DE2226430C3 - Verfahren zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten und Vorrichtung zur Verwirklichung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

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 werden soll, durch einen zumindest an einer Seite mit einem Leitermuster versehenen Träger gebildet, und werden weiter die genannten Schichten, die untereinander durch Klebeschichten getrennt sind, aufeinandergestapelt.

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. 19 42 843 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 Erdungsschichten 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 Risisko ist natürlich auch bei den Leiterspuren vorhanden, jedoch in weitaus geringerem Maße als es bei den Erdungslagen der Fall ist, da meistens nur die Erdungslagen eine große Anzahl Blasen, wie oben erwähnt, enthalten. Ein zweiter Nachteil, welcher der in der genannten Auslegeschrift wiedergegebenen Arbeitsweise anhaftet, ist der Zeit-

punkt, 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 genannien Auslegeschrift geht weiter hervor, daß dies bei einer Temperatur von 169° bis 170° C und innerhalb von 3 bis 5 Minuten erfolgen muß. Es werden jedoch bereits bei 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 Schaltungseinheiten zu schaffen, wobei die genannten Schwierigkeiten beseitigt sind. Entsprechend der Erfindung verläuft dazi. der Vorgang zur Herstellung der aus mehreren Schichten aufgebauten gedruckten Schaltungseinheiten zumindest in drei Phasen, von denen jede eine bestimmte Zeit dauert und wobei in der ersten Phase Feuchtigkeit und Luft aus dem Raurr„ 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 Preßvorgang bei einer weiteren Temperatursteigung bis zu einem bestimmten Maximumwert und unter 2s einem weiter zunehmenden Druck erfolgt, während außerdem Luft in den Raum, wo der Stapel sich befindet, zutritt

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nun näher anhand der Figuren erläutert Es zeigt

Fig. 1 schematisch die Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens entsprechend der Erfindung, wobei in

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

Bei der Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten, die im nachfolgenden kurz als Mehrschichtkarten bezeichnet werden, wird durch das Aufeinanderstapeln von abwechselnd an einer oder an beiden Seiten mit einer Leiterspur oder Erdungsschicht versehenen Trägern und Leimschichten ein Stapel gebildet Die mit einem Leitermuster, nämlich einer Leiterspur oder Erdungsschicht versehenen Träger bestehen aus 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 des Kupfers an den Stellen, wo die Durchverbindungen zwischen den verschiedenen Leiterspuren angebracht werden sollen. Dadurch enthält auch ein mit einer Erdungsschicht versehener Träger zahlreiche kleine Vertiefungen, die — wie bereits erwähnt — Anlaß zur Bildung von Luftblasen in den Mehrschichtkarten geben. Die Leimsrhichten werden durch vorimprägnierte Platten (Prepregs) gebildet; dies ist eine mit Harz gefüllte Glasfasermatte und bereits teilweise polymerisiert (bis zur sogenannten B-Stufe). Außer dieser Vorpolymerisation bei der Herstellung 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 6j Erdungsschichten wird die Mehrschichtkarte eine oder mehrere Speisespannungsschichten umfassen; diese entsprechen im wesentlichem jedoch den Erdungsschichten. Beim Aufeinanderstapeln 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 qestellt 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 aufeinandergestapehe Prepregschichten als Leimschicht zu verwenden.

Das Aufeinanderstapeln der verschiedenen Schichten erfolgt zwischen zwei gehärteten Flachstahlplatten, die in F i g. 1 mit 1 bezeichnet sind In 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 und auch in Bezug auf die Stahlplatten verschieben.

Das 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 Maße zusammengepreßt werden kann, d. h. daß sie so zusammenpreßbar ist, daß auch auf das in der Trommel untergebrachte 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 Raum, 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 Größen in ihrem zeitlichen Verlauf zeigen. Die Dauer der ersten Phase ist hierin mit fi bis to bezeichnet. In Fig.2a ist der in der Trommel geschaffene Unterdruck ρ angegeben; dieser beträgt beim betreffenden Vorgang etwa 0,15 mm 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 Trommel entspricht daher der Umgebungstemperatur 7Ί. 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, äußerst 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 «Jer zweiten Phase wird die Trommel mit dem sich darin befindlichen Laminat in eine vorgeheizte Preßvorrichtung gebracht, d. h. also zwischen die in der F i g. 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 F i g. 2b angegebenen Wert Tz gehalten wird. Beim hier beschriebenen Vorgang beträgt diese Temperatur etwa 180° C. Bei Aufrechterhaltung des Unterdrucks in der Trommel wird während einer Zeit h bis ii durch die Preßvorrichtung ein Druck P\ ausgeübt. Dieser Druck wird als Kontaktdruck bezeichnet, er beträgt beim hier beschriebenen Vorgang etwa 3 kg/cm².

Während der zweiten Phase erfolgt eine Wärmeabgabe von der Preßvorrichtung an die Trommel, wobei diese allmählich eine eine höhere Temperatur annehmen wird. Der hierbei auftretende Temperaturgradient kann dadurch eingestellt werden, daß zwischen der Trommel und den Preßplatten Papier mit einer !5 bestimmten Dicke (abhängig vom gewünschten Temperaturgradienten) angebracht wird. In der zweiten Phase wird der Harz der Prepreg-Leimschichten schmelzen und alle Vertiefungen zwischen den einzelnen Schichten ausfüllen. Der Preßdruck ist in dieser Phase verhältnismäßig niedrig, da sonst das flüssige Harz zwischen den betreffenden Schichten herausgepreßt wird. Die Dauer der zweiten Phase wird durch den eingestellten Temperaturgradienten bestimmt, sowie durch die Vorpolymerisation der Leimschichten und das erreichte Maß an Viskosität der Leimschicht Nachdem die Trommel die Temperatur T₂, dies ist etwa 120° C, erreicht hat, muß der Unterdruck in der Trommel aufgehoben werden. Würde man dies nachlassen, so wurden die zum Aushärten des Leims erforderlichen Komponenten daran entzogen werden. Außerdem wird der Preßdruck nunmehr auf den Wert P₂ entsprechend etwa 15 kg/cm² 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 weggepreßt wird.

Der Vorgang erreicht nun die dritte Phase, deren Dauer in F i g. 2 mit U bis ft bezeichnet ist und die durch den sich in den Leimschichten abspielenden Aushärtungsprozeß bestimmt wird. In dieser dritten Phase nimmt das Laminat die Temperatur T3 der Preßplatten 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 läßt sich jedoch dadurch beheben, daß für die Abkühlung in einer »kalten« Preßvorrichtung gesorgt wird. Dies erfolgt in einer vierten Phase, deren Dauer in F i g. 2 durch ft bis U angegeben ist. Die Mehrschichtkarte nimmt im Laul 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 Tromme von einer »warmen« nach einer »kalten« Preßvorrichtung gebracht wird, ist die Verwendung einer solcher leicht in die Preßvorrichtung einzusetzenden bzw. zi entfernenden Trommel sehr vorteilhaft Während dei ersten und vierten Phase kann diese Preßvorrichtung dann für einen sich in der zweiten oder dritten Phase befindlichen Vorgang verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten, wobei jede der Schichten, aus denen die gedruckte Schaltungsein- s heit aufgebaut wird, durch einen zumindest an einer Seite mit einem Leitermuster versehehenen 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 Vorgang zur Herstellung von aus mehreren Schichten aufgebauten Schaltiingseinheiten 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 Preßvorgang 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, daß in einer vierten Phase in einer ungeheizten Preßvorrichtung auf das Laminat ein Druck ausgeübt wird, dessen Größe einigermaßen dem in der zweiten Phase angewandten Druck entspricht.

3. Verfahren zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der ersten Phase so gewählt ist, daß diese ausreicht, um die in das Laminat eingeschlossene Luft daran zu entziehen.

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

5. Verfahren zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten nach Anspruch 1,2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsetzen der dritten Phase durch das fast gleichzeitige Erhöhen des Druckes und den Zutritt von Umgebungsluft 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 Leimschichten stattfindenden Aushärtungsprozesses bestimmt wird.

6. Vorrichtung zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten entsprechend dem in einem der vorangehenden Ansprüche beschriebenen Verfahren, bestehend aus zwei mit einem Heizelement versehenen Preßplatten, dadurch gekennzeichnet, daß sich 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 anschließbar ist

7. Vorrichtung zur Herstellung von vielschichtigen gedruckten Schaltungseinheiten nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel aus zwei Platten und einer losen Seitenwand besteht, die durch zwei Gummidichtungsringe von den genannten Platten getrennt ist und wobei die Höhe dieser Ringe gegenüber der Höhe der Seitenwand so bemessen ist, daß die Trommel in ausreichendem Maße zusammengepreßt werden kann.