DE19637358C1 - Verfahren zur Herstellung von einseitig strukturierten Leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von einseitig strukturierten Leiterplatten mit einer Träger­ platte aus einem Prepregmaterial, die einseitig einen struk­ turierten Metallfilm trägt. Unter der Bezeichnung Pregpregma­ terial wird dabei wie üblich ein faserverstärkter, z. B. ein glasfaserverstärkter, Verbundwerkstoff verstanden, der in Form einzelner Prepregblätter vorgefertigt wird.

Bei einem herkömmlichen Verfahren wird zunächst ein Schichtstapel dadurch bereitgestellt, daß eine Trennfolie, z. B. eine Teflonfolie, eine Prepregschichtung bzw. -lage aus einem oder mehreren Prepregblättern und eine Kupferfolie auf­ einandergestapelt werden. Dieser Schichtstapel wird dann durch ein geeignetes Preßwerkzeug zusammengepreßt, wobei das Festkleben der Prepregschichtung auf den Preßblechen zum ei­ nen von der Kupferfolie und zum anderen von der Trennfolie verhindert wird. Durch den Preßvorgang wird die Kupferfolie mit der Prepregschichtung verpreßt und auf diese Weise mit ihr dauerhaft zu einem Laminat verbunden. Das Laminat wird dann auf Format geschnitten, und die Trennfolie wird abgezo­ gen. Anschließend wird das Laminat auf seiner Kupferfolien­ seite zur Leiterplattenstrukturierung, d. h. zur Erzeugung der gewünschten Schaltkreisstrukturen, bearbeitet. Nach beendeter Strukturierung kann dann das einseitig leiterplattenstruktu­ rierte Laminat durch einen Trennvorgang, z. B. mittels Stanzen oder Fräsen, in die einzelnen Leiterplattenelemente verein­ zelt werden.

Weitere herkömmliche Verfahren zur Herstellung einseitig strukturierter Leiterplatten, insbesondere in Nutzenferti­ gung, sind in M. Hummel, Einführung in die Leiterplattentech­ nologie, Eugen G. Leuze Verlag, Saulgau/Württ. 1985, Seiten 81 bis 85 beschrieben. In M. Huschka, Einführung in die Muli­ layer-Preßtechnik, Eugen G. Leuze Verlag, Saulgau/Württ. 1988, Seiten 57 und 58 ist ein Preßpaketaufbau offenbart, der zwischen einem zu laminierenden Multilayerpaket und einem Preßblech eine Trennfolie beinhaltet, die verhindern soll, daß das Mutilayerpaket mit dem Preßblech durch auslaufendes Harz verklebt.

In der Patentschrift DE 11 29 198 ist ein Verfahren zur Her­ stellung von einseitig strukturierten Leiterplatten beschrie­ ben, bei dem mehrere, mit wärmehärtendem Kunstharz imprä­ gnierte Papierlagen aufeinandergeschichtet werden und auf beiden Endseiten dieses Stapels eine Metallfolie, z. B. aus Kupfer, gelegt wird. Unter Druck- und Wärmeeinwirkung wird dieser Stapel zu einem Verbund/Laminat verbunden, wonach die beiden Metallfolien strukturiert werden. Anschließend wird die zwischen den Metallfolien aus den kunstharzimprägnierten Papierlagen gebildete Isolierschicht mittig aufgespalten, wo­ durch aus dem Verbund/Laminat die einzelnen, einseitig struk­ turierten Leiterplatten gewonnen werden.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, mit dem sich einseitig strukturierte Leiterplatten ver­ gleichsweise effektiv herstellen lassen.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei die­ sem Verfahren wird ein Schichtstapel bereitgestellt, der beidseits einer Trennschicht je eine Prepreglage, d. h. Pre­ pregschichtung, beinhaltet, an die sich außenseitig wiederum je ein Metallfilm anschließt. Dabei erstreckt sich die Trenn­ schicht nicht durchgehend über den gesamten Flächenbereich der Prepregschichtungen, sondern läßt einen Verbindungsbe­ reich frei, in welchem sich die beiden Prepregschichtungen ohne zwischenliegende Trennschicht gegenüberliegen. Dieser Verbindungsbereich kann insbesondere ein Randbereich des Schichtstapels sein. Der Schichtstapel wird dann zusammenge­ preßt bzw. laminiert, wobei ein Festkleben der Prepregschich­ tungen auf den Preßblechen des Preßwerkzeuges durch die bei­ den außenseitigen Metallfilme verhindert wird.

Durch den Preßvorgang verpreßt sich der jeweilige Metallfilm mit seiner angrenzenden Prepregschichtung und wird dadurch dauerhaft mit dieser verbunden. Gleichzeitig verbinden sich die beiden Prepregschichtungen in dem von der Trennschicht freigelassenen Verbindungsbereich miteinander, so daß nach dem Preßvorgang ein einstückiges Laminat vorliegt, das auf beiden Außenseiten den jeweiligen Metallfilm aufweist. Bei Bedarf kann das Laminat bzw. der Verbund auf Format geschnit­ ten werden. Das Laminat wird dann beidseitig leiterplatten­ strukturierend bearbeitet, d. h. es erfolgt eine gemeinsame Leiterplattenstrukturierung beider Metallfilme. Dabei können je nach Art der verwendeten Strukturierungsprozesse im allge­ meinen fast alle Prozeßschritte, wie Beschichten, Ätzen und dergleichen, für beide Metallfilme gleichzeitig vorgenommen werden. Gegenüber der eingangs erwähnten, herkömmlichen Methode läßt sich da­ durch die doppelte Anzahl von Leiterelementen erzeugen, ohne daß hierfür die doppelte Prozeßdauer erforderlich ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit der Durchsatz ge­ genüber dem erwähnten herkömmlichen Verfahren für fast alle Prozeßschritte verdoppelt.

Nach beendeter Strukturierung wird dann das Laminat durch ei­ nen Trennvorgang in Verbund-/Laminat-Elemente bzw. Doppelleiterplattenelemente vereinzelt, wobei die Trennlinien im Bereich der Trennschicht liegen, so daß diese an den Trennlinien seitlich freigelegt wird. Dies ermöglicht ein problemloses anschließendes Ablösen der durch die Trennschicht getrennten beiden Leiterplatten bzw. Leiterplattenelemente je­ des Doppelleiterplattenelementes von der Trennschicht. Mit dem vorliegenden Verfahren werden so von einer gegebenen la­ teralen Laminatausdehnung, die bei dem eingangs erwähnten, herkömmlichen Verfahren für ein einzelnes Leiterplattenele­ ment benötigt wird, zwei einzelne Leiterplattenelemente er­ halten.

Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren ist die Flächenausdehnung des Metallfilms bei der Bildung des Schichtstapels größer gewählt als diejenige der Prepreg­ schichtungen, so daß kein Prepregmaterial seitlich über die Metallfilme hinausfließt, was ansonsten zu einem Verkleben mit den Preßblechen führen könnte. Des weiteren erstreckt sich die Trennschicht jeweils ganzflächig wenigstens über den Bereich eines herzustellenden Doppelleiterplattenelementes hinweg, jedoch randseitig nicht bis zu den Rändern der Pre­ pregschichtung, so daß sich die beiden Prepregschichtungen beim Zusammenpressen des Schichtstapels wenigstens in diesem Randbereich miteinander zu dem einstückigen Laminat verbin­ den. Das Durchtrennen des Laminates erfolgt dann längs von Trennlinien, die etwas innerhalb des Trennschichtrandes ver­ laufen, so daß die Trennschicht bei jedem erhaltenen Doppel­ leiterplattenelement allseitig freiliegt, wodurch die jewei­ ligen beiden einzelnen Leiterplattenelemente unschwer von der Trennschicht abgezogen werden können.

Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Verfahren werden als Metallfilme Kupferfolien verwendet, so daß das Verfahren die effiziente Herstellung von einseitig kupferkaschierten Leiterplatten ermöglicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch einen bereit­ gestellten Schichtstapel mit mittiger Trennfolie für eine beidseitige Herstellung kupferkaschierter Lei­ terplattenelemente,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht des aus dem Schicht­ stapel von Fig. 1 durch Zusammenpressen und Schneiden auf Format erhaltenen Laminates,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines der durch beidseitige Leiterplattenstrukturierung und Verein­ zeln aus dem Laminat von Fig. 2 erhaltenen Doppellei­ terplattenelemente und

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines der beiden, aus dem Doppelleiterplattenelement von Fig. 3 durch Ablösen längs der Trennfolie erhaltenen Leiterplat­ tenelemente.

Das in den Fig. 1 bis 4 in mehreren aufeinanderfolgenden Her­ stellungsstufen illustrierte Verfahren dient zur gleichzeiti­ gen Herstellung mehrerer Leiterplattenelemente aus einem be­ reitgestellten Schichtstapel. Das Verfahren beginnt mit der Bereitstellung des Schichtstapels 6, wie er in Fig. 1 schema­ tisch, d. h. nicht maßstabsgetreu, wiedergegeben ist. Auf eine erste großformatige Kupferfolie 5 wird eine erste Prepreg­ schichtung 3 in Form zweier einzelner Prepregblätter 3a, 3b, z. B. bestehend aus einem glasfaserverstärkten Verbundwerk­ stoff, mit etwas kleinerem Format aufgelegt, so daß die erste Metallfolie 4 in einem Außenbereich A über die erste Prepreg­ schichtung 3 vorsteht. Auf die erste Prepregschichtung 3 wird eine Teflonfolie 1 als Trennschicht aufgelegt, die wiederum von etwas kleinerem Format als die erste Prepregschichtung 3 ist und dadurch einen randseitigen Prepregschichtungs-Verbin­ dungsbereich V freiläßt, in welchem sich die erste Prepreg­ schichtung 3 seitlich über die Trennfolie 1 hinaus erstreckt. Anschließend wird eine zweite Prepregschichtung 2 aus eben­ falls zwei einzelnen Prepregblättern 2a, 2b mit gleichem For­ mat wie die erste Prepregschichtung 3 auf die Trennfolie 1 aufgelegt. Im Prepregschichtungs-Verbindungsbereich V liegt die zweite Prepregschichtung 2 folglich der ersten 3 ohne zwischengefügte Trennfolie 1 gegenüber. Zum Abschluß wird auf die zweite Prepregschichtung 2 eine zweite Kupferfolie 4 auf­ gelegt, deren Format der ersten Kupferfolie 5 entspricht. Die Flächenausdehnung der einzelnen Schicht lagen und deren Dicke liegen in der Größenordnung, wie sie von dem eingangs erwähn­ ten, herkömmlichen Verfahren bekannt ist.

Nach Bereitstellen des Schichtstapels von Fig. 1 wird dieser in einem geeigneten Preßwerkzeug zu einem einstückigen Lami­ nat zusammengepreßt. Dabei verkleben die jeweiligen beiden aneinanderliegenden Prepregblätter 2a, 2b bzw. 3a, 3b zur be­ treffenden Prepregschichtung 2 bzw. 3, und die erste Kupfer­ folie 5 verbindet sich mit der ersten Prepregschichtung 3, während sich analog die zweite Kupferfolie 4 dauerhaft mit der zweiten Prepregschichtung 2 verbindet. Außerdem werden die beiden Prepregschichtungen 2, 3 in dem Verbindungsbereich V außerhalb der Trennfolie 1 miteinander verpreßt und damit verklebt, wobei sich der im noch ungepreßten Schichtstapel von Fig. 1 in dem Verbindungsbereich V vorliegende Spalt schließt. Fig. 2 zeigt das durch Zusammenpressen des Schichtstapels von Fig. 1 erhaltene Laminat, nachdem dieses randseitig entlang einer Schnittlinie auf Format geschnitten wurde, die ungefähr entlang der Grenzlinie zwischen dem Au­ ßenbereich A und dem Prepregschichtungs-Verbindungsbereich V verläuft, so daß einerseits ein sauberer, definierter Lami­ natrand entsteht, ohne daß andererseits dadurch die Trennfo­ lie 1 seitlich freigelegt wird.

Das Laminat von Fig. 2 wird dann beidseitig leiterplatten­ strukturierend bearbeitet, um beide Kupferfolien 4, 5 mit den gewünschten Leiterplattenstrukturen zu versehen. Hierzu wird eine Mehrzahl von herkömmlichen Prozeßschritten, wie Ätzmas­ kenherstellung, Ätzen, Ätzmaskenentfernung etc., durchge­ führt, wobei je nach Anwendungsfall weitere, in diesem Zusam­ menhang übliche Prozeßschritte vorgesehen sein können, wie Funktionstests der gebildeten Schaltkreisstrukturen und das Auftragen von Lötstoppmasken. Die meisten dieser Prozeß­ schritte können auf beide Kupferfolien 4, 5 gleichzeitig an­ gewendet werden. Dadurch läßt sich im Vergleich zu dem her­ kömmlichen Verfahren mit einem nur einseitig mit einer Kup­ ferfolie belegten Laminat bei gleicher lateraler Laminat­ ausdehnung mit einer nicht wesentlich höheren Prozeßdauer die doppelte Anzahl von Leiterplattenelementen strukturieren. Vorzugsweise werden bei dieser Leiterplattenstrukturierung in jeder der beiden Kupferfolien 4, 5 die Schaltkreisstrukturen für eine Vielzahl einzelner Leiterplattenelemente erzeugt.

Nach beendeter, beidseitiger Leiterplattenstrukturierung wird das Laminat in einzelne Doppelleiterplattenelemente verein­ zelt, von denen eines in Fig. 3 dargestellt ist. Wie daraus ersichtlich, beinhaltet das Doppelleiterplattenelement auf jeder Seite der Trennfolie 1 spiegelbildlich zu derselben je ein Leiterplattenelement aus Prepreg-Trägerplatte 2′, 3′ und von dieser getragener Kupferfilmstruktur 4a, 5a. Das Verein­ zeln erfolgt durch einen Trennvorgang, z. B. mittels Fräsen oder Stanzen, bei dem das Laminat entlang eines vorgegebenen Trennmusters zerteilt wird, das durch die Ränder der einzel­ nen Leiterplattenelemente gegeben ist. In der Ansicht von Fig. 2 sind beispielhaft vier derartige Trennlinien S1, S2, S3, S4 angedeutet. Die Trennlinien zum Vereinzeln des Lami­ nats in die verschiedenen Doppelleiterplattenelemente liegen sämtlich innerhalb des von der Trennfolie 1 eingenommenen Flächenbereichs, so daß die Trennfolie 1 entlang des Seiten­ randes eines jeden Doppelleiterplattenelementes allseitig freiliegt. Dies hat zur Folge, daß die beiden durch die Trennfolie 1 voneinander getrennten Leiterplattenelemente ei­ nes jeweiligen Doppelleiterplattenelementes ohne weiteres von der Trennfolie 1 abgezogen werden können oder sich von selbst von der Trennfolie 1 ablösen. Dadurch werden die einzelnen, gewünschten Leiterplattenelemente erhalten, von denen eines in Fig. 4 dargestellt ist. Die Leiterplattenelemente besitzen ersichtlich den üblichen Aufbau aus Prepreg-Trägerplatte 2′, die von der jeweiligen Prepregschichtung des ursprünglichen Schichtstapels gebildet ist, und dem darauf angeordneten, die gewünschten Schaltkreisstrukturen enthaltenden, strukturier­ ten Kupferfilm 4a.

Im Vergleich zu dem eingangs erwähnten, herkömmlichen Verfah­ ren mit nur einseitiger Metallfolienbelegung des den Leiter­ plattenstrukturierungsschritten unterworfenen Laminates läßt sich der Durchsatz bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Möglichkeit der gemeinsamen Leiterplattenstrukturierung der beiden Metallfolien eines Laminates annähernd verdoppeln, ohne daß sich die Anzahl handzuhabender Laminate oder deren laterale Ausdehnung erhöht.

Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren zahlrei­ che Modifikationen des gezeigten Beispiels umfaßt. So können für die Prepregschichtungen jeweils eine beliebige Anzahl einzelner Prepregblätter verwendet werden, wobei die Blattan­ zahl für die eine Prepregschichtung von derjenigen für die andere verschieden sein kann. Des weiteren kann anstelle der Kupferfolien jeder andere, für Leiterplattenelemente geeigne­ te Metallfilm verwendet werden, der sich mit einer Prepreg­ schichtung verpressen läßt. Als weitere Variante kann es für besonders großflächige Laminate zweckmäßig sein, den Prepreg­ schichtungs-Verbindungsbereich nicht auf den Laminatrandbe­ reich zu beschränken, sondern einen zusätzlichen Verbindungs­ bereichabschnitt in einem mittleren Laminatflächenbereich vorzusehen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von einseitig strukturierten Leiterplatten mit folgenden Schritten:

• - Aufeinanderstapeln eines ersten Metallfilms (5), einer er­ sten Prepreglage (3), einer Trennschicht (1), einer zweiten Prepreglage (2) und eines zweiten Metallfilms (4), wobei die Trennschicht einen Prepregschichtungs-Verbindungsbereich (V) freiläßt, in welchem die beiden Prepregschichtungen einander ohne zwischenliegende Trennschicht gegenüberliegen,
• - Pressen/Laminieren des Stapels (6) unter Druck und Wärme zu einem Verbund/Laminat, wobei die erste Prepreglage und die zweite Prepreglage im Prepreg-Verbindungsbereich (V) verbun­ den werden,
• - beidseitiges Strukturieren des Verbundes/Laminates zur Bildung von Leiterplattenstrukturen aus den beiden Metallfil­ men (4, 5) und
• - Heraustrennen der jeweiligen Verbund-/Laminat-Elemente mittels Durchtrennen des Verbundes/Laminates entlang entspre­ chender Trennlinien (S1, S2, S3, S4) und
• - Ablösen der einzelnen einseitig strukturierten Leiterplat­ ten von der Trennschicht (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß

• - sich in dem bereitgestellten Schichtstapel die beiden Pre­ preglagen (2, 3) unter Bildung eines randseitigen Prepregla­ gen-Verbindungsbereichs (V) über die Trennschicht (1) hinaus erstrecken und sich die beiden Metallfilme (4, 5) randseitig über die beiden Prepreglagen (2, 3) hinaus erstrecken und
• - der/das durch Pressen/Laminieren des Stapels gebildete Verbund/Laminat randseitig entlang einer außerhalb des Be­ reichs der Trennschicht (1) liegenden Schnittlinie auf Format geschnitten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Metallfilme von je einer Kupferfolie (4, 5) gebildet werden.