DE2717286C3 - Verfahren zum Hersteilen einer mehrlagigen Leiterplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Hersteflen einer mehrlagigen Leiterplatte gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Mehrlagige Leiterplatten weisen bekanntlich eine Mehrzahl von innen liegenden Kernlagen auf, aus deren Kupferkaschierung zunächst das Leiterbahnenmuster für die entsprechende Innenlage herausgeätzt und fertiggestellt wird. Eine Mehrzahl solcher fertig geätzter Kernlagen mit unterschiedlichem Leiterbahnenmuster wird dann zu einem Preßpaket zusammengestellt, dabei werden zwischen die einzelnen Kernlagen Epoxidharz-Klebefolien eingeschoben. Dieser zunächst noch lose aufeinanderliegende Lagenaufbau, das Preßpaket, wird oben und unten durch Preßplatten abgedeckt und in einer Laminierpresse unter Druck- und Wärmezufuhr zu einer mehrschichtigen Einheit verschmolzen. Bei diesem Preßvorgang wird das Harz der Klebefolien bei einer Laminiertemperatur von ca. 180° zähflüssig und in die durch die Leiterbahnen gebildeten Gassen eingepreßt

Derartige Laminierprozesse, bei denen eine Mehrzahl von Leiterplattenlagen durch dazwischen eingelegte, in der Hitze härtbare Klebefolien unter Anwendung von Druck dnd Wärme miteinander verpreßt werden, sind z. B. aus der DE-AS 11 88 157 oder der DE-AS 12 58 942 bekannt. In diesen Auslegeschriften sind insbesondere Probleme dargestellt, die sich aus dem Harzfluß der plastisch erwärmten Klebefolien hinsichtlich der Verdrahtung und der elektrisch leitenden Verbindung einzelner Rasterpunkte verschiedener Leiterplattenlagen untereinander ergeben.

Darüber hinaus ist ein solches Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Leiterplatte auch in der DE-AS 19 42 843 beschrieben. Diesem bekannten Verfahren liegt das Problem zugrunde, daß beim Laminierprozeß Luftblasen in der Klebeschicht eingeschlossen werden können, die beispielsweise bei der weiteren Behandlung der gepreßten mehrlagigen Leiterplatte zu Ausschuß führen, weil z. B. galvanische Badflüssigkeit in die Hohlräume eindringt Bei dem bekannten Verfahren wird die Aufgabe, solche Lufteinschlüsse zu verhindern, dadurch gelöst, daß kontinuierlich von einem Zeitpunkt unmittelbar vor oder im wesentlichen gleich dem Beginn des Pressens des Laminats mindestens bis zu einem Zeitpunkt, in dem alle Kleberschichten geschmolzen und ausgehärtet sind, Luft aus dem Zwischenraum zwischen benachbarten gedruckten Schaltungsplatten abgesaugt wird. Wie in der DE-OS 22 26 430 beschrieben ist, wurde bereits erkannt, daß ein Preßvorgang bei Unterdruck alleine dieses Problem noch nicht zufriedenstellend löst. Nach

■!em in der DE-OS 22 26 430 beschriebenen Verfahren soll deshalb beim Laminierprozeß so vorgegangen werden, daß der Vorgang zumindest in drei Phasen verläuft, von denen jede eine bestimmte Zeitdauer hat In der ersten Phase wird Luft und Feuchtigkeit aus dem Raum, in dem der Stapel sich befindet, abgesaugt In der zweiten Phase wird das Laminat bei zunehmender Temperatur zusammengepreßt In der dritten Phase erfolgt dann üw Preßvorgang bei Luftzutritt und einer weiteren Temperaturzunahme bis zu einem bestimmten Maximumwert und unter einem weiter zunehmenden Druck.

Dieses Verfahren soll also insbesondere durch die geeignete Wahl der Betriebsparameter Preßdruck, Temperaturerhöhung und atmosphärischer Druck in Abhängigkeit vom Zeitablauf das Problem der Gaseinschlüsse in den Kleberschichten, hervorgerufen durch Lufteinschlüsse und aus dem erwärmten Harz entstehende organische Lösungsmittel — bzw. Wasserdämpfe — gelöst werden. Mögliche Fehlerquellen sind also nicht nur zeitlich definiert einzuhaltende Betriebsparameter, sondern z. B. auch Unterschiede im Verhalten verschiedener Materialien der Klebefolien, die immer eine exakte Einstellung des Laminiervorgangs erfordern.

Darüber hinaus nutzt auch dieses bekannte Laminierverfahren die Tatsache, daß der Harzfluß, der von der Beschaffenheit der Klebefolie und dem gewählten Preßdruck abhängig ist, eventuell entstandene Gaseir ■ Schlüsse aus dem aktiven Rasterfeld der Leiterplatte heraustransportiert Dieser Transport solcher Gaseinschlüsse ist jedoch insbesondere bei großflächigen Leiterplatten mit sehr engen Gassen zwischen den einzelnen Leiterbahnen, d.h. bei engem Rastennaß, problematisch und führt deshalb zu Fehlern, die wegen der an sich teuren Herstellung großflächiger Mehrlagen-Leiterplatten erhebliche Kosten für Ausschuß bedeuten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem solche zu Herstellungsfehlern führenden Gaseinschlüsse nicht auftreten, weil nicht nur durch zeitweiligen Unterdruck dafür gesorgt wird, daß die beim Laminierprozeß entweichenden flüchtigen Bestandteile aus dem Preßpaket vollständig austreten können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst Hier wird vorteilhaft die Gesetzmäßigkeit ausgenutzt, daß flüchtige Bestandteile solcher organischer Massen bei einem abgesenkten barometrischen Druck infolge Siedepunktserniedrigung schon bei niedrigeren Temperaturen verdampfen und so vor dem Gelieren des Harzes aus dem Preßpaket entfernt werden können. Die Distanzhaltung der einzelnen Kernlagen untereinander beim Zusammenstellen des Preßpaketes verhindert ein vorzeitiges Verkleben der einzelnen Kernlagen, d.h. daß die Kernlagen im ersten Teil des Laminierprozesses einen ausreichenden Abstand voneinander haben, solange der eigentliche Preßdruck nicht aufgebracht wird. Im Unterdruckraum können so in dieser Erwärmungsphase auftretende Lösungsmitteldämpfe vollständig aus dem Preßpaket austreten und abgesaugt werden. Sobald dieser Entgasungsprozeß abgeschlossen ist, ist es dann ohne eine Gefahr von Gaseinschlüssen möglich, den für den Laminierprozeß notwendigen Preßdruck auszuüben, weil der Gasblasentransport hier nicht mehr über den Harzfluß gesteuert wird. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert Dabei zeigt

F i g. 1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zum Zusammenstellen eines Preßpaketes und

Fig.2 eine Prinzipskizze des Aufbaus der Unterdruckkammer in der Laminierpresse.

Beim Zusammenstellen von Kernlagen einer Mehrlagen-Leiterplatte zu einem Preßpaket wird eine Vorrichtung benutzt, die einen losen Lagenaufbau der Kernlagen erlaubt Die in F i g. 1 dargestellte Prinzipskizze zeigt eine Preßplatte 1 als Unterlage für Kernlagen 2, die in der gewünschten Reihenfolge und Zusammenstellung übereinandergeschichtet werden. Zum exakten Ausrichten der einzelnen Lagen dienen in die Preßplatte 1 eingelassene Paßstifte 11 an den vier Ecken des Lagenaufbaus. Die Kernlagen 2 weisen entsprechende Paßbohrungen auf und werden auf diese Paßstifte aufgesetzt In diesem so gebildeten Preßpaket liegen zwischen jeder kupferkaschierten und ein bereits fertiges Leiterbahnenmuster tragenden Kernlage Klebefolien aus einem Epoxidharz im B-Zustand, das also nur teilweise vernetzt ist Damit diese Klebefolien nicht großflächig auf der darunterliegenden Kernlage anliegen und bereits beim Lagenaufbau Lufteinschlüsse bilden, sind die Paßstifte 11 und die zugeordneten Paßbohrungen eng toleriert und Distanzgeber 3 vorgesehen. Ein solcher Distanzgeber besteht aus einer parallel zu einer Schmalseite des Lagenpaketes auf der Preßplatte 1 angeordneten Welle 31, die eine Vielzahl von biegsamen, drehbeweglich gelagerten Distanzstreifen 32 nebeneinander trägt, von denen in F i g. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein einziges Paar vollständig dargestellt ist Diese Distanzstreifen 32 werden paarweise, wie in F i g. 1 dargestellt beim Lagenaufbau über je eine Kernlage 2 in eine Randzone des Preßpaketes hineingeklappt Darüber wird die nächste Klebefolie und anschließend eine weitere Kernlage gelegt Durch die Distanzstreifen wird ein definierter Lagenabstand erzielt, der allein durch das Zusammenwirken der Toleranzen der Paßstifte 11 und der zugehörigen Paßbohrungen aufrechterhalten wird. Das bedeutet, daß die Distanzstreifen nach dem Zusammenstellen des Preßpaketes 20 abgezogen werden können.

Dieses so lose zusammengestellte Preßpaket mit ausreichenden Luftkanälen zwischen den einzelnen Lagen wird für den Laminierprozeß in eine in F i g. 2 im Ausschnitt schematisch dargestellte Laminierpresse eingelegt Zunächst ist das aus einer Mehrzahl von Kernlagen 2 bestehende Preßpaket 20 zu erkennen. Es liegt mit an seiner Ober- bzw. Unterseite eingeschobenen Beilagen 4 zwischen zwei Preßplatten 1 bzw. Γ. Damit die aufliegende Preßplatte Γ das Preßpaket 20 mit ihrem Gewicht nicht zusammendrückt, sind als Distanzhaltungen zwischen diesen beiden Preßplatten 1 bzw. Γ Schraubendruckfedern 5 angeordnet, die das Gewicht der aufliegenden Preßplatte 1' aufnehmen und damit das Preßpaket entlasten. Ober bzw. unter den Preßplatten Γ bzw. 1 sind zwei Heizplatten 6' bzw. 6 angeordnet, die während des Laminiervorgangs durch die Preßplatten hindurch das Preßpaket 2t» erwärmen.

Der das Preßpaket 20 und die anliegenden Preßplatten 1 bzw. 1' umgebende Raum zwischen den Heizplatten 6 bzw. 6' ist durch einen Dichtungsrahmen 7 luftdicht abgeschlossen. Dieser allseitig umlaufende

Dichtungsrahmen trägt auf seiner Ober- bzw. Unterseite in jeweils einer Nut je einen Dichtungsring 71 bzw. 7Γ. Diese Rundprofildichtung besteht aus einem wärmebeständigen Silikonkautschuk und ist im Durchmesser derart gewählt, daß der Dichtungsring, an den Innenseiten der Heizplatten 6 bzw. 6' anliegend, Toleranzen in der Höhe eines eingeschlossenen Pre3paketes 20 auszugleichen vermag, die sich insbesondere aus der Verformung beim Preßvorgang ergeben.

Wie in F i g. 2 dargestellt, weist dieser Dichtungsrahmen 7 mindestens einen Unterdruckanschluß 72 durch den, hier nicht mehr dargestellt, aus dem Preßpaket 20 entweichende Lösungsmittel- oder Wasserdämpfe in der ersten Erwärmungsphase abgesaugt werden, während der noch kein Preßdruck auf das Preßpaket 20 ausgeübt wird. Der Unterdruck unterstützt den Entgasungsprozeß, bei dem die Lösungsmitteldämpfe bereits bei niedrigeren Temperaturen als bei herkömmlichen Laminierprozessen und darüber hinaus auch vollständig entweichen. Sobald dieser Entgasungsprozeß in der Erwärmungsphase abgeschlossen ist, wird der eigentliche Preßvorgang eingeleitet, dabei das Harz der Klebefolien zähflüssig und in diesem plastischen Zustand in die Gassen zwischen die Leiter der Kernlagen eingedrückt

Gegenüber herkömmlichen Laminierprozessen bei Normaldruck und ohne Distanzhaltung für das Preßpaket spielt bei diesem Laminierprozeß der Transport des zähflüssigen Harzes der Klebefolien zumindestens hinsichtlich möglicher Gaseinschlüsse nicht mehr diese überragende Rolle. Insofern sind die einzelnen Verfahrensparameter, die sich aus dem Werkstoffzustand der Klebefolien, der Laminiertemperatur und dem Preßdruck zusammensetzen, hier nicht mehr so kritisch, insbesondere gilt dies für die Einstellung des Preßdrukkes, weil er bei diesem Verfahren nicht mehr die ausschlaggebende Rolle spielt.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel gibt nur eine der Möglichkeiten wieder, mit denen im Rahmen der Erfindung ein loser Lagenaufbau erreicht werden kann, der ein ungestörtes Abziehen der Gase in der Erwärmungsphase des Laminierprozesses erlaubt. Statt des erläuterten Paßsystems und wieder abzuziehender Distanzstreifen wäre es beispielsweise auch denkbar, die notwendigen Luftkanäle mit Hilfe eingelegter Distanzstreifen aus einem Epoxidharz zu erhalten, die in dem Preßpaket verbleiben und ebenfalls verpreßt werden. Dabei kann der Harztransport, durch den Aufbau und Werkstoffauswahl bedingt, unter anderem auch so gesteuert werden, daß das Harz in die Randzonen eingelegter Distanzstreifen seitlich aus dem Preßpaket herausgedrückt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Leiterplatte, bei dem eine Mehrzahl von kupferkaschierten und bereits geätzten Kernlagen mit zwischengelegten Klebefolien zu einem Preßpaket zusammengestellt und unter Zufuhr von Wärme unter Druck verpreßt wird, wobei beim Erweichen der Klebefolien austretende Dämpfe mittels Unterdruck abgesaugt werden und danach das dann zähflüssige Harz der Klebefolien benachbarte Kernlagen großflächig miteinander verklebt, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kernlagen (2) beim Zusammenstellen des Preßpaketes (20) mit geringem Abstand zu den Klebefolien übereinandergeschichtet werden, so daß dazwischen Luftkanäle erhalten bleiben, daß dieses so aufgebaute Preßpaket danach in einer Laminierpresse bei Unterdruck und ohne darauf zunächst Preßkräfte auszuüben, bis zum plastischen Erweichen erwärmt, und die dabei auftretenden Dämpfe abgesaugt werden und daß erst nach Abschluß dieses Entgasungsprozesses der eigentliche Preßvorgang durch beidseitiges Andrücken von Preßplatten (1 bzw. V) der Laminierpresse an das Preßpaket bei anhaltender Wärmezufuhr über Heizplatten (6 bzw. 6') durchgeführt wird.

2. Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch beim Zusammenstellen eines Preßpaketes (20) verwendete Distanzgeber (3) mit einer Mehrzahl von biegsamen Distanzstreifen (32), die nebeneinander auf einer parallel zu einer Kante der Kernlagen (2) auf der Preßplatte (1) ausgerichteten Welle (31) drehbar angeordnet sind, so daß beim Lagenaufbau je ein Paar von Distanzstreifen in Jie Randzone längs einer Kante des Preßpaketes (20) zwischen zwei übereinanderliegenden Kernlagen einklappbar ist und durch auf der Preßplatte festgelegte Paßstifte (11), deren Durchmesser gegenüber den zugeordne- ίο ten Paßbohrungen in den Kernlagen derart gewählt ist, daß sich ein Preßsitz ergibt, so daß nach dem Zusammenstellen des Preßpaketes die Distanzgeber abziehbar sind.

3. Einrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zusammenstellen des Preßpaketes (20) zwischen die Klebefolien und die Kernlagen (2) als Zwischenlagen und Abstandhalter Streifen beigelegt werden, die im Preßpaket verbleiben und deshalb aus einem Harz bestehen, das beim Laminierprozeß ebenfalls plastisch verformbar ist.

4. Einrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach Anspruch 1 bzw. nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der oberen und der unteren Preßplatte (I' bzw. 1), die in der Laminierpresse ein Preßpaket (20) bedecken, in den vier Ecken Druckfedern (5) zum Ausgleichen des Plattengewichtes der oberen Preßplatte angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfedern als Schraubenfedern (5) ausgebildet sind.

6. Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 bzw. nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch einen Dichtungsrahmen (7), der in der Laminierpresse den Raum zwischen zwei Heizplatten (6 bzw. 6'), die jeweils außen an den Preßplatten (1 bzw. V) anliegen, mit wärmebeständigen, Toleranzen in der Höhe des Preßpaketes (20) ausgleichenden Dichtungen (71 bzw. 71') an seiner Unter- und seiner Oberseite abschließt und mindestens einen Unterdruckanschluß (72) zum Absaugen der aus dem Preßpaket (20) entweichenden Lösungsmitteldämpfe aufweist

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Nut an der Unter- bzw. Oberseite des Dichtungsrahmens (7) angeordneten Dichtungen als Dichtungsringe (71 bzw. 7V) mit einem Rundprofil ausgebildet sind und aus Silikonkautschuk bestehen.