DE2537444C2

DE2537444C2 - Process for stabilizing laminates

Info

Publication number: DE2537444C2
Application number: DE19752537444
Authority: DE
Inventors: Frank Walton Binghamton N.Y. Haining; Robert Venanzio Endicott N.Y. Rubino; Robert Taylor Binghamton N.Y. 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: 1982-10-21
Also published as: DE2537444A1

Description

— Einbringen des Laminats in eine genau kontrollierte Atmosphäre von Temperatur im Temperaturbereich zwischen 15,6 und 37,8° C und einer relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 20% und 100%, wodurch sich das Laminat in seiner Länge und seiner Breite ausdehnt;Placing the laminate in a precisely controlled atmosphere of temperature in the temperature range between 15.6 and 37.8 ° C and a relative humidity between 20% and 100%, as a result of which the laminate expands in its length and width;

— Erwärmen des Laminats bei genau kontrollierter Temperatur im Bereich von etwa 66° C bis etwal2l°C;- heating the laminate at a precisely controlled temperature in the range of about 66 ° C to sthal2l ° C;

— Erneutes Einbringen des Laminats unter den genannten, genau kontrollierten atmosphärisehen Bedingungen von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit;- Renewed introduction of the laminate under the precisely controlled atmospheric conditions mentioned Conditions of temperature and relative humidity;

— Erneutes Erwärmen des Laminats bei der genannten genau kontrollierten Temperatur und- Re-heating the laminate at said precisely controlled temperature and

— Abkühlen des Laminats.- cooling the laminate.

?. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konditionierung für Laminate über eine Zeitdauer von 1 h bis 24 h durchgeführt wird. »ι?. Method according to claim 1, characterized in that the conditioning for laminates is via a period of 1 hour to 24 hours is carried out. »Ι

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezyklen für 10 bis 30 min. durchgeführt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that the heat cycles for 10 to 30 min. be performed.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren von Laminaten, die als innenliegende Schichten von gedruckten Schaltungsplatten verwendet werden, unter Anwendung von Wärmebehandlung.The invention relates to a method for stabilizing laminates, which are used as inner layers of printed circuit boards are used by applying heat treatment.

Bei der Herstellung gedruckter Schaltungskarten finden kritische Verfahrensschritte Anwendung. Die signalführenden innenliegenden Schichten solcher ge- — druckten Schaltungskarten werden oft aus einem aus mit Epoxidharz getränkten Glasfasermatten oder Glasfaservliesen oder ähnlichen Material mit einer Dicke von 0,0762 mm bis etwa 0,51 mm (ausschließlich einer auf beiden Seiten des Laminats oder der Schicht angebrachten Kupferschicht), hergestellt. Diese Schicht 50 — wird im allgemeinen in der Weise hergestellt, daß das Kupfer auf beiden Seiten des Laminats bis auf einen kleinen Rand abgeätzt wird. Anschließend werden für — eine durchgehende Verbindung durchgehende Bohrungen in der Schicht hergestellt. Daraufhin werden auf beiden Seiten der Schicht die erforderlichen Leitungszüge galvanisch aufgebracht. Sind die durchgehenden — Bohrungen mit den 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.Critical process steps are used in the production of printed circuit cards. the The signal-carrying inner layers of such printed circuit cards are often made up of one glass fiber mats impregnated with epoxy resin or glass fiber fleece or similar material with a Thickness from 0.0762mm to about 0.51mm (excluding one on either side of the laminate or sheet attached copper layer). This layer 50 - is generally made in such a way that the copper on both sides of the laminate but one small edge is etched away. Subsequently, through holes are made for - a continuous connection made in the layer. The necessary cable runs are then made on both sides of the layer galvanically applied. Are the through-holes with the corresponding electrical connections at the ends of the signal lines forming the line pattern - incorrectly aligned, then no electrical connections can be made between the individual signal circuits.

In der US-Patentschrift 32 10 214 ist ein Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe elektrisch leitende Leitungszüge auf isolierenden Substraten mit großer <>5 Genauigkeit hergestellt werden können. Bei diesem Verfahren wird das Substrat aufgeheizt, wodurch die Bildung von Spannungen in dem Substrat unterbunden wird. Die US-Patentschriften 37 08 876 und 37 55 890 beziehen sich beide auf eine Behandlung von gedruckten Schaltungskarten im Vakuum bei großer Wärme zu Austreiben verdampfbarer Stoffe. Die US-Patentschrift 35 08 330 bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen zusammenhängender Leiterzüge mit durchgehenden Bohrungen in mehrschichtigen Schaltungskarten.In US Patent 32 10 214 a method is described with the help of electrically conductive Cable runs on insulating substrates can be produced with great <> 5 accuracy. With this one Process, the substrate is heated, whereby the formation of stresses in the substrate is prevented will. U.S. Patent Nos. 37 08 876 and 37 55 890 both relate to treatment of printed matter Circuit cards in a vacuum with high heat to expel vaporizable substances. The US patent 35 08 330 relates to a method for producing connected conductor tracks with continuous Holes in multilayer circuit boards.

Durch empirische Untersuchung wurde gefunden, daß selbst dann, wenn in den innenliegenden Schichten die Bohrungen vorschriftsmäßig an ihren richtigen Orten angebracht waren, und, wenn später die signalführenden Leitungszüge bestimmt und auf diesen Schichten erzeugt wurden, die durchgehenden Bohrungen nicht mit den elektrischen Anschlüssen übereinstimmten. Eine Untersuchung über die Ursachen dieser Abmessungsänderung ergab, daß in der Schicht eine nicht umkehrbare Änderung der Abmessungen eingetreten war, die auf das Abätzen der Kupferschicht von der Schicht zurückzuführen war. Es gibt außerdem eine umkehrbare Ausdehnung und Zusammenziehung der Schicht, die durch die Luftfeuchtigkeit bewirkt wird. Die Abmessungsänderungen sind proportional der Größe oder der Abmessungen der innenliegenden Schicht.Through empirical research it has been found that even if in the inner layers the holes were properly drilled in their correct locations, and if later the Signal-carrying cable runs were determined and generated on these layers, the through holes did not match the electrical connections. An investigation into the causes of this Dimensional change indicated that there was an irreversible change in dimensions in the layer which was due to the etching of the copper layer from the layer. There is also one reversible expansion and contraction of the layer caused by the humidity in the air. the Dimensional changes are proportional to the size or dimensions of the inner layer.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisierung einer solchen Schicht beseitigt die bei den bisher benutzten Verfahren auftretenden Nachteile. Mit dem neuen Verfahren ist man nunmehr in der Lage, dünne Laminate herzustellen, die als signalführendc Schichten 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.The method according to the invention for stabilizing such a layer eliminates the previous one used methods occurring disadvantages. With the new process you are now able to thin Produce laminates that can be used as signal-carrying layers, have stable dimensions and also better for drilling and for a subsequent assembly very precisely worked Substrates suitable for printed circuits.

Aufgabe der Erfindung ist es also, durch das neuartige Verfahren die nicht umkehrbare Änderung der Abmessungen von innenliegenden Laminaten zu beseitigen und die reversible Komponente der Abmessungsänderungen bei der Verarbeitung von Laminaten für gedruckte Schaltungskarten gleichzeitig unter Kontrolle zu halten.The object of the invention is therefore, by means of the novel method, the irreversible change in the dimensions of internal laminates and the reversible component of dimensional changes in the processing of laminates for printed circuit cards at the same time under control to keep.

Dies wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch folgende Verfahrensschritte erreicht: According to the invention, this is achieved in a method of the type mentioned at the beginning by the following method steps:

Einbringen des Laminats in eine genau kontrollierte Atmosphäre von Temperatur im Temperaturbereich zwischen 15,6 und 37,8°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 20% und 100%, wodurch sich das Laminat in seiner Länge und seiner Breite ausdehnt;Placing the laminate in a precisely controlled atmosphere of temperature in the temperature range between 15.6 and 37.8 ° C and a relative humidity between 20% and 100%, whereby the laminate expands in length and width;

Erwärmen des Laminats bei genau kontrollierter Temperatur im Bereich von etwa 66⁰C bis etwa 12TC;Heating the laminate at a precisely controlled temperature in the range of about 66 ⁰ C to about 12TC;

Erneutes Einbringen des Laminats unter den genannten genau kontrollierten atmosphärischen Bedingungen von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit; Reintroduction of the laminate under the precisely controlled atmospheric conditions mentioned Conditions of temperature and relative humidity;

Erneutes Erwärmen des Laminats bei der genannten, genau kontrollierten Temperatur und Abkühlen des Laminats.Reheating the laminate at said precisely controlled temperature and Cooling the laminate.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further refinements of the invention can be found in the subclaims.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigtThe invention will now be described on the basis of exemplary embodiments in conjunction with the drawings described in more detail. In the drawings shows

Fig. 1 schematisch eine Ablauffolge bei der Stabilisierung voninnenliegenden Laminaten und F i g. 2 die Größe und Richtung der Abmessungsände-1 schematically shows a sequence of steps during stabilization of internal laminates and F i g. 2 the size and direction of the dimensional changes

rungen, die bei einem Laminat gemäß der Erfindung beobachtet wurden.ments observed in a laminate according to the invention.

In Fig. 1 sind die verschiedenen Verfahrensschritte zum Stabilisieren dünner Laminate oder Schichten dargestellt, wie sie bei der Herstellung von mit gedruckten Schaltungen versehenen Schaltungskarten Verwendung finden. Bei der Herstellung von gedruckten Schaltungskarten werden die innenliegenden Schichten normalerweise aus einem Laminat hergestellt, das aus einer oder mehreren Schichten eines vorpräparierten Material, 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 flammenhemmende Stoffe und/oder durch halogenierte Epoxydharze modifiziert werden. Andere Laminate unter Verwendung von Polyamid- Laminatharzen wurden ebenfalls durch das erfindungsgemäße Verfahren stabilisiert. Die Laminate enthalten zur Verstärkung normalerweise Glasfaservlies. In Fig. 1 are the various process steps for stabilizing thin laminates or layers, as shown in the manufacture of with printed circuit boards provided with circuit cards use. In the manufacture of printed Circuit boards, the inner layers are usually made of a laminate, that consists of one or more layers of a pre-prepared material, d. H. Layers of with one Glass fiber mats or fleeces soaked in epoxy resin. These pre-made materials have im generally a proportion in the range from 40 to 80% of an epoxy resin used for laminates. This Resin can also be modified with flame retardants and / or with halogenated epoxy resins will. Other laminates using polyamide laminate resins have also been approved by the Process according to the invention stabilized. The laminates usually contain fiberglass fleece for reinforcement.

Signalführcnde Schichten oder Leitungsebenen für gedruckte Schaltungskarten werden normalerweise aus einem Laminat aus einer 0,15 mm starken, mit Epoxydharz getränkten Glasfaserschirht mit einer auf beiden Seiten liegenden Metallisieruiigs:^cchicht 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 diese Schicht oder das Laminat dadurch hergestellt, daß man das Metall, gewöhnlicu Kupfer, von beiden Seiten des Laminats bis auf einen kleinen schmalen Rand mit einer Breite von angenähert 25,4 mm abätzt.Signalführcnde layers or management levels for printed circuit cards are usually of a laminate of a 0.15 mm thick, impregnated with epoxy resin with a Glasfaserschirht lying on both sides Metallisieruiigs: manufactured chicht ^c. The size or area of the printed circuit board will of course depend on the amount and type of circuitry to be fabricated on it. Generally this layer or laminate is made by etching the metal, usually copper, from both sides of the laminate to a small, narrow margin approximately 25.4 mm wide.

Anschließend wird eine Anzahl durchgehender Bohrungen in das Laminat gebohrt. Daraufhin werden die elektrischen Leitungszüge auf den beiden Seiten des Laminats galvanisch aufgebracht. Es wurde dabei gefunden, daß selbst dann, wenn die durchgehenden Bohrungen in den Laminaten am richtigen Ort hergestellt waren, nach Aufbringen der die Signale führenden Leitungszüge auf dem Laminat 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 innenliegenden Schichten durch das Abätzen des Kupfers von der Schicht vor dem Bohrvorgang eine nicht umkehrbare Änderung der Abmessungen hervorgerufen wurde, und daß es außerdem eine umkehrbare Ausdehnung und Zusammenziehung des Laminats ergibt, das auf den Feuchtigkeitsgehalt in der umgebenden Atmosphäre zurückzuführen ist.A number of through holes are then drilled into the laminate. Thereupon be the electrical lines are galvanically applied to both sides of the laminate. It was there found that even when the through holes in the laminates are in the right place were made, after applying the lines carrying the signals to the laminate, the continuous Holes with the electrical connections used for the connection at the ends of the signal lines did not match. Investigations into the causes of this change in dimensions showed that in the inner layers by etching away the copper from the layer before the drilling process irreversible change in dimensions was caused, and that it was also a reversible one Expansion and contraction of the laminate results in the moisture content in the surrounding Atmosphere is due.

Die Beseitigung der nichtumkehrbaren Änderung der Abmessungen und die Kontrolle und Überwachung des umkehrbaren Anteils an den AbmessungsänderungenThe elimination of the irreversible change in dimensions and the control and monitoring of the reversible portion of the dimensional changes

werden durch das Suibilisierungsverfahrcn gemäß der vorliegenden Erfindung daduich bewirkt, daß das vorbereitete Substrat-Laminat in eine genau geregelte atmosphärische Umgebung mit vorbestimmter Temperatur und vorbestimmter relativer Feuchtigkeit eingebracht, das Substrat-Laminat bei einer genau geregelten Temperatur behandelt, das Laminat wiederum in eine genau kontrollierte Atmosphäre mit vorgegebener Temperatur und vorgegebener relativer Feuchtigkeit eingebracht und das Laminat erneut bei genau geregelter Temperatur gehalten wird, worauf man das Substrat-Laminat abkühlen läßt.are made by the suibilization process according to The present invention thereby causes the prepared substrate laminate to be precisely regulated atmospheric environment with predetermined temperature and predetermined relative humidity introduced, the substrate laminate is treated at a precisely controlled temperature, the laminate in turn into a precisely controlled atmosphere with a given temperature and a given relative humidity introduced and the laminate is again held at a precisely regulated temperature, whereupon the Let the substrate laminate cool down.

Im einzelnen wird nach Abätzendes Kupfers oder des Metalls von beiden Seiten des Laminats dieses bei Zimmertemperatur an der Luft trocknengelassen, wobei die Zimmertemperatur zwischen 15,6°C und 38°C mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 0 bis 80% liegt, in der das Laminat sich sowohl in der Längsrichtung als auch in den Querabmessungen ausdehnen und zusammenziehen kann. Das Laminat wird anschließend wiederum zum Austreiben der Feuchtigkeit erwärmt und zieht sich in beiden Richtungen zusammen. Die Temperaturen liegen dabei zwischen 65,5 und 121⁰C. Oberhalb von 121⁰C wird die Sprungtemperatur des Glases innerhalb des ausgehärteten Harzes erreicht. Unterhalb von 65¹^C reicht die Ofentemperatur nicht aus, die relative Luftfeuchtigkeit der Zimmerluft herabzusetzen. Nach der ersten Wärmebehandlung und vor der zweiten Wärmebehandlung müssen die Schichten oder Laminate 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 Laminate werden sich dabei wiederum ausdehnen, werden aber nicht die gleichen Abmessungen erreichen, wie vor der ersten Wärmebehandlung. Die Laminate werden dann unter den gleichen, genau kontrollierten Bedingungen der ersten Wärmebehandlung erneut erwärmt, wodurch die Luftfeuchtigkeit aus den Laminaten entfernt wird, so daß diese eine größere Maßhaltigkeit in ihren Abmessungen bekommen. Wenn die Laminate abwechselnd erwärmt und in einem Raum unter genau kontrollierten, atmosphärischen Bedingungen gelagert werden, dann nehmen sie nach jedem Zyklus die gleichen Abmessungen an.Specifically, after the copper or metal has been etched off from both sides of the laminate, the laminate is allowed to air dry at room temperature, the room temperature being between 15.6 ° C and 38 ° C with a relative humidity of 0 to 80% in which the laminate is can expand and contract both in the longitudinal direction and in the transverse dimensions. The laminate is then heated again to drive out the moisture and contracts in both directions. The temperatures are between 65.5 and 121 ^° C. Above 121 ^° C., the transition temperature of the glass within the hardened resin is reached. Below 65 ¹ ^ C, the oven temperature is not sufficient to reduce the relative humidity of the room air. After the first heat treatment and before the second heat treatment, the layers or laminates must be stored at an appropriate relative humidity for a time that they can expand. This storage can range from one hour at a relative humidity of 100% to a duration of 24 hours at a relative humidity of 20%. The laminates will expand again, but will not reach the same dimensions as before the first heat treatment. The laminates are then reheated under the same, precisely controlled conditions of the first heat treatment, whereby the air moisture is removed from the laminates so that they have greater dimensional accuracy. If the laminates are alternately heated and stored in a room under precisely controlled atmospheric conditions, then they take on the same dimensions after each cycle.

Je größer diese Laminate sind, um so kritischer ist das Stabilisierungsverfahren für den Erfolg der nachfolgenden Verfahrensschritte bei der Herstellung von gedruckten Schaltungskarten. Laminate von mehr als 232 cm² Fläche sind durch das neue Verfahren mit Erfolg stabilisiert worden. Es ist vorstellbar, daß jede Größe von Laminaten, die sich für Laminierverfahren praktischerweise einsetzen lassen, durch das erfindungsgemäße Verfahren bezüglich ihrer Abmessungen stabilisiert werden können.The larger these laminates, the more critical the stabilization process is for the success of the subsequent process steps in the manufacture of printed circuit cards. Laminates with an area of more than 232 cm ² have been successfully stabilized by the new process. It is conceivable that any size of laminate which can be used in a practical manner for lamination processes can be stabilized with regard to their dimensions by the process according to the invention.

Hierzu I Blatt ZeichnungenFor this purpose I sheet drawings

Claims

Patent claims:

1. Method of stabilizing the dimensions of laminates used as inner layers of printed circuit boards are used, ί using a heat treatment through the following process steps: