DE2144078A1

DE2144078A1 - Leiterplatte mit ueberkreuzungen

Info

Publication number: DE2144078A1
Application number: DE2144078A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Hebenstreit
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-09-02
Filing date: 1971-09-02
Publication date: 1973-03-15
Also published as: SE398036B; US3816195A; AR192815A1; ZA725894B; DE2144078B2; FR2151020A1; IT964325B; ATA686772A; NL7211416A; CH548146A; AT337292B; LU65991A1; JPS4835362A; GB1385732A; BE788320A

Description

Leiterplatte mit Oberkreuzungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leiterplatte, hergestellt aus einer Trägerplatte, die zunächst ganzflächig mit einer Metallschicht versehen ist, mit auf einer Seite der Platte sich überkreuzenden, am Kreuzungspunkt voneinander elektrisch isolierte Leiterbahnen und auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Leiterplatte.

Ein Problem, das bei der Herstellung von Leiterplatten auftritt, ist die Verwirklichung von Überkreuzungen einzelner Leiterbahnen. Bei den Leiterplatten handelt es sich dabei um Platten aus einem isolierenden Material, das ein- oder beidseitig mit einer Metallschicht versehen ist, die z.B. mit einer Kufperfolie kaschiert i3t.

Zur Healisierung von übsrkreuzungen sind z.B. beidseitig mit Leiterbahnen versehene Leiterplatten verwendet worden. Insbesondere kamen solche Leiterplatten zur Anwendung, bei denen auf einer Seite eine Anzahl Leiterbahnen einer Richtung und auf der anderen Seite eine Anzahl Leiterbahnen in dazu ia wesentlichen orthogonaler Sichtung aufgebracht waren. Mittels entsprechender Durchkontaktierungen durch die Platte, können bei derartigen Platten voneinander elektrisch isolierte liberaler euzungen von Leiterbahnen erzeugt werden.

Gemäß einem älteren Vorschlag des Erfinders (deutsche Offenlegungsschrift 1 665 697 vom 18.3.71) sind Überkreuzungen von Leiterbahnen auf ein und derselben Seite der Leiterplatte verwirklicht worden. Bei der Ausführung dieses Vorschlages wird für eine Überkreuzung die eine Leiterbahn in ihrer Dicke, insbesondere durch Ätzen, realisiert,. in die durch die

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Dickenreduzierung entstandene Grube ein Material zur elek- . trisehen Isolation eingefügt und tber die Oberfläche dieses Isoliermaterials hinweg die überkreuzende Leiterbahn geführt, die durch nachträgliche Metallbeschichtung und Ausbildung einer entsprechenden Struktur erzeugt worden ist.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte und/oder einfacher herzustellende Leiterplatte mit sich überkreuzenden Leiterbahnen aufzufinden bzw. herzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine, wie oben beschriebene Leiterplatte gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Abschnitt einer auf der Trägerplatte aufliegenden Leiterbahn mit vorgegebener Richtung mit einem aushärtbaren, elektrisch isolierenden Material auf der Trägerplatte ummantelt ist und daß an dem Ereuzungspunkt eine Leiterbahnbrücke vorgesehen ist, die mittels nachfolgender Metallisierung hergestellt ist und die an ihren Endpunkten unmittelbar auf dem Metall der Metallschicht auf der Trägerplatte aufgebaut ist und dadurch daß die sich kreuzenden Leiterbahnen,abgesehen von der Brücke, aus der auf der Trägerplatte vorgesehenen Metallschicht gebildet sind.

Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Leiterplatte hat sich das nachfolgend beschriebene Verfahren besonders bewährt, das gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß auf der Metallschicht eine Teilfläche, die dem Grundriß eines zu ummantelnden Leiterbahnabschnittes entspricht, mit einer Struktur .aus einer dünnen, resistenten Schicht abgedeckt wird, daß die Metallschicht einschließlich der mit der resistenten Schicht bedeckten Teilfläche mit einer Beschichtung aus fotoempfindlichem Material bedeckt wird, wobei für die Beschichtung eine Dicke gewählt wird, die der Dicke der später herzustellenden Ummantelung auf der zur Trägerplatte parallelen Oberfläche der Leiterbahn im . wesentlichen entspricht, daß aus

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der fotoempfindlichen Beschichtung auf fotolithografischem Wege ein Teilbereich entfernt wird, das der Grundfläche der vorgesehenen Ummantelung entspricht, daß die weder durch die fotoempfindliche Beschichtung noch durch die resistente Schicht ; abgedeckten Teile der Metallschicht entfernt werden, daß die Oberfläche mit einem streichfähigen, aushärtbaren elektrisch isolierenden Material behandelt wird, so daß in der fotoempfindlichen Beschichtung und in der Metallschicht entstandene Aussparung mit diesem Material ausgefüllt wird, daß das in der Aussparung befindliche Material ausgebärtet wird, daß die fotoenrpfindlicbe Beschichtung entfernt wird, ohne daß das Material in der Aussparung beeinträchtigt wird, daß die Oberfläche der Metallschicht und des Materials in der Aussparung mit weiterem Metall überzogen wird und daß in der Metallschicht und der Überzugssehicht die noch fehlenden Strukturen der vorgegebenen Leiterbahnen erzeugt werden.

Die Erfindung kann auch auf den beiden Seiten einer Trägerplatte ausgeführt sein, wodurch für eine einzelne Trägerplatte besonders vielseitige Einsatzmöglichkeiten in der Praxis erreicht werden. Die Möglichkeit, Überkreuzungen ohne Schwierigkeiten auf einer Seite einer Platte zu verwirklichen, erleichtert das Erstellen der Schaltungstopographie für eine sogenannte, gedruckte Schaltung. Unter dem Begriff "gedruckte Schaltung" sind auch derartige Schaltungen mit Trägerplatten 2,U, versieben, die nach anderen als nach drucktechnischen Verfahren hergestellt sind.

Ein weiterer Torteil der Erfindung ist die bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Fläche der Leiterplatte. Insbesondere können Durcnkontaktierungen nur zum Zwecke der Überkreuzung vermieden werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung geben aus den Figuren und der zugehörigen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

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der Erfindung und deren Yariationen hervor.

Figur 1 zeigt in einer Aufsicht die Überbrückungen einer leitung· durch beispielsweise drei andere Leitungen. :

Figur 2 zeigt den Schnitt A-A' aus Figur 1.

Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung mit einer Multilayerplatte und die

Figuren 4 bis 7 dienen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Leiterplatte.

Mit 2 ist eine Trägerplatte bezeichnet, wie sie für gedruckte Schaltungen üblich ist.. Z.B. besteht diese Platte aus Hartpapier. Auf der Platte 2 befindet sich zunächst eine, beispielsweise aufkaschierte, Metallschicht, vorzugsweise aus Kupfer. In der Schnittdarstellung der Figur 2 ist diese Schicht mit 3 bezeichnet. In der Figur 1 sind von dieser Schicht nach Durchführung der erfindungsgemäßen, im folgenden noch näher erläuterten Verfährensschriti^ die Leiterbahnen 4j 6, 8 und 10 auf der Trägerplatte zurückgeblieben.

Mit 12 ist eine Ummantelung der Leiterbahn 4 aus einem aushärtbaren, elektrisch isolierenden Material bezeichnet. Die Ummantelung umgibt die Leiterbahn 4» wie dies aus der Figur 2 ersichtlich ist. Die Leiterbahn 6 ist durch eine Brücke 61 über die Ummantelung 12 (siehe Figur 2) hinweggeführt. Die Brücke 61 stellt die elektrische Verbindung zwischen den Teilstücken 63 und 65 der Leiterbahn 6 her. Entsprechendes gilt sinngemäß für die Leiterbahnen 8 und _:10 der Darstellung nach Figur 1. Auf der von der Trägerplatte abgewandten Seite der Leiterbahn 4 befindet sich eine dünne resistente Schicht 41, die, je nach anzuwendenden Verfahrensschritten, gegen Ätzen oder galvanisches Abtragen des Metalls der Metallschicht, beispielsweise des Kupfers, und gegen die Mittel zum Entfernen der Schicht aus fotoempfindliachem Material resistent ist.

Aus der in Figur 1 dargestellten beispielhaften Ausführung der VPA 9/712/1131 309811/0396 -5-

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Erfindung iat das Prinzip des Erfindungsgedankens ersichtlich. Die einzelnen,nicht dargestellten elektronischen Bauelemente werden, wie für gedruckte Schaltungen bekannt, an die Leiterbahnen, von denen die Bahnen 4, 6, 8 und 10 dargestellt sind, angeschlossen. Die Löcher 47, 87 und 107 sind für das Anlöten entsprechender Bauelemente vorgesehen. Sie können z.B. teilweise auch als Durchkontaktierungen durch die Platte 2 hindurch ausgebildet sein.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Multilayerplatte 100. Sie umfaßt zwei miteinander verbundene Trägerplatten 102 und 202, die der Platte 2 entsprechen. In der Schnittdarstellung der Figur 3 befindet sich zwischen den Platten 102 und 202 an der Stelle des Schnittes eine Leiterbahn 203, wie sie von mehrschichtigen gedruckten Schaltungsplatten her bekannt ist. Die Ummantelung des Teils der Leiterbahn 104 der in der Schnittdarstellung der Figur 3 senkrecht zur Schnittebene verläuft, ist mit 112 bezeichnet. Die Leiterbahn 104 wird von der Leiterbahn 160 durch eine 61 entsprechende Brücke 161 überkreuzt. Die Leiterbahn 204 wird von der Leitungsbahn 260 durch eine 61 entsprechende Brücke 261 überkreuzt. Durch die Ummantelung 112 bzw. 212 sind 104 und 160 bzw. 204 und 261, wie vorangehend beschrieben, gegeneinander elektrisch isoliert. Mit 147 ist die Bohrung einer Durcbkontaktierung bezeichnet. Die Wände der Bohrung sind* durch entsprechende Abscheidung leitfähigen Materials mit einem elektrisch leitfähigen Überzug versehen. Dieser Überzug verbindet bei dem dargestellten Beispiel die Leiterbahn 104,_:· 203 und 260 elektrisch miteinander.

Einzelheiten eines bevorzugten Herstellungsverfahrens einer erfindungsgemäßen Leiterplatte werden im folgenden anhand der Figuren 4 bis 7 beschrieben.

Soweit Bezugszeichen bereits in den Figuren 1 bis 3 verwendet sind, beziehen sie sich auf den selben Gegenstand.

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Zur Herstellung einer der Erfindung gemäßen Leiterplatte geht man zweckmäßigerweise yon einer solchen Trägerplatte 2 aus, die bereits mit einer ganzflächigen Metallschicht 3 "bedeckt ist, beispielsweise kaschiert ist. Insbesondere kommt wie bekannt Kupfer für die Metallschicht in Betracht. Auf der Oberfläche der Metallschicht wird eine Teilflache, die dem Grundriß deß zu ummantelnden Leiterbahnabschnitts (43) der Leiterbahn 4 entspricht, mit einer dünnen, resistenten Schicht abgedeckt. Die Schicht 41 kann z.B. durch galvanisches Abscheiden unter Verwendung einer (nicht dargestellten) fotolithografischen Maske oder auch durch Aufdrucken, beispielsweise nach dem Siebdruckverfahren, hergestellt sein. Um sicherzustellen, daß bei späteren Itzprozessen die Leiterbahn 4 nicht unterbrochen wird empfiehlt es sich, die Struktur aus der dünnen resistenten Schicht in beiden Längsrichtungen der Leiterbahn 4 etwas länger zu machen als das zu ummantelnde Leiterbahnstück lang ist. Als resistente Schicht kommt je nach dem, ob für das Entfernen von Teilen der Metallschicht 3 ein Ätzverfahren, ein galvanisches Abtragen oder ein sonstiges Verfahren angewendet wird, ein Material in Betracht, das gegen die bei den jeweiligen Verfahren angewendeten Mitteln resistent ist. Außerdem ist diese Schicht 41 gegen die Mittel zur Ablösung von Teilen einer im folgenden beschriebenen Beschichtung aus fotoempfindlichem Material resistent.

In einem nächsten Verfahrensschritt wird, wie die Figur 5 zeigt, auch auf der Metallschicht 3 und soweit vorhanden auf der Schicht 41 eine ganzflächige Beschichtung 52 aus fotoempfindlichem Material aufgebracht. Für diese Beschichtung ist eine Dicke gewählt, die der Dicke der später herzustellenden Ummantelung der Leiterbahn 4 i» wesentlichen gleich groß ist. Für eine derartige Beschichtung hat sich insbesondere die Aufbringung einer Folie aus fotoempfindlichem, für fotolithografische Zwecke geeignetem Material als besonders vorteilhaft erwiesen.

In einem nächsten Verfahrensschritt wird wie aus Figur 6 zu VPA 9/712/1131 309811/0396 -7-

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ersehen, aus der Beschichtung 52 auf fotolithografisehem Wege ein Teilbereich 53 entfernt, dessen Fläche gleich der Grundfläche der vorgesehenen TJmmantelung auf der Platte 2 ist.

In einem nächsten, im einzelnen nicht dargestellten Verfahrensschritt wird aus der Metallschicht 3 derjenige Anteil entfernt, der weder durch die fotoempfindliche Beschichtung 52 noch durch die resistente Schicht 41 abgedeckt ist. Durch diesen Verfahrensschritt wird das in der Figur 1 durch die TJmmantelung 12 bedeckte, gestrichelt dargestellte, Teilstück 43 der Leiterbahn auf der Trägerplatte freigelegt. Auf beiden Seiten und oberhalb des Teilstücks 43 ist auf diese Weise eine Aussparung 55 in der Metallschicht 3 und in der Beschichtung 52 entstanden. Diese Aussparung wird in einem nächsten Verfahrensschritt mit dem für die Ummantelung 12 vorgesehenen aushärtbaren, elektrisch isolierenden Material ausgefüllt. Vorzugsweise wird dieses Material in zähflüssigem, insbesondere in tixotropem Zustand unter Verwendung eines Rakels oder Abstreifers oder 2.B. mittels eines Walzverfahrens bei Zwischenlegung einer Folie zwischen der Beschichtung 52 und der Walze in die Aussparungen gebracht. Die übrige Oberfläche der Beschichtung 52 bleibt dabei frei von derartigem Material. Die Figur 7 zeigt das Ergebnis dieses Verfahrenssphrittes.

In den nächsten Verfahrens sehritt en wird der in diesem Stadium noch vorhandene Anteil der Beschichtung 52 von der Metallschicht 3 entfernt und die Metallschicht 3 durch beispielsweise galvanisches Aufbringen weiterea Materials 30 metallisch verstärkt. In diesem Verfahrensschritt wird aber auch die Oberfläche der Ummantelung 12 mit diesem Metall beschichtet, nachdem die Oberfläche z.B. für eine galvanische Verstärkung in an sich bekannter Weise, etwa durch Bekeimung, elektrisch leitfähig gemacht worden ist. Durch diesen Verfahrensschritt wird das für die Brücken der Leiterbahnen 6, 8 und 10 erforderliche Material aufgebracht, wie dies insbesondere aus

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Figur 2 durch die dargestellte Brücke 61 näher hervorgeht.

In einem letzten Verfahrensschritt werden aus der Metallschicht 3 und dem Material der Metallabscheidung 52 des
vorangehenden. Verfahrensschrittes die noch fehlenden Strukturen der vorgegebenen Leiterbahnen 6, 8 und 10 sowie der Leiterbahn 4> soweit deren Struktur nicht bereits schon
in einem früheren Verfahrensschritt entstanden ist, hergestellt.

!fach einem wie vorangehend beschriebenen Verfahren kann eine erfindungsgemäße Leiterplatte hergestellt v/erden, die Leiterbahnstrukturen mit Überkreuzungen einer oder mehrerer Leiterbahnen aufweist, wie sie anhand der Figur 1 und den gegenüber Figur 1 erheblich vergrößerten Schnittdarstellungen
der Figuren 2 und 3 verständlich erläutert sind.

22 Patentansprüche
7 Figuren

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Claims

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Patentan so r ü c b e

LyLeiterplatte, hergestellt aus einer Trägerplatte, die zunächst ganzfläcbig mit einer Metallschicbt verseben war, mit auf einer Seite der Platte sieb überkreuzenden, am Kreuzungspunkt voneinander elektriscb isolierte Leiterbahnen, dadurch gekennzeichnet , daß ein Abschnitt einer auf der Trägerplatte (2) aufliegenden Leiterbahn (4) mit einem aushärtbaren, elektrisch isolierenden Material (12) auf der Trägerplatte ummantelt ist und daß an dem Kreuzungspunkt eine Leiterbahnbrücke (61) vorgesehen ist, die mittels nachfolgender Metallisierung hergestellt ist, wobei die Brücke an ihren Endpunkten unmittelbar auf dem Metall der Metallschicht (3) der Trägerplatte (2) aufgebaut ist und daß die sich kreuzenden Leiterbahnen (4, 6), abgesehen von der Brücke (61), aus der auf der Trägerplatte (2) vorgesehenen Metallschicht (3) herausgebildet sind.
2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere, im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtete, überkreuzte Leiterbahnen vorgesehen sind.
3. Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere, im wesentlichen parallel zueinander verlaufende, überkreuzende (6, 8, 10) Leiterbahnen vorgesehen sind.
4. Leiterplatte nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß sich die miteinander überkreuzenden Leiterbahnen auf einer Seite einer Multilayer-Platte (100) befinden.
5. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß sich miteinander überkreuzende Leiterbahnen auf beiden Seiten der Trägerplatte vorhanden- sind. (Fig. 3)

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6. Verfahren zur Herateilung einer Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 "bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Metallschicht (3), die sich auf einer Trägerplatte

(2) befindet, eine Teilf lache,, die dem Grundriß eines des zu ummantelnden leiterbabnabschnittes (43) entspricht, mit einer Struktur aus einer dünnen, resistenten Schicht (41) abgedeckt wird, daß die Metallschicht einschließlich der mit der resistenten Schicht (41) bedeckten Teilflache mit einer Beschichtung aus fotoempfindlichem Material (52) bedeckt ; wird, wobei für die Beschichtung eine Dicke gewählt wird, die der Dicke der später herzustellenden Ummantelung (12) auf der zur Trägerplatte (2) parallelen Oberfläche des Leiterbahnabschnittes (43) im wesentlichen entspricht, daß aus der fotoempfindliehen Beschichtung (52) auf fotolithografischem Wege ein Teilbereich (53) entfernt wird, das der Grundfläche der vorgesehenen Ummantelung entspricht, daß die weder durch die fotoempfindliche Beschichtung (52) noch durch die resistente Schicht (41) abgedeckten Teile der Metallschicht

(3) entfernt werden, daß die Oberfläche mit einem streichfähigen, aushärtbaren elektrisch isolierenden Material behandelt wird, so daß in der fotoempfindliehen Beschichtung und in der Metallschicht entstandene Aussparung für die Ummantelung (12) mit diesem Material ausgefüllt wird, daß das in der Aussparung befindliche Material ausgehärtet wird, daß die fotoempfindliche Beschichtung entfernt wird, ohne daß das Material in der Aussparung beeinträchtigt wird, daß die Oberfläche der Metallschicht und des Materials in der Aussparung mit weiterem Metall (30) überzogen wird und daß in der Metallschicht und der Überzugsschicht (30) die noch fehlenden Strukturen (4» 6» 8, 10, 61) der vorgegebenen Leiterbahnen erzeugt werden.
7. Terfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich'-n e t , daß man die Schicht (41) an beiden Enden des

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Leiterbahnabsehnittes (43) auf der Leiterbahn weiterreichen läßt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die resistente Schicht (41) durch Siebdruck
aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeiehn e t , daß die resistente Schicht unter Verwendung eines fotolithografischen Verfahrens galvanisch erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7» 8 oder 9> dadurch gekennzeichnet , daß als resistente Schicht eine ätzresistente Schicht verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Beschichtung mit fotoempfindlichem Material (52) durch Beschichtung mit einer
entsprechenden Polie erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Entfernung der weder
durch die fotoempfindliche Beschichtung, noch durch die
resistente Schicht (41) abgedeckten Teile der Metallschicht (3) durch Ätzen erfolgt.
13· Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß zur Ausfüllung der Aussparung ein Epoxydharz verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß das Material zur Ausfüllung der Aussparungen mit einem Tixotropierraittel versetzt ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausfüllen der Aussparungen durch Abstreifen des Materials auf der Oberfläche

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der Beschichtung (52) erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 Ms 14» dadurch g e kennzeichnet , daß das Ausfüllen der Aussparungen durch ein Walzverfahren unter Verwendung einer zwischengelegten Folie.erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 Ms 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Entfernung der Beschichtung aus fotoempfin&lichem Material durch AMösen erfolgt,
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 16, dadurch_f gekennzeichnet , daß die Oberfläche des Materials (12) in der Aussparung auf chemischem Wege elektrisch leitfähig gemacht wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß der ganzflächige Überzug (30) mit weiterem Metall durch galvanische Abscheidung erfolgt.
20. Verfahren nach einem d*er Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Erzeugung der noch fehlenden Strukturen durch Ätzen erfolgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 19» dadurch gekennzeichnet , daß die Erzeugung der noch fehlenden Strukturen durch galvanisches Abtragen erfolgt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 21, dadurch gekennzeichnet , daß die leiterplatte zwischen einzelnen Verfahrensschritten gespült und/oder getrocknet wird.

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