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Einrichtung zum Verpressen großflächiger mehrlagiger Leiterplatten.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Verpressen großflächiger
mehrlagiger Leiterplatten mit dünnen kupferkaschierten Außenlagen, bei der zwischen
zwei in sich starren, jedoch zueinander bewegbaren Druckplatten eines Presswerkzeuges
mehrere durch eingeschobene Decklagen voneinander getrennte Pakete durch Versteiften
zueinander exakt positionierter und zunächst noch unverbundener Einzellagen je einer
mehrlagigen Leiterplatte in einem Stapel angeordnet sind, der unter Druck und BRårmezufuhr
gemeinsam zu einer Anzahl von mehrlagigen Leiterplatten verpregt wird.
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Die heute erreichte hohe Packungsdichte bei modernen elektronischen
Bauelementen, vor allen der integrierten Schaltkreise, hat auch den Aufbau der Leiterplatte
als Träger für diese Bauelemente verändert. So haben sich die Breite der Leiterbahnen
und die Abstände verschiedenster Leiter untereinander verringert. Neben doppelseitig
kaschierten werden auch mehrlagige Leiterplatten verwendet, bei denen einzelne innenlagen
als Potential- und Signallagen dienen, über die den elektronischen Bauelementen
Betriebs-bzw. Signalspannungen zuführbar sind. Derartige Leiterplatten werden großformatig
bei komplexen elektrischen Geräten, beispielsweise Geräten der elektronischen Datenverarbeitung,
eingesetzt. Es sind aber auch kleinere Plattenformate üblich, die dann meist allerdings
derart hergestellt
werden, daß auf einem großformatigen Nutzen
zunächst voneinander noch nicht getrennte Einzelbildflächen einer Lage kleinformatiger
Leiterplatten nebeneinander angeordnet sind.
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Bei der heute weit fortgeschrittenen Technologie auf vielen Gebieten
der Elektrotechnik und der damit erreichten hohen Packungsdichte elektronischer
Bauelemente auf Leiterplatten müssen die Anordnungen der Leiterbahnen, insbesondere
auch mehrlagigen Leiterplatten exakt angeordnet und ausgerichtet sein, um die Funktionsfähigkeit
der Leiterplatte zu gewährleisten.Dies gilt sowohl für die Herstellung, als auch
für das Verpressen der Einzellagen. Es ist ohne weiteres vorstellbar, daß die Einzellagen
einer mehrlagigen Leiterplatte dabei zueinander exakt positioniert sein müssen,
damit die einzelnen Raster der verschiedenen Lagen genau aufeinander ausgerichtet
sind, so daß später auch jeweils eindeutig in einem Rasterschnittpunkt liegende
Verbindungsbohrungen für Durchkontaktierungen hergestellt werden können.
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Deshalb muß nicht nur bei der Ausbildung des Leiterbildes einer Innenlage,
sondern auch beim Verpressen der einzelnen Lagen einer mehrlagigen Leiterplatte
große Sorgfalt verwendet werden, damit keine Lagefehler einzelner Lagen auftreten,
die zu einem irreparablen Ausschuss führen. Die Herstellung mehrlagiger Leiterplatten
ist daher aufwendig und teuer, wobei trotz aller Sorgfalt Fehler auftreten können.
Dabei bietet das Verpressen der Einzellagen einer mehrlagigen Leiterplatte zu einem
untereinander verbundenen, nicht mehr lösbaren Lagenpaket eine der Fehlerursachen.
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Der Vorgang läuft bekanatlich so ab, daß gleichzeitig
mehrere
Leiterplatten verpreßt werden. Dazu werden die Einzellagen je einer mehrlagigen
Leiterplatte zu einem Paket zusammengefügt und mehrere dieser Pakete in einem Stapel
zwischen in sich starren Druckplatten eines Preßwerkzeuges angeordnet. In diesem
Preßwerkzeug sind die einzelnen Lagen durch Positionierstifte exakt zueinander ausgerichtet,
so daß sich eigentlich Lagefehler nicht ergeben dürften. Die Druckplatten werden
gegenseitig verspannt und der so vorbereitete Stapel von losen Einzellagen wird
in einer Presse unter Druck einer Wärmebehandlung unterzogen. Durch den Druck und
die Wärmezufuhr werden die bisher noch nicht vollständig polymerisierten Isolierstofflagen
aus glasfaserverstärktem Epoxidharz wieder zähflüssig und verkleben untereinander,
bzw. mit den Kaschierungen der Außenlagen.
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Damit nun bei diesen Fließvorgängen nicht etwa auch noch mehrere Leiterplatten
untereinander verkleben, sind in den Stapel zwischen die Pakete der Einzellagen
Decklagen eingeschoben, für die. bisher in seiner Oberfläche besonders sorgältig
bearbeitetes Stahlblech verwendet wird, damit darauf kein verflüssigter und später
wieder erstarrter Kunststoff haftet.
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Mit einer derartigen Einrichtung gefertigte großflächige mehrlagige
Leiterplatten können aber Lagefehler der einzelnen Lagen untereinander aufweisen,
obwohl diese miteinander verstiftet und damit zueinander exakt positioniert sind.
Dies gilt insbesondere bei mehrlagigen Leiterplatten mit im Verhältnis zu der übrigen
Lagendicke dünnen Außenlagen. Bei diesen sind solche Lagefehler schon rein äußerlich
durch Knicke und Faltenbildungen in der Oberfläche der Außenlagen erkennbar. Untersuchungen
haben gezeigt, daß dies auf die unterschiedliche Ausdehnung der Materialien der
einzelnen Lagen zurückzuführen ist, die an dem durch Druck-und
Wärmezufuhr
ausgelösten Fließvcrr#ang beteiligt sind.
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Die dabei auftretenden Wärmespannungen führen zu dem geschinderten
Fehler. Sicher ist, daB in ~diesem Zusammenhang auch die bisher verwendeten Decklagen
aus Stahlblech eine große Rolle spielen, da ihr Ausdehnungskoeifizient von dem des
verpreßten Isolierstoffes stark abweicht. Versuche mit anderen metallischen DecklagenS
z. #. aus Messing, haben bei dem für diesen Lagefehler sehr anfälligen Leiterplattentyp
mit dünnen Außenlagen keule Besserung ergeben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zugrunde, eine Einrichtung
der eingangs genannten Art zu scha:fen# die es gestattet, eine Mehrzahl von mehrlagigen
Leiterplatten gleichzeitig in einem Preßwerkzeug zu verpressen, ohne daß dies bei
großflächigen Formaten zu uflI#ontrol1ierten Lagefehlern führt. Erfindungsgemäß
wird diese zugabe dadurch gelöst, daß als Decklagen Platten aus Hartpapier verwendet
werden.
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Die glatte Oberfläche gepreßter Hartpapiere hat in bezug auf die Haftfestigkeit
des bei mehrlagigen Leiterplatten verwendeten Isolierstoffs dieselben Eigenschaften
wie eine Decklage aus Stahlblech. Hartpapier9 z, Bo auf Phenolharzbasis, wirkt jedoch
nich so stark w#rmeabführend und besitzt eine dem verwendeten Isolierstoff ähnliche
Wärmedehnung, so daß die beschriebenen Warmespannungen, wie die Erprobung gezeigt
hat, nicht mehr in einem schädlichen Ausmaß auftreten. Die mit Decklagen aus Hartpapier
verpreßten mehrlagigen Leiterplatten weisen in bezug auf ihre Einzellagen an den
verschiedenen Stellen innerhalb ihrer Fläche die geforderte Lagetoleranz auf. Hartpapiere
auf Phenolharzbasis in handelsüblicher Qualität sind genügend temperaturbeständig
und ermöglichen daher in wirtschaftlicher Weise, die Ausbildung von Knicken und
Falten in der Oberfläche einer fertigen Leiterplatte zu verhindern.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die
Decklagen mit Tetrafluoräthylen beschichtet sind.
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Diesestekanntlich sehr hitzebeständige Material, das eine dichtgeschlossene
Oberfläche bildet, wird vor dem Einlegen der Decklagen auf diese aufgesprüht. Es
verhindert sicher, daß die gepreßten Leiterplatten mit den Decklagen verkleben.
Für die Decklagen kann daher auch weniger hochwertiges Hartpapier mit an sich bereits
rauherer Oberfläche verwendet werden. Nach mehrmaligen Benutzen der Decklagen ist
bereits eine ausreichend dicke, mit der Oberfläche fest verbackene Schicht von Tetrafluoräthylen
entstanden. Bei weiterem Gebrauch kann daher das jeweils erneute Besprühen mit diesem
Material entfallen. Dabei erfüllt es auch bei längerem Gebrauch seinen Zweck in
ausgezeichneter Weise, so daß sich die Decklagen nach dem Verpressen von den verpreßten
Leiterplatten ohne weiteres abnehmen lassen.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird ein Ausführungsbeispiel
im folgenden anhand der einzigen Figur beschrieben.
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Diese zeigt schematisch in einem Schnitt den Aufbau eines an sich
bekannten Preßwerkzeuges, das deshalb nicht in allen Einzelheiten dargestellt ist.
Es besteht aus zwei Druckplatten 1, zwischen denen zum Verpressen ein Stapel mit
einzelnen Paketen von Einzellagen je einer mehrlagigen Leiterplatte angeordnet ist.
in dem dargestellten Ausführung sbei spiel bilden bereits zwei Pakete von Einzellagen
den gesamten Stapel. In diesen Paketen wechseln sich Einzellagen 2 mit ein- oder
zweiseitiger Kupferkaschierung 21 und Zwischenlagen 3 aus reinem glasfaserverstärktem
Epoxidharz miteinander ab. Abgedeckt ist jedes Paket jeweils durch eine Decklage
4 aus einem Hartpapier auf Phenolharzbasis.
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Innerhalb des so gebildeten Stapels sind die Einzellagen 2 bzw. 3
miteinander verstiftet. Dies ist in der Zeichnung rein schematisch durch in die
Druckplatten 1 eingelassene Bohrungen 5 angedeutet, die nicht mehr dargestellte
Positionierstifte aufnehmen. Dieser Lagenstapel wird in
bekannter
Weise durch Verspannen der beiden Druckplatten 1 zusammengepreßt und in diesem Zustand
in einer Presse unter Druck einer Wärmebehandlung unterzogen. Dabei wird er nach
dem Aufheizen längere Zeit bei annähernd konstanter Temperatur gehalten, um anschließend
wieder abzukühlen 3'ei Betriebstemperatur reicht der von den Druckplatten 1 ausgeübte
Druck auf die Einzellagen einer Treiterplatte noch nicht aus, um das noch nicht
vollständig polymerisierte Epoxidharz zum Fließen zu bringen. Entscheidend ist die
Temperatur und der Druck der Presse für eine unlösbare Verbindung eines Paketes,
Damit bei dabei ausgelösten Fließvorgängen übertretendes Epoxydharz nicht auch noch
an den Decklagen 4 haften bleibt, sind diese beidseitig mit Tetrafluoräthylen beschichtet.
Dieses Material wird vor dem Einlegen der Decklagen aufgesprüht und verbindet sich
beim Verpressen der mehrlagigen Leiterplatten mit der Oberfläche der Decklagen 4.
Nach mehrmaligem Gebrauch der Decklagen 4~und vorherigem Einsprühen ihrer Oberfläche
mit Tetrafluoräthylen bildet sich so eine ausreichend dicke und gut haftende Schicht
so daß bei weiterem Gebrauch mit Tetrafluoräthylen der Decklagen hinfort aufein
Besprühen/verzichtet werden kann.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind lediglich zwei Pakete
von Einzellagen dargestellt, und die so verpressen mehrlagigen Leiterplatten auch
noch verhältnismäßig einfach aufgebaute Dieser einfache Aufbau ist allein aus Gründen
der übersichtlicheren Darstellung gewählt und entspricht insofern nicht der Praxis,
als dort durchaus mehr als zwei Pakete von Einzellagen einen gemeinsam zu verpressenden
Stapel bilden. Ebenso ist es wohl ohne weiteres vorstellbar, daß die mehrlagigen
Leiterplatten auch eine andere Struktur bilden und aus einer größeren Anzahl von
Einzellagen aufgebaut sein können.
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1 Figur 2 Patentansprüche