DE102016116165A1 - Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung, aushärtbare Kunstharzzusammensetzung und Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung, aushärtbare Kunstharzzusammensetzung und Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung umfasst: das Entfernen eines redundanten Teils einer plattierten Durchgangsbohrung, der in einer Schaltungsplatine durch ein Backdrill-Verfahren ausgebildet wird; das vollständige Befüllen einer Durchgangsbohrung mit einer ausgehärteten Kunstharz-Zusammensetzung zur Befüllung der Durchgangsbohrung; das anfängliche Aufheizen der gefüllten, aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung bei einer Temperatur von weniger als 100° C, sodass eine Vernetzungsrate der aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung gleich 60 % bis 85 % wird; und das nachfolgende Aufheizen der gefüllten, aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung bei einer Temperatur von 130° C bis 200° C, um die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung vollständig auszuhärten, wobei die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung 1 Gewichtsteil bis 200 Gewichtsteile Vernetzungsmittel in Bezug auf 100 Gewichtsprozent von flüssigem Epoxydharz umfasst und kein Lösungsmittel enthält.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung, eine aushärtbare Kunstharzzusammensetzung als Durchgangsbohrungsbefüllung, welche in dem Verfahren verwendet wird, und eine Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung, die durch das Verfahren hergestellt ist.
  • In einer Durchgangsbohrung gibt es gelegentlich einen überflüssigen Teil, der nicht zu der Leitfähigkeit zwischen Schichten beiträgt. Bei der Übertragung von Hochgeschwindigkeitssignalen über solch eine Durchgangsbohrung, in der der redundante Teil existiert, wirkt der redundante Teil als offener Stub, der eine Resonanz des Signals verursacht. Folglich werden die Übertragungskapazitäten einer Frequenz, die eine solche Wellenlänge hat, verschlechtert. Dazu wird die Durchgangsbohrung mit einem Bohrer aufgebohrt, um den Stub zu entfernen, siehe JP 2014-187153 A . Es ergibt sich dabei aber das Problem, dass, wenn der durch das Bohren hergestellte Raum mit Kunstharz befüllt wird und das Kunstharz sodann vollständig ausgehärtet wird, ein Hohlraum 9 (siehe 2) erzeugt wird.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Erzeugung des Hohlraums auch dann zu verhindert, wenn der aufgebohrte Raum, der durch ein Drillback-Verfahren hergestellt ist, mit Kunstharz ausgefüllt wird, wobei das Kunstharz sodann vollständig ausgehärtet wird.
  • Zur Lösung der Aufgabe umfasst das erfindungsgemäße Verfahren nach einem ersten Aspekt zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung das Entfernen eines redundanten Teils einer plattierten Durchgangsbohrung, der in einer Schaltungsplatine durch ein Backdrill-Verfahren ausgebildet wird; das vollständige Befüllen einer Durchgangsbohrung mit einer ausgehärteten Kunstharzzusammensetzung zur Befüllung der Durchgangsbohrung; das anfängliche Aufheizen der gefüllten, aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung bei einer Temperatur von weniger als 100° C, sodass die Vernetzungsrate der aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung gleich 60 % bis 85 % wird; und das nachfolgende Aufheizen der gefüllten, aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung bei einer Temperatur von 130° C bis 200° C, um die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung vollständig auszuhärten, wobei die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung 1 Gewichtsteil bis 200 Gewichtsteile Vernetzungsmittel in Bezug auf 100 Gewichtsprozent von flüssigem Epoxydharz umfasst und kein Lösungsmittel enthält.
  • Zur Lösung der Aufgabe umfasst das erfindungsgemäße Verfahren nach einem zweiten Aspekt zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung das Entfernen eines redundante Teils einer plattierten Durchgangsbohrung, der in einer Schaltungsplatine durch ein Backdrill-Verfahren ausgebildet wird; das vollständige Befüllen einer Durchgangsbohrung mit einer ausgehärteten Kunstharzzusammensetzung zur Befüllung der Durchgangsbohrung; das anfängliche Aufheizen der gefüllten, vernetzbaren Kunstharzzusammensetzung bei einer Temperatur von weniger als 80° C, sodass eine Vernetzungsrate der vernetzbaren Kunstharzzusammensetzung gleich 70 % bis 80 % wird; und das nachfolgende Aufheizen der gefüllten, aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung bei einer Temperatur von 130° C bis 180°C, um die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung vollständig auszuhärten, wobei die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung 1 Gewichtsteil bis 100 Gewichtsteile Vernetzungsmittel in Bezug auf 100 Gewichtsprozent von flüssigem Epoxydharz umfasst und kein Lösungsmittel enthält.
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsplatine wird vorzugsweise aus einem Material auf Kunststoffbasis hergestellt, welches Glasfasergewebe enthält.
  • Die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung der Erfindung enthält ferner 10 Gewichtsteile bis 1000 Gewichtsteile Füllmaterial.
  • Die ausgehärtetbare Kunstharzzusammensetzung der Erfindung umfasst vorzugsweise ferner ein Vernetzungsmittel mit einer Vernetzungs-Starttemperatur von 100° C oder mehr.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung gemäß der Erfindung umfasst ferner vorzugsweise das Flachbearbeiten von wenigstens einem Teil einer Oberfläche der Schaltungsplatine nachdem die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung vollständig ausgehärtet worden ist.
  • Nach einem dritten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine aushärtbare Kunstharzzusammensetzung zur Durchgangsbohrungsbefüllung, die in dem Herstellungsverfahren nach dem ersen Aspekt und dem zweiten Aspekt verwendet wird.
  • Nach einem vierten Aspekt ist die Erfindung eine Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung umfassend eine Durchgangsbohrung, von der ein Stub entfernt worden ist; und ein vollständig ausgehärtetes Produkt aus einer aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung gemäß dem dritten Aspekt, wobei die Durchgangsbohrung vollständig mit dem ausgehärteten Produkt gefüllt ist, wobei die Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung frei von einem Hohlraum ist, und wobei eine Oberfläche der Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung flacht gemacht ist.
  • Gemäß der Erfindung kann die Erzeugung eines Hohlraums vermieden werden selbst in dem Fall, wo der Raum, der durch ein Backdrill-Verfahren hergestellt wurde, mit Kunstharz befüllt wird und das Kunstharz sodann vollständig ausgehärtet wird.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
  • In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
  • 1A bis 1D Querschnittsdarstellungen durch die Schaltungsplatine zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Befüllung der Durchgangsbohrung;
  • 2 ist eine Querschnittsdarstellung, um einen Hohlraum aufzuzeigen, der in einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung erzeugt wird, die durch ein Verfahren hergestellt wurde, bei dem der anfängliche Vernetzungsprozess weggelassen wurde, und
  • 3 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung von einem Bauteil, das durch einen Bohrer aufgebohrt wurde.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung gemäß der Erfindung wird eine Schaltungsplatine mit einer plattierten Durchgangsbohrung 1 (siehe 1A) (d.h. die plattierte Durchgangsbohrung ist eine Durchgangsbohrung mit einer Innenwand (Wandoberfläche), die mit einer Plattierung 2 überdeckt ist (siehe 1A)) verwendet. Solch eine Schaltungsplatine wird beispielsweise durch das folgende Verfahren hergestellt. Eine Schaltung wird auf einer Oberfläche einer Basis (Substrat) ausgebildet; eine lamentierte Platte wird danach aus dieser Basis hergestellt; die Durchgangsbohrung wird danach in der lamentierte Platte ausgebildet; und sodann wird die Innenwand der Durchgangsbohrung plattiert, um die plattierte Durchgangsbohrung zu bilden.
  • Wenn die Basis 3 (siehe 1A) aus einem organischen Material, insbesondere aus Kunstharz (Epoxydharz oder dergleichen) hergestellt wird, welches ein Glasgewebe enthält, tritt die Wirkungsweise der Erfindung besonders deutlich hervor. Insbesondere kann die Erzeugung eines Hohlraums oder dergleichen verhindert werden.
  • Die lamentierte Platte kann aus der Basis beispielsweise durch Übereinanderlegen einer gewünschten Anzahl von Basisplatten und durch Zusammenfügung der Platten zu einer Platte durch Verpressen unter Hitzeeinwirkung oder dergleichen hergestellt werden. Die Durchgangsbohrung kann in der laminierten Platte mit einem Bohrer oder dergleichen hergestellt werden. Die Innenwand der Durchgangsbohrung kann beispielsweise durch chemisches Plattieren und/oder Elektroplattieren oder dergleichen hergestellt werden.
  • Die Dicke der Plattierung der plattierten Durchgangsbohrung beträgt beispielsweise zwischen 10 und 50 μm. Als Plattierungsmetall kann beispielsweise Kupfer oder dergleichen verwendet werden. Der Innendurchmesser der plattierten Durchgangsbohrung liegt beispielsweise im Bereich von 100 μm bis 800 μm, und die Länge der Durchgangsbohrung liegt beispielsweise zwischen 200 μm und 10,000 μm.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung wird ein redundanter Teil (einschließlich eines nicht erforderlichen Teils und dergleichen) der plattierten Durchgangsbohrung durch ein Backdrill-Verfahren entfernt. Der redundante Teil der plattierten Durchgangsbohrung kann beispielsweise ein Durchgangsbohrungs-Stub oder dergleichen sein.
  • Der redundante Teil der plattierten Durchgangsbohrung kann beispielsweise durch ein Backdrill-Verfahren entfernt werden, indem entlang einer Mittelachse der plattierten Durchgangsbohrung von der Oberfläche der Schaltungsplatine aus bis zu einer Tiefe gebohrt wird, sodass der redundante Teil entfernt wird. Der Innendurchmesser der Erweiterungsbohrung ist im Allgemeinen um etwa 20 % bis etwa 200 % größer als der Innendurchmesser der plattierten Durchgangsbohrung und er liegt insbesondere in dem Bereich von 120 μm bis 1,600 μm.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung wird die gesamte Durchgangsbohrung (d.h. der oben beschriebene Bohrungsraum 4 (siehe 1B) (insbesondere der Raum, der durch das Entfernen des redundanten Teils erzeugt wird) und ein verbleibender Teil 5 der plattierten Durchgangsbohrung (siehe 1B) mit einer aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung 6 zur Befüllung der Durchgangsbohrung gefüllt (siehe 1C).
  • Als aushärtbare Kunstharzzusammensetzung zur Befüllung der Durchgangsbohrung wird eine Zusammensetzung verwendet, die ein flüssiges Epoxydharz und einen Füllstoff enthält und die kein Lösungsmittel enthält.
  • Das flüssige Epoxydharz bezeichnet ein Epoxydharz in einem flüssigen Zustand oder einem halbflüssigen Zustand bei Normaltemperatur. Beispielsweise kann ein Epoxydharz mit einer Fließfähigkeit bei Normaltemperatur verwendet werden. Die Viskosität (mPa·s bei Raumtemperatur) von solch einem flüssigen Epoxydharz ist beispielsweise 20.000 oder weniger und liegt vorzugsweise in dem Bereich von 1000–10.000. Die Viskosität wird entsprechend JIS Z8803 gemessen, und Teilchendurchmesser werden entsprechend JIS K5600-2-5 gemessen.
  • Als flüssiges Epoxydharz kann beispielsweise ein Epoxydharz vom Bisphenol A-Typ verwendet werden, das durch die folgende chemische Formel 1 dargestellt wird. Chemische Formel 1
    Figure DE102016116165A1_0002
    wobei n gleich 0 oder 1 ist und G eine Glycidylgruppe darstellt.
  • Als flüssiges Epoxydharz kann beispielsweise ein Epoxydharz vom Bisphenol A-Typ verwendet werden, das durch die folgende chemische Formel 2 dargestellt wird. Chemische Formel 2
    Figure DE102016116165A1_0003
    wobei n gleich 0 oder 1 ist und G eine Glycidylgruppe darstellt.
  • Spezielle Ausführungsbeispiele des flüssigen Proxyharzes umfassen: flüssiges Epoxydharz vom Phenol-Novolac-Typ; multifunkionales Glycidylamin; Naphthalin-Typ, Diphenylthioether(Sulfid)-Typ, Trityl-Typ und flüssiges Epoxydharz vom Alicyclischen Typ; flüssiges Epoxydharz hergestellt aus Alkohol; flüssiges Epoxydharz vom Diallyl-bis-A-Typ, vom Methyl-Resorcinol-Typ and vom Bisphenol-AD-Typ; N,N,O-tris(glycidyl)-p-aminophenol und dergleichen, wobei das flüssige Epoxydharz einen oder mehrere Bestandteile davon enthalten kann.
  • Bevorzugte Beispiele für das flüssige Epoxydharz umfassen: Epoxydharz vom Bisphenol-A-Typ, F-Typ und AD-Typ; Epoxydharz vom Phenol-Novolac-Typ; multifunktionales Glycidylamin; N,N,O-tris(glycidyl)-p-aminophenol und dergleichen, wobei das flüssige Epoxydharz einen oder mehrerer Bestandteile davon enthalten kann.
  • Kommerzielle Produkte des Epoxydharzes umfassen: “EPONTM Resin 828” (Epoxydharz vom Bisphenol-A-Typ) und “EPONTM Resin 807” (Epoxydharz vom Bisphenol F-Typ) (hergestellt von Hexion Inc.); “ELM-100” (multifunktionales Glycidylamin, hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.); “RE-305S” (Epoxydharz vom Phenol-Novolac-Typ, hergestellt von Nippon Kayaku Co., Ltd.); und dergleichen, wobei eines oder mehrere Produkte davon verwendet werden können.
  • Ein Vernetzungsmittel, welches wenigstens die anfängliche Vernetzungsreaktion starten kann, das unten beschrieben wird, kann verwendet werden. Ein Vernetzungsmittel mit einer Anfangstemperatur der Vernetzung von weniger als 100° C, (beispielsweise 60°C oder mehr und weniger als 100°C), vorzugsweise weniger als 80° (beispielsweise 70°C oder mehr und weniger als 80°C) kann verwendet werden. Wenn die Anfangstemperatur der Vernetzung zu gering ist, wird die Haltbarkeit der aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung für die Durchgangsbohrungsbefüllung schlechter. Wenn die Anfangstemperatur der Vernetzung zu hoch ist, kann die Ausbildung des Hohlraums nicht verhindert werden.
  • Die Anfangstemperatur der Vernetzung bezeichnet einen anfänglichen Punkt (Anstiegspunkt) einer Kurve (eine vertikale Achse stellt einen Brennwert und eine horizontale Achse stellt eine Heiztemperatur dar), der durch eine Differential-Scan-Brennwertmessung (DSC = Differential-Scan-Calorimetry) während der Aufheizung bestimmt wird.
  • Beispiele des Vernetzungsmittels umfassen: aliphatische (oder modifiziert aliphatische) Polyamine; aromatische (oder modifiziert aromatische) Polyamine; Imidazole (beispielsweise 2-ethyl-4-methylimidazol und dergleichen); Amine (beispielsweise primäre, sekundäre und tertiäre Amine, aromatische Amine und dergleichen); Amin-Addukte, die durch modifizieren von Aminen [beispielsweise Amin/Säure-Anhydrid-(Polyamide)-Addukt]; Amid-Harz: Polyamid-Amine; Merkaptane; Amin-Komplexe von Lewis-Säure (beispielsweise ein BF3-Amine-Komplex und dergleichen); organische Säuren-Hydrazide; Melamine; Carboxylate von Aminen; Onium-Salze und dergleichen. Eines oder mehrere der Produkte davon können verwendet wird.
  • Das Vernetzungsmittel kann eine Kombination von zwei oder mehreren der genannten Vernetzungsmittel sein. Beispielsweise kann ein Kombinationssystem aus einer Imidazol-Verbindung und einem Säure-Anhydrid, ein Kombinationssystem aus einer Imidazol-Verbindung und einem Phenolharz und dergleichen eingesetzt werden, wobei ein Produkt oder mehrere davon verwendet werden können.
  • Als Vernetzungsmittel kann auch eine Mischung aus den unten angegebenen Vernetzungsmitteln und Vernetzungskatalysatoren verwendet werden. Spezielle Beispiele des Vernetzungsmittel umfassen: Phenolharze; Säure-Anhydride; Polycarboxyl-Säuren; und latente Vernetzungsmittel [beispielsweise Dicyandiamide (DICY) und dergleichen], wobei einer oder mehrere dieser Produkte eingesetzt werden können. Spezielle Beispiele für den Vernetzungskatalysator umfassen: Imidazol-(2,4-diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazin und dergleichen; tertiäre Amine; aromatische Amine; Borsäureester; Lewis-Säure; organische Metalverbindungen; organische Salze von Metallsäuren und dergleichen. Eine oder mehrere der Verbindungen können eingesetzt werden.
  • Zur Verbesserung der chemischen Widerstandsfähigkeit und, um die thermische Ausdehnung eines ausgehärteten Produktes zu unterdrücken, kann ein Vernetzungsmittel mit einer Vernetzung-Anfangstemperatur von 100°C oder mehr (beispielsweise 100°C bis 200°C, typischerweise 110°C bis 180°C) zusätzlich zugegeben werden. Spezielle Beispiele solcher Vernetzungsmittel sind: 2,4-Diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazin; 2-Phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole; hexahydrophthalische Anhydride und dergleichen. Eine oder mehrere dieser Verbindungen können zugegeben werden.
  • Kommerzielle Produkte des Vernetzungsmittel oder des Vernetzungskatalysators mit einer Vernetzungs-Anfangstemperatur von weniger als 100°C umfassen: “FujicureTM FXR-1020” (modifizierte aliphatische Polyamine, hergestellt von T&K TOKA Corporation); “CUREZOLTM 2E4MZ” (Imidazole, hergestellt von SHIKOKU CHEMICALS CORPORATION); “2MZ” (Imidazole, hergestellt von SHIKOKU CHEMICALS CORPORATION); “EPICURETM W” (modifizierte aromatische Polyamine, hergestellt von Mitsubishi Chemical Corporation); “PN-23” (Amin-Addukt, hergestellt von Ajinomoto Fine-Techno Co., Inc.) und dergleichen. Eine oder mehrere der Verbindungen davon können verwendet werden.
  • Kommerzielle Produkte des Vernetzungsmittel oder des Vernetzungskatalysators mit einer Vernetzungs-Anfangstemperatur von weniger als 100°C umfassen: “MEH-8000H” (Phenol-Harze, hergestellt von MEIWA PLASTIC INDUSTRIES, LTD.); “2PHZ” (Imidazole, hergestellt von SHIKOKU CHEMICALS CORPORATION); “CUREZOLTM 2MZA-PW” (Imidazole, hergestellt von SHIKOKU CHEMICALS CORPORATION); “RIKACIDTM MH-700” (Säure-Anhydride, hergestellt von New Japan Chemical Co., Ltd.) und dergleichen. Eine oder mehrere der Verbindungen davon können verwendet werden.
  • Es ist bevorzugt, dass die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung zur Durchgangsbohrungsbefüllung ferner ein Füllmittel enthält. Solch eine Mischung aus Füllmitteln kann die Ausbaubildung von Rissen durch eine Schrumpfung bei der Vernetzung verhindern und kann die Vernetzungscharakteristik verbessern (beispielsweise die chemische Widerstandsfähigkeit, die thermische Ausdehnung und dergleichen). Beispielsweise umfassen die Füllmittel organische Füllmittel (insbesondere Silikate, Calciumcarbonate, Aluminiumoxid, Bariumsulfat, Aluminiumhydroxid, Talkum und dergleichen). Eines oder mehrerer dieser Verbindungen davon können verwendet werden. Die Form des Füllmittels ist beispielsweise Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0.1 μm bis 100 μm.
  • Außerdem kann eine aushärtbare Harzzusammensetzung für die Durchgangsbohrungsbefüllung als Additiv umfassen: einen Schauminhibitor (beispielsweise Polydimethylsiloxan, einen Schauminhibitor auf der Basis von modifiziertem Silikon, auf Fluor-Basis oder auf Polymerbasis, ein Benetzungsmittel, einen Schauminhibitor vom Emulsionstyp oder dergleichen); ein Färbemittel; einen Viskositäts-Modifizierter; ein thixotropisches Mittel; ein Nivelliermittel; ein organisches Füllmittel; ein Gussform-Ablösemittel; ein Oberflächenbearbeitungsmittel; ein Flammverzögerungsmittel; einen Plastifizierer; ein Antimikrobenmittel; ein Pilzbekämpfungsmittel; einen Stabilisator; ein Antioxidationsmittel; ein Phosphormittel oder dergleichen.
  • Die aushärtbare Harzzusammensetzung zur Durchgangsbohrungsbefüllung enthält kein Lösungsmittel. Wenn Lösungsmittel enthalten ist, wird das Lösungsmittel in Gas umgesetzt und verursacht dadurch einen Hohlraum (Blase) während der thermischen Aushärtung.
  • Die Viskosität (Pa·s, bei 25°C) der aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung für die Durchgangsbohrungsbefüllung liegt beispielsweise im Bereich von 10–100.
  • Eine Rezeptur einer vernetzbaren Kunstharzzusammensetzung zur Durchgangsbohrungsbefüllung umfasst: 1 Gewichtsteil bis 200 Gewichtsteile (vorzugsweise 1 Gewichtsteil bis 100 Gewichtsteile) des Vernetzungsmittels; vorzugsweise 10 Gewichtsteile bis 1,000 Gewichtsteile (am meisten bevorzugt 50 Gewichtsteile bis 150 Gewichtsteile) des Füllmittels in Bezug auf 100 Gewichtsteile des flüssigen Epoxydharzes. Ferner kann dieser Rezeptor 1 Gewichtsteil bis 200 Gewichtsteile (vorzugsweise 1 Gewichtsteil bis 100 Gewichtsteile) des Vernetzungsmittels mit der Vernetzungs-Anfangstemperatur von 100°C oder mehr zugegeben werden.
  • Die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung zur Durchgangsbohrungsbefüllung kann beispielsweise durch Siebdruck unter atmosphärischen Druck oder unter reduziertem Vakuumdruck, eine direkte Fülltechnik, bei der die Durchgangsbohrung direkt mit Tinte befüllt wird, oder dergleichen eingefüllt werden.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung der Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung gemäß der Erfindung wird als Erstes ein anfänglicher Aufheizungsschritt durchgeführt, um das Kunstharz der Befüllung, das als aushärtbare Kunstharzzusammensetzung definiert ist, in der Durchgangsbohrung auszuhärten. Die Vernetzungs-Anfangstemperatur ist weniger als 100° C (beispielsweise 40° C oder mehr und weniger als 100° C), sie ist vorzugsweise geringer als 90° C (beispielsweise 60° C oder mehr und weniger als 90° C), und sie ist weiter bevorzugt weniger als 80° C (beispielsweise 60° C oder mehr und weniger als 80° C). Wenn die Vernetzungs-Anfangstemperatur zu gering ist, beginnt das Befüllungskunstharz ausgehärtet zu werden während des Schritts, bei dem die Durchgangsbohrung mit der aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung befüllt wird. Wenn die Vernetzungs-Anfangstemperatur zu hoch ist, kann die Erzeugung des Hohlraums nicht verhindert werden.
  • Der anfängliche Vernetzungsschritt wird fortgesetzt, bis eine anfängliche Vernetzungsrate von 60 % bis 85 % erreicht wird, vorzugsweise 75 % oder mehr (beispielsweise 65 % bis 80 %) und am meisten bevorzugt 70 % oder mehr (beispielsweise 70 % bis 80 %). Wenn die anfängliche Vernetzungsrate zu gering ist, kann die Verdampfung von Wasser oder die Erzeugung von Gas während der gesamten Aushärtung nicht unterdrückt werden. Die Zeit für den anfänglichen Vernetzungsschritt ist beispielsweise 30 Minuten bis 180 Minuten (typischerweise 60 Minuten bis 120 Minuten).
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung der Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung gemäß der Erfindung wird das Befüllungskunstharz nachbeheizt bei 130° C bis 200° C, vorzugsweise bei 130° C bis 180° C, und am meisten bevorzugt bei 150° C bis 180° C. Wenn die Nachbeheizungstemperatur zu gering ist, verschlechtert sich die Hitzebeständigkeit und die chemische Widerstandsfähigkeit des ausgehärtet Produkts. Anderseits, wenn die Nachbeheizungstemperatur zu hoch ist, kann eine Beschädigung durch die Wärmeeinwirkung verursacht werden. Die Nachbeheizungszeit beträgt beispielsweise 30 Minuten bis 180 Minuten (üblicherweise 30 Minuten bis 60 Minuten).
  • Nachdem das vollständig ausgehärtete Befüllungskunstharz wie oben beschrieben erhalten wurde, wird wenigstens ein Teil der Oberfläche oder die gesamte Oberfläche der Schaltungsplatine vorzugsweise flach gemacht. Insbesondere wird wenigstens ein freiliegender Teil des ausgehärteten Produkts des Befüllungskunstharzes vorzugsweise flach gemacht. Nachdem das Befüllungskunstharz vollständig ausgehärtet ist, wird beispielsweise ein Vorsprung 7 des Befüllungskunstharzes (siehe 1C), der vollständig ausgehärtet ist, poliert und mit einer Schleifscheibe, einem Band-Sandbearbeitungsgerät oder dergleichen entfernt, sodass die Oberfläche der Schaltungsplatine flach wird (siehe das vollständig ausgehärtete Kunstharz 8 in 1D).
  • Wie oben beschrieben wurde, kann eine Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung, bei der die Durchgangsbohrung vollständig mit dem vollständig ausgehärtet Produkt der aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung für die Durchgangsbohrungsbefüllung erfindungsgemäß hergestellt werden, wobei kein Hohlraum entsteht.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen beschrieben.
  • Verwendete Schaltungsplatine
  • Eine Schaltungsplatine mit einer plattierten Durchgangsbohrung wurde verwendet. Insbesondere wurde eine Epoxydharz-Basis für die Schaltungsplatine verwendet. Die Basis enthielt ein Glasfasergewebe und hatte zwei Schichten, wobei die gesamte Dicke der Basis 1,600 μm betrug. Die Durchgangsbohrung war mit Kupfer plattiert, wobei die Dicke der Plattierung 30 μm betrug und der Innendurchmesser der Durchgangsbohrung war 250 μm, und die Länge der Durchgangsbohrung war 1,600 μm.
  • Rezeptur der aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung für die Durchgangsbohrungsbefüllung
  • Rezepturbeispiele 1–15
  • Entsprechende Bestandteile gemäß den Rezepturen, die in den Tabellen 1 und 2 aufgelistet sind, wurden gleichmäßig vermischt, wodurch aushärtbare Kunstharzzusammensetzungen für die Durchgangsbohrungsbefüllung hergestellt wurden (Rezeptur Beispiele 1–15). In den Tabellen 1 und 2 stellt das Lösungsmittel Diethylen-Glycol-Ethyl-Ether-Acetat dar. Tabelle 1
    Komponente (Gewichtsteile) Erfindungsgemäße Beispiele
    1 2 3 4 5 6 7 8
    Epon828 100 50 - 100 100 - 100 -
    Epon807 - 50 70 - - - - -
    ELM-100H - - - - - 70 - 70
    RE-305S - - 30 - - 30 - 30
    FXR-1020 15 - 10 - - 10 - 24
    2E4MZ - 4 - - - - - -
    2MZ - - - 0.1 6 - - -
    MEH-8000H - - - 20 - - - -
    EPICURE W - - - - - - 25 -
    2PHZ - - - - - - - -
    2MZA-PW - - 4 - - 4 - -
    MH-700 - - - - - - - -
    PN-23 - - - - - - - -
    Siliziumoxid 120 120 - 120 120 - 120 -
    Calcium-carbonat 30 40 120 30 30 120 30 120
    Lösungsmittel - - - - - - - -
    Schauminhibitorauf Siliconbasis 2 2 - 2 2 - 2 2
    Tabelle 2
    Komponente (Gewichtsteile) Vergleichsbeispiele
    9 10 11 12 13 14 15
    Epon828 100 100 50 100 100 100 100
    Epon807 - - 50 - - - -
    ELM-100H - - - - - - -
    RE-305S - - - - - - -
    FXR-1020 - - - - - 15 15
    2E4MZ - - - - - - -
    2MZ - - - 2 - - -
    MEH-8000H - - - - - - -
    EPICURE W - - - - - - -
    2PHZ - 10 - - - - -
    2MZA-PW - - 8 - - - -
    MH-700 - - - 88 - - -
    PN-23 20 - - - 20 - -
    SILICA 130 120 120 120 120 - 120
    Cacium-Carbonat 20 30 40 30 30 - 30
    Lösungsmittel - - - - - 5
    Schaminhibitorauf Siliconbasis 2 2 2 2 2 2 2
  • Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung
  • Die oben beschriebene Schaltungsplatine wurde an einem offenen Ende der plattierten Durchgangsbohrung mit einem Bohrer mit einem Durchmesser von 600 μm und einer Tiefe von 800 μm aufgebohrt, um dadurch den Stub der Durchgangsbohrung zu entfernen.
  • Danach wurde der aufgebohrt Raum und ein restlicher Teil der plattierten Durchgangsbohrung mit den aushärtbaren Kunststoff-Zusammensetzungen, die in den Tabellen 3 und 4 aufgelistet sind, durch Siebdruck unter Atmosphärendruck befüllt.
  • Danach wurde das gefüllte Kunstharz anfänglich unter vorgegebenen Anfangs-Vernetzungsbedingungen ausgehärtet, die in den Tabellen 3 und 4 gezeigt sind, um eine anfängliche Vernetzungsrate zu erhalten.
  • Die anfängliche Vernetzungsrate wurde auf der Basis einer Reduktionsrate der Absorption des die Durchgangsbohrung befüllenden Harzes bei einem Absorptionspeak der Epoxydgruppen (bei 910 cm–1) erhalten, was durch eine Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR) vor und nach der Vernetzungsreaktion bestimmt wurde. Hier wurde ein Absorptionspeak von Calciumcarbonat (bei 873 cm–1) als Kontrast verwendet.
  • Insbesondere wurde die anfängliche Vernetzungsrate durch die folgende Formel erhalten:
    • Anfängliche Vernetzungsrate (%) = 100·[1 – {(Absorption des Kunstharzes zur Durchgangsbohrungsbefüllung an dem Peak der Epoxydgruppe nach der Reaktion/Absorption davon bei dem Peak von Calciumcarbonat/(Absorption des Kunstharz zur Durchgangsbohrungsbefüllung an dem Peak der Epoxydgruppe vor der Reaktion/Absorption davon bei dem Peak von Calciumcarbonat)}]
  • Die anfängliche Vernetzungsrate der Tinte, die kein Füllmittel enthielt, wurde auf der Basis einer Peak-Herabsetzungsrate erhalten, die aus der Absorption des Absorptions-Peaks der Epoxydgruppen (bei 910 cm–1) gemessen vor und nach der Vernetzungsreaktion berechnet wurde.
  • Insbesondere wurde die anfängliche Vernetzungsrate durch die folgende Formel erhalten:
    • Anfängliche Vernetzungsrate (%) = 100·[1 – (Absorption des Kunstharz zur Durchgangsbohrungsbefüllung an dem Peak der Epoxydgruppe nach der Reaktion/Absorption des Kunstharz zur Durchgangsbohrungsbefüllung an dem Peak der die Epoxydgruppe vor der Reaktion)]
  • Danach wurde das anfänglich ausgehärtete Kunstharz unter vorgegebenen Bedingungen zur vollständigen Aushärtung vollständig ausgehärtet, wie in den Tabellen 3 und 4 gezeigt ist. Danach wurde die gesamte Oberfläche der Schaltungsplatine mit einer Polierscheibe poliert, sodass die Oberfläche flach wurde.
  • Der Status bei der Erzeugung eines Hohlraums bei der auf diese Weise hergestellten Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung wurde überprüft, und die Ergebnisse sind in den Tabellen 3 und 4 aufgelistet
  • Die Tabelle 3 zeigt Herstellungsbeispiele 1–11, 13 und 14 gemäß der Erfindung. Die Tabelle 4 zeigt Beispiele 1–11 und 14–16 als Vergleichsbeispiele für die Herstellung.
  • Erfindungsgemäßes Herstellungsbeispiel 12
  • Ähnlich wie bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsbeispiel 1 außer der Verwendung einer Schaltungsplatine, die kein Glasgewebe enthielt, wurde eine Schaltungsplatine erfindungsgemäß hergestellt.
  • Der Status bei der Erzeugung des Hohlraums bei der Schaltungsplatine hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsbeispiel 12 wurde überprüft, und es wurde festgestellt, dass überhaupt kein Hohlraum erzeugt worden war.
  • Vergleichs-Herstellungsbeispiel 12
  • Ähnlich wie bei dem erfindungsgemäßen Herstellung Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass der anfängliche Auswertungsschritt weggelassen wurde, wurde eine Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung hergestellt.
  • Der Status bei der Erzeugung des Hohlraums bei der Schaltungsplatine, die durch das Vergleichs-Herstellungsbeispiel 12 hergestellt wurde, wurde überprüft, und es wurde festgestellt, dass ein Hohlraum in einem Teil zu beobachten ist, der durch den Bohrer aufgebohrt wurde.
  • Vergleichs-Herstellungsbeispiel 13
  • Ähnlich wie das erfindungsgemäße Herstellungsbeispiel 1 mit der Ausnahme, dass eine Schaltungsplatine verwendet wurde, die kein Glasgewebe enthielt, und dass der anfängliche Aushärtung Schritt weggelassen wurde, wurde eine Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung hergestellt.
  • Der Status bei der Erzeugung des Hohlraums bei der Schaltungsplatine, die durch das Vergleichs-Herstellungsbeispiel 13 hergestellt wurde, wurde überprüft, und es wurde festgestellt, dass ein Hohlraum in einem Teil zu beobachten ist, der durch den Bohrer aufgebohrt wurde. Dieser Hohlraum war jedoch kleiner als der Hohlraum, der in dem Vergleichs-Herstellungsbeispiel 12 beobachtet wurde.
  • Test zum Status der Hohlraumerzeugung bei der Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung
  • Die auf diese Weise hergestellten Schaltungsplatine in wurden zerschnitten, und die Schnittflächen wurden mit einem optischen Mikroskop beobachtet (100-fache Vergrößerung). Sodann wurden die Zustände bei der Erzeugung von hohen Räumen entsprechend den unten beschriebenen Kriterien ermittelt.
  • Die Bewertung wurde durchgeführt auf der Basis eines Verhältnisses der Querschnittsfläche eines Hohlraums oder von Hohlräumen in Bezug auf die Querschnittsfläche des aufgebohrten Raums. In den Spalten „Status der Hohlraum Erzeugung“ in den Tabellen 3 und 4 bezeichnet „Gut“ 0 % bis 1 Prozent. „Befriedigend“ bezeichnet 1 % bis 5 % und „schlecht“ bezeichnet 5 % oder mehr.
  • Auswirkungen und Mechanismus
  • Bei dem Aufbohren der Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung mit einem Backdrill-Gerät wurde eine Trennung des Glasgewebes 10 (siehe 3) von der Basis verursacht, oder ein Teil der Basis ist zerbrochen, sodass ein Spalt 11 (siehe 3) erzeugt wurde.
  • Der Teil, der mit dem Backdrill-Gerät aufgebohrt wurde, war Feuchtigkeit oder dergleichen in der Atmosphäre ausgesetzt, weil die plattierte Schicht von der Innenwand abgetragen wurde. Als Ergebnis hat die Basis viel Feuchtigkeit absorbiert (insbesondere in dem Fall, bei dem die Basis aus einem organischen Material hergestellt war). Wenn das Kunstharz bei 100° C oder mehr plötzlich aufgeheizt wurde, wurde die (absorbierte) Feuchtigkeit aus dem oben erwähnten Spalt abgegeben, sodass ein Hohlraum erzeugt wurde (durch Verdampfung).
  • Wenn das Befüllungskunstharz schnell vollständig ausgehärtet wurde, wurde das Befüllungskunstharz ausgehärtet, bevor der Hohlraum aus dem Inneren des Befüllungskunstharzes nach außen abgegeben wurde, sodass der Hohlraum in dem ausgehärtet Kunstharz verblieben ist.
  • Gemäß der Erfindung wurde anderseits das Befüllungskunstharz anfänglich bei weniger als 100° C ausgehärtet (d.h. weniger als der Siedepunkt von Wasser). Dadurch kann die Verdampfung der (absorbierten) Feuchtigkeit (d.h. die Erzeugung eines Hohlraums) verhindert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    plattierte Durchgangsbohrung
    2
    Plattierung
    3
    Basis
    4
    aufgebohrter Raum
    5
    restlicher Teil der plattierten Durchgangsbohrung
    6
    aushärtbare Harzzusammensetzung zur Durchgangsbohrungsbefüllung
    7
    freiliegender Vorsprung des Befüllungskunstharzes
    8
    vollständig ausgehärtedes Kunstharz
    9
    Hohlraum
    10
    Glassgewebe
    11
    Spalt
  • 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
    • JP 2014-187153 A [0002]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • JIS Z8803 [0026]
    • JIS K5600-2-5 [0026]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung umfassend: das Entfernen eines redundanten Teils einer plattierten Durchgangsbohrung, der in einer Schaltungsplatine durch ein Backdrill-Verfahren ausgebildet wird; das vollständige Befüllen einer Durchgangsbohrung mit einer aushärtbaren Kunstharz-Zusammensetzung zur Befüllung der Durchgangsbohrung; das anfängliche Aufheizen der gefüllten, aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung bei einer Temperatur von weniger als 100° C, sodass eine Vernetzungsrate der aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung gleich 60 % bis 85 % wird; und das nachfolgende Aufheizen der gefüllten, aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung bei einer Temperatur von 130° C bis 200° C, um die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung vollständig auszuhärten, wobei die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung 1 Gewichtsteil bis 200 Gewichtsteile Vernetzungsmittel in Bezug auf 100 Gewichtsprozent von flüssigem Epoxydharz umfasst und kein Lösungsmittel enthält.
  2. Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung umfassend: das Entfernen eines redundante Teils einer plattierten Durchgangsbohrung, der in einer Schaltungsplatine durch ein Backdrill-Verfahren ausgebildet wird; das vollständige Befüllen einer Durchgangsbohrung mit einer aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung zur Befüllung der Durchgangsbohrung; das anfängliche Aufheizen der gefüllten, aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung bei einer Temperatur von weniger als 80° C, sodass eine Vernetzungsrate der vernetzbaren Kunstharzzusammensetzung gleich 70 % bis 80 % wird; und das nachfolgende Aufheizen der gefüllten, aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung bei einer Temperatur von 130° C bis 180°C, um die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung vollständig auszuhärten, wobei die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung 1 Gewichtsteil bis 100 Gewichtsteile Vernetzungsmittel in Bezug auf 100 Gewichtsprozent von flüssigem Epoxydharz umfasst und kein Lösungsmittel enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsplatine aus einem Material auf Kunststoffbasis hergestellt wird, welches Glasfasergewebe enthält.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung ferner 10 Gewichtsteile bis 1000 Gewichtsteile Füllmaterial enthält.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung ferner ein Vernetzungsmittel mit einer Vernetzungs-Starttemperatur von 100° C oder mehr enthält.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Flachbearbeiten von wenigstens einem Teil einer Oberfläche der Schaltungsplatine nachdem die aushärtbare Kunstharzzusammensetzung vollständig ausgehärtet wurde.
  7. Aushärtbare Kunstharzzusammensetzung zur Durchgangsbohrungsbefüllung, die in dem Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 verwendet wird.
  8. Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung umfassend: eine Durchgangsbohrung, von der ein Stub entfernt worden ist; und ein vollständig ausgehärtetes Produkt aus einer aushärtbaren Kunstharzzusammensetzung gemäß Anspruch 7, wobei die Durchgangsbohrung vollständig mit dem ausgehärteten Produkt gefüllt ist, wobei die Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung frei von einem Hohlraum ist, und wobei eine Oberfläche der Schaltungsplatine mit Durchgangsbohrungsbefüllung flacht gemacht ist.
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