DE2144078C3

DE2144078C3 - Leiterplatte mit Uberkreuzungen

Info

Publication number: DE2144078C3
Application number: DE19712144078
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 8000 München Hebenstreit
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1971-09-02
Publication date: 1976-07-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leiterplatte, hergestellt aus einer Trägerplatte, die zunächst ganzflächig

sehen

mit einer Metallschicht versehen ist, mit auf einer Seite der Platte sich überkreuzenden, am Kreuzungspunkt voneinander elektrisch isolierten Leiterbahnen und auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Leiterplatte.

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

Zur Realisierung von Überkreuzungen 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 im wesentlichen orthogonaler Richtung aufgebracht warrn. Mittels entsprechender Durchkonlaktief vngen durch die Platte, können bei derartigen Platten voneinander elektrisch isolierte Überkreuzungen νυη Leiterbahnen erzeugt werden.

Aus der USA.-Patentschrift 33 17 653 geht eine Leiterplatte nach dem Prinzip gedruckter Schaltungen 2; hervor, die eine Überkreuzung aufweisi. Die Leiterplatte besteht aus einem hochtemperaturbeständigen, nichtleitenden Substratkörper, auf dessen Oberfläche sich eine erste Leiterbahn befindet. Ein mittlerer Anteil dieser Leiterbahn wird von einer dünnen Schicht aus ;o Isolatormaterial abgedeckt. Auf einem Anteil der Oberfläche dieser Isolatorschicht verläuft eine zweite Leiterbahn im Winkel zu ersterer Leiterbahn. Wesentlich für die aus dieser Patentschrift bekannten Leiterplatte sind bestimmte Bestandteile des Materials der Isolatorschicht, das eine Erweichungstemperatur haben soll, die höher ist als die Erweichungstemperatur des Materials der auf der Isolatorschicht befindlichen zweiten Leiterbahn. Bei der Herstellung einer solchen Leiterplatte werden entsprechend ausgewählte Temperaturen angewendet, um ein bestimmtes Zusammenschmelzen der zweiten Leiterbahn und der Isolatorschicht zu erreichen.

Gemäß eines in der deutschen Offenlegungsschrift 16 65 697 gemachten Vorschlages des Erfinders 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 reduziert, in die durch die Dickenreduzierung entstandene Grube ein Material zur elektrischen Isolation eingefügt und über die Oberfläche dieses Iscliermateriais hinweg die überkreuzende Leiterbahn geführt, die durch nachträgliche Metallbeschichtung und Ausbildung einer entsprechenden Struktur erzeugt worden ist.

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

Diese Aufgabe wird durch eine, wie oben beschriebene Leiterplatte gelöst, die erfindungsgemäU dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Abschnitt einer auf der Trägerplatte aufliegenden Leiterbahn mit vorgegebener Richtung mit einem ausgehärteten, elektrisch isolie- <>s renden Material auf der Trägerplatte ummantelt ist und daß an dem Kreuzungspunkt 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 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 ivletaiischicht 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 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 überzogen wird und daß in der Metallschicht und der Überzugsschicht die noch fehlenden Strukturen der vorgegebenen Leiterbahnen erzeugt werden.

Überkreuzungen können auch auf den beiden Seiten einer Trägerplatte ausgeführt sein, wodurch für eine einzelne Trägerplatte besonders vielseitige Einsatzmöglichkeiter, 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 zu verstehen, die nach anderen als nach drucktechnischen Verfahren hergestellt sind.

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

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in einer Aufsicht die Überbrückungen einer Leitung durch beispielsweise drei andere Leitungen;

F i ii. 2 zeigt den Schnitt A-A' aus F i g. 1,

F i g. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung mit einer Multilayerplatle und die

F i g. 4 bis 7 dienen zur Erläuterung eines Verfahrens /ur Herstellung einer erfindungsgemäßen Leiterplatte.

Mit 2 ist eine Trägerplatte bezeichnet, wie sie für gedruckte Schaltungen üblich ist. Zum Beispiel besteht diese Platte aus Hartpapier. Auf der Platte 2 befindet

sich zunächst eine, beispielsweise aufkaschierte. Metallschicht, vorzugsweise aus Kupfer. In der Schnitidarstcllung der F i g. 2 ist diese Schicht mit 3 bezeichnet. In der F i g. 1 sind von dieser Schicht nach Durchführung der erfindungsgemäßen, im folgenden noch naher erläuterten Verfahrensschrittc, die Leiterbahnen 4, 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 F i g. 2 ersichtlich ist. Die Leiterbahn 6 ist durch eine Brücke 61 über die Ummantelung 12 (s. F i g. 2) hinweggeführt. Die Brücke 61 stellt die elektrische Verbindung zwischen den Teilstiicken 63 und 65 der Leiterbahn 6 her. Entsprechendes gilt sinngemäß für die Leiterbahnen 8 und 10 der Darstellung nach Fig. I.Auf der von der Trägerplatte abgewandten Seite der Leiterbahn 4 befindet sich eine dünne rcsistente 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 fotoempfindlichem Material resistent ist.

Aus der in F i g. 1 dargestellten beispielhaften Ausführung der Erfindung ist das Prinzip des Erfindungsgcdankens 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.

F i g. 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 F i g. 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 Schnittdarsteliung der F i g. 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 Leitungsbahr. 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 Durchkontaktierung bezeichnet Die Wände der Bohrung sind durch entsprechende Abscheidung leitfähigen Materials mit einem elektrisch leitfähigen Überzug 149 versehen. Dieser Überzug verbindet bei dem dargestellten Beispiel die Leiterbahn 104, 203 und 2bO elektrisch miteinander.

Einzelheiten eines bevorzugten Herstellungsverfahrens einer erfindungsgemäßen Leiterplatte werden im folgenden an Hand der F i g. 4 bis 7 beschrieben.

Soweit Bezugszeichen bereits in den F i g. 1 bis 3 verwendet sind, beziehen sie sich auf denselben Gegenstand

Zur Herstellung einer der Erfindung gemäßen Leiterplatte geht man zweckmäßigerweise von 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 Teilflächc. die dem Grund riß des v.u ummantelnden l.eiterbahnabschnitts 43 de Leiterbahn 4 entspricht, mit einer dünnen, resist :ntci Schicht abgedeckt. Die Schicht 41 kann ζ. B. durch gal vanisches Abscheidet, unter Verwendung einer Inich dargestellten) fotolithografischen Maske oder and durch Aufdrucken, beispielsweise nach dem Siebdruck verfahren, hergestellt sein. Um sicherzustellen, daß be späteren Ät/pro/cssen die Leiterbahn 4 nicht unterbro

ίο chcn wird empfiehlt es sich, die Struktur aus der diin nen resistcntcn Schicht in beiden Längsrichtunge ι dei Leiterbahn 4 etwas langer zu machen als das /ti ummantelnde Leiterbahnstück lang ist. Als resislenk Schicht kommt je nachdem, ob für das Entferner vor

is Teilen der Metallschicht 3 ein Ätzverfahren, ein galvanisches Abtragen oder ein sonstiges Verfahren angewendet wird, ein Material in Betracht, das gegen die be den jeweiligen Verfahren angewendeten Mitteln resistent ist. Außerdem ist diese Schicht 41 gegen die Mittel zur Ablösung von Teilen einer im folgender beschriebenen Beschichtung aus fotoempfindlichem Material resistent.

In einem nächsten Verfahrensschritt wird, wie die I-" i g. 5 zeigt, auch auf der Metallschicht 3 und soweit

;s vorhanden auf der Schicht 41 eine ganzflächige Beschichtung 52 aus fotoempfindlichem Material aufgebracht. Für diese Beschichtung ist eine Dicke gewühlt. die der Dicke der später herzustellenden I Immantclung der Leiterbahn 4 im 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 Verfahrcnsschriit wird wie aus

js F i g. b zu ersehen, aus der Beschichtung 52 auf fotoliihografischcm Wege ein Teilbereich 53 entfernt, dessen Fläche gleich der Grundfläche der vorgesehenen Ummantelung auf der Plane 2 ist.

In einem nächsten, im einzelnen nicht dargestellten Verfahrensschritt wird aus der Metallschicht 3 dci icnigc Anteil entfernt, der weder durch die fotoempfindliche Beschichtung 52 noch durch die rcsistenic Schicht 41 abgedeckt ist. Durch diesen Verfahrensschritt .vird das in der F i g. 1 durch die Ummantelung 12 bedeckte.

gestrichelt dargestellte. Teilstück 43 der Leiterbahn -4 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 Absireifers oder z. B. mittels eines Walzverfahrens bei i'wischenlegung einer Folie zwischen der Beschichtung 52 und der Walze in die Aussparung gebracht Die übrige Oberfläche der Beschicntung 52 bleibt dabei frei von derartigem Material. Die F i g. 7 zeigt das Ergebnis die-

ses Verfahrensschrittes. ·

In den nächsten Verfahrensschritten wird der in di sem Stadium noch vorhandene Anteil der Beschichtung 52 von der Metallschicht 3 entfernt und die Metallschicht 3 durch beispielsweise galvanisches Aufbringen weiteren 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 Verstär-

078

kung in an sich bekannter Weise, etwa durch Bekeiniung, elektrisch leitfähig gemacht worden ist. Durch diesen Verfahrenssehnit wird das für die Brücken der Leiterbahnen 6, 8 und IO erforderliche Material aufgebracht, wie dies insbesondere aus F i g. 2 durch die dar- S gestellte Brücke 61 näher hervorgeht.

In einem letzten Verfahrensschritt werden aus der Metallschicht 3 und dem Material der Metallabsiheidung 52 des vorangehenden Verfahrensschrittes die noch fehlenden Strukturen der vorgegebenen Leiter-

bahnen 6, 8 und 10 sowie der Leiterbahn 4, soweit de ren Struktur nicht bereits schon in einem früheren Ver fahrensschritt entstanden ist, hergestellt.

Nach einem wie vorangehend beschriebenen Verfall ren kann eine erfindungsgemäße Leiterplatte herge stellt werden, die Leiterbahnsirukturen mit Überkreu zungen einer oder mehrerer Leiterbahnen aufweist, wii sie an Hand der F i g. 1 und den gegenüber F i g. 1 er heblich vergrößerten Schnittdarstellungcn der F i g. '. und 3 verständlich erläutert sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen «Of 630/341

Claims

Patentansprüche:

1. Leiterplatte, hergestellt aus einer Trägerplatte, die zunächst ganzflächig mit einer Metallschicht versehen war, mit auf einer Seite der Platte sich überkreuzenden, am Kreuzungspunkt voneinander elektrisch isolierten Leiterbahnen dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt einer auf der Trägerplatte (2) aufliegenden Leiterbahn (4) mit einem ausgehärteten, 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 Trägerplat-Ie (2) vorgesehenen Metallschicht (3) herausgebildet sind.

2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da 3 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 einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich miteinander überkreuzende Leiterbahnen auf beiden Seiten der Trägerplatte vorhanden sind.

5. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Metallschicht (3), die sich auf einer Trägerplatte (2) befindet, eine Teilfläche, die dem Grundriß eines des zu ummantelnden Leiterbahnabschnittes (43) entspricht, mit einer Struktur aus einer dürnen, resistenten Schicht (41) abgedeckt wird, daß die Metallschicht einschließlich, der mit der resistenten Schicht (41) bedeckten Teilfläche 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 fotoempfindlichen 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 Oberfläehe mit einem streichfähigen, aushärtbaren elektrisch isolierenden Material behandelt wird, so daß in der fotoempfindlichen 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 entfern! 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.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schicht (41) an beiden Enden des Leiterbahnabschnittes (43) auf der Leiterbahn weiterreichen läßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die resistente Schicht (41) durch Siebdruck aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die resistente Schicht unter Verwendung eines fotolithografischen Verfahrens galvanisch erzeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als resistente Schicht eine ätzresistente Schicht verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit fotoempfindlichem Material (52) durch Beschichtung mit einer entsprechenden Folie erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der weder durch die fotoempfindliche Beschichtung noch durch die resistente Schicht (41) abgedeckten Teile de: Metallschicht (3) durch Ätzen erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausfüllung der Aussparung pin Epoxydharz verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß das Material zur Ausfüllung der Aussparungen mit einem Tixotropiermittel versetzt ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß das Ausfüllen der Aussparungen durch Abstreifen des Materials auf der Oberfläche der Beschichtung (52) erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß das Ausfüllen der Aussparungen durch ein Walzverfahren unter Verwendung einer zwischengelegten Folie erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Beschichtung aus fotoempfindlichem Material durch Ablösen erfolgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Materials (12) in der Aussparung auf chemischem Wege elektrisch leitfähig gemacht wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der ganzflächige Überzug (30) mit weiterem Metall durch galvanische Abscheidung erfolgt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der noch fehlenden Strukturen durch Ätzen erfolgt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der noch fehlenden Strukturen durch galvanisches Abtragen erfolgt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte /wischen einzelnen Verfahrensschritten gespült und/oder getrocknet wird.