest einer zweiten Leiterbahnenträgerschicht (1, 1‘; 18, 19), die auch auf zumindest einer Oberfläche mit Leiterbahnen (2) versehen ist, und einer zwischen der ersten und der zweiten Leiterbahnenträgerschicht (1, 1‘; 18, 19) angeordneten Füllschicht (14, 15; 20), so dass der Einpressstift (10; 12) durch die Füllschicht (14, 15; 20) in die zweite Leiterbahnenträgerschicht (1‘; 19) eingepresst wird, um dort zumindest eine Leiterbahn (2) zu kontaktieren und eine Durchkontaktierung von der ersten zur zweiten Leiterbahnenträgerschicht (1, 1‘; 18, 19) zu bilden.