DE19732755A1 - Mehrstufig reaktive Heißklebefolie zur Herstellung von flexiblen oder starren Mehrlagenschaltungen - Google Patents
Mehrstufig reaktive Heißklebefolie zur Herstellung von flexiblen oder starren MehrlagenschaltungenInfo
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Description
Die Erfindung des Verfahrens dient zur Herstellung von Verbundmaterialien gleicher und
unterschiedlicher Werkstoffe für Mehrlagenschaltungen und Mehrschichtschaltungen in starrer
und flexibler oder starrflexer Ausführung mittels thermoplastischer, reaktiver, von antiadhäsiven
Substraten transferabler, thermoreaktivbarer und nachhärtbarer Klebefolien.
Bei der Herstellung von starren, flexiblen oder starrflexen Mehrlagenschaltungen müssen die
Kupferoberflächen der Innenlagen oder Innenschaltungen zur haftfesten Verbindung der
Kupferoberflächen mit den üblicherweise eingesetzten Prepregs nach dem heutigen Stand der
Technik vorbehandelt werden. Physikalische Vorbehandlungen der Kupferoberflächen wie
Bürsten oder Bimsen waren nicht immer erfolgreich, so daß bei dem Einsatz von immer
dünneren und empfindlicheren Laminaten die chemischen Verfahren den Vorzug erhielten.
Die chemisch-oxidative Vorbehandlung dient zur Oberflächenvergrößerung und stellt eine
Braun- oder Schwarzoxidschicht dar, die in chemischen Bädern vertikal oder horizontal in
Durchlaufmaschinen erzeugt wird. Bei diesen Verfahren gibt es entscheidende Nachteile, wie die
mangelnde Ätzmittelbeständigkeit, die im Extremfall zum "Pink-Ping-Effekt" fahren kann. Die
Verwendung von chlorithaltigen, oxidierenden Substanzen, die langen Prozeßzeiten und die
hohen Prozeßtemperaturen sowie das Einhalten von engtolerierten Prozeßparametern sind
weitere Nachteile.
Vermeiden läßt sich der "Pink-Ring-Effekt" durch eine Reduktion, die sich dem Braun- oder
Schwarzoxidprozeß anschließt. Dadurch erhöhen sich die Kosten durch den Aufwand an
chemischen - Verfahren und Anlagentechnik bedeutend. Die Lagerung der so behandelten
Innenlagen ist durch eine einsetzende Reoxidation begrenzt. Für Polyimidmaterialien ist diese
Vorbehandlung der Kupferoberflächen kein zuverlässiger Faktor zum erfolgreichen
Mehrlagenverbund.
Die Verfahren zur chemisch oxidativen Vorbehandlung der Kupferoberflächen können wie folgt
durchgeführt werden:
1. Reinigen|40-80°C | |
2. Spülen | Raumtemperatur |
3. Anbeizen | 25-50°C |
4. Spülen | Raumtemperatur |
5. Voralkalisieren | Raumtemperatur |
6. Schwarz oder Braunoxidieren | 60-95°C |
7. Spülen | Raumtemperatur |
8. Cu-Oxidreduktion (bei Bedarf) | 25-50°C |
9. Spülen | Raumtemperatur |
10. Warmspülen (DI-Wasser) | 50-60°C |
11. Trocknen | 60-80°C |
Zur Behandlung der Kupferleiterbahnen und Pads der Multilayerinnenlagen nach dem Braun-
und Schwarzoxidationsverfahren sind chemisch verträgliche Behälter aus PVC, PP oder Stahl,
gummiert mit Heizung und Heizungsregelung erforderlich. Die Behälteranlagen werden manuell
oder mittels einem Fahrwagen mit Gestellen für die Aufnahme der dünnen Laminate befahren.
Spezielle Gestelle für das Handling sind erforderlich. Für höhere Fertigungskapazitäten erfolgt
dieser Prozeß in horizontalen Durchlaufmaschinen. Hoher maschineller Aufwand mit technisch
perfektem Transportmechanismus für den Transport der Innenlagen ergeben teure Maschinen.
Notwendige freiprogrammierbare und protokollfähige Überwachungs- und Steueranlagen mit
Temperatur- und Niveauregelungen sowie Dosiereinrichtungen verteuern die Anlagen weiterhin.
Eine analytische Überwachung der Wirkbäder ist ebenso erforderlich wie die Wartung der
Anlagentechnik.
Die erforderliche Behandlung der Spülwässer und eine umweltgerechte Entsorgung der
verbrauchten Wirkbäder ist für das Betreiben der Anlagen eine kostenintensive Notwendigkeit.
Versuche zur Verbesserung der Technologie in der Fertigung zur Herstellung von Mehrlagen
leiterplatten wurden beschrieben in den folgenden Patentschriften:
DE 31 13 334 auf Basis von aufgetragenen Harzen
DE A1 OS PN 3343745 unter Verwendung von Thermoplasten
DE A1 OS PN 3515549 unter Verwendung von trägerlosen Leiterplattenmaterial
DE 35 18 918 unter Einsatz von elastischen Stopfen in Paßlöchern
DE 36 24 718 unter Verwendung von kleberbeschichteten Kunststoffolien für flexible Bereiche
DE 42 08 610 starr-flex Schaltungen - Verbunde mittels üblicher Prepregs
DE A1 OS 4422216 Leiterplattenlaminate mittels Isolationsharzen
DE 31 13 334 auf Basis von aufgetragenen Harzen
DE A1 OS PN 3343745 unter Verwendung von Thermoplasten
DE A1 OS PN 3515549 unter Verwendung von trägerlosen Leiterplattenmaterial
DE 35 18 918 unter Einsatz von elastischen Stopfen in Paßlöchern
DE 36 24 718 unter Verwendung von kleberbeschichteten Kunststoffolien für flexible Bereiche
DE 42 08 610 starr-flex Schaltungen - Verbunde mittels üblicher Prepregs
DE A1 OS 4422216 Leiterplattenlaminate mittels Isolationsharzen
Allen haftet der Nachteil einer wenig eleganten, aufwendigen und kostenintensiven Technologie
an, die nicht generell alle nachfolgenden für Leiterplatten erforderlichen Prozeßschritte zur
weiteren Bearbeitung nach modernsten Verfahren zulassen. Ein Verfahren, das anschließend
Kontaktierung, Ätzung, Laserablation, Lötprozesse und grundsätzlich eine einfache Vormontage
unter den der Folienabdeckung für Leiterplatten analogen Handhabung zuläßt und mit
vorhandenen Einrichtungen in Leiterplattenproduktionsstätten realisierbar ist, wurde darin nicht
beschrieben.
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, das die Montage von Mehrlagenschaltungen in starrer,
starrflexibler und flexibler Bauart durch thermisches Verpressen vorlaminierter Einzellagen und
anschließende Aushärtung zu chemisch und physikalisch beständigen Leiterplatten mit
Verbundfestigkeiten < 1 N/mm Abschälkraft und einer Lötbeständigkeit von 288°C bei 10 sec.
und einer guten Ablatierbarkeit mittels mechanischer oder der Lasertechnik gestattet, ohne daß
zusätzliche technische Einrichtungen zu in Leiterplattenfertigungszentren üblichen und
vorhandenen Anlagen erforderlich und keinerlei naßchemische Verfahren an den Oberflächen der
Laminatflächen mehr erforderlich sind. Das Verfahren bzw. die Fertigungstechnologie soll
damit schneller, umweltfreundlicher, kostengünstiger und störunanfälliger werden.
Die erfindungsgemäße Lösung gestattet Mehrlagenschaltungen in allen bekannten Aus
führungsvarianten ohne Oberflächenvorbehandlung herzustellen, indem eine thermisch
transferable, zweistufig reaktive Klebefolie hoher Adhäsivität mit einer nachträglich nach der
Übertragung von einer Substratfolie oder nach direktem Beschichten aus der Lösung auf eine der
Fügeoberflächen vernetzbaren Struktur bzw. vernetzbaren Reaktionspartnern im
Molekulargemisch zum Schichtenaufbau zwischen die einzelnen zur verpressenden Lagen
eingebracht wird und gleichzeitig die Funktion der dielektrischen Isolationszwischenlage erfüllt
(Fig. 1). Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zweistufig reaktives
Klebstoffgemisch bestehend aus isocyanat-haltigem Polyurethanpräpolymer mit einem
hochmolekularen Cyanursäureepoxidharz, kombiniert mit aminischen Härtern zum Einsatz
gelangt. Überraschenderweise lassen sich die Erfordernisse der ersten Vernetzungsstufe mittels
der Isocyanatvernetzung über restliche Hydroxylgruppen im Epoxidharzsystem und Restfeuchte
der Oberflächen in der Form realisieren, daß zum einen eine gute film-folienbildende Struktur
mit hoher Adhäsivität im Klebstoffsystem ausgebildet wird, ohne daß die für den zweiten
Reaktionsschritt erforderlichen Eigenschaften der Thermoplastifizierbarkeit und die reaktive
Nachvernetzung des erst bei ca. 160°C aktivierbaren Epoxidharzes mittels angepaßtem
aromatischen Amin benachteiligt oder beeinträchtigt wird und deren gute Adhäsivität an den
metallischen und polymeren Oberflächenstrukturen voll zur Wirkung gelangen kann.
Erfindungsschwerpunkt liegt dabei auf der thermisch gut transferablen, vorvernetzten Klebe-
Isolationsfolie, welche bei ca. 100-160°C vom Substrat auf die zu, verklebenden Flächen
übertragen werden kann, ohne dabei soweit weiter zu vernetzen, daß die zweite chemische
Aushärtung für die zu erzielenden Endparameter beeinträchtigt wird. Nicht zu erwarten war, daß
eine noch erzielbare gute Verklebbarkeit nach der Lösungsmittelbeschichtung und Beendigung
der ersten Reaktionsstufe direkt auf den Fügepartnern oder beim Transferieren und zugleich bei
neuerlicher Erwärmung im Verpreßvorgang eine analoge Benetzung, Haftung und endgültige
Aushärtbarkeit erhalten bleibt, so daß alle Prozeßschritte zeitlich beherrschbar sind, ohne daß
nach der ersten Beschichtung eine ungesteuerte Reaktion abläuft, wodurch die gesamte
Funktionalität über längere Zeit reproduzierbar ist. Speziell darf die aufschmelzende Klebefolie
nicht wegfließen. Sie muß also dimensionsstabil bleiben und darf sich nur gemäß angewandtem
Druck vollständig auf die Oberflächenstruktur anpassen. Auch dieses Verhalten war nicht zu
erwarten, da die innere Kohäsionskraft bei der Aufschmelztemperatur nicht berechenbar ist.
Die Schichtdicke der Folie, welche aus einer hochkonzentrierten Lösung über Düsenlippen auf
eine antiadhäsive Substratträgerfolie oder direkt auf einen der Fügepartner aufgetragen wird,
sollte an die jeweiligen Erfordernisse der zu verklebenden Fügepartner angepaßt und in
Abhängigkeit von der zu gewährleistenden gleichzeitigen Isolation innerhalb der Schichten
zwischen 20 und 100 Mikrometer betragen.
Gleichermaßen kann die Heißklebefolie auch auf Isolationszwischenschichten aus dem gleichen,
wie im Verbund verwendeten Leiterplattenmaterial beidseitig aufgebracht werden (Fig. 2) und
so als klebende Spacerfolie (Abstands- und Isolierzwischenschicht) eingesetzt werden.
Die Decklagen können auch aus einseitig elektrisch leitfähigem Laminat sein (Fig. 3). Die
Isolierfolien können auch Prepregs sein (Fig. 4).
Mehrschichtschaltungen mit und ohne Prepregs, mit und ohne hartem Kern sowie in die
Schichten eingebrachte Bauelemente mit und ohne vergrabenen Durchkontaktierungen lassen
sich herstellen (Fig. 5 und 6).
Sind Prepregs mit im Mehrlagenverbund, dann bestimmen diese den Verbundzyklus. Ohne
Prepregs bestimmt die beschriebene Heißklebefolie den Herstellungszyklus des Verbundes der
Mehrlagenschaltung.
In der Regel sind die Mehrlagenschaltungen aus einheitlichem Material. Es können jedoch mit
der Klebesiegelfolie auch unterschiedliche Materialien in den Verbund mit aufgenommen
werden.
Der Verbund kann mit folgenden gleichen oder freikombinierbaren Materialien ohne
Oberflächenvorbehandlung hergestellt werden:
- - Hart-PVC, ABS, PUR, PS, PE, PP, PA, PBT, POM, PV ac, PTMT
- - PMMA, Polyester, PVB, PET, Epoxidharze, Polyimid
- - GUP, Gummi, EAM, EPDM, EU, Chromstahl und alle anderen Metalle
- - Glas, Leder, Holz, Gummi, Baumwolle, Keramik
- - Glasfaser, Aramidfaser, alle Kunst- und Naturfasern und Gewebe
Die Mehrlagen- und Mehrschichtschaltungen können ohne mechanische oder chemische
Vorbehandlungen der zu verbindenden Schichten mit der Heißklebefolie starr oder flexibel
verbunden werden.
Die eingesetzte Heißklebefolie ist säure- und laugenbeständig, und der Mehrlagenverbund kann
mechanisch, optisch, laser- und plasmatechnisch bearbeitet und in ehemischen Bädern zur
chemogalvanischen Behandlung eingesetzt werden.
Die reaktive Klebesiegelfolie hat ohne Nachvernetzung eine Wärmestandsfestigkeit von 85°C
und im Anschluß an die Nachvernetzung eine Wärmestandsfestigkeit < 270°C.
Der Fügeprozeß benötigt bei einem Druck von 0,1-1,5 MPa und einer Temperatur von 100 bis
160°C nur 10 bis 20 Sekunden für den ersten Prozeßschritt.
Je nach Einsatz der Schaltungen wird die Nachvernetzung von 10 min. und 240°C bis 180 min.
und 160°C variiert und in einem Schritt oder gestaffelt ausgeführt.
Der sogenannte "Pink-Ring-Effekt", der bei der chemisch-oxidativen Vorbehandlung der
Kupferoberflächen entstehen kann, tritt hier nicht auf, da es im Zusammenhang mit der
Heißklebefolie zu keiner Spaltbildung kommt.
Eine Anlagentechnik wie zur Oberflächenbehandlung der Kupferschichten mit Braun- und
Schwarzoxidation ist nicht erforderlich. Diese chemischen Verfahren können entfallen und damit
auch die chemischen Prozesse. Für diesen Prozeßzyklus in der Mehrlagenherstellung gibt es
verkürzte Durchlaufzeiten, keine Anlageninvestitionen mehr für chemische Bäder und keine
damit verbundenen Spülwasser- und Medienentsorgungen. Eine geringere Belastung der Umwelt
durch Abfälle ist die Folge.
Die in der Leiterplattenproduktion generell vorhandenen Heißrollenlaminatoren, Trocken
schränke und Pressen reichen für die Herstellung des Verbundes zur Mehrlagenschaltung mit der
Heißklebefolie aus.
Zusammenfassend ergeben sich mehrere Vorteile dieses Verfahrens:
- - keine chem. Vorbehandlung
- - keine Abwasserbelastung
- - keine Entsorgung chemischer Abfälle
- - kein Analysenaufwand der Bäder
- - kein Wasserverbrauch
- - keine Deponiekosten
- - geringere Produktionsfläche
- - hoher Tg-Wert des Haftvermittlers
- - verminderte Anlagentechnik
- - niedrige Wartungskosten
- - geringerer Energieverbrauch
- - kürzere Durchlaufzeiten
- - einfache Prozeßführung
- - kein "Pink-Ring-Effekt"
- - Verarbeitung auch von sehr dünnen Laminaten
- - hohes Qualitätsniveau
Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen Fig. 1 bis 6 dargestellt und werden im
folgenden näher beschrieben.
Starre oder flexible Leiterplatte mit zweiseitig kupferkaschiertem Laminat als Innenlage (3) und
beidseitig mittels Heißklebefolie (2) aufgebrachte Kupferfolie (1) als Außenlagen.
Starre oder flexible Leiterplatte gemäß Fig. 1 im Inneren durch eine mögliche Isolations
zwischenlage (4) aufgebaut und über alle kleberelevanten Oberflächen mittels Heißklebefolie (2)
verpreßt bzw. laminiert.
Starre oder flexible Leiterplatte mit einseitig kupferkaschierten Laminaten (5) als Außenlagen
und zweiseitig kaschierten Laminaten (3) als Innenlagen mittels Heißklebefolie (2) zur
Mehrlagenschaltung verpreßt oder laminiert.
Starre oder flexible Leiterplatte bestehend aus den Kupferfolien-Außenlagen (1) und beidseitig
kaschierten Kupferlaminaten (3) jeweils zwischen den Lagen verklebt mit einer Lage Prepreg (6)
und zwei Lagen Heißklebefolie (2).
Starre oder flexible Leiterplatte bestehend aus zwei äußeren Lagen von einseitig kaschiertem
Kupferlaminat (5) und, durch einen mittels Heißklebefolie (2) beidseitig eingeklebten Metallkern
(7), voneinander getrennte zweiseitig kaschierte Kupferlaminate als Innenlagen, jeweils durch
Heißklebefolie (2) gegen Metallkern (7) und gegen die Außenlagen (5) laminiert bzw. verpreßt.
Starre oder flexible Leiterplatte bestehend aus den Außenlagen (5) oder als Fotodielektrikum (8)
und bei Notwendigkeit vorgesehene Isolationszwischenlagen (4) mit voneinander getrennten
Innenlagen mit zweiseitig kaschiertem Kupferlaminat (3), welche bereits elektronische
Bauelemente (9) und Durchmetallisierungen (11) auch als Sacklöcher (10) in vorgefertigter Form
enthalten, wobei alle kleberelevanten Oberflächen mit Heißklebefolie (2) versehen sind und zur
Mehrlagenschaltung verpreßt bzw. laminiert wurden, so daß nach dem Herstellen des
Mehrlagenverbundes Plasma-, Laser-, Fotovias oder Sacklöcher eingebracht werden können.
Bezugszeichenliste
1 Kupferfolie
2 Heißklebefolie
3 zweiseitiges Cu-Laminat
4 Isolationszwischenlage
5 einseitiges Cu-Laminat
6 Prepreg
7 Metallkern
8 Fotodielektrikum
9 vergrabene Bauelemente
10 vergrabenes Sackloch
11 vergrabene Durchkontaktierungen
12 Laser-, Plasma-, Fotovia oder Sackloch
2 Heißklebefolie
3 zweiseitiges Cu-Laminat
4 Isolationszwischenlage
5 einseitiges Cu-Laminat
6 Prepreg
7 Metallkern
8 Fotodielektrikum
9 vergrabene Bauelemente
10 vergrabenes Sackloch
11 vergrabene Durchkontaktierungen
12 Laser-, Plasma-, Fotovia oder Sackloch
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Mehrlagenschaltungen, deren Innenlagen mittels einer
zweistufig reaktiven Heißklebefolie aus der Lösung direkt aufgebracht oder mittels
Transferfolientechnik bei 100 bis 160°C auf Laminatoren vorlaminiert werden und die
beim Aufeinanderlegen bei erneuter Erwärmung und Vernetzung des thermo
plastizierbaren Klebstoffes das Verpressen der kupferkaschierten, strukturierten, flexiblen
oder starren Leiterplatten zu der notwendigen Temperatur-, Verbund-, Chemikalien- und
Lötbestandigkeit für alle weiteren Verarbeitungsschritte - insbesondere hoher bleibender
Elastizität mit Verhinderung von Beschädigungen bei thermischer Belastung
ermöglichen, ohne daß bei Gewährleistung der erforderlichen Verbundfestigkeiten
Nachteile für die anschließenden Bearbeitungsprozesse wie Fräsen mittels mechanischer,
optischer oder plasmatechnischer Verfahren sowie naßchemischer Bearbeitung entstehen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine im ersten Reaktionsschnitt vorgehärtete trockene, einen
latenten zweiten Reaktionsmechanismus enthaltende, thermisch reaktivierbare auf
antiadhäsiv ausgerüsteten Transferfolien als Trägermaterial oder direkt auf den Substraten
der Laminate aus einer Lösung aufgebrachte Klebefolie auf Basis von Gemischen aus
isocyanathaltigen Polyurethanpräpolymer als chemisch relevante Komponente für den
ersten Reaktionsschritt und Cyanursäureepoxidharzen in Kombination mit aromatischen
Aminen als relevante Komponente für die thermische Nachhärtung zur Verklebung
von allen in der Elektronik zur Herstellung von Ein- oder Mehrlagenschaltungen
üblichen Materialkombinationen zum Einsatz gelangt, wobei der erste Reaktionsschritt
unter Raumbedingungen erfolgt und im zweiten Reaktionsschritt bei 160 bis 220°C,
innerhalb von max. 180 Minuten und minimal 10 Minuten die eingesetzten Materialien
zu einer thermisch und chemisch den Anforderungen der Leiterplattenfertigung und
Anwendung adäquaten Qualität unter Preßbedingungen von 0,1 bis 1,5 MPa laminiert
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des beschriebenen
Verfahrens flexible Mehrlagenschaltungen hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des beschriebenen
Verfahrens starrflexe Mehrlagenschaltungen hergestellt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Mehrschichtleiterplatten dadurch
gekennzeichnet, daß die leitenden Ebenen der Leiterplatten in aufeinanderfolgenden
Arbeitsschritten auflaminiert werden und in jedem Schritt oder nach dem Gesamt
aufbau die Nachvernetzung vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunststoff- oder Metall
kern im Verbund eingearbeitet wird und die Nachvernetzung nach jedem Schritt oder
nach dem Gesamtaufbau der Schichten erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 zur Herstellung von Mehrlagenschaltungen dadurch
gekennzeichnet, daß bereits vergrabene Bauelemente und/oder Durchmetallisierungen
zum Einsatz gelangen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997132755 DE19732755A1 (de) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | Mehrstufig reaktive Heißklebefolie zur Herstellung von flexiblen oder starren Mehrlagenschaltungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997132755 DE19732755A1 (de) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | Mehrstufig reaktive Heißklebefolie zur Herstellung von flexiblen oder starren Mehrlagenschaltungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19732755A1 true DE19732755A1 (de) | 1998-02-05 |
Family
ID=7837333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997132755 Withdrawn DE19732755A1 (de) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | Mehrstufig reaktive Heißklebefolie zur Herstellung von flexiblen oder starren Mehrlagenschaltungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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