DE2537444A1

DE2537444A1 - Printed circuit production - includes method for stabilisation of dimensions of laminated substrates

Info

Publication number: DE2537444A1
Application number: DE19752537444
Authority: DE
Inventors: Frank Walton Haining; Robert Venanzio Rubino; Robert Taylor Wiley
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-09-16
Filing date: 1975-08-22
Publication date: 1976-03-25
Also published as: DE2537444C2

Abstract

The method of printed circuit production consists of following steps. The laminated board is placed in an atmosphere whose temperature and relative humidity is accurately controlled, so that the laminated board expands in length and width. It is heated at an accurately controlled temperature. It is again placed in an atmosphere whose temperature and relative humidity are accurately controlled. It is then reheated at a strictly controlled temperature, and then recooled. The controlled atmosphere is in the temperature region of 15.6 to 37.8 deg.C and in a relatively dry air atmosphere between 20% and 100%. The treatment cycles are for 10 to 30 minutes.

Description

Verfahren zum Stabilisieren der Kernlaminate oder Kernschichten von mit gedruckten Schaltungen versehenen Schaltkarten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren der Abmessungen der Kernlaminate oder Kernschichten durch mehrfaches Konditionieren und Brennen dieser Laminate.Method of stabilizing the core laminates or core layers of Circuit cards provided with printed circuits The invention relates to a method to stabilize the dimensions of the core laminates or core layers by multiples Conditioning and firing these laminates.

Bei der Herstellung gedruckter Schaltungskarten finden kritische Verfahrensschritte Anwendung. Die signalführenden Kernschichten solcher gedruckten Schaltungskarten werden oft aus einem aus mit Epoxidharz getränkten Glasfasermatten oder Glasfaservliesen oder einem ähnlichen Material mit einer Dicke von 0,0762 mm bis etwa 0,51 mm (ausschließlich einer auf beiden Seiten des Kernlaminats oder der Kernschicht angebrachten Kupferschicht), hergestellt. Die Kernschicht oder das Kernlaminat wird im allgemeinen in der Weise hergestellt, daß das Kupfer auf beiden Seiten des Laminats bis auf einen kleinen Rand abgeätzt wird.Critical process steps take place in the production of printed circuit cards Use. The signal-carrying core layers of such printed circuit cards are often made of a glass fiber mat or glass fiber fleece impregnated with epoxy resin or a similar material with a thickness of 0.0762 mm to about 0.51 mm (excluding a copper layer attached to both sides of the core laminate or the core layer), manufactured. The core layer or the core laminate is generally in the manner Made that the copper on both sides of the laminate except for a small one Edge is etched away.

Anschließend werden für eine durchgehende Verbindung durchgehende Bohrungen in dem Kernlaminat hergestellt. Daraufhin werden auf beiden Seiten des Kernlaminats die erforderlichen Leitungszüge galvanisch aufgebracht. Sind die durchgehenden Bohrungen mit cien entsprechenden elektrischen Anschlüssen an den Enden der das Leitungsmuster bildenden Signalleitungen nicht richtig ausgerichtet, dann lassen sich auch keine elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Signalstromkreisen herstellen.Then, for a continuous connection, continuous Holes made in the core laminate. As a result, on both sides of the Core laminate the necessary cable runs galvanically applied. Are the through holes with cien appropriate electrical connections not properly aligned at the ends of the signal lines forming the line pattern, then no electrical connections can be made between the individual signal circuits produce.

In der US-Patentschrift 3 210 214 ist ein Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe elektrisch leitende Leitungszüge auf isolierenden Substraten mit großer Genauigkeit hergestellt werden können. Bei diesem Verfahren wird das Substrat'getempert oder aufgeheizt, wodurch die Bildung von Spannungen in dem Substrat unterbunden wirdq Die US-Patentschriften 3 708 876 und 3 755 890 beziehen sich beide auf eine Behandlung von gedruckten Schaltungskarten im Vakuum bei großer Warme zu Austreiben verdampfbarer Stoffe. Die US-Patentschrift 3 508 330 bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen zusammenhängender Leiter züge mit durchgehenden Bohrungen in mehrschichtigen Schaltungskarten, Durch empirische Untersuchung wurde gefunden, daß selbst dann, wenn in den Kernlaminaten die Bohrungen vorschriftsmäßig an ihren richtigen Orten angebracht waren, und, wenn später die signalführenden Leitungezüge bestimmt und auf den Kernlaminaten erzeugt wurden, die durchgehenden Bohrungen nicht mit den elektrischen Anschlüssen übereinstimmten. Eine Untersuchung über die Ursachen dieser Abmessungsänderung ergab, daß in dem Kernlaminat eine nicht umkehrbare Änderung der Abmessungen eingetreten war, die auf das Abätzen der Kupferschicht von dem Kernlaminat zurückzufGhren war Es gibt außerdem eine umkehrbare Ausdehnung und Zusammenziehung des Kernlaminats, die durch die Luftfeuchtigkeit bewirkt wird Die Abmessungsänderungen sind proportional der Größe oder der Abmessungen des Kernlaminats, Das erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisierung der Kernlaminate beseitigt die bei den bisher benutzten Verfahren auftretenden Nachteile, Mit dem neuen Verfahren ist man numehr in der Lage, dünne Laminate herzustellen, die als signalführende Kernschichten verwendbar sind, stabile Abmessungen aufweisen und sich auch besser für das Bohren und für einen nachfolgenden Zusammenbau sehr genau gearbeiteter Substrate für gedruckte Schaltungen eignen.In US Pat. No. 3,210,214 a method is described with whose help electrically conductive lines on insulating substrates with large Accuracy can be produced. In this process, the substrate is tempered or heated, thereby preventing the formation of stresses in the substrate will q U.S. Patents 3,708,876 and 3,755,890 both relate to one Treating printed circuit cards in a vacuum at high heat to expel them vaporizable substances. U.S. Patent 3,508,330 relates to a method for the production of coherent conductors trains with through holes in multilayer Circuit cards, Through empirical research it has been found that even then, if the holes in the core laminates are properly in their correct locations were attached, and, if the signal-carrying lines are later determined and were created on the core laminates, the through holes do not match the electrical connections matched. An investigation into the causes of this Dimensional change revealed an irreversible change in the core laminate the dimensions occurred due to the etching of the copper layer from the core laminate There is also reversible expansion and contraction of the core laminate caused by the humidity in the air The dimensional changes are proportional to the size or dimensions of the core laminate, the invention Process for stabilizing the core laminates eliminates those previously used Disadvantages of the process, with the new process one is noehr in the Able to manufacture thin laminates that can be used as signal-carrying core layers are, have stable dimensions and are also better for drilling and for a subsequent assembly of very precisely machined substrates for printed Circuits are suitable.

Laminate, die auf beiden Seiten eine Kupferschicht tragen, werden in der Weise geätzt, daß auf beiden Seiten des Laminats das ganze Kupfer mit Ausnahme eines kleinen, schmalen Randes abgeätzt wird. Das Kernlaminat wird dann luftgetrocknet, wobei sich das Kernlaminat in seiner Längsausdehnung ausdehnt und in seinen Querabmessungen schrumpft. Hält man das Kernlaminat dann bei Zimmertemperatur von etwa 22 0c und einer relativen Luftfeuchtigkeit von ungefähr 50 , dann dehnt sich das Kernlaminat wieder aus, erreicht jedoch die vor dem ersten Brennvorgang vorhandenen Abmessungen nicht mehr. Wird dann das Kernlaminat anschließend gebrannt und dann unter genau überwachten und geregelten Raumbedingungen gelagert, dann nimmt das Kernsubstrat nach jedem Brennen und jeder erneuten Lagerung unter genau vorgegebenen Raumbedingungen im wesentlichen wieder die gleichen Abmessungen anq Aufgabe der Erfindung ist es also, durch das neuartige Verfahren die nicht umkehrbare Anderung der Abmessungen von Kernlaminaten zu beseiten und die reversible Komponente der Abmessungsänderungen bei der Verarbeitung von Kernlaminaten für gedruckte Schaltungskarten gleichzeitig unter Kontrolle zu halten, Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.Laminates that have a copper layer on both sides are used etched in such a way that all but the copper on both sides of the laminate is etched a small, narrow edge is etched away. The core laminate is then air dried, wherein the core laminate expands in its longitudinal extent and in its transverse dimensions shrinks. If you then keep the core laminate at room temperature of about 22 0c and a relative humidity of about 50, then the core laminate will stretch again, but reaches the dimensions that existed before the first firing process no longer. Then the core laminate is subsequently fired and then under exactly stored monitored and regulated room conditions, then takes the core substrate after each firing and each subsequent storage under precisely specified room conditions again essentially the same dimensions anq the object of the invention is So, through the novel process, the irreversible change in dimensions of core laminates and the reversible component of dimensional changes in processing core laminates for printed circuit boards at the same time to keep under control, The invention will now be based on exemplary embodiments described in more detail in connection with the accompanying drawings.

Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung sind den ebenfalls beigefügten Patentansprüchen im einzelnen zu entnehmen, In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 schematisch eine Ablauffolge bei der Stabilisierung von Kernlaminaten und Fig. 2 die Größe und Richtung der Abmessungsänderungen, die bei einem Kernlaminat gemäß der Erfindung beobachtet wurden.The features of the invention to be protected are also to be taken from the attached claims in detail, In the drawings shows: FIG. 1 schematically a sequence in the stabilization of core laminates and FIG. 2 shows the magnitude and direction of dimensional changes that occur in a core laminate were observed according to the invention.

In Fig. 1 sind die verschiedenen Verfahrensschritte zum Stabilisieren dünner Kernlaminate dargestellt, wie sie bei der Herstellung von mit gedruckten Schaltungen versehenen Schaltungskarten Verwendung finden. Bei der Herstellung von gedruckten Schaltungskarten werden die Kernschichten normalerweise aus einem Laminat hergestellt, das aus einer oder mehreren Schichten eines vorpräparierten Materials, d.h. Schichten von mit einem Epoxydharz getränkten Glasfasermatten oder -vliesen besteht, Diese vorgefertigten Materialien haben im allgemeinen einen Anteil im Bereich von 40 bis 80 % eines für Laminate verwendeten Epoxydharzes, Dieses Harz kann auch noch durch flainmenhemmende Stoffe und/oder durch halogenierte Epoxydharze modifiziert werden.In Fig. 1 are the various process steps for stabilization Thinner core laminates shown as they are printed with in the manufacture of Find circuits provided circuit cards use. In the production of In printed circuit boards, the core layers are usually made from a laminate made from one or more layers of a pre-prepared material, i.e. layers of glass fiber mats or fleeces impregnated with an epoxy resin consists, these pre-fabricated materials generally have a share in the area from 40 to 80% of an epoxy resin used for laminates, this resin can also modified by flame retardants and / or halogenated epoxy resins will.

Andere Kernlaminate unter Verwendung von Polyimid-Laminatharzen wurden ebenfalls durch das erfindungsgemäße Verfahren stabilisiert. Die Laminate enthalten zur Verstärkung normalerweise Glasfaservlies, Signalführende Kernschichten oder Leitungsebenen für gedruckte Schaltungskarten werden normalerweise aus einem Laminat aus einer 0,15 mm starken, mit Epoxydharz getränkten Glasfaserschicht mit einer auf beiden Seiten liegenden Metallisierungsschicht hergestellt. Die Größe oder die Fläche der gedruckten Schaltungskarte hängt natürlich von der Menge und der Art der darauf herzustellenden Schaltkreise ab. Im allgemeinen wird die Kernschicht oder das Kernlaminat dadurch hergestellt, daß man das Metall, gewöhnlich Kupfer, von beiden Seiten des Laminats bis auf einen kleinen schmalen Rand mit einer Breite von angenähert 25,4 mm abätzt.Other core laminates using polyimide laminate resins have been made also stabilized by the method according to the invention. The laminates contain for reinforcement usually glass fiber fleece, signal-carrying core layers or Printed circuit board wiring levels are usually made from a laminate made of a 0.15 mm thick glass fiber layer impregnated with epoxy resin with a Metallization layer lying on both sides produced. The size or the The area of the printed circuit board depends, of course, on the quantity and type the circuits to be produced on it. Generally the core layer or the core laminate is made by removing the metal, usually copper, from both sides of the laminate except for a small narrow margin with a width of approximately 25.4 mm.

Anschließend wird eine Anzahl durchgehender Bohrungen in das Kernlaminat gebohrt. Daraufhin werden die elektrischen Leitungszüge auf den beiden Seiten des Kernlaminates galvanisch aufgebracht. Es wurde dabei gefunden, daß selbst dann, wenn die durchgehenden Bohrungen in den Kernlaminaten am richtigen Ort hergestellt waren, nach Aufbringen der die Signale führenden Leitungszüge auf dem Kernlaminat die durchgehenden Bohrungen mit den der Verbindung dienenden elektrischen Anschlüssen an den Enden der Signalleitungen nicht übereinstimmten. Untersuchungen über die Ursachen dieser Änderung der Abmessungen ergab, daß in den Kernschichten durch das Abätzen des Kupfers von der Kernschicht vor dem Bohrvorgang eine nicht umkehrbare Änderung der Abmessungen hervorgerufen wurde, und daß es außerdem eine umkehrbare Ausdehnung und Zusammenziehung des Kermlaminats ergibt, das auf den i'euchtigkeitsgehalt in der umgebenden Atmosphäre zurückzuführen ist.Then a number of through holes are made in the core laminate drilled. Thereupon the electrical cable runs on both sides of the Electroplated core laminates. It was found that even then when the through holes in the core laminates are made in the right place were, after applying the lines carrying the signals to the core laminate the through holes with the electrical connections used for the connection did not match at the ends of the signal lines. Investigations on the The causes of this change in dimensions revealed that in the core layers through the Etching away the copper from the core layer before drilling an irreversible one Change in dimensions and that it is also a reversible one Expansion and contraction of the Kermlaminat results in the moisture content in the surrounding atmosphere.

Die Beseitigung der nichtumkehrbaren Änderung der Abmessungen und die Kontrolle und Überwachung des umkehrbaren Anteils an den Abmessungsänderungen werden durch das Stabilisierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch bewirkt, daß das vorbereitete Substrat-Kernlaminat in eine genau geregelte atmosphärische Umgebung mit vorbestimmter Temperatur und vorbestimmter relativer Feuchtigkeit eingebracht, das Substrat-Kernlaminat bei einer genau geregelten Temperatur gebrannt, das Kernlaminat wiederum in eine genau kontrollierte Atmosphäre mit vorgegebener Temperatur und vorgegebener relativer Feuchtigkeit eingebracht und das Kernlaminat erneut bei genau geregelter Temperatur gebrannt wird, worauf man das Substrat-Kernlaminat abkühlen läßt, Im einzelnen wird nach Abätzen des Kupfers oder des Metalls von beiden Seiten des Kernlaminats dieses bei Zimmertemperatur an der Luft trocknengelassen, wobei die Zimmertemperatur zwischen 15,6 OC und 38 0C mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 0 bis 80 % liegt, in der das Kernlaminat sich sowohl in der Längsrichtung als auch in den Querabmessungen ausdehnen und zusammenziehen kann. Das Kernlaminat wird anschließend wiederum zum Austreiben der Feuchtigkeit gebrannt und zieht sich in beiden Richtungen zusammen, Die Temperaturen liegen dabei zwischen 65,5 und 121 OC. Oberhalb von 121 OC wird die Sprungtemperatur des Glases innerhalb des ausgehärteten Harzes er-0 reicht. Unterhalb von 65 c reicht die Ofentemperatur nicht aus, die relative Luftfeuchtigkeit der Zimmer luft herabzusetzen.The elimination of the irreversible change in dimensions and the control and monitoring of the reversible portion of the dimensional changes are thereby made by the stabilization method according to the present invention causes the prepared substrate core laminate to be in a precisely controlled atmospheric Environment with predetermined temperature and predetermined relative humidity introduced, the substrate core laminate fired at a precisely controlled temperature, the core laminate again in a precisely controlled atmosphere with a given temperature and introduced relative humidity and the core laminate again at exactly Fired at a controlled temperature, whereupon the substrate-core laminate is cooled lets, In detail, after etching off the copper or the metal from both sides of the core laminate allowed to air dry at room temperature, wherein the room temperature between 15.6 OC and 38 0C with a relative humidity from 0 to 80%, in which the core laminate is in both the Can expand and contract longitudinally as well as in the transverse dimensions. The core laminate is then fired again to drive off the moisture and contracts in both directions, the temperatures are between 65.5 and 121 OC. Above 121 OC, the transition temperature of the glass is within of the hardened resin reaches 0. The oven temperature is below 65 c it is not enough to reduce the relative humidity of the room air.

Nach dem ersten Brennvorgang und vor dem zweiten Brennvorgang müssen die Kernschichten oder Kernlaminate solange bei einer entsprechenden relativen Luftfeuchtigkeit gelagert werden, daß sie sich ausdehnen können. Diese Lagerung kann dabei von einer Stunde bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 100 % bis zu einer Dauer von 24 std bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 20 % reichen. Die Kernlaminate werden sich dabei wiederum ausdehnen, werden aber nicht die gleichen Abmessungen erreichens wie vor dem ersten Brennvorgang. Die Kernlaminate werden dann unter den gleichen, genau kontrollierten Bedingungen des ersten Brennvorganges erneut gebrannt, wodurch die Luftfeuchtigkeit aus den Kernlaminaten entfernt wird, so daß diese eine größere Maßhaltigkeit in ihren Abmessungen bekommen. Wenn die Kernlaminate abwechselnd gebrannt und in einem Raum unter genau kontrollierten, atmosphärischen Bedinungen gelagert werden, dann nehmen sie nach jedem Zyklus die gleichen Abmessungen an, Je größer diese Kernlaminate sind, um so kritischer ist das Stabilisierungsverfahren für den Erfolg der nachfolgenden Verfahrensschritte bei der erstellung von gedruckten Schaltungskarten. Kernlaminate von mehr als 232 cm2 Fläche sind durch das neue Verfahren mit Erfolg stabilisiert worden. Es ist vorstellbar, daß jede Größe von Kernlaminaten, die sich für Laminierverfahren praktischerweise einsetzen lassen, durch das erfindungsgemäße Verfahren bezüglich ihrer Abmessungen stabilisiert werden können.After the first burn and before the second burn, you must the core layers or core laminates as long as a corresponding relative humidity stored so that they can expand. This storage can be of a Hour at a relative humidity of 100% up to a duration of 24 std at a relative humidity of 20%. The core laminates are expand again, but will not achieve the same dimensions as before the first burn. The core laminates are then placed under the same, precisely controlled conditions of the first firing process fired again, whereby the humidity is removed from the core laminates, giving them a greater Get dimensional accuracy in your dimensions. When the core laminates are alternately fired and stored in a room under precisely controlled atmospheric conditions then they take on the same dimensions after each cycle, the larger These core laminates are, the more critical is the stabilization process for the Success of the following process steps in the production of printed circuit cards. Core laminates with an area of more than 232 cm2 are successful thanks to the new process has been stabilized. It is conceivable that any size of core laminate that is can be practically used for lamination processes by the inventive Process can be stabilized in terms of their dimensions.

Claims

P A T E N T A N 5 P R Ü C H E

1. Method of stabilizing the dimensions of substrate core laminates in the manufacture of printed circuit cards, characterized by the following Process steps: - Placing the core laminate in a precisely controlled atmosphere of temperature and relative humidity, which increases the length of the laminate and expands its breadth; - Firing the core laminate at precisely controlled Temperature; - Reintroduction of the core laminate under precisely controlled atmospheric conditions Conditions of temperature and relative humidity; - re-burning the Core laminate at a precisely controlled temperature and - cooling of the core laminate.

2. The method according to claim 1, characterized in that the conditioning with a controlled atmosphere in the temperature range between 15.6 and 37.8 OC and a relative humidity between 20% and 100% is carried out 4

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the conditioning for the core laminates over a period of 1 hour to 24 hours.

4. The method according to claim 1, characterized in that the burning and re-firing is carried out at a temperature of from about 66 ° C. to about 121 ° C. will.

4. The method according to claim 4, characterized in that the firing cycles carried out for 10 to 30 minutes 4