DE10205592B4

DE10205592B4 - Verfahren zum Herstellen eines Halbzeugs für Leiterplatten

Info

Publication number: DE10205592B4
Application number: DE2002105592
Authority: DE
Inventors: Udo Dr. Bechtloff; Johannes Schauer
Original assignee: KSG LEITERPLATTEN GmbH
Current assignee: Ksg De GmbH
Priority date: 2002-02-11
Filing date: 2002-02-11
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: WO2003069966A1; DE10205592A1; AU2003205619A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Halbzeugs (30) für Leiterplatten mit Leiterbahnen unterschiedlicher Dicke, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
– Vorsehen einer Metallschicht (2);
– Ausdünnen der Metallschicht (2) im Bereich einer Oberfläche (3) auf einer Vorderseite (4) der Metallschicht (2) zum Ausbilden eines Teilbereichs (5) für Leiterbahnen mit einer ersten Metallschichtdicke und eines anderen Teilbereichs (6) für Leiterbahnen mit einer zweiten Metallschichtdicke, wobei die erste Metallschichtdicke kleiner als die zweite Metallschichtdicke ist; und
– Ausbilden einer im wesentlichen ebenen äußeren Oberfläche auf der Vorderseite (4) eines Substrats (1) mit Hilfe des Aufbringen einer Isoliersubstratschicht (7) auf der Metallschicht (2), welche den Teilbereich (5) für Leiterbahnen mit der ersten Metallschichtdicke und den anderen Teilbereich (6) für Leiterbahnen mit der zweiten Metallschichtdicke jeweils zumindest teilweise bedeckt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliersubstratschicht (7) ein formbares Material in Form einer Klebefolie auf Basis eines mit unausgehärtetem Epoxidharz getränkten Glasgewebes...

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Leiterplatten.
Die zunehmende Vielfalt elektronischer Baugruppen, die mit Hilfe von Leiterplatten geschaffen werden, stellt hohe Anforderungen an die Komplexität und Variabilität der verwendeten Leiterplatten. Es besteht zunehmend Bedarf für Leiterplatten, die Leiterbahnen mit unterschiedlichen Leiterbahnendicken aufweisen. Leiterbahnen mit sich unterscheidenden Leiterbahnendicken erweitern die Bestückungsmöglichkeiten der Leiterplatten.
Bei bekannten Verfahren wird zum Herstellen der unterschiedlichen Leiterbahndicken zusätzliches Leiterbahnmaterial auf einen Teil vorhandener Leiterbahnen, die ursprünglich eine einheitliche Dicke aufweisen, galvanisch aufgebracht. Bei dem Leiterbahnmaterial handelt es sich üblicherweise um Kupfer. Infolge des galvanischen Aufbringens des zusätzlichen Leiterbahnmaterials entstehen auf der zu bestückenden Oberfläche der Leiterplatte Unebenheiten, so daß die für die Bestückung gewünschte Planarität der Leiterplattenoberfläche verloren geht.
Aus der Druckschrift JP 012 66 786 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem zum Ausbilden unterschiedlicher Leiterbahndicken eine Kupferfolie mehrfach hintereinander in Teilschritten bearbeitet, insbesondere geätzt wird, um Leiterbahnen unterschiedlicher Dicke auszubilden. Die hierbei geschaffenen Leiterbahnen stehen in unterschiedlichem Ausmaß von der Oberfläche der hergestellten Leiterplatte ab, so daß eine unebene Oberfläche für die Bestückung der Leiterplatte mit Bauelementen gebildet ist.
Aus der Druckschrift WO 01/50824 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Platte aus einem elektrisch leitenden Material bearbeitet wird, um auf einer Vorderseite der Platte Vertiefungen zu schaffen, so daß Abschnitte zwischen den Vertiefungen Bereiche für später zu erzeugende Leiterbahnen bilden. Anschließend wird auf der reliefartig ausgebildeten Oberfläche der Vorderseite der Platte ein Haftmaterial aufgebracht, welches dann mittels Spritzgießens eines dielektrischen Materials überdeckt wird, um eine im wesentlichen ebene Rückfläche zu schaffen. Zum Ausbilden von Leiterbahnen mit einheitlicher Leiterbahndicke wird die Platte aus dem elektrisch leitenden Material dann auf der Rückseite bearbeitet. Hierbei werden Abschnitte im Bereich der Vertiefungen entfernt, so daß Leiterbahnen mit einer einheitlichen Leiterbahndicke entstehen, die alle in gleichem Ausmaß aus dem dielektrischen Material herausragen, so daß eine im wesentlichen ebene Bestückungsfläche für eine Leiterplatte geschaffen ist.
Aus der Druckschrift US 2002/011348 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Metallfolie mittels eines Ätzprozesses so strukturiert wird, daß auf der Metallfolie Ausnehmungen gebildet werden, wodurch Bereiche mit zwei unterschiedlichen Dicken entstehen, die sich um ei nen Faktor zwei unterscheiden. Anschließend wird eine Harzlösung auf der Oberfläche der Metallfolie aufgetragen, so daß die Ausnehmungen gefüllt werden und sich eine ebene Oberfläche bildet. Die Harzlösung wird anschließend getrocknet.
Aus der Druckschrift JP 2001-217511 A ist ein Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnen auf einem wärmeleitenden Substrat bekannt. In dem Verfahren wird ein Harz mit einer Mischung aus inorganischen Füllmitteln verwendet, um die Wärmeleitfähigkeit des Substrats zu steigern. Zur Vorbereitung der Leiterbahnen werden in eine Metallschicht Vertiefungen oder Schlitze eingebracht, so daß zwischen den Vertiefungen Insel ähnliche Metallabschnitte entstehen. Es wird erläutert, daß die Vertiefungen auf einen Betrag von weniger als 80% der Gesamtdicke der Metallschicht zu begrenzen sind, da es sonst beim anschließenden Verbinden mit einem Isoliersubstrat zu örtlichen Verschiebungen der Insel ähnlichen Metallabschnitte kommt.
Die Druckschrift DE 1057672 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eingelegter Schaltkreise nach Art gedruckter Schaltungen. Nachdem Leiterbahnen aus Silber auf einem Kupferblech gebildet sind, wird hierauf ein isolierendes Material, welches als ein thermoplastischer oder ein wärmehärtbarer Kunststoff beschrieben wird, aufgebracht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Halbzeugs für Leiterplatten und einer Leiterplatte zu schaffen, welches (welche) das Ausbilden einer planaren Bestückungsoberfläche ermöglicht und bei dem das Ausbilden von Leiterbahnen unterschiedlicher Dicke mit Hilfe von verschieden dicker Metallschichtabschnitte mit ausreichender mechanischer Stabilität ermöglicht ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines Halbzeugs für Leiterplatten nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das so geschaffene Halbzeug zum Herstellen einer Leiterplatte gemäß den unabhängigen Ansprüchen 8 und 9 verwendet.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Halbzeug für eine Leiterplatte nach dem unabhängigen Anspruch 10 geschaffen. Beim Herstellen der Leiterplatte unter Verwendung des Halbzeugs wird das Halbzeug zweckmäßig mit wenigstens einer weiteren Substratschicht verpreßt, wobei die im wesentlichen ebene äußere Oberfläche auf der Vorderseite des Substrats der wenigstens einen weiteren Substratschicht beim Verpressen zugewandt ist. Auf diese Weise steht die Rückseite des Substrats, welche Planar ist, zum Strukturieren von Leiterbahnen zur Verfügung.
Ein wesentlicher Vorteil, welcher sich mit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ergibt, besteht darin, daß ein Halbzeug hergestellt wird, daß einerseits Leiterbahnen mit unterschiedlicher Dicke aufweist, andererseits jedoch über eine äußere Oberfläche verfügt, die beim Verwenden des Halbzeugs zum Herstellen einer Leiterplatte trotz der Schaffung von Leiterbahnen mit unterschiedlicher Dicke beim Strukturieren der Leiterbahnen das Ausbilden einer Planaren Bestückungsfläche ermöglicht. Dieses wird dadurch erreicht, daß auf die ausgedünnte und deshalb unebene Oberfläche auf der Vorderseite des verwendeten Substrats die Substratschicht aufgebracht wird. Die zur ausgedünnten Oberfläche entgegengesetzte Oberfläche der Metallschicht des Halbzeugs ist eben und steht für das Strukturieren der Leiterbahnen zur Verfügung. Die hierbei geschaffenen Leiterbahnstrukturen weisen oberhalb der Substratschicht des Halbzeugs eine gleiche Höhe auf, erstrecken sich jedoch mit unterschiedlichen Tiefen in die Substratschicht des Halbzeugs, so daß Leiterbahnstrukturen mit verschiedenen Dicken entstehen.
Zum Ausbilden der im wesentlichen ebenen äußeren Oberfläche auf der Vorderseite des Substrats wird die das formbare Material umfassende Isoliersubstratschicht mit der Metallschicht verpreßt, so daß ein Teil des formbaren Materials in einen Raum oberhalb des anderen Teilbereichs mit der zweiten Metallschichtdicke gepreßt wird. Hierdurch ist es möglich, auch bei Halbzeugen, die eine Vielzahl von Teilbereichen mit verschiedenen Metallschichtdicken aufweisen, Oberflächen zu schaffen, die eine Verwendung des Halbzeugs zum Herstellen von Leiterplatten ermöglichen. Das formbare Material dringt hierbei in die Räume oberhalb der Teilbereiche mit der geringeren Metallschicht ein und füllt diese im wesentlichen vollständig aus, so daß das Halbzeug die Anforderungen hinsichtlich der mechanischen und elektrischen Eigenschaften für eine Leiterplatte erfüllt.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß Abschnitte der Oberfläche auf der Vorderseite der Metallschicht, welche durch die Isoliersubstratschicht bedeckt werden, vor dem Aufbringen der Isoliersubstratschicht zum Verbessern der Haftung der Isoliersubstratschicht oberflächenbehandelt werden. Hierdurch werden die Eigenschaften des Halbzeugs, insbesondere eine ausreichende Festigkeit, für die weitere Verarbeitung verbessert.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, daß die Abschnitte der Oberfläche auf der Vorderseite der Metallschicht einer Behandlung zum Aufrauhen der Oberfläche ausgesetzt werden. Auf diese Weise wird die Haftung der Isoliersubstratschicht wirksam verbessert.
Ein zum Erzeugen von Leiterplatten bevorzugtes Halbzeug wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dadurch gebildet, daß die Metallschicht mittels einer Metallfolie bereitgestellt wird.
Um ein Halbzeug für eine Leiterplatte auf Kupferbasis herstellen zu können, kann bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Metallfolie eine Kupfer-Folie ist.
Zum Verpressen der Isoliersubstratschicht mit der Metallschicht wird zweckmäßig ein Preßmittel auf einer von dem Substrat abgewandten Seite der Isoliersubstratschicht angewendet, so daß die zum Ausbilden einer ausreichenden Haftung der Isoliersubstratschicht ausgeübt werden kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, daß die Metallschicht zum Ausdünnen im Bereich der Oberfläche auf der Vorderseite geätzt wird. Hierdurch ist es möglich, die übliche Ätztechnik in Verbindung mit dem Verfahren zur Herstellung des Halbzeugs zu nutzen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1A eine schematische Darstellung eines Substrats mit einer Metallschicht von der Seite;
1B das Substrat nach 1A mit ausgedünnter Metallschicht;
1C eine schematische Darstellung einer Substratschicht von der Seite;
1D eine schematische Darstellung eines Halbzeugs mit dem Substrat nach 1B und aufgebrachter Substratschicht nach 1C von der Seite;
2 eine schematische Darstellung einer Mehrlagenleiterplatte nach dem Verpressen unter Verwendung des Halbzeugs nach 1D; und
3 die Mehrlagenleiterplatte nach 2 nach dem Strukturieren von Leiterbahnen.
Die 1A und 1B zeigen eine schematische Darstellung eines Substrats 1 mit einer Metallschicht 2 in einem Ausgangszustand und nach einem Ausdünnen der Metallschicht 2 in einer Seitenansicht. Bei dem Substrat 1 handelt es sich beispielsweise um eine Kupfer-Folie. Zum Ausdünnen wird die Metallschicht 2 im Bereich einer Oberfläche 3 auf einer Vorderseite 4 mittels Ätzens bearbeitet, so daß Teilbereiche 5 mit einer ersten Metallschichtdicke und Teilbereiche 6 mit einer zweiten Metallschichtdicke geschaffen werden, wobei die erste Metallschichtdicke geringer als die zweite Metallschichtdicke ist.
Das Substrat 1 mit der ausgedünnten Metallschicht 2 wird anschließend gemäß 1D mit einer Substratschicht 7 verbunden, die in 1C in einem Ausgangszustand gezeigt ist. Die Substratschicht 7 wird auf die Oberfläche 2 auf der Vorderseite 4 der Metallschicht 2 aufgepreßt. Die Substratschicht 7, welche beispielsweise eine Klebefolie auf Basis von mit unausgehärtetem Epoxidharz getränktem Glasgewebe („Prepregs") ist, wird beim Hufpressen verformt, so daß Räume 8 im Bereich der Teilbereiche 5 mit der ersten Schichtdicke ausgefüllt werden. Beim Verpressen werden das Substrat 1 und die Substratschicht 7 mit Hilfe von Preßblechen 9, 10 zusammengedrückt, die auf einer Vorderseite 11 und einer Rückseite 12 aufgesetzt werden. Die Preßbleche 9, 10 werden nach dem Verpressen wieder entfernt. Der in 1D dargestellte Aufbau bildet ein Halbzeug 30 für die Herstellung von Leiterplatten.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Leiterplatte 20 unter Verwendung des Halbzeugs 30 von der Seite. Die Leiterplatte 20 ist eine Mehrlagenleiterplatte, welche neben der Metallschicht 2 des Halbzeugs 30 weitere Leiterbahnschichten 21, 22 und 23 und weitere Substratschichten 24, 25 aufweist. Die Anordnung aus der Leiterbahnschicht 23 und der weiteren Substratschicht 25 ist in gleicher Weise wie das Halbzeug 30 gebildet. Zum Herstellen der Leiterplatte 20 können bekannte Technologien genutzt werden, beispielsweise die Tending-Technologie oder die Metall-Resist-Strip-Technik. Die in 2 gezeigte Verwendung des Halbzeugs 30 für eine Mehrlagenleiterplatte ist beispielhaft. Das Halbzeug 30 kann für Leiterplatten beliebiger Art genutzt werden, die ein oder mehrere Leiterbahnschichten umfassen.
Die Leiterplatte 20 wird zum Ausbilden von Leiterbahnen in der Metallschicht 2 struktuiert, beispielsweise mittels Ätzens, so daß Leiterbahnstrukturen gebildet werden wie dies in 3 schematisch dargestellt ist. Es entstehen auf diese Weise Leiterbahnen 26, 27 mit unterschiedlicher Dicke. Die Höhe, mit der sich die Leiterbahnen 26, 27 über eine äußere von der Substratschicht 7 gebildete Oberfläche 28 der Leiterplatte 20 erheben, ist jedoch für die Leiterbahnen 26, 27 im wesentlichen gleich. Auf diese Weise ist eine für die Bestückung der Leiterplatte 20 mit elektronischen Bauelementen geeignete Planare Oberfläche 29 geschaffen.
Die Leiterbahnen 26, 27 sind in den 2 und 3 zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung vergrößert dargestellt, weisen bei üblichen Leiterplatten beispielsweise Dicken von etwa 18 μm bis 35 μm bzw. etwa 400 μm auf. Das beschriebene Verfahren ermöglicht das Ausbilden sehr feiner Leiterbahnstrukturen mit einer Leiterzugbreite von beispielsweise 120 μm.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Halbzeugs (30) für Leiterplatten mit Leiterbahnen unterschiedlicher Dicke, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: – Vorsehen einer Metallschicht (2); – Ausdünnen der Metallschicht (2) im Bereich einer Oberfläche (3) auf einer Vorderseite (4) der Metallschicht (2) zum Ausbilden eines Teilbereichs (5) für Leiterbahnen mit einer ersten Metallschichtdicke und eines anderen Teilbereichs (6) für Leiterbahnen mit einer zweiten Metallschichtdicke, wobei die erste Metallschichtdicke kleiner als die zweite Metallschichtdicke ist; und – Ausbilden einer im wesentlichen ebenen äußeren Oberfläche auf der Vorderseite (4) eines Substrats (1) mit Hilfe des Aufbringen einer Isoliersubstratschicht (7) auf der Metallschicht (2), welche den Teilbereich (5) für Leiterbahnen mit der ersten Metallschichtdicke und den anderen Teilbereich (6) für Leiterbahnen mit der zweiten Metallschichtdicke jeweils zumindest teilweise bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliersubstratschicht (7) ein formbares Material in Form einer Klebefolie auf Basis eines mit unausgehärtetem Epoxidharz getränkten Glasgewebes umfaßt und daß zum Ausbilden der im wesentlichen ebenen äußeren Oberfläche auf der Vorderseite (4) des Substrats (1) die das formbare Material umfassende Isoliersubstratschicht (7) mit der Metallschicht (2) verpreßt wird, wobei die erste Metallschichtdicke in einem Bereich von etwa 18 bis 35 μm liegt und die zweite Metallschichdicke etwa 400 μm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte der Oberfläche (3) auf der Vorderseite (4) der Metallschicht (2), welche durch die Isoliersubstratschicht (7) bedeckt werden, vor dem Aufbringen der Isoliersubstratschicht (7) zum Verbessern der Haftung der Isoliersubstratschicht (7) oberflächenbehandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Oberfläche (3) auf der Vorderseite (4) der Metallschicht (2) einer Behandlung zum Aufrauhen der Oberfläche (3) ausgesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (2) mittels einer Metallfolie bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie eine Kupfer-Folie ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verpressen der Isoliersubstratschicht (7) mit der Metallschicht (2) Preßmittel (9, 10) angewendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (2) zum Ausdünnen im Bereich der Oberfläche (3) auf der Vorderseite (4) geätzt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte (20), wobei ein nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestelltes Halbzeug (30) verwendet wird, wobei das Halbzeug (30) zum Ausbilden von Leiterbahnen strukturiert wird.
Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte, wobei ein nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestelltes Halbzeug (30) mit wenigstens einer weiteren Substratschicht (21, 22 bzw. 24, 25) verpreßt wird, wobei die im wesentlichen ebene äußere Oberfläche auf der Vorderseite (4) des Substrats (1) der wenigstens einen weiteren Substratschicht (21, 22 bzw. 24, 25) beim Verpressen zugewandt ist.
Halbzeug für eine Leiterplatte mit Leiterbahnen unterschiedlicher Dicke, bei dem in einer Metallschicht (2) auf einem Isoliersubstrat (7) ein Teilbereich (5) für Leiterbahnen mit einer ersten Metallschichtdicke und ein anderer Teilbereich (6) für Leiterbahnen mit einer zweiten Metallschichtdicke gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche auf einer von dem Isoliersubstrat (7) abgewandten Seite des Teilbereichs (5) in einem Abstand oberhalb einer Deckfläche des Isoliersubstrats (7) angeordnet ist, der im wesentlichen gleich einem Abstand einer Oberfläche auf einer von dem Isoliersubstrat (7) abgewandten Seite des anderen Teilbereichs (6) von der Deckfläche des Isoliersubstrats (7) ist, so daß die Oberfläche des Teilbereichs (5) und die Oberfläche des anderen Teilbereichs (6) im wesentlichen in einer Ebene liegen, wobei die erste Metallschichtdicke in einem Bereich von etwa 18 bis 35 μm liegt und die zweite Metallschichtdicke etwa 400 μm beträgt und wobei für das Isoliersubstrat (7) ein formbares Material in Form einer Klebefolie auf Basis eines mit unausgehärtetem Epoxidharz getränkten Glasgewebes verwendet wird.