DE2226430A1

DE2226430A1 - Verfahren und herstellung von vielschichtigen gedruckten schaltungseinheiten und vorrichtung zur verwirklichung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2226430A1
Application number: DE2226430A
Authority: DE
Inventors: Tengbergen Erik Adr Ebbenhorst; Roy Dick La
Original assignee: Thales Nederland BV
Current assignee: Thales Nederland BV
Priority date: 1971-06-07
Filing date: 1972-05-31
Publication date: 1973-01-11
Also published as: AU4295072A; DE2226430B2; GB1367737A; FR2140453B1; AU469693B2; NL166171C; SE378973B; BE784154A; DE2226430C3; CH537139A; FR2140453A1; CA970075A; NL166171B; JPS5615156B1; IT960854B; NL7107750A

Description

N.T. HOLLAKDSE SIGIiAALAPPASATSN,
Zuidülijke Havenweg 40»
HENGELO (0), Niederlande

Verfahren zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten und Vorrichtung zur Verwirklichung dieses Verfahrens.

Die Erfindung "bezieht sich auf sowohl ein Verfahren zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten als auch auf eine Vorrichtung zur Verwirklichung dieses Verfahrens.

Hierbei wird jede der Schichten, aus denen die gedruckte Schaltungseinheit aufgebaut warden soll, durch einen zumindest an einer Seite mit einem Leitermuster versehenen Träger gebildet, und -werden weiter die genannten Schichten, die untereinander durch KlebeEjchichten getrennt sind, aufoinandorgeatapelt.

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Das auf diese Weise erhaltene Laminat wird danach unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur zusammengepresst, bei welchem Vorgang während einer bestimmten Zeit die Luft aus dem Zwischenraum zwischen den benachbarten Platten abgesaugt wird.

Ein solches Verfahren ist aus der deutschen Auslegeschrift Nr. 1.942.845 bekannt. Damit bei dem unter erhöhter Temperatur stattfindenden Pressvorgang keine Luft in das Laminat eingeschlossen wird, wird in dieser Auslegeschrift vorgeschlagen, die Luft aus dem Raum, in dem das Laminat sich befindet, abzusaugen, und zwar zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor oder fast gleichzeitig mit dem Beginn des PressVorgangs, und mindestens bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Klebeschichten geschmolzen und ausgehärtet sind. Auf diese Weise wird jedoch das Risiko eingegangen, dass nicht alle im Stapel eingeschlossene Luft hieraus abgesaugt werden kann, und zwar aus folgenden Gründen: Die aus mehreren Schichten aufgebaute gedruckte Schaltungseinheit wird oft eine oder mehrere Erdungssohichten umfassen. Eine solche Erdungsschicht besteht aus einer auf dem Träger aufgebrachten Leitschicht, die an den Stellen, wo später die Durchverbindung zwischen den Leiterspuren angebracht werden sollen, weggeätzt ist. Die Erdungsschicht enthält daher eine grosse Anzahl kleiner Blasen. Beim Aufeinanderstapeln der verschiedenen Schichten wird in diesen Blasen Luft mit eingeschlossen und zwar derartig, dass nach dem Ausüben des Pressdruckes das um den Stapel entstandene Vakuum nicht imstande ist, alle Luft aus dem Stapel zu entziehen. Dieses Risiko ist natürlich auch bei den Leiterspuren vorhanden, jedoch in weitaus geringerem Masee als

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es bei den Erdungslagen der Fall ist, da meistens nur die Erdungslägen eine grosse Anzahl Blasen, wie oben erwähnt-, enthalten. Ein zweiter Nachteil, welcher der in der genannten Auslegeschrift wiedergegebenen Arbeitsweise anhaftet, ist der Zeitpunkt, zu dem die Luft wiederum in den Raum, wo der Stapel sich befindet, eintritt! Bei dem in der genannten Auslegeschrift beschriebenen Verfahren dient dazu zumindest der Leim geschmolzen und ausgehärtet zu sein; aus der Beschreibung in der genannten Auslegeschrift geht weiter hervor, dass dies bei einer Temperatur von 16Ö° bis 17O°C und innerhalb von 3 bis 5 Minuten erfolgen muss* Es werden jedoch bereits fcei viel niedrigeren Temperaturen Komponenten, die für den auftretenden Härtungsprozess erforderlich sind, durch das geschaffene Vakuum an den Leim entzogen.

Die Erfindung bezweckt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung der vielschichtigen gedruckten SchaItungseinheiten zu schaffen, wobei die genannten Schwierigkeiten beseitigt sind. Entsprechend der Erfindung verläuft dazu der Vorgang zur Herstellung der aus.mehreren Schichten aufgebauten gedrückten Schaltungseinheiten zumindest in drei Phasen, von denen jede eine bestimmte Zeit dauert und wobei in der ersten Phase Feuchtigkeit und Luft aus dem Baum, in dem der Stapel sich befindet, abgesaugt wird und wobei in der zweiten Phase der Stapel bei zunehmender Temperatur zusammengepresst wird und wobei in der dritten Phase der Presevorgang bei einer weiteren Temperatursteigung bis zu einem bestimmten Maximumwert und unter einem veiter zunehmenden Druck erfolgt, während ausserdem Luft in den

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Raum, wo der Stapel eich befindet, zutritt.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nun näher anhand der Figuren erläutert, von denen

Fig. 1 schematisch die Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens entsprechend der Erfindung zeigt; und wobei in

Fig. 2 drei Diagramme zur näheren Erläuterung dieeer Arbeitsweise dargestellt sind.

Bei der Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten, die im nachfolgenden kurz als Mehrschiohtkarten bezeichnet werden, wird durch das Aufeinanderstapeln von abwechselnd an einer oder an beiden Seiten mit einer Leiterspur oder Erdungeschicht versehenen Trägern und Leimschichten ein Stapel gebildet. Die mit einem Leitermueter, nämlich einer Leiterspur oder Erdungsschicht versehenen Träger bestehen aue einem Epoxyglashalbgewebe mit bzw. ohne beiderseits aufgebrachter Kupferschicht. Aus der Kupferschicht ist das verlangte Leitermuster weggeätzt, wenigstens insoweit es eine Leiterspur betrifft. Wirkt die Kupferschicht als Erdungsschicht, so genügt das Wegätzen dee Kupfers an den Stellen, wo die Durchverbindungen zwischen den verschiedenen Leiterspuren angebracht werden sollen. Dadurch enthält auch ein mit einer Erdungeschicht versehener Träger zahlreiche kleine Vertiefungen, die - wie bereits erwähnt - Anlaes zur Bildung von Luftblasen in den Mehrschichtkarten geben. Die Leimschichten werden durch vorimpregnierte Platten (Prepregs) gebildet; dies ist eine mit Harz gefüllte Glasfasermatte und bereits teilweise polymerisiert (bis zur sog. B-Stufe). Ausser dieser Vorpolymerisation bei der Herstellung !

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der Prepregs tritt eine weitergehende Polymerisation im Laufe der Zeit auf. In der nachfolgenden Beschreibung des PressVorganges muss denn auch berücksichtigt werden in welchem Masse diese Leimschichten bereits ausgehärtet sind.

Ausser den bereits genannten Leiterspuren und Erdungsschichten wird die Mehrschichtkarte eine oder mehrere Speisespannungsschichten umfassen; diese entsprechen im wesentlichen jedoch den Erdungsschichten. Beim AufeinanderβtapeIn der verschiedenen Schichten soll vorzugsweise eine Leiterspur jeweils zwischen zwei Erdungsschichten liegen. Man wird sich jedoch, mit Rücksicht auf die Forderungen, die an die charakteristische Impedanz, die Stärke und den Kostpreis der Mehrschichtkarten gestellt werden müssen, auf das Anbringen von Erdungsschichten jeweils beiderseits von zwei Leiterspuren beschränken müssen. Diese beiden Leiterspuren müssen ein solches Spurenmuster aufweisen, dass auftretende Übersprecherscheinungen die zulässigen Grenzen nicht überschreiten. Beim Aufeinanderstapeln muss weiter ein möglichst symmetrischer Aufbau berücksichtigt werden, damit ein Krummziehen vermieden wird. Auch kann es erforderlich sein, mehrere aufeinandergestapelte Prepregschichten als Leimschioht zu verwenden.

Da« Aufeinanderatapeln der verschiedenen Schichten erfolgt zwischen zwei gehärteten Flachstahlplatten, die in Fig. mit 1 bezeichnet sind. Ia dieser Figur ist das Laminat mit 2 bezeichnet, es ist mit mindestens zwei Bezugslöchern 3 versehen. Durch diese Löcher werden Stifte gesteckt, wodurch verhindert wird, dass die Schichten sich während des PressVorganges untereinander

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und auch in Bezug auf die Stahlplatten verschieben.

Sas zwischen die Stahlplatten geklemmte Laminat wird in eine zusammenpressbare Trommel gesetzt. Diese Trommel besteht aus einer Unter- und Oberplatte 4 bzw. 5» einer losen Seitenwand 6 und zwei Dichtungsringen 7 und 8. Die Höhe der Dichtungsringe ist, bezogen auf die Seitenwand 6, so bemessen, dass die Trommel in ausreichendem Hasse zusammengepresst werden kann, d.h. dass sie so zusammeepressbar ist, dass auch auf das in der Trommel untergebrachten und zwischen die Stahlplatten geklemmte Laminat ein bestimmter Druck ausgeübt werden kann. In der Seitenwand 6 befindet sich eine Öffnung 9» durch welche die Luft aus dem Baum, wo der Stapel sich befindet, unter Verwendung einer Vakuumpumpe abgesaugt werden kann. Nachdem das zwischen die Stahlplatten geklemmte Laminat in die Trommel gesetzt worden ist, erfolgt der Vorgang zur Herstellung von Mehrschichtkarten entsprechend der Erfindung in zumindest drei Phasen.

In der ersten Phase wird die Luft und die Feuchtigkeit aus der Trommel und aus dem sich hierin befindlichen Laminat abgesaugt. In Fig. 2 sind drei Diagramme wiedergegeben, die die für den Vorgang kennzeichnenden Gräesen in ihrem zeitlichen Verlauf zeigen. Die Dauer der ersten Phase ist hierin mit t. - t_ bezeichnet. In Fig. 2a ist der in der Trommel geschaffene Unterdruck ρ angegeben; dieser beträgt beim betreffenden Vorgang etwa 0,15 am WS. In Fig. 2b ist der Temperaturverlauf in der Trommel angegeben. In der ersten Phase befindet sich die Trommel jedoch noch nicht in der Pressvorrichtung, die Temperatur der

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Trommel entspricht daher der Umgebungstemperatur T₁* In Fig. 2c ist der Druck angegeben» der auf die Trommel ausgeübt wird; in der ersten Phase beträgt dieser Null. Da in dieser Phase also noch kein Druck auf die Trommel ausgeübt wird, ist die Aussicht, dass die in das Laminat eingeschlossene Luft hieran nicht entzogen wird, äusseret gering. Die Dauer der ersten Phase ist so gewählt, dass angenommen werden kann, dass nach Verlauf hiervon alle Luft aus dem Laminat abgesaugt ist»

In der zweiten Phase wird die Trommel mit dem sich darin befindlichen Laminat in eine vorgeheizte Pressvorrichtung gebracht, d.h. also zwischen die in der Fig. 1 dargestellten Platten 10 und 11. Diese Platten sind dazu mit einem Heizelement versehen, mit dessen Hilfe die Temperatur der Pressvorrichtung konstant auf dem in Fig. 2b angegebenen Wert T gehalten wird. Beim hier beschriebenen Torgang beträgt diese Temperatur etwa 180 C. Bei Aufrechterhaltung des IJnterdruckes in der Trommel wird während einer Zeit t^-t. durch die Pressvorrichtung ein Druck P₁ ausgeübt. Dieser Druck wird als Kontaktdruck bezeichnet, er beträgt beim hier beschriebenen Vorgang ca. 3 kg/cm ,

Während der zweiten Phase erfolgt eine Wärmeabgabe von der Pressvorrichtung an die Trommel, wobei diese allmählich eine höhere Temperatur annehmen wird. Der hierbei auftretende Temperaturgradient kann dadurch eingestellt werden, dass zwischen der Trommel und den Pressplatten Papier mit einer bestimmten Dicke (abhängig vom gewünschten Temperaturgradienten) angebracht wird» In der zweiten Phase wird der Harz der Prepreg-Leiiaschichten schmelzen und alle Vertiefungen zwischen den einzelnen Schichten

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ausfüllen. Der Pressdruck ist in dieser Phase verhältnismässig niedrig, da sonst das flüssige Harz zwischen den betreffenden Schichten herausgepreset wird. Die Dauer der zweiten Phase wird durch den eingestellten Temperaturgradienten beetimmt, sowie durch die Vorpolymerisation der Leimschichten und das erreichte Mass an Viskosität der Leimschicht. Nachdem die Trommel die Temperatur T„, dies ist etwa 12O⁰C, erreicht hat, muss der Unterdruck in der Trommel aufgehoben werden. Würde man diesnachlassen, so würden die zum Aushärten des Leims erforderlichen Komponenten daran entzogen werden. Ausserdem wird der Pressdruck

nunmehr auf den Wert P„ entsprechend etwa 15 kg/cm erhöht; die Viskosität des Leims ist durch den bei einer höheren Temperatur schneller verlaufenden Aushärtungsvorgang bereits derartig, dass der Leim unter diesem höheren Druck nicht weggepresat wird.

Der Vorgang erreicht nun die dritte Phase, deren Dauer in Fig. 2 mit t. - t_ bezeichnet ist und die durch den sich in den Leimschichten abspielenden Aushärtungsprozees bestimmt wird. In dieser dritten Phase nimmt das Laminat die Temperatur T, der Preesplatten an. Im Prinzip ist nach Ablauf der dritten Phase der Herstellungsvorgang der Mehrschichtkarte beendet. Das Laminat ist nun zur Mehrschichtkarte ausgebildet» Die so erhaltenen Karten müssen jedoch noch einmal abgekühlt werden, bei welchem Vorgang die Gefahr des Krummziehens besteht. Dieser Nachteil läset sich jedoch dadurch beheben, dass für die Abkühlung in einer "kalten" Pressvorrichtung gesorgt wird. Diee erfolgt in einer vierten Phase, deren Dauer in Fig. 2 durch

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t_ - t. angegeben ist. Die Mehrechichtkarte nimmt im Lauf dieser vierten Phase die Umgebungstemperatur an, ein eventuelles Krummziehen wird hierbei durch das Ausüben eines Druckes P. verhindert.

Dadurch, dass einerseits in der Trommel, in der das Laminat sich befindet, ein Unterdruck realisiert werden muss und dass dabei in der ersten Phase kein Pressdruck angewandt wird, während andererseits die Trommel von einer "warmen" nach einer "kalten¹¹ Pressvorrichtung gebracht wird, ist die Verwendung einer solchen leicht in die Pressvorrichtung einzusetzenden bzw. zu entfernenden Trommel sehr vorteilhaft. Während der ersten und vierten Phase kann diese Pressvorrichtung dann für einen sich in der zweiten oder,dritten Phase befindlichen Vorgang verwendet werden.

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Claims

Ansprüche :

1. J Verfahren zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten, wobei jede der Schichten, aus denen die gedruckte Schaltungseinheit aufgebaut wird, durch einen zumindest an einer Seite mit einem Leitennuster versehenen Träger gebildet wird und wobei weiter die genannten Schichten, die untereinander durch Leimschichten getrennt sind, aufeinandergestapelt werden und das auf diese Weise gebildete Laminat unter erhöhtem Druck zusammengepresst wird, bei welchem Pressvorgang während einer bestimmten Zeit die Luft aus dem Zwischenraum zwischen den benachbarten Platten, wo das Laminat sich befindet, abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Torgang zur Herstellung von aus mehreren Schichten aufgebauten Schaltungeeinheiten zumindest in drei Phasen verläuft, von denen jede eine bestimmte Zeitdauer hat, wobei in der ersten Phase Luft und Feuchtigkeit aus dem Raum, in dem der Stapel sich befindet, abgesaugt und in der zweiten Phase das Laminat bei zunehmender Temperatur zusammengepresst wird, und wobei in der dritten Phase der Preesvorgang bei einer weiteren Temperaturzunahme bis zu einem bestimmten Maximumwert und unter einem weiter zunehmenden Druck erfolgt, während ausserdem Luft in den Raum, wo das Laminat sich befindet, Zutritt findet.

2. Verfahren zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das» in einer vierten Phase in einer ungeheizten Pressvorrichtung

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auf das Laminat ein Druck ausgeübt wird, dessen Grosse einigermassen dem in der zweiten Phase angewandten Druck entspricht,

5» Verfahren zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Sehaltungseinheiten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer der ersten Phasego gewählt ist, dass diese ausreicht, um die in das Laminat eingeschlossene Luft daran zu entziehen»

4» Verfahren zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Sehaltungseinheiten nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer der zweiten phase so bemessen ist, dass nach Beendigung äej: Phase sämtliche im Laminat vorkommende Vertiefungen mit Leim ausgefüllt sind und dass die Leimsehiehten eine solche Viskosität aufweisen, dass sie bei einer weiteren Druckzunahme nicht oder kaum herausgepresst werden.

5» Verfahren zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Sehaltungseinheiten nach Anspruch 1, 2, J> oder 4f dadurch gekennzeichnet, dass das Einsetzen der dritten Phase durch das fast gleichzeitige Erhöhen des Druckes und den Zutritt von TTmge bungs luft bestimmt wird, damit die sich in den Leimschichten befindlichen Komponenten, die für den auftretenden Aushärtungsvorgang erforderlich sind, nicht aus dem Leim entzogen werden und dass das Ende der dritten Phase durch die Dauer des in den Leimsebirthten stattfindenden Aushärtungsprozesses wird,

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6. Vorrichtung zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten entsprechend dem in einem der vorangehenden Ansprüche beschriebenen Verfahren, bestehend aus zwei mit einem Heizelement versehenen Preseplatten, dadurch gekennzeichnet, dass eich zwischen diesen Platten eine leicht herausnehmbare und luftdicht abzuschliessende zusammenpressbare Trommel befindet, in der das Laminat untergebracht werden kann und welche Trommel an eine Vakuumpumpe anschliesebar ist.

7. Vorrichtung zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schalt-ungseinheiten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel aus zwei Platten und einer losen Seitenwand besteht, die durch zwei Gummidichtungsringe von den genannten Platten getrennt ißt und wobei die H3he dieser Ringe gegenüber der Höhe der Seitenwand so bemessen ist, dass die Trommel in ausreichendem Masse zusammengepresst werden kann.

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Leet-seife