DE2257845A1

DE2257845A1 - METHOD OF MANUFACTURING MULTI-LAYERED CIRCUIT BOARDS

Info

Publication number: DE2257845A1
Application number: DE19722257845
Authority: DE
Inventors: Gordon Powell Baker; Dudley Augustus Chance; David Laverne Wilcox
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-12-13
Filing date: 1972-11-25
Publication date: 1973-06-28
Also published as: FR2163443B1; FR2163443A1; JPS4865457A

Description

Böblingen, den 15. November 1972 oe-sn/szBoeblingen, November 15, 1972 oe-sn / sz

Anmelderin: International Business MachinesApplicant: International Business Machines

Corporation, Ärmonk, N.Y. 1Ö5O4Corporation, Armonk, N.Y. 1Ö5O4

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: FI 971 ÖOSOfficial file number: New registration File number of the applicant: FI 971 ÖOS

Verfahren zum Herstellen von vielschichtigen Leiterplatten 'Process for the production of multilayer printed circuit boards ''

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von vielschichtigen Leiterplatten, die aus Übereinanderliegenden, Leiterzugmuster tragenden Glasscheiben bestehen und in denen die Leiterzugmuster durch die Glasscheiben hindurch miteinander verbunden sind.The invention relates to a method for the production of multilayer printed circuit boards, which are made from superimposed conductor track patterns load-bearing glass panes and in which the conductor pattern is connected to one another through the panes of glass are.

Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von vielschichtigen Leiterplatten werden Schichten aus Glas und ebenen Leiterzügmustern aufeinandergestapelt, wobei jeweils nach dem Aufbringen von zwei Schichten senkrecht zu den Schichten verlaufende Leitungen hergestellt werden. Nach dem Aufbringen jeder Schicht folgt eine Wärmebehandlung. Dabei besteht die Gefahr, daß Verbindungen in den tieferliegenden Schichten sich lösen. Deshalb werden mit diesen Verfahren schlechte Ausbeuten erzielt. Außerdem sind die Verfahren kompliziert und infolgedessen teuer.In the known process for the production of multi-layered Printed circuit boards are layers of glass and flat conductor pulling patterns stacked on top of one another, each after application lines running from two layers perpendicular to the layers getting produced. After applying each layer heat treatment follows. There is a risk that connections loosen in the deeper layers. Therefore, poor yields are achieved with these processes. aside from that the procedures are complicated and consequently expensive.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, vielschichtige Leiterplatten verfahrensmäßig einfach und mit hoher Ausbeute, herzustellen»It is the object of the invention to produce multilayer printed circuit boards in a process-wise simple manner and with a high yield »

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf Glasplatten einer vorgegebenen Dicke parallel zueinander verlaufende, in ihren Abmessungen und ihrem Abstand zueinander auf die DickeThis object is achieved according to the invention in that on glass plates a given thickness running parallel to each other, in their dimensions and their distance from one another on the thickness

309826/1032309826/1032

der Glasplatte abgestimmte Leitungen aufgebracht werden, daß eine Reihe von derart präparierten Glasplatten laminiert wird, daß von dem so gewonnenen Glasblock Glasscheiben in vorgegebener Dicke und in einem festgelegten Winkel zu den Leitungen abgeschnitten werden, daß auf ausgewählte Glasscheiben Leiterzugmuster aufgebracht werden und daß eine Reihe von Glasscheiben zu einer mehrschichtigen Leiterplatte laminiert werden.the glass plate matched lines are applied that a series of glass plates prepared in this way is laminated so that the glass block obtained in this way is made of glass panes in a predetermined manner Thickness and at a specified angle to the lines are cut that on selected glass panes conductor pattern are applied and that a series of glass panes are laminated to form a multilayer circuit board.

Die Vorteile des beschriebenen Verfahrens liegen darin, daß gleichartige Prozesse, z.B. das Herstellen der senkrecht zu den Schichten verlaufenden Leitungen oder Wärmebehandlungen, jeweils in einem Verfahrensschritt durchgeführt werden, wodurch das Verfahren einfach wird. Zum Beispiel sind nur zwei Wärmeprozesse notwendig, außerdem finden keine Ausfälle dadurch statt, daß Teile der Leiterplatte denselben Prozessen, z.B. derselben Wärmebehandlung, mehrmals unterworfen werden.The advantages of the method described are that similar Processes, e.g. the production of lines running perpendicular to the layers or heat treatments, each in one Process step can be carried out, whereby the process becomes simple. For example, only two heating processes are necessary, In addition, there are no failures because parts of the circuit board are subjected to the same processes, e.g. the same heat treatment, be subjected several times.

Es ist vorteilhaft, wenn zur Aufbringung der Leitungsmuster zunächst eine auf Glas gut haftende Metallschicht und dann eine Metallschicht mit guten elektrischen Eigenschaften aufgebracht wird.It is advantageous if to apply the line pattern first a metal layer that adheres well to glass and then a metal layer with good electrical properties is applied will.

Die Erfindung wird anhand von durch Zeichnungen veranschaulichten Beispielen beschrieben.The invention is described with reference to examples illustrated by drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Stapel von laminierten Glasplatten mitFig. 1 shows a stack of laminated glass plates with

auf diesen Glasplatten aufgebrachten« zueinander parallel verlaufenden Leitungen,"lines running parallel to each other" attached to these glass plates,

Fig. 2 eine Apparatur, die bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingesetzt wird,2 shows an apparatus which is used in carrying out the method described,

Fig. 3 eine von dem in der Fig. 1 dargestellten StapelFIG. 3 shows one of the stack shown in FIG. 1

abgeschnittene Scheibe, auf der das regelmäßigecut off disc on which the regular

Fi 971 005 309826/1032Fi 971 005 309826/1032

Muster der die Glasscheibe durchsetzenden Leitung zu sehen ist, undPattern of the line penetrating the glass pane can be seen, and

Fig. 4 im Querschnitt den Aufbau einer mehrschichtigen4 shows in cross section the structure of a multilayer

Leiterplatte einschließlich der in Fig. 3 dargestellten Scheiben.Circuit board including the disks shown in FIG. 3.

Zur Herstellung einer verschmolzenen Glasschicht mit dem gewünschten, durchgehenden Muster von elektrischen Leiterzügen wird zunächst eine Glasscheibe IO (Fig. 1) mit festgelegten dielektrischen Eigenschaften ausgewählt. Wenn die Leitungsfüh- · rungungen z.B. einen 5OO μ großen Mittelpunktsabstand voneinander haben sollen, werden Glasscheiben 10 ausgewählt, die 500 μ dick sind. Anschließend werden gerade, zueinander parallele Leitungen 12 auf der oberen Oberfläche der Glasscheibe 10 aufgebracht. Für ein Muster mit 500 μ Abstand zwischen den Leitungen werden Leitungen 12 hergestellt, die 25 μ hoch und zwischen 25 und 125 μ breit sind und aus einem binären Metallsystem, wie z.B. Chrom und Kupfer, bestehen. Chrom ist günstig wegen seiner guten Haftung auf Glas.und Kupfer wegen seiner elektrischen Eigenschaften.To produce a fused glass layer with the desired, continuous pattern of electrical conductors is first a sheet of glass IO (Fig. 1) with fixed dielectric properties selected. If, for example, the cable routing has a center-to-center distance of 500 μ from one another should have, glass panes 10 are selected that are 500 μ thick. Then they become straight, parallel to each other Lines 12 are applied to the upper surface of the glass sheet 10. For a pattern with 500 μ spacing between the lines, lines 12 are made that are 25 μ high and between 25 and 125μ wide and made of a binary metal system such as chromium and copper. Chromium is cheap because of its good adhesion to glass. and copper because of its electrical Properties.

Ein Verfahren, die Leitungen 12 mit den gewünschten Abmessungen zu erhalten, besteht darin, daß eine etwa 1000 8 dicke, durchgehende Chromschicht auf der ganzen oberen Oberfläche der Glasplatte 10 aufgebracht wird, daß anschließend eine Kupferschicht entsprechend bekannten Verfahren auf die Chromschicht aufgedampft wird und schließlich die Leitungen 12 durch Anwendung bekannter Photolithographie- und Ätzverfahren erzeugt werden.A method, the lines 12 with the desired dimensions to get is that an approximately 1000 8 thick, continuous Chromium layer is applied over the entire upper surface of the glass plate 10, followed by a copper layer is vapor deposited on the chrome layer according to known methods and finally the lines 12 by application known photolithography and etching processes are generated.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird eine Reihe von Glasplatten laminiert, wobei der Ofen, der schematisch in der Fig. 2 dargestellt ist, benutzt wird. Soll ζ B. eine 2,5 χ 2,5 cm große Leiterplatte hergestellt werden,so werden 50 der vorbereiteten Glasplatten 10 aufeinandergeschichtet und dann in den Ofen gebracht. In Fig. 2 befindet sich der Glasplattenstapel in der Form 14 ausAs shown in Fig. 1, a number of sheets of glass are laminated, the furnace shown schematically in Figure 2 being used. Should ζ B. a 2.5 χ 2.5 cm large circuit board are made, so are 50 of the prepared glass plates 10 stacked on top of each other and then put in the oven. In Fig. 2, the glass plate stack is in the mold 14 from

^{FI 971} °⁰⁵ 309826/1032 ^{FI 971} ° ⁰⁵ 309826/1032

Kohlenstoff. Nun läßt man Formlergas oder Argon durch den Einlaß 16 eintreten, durch das Innere des Ofens fließen und beim Auslaß 18 wieder austreten. Gleichzeitig wird der Ofen z.B. mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 50 °C/min auf 700 ⁰C erhitzt. Anschließend wird der Ofen über die Leitung 20 evakuiert und einCarbon. Formler gas or argon is now allowed to enter through inlet 16, flow through the interior of the furnace and exit again at outlet 18. At the same time the furnace, for example, is heated to 700 ⁰ C at a heating rate of 50 ° C / min. The furnace is then evacuated via line 20 and switched on

2
Druck von 3,5 kp/cm auf die obere Kammer des Ofens ausgeübt. In der Figur wird dies schematisch durch ein Gewicht 22 illustriert, das oben auf dem Ofen liegt und dadurch, daß der Balg 26 nachgibt, einen Druck auf den Stempel 24 ausübt.2
Pressure of 3.5 kp / cm applied to the upper chamber of the furnace. This is illustrated schematically in the figure by a weight 22 which lies on top of the furnace and exerts a pressure on the punch 24 because the bellows 26 yields.

Unter diesen Bedingungen wird der zu laminierende Stapel etwa 10 Minuten unter Druck gesetzt. Anschließend wird der Druck weggenommen und wieder Formiergas durch den Ofen geleitet, wobei die Temperatur auf 800 ⁰C erhöht wird. Diese Temperatur wird 10 Minuten lang aufrechterhalten. Dann wird der Ofen mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 °C/min abgekühlt.Under these conditions, the stack to be laminated is pressurized for about 10 minutes. Subsequently, the pressure is released and again passed forming gas through the furnace, the temperature is increased to 800 ⁰ C. This temperature is maintained for 10 minutes. The furnace is then cooled at a rate of about 100 ° C./minute.

Nach dem Entfernen aus dem Ofen wird der verschmolzene Glasblock in dünne Scheiben geschnitten, die weniger als 250 μ dick sind. Bekannte Schneideverfahren, die benutzt werden, um von Siliciumkristallen Plättchen herunterzuschneiden, sind für diesen Verfahrensschritt geeignet. Das Schneiden erfolgt senkrecht zu dem Verlauf der Leitungen 12. Man erhält eine Scheibe 29 (Fig. 3), durch die senkrecht zu den geschnittenen Flächen Leitungen 30 hindurchgehen, die in dem gewünschten Muster angeordnet sind.After removing from the oven, the fused glass block is cut into thin slices that are less than 250μ thick. Known cutting methods that are used to cut off wafers from silicon crystals are for this process step suitable. The cutting takes place perpendicular to the course of the lines 12. A disk 29 is obtained (FIG. 3), pass through the conduits 30 perpendicular to the cut surfaces, which are arranged in the desired pattern.

Jede der Glasscheiben 29 wird dann individuell mit einem gewünschten Leiterzugmuster versehen und ist dann für den Einbau in eine mehrschichtige Leiterplatte vorbereitet. Der Aufbau einer mehrschichtigen Leiterplatte ist in Fig. 4 dargestellt.Each of the glass sheets 29 is then customized with a desired one Conductor pattern provided and is then ready for installation prepared in a multilayer circuit board. The structure of a multilayer printed circuit board is shown in FIG.

Auf der Glasscheibe 36 ist das gewünschte Leiterzugmuster aufgebracht, das dargestellt ist als eine etwa 1000 A* dicke Chromschicht 37, auf der sich eine 10 bis 13 y dicke Kupferschicht 40 und eine weitere, etwa 1000 R dicke Chromschicht 41 befinden. Auf das Leiterzugmuster, das leitend mit der Leitung 44The desired conductor pattern is applied to the glass pane 36, this is shown as an approximately 1000 A * thick layer of chrome 37, on which there is a 10 to 13 y thick copper layer 40 and another about 1000 R thick chrome layer 41. On the circuit pattern that is conductive with line 44

Fi 971 005 309826/1032Fi 971 005 309826/1032

in der benachbarten Glasscheibe 46 verbunden werden soll, wird an der Stelle, an der diese Verbindung zustande kommen soll, eine Silberschicht 42 aufgebracht. Zwischen die Silberschicht 42 und die Leitung 44 wird eine etwa 1 y dicke" Kupferschicht 48 und eine etwa 1000 8 dicke Chromschicht 50 gelegt. Die Chromschicht soll eine gut haftende Verbindung mit der Glasscheibe 46 herstellen. Auf der oberen Oberfläche der Glasscheibe 46 ist ein, durch die Chrom- und Kupferschicht 54 bzw. 56 angedeutetes Leiterzugmuster aufgebracht. Die festgelegte Anzahl von mit Leiterzugmustern versehenen Glasplatten wird in der beschriebenen Weise aufeinandergestapelt. Anschließend wird die noch nicht laminierte Leiterplatte zum Herstellen der Verbindungen in einen Ofen gebracht. Der anhand der Fig. 2 beschriebene Ofen ist für diese Operation geeignet. Während des Erhitzens bilden die Silberschicht 42 und die Kupferschicht 48 ein Eutektikum, wodurch eine dauerhafte Verbindung zustande kommt. Gleichseitig werden^ wie oben beschrieben, unter Druck und Erhitzung die mit Leitungsmustern versehenen Glasscheiben zu einer vielschichtigen Leiterplatte laminiert.is to be connected in the adjacent glass pane 46, a silver layer 42 is applied at the point at which this connection is to be made. Between the silver layer 42 and the line 44, an approximately 1 y thick copper layer 48 and an approximately 1000 8 thick chrome layer 50 are placed. The conductive pattern indicated by the chrome and copper layers 54 and 56 is applied. The specified number of glass plates provided with conductive patterns is stacked on top of one another in the manner described. Subsequently, the not yet laminated printed circuit board is placed in an oven to establish the connections. The furnace described in 2 is suitable for this operation. During the heating, the silver layer 42 and the copper layer 48 form a eutectic, which creates a permanent connection laminated.

^{FI 971 Ό05} 309828/1032 ^{FI 971 Ό05} 309828/1032

Claims

PATENT CLAIMS

Process for the production of multi-layer printed circuit boards, which are made from superimposed, conductor track patterns There are glass panes and in which the conductor pattern is connected to one another through the glass panes are, characterized in that on glass plates (10) of a given thickness running parallel to one another, Lines matched in their dimensions and in their distance from one another to the thickness of the glass pane (12) are applied that a number of glass plates (10) prepared in this way is laminated that of the thus obtained glass block glass panes (29) in a predetermined thickness at a fixed angle to the lines be cut off, that conductor pattern patterns are applied to selected panes of glass and that a large number these glass panes (29 or 36, 46) are laminated to form a circuit board.

2. The method according to claim 1, characterized in that the glass panes are stacked for lamination and then bonded together under heat and pressure.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that for applying the lines and / or line patterns first a metal layer that adheres well to glass and then a metal layer with good electrical properties is applied.

4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the glass panes in one cut off at right angles to the lines.

FI 9 71 005

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