DE19539193A1

DE19539193A1 - Verfahren und Vorrichtung zur zweischichtigen Beschichtung von Kupferfolien mit Epoxidharzschmelzen

Info

Publication number: DE19539193A1
Application number: DE1995139193
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl Ing Schaefer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-04-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zwei schichtigen Beschichtung von Kupferfolien mit Epoxidharzschmelzen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten zur Verwendung als sogenanntes "Via sheet" bei der Herstellung von sequentiellen Multilayerschaltungen. Die weiter fortschreitende Miniaturisierung der IC-Bauteile bei weiter steigenden Anschlußzahlen führt zu Schaltungen mit mehreren Ebenen,den sogenannten Multilayern, deren Kontaktierung der einzelnen Schaltungs ebenen nicht mehr durch mechanische Bohrungen hergestellt werden kann. Da die Bohrungen inclusiv Restring den meisten Flächeninhalt verbrauchen, müssen hierfür Sacklöcher mit 20 bis 100 µm Durchmesser erzielt werden. Diese Löcher werden wie in der Patentschrift CH 681758 A5 und in der Veröffentlichung des BUM Prozesses in der Zeitschrift Galvanotechnik Nr. 10 und 12 des Jahres 1994 beschrieben, durch Ätzen mit Plasma oder durch Lauge bzw. Lösungsmittel erzielt. In beiden Fällen wird das Loch bild durch Fotostrukturierung mit Fotoresist erzeugt, wobei die Kupfer folie bei der Ätzung der Sacklöcher als Resist dient.

Zur Herbeiführung der leitenden Verbindung zur nächsten Leiterebene wer den die freigeätzten Löcher entweder mit leitfähigen Pasten ausgefüllt, oder mit Kupfer galvanisiert.

Die Herstellung einer Mehrlagenschaltung wird durch die Verbindung ein zeln hergestellter Leiterebenen erzielt. Dies geschieht entweder durch Verpressen oder durch Rollenlamination. Da beim Verpressen ein Prepreg zur Verbindung der Schaltungsebenen benötigt wird, ist der Aufwand sehr hoch.

Beim sogenannten BUM Prozeß (buildt up multilayer) wird der Iso lator und Leiterträger durch eine erste Beschichtung einer Kupferfolie mit einem Epoxidharz hergestellt, wobei diese weit vorgehärtet wird. Mit einer zweiten Beschichtung wird die Verklebung erzeugt, die mit hohem Fließverhalten ausgestattet ist.

Die zweite Schicht füllt den Zwischenraum zwischen den Leitern aus und stellt die Verbindung beider Leiterebenen durch Verklebung dar. Die erste als Isolator dienende Schicht muß daher weit vorgehärtet werden, damit sie beim Heißlaminieren der Folie auf den Schaltungsträ ger nicht aufschmilzt und somit der Isolationsabstand über den Leitern gewährleistet ist.

Diese zweischichtige Kupferfolie kann nun mit beheizten Stahlwalzen auf Leiterplatten auflaminiert werden.

Dieses Verfahren ist jedoch mit erheblichen Mängeln behaftet.

So besteht durch die zwei Beschichtungsprozesse eine erhöhte Gefahr der Oberflächenbeschädigung der Kupferfolie, was zu Ausschuß beim Ätzprozeß führen kann. Die zweischichtige Beschichtung mit auf unterschiedliches Fließverhalten eingestellten Schichten ist nicht prüffähig, da das Fließ verhalten nur gemeinsam, jedoch nicht pro Schicht festgestellt werden kann. Die auf niedrigen Fluß vorgehärtete erste Epoxidharzschicht kann auch durch den zweiten Beschichtungs-und Trockenprozeß derart überhär tet werden, daß eine gleichmäßige Ätzung der Sacklöcher nicht mehr ge wähleistet ist.

Die Lösung all dieser und noch weiterer damit in Verbindung stehender Aufgaben erfolgt durch ein Verfahren und durch eine Vorrichtung gemäß der unabhängigen Patentansprüche 1 und 6.

Besonders bevorzugte Varianten sind jeweils Gegenstand der entsprechen den abhängigen Verfahrens bzw. Vorrichtungsansprüche.

Insbesondere wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Beschichten von Kupferfolien mit zwei Epoxidharzschichten in einem Arbeitsprozeß geschaf fen. Diese Harzschichten müssen dabei derart beschaffen sein, daß beim Heißlaminieren nur die zweite Harzschicht aufschmilzt und fließt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die erste Beschichtung ein Epoxidharz mit einem Schmelzbereich von 120 bis 160°C und für die zweite Beschichtung ein Epoxidharz mit einem Schmelzbereich von 60 bis 90°C verwendet wird. Während die erste Schicht mit einer Dicke von 30 bis 60 µm aufgetragen wird, beträgt die Dicke der zweiten Schicht 20 bis 40 µm, so daß eine Gesamtdicke der Epoxidharzschicht von 50 bis 100 µm erzielt wird.

Die einstufige zweischichtige Beschichtung der vorzugsweise 10 bis 70 µm dicken Kupferfolie erfolgt erfindungsgemäß mit einer doppelseitigen Wal zenbeschichtungsanlage, die je zwei beheizbare Dosier- und Auftragswalzen besitzt, welche übereinander angeordnet sind und bei der sich die Auf tragswalzen berühren.

Die Kupferfolie (Fig. 1, 1) ist über den Auftragswalzen angeordnet und wird der auf 110 bis 120°C temperierten Auftragswalze (Fig. 1, 2) derart zugeführt, daß die glatte Seite auf der verchromten Metallwalze aufliegt, und diese bis zur Hälfte ihres Umfanges umschlingt.

Die Dosierwalze (Fig. 1, 3) hat eine Temperatur von 130 bis 180°C und bildet mit der Auftragswalze (Fig. 1, 2) einen definierten Spalt von vorzugsweise 30 bis 60 µm.

Der Dosierwalze wird ein festes Epoxidharz über ein Schmelzgefäß oder als Pulverharz luftgetragen zugeführt, welches aus einem Reaktionsprodukt von Epichlorhydrin und Bisphenol A besteht und ein Epoxidäquivalentge wicht von vorzugsweise 2000 bis 6000 und einen Schmelzpunkt von 120 bis 160°C besitzt.

Nach der Beschichtung mit der Harzschmelze wird diese durch die kühlere Auftragswalze (Fig. 1, 2) unterhalb des Schmelzpunktes auf 110 bis 120°C abgekühlt.

Auf diese erste Schicht wird eine zweite Schicht aufgetragen.

Diese zweite Schicht besteht aus einem Epoxidharz mit einem Epoxidäqui valentgewicht von 450 bis 700 und einem Schmelzpunkt von 60 bis 90°C Mittels der auf 90 bis 120°C beheizten Dosierwalze (Fig. 1, 5) wird das Epoxidharz aufgeschmolzen und mit der auf 100 bis 110°C aufgeheiz ten Auftragswalze (Fig. 1, 4) auf die vorbeschichtete Kupferfolie in Dicken von 20 bis 40 µm aufgetragen. Die Auftragswalze des zweiten Epoxid harzes ist bevorzugt gummiert, um einen gewissen Laminierdruck erzeugen zu können, der für eine optimale Einlagerung des Harzes in das Kupfer treatment sorgt. Nach dem die zweite Schicht aufgetragen wurde, wird die Folie um eine Kühlwalze (Fig. 1, 6) als doppeltbeschichtete Folie mit halber Umschlingung geführt, auf Raumtemperatur abgekühlt und auf einer oberhalb angeordneten Wickelvorrichtung (Fig. 1, 7) aufgerollt.

In vergleichbarer Weise lassen sich auch andere Metallfolien wie vor zugsweise Aluminiumfolie beschichten.

Diese zweischichtigen Folien lassen sich in an sich bekannter Weise mit einem Rollenlaminator bei 90 bis 115°C auf Leiterplatten oder an dere profilierte Substratmaterialien auftragen.

Ein Aufpressen ist ebenfalls möglich.

Das Pressen ist insbesondere beim Laminieren von Aluminiumfolie auf Aluminiumwaben zur Herstellung von Sandwichbauteilen von Bedeutung. Hierbei dient die zweite Schicht zur Ausbildung von Menisken an den Wabenwänden und trägt somit zur Haftung der Deckschicht herbei.

Es lassen sich auf diese Weise die teuren Prepregs über all dort ein sparen, wo keine hohen Festigkeiten benötigt werden.

Die Erfindung soll anhand nachfolgender Beispiele näher erläutert werden.

Beispiel 1

Beschichtungsmittel 1

98 Gew.Tl. Epoxidharz DER 668 Fa. DOW
2 Gew.Tl. 2-Methyl-Imidazol Fa. BASF
100 Gew.Tl.

Beschichtungsmittel 2

98 Gew.Tl. Epoxidharz DER 671 Fa. DOW
2 Gew.Tl. 2-Methyl-Imidazol Fa. BASF
100 Gew.Tl.

Beschichtungsmittel 1

Schmelzpunkt: 120 bis 140°C
Epoxidäquivalent: 2000 bis 3500 g

Walzenbeschichtung

Auftragswalze Fig. 1, 2 (°C): 110
Dosierwalze Fig. 1, 3 (°C): 160
Walzenspalt (µm): 30

Beschichtungsmittel 2

Schmelzpunkt: 65 bis 78°C
Epoxidäquivalent: 475 bis 550 g

Auftragswalze Fig. 1, 4 (°C): 100
Dosierwalze Fig. 1, 5 (°C): 110
Walzenspalt (µm): 20
Geschwindigkeit (m/min): 20
Kühlwalze Fig. 1, 6 (°C): 6

Beispiel 2

Beschichtungsmittel 3

98 Gew.Tl. Epoxidharz DER 669 Fa. DOW
2 Gew.Tl. 2-Methyl-Imidazol Fa. BASF
100 Gew. Tl.

Beschichtungsmittel 4

98 Gew.Tl. Epoxidharz DER 662 Fa. DOW
2 Gew.Tl. 2-Methyl-Imidazol Fa. BASF
100 Gew.Tl.

Beschichtungsmittel 3

Schmelzpunkt : 135 bis 155°C
Epoxidäquivalent : 3500 bis 5500 g

Walzenbeschichtung

Auftragswalze Fig. 1, 2 (°C): 120
Dosierwalze Fig. 1, 3 (°C): 180
Walzenspalt (µm): 60

Beschichtungsmittel 4

Schmelzpunkt: 80 bis 90°C
Epoxidäquivalent: 575 bis 700 g

Walzenbeschichtung

Auftragswalze Fig. 1, 4 (°C): 110
Dosierwalze Fig. 1, 5 (°C): 120
Walzenspalt (µm): 40
Geschwindigkeit (m/min): 5
Kühlwalze Fig. 1, 6 (°C): 5

Claims

1. Verfahren zur zweischichtigen Beschichtung von Folien, vorzugsweise von Kupferfolien mit Epoxidharzschmelzen dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferfolien die auf 110 bis 120°C temperierte Auftragswalze (Fig. 1, 2) bis zu 50% umschlingen und

- in einem ersten Schritt ein hochmolekulares Epoxidharz vorzugsweise mit einem Epoxidäquivalent von 2000 bis 6000 g und einem Schmelzpunkt von 120 bis 160°C mittels einer auf 130 bis 180°C aufgeheizten Dosier walze (Fig. 1, 3) geschmolzen, und in Schichtdicken von vorzugsweise 30 bis 60 µm aufgetragen wird,
- in einem zweiten Schritt über diese erste Schicht ein zweites niedermo lekulares Epoxidharz vorzugsweise mit einem Epoxidäquivalent von 450 bis 700 g und einem Schmelzpunkt von 60 bis 90°C mittels einer auf 100 bis 110 temperierten unteren Auftragswalze (Fig. 1, 4) in einer Dicke von vorzugsweise 20 bis 40 µm aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrags walze (Fig. 1, 4) vorzugsweise gummiert ist, und mit einem Anpreßdruck von 1 bis 2 bar betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die verwende ten Epoxidharze eine Schmelzpunktdifferenz von 40 bis 90°C aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der zu beschichtenden Folie um eine Polyimidfolie, um eine endlose flexible Schaltung oder um eine beliebige Kunststoff- oder Metallfolie handelt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß aus zweischichtig beschichteten Aluminiumfolien Sandwichplatten durch die Verpressung mit Aluminiumwaben hergestellt werden.

6. Vorrichtung zum zwei schichtigen Beschichten von Kupferfolien mit Epoxidharzschmelzen mit einer Walzenbeschichtungsanlage, welche über zwei beheizbare Auftrags- und Dosierwalzen verfügt dadurch gekenn zeichnet, daß die Auftragswalze (Fig. 1, 2) auf eine Temperatur von 110 bis 120°C temperierbar und die Auftragswalze (Fig. 1, 4) auf eine Temperatur von 100 bis 110°C temperierbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Aufbringen des Beschichtungsmittels auf die Auftragswalzen (Fig. 1, 2, und 1, 4) je eine Dosierwalze umfassen, welche beheizbar ist und deren Temperatur auf vorzugsweise 120 bis 180°C einstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die untere Auftragswalze (Fig. 1, 4) mit einer Gummierung versehen ist, deren Härte A vorzugsweise 60 bis 80 shore beträgt.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Walzenbeschichtungsanlage eine Kühlwalze (Fig. 1, 6) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Ab- und Aufrollungen der Kupferfolie (Fig. 1, 6 u. 7) bevorzugt ober halb der Auftragswalzen (Fig. 1, 2 u. 4) angeordnet sind.