DE2917472C2 - Unverstiftet verpreßte Mehrlagenleiterplatte und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Mehrlagenleiterplatten (vielfach als Multilayer bezeichnet) bestehen aus mehreren jeweils einseitig oder beidseitig mit Leiterbildern versehenen Leiterplatten, welche in einem Preßvorgang zu einer Einheit zusammengefügt werden. Dabei muß dieses Zusammenfügen insbesondere bei großformatigen Leiterplatten mit großer Genauigkeit geschehen, da die verschiedenen übereinanderliegenden Leiterbilder zueinander kongruent sein müssen. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil an verschiedenen Stellen durch senkrecht zu den Leiterplattenebenen verlaufende Bohrungen elektrisch leitende Verbindungen zwischen den verschiedenen Leiterplattenbildern hergestellt werden müssen, wobei vielfach die so entstandenen Bohrungen gleichzeitig noch zur Aufnahme der Anschlußstifte elektrischer Bauelemente verwendet werden, die auf den Außenflächen der Mehrlagenleiterplatte sitzen. Da zur Verbindung zu unterschiedlichen Leiterbildern gehörender Leitungen die diese Leitungen miteinander verbindenden Löcher durchkontaktiert werden müssen, müssen zunächst die beiden nach außen weisenden Flächen der äußeren Lagen der Mehrlagenleiterplatte (MLL) eine durchgehende Kupferschicht besitzen, da andernfalls eine strommäßige Verbindung von der galvanischen Elektrode zu den Lochkanten hin nicht gewährleistet ist. Die beiden durchgehenden Kupferschichten der Deckflächen wirken somit selbst als Elektrode.

Aus dieser Tatsache, daß die für die Durchgangskontaktierung benötigten Löcher zu einem Zeitpunkt eingebracht werden müssen, bei dem die Leiterbilder der beiden Deckflächen der Mehrlagenleiterplatte (nachfolgend als MLL bezeichnet) noch nicht eingeätzt sind, muß eine Möglichkeit geschaffen werden die Lage der unsichtbaren Leiterbilder möglichst genau bestimmen zu können.

Zu diesem Zweck ist es aus dem Buch »Leiterplatten«

von Günther Herrmann (Leuze Verlag, Saulgau/Württ siehe dort insbesondere Seite 17, Abb. 1.2) bekannt, die einzelnen Lagen der MLL mit Bezugslöcher zu versenen, die in ihrer geometrischen Stellung gegenüber dem zugehörigen Leiterbild festgelegt sind. Werden nun die einzelnen Lagen und die ebenfalls mit Bezugslöchern versehenen Prepregs abwechselnd derart übereinander geschichtet, daß die zugehörigen Bezugslöcher miteinander fluchten, so sind auf diese Weise die einzelnen Lagen in der gewünschten Weise zueinander ausgerichtet. Anschließend werden die miteinander fluchtenden Bezugslöcher verstiftet und zwischen Preßbleche gelegt, in deren Bezugslöcher die die Lagen ausrichtenden Stifte münden.

Das Verpressen mittels Verstiften der einzelnen Lagen besitzt eine Reihe von Nachteilen. Durch den insbesondere von den Prepregs ausgehenden Harzfluß während des Preßvorgangs fließt Harz auch in den zwischen den Bohrlöchern und den Stiften verbleibenden Raum. Es ist daher nicht nur mühsam, anschließend die einzelnen Stifte von dem anhaftenden Harz zu säubern, sondern es ergibt sich hierdurch auch ein geänderter Lochdurchmesser bei der fertig verpreßten MLL, wobei sich zusätzlich auch noch die Mittenachse gegenüber den ursprünglichen Bezugslöchern verschoben haben kann. Daraus resultiert, daß die Bezugslöcher nur schwer als Bezugspunkt für den nachfolgenden Bohrvorgang der Durchgangslöcher verwendet werden können. Dies gilt insbesondere für MLL in Feinleitertechnik, bei denen hinsichtlich der Toleranzen für die Bohrlöcher große Anforderungen gestellt werden. Hinzu kommt, daß die Stifte zwar einen Teil der während des Verpressens auftretenden Spannungen aufzunehmen vermögen, diese Spannungen aber spätestens nach dem Entfernen der Stifte zu Flächenänderungen (Schrumpfen) der MLL führt. Da der Schrumpfvorgang sowohl der Größe als auch der Richtung nach sich nur schwer vorher bestimmen läßt, wird hierdurch ebenfalls das optimale Einbringen der Durchgangslöcher erheblich erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue Ausgestaltung von Mehrlagenleiterplatten (MLL) anzugeben, wobei ein Verstiften beim Verpressen nicht notwendig ist, und weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen MLL zu beschreiben.

Die Erfindung geht daher von einer sich aus dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ergebenden Konfiguration einer Mehrlagenleiterplatte aus und löst erfindungsgemäß die gestellte Aufgabe durch eine in dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gegebene Merkmalskombination.

Die Erfindung besteht also im Prinzip darin, daß nicht, wie bekannt, sämtliche Lagen mit Bezugslöchern versehen werden, sondern eine möglichst weit in der Mitte liegende Lage statt der Bezugslöcher zur optischen Bestimmung eines Punktes dieser Lage geeignete Markierungen besitzt. Dies wird zwar in der Regel ein Fadenkreuz sein, es sind aber auch andere Markierungen wie beispielsweise konzentrische Kreise mit einem in der Mitte liegenden Punkt oder ähnliches vorstellbar. Durch die optische Markierung können die über oder die unter die Innenlage zu schichtenden weiteren Lagen ausgerichiei werden. Die diii'ch die flüchtenden Bezugslöchcr gebildeten Löcher enden also jeweils an der betreffenden optischen Markierung und bilden nicht wie bei den bekannten Bezugslöchern ein Durchgangsloch. Ein Verstiften ist dabei bei der erfindungsgemäßen MLL weder gewollt noch möglich und die erfindungsgernäße MLL wird unverstiftet verpreßt.

Zweckmäßigerweise wird man zwischen je eine zur Aufnahme eines Leiterbildes dienende Lage ein oder mehrere Prepregs einfügen, die ebenfalls mit entsprechenden Bezugslöchern versehen sind.

Die Mehrlagenleiterplatte nach der Erfindung schafft die Möglichkeit, die Schrumpfung nach dem Verpressen durch die Änderung des Abstandes der optischen Markierungen zu messen. Hierzu wird man zweckmäßigerweise die beiden optischen Markierungen in der zu messenden Schrumpfrichtung möglichst weit voneinander entfernt anordnen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die MLL symmetrisch aufgebaut sein, d. h. es sind sowohl oberhalb als auch unterhalb der Innenlage Außenlagen vorgesehen. In diesem Fall wird man in Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 die Bezugslöcher in den oberhalb und unterhalb von der Innenlage liegenden Lagen derart anordnen, daß sie miteinander fluchten. Das bedeutet hinsichtlich der optischen Markierungen, daß diese an der Innenlage paarweise angeordnet sind und an ihrer Ober- und Unterseite sich deckend übereinanderliegen, so daß der Mittelpunkt zweier übereinanderliegender optischer Markierungen auf der gemeinsamen Mittelachse zweier Löcher liegt, die von oben und von unten kommend auf die jeweilige optische Markierung stoßen. Der Vorteil dieser Maßnahme liegt insbesondere darin, daß hier die Möglichkeit gegeben ist, für die nachfolgende Bohrung der Durchgangslöcher nach dem Verpressen eine sehr genaue Bezugsbohrung zu schaffen, die jeweils durch den Mittelpunkt einer optischen Markierung geht. Diese optische Markierung gibt, wie weiter oben schon erläutert, einen genau definierten Punkt der verpreßten Leiterplatte an.

Um nun zu verhindern, daß Harzmasse der Prepregs in die Richtung der optischen Markierungen fließen kann und diese möglicherweise verschmutzt, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, einen zentrisch zu den optischen Markierungen liegenden Dichtring vorzusehen. Die Kanten dieses Dichtrings können unter Umständen auch zur Ausrichtung der äußeren Lagen gegenüber der Innenlage vor dem Verpressen verwendet werden.

Um zu verhindern, daß die Lötseite mit der Bestükkungsseite verwechselt wird, kann sich in Weiterbildung der Erfindung eine in Anspruch 6 beschriebene Maßnahme empfehlen. Dabei wird die Fläche der Innenlage größer als die darüber und darunterliegenden Außenlagen gewählt, so daß zumindest zwei Eckflächen der Innenlage gegenüber den übrigen Lagen vorstehen. An einer geeigneten Ecke wird dann eine Markierung etwa durch Entfernen eines kleinen Teils einer Ecke, angebracht. Eine derartige Maßnahme ist insbesondere günstig, um eine Referenz für die Bohrmaschine zu schaffen, damit dort immer die gleiche Einspannlage der Platte gewählt wird.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mehrlagenleiterplatte ist aus Anspruch 7 ersichtlich. Dabei kann sich der in Anspruch 8 beschriebene Verfahrensschritt empfehlen, der dafür sorgt, daß zwischen den äußeren Lagen das Harz der Prepregs nicht in die Bezugslöcher fließen kann. Diese Zylinder können zusätzlich noch die Wirkung der bekannter. Stifte übernehmen. Eine andere Maßnahme zur Verhinderung des Harzflusses kann auch in der schon beschriebenen Anwendu.ig eines Dichtrings bei den äußeren Lagen bestehen, der in entsprechend weit herausgearbeitete Bezugslöcher der Prepregs eingelegt wird.

Prinzipiell besteht die Möglichkeit, die oberen Enden

der Zylinder mit einer optischen Markierung zu versehen, so daß nach dem Ausrichten der Platten eine Vermessung der Schrumpfung möglich ist. Hierzu müßten allerdings die Bezugslöcher sehr genau gearbeitet sein und durch eine Anzahl ergänzender Maßnahmen ein Verschieben der einzelnen Lagen gegenüber der Innenlage ausgeschlossen werden. Soweit dies vermieden werden soll, besteht aber die Möglichkeit, nach dem Verpressen die Zylinder wieder herauszuziehen, wobei diese vorzugsweise aus einem Material mit geringer Adhäsion wie beispielsweise Teflon bestehen. Auf diese Weise wird dann die optische Markierung der Innenlage am Boden der miteinander fluchtenden Bezugslöcher wieder sichtbar und kann zu Meßzwecken bzw. zum Bohren eines Bezugslochs ausgenutzt werden.

Um nicht zusätzliche Dichtringe verwenden und diese an den Lagen befestigen zu müssen, empfiehlt sich ein in Anspruch 11 dargelegter Verfahrensschritt, gemäß dem die Dichtringe gleich zusammen mit dem Leiterplattenbild auf der betreffenden Lage eingeätzt werden. Zusammen mit dem schon erwähnten Teflonzylinder läßt sich hierdurch eine große Dichtwirkung erreichen, so daß kein Harz über die optische Markierung der Innenlage fließen kann, was unter anderem auch deshalb vermieden werden sollte, da die spiegelnde Harzschicht leicht zu Parallaxefehlern beim Vermessen führen könnte.

Prinzipiell besteht die Möglichkeit, die Bezugslöcher der äußeren Lagen gemäß Anspruch 12 mit Grobtoleranz einzustanzen. In diesem Falle ist allerdings die optische Ausrichtung der äußeren Lagen gegenüber dem Fadenkreuz der Innenlage vor dem Verpressen nicht mehr sehr genau, so daß sich zumindest bei Feinleitertechnik zweiseitige Leiterbilder bei den äußeren Lagen verbieten. In dem genannten Falle ist nämlich eine Ausrichtung der einzelnen Lagen mit hinreichender Genauigkeit nicht mehr gegeben, so daß die von außen nicht sichtbaren Leiterbilder sich nicht genau genug decken. Hinsichtlich der ersten nach dem Verpressen und Bohren der Durchgangslöcher herauszuarbeitenden Leiterbilder der Außenflächen auf den Außenlagen ist eine etwas verschobene Ausrichtung der Außenlage gegenüber der Innenlage nicht von Bedeutung, da diese Leiterbilder nach der optischen Markierung der Innenlage ausgerichtet und damit zu dessen Leiterbilder kongruent nachträglich aufgebracht werden.

Es ist gemäß Anspruch 13 auch möglich, einzelne zusätzliche Außenlagen auf die bereits verpreßten MLL aufzukleben und dann dort auf deren Außenflächen wiederum gegenüber der inneren optischen Markierung ausgerichtet ein Leiterbild herauszuätzen. Dieser Vorgang läßt sich vielfach wiederholen, da die Leiterbilder auf den zusätzlichen Außenlagen immer wieder auf die optische Markierung der Innenlage ausgerichtet werden können. Dabei lassen sich die beim Vermessen festgestellten Schrumpfungen durch eine entsprechende Abänderung des Bohrprogramms berücksichtigen. Das Leiterplattenbild wird durch eine entsprechende Änderung der Vergrößerung erreicht, wenn das Filmbild auf die Außenschicht der Außenlage projiziert wird.

Eine wesentliche Weiterbildung kann auch darin bestehen, daß sowohl die Bezugslöcher mit Grobtoleranz als auch die Bezugslöcher für den Bohrvorgang durch die optische Markierung durch Stanzen erzielt werden. Hierdurch wird vermieden, daß durch Bohren des aus glasfaserverstärktem Epoxidharz bestehenden Lagenmaterials der Bohrer sich verläuft, denn die hierdurch bedingten Toleranzungenauigkeiten wurden sich dann bei jeder der nachfolgenden Durchgangsbohrungen bemerkbar machen. Beim Bohrvorgang wird im übrigen die zu bohrende MLL verstiftet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung ist eine Innenlage IL gezeigt, welche ein Leiterplattenbild LB besitzt. Die Innenlage IL trägt auf ihrer in der Zeichnung nicht sichtbaren Seite ein weiteres Leiterplattenbild. Zusammen mit dem Leiterplattenbild wurden optische Markierungen OM sowie diese umgebende Ringe R herausgeätzt.

Oben und unten sind zwei Außenlagen AL 1, AL 2 zu erkennen, die mit jeweils zwei Bezugslöcher BL versehen sind. Die Außenlagen sind jeweils nur einseitig kaschiert wobei die kupferkaschierte Fläche auf der der Innenlagc abgewandten Seite liegt.

Zwischen jeder Außenlage AL 1, AL 2 und der Innenlage IL ist ein Prepreg vorgesehen, welches ebenfalls Bohrlöcher BL besitzt.

Die Bohrlöcher BL sind mit Grobtoleranz in die Außenlagen und die Prepregs eingestanzt.

Beim Verpressen der Mehrlagenleiterplatte wird nun so vorgegangen, daß die äußeren Lagen und die zugehörigen Prepregs gegenüber der optischen Markierung OM und dem Ring R ausgerichtet werden, wobei auf der Unterseite der Innenlage ebenfalls eine optische Markierung OM (in der Zeichnung nicht sichtbar) vorgesehen ist. Nach dem Ausrichten fluchten die einzelnen Bohrlöcher miteinander und in die so gebildeten, jeweils an der. zugehörigen optischen Markierung mündenden Löcher werden Teflonzylinder TZ eingeschoben, die sowohl die Prepregs gegenüber den Außenlagen festhalten als auch einen Harzfluß über die Ringe R auf die optische Markierung OM verhindern. Anschließend wird die Mehrlagenleiterplatte (M LL) verpreßt.

Nach dem Verpressen werden die Teflonzylinder aus den Bezugslöchern BL herausgehoben und es werden durch die Bezugslöcher die optischen Markierungen auf der Innenlage sichtbar.

Durch Vermessen des Abstandes der optischen Markierungen kann die sich durch das Verpressen ergebende Schrumpfung der MLL in sich zwischen den betreffenden optischen Markierungen erstreckender Richtung vermessen werden. Die beiden in der Zeichnung gezeigten optischen Markierungen sind beispielsweise zum Messen der in der Zeichnung angedeuteten jr-Richtung aufgetretenen Schrumpfung geeignet Durch entsprechend angeordnete weitere optische Markierungen kann auch die Schrumpfung in anderen Richtungen vermessen werden.

Die so festgestellte Schrumpfung kann in dem Programm für die nachfolgende Bohrung der Durchgangslöcher berücksichtigt werden.

Anschließend können mit Hilfe eines Stanzvorgangs im Zentrum der optischen Markierungen OM mit enger Toleranz hochgenaue Aufnahmelöcher für die Positionierung der Filme der äußeren Leiterbilder sowie der Löcher für das Verstiften der Platten auf dem Bohrautomaten angebracht werden.

Diese Löcher sind bei den geforderten Genauigkeiten hinsichtlich ihrer Lage zum Leiterbild beim Material aus glasfaserverstärktem Epoxidharz nicht durch Bohren zu erreichen, da die Gefahr eines Bohrerverlaufens — bedingt durch das GFK-Material — gegeben ist Diese Löcher werden deshalb mittels eines geschliffenen Stanzwerkzeugs, welches über eine optische Einrichtung zur optischen Markierung OM hin justiert wird, eingestanzt und erhalten hierdurch die erforderliche

Genauigkeit ihrer Lage zum Leiterbild der Innenlage.

Um eine Verwechslung der Lötseite mit der Bestükkungsseite der MLL auszuschließen, wird an der Innenlage IL an der Ecke, bei welcher sich der Nullpunkt bzw. Bezugspunkt für den Bohrvorgang befindet eine Markierung Mangebracht. Diese besteht beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem abgeschnittenen Eckstück der Innenlage IL, wobei die Abmessungen der Außenlagen AL 1, AL 2 sowie der Prepregs PP so gewählt ist, daß die betreffende Ecke der innenlage über die restlichen Lagen vorsteht.

Der Teflonzylinder sollte in etwa die Höhe der Außenlage haben, um den nachfolgenden Preßvorgang nicht zu behindern. Sind nach dem Verpressen die Teflonzylinder herausgenommen, so kann das Vermessen des Schrumpfmaßes mit Hilfe eines Koordinatographen optisch und digital geschehen. Das als Korrekturfaktor für das numerische Bohrprogramm eingebrachte Schrumpfmaß stellt sicher, daß durch die Inkrementalschritte der Bohrmaschine die Gesamtverschiebung gemittelt wird und damit die inneren Kontaktierungspunkte sicher getroffen werden. Hierdurch läßt sich erreichen, daß die Filme für die äußeren Leiterbilder ohne Korrektur verwendet werden können.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (13)

Patentansprüche:

1. Mehrlagenleiterplatte, bei der zumindest eine mit Bezugslöchern versehene Außenlage mit einer Innenlage, vorzugsweise unter Verwendung von mit entsprechenden Bezugslöchern versehenen Prepregs, verpreßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Bezugslöchern ( BL) zugeordneten Stellen die Innenlage (IL) mit optischen Markierungen (OM) versehen ist und daß im ausgerichteten Zustand der Außenlage (AL 1, AL 2) gegenüber der Innenlage (IL) jede optische Markierung (OM) der Innenlage (IL) konzentrisch zum zugehörigen Bezugsloch (BL) liegt und die Lagen (IL, AL 1, AL 2) in diesem Zustand miteinander verpreßt sind.

2. Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Außenlage (AL 1, AL 2) mindestens ein Prepreg (PP) mit den Bezugslöchern (BL) der jeweiligen Außenlage (AL 1, AL 2) zugehörigen und in ausgerichtetem Zustand der Lagen (AL 1, AL 2) mit diesen Bezugslöchern (BL) fluchtenden Bezugslöchern zugeordnet ist.

3. Mehrlagenleiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Außenlage (ALi, AL 2) mit mindestens zwei, in voneinander entfernt liegenden Randbezirken der Außenlage liegenden Bezugslöchern (BL) versehen ist.

4. Mehrlagenleiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Außenlagen (AL 1, AL2) vorgesehen sind, deren entsprechende Bezugslöcher (BL) in ausgerichtetem Zustand der Lagen miteinander fluchten.

5. Mehrlagenleiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optisehen Markierungen (OM) jeweils mit einem in etwa den Durchmesser des zugehörigen Loches aufweisenden zur Abdichtung gegenüber der Verbindungsmasse zwischen den Lagen dienenden Ring (R) versehen sind.

6. Mehrlagenleiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlage (IL) die Außenlage bzw. Außenlagen (AL 1, AL 2) in ihren Flächenabmessungen überwiegt und an einem vorstehenden Flächenteil der Innenlage (IL) eine Markierung (M) vorgesehen ist, um die Ekke zu kennzeichnen, von der aus die Lage einzelner Orte auf der Platte festgelegt sind.

7. Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung von Mehrlagenleiterplatten nach einem der Ansprüehe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenlagen (AL 1, AL 2) und ggf. Prepregs (PP) mittels der über die Bezugslöcher (BL) sichtbaren optischen Markierungen (OM) der Innenlage (IL) gegenüber dieser ausgerichtet und anschließend miteinander verpreßt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ausrichten der Bezugslöcher (BL) und vor dem Verpressen in die fluchtenden Bezugslöcher (BL) jeweils ein diese ausfüllender Zylinder (TZ), vorzugsweise Teiefonzyiinder, eingefügt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verpressen der Lagen (AL I, AL2, IL) der Zylinder herausgenommen und die durch das Verpressen bedingte Schrumpfung zumindest in einer Richtung durch das Vermessen der Abstandsänderung in dieser Richtung entfernt liegen

der optischen Markierungen (OM) festgestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Vermessen Bohrlöcher für die Aufnahme von Bauelementen bzw. zur Durchkontaktierung unter Berücksichtigung der Schrumpfung mindestens von einer Außenlage her in die Mehrlagenleiterplatte eingebracht werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Markierungen (OM) sowie ggf. die zugehörigen Ringe (R) über das Layout der Leiterbilder der Innenlage (IL) auf diese aufgebracht werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die weiten Bezugslöcher mit Grobtoleranz in die Lagen eingestanzt werden und daß nach dem Verpressen in die Mitte der optischen Markierung (OM) zum Halten der Platte durch Verstiften beim nachfolgenden Bohren der verpreßten Mehrlagenleiterplatte enge Stiftlöcher mit Feintoleranz eingebracht werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verpressen die Leiferbilder (LB) durch Ätzen auf der Außenseite der Außenlagen (AL i, AL 2) aufgebracht werden und danach weitere Außenlagen gegenüber der optischen Markierung (OM) der Innenlage (IL) ausgerichtet und mit der schon verpreßten Mehrlagenleiterplatte verpreßt werden.