DE19715368C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Multi-Layer-Leiterplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Multi-Layer-Leiterplatte sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen.

Bei dem bekannten Herstellverfahren werden die Multi-Layer-Leiterplatten über eine Vielzahl von verschiedenen Herstellungsschritten hergestellt. Diese Herstellungsschritte zeigen unter anderem das Einbringen von Bohrungen, welche als durchgängige Bohrungen oder als Sacklochbohrungen ausgebildet sind, das Aufbringen von elektrisch leitenden Schichten, das partielle Entfernen dieser elektrisch leitenden Schichten, gegebenenfalls das Aufbringen von Isolationsschichten, das partielle Entfernen dieser Isolationsschichten und gegebenenfalls das wiederholte Einbringen von Bohrungen usw. Bei den genannten Herstellungsschritten wird das Aufbringen und das Entfernen der verschiedenen Schichten durch das Einbringen, das Verweilen und das Entnehmen der herzustellenden, zukünftigen Leiterplatte in chemischen Bäder erreicht.

Bei diesen bekannten Herstellverfahren treten immer wieder Fehlbelegungen der Bohrungen auf, welche die Funktionsfähigkeit der Leiterplatte in Frage stellen. Eine solche Fehlbelegung kann dazu führen, daß eine elektrische Verbindung zwischen verschiedenen Layern einer Mülti-Layer-Leiterplatte über die Bohrung nicht geschlossen wird und daher die auf der Leiterplatte zukünftig angeordnete Schaltung nicht funktionieren kann.

Aus der DE 195 29 757 A1 ist ein Verfahren zur Entgasung von Bohrlöchern in Leiterplatten bekannt. Dabei wird mittels Hochleistungsdruckpulsen die Oberflächen­ spannung der Gase in den Bohrungen aufgehoben und die Flüssigkeit in die Bohrungen gedrückt. Durch Druckerhöhung wird die Häufigkeit von Fehlbelegungen erniedrigt.

Es ist bekannt, daß in Flüssigkeiten gelöste Gase aus der Flüssigkeit entweichen können, wenn die Flüssigkeiten einem Unterdruck ausgesetzt werden. Eine Verwendung dieses physikalischen Prinzips ist aus der Japanischen Offenlegungsschrift JP 05-082496 A auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Herstellungsverfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie die beschriebene Störanfälligkeit insbesondere bei Bohrungen mit geringen Durchmessern überwindet. Dabei soll eine weitere Lösung zu der in der DE 195 29 757 A1 angegebenen Lösung aufgezeigt werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch die Vorrichtungen mit den in den Ansprüchen 9 und 10 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Erfindungsgemäß werden die für die Herstellung verwandten flüssigen Hilfsmittel während ihrer Verwendung einem Unterdruck ausgesetzt, was sicherstellt, daß in dem flüssigen Hilfsmittel insbesondere im Bereich der Bohrung keine oder eine deutlich reduzierte Menge an Gasblasen entsteht, welche die störenden Fehlbeladungen verursachen. Damit macht sich die Erfindung die neue, besondere Erkenntnis zu Nutze, daß Gasblasen in den flüssigen Hilfsmitteln die Ursache für Fehlbeladungen gerade im Bereich der Bohrungen sind und daß diese Gasblasen in entgasten flüssigen Hilfsmitteln, also in einem Unterdruck ausgesetzten flüssigen Hilfsmitteln zumindest deutlich reduziert sind.

Der Unterdruck kann entweder dadurch erreicht werden, daß eine über dem flüssigen Hilfsmittel befindlichen Gasphase in einem abgeschlossenen Gefäß entspannt wird, was zu einem Unterdruck in der Gasphase und damit zu einem Unterdruck in dem flüssigen Hilfsmittel führt, oder dadurch, daß das flüssige Hilfsmittel in einer abgeschlossenen Kammer ohne zusätzliches Gasvolumen direkt entspannt wird, also der Unterdruck in dem flüssigen Hilfsmittel direkt gebildet und gegebenenfalls entstehende Gase aus der abgeschlossenen Kammer, soweit erforderlich, aus der Kammer entnommen werden. Beide prinzipiellen Arten stellen ein entgastes oder weitgehend entgastes flüssiges Hilfsmittel sicher, das zu einer geringeren Gasblasenbildung insbesondere im Bereich von Bohrungen und damit zu verringerten Fehlbeladungen führt.

Der Unterdruck wird dabei unterhalb von 500 hPa gewählt, was ein guter Kompromiß aus dem technischen Aufwand zur Herstellung und Gewährleistung eines entsprechenden Unterdrucks für eine ausreichend große Reaktionskammer und ausreichend guten qualitativem Ergebnis des Verfahrens zur Herstellung einer Multi-Layer-Leiterplatte mit Bohrungen gegeben ist. Zwar erweist sich ein Unterdruck von unter 100 hPa als ein Unterdruck, der ein wesentlich besseres Ergebnis für die Qualität der hergestellten Multi-Layer-Leiterplatten gewährleistet, dennoch lassen sich diese Unterdrucke nur mit aufwendigeren technischen Anordnungen erreichen, was die Kosten für die Vorrichtungen zur Herstellung entsprechender Multi-Layer-Leiterplatten deutlich erhöht, was deren Marktakzeptanz in Frage stellt.

Dabei ist zu beachten, daß Multi-Layer-Leiterplatten sowohl Doppellayer- als auch Dreifach- oder Vierfach-Layer-Leiterplatten umfassen und daß die Bohrungen sowohl durchgehende Bohrungen als auch Topfbohrungen umfassen, welche die Leiterplatte nicht komplett durchstoßen. Die Bohrungen können dabei sowohl durch Laserbohrung als auch durch mechanische Senkbohrer in den Leiterplattengrundkörper aus den gewöhnlichen Isoliermaterialien wie FR4, FR5 oder ähnliches oder in die soweit hergestellten Leiterplatten mit entsprechendem Leiterplattengrundkörper eingebracht werden.

Nach einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung wird zumindest ein Teil der reaktiven, flüssigen Hilfsmittel oder vorteilhafterweise alle reaktiven, flüssigen Hilfsmittel wie Entwicklerflüssigkeiten, Ätzlösungen Resistlösungen oder ähnliche während des Herstellungsverfahrens einem Unterdruck ausgesetzt, wodurch die Gefahr von Fehlbelegungen durch Gasblasenbildung gerade im Bereich der Bohrungen, welcher besonders zur Gasblasenentwicklung neigt, verhindert wird und dadurch die Funktionsfähigkeit der Multi-Layer-Leiterplatte in besonderem Maße gewährleistet ist. Als weiter verbessertes Verfahren hat sich herausgestellt, neben den reaktiven, flüssigen Hilfsmitteln auch alle reinigenden, nicht reaktiven, flüssigen Hilfsmittel bei ihrer Verwendung während des Herstellungsverfahrens einem Unterdruck auszusetzen, da auch deren reinigende Wirkung durch den störenden Einfluß von entstehenden Gasblasen verhindert werden kann. Damit kann die gewünschte optimale technische Voraussetzung für den jeweils nächsten Herstellungsschritt bei dem Verfahren zur Herstellung einer Multi-Layer-Leiterplatte gewährleistet werden, da eine definierte Ausgangsposition durch den optimalen ungestörten Reinigungsprozess erreicht werden kann.

Als besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung hat sich gezeigt, das flüssige Hilfsmittel während seiner Verwendung im Herstellungsverfahren durch eine Umwälzvorrichtung so in Bewegung zu versetzen, daß sich das flüssige Hilfsmittel in Strömung befindet und dadurch im Falle eines eventuell dennoch entstandenen Gasbläschens dieses durch die Strömung von der Oberfläche der zu bildenden Multi-Layer-Leiterplatte entfernt wird und das flüssige Hilfsmittel zur Erfüllung seiner Aufgabe mit der Oberfläche in Kontakt treten kann. Eine unerwünschte Fehlbeladung, d. h. eine Lücke in der Belegung durch festsitzende Gasblasen kann gerade durch die Kombination aus strömendem und entgastem, flüssigen Hilfsmittel weitgehend ausgeschlossen werden. Dadurch wird ein besonders hochwertiges Herstellungsverfahren erreicht.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, die flüssigen Hilfsmittel vor der Verwendung im Herstellungsverfahren zu entgasen, wodurch gewährleistet ist, daß die flüssigen Hilfsmittel keine oder nur sehr geringe Mengen an gelösten Gasen enthalten, was im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens unter der Verwendung von Unterdruck die Neigung zur Gasblasenbildung nahezu ausschließt und dadurch die Qualität der Multi-Layer-Leiterplatten wesentlich erhöht.

Vorzugsweise werden die Gasvolumina über dem flüssigen Hilfsmittel mit Schutzgasen wie Helium, Argon, Neon und ähnliches oder anderen inerten Gasen wie Stickstoff gefüllt, wodurch gewährleistet ist, daß die flüssigen Hilfsmittel über die Gasvolumina auf einfache Art und Weise unter Unterdruck gesetzt werden können und daß diese dabei mit den flüssigen Hilfsmitteln nicht in solche chemischen oder physikalischen Wechselwirkung treten können, daß die flüssigen Hilfsmittel zersetzt oder in anderer Weise geschädigt werden können. Zudem erweist sich aufgrund der Partaildrucke in den Gasvolumina die Häufigkeit der Bildung von Gasblasen mit anderen Gasen in den flüssigen Hilfsmitteln neben den Schutzgasen als deutlich erniedrigt. Dies schafft eine erhöhte Prozeßsicherheit für die Herstellung der Leiterplatten.

Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, die flüssigen Hilfsmittel entweder so auszuwählen oder durch entsprechende Zusatzstoffe so auszubilden, daß ihre Oberflächenspannung sehr niedrig ist, was sicherstellt, daß entstandene Gasblasen sehr schnell an die Oberfläche der flüssigen Hilfsmittel, also weg von der zu bearbeitenden Oberfläche der Multi-Layer-Leiterplatte bewegt werden und dadurch ihr störender Einfluß verhindert werden kann. Diese vorteilhafte Wirkung wird zusätzlich verstärkt, wenn bei der Verwendung von wässrigen, flüssigen Hilfsmitteln die Oberflächen der herzustellenden Leiterplatte hydrophil ausgebildet sind und dadurch eine besondere Affinität von flüssigem Hilfsmittel zur Oberfläche gegeben ist, während eine entsprechende Affinität zur Gasphase also zur Gasblase gerade nicht gegeben ist. Entsprechende Wirkung kann bei lipophilen Oberflächen und hydrophoben flüssigen Hilfsmitteln entsprechend gegeben sein.

Nach einer der beiden bevorzugten Ausbildungsformen der Vorrichtung zur Herstellung einer Multi-Layer-Leiterplatte besteht die Vorrichtung aus einer einzigen Reaktionskammer, welche eine Mehrzahl von Beladegefäßen vorzugsweise aus Teflon zur Aufnahme der entsprechenden flüssigen Hilfsmitteln, welche für den Herstellungsprozess benötigt werden, aufweist. In der Reaktionskammer befindet sich darüberhinaus eine Vorrichtung, welche das Einbringen der herzustellenden Leiterplatten in die Beladegefäße, das Entnehmen aus diesen bzw. den Weitertransport zu den entsprechenden nächsten Beladegefäßen sicherstellt. Die gesamte Reaktionskammer wird nach der einmaligen Befüllung mit den Ausgangsmaterialien, den Ausgangsstoffen und den Hilfsmitteln für die Herstellung der Multi-Layer-Leiterplatten geschlossen und durch die Vorrichtung zur Erzeugung des Unterdrucks mit einem Unterdruck beaufschlagt, wodurch die flüssigen Hilfsmittel in den Beladegefäßen entgast werden. Im folgenden wird nach dem Entgasen, was während des kompletten Fertigungsprozesses kontinuierlich fortgeführt wird, der gewöhnliche Herstellungsprozess der Leiterplatten mit dem Bohren, dem Aufbringen der elektrisch leitenden Metallschichten, dem partiellen Entfernen dieser usw. durchgeführt. Sind alle die Herstellungsprozeßschritte der Multi-Layer- Leiterplatten in der Reaktionskammer durchgeführt worden, so wird der Unterdruck innerhalb der Reaktionskammer aufgehoben und wiederum Normaldruck erzeugt, wodurch die Beladung und Entladung der Reaktionskammer mit fertigen Multi-Layer-Leiterplatten, Hilfsmitteln und den anderen Ausgangsstoffen vorgenommen werden kann.

Daneben hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Vorrichtung mit mehreren Reaktionskammern auszubilden, welche jede für sich in ihrem Innern stets Unterdruck aufweisen, wodurch die in den Reaktionskammern enthaltenen, in Beladegefäßen gefaßten flüssigen Hilfsmittel stets entgast sind. Soll das flüssige Hilfsmittel ausgetauscht werden, so wird dieses, welches vorzugsweise vorab entgast wurde, über eine Schleuse in die unter Unterdruck stehende Reaktionskammer eingeschleust und mit dem Hilfsmittel in dem betreffenden Beladegefäß ausgetauscht. Auch Ausgangsstoffe bzw. Zwischenstufen der herzustellenden Multi-Layer-Leiterplatten werden über dieselbe oder über entsprechende Schleusen ohne Verlust des Unterdruckes in die Reaktionskammern eingebracht und entsprechend dem Herstellungsschritt in die betreffenden Beladegefäße mit den entsprechenden flüssigen Hilfsmitteln eingebracht. Durch die mehrfachen Reaktionskammern, welche jede für sich einem Unterdruck ausgesetzt sind, läßt sich erreichen, daß für jede entsprechend dem jeweiligen in ihr befindlichen flüssigen Hilfsmittel in dem Beladegefäß ein spezifischer Unterdruck gewählt wird. Dieser Unterdruck ist so gewählt, daß ein optimaler Entgasungszustand erreicht wird. Dieser Unterdruck kann je nach verwendetem Hilfsmittel sehr unterschiedlich sein und damit kann die Qualität der Leiterplatten bei einem einzigen globalen Unterdruck nicht von der Größe sein wie bei der idealen spezifischen, hilfsmitteloptimierten Unterdruckgestaltung in den verschiedenen Reaktionskammern.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer Multi-Layer-Leiterplatte, bei dem nach dem Herstellungsschritt des Einbringens von Löchern in die zukünftige Leiterplatte bei weiteren Herstellungsschritten, welche sich durch die Verwendung von flüssigen Hilfsmitteln zur Herstellung wie beispielsweise Entwicklerflüssigkeiten, Ätzlösungen oder Resistlösungen auszeichnen, zumindest eines der flüssigen Hilfsmittel bei seiner Verwendung während des Herstellungsverfahrens einem Unterdruck unterhalb von 500 hPa, insbesondere unterhalb von 100 hPa, ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle reaktiven flüssigen Hilfsmittel bei ihrer Verwendung während des Herstellungsverfahrens einem Unterdruck ausgesetzt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle reaktiven flüssigen Hilfsmittel und alle reinigenden, nicht reaktiven flüssigen Hilfsmittel bei ihrer Verwendung während des Herstellungsverfahrens einem Unterdruck ausgesetzt sind.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Hilfsmittel während ihrer Verwendung durch Umwälzvorrichtungen in Bewegung versetzt werden.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Absprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasvolumina über den flüssigen Hilfsmitteln mit Schutzgasen oder inerten Gasen wie Stickstoff gefüllt sind.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige Hilfsmittel verwendet werden, welche eine geringe Oberflächenspannung aufweisen.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige Hilfsmittel verwendet werden, welche auch vor ihrer Verwendung entgast wurden.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von wässrigen, flüssigen Hilfsmitteln die Oberflächen der herzustellenden Leiterplatte hydrophil ausgebildet sind.

9. Vorrichtung zur Durchführung eines der vorstehenden Verfahren zur Herstellung einer Multi-Layer-Leiterplatte mit einer einzigen Reaktionskammer, einer Vorrichtung zur Erzeugung des Unterdrucks unterhalb von 500 hPa, insbesondere unterhalb von 100 hPa, bzw. des Normaldrucks, mehreren Beladegefäßen zur Aufnahme der für den Herstellungsprozeß der Leiterplatte benötigten verschiedenen flüssigen Hilfstoffe, mit einer Vorrichtung zum Einbringen der herzustellenden Leiterplatte in ein Beladegefäß, zum Entnehmen der herzustellenden Leiterplatte aus einem Beladegefäß und zum Weiterbewegen der herzustellenden Leiterplatte zwischen den Beladegefäßen in der einen Reaktionskammer und mit einer oder mehreren Öffnungen zum Einbringen in die oder zum Entnehmen der Leiterplatte aus der Reaktionskammer.

10. Vorrichtung zur Durchführung eines der vorstehenden Verfahren zur Herstellung einer Multi-Layer-Leiterplatte mit mehreren Reaktionskammern, mit einer jeweils diesen zugeordneten Vorrichtung zur Erzeugung des Unterdrucks unterhalb von 500 hPa, insbesondere unterhalb von 100 hPa, bzw. des Normaldrucks in den Reaktionskammern, mit einem oder mehreren Beladegefäßen zur Aufnahme eines oder einiger der für den Herstellungsprozeß der Leiterplatte benötigten verschiedenen flüssigen Hilfstoffe, mit einer Vorrichtung zum Einbringen der herzustellenden Leiterplatte in ein Beladegefäß, zum Entnehmen der herzustellenden Leiterplatte aus einem Beladegefäß oder zum Weiterbewegen der herzustellenden Leiterplatte zwischen den Beladegefäßen in der jeweiligen Reaktionskammer und mit einer oder mehreren Schleusen zum Einbringen in die oder zum Entnehmen der Leiterplatte bzw. der Hilfsmittel unter Erhalt des Unterdrucks aus der jeweiligen Reaktionskammer.