DE3240754C2

DE3240754C2 -

Info

Publication number: DE3240754C2
Application number: DE19823240754
Authority: DE
Inventors: Ryuichi Tokio/Tokyo Jp Shishido; Morinosuke Matsudo Jp Sono; Syozo Tokio/Tokyo Jp Yoshizumi; Takaya Kashiwa Jp Okazima
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1981-11-06
Filing date: 1982-11-04
Publication date: 1991-11-07
Also published as: DE3240754A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her stellung von Mehrlagenleiterplatten bei dem bei der Mehrschichtenbildung die Lagegenauigkeit zwischen den Schichten nicht beein trächtigt wird.

Die herkömmlichen Verfahren zur Herstellung einer ge druckten Schaltung aus mehreren Schichten umfassen fol gende zwei Varianten: Bei einem Verfahren werden die Einzellaminate mittels Preßplatten und Führungsstiften lagegenau angeordnet, worauf aus der gebildeten Zusam menstellung ein Mehrschichtenlaminat gebildet wird, während bei dem anderen Verfahren aus aufeinander ge stapelten Einzellaminaten von gedruckten Schaltungen ein Mehrschichtenlaminat gebildet wird, worauf die ge schichtete Schaltung mit Bohrungen versehen wird, um Führungsmarkierungen freizulegen. Dies ist z. B. in der JP-OS 56-1 30 997 beschrieben.

Nachstehend sind die beiden Verfahren anhand der bei gefügten Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen Fig. 1 (1) und 1 (2) sowie Fig. 2 (1) bis 2 (5) Darstellun gen, die die Stufen der bekannten Verfahren erläutern, und Fig. 3 (1) bis 3 (4) sowie Fig. 4 Darstellungen, die die Stufen der erfindungsgemäßen Verfahren erläu tern.

Bei dem Verfahren, bei dem Preßplatten und Führungs stifte verwendet werden, wie es beispielsweise in Fig. 1 (1) dargestellt ist, sind zwei einseitig metallplat tierte Einzellaminate 1 als Oberflächenschichten und zwei innere Einzellaminate, wie die beidseitig mit Leiterstrukturen versehenen Einzellaminate 2 oder der gleichen vorgesehen, wobei ein Prepreg oder Prepregs 3 zwischen jeweils zwei benachbarten Einzellaminaten an geordnet werden. Es werden Führungsstifte 4 in Bohrun gen zur Lagegenauigkeit in allen Einzellaminaten einge setzt. Die erhaltene Zusammenstellung wird zwischen den Preßplatten 5 eingesetzt und dann unter Erwärmung zu sammengepreßt, um eine Mehrlagenleiterplatte zu bil den, wie in Fig. 1 (2) dargestellt (dieses Verfahren wird nachstehend als Stiftverfahren bezeichnet). Nach dem Stiftverfahren ist ein Satz von Führungsstiften und ein Satz von Preßplatten 5 für jede Größe von gedruck ten Schaltungen erforderlich, wobei ein Satz von Preß platten 5 lediglich 1 bis 6 Sätze von Zusammenstellun gen von Laminaten mit 1 bis 6 Lagen bilden kann, wobei die obere Grenze der Größe der Spannvorrichtung 500×600 mm beträgt. Die Produktivität eines derartigen Verfahrens ist daher niedrig. Darüber hinaus besteht aufgrund jüngerer Entwicklungen die Tendenz Mehrlagenleiterplatten mit höherer Dichte zu verwenden, wobei innere Einzellamina te mit einer Dicke von lediglich 0,1 oder 0,2 mm vorgesehen werden. Damit werden, wenn diese nach dem Stiftver fahren einer Mehrschichtbildung unterworfen werden, die Bohrungen der inneren Einzellaminate durch das Fließen des Kunstharzes und den Preßdruck deformiert, wodurch eine Lageänderung der Schichten hervorgerufen wird.

Bei dem letzteren Verfahren wird ein Einzellaminat 8 mit einer aufgedruckten Leiterstruktur auf beiden Sei ten sowie Führungsmarkierungen 7 in Sandwich-Anordnung mit Prepregs 3 zwischen zwei Metallfolien 9 angeordnet, wie in Fig. 2 (1) dargestellt, wobei die Zusammenstel lung unter Erwärmen verpreßt wird und die Metallfolien sowie die Prepregs an den Stellen der Führungsmarkie rungen 7 durchbohrt werden, um die Führungsmarkierungen freizulegen, wodurch eine Viermetallschicht-Leiterplat te 10 hervorgebracht wird, wie in Fig. 2 (2) darge stellt. Die Mehrlagenleiterplatten mit vier oder weni ger Schaltungslagen können nach diesem Verfahren mit einer höheren Produktivität als nach dem Stiftverfah ren hergestellt werden, und zwar ohne Beschränkung der Größe der zu pressenden Einzellaminate. Um jedoch eine Leiterplatte mit fünf oder mehr Schaltungslagen herzu stellen, werden die Metallfolien der vorstehenden Vier metall-Lagenplatte 10 geätzt, um das gleiche Muster auf grund der Führungsmarkierungen 7 zu bilden, wodurch eine Vierlagenleiterplatte 11 (Fig. 2 (3)) erhalten wird, die auf beiden Seiten über ein Prepreg oder Prepregs 3 mit zwei Kupferfolien 8 versehen wird (Fig. 2 (4)), wonach die gebildete Zusammenstellung unter Er wärmen erneut verpreßt und anschließend an den Stellen der Führungsmarkierungen 12 gebohrt wird, um die Füh rungsmarkierungen freizulegen, wodurch eine Mehrlagen leiterplatte 13 mit sechs Metallagen erhalten wird (Fig. 2 (5)). Nach diesem Verfahren zur Herstellung einer Mehrlagenleiterplatte mit fünf oder mehr Metall schichten muß also mindestens zweimal gepreßt werden, so daß entsprechend mehr Schritte ausgeführt werden müssen, was die Produktivität herabsetzt.

Aus der DE-OS 29 17 472 ist ein Verfahren zur Herstel lung einer Mehrlagenleiterplatte bekannt, bei dem eine möglichst weit in der Mitte liegende Lage statt der Bezugslöcher mit Fadenkreuzen oder anderen zur opti schen Bestimmung eines Punktes dieser Lage geeigneten Markierungen versehen wird. Durch das Fadenkreuz kön en die über oder die unter die Innenlage zu schichten den weiteren Lagen ausgerichtet werden. Die durch die fluchtenden Bezugslöcher gebildeten Löcher enden also jeweils an der betreffenden optischen Markierung, dem Fadenkreuz und bilden nicht wie bei den bekannten Be zugslöchern ein Durchgangsloch. Ein Verstiften ist bei dieser bekannten Mehrlagenleiterplatte ebenfalls nicht erforderlich.

Die beim Erwärmen auftretende Schrumpfung der Mehrla genleiterplatte wird durch Vermessen der Fadenkreuze ermittelt und als Bezugsgröße an einen Bohrautomaten weitergeleitet.

Auch bei einer nach diesem Verfahren hergestellten Mehrlagenleiterplatte besteht das Problem, daß nach dem Hinzufügen einer weiteren Lage zu einer bereits ferti gen Mehrlagenleiterplatte diese erneut warm verpreßt werden muß.

Aus der DE-OS 16 40 934 ist eine Mehrlagenleiterplatte aus mehreren in einer mit Führungsstiften versehenen Form verpreßten Lagen aus ein- oder beidseitig metall kaschierten Isolierstoffschichten bekannt, bei der Zen trierstifte aus Isoliermaterial als verlorene Kernteile der Preßform vorgesehen sind.

Auch hierbei ist die Verwendung von Stiften zur Zen trierung unerläßlich. Diese Stifte wiederum benötigen die entsprechenden Bohrungen. Da die Durchmesser der Bohrungen von den zu verwendenden Stiften abhängen, welche wiederum in Abhängigkeit von der Größe der her zustellenden Mehrlagenleiterplatte stehen, ist es so nicht möglich, unterschiedlich große Mehrlagenleiter platten kontinuierlich herzustellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Herstellungsverfahren für 5- oder mehr lagige Mehrlagenleiterplatten bereitzustellen, das sich durch einen geringen Versatz und ein einmaliges Pressen ohne Verwendung von Preßplatten und Führungsstiften aus zeichnet.

Dabei hat sich herausgestellt, daß eine Mehrlagenlei terplatte mit großer Lagegenauigkeit nach dem Verfah ren gemäß Patentanspruch 1 erhalten werden kann.

Die erfindungsgemäß zum Schweißen der Einzellaminate verwendeten Schweißmetalle dürfen nicht schmelzen, wenn die Zusammenstellung auf die Preßtemperatur nach dem Schweißen erwärmt wird und weisen vorzugsweise einen Schmelzpunkt auf, der etwas höher als die Preßtempera tur liegt, da die Menge der angewandten Schweißwärme so klein wie möglich sein muß, um ihre Wirkung auf die Leiterplatte auf ein Minimum herabzusetzen. Lot ist als Beispiel eines Schweißmetalls zu nennen, das diese An forderungen erfüllt.

An den Stellen der Einzellaminate, an denen geschweißt wird, ist eine aufplattierte Metallfolie vorgesehen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, so daß ein Großteil der Wärme während des Schweißens verlorengeht, wodurch die Schweißleistung vermindert wird. Die Me tallfolie ist daher an den Stellen, an denen geschweißt wird, vorzugsweise gegenüber der Metallfolie der ge druckten Schaltung isoliert, um diesen Wärmeverlust zu verhindern. Das heißt, das Metall soll an den Stellen, an denen geschweißt wird, in Form sogenannter Inseln vorliegen.

Das Schweißmetall, das erfindungsgemäß verwendet werden kann, kann in Form einer Stange, eines Pellets, einer Paste oder dergleichen vorliegen.

Folgende Schweißverfahren sind anwendbar: (i) Ein ge schmolzenes Schweißmetall wird zwischen die Einzellami nate an den Stellen, an denen geschweißt werden soll, gegossen; (ii) ein Schweißmetall wird zwischen den Ein zellaminaten angeordnet und mit einem Lötkolben er hitzt, und (iii) ein Schweißmetall wird zwischen den Einzellaminaten an den Stellen, an denen geschweißt wer den soll, angeordnet und dann einer Hochfrequenzinduk tionserwärmung unterworfen. Von diesen Verfahren wird die Hochfrequenzinduktionserwärmung vorgezogen, wobei sich folgende Bedingungen dafür als geeignet erweisen: Spannung 2 bis 8 KV, Stromstärke 0,2 bis 5 A, Frequenz 1 bis 400 KHz und Zeitraum 2 bis 10 Sekunden. Nach die sem Erwärmungsverfahren ist das Schweißen innerhalb kurzer Zeit beendet, ohne daß direkt Wärme an den iso lierenden Abschnitt der Einzellaminate oder die Prepregs angewendet wird, da nur das Metall schnell durch die elektromagnetische Induktion erwärmt wird.

Nach der Erfindung sind weder Führungsstifte noch Preß platten erforderlich, wobei eine Presse mit größeren Abmessungen als nach dem bekannten Verfahren (z.B. 1000×1200 nm) verwendet und eine größere Anzahl von Mehrlagenleiterplatten mit einem einzigen Preßvorgang hergestellt werden kann, so daß die Mehrlagenleiter platten mit geringen Kosten produziert werden können.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 3 und 4 sowie den nachstehenden Beispielen näher erläutert, nach denen Leiterplatten mit sechs Schichten erfindungsgemäß her gestellt werden.

Beispiel 1

Wie in Fig. 3 (1) dargestellt, werden glasfaserver stärkte Epoxydharz-Prepregs 3 zwischen zwei glasfaser verstärkten Epoxydharz-Laminaten 14 mit aufgedruckten Leiterstrukturen auf beiden Seiten (0,4 mm Dicke, 1000×1000 mm Größe) angeordnet, wobei jeweils Bohrun gen zur lagegenauen Anordnung zwischen den Einzellami naten und Kupferfolienstücke an vorgegebenen Schweiß stellen vorgesehen sind, wobei die Kupferfolienstücke gegenüber der Kupferfolie der aufgedruckten Leiter strukturen isoliert sind. Die Zusammenstellung wird auf einer Einrichtung 16 zur Einstellung der genauen Lage angeordnet, wobei geschmolzenes Schweißmetall 15 an den zu verschweißenden Stellen der vorstehend erwähnten Ein zellaminate aufgebracht wird, um die beiden Einzellami nate zu verschweißen, wodurch eine Zusammenstellung 17 (Fig. 3 (2)) erhalten wird, in der zwei Einzellaminate aufeinander befestigt sind und Lagengenauigkeit zwi schen den Laminaten besteht. Diese zunächst ver schweißte Zusammenstellung 17 wird von der Einrichtung 16 zur Einstellung der genauen Lage entfernt und in Sandwich-Anordnung über Prepregs 3 zwischen zwei Kupfer folien 9 angeordnet. Es werden zehn Zusammenstellungen, die mit der Zusammenstellung 17 übereinstimmen, über einander angeordnet und mit einer Platte aus rostfreiem Stahl warm verpreßt, um zehn Sätze von Leiterplatten 18 mit sechs Lagen von 1000×1000 mm Größe (Fig. 3 (4)) zu erhalten.

Beispiel 2

Entsprechend Fig. 4 werden glasfaserverstärkte Epoxyd harz-Prepregs 3 und Schweißmetallstücke 15 zwischen den gleichen beiden glasfaserverstärkten Epoxydharz-Einzel laminaten 14 mit gedruckten Schaltungen auf beiden Sei ten (0,4 mm Dicke, 1000×1000 mm Größe) wie im Bei spiel 1 eingesetzt. Die Zusammenstellung wird in der Einrichtung 16 zur Einstellung der genauen Lage ange ordnet. Es wird eine Hochfrequenzinduktionsspule 19 (Stromstärke 0,9 A, Spannung 5 KV, Frequenz 200 KHz) den vorgegebenen Schweißstellen genähert, um die Schweißmetallstücke 15 4,5 Sekunden durch Induktion zu erwärmen, wodurch die beiden gedruckten Einzellaminate verschweißt werden. Es wird dadurch eine Zusammenstel lung erhalten, in der zwei gedruckte Einzellaminate unter lagegenauer Anordnung der Laminate miteinander verbunden werden. Es wurde anschließend so weiter vor gegangen wie im Beispiel 1, um zehn Sätze von Leiter platten mit sechs Lagen zu erhalten.

Vergleichsbeispiel 1

Aus zwei glasfaserverstärkten Epoxydharzlaminaten mit aufgedruckten Leiterstrukturen auf beiden Seiten (0,4 mm Dicke, 500×500 mm Größe) wurden drei Sätze von Leiterplatten auf einmal nach dem vorstehend er wähnten Stiftverfahren entsprechend den Fig. 1 (1) und 1 (2) hergestellt.

Die Lagegenauigkeit der Leiterplatten mit sechs Schich ten, die nach den Beispielen 1 und 2 sowie nach dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellt worden sind, ist in Tabelle 1 wiedergegeben.

Tabelle 1

Beispiele 3 und 4

Aus glasfaserverstärkten Epoxydharz-Laminaten mit auf gedruckten Leiterstrukturen auf beiden Seiten (0,1 mm Dicke, 1000×1000 mm Größe) für die inneren Einzellami nate werden zehn Sätze von Leiterplatten mit zehn Lagen in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 bzw. 2 durch einen einzigen Preßvorgang hergestellt.

Vergleichsbeispiel 2

Aus glasfaserverstärkten Epoxydharz-Laminaten mit auf gedruckten Leiterstrukturen auf beiden Seiten (0,1 mm Dicke, 500×500 mm Größe) für die inneren Einzellami nate werden drei Sätze von Leiterplatten mit zehn Lagen in der gleichen Weise wie nach dem Vergleichsbeispiel 1 durch einen einzigen Preßvorgang hergestellt.

Es wurde die Lagegenauigkeit zwischen den Laminaten der Leiterplatten der Beispiele 3 und 4 sowie des Ver gleichsbeispiels 2 bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

Wenn die Dicke der inneren Schaltungslaminate nicht mehr als 0,2 mm beträgt, so ist die Lagegenauigkeit zwischen den Einzellaminaten, also die Größe der Lage änderung zwischen aufgedruckten Leiterstrukturen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren derjenigen des Stift verfahrens überlegen, wie aus Tabelle 2 klar hervor geht. Der Grund dafür besteht darin, daß bei dem Stift verfahren die Führungsstiftbohrungen in den dünnen Schaltungslaminaten, die auf den Führungsstiften an geordnet sind, durch die Einwirkung von Wärme und Druck sowie die das Fließen des Kunstharzes während des Mehrschichtverpressens verformt werden, wodurch eine große Lageänderung zwischen den Einzellaminaten mit den aufgedruckten Leiterstrukturen erfolgt. Auf der anderen Seite wird im wesentlichen keine Lageänderung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Schichtbildung durch die Befestigung der Einzellaminate aneinander hervorgerufen.

Wie vorstehend erwähnt, weisen die erfindungsgemäßen Leiterplatten mit mehreren Lagen eine hervorragende Lagegenauigkeit zwischen aufgedruckten Leiterstrukturen auf.

Die verschweißten Stellen können manchmal nach dem Mehrschichtpressen erfindungsgemäß entfernt werden, um Leiterplatten mit mehreren Lagen zu erhalten, wobei dieser Fall von dem Umfang der Erfindung mitumfaßt werden soll.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Mehrlagenleiterplatten durch

- lagegenaues Anordnen von mehreren mit Leiterstruk turen und separaten metallischen Verbindungsflä chen versehenen Einzellaminaten und dazwischen an geordneten Prepregs auf einer Montageeinrichtung mit Positionierungsstiften,
- Auftragen des Schweißmetalles auf die Verbindungs flächen,
- punktuelles Verbinden der Einzellaminate durch Er wärmung,
- Entnahme der fixierten Einzellaminate und
- Verpressen der Einzellaminate bei höheren Tempe raturen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschweißten Stellen der Tafeln nach dem Verpressen abgetrennt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißmetall durch Hoch frequenzinduktionserwärmung geschmolzen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißmetall einen Schmelz punkt aufweist, der etwas höher ist als die Preß temperatur.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißmetall ein Lot ist.

6. Mehrlagenleiterplatte, hergestellt nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5.