DE3342564C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung des Lagenversatzes bei Mehrlagenschaltungen während ihrer Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Als Mehrlagenschaltungen werden gedruckte Schaltungen bezeichnet, die mehr als zwei Schaltkreislagen- bzw. -schichten enthalten. Hervorgegangen aus Anwendungsgebieten der Raumfahrt und für militärische Zwecke Anfang der sechziger Jahre, werden Mehr­ lagenschaltungen nunmehr in zahlreichen Gebieten kommerziell ver­ wendet. Die verschiedenen Arten der Mehrlagenschaltungen fallen in verschiedene Kategorien, die alle gemeinsam, wenn auch in un­ terschiedlichem Maße, dieselben Probleme haben.

Ein bei der Herstellung der Mehrlagenschaltungen auftre­ tendes Problem besteht in der Dimensionsstabilität oder vielmehr der mangelnden Dimensionsstabilität bei der Ver­ arbeitung der einzelnen Lagen. Das heißt, jede Lage wird in Erwartung einer genauen Fluchtlage mit den anderen Lagen ausgelegt, die die Mehrlagenschaltungen bilden. Wenn jedoch während ihrer Einzelbehandlung die einzelnen Lagen nicht identischen Dimensionsveränderungen unterzogen werden, dann kann u. U. die in dem ursprünglichen Aufbau vorhandene Präzision verlorengehen. Dies könnte zu einer kritischen Fehlausrichtung in der Mehrlagenschaltung und zum Ver­ werfen derselben führen. In anderen Fällen kann eine Fehl­ ausrichtung nach der Lamellierung und während des Bohrens durch Vorsehen einer ausgleichenden Versetzung innerhalb des Bohrvorgangs ausgeglichen werden.

Verfahren zum Prüfen des Lagenversatzes bei Mehrlagen­ leiterplatten sind bekannt. So geht beispielsweise aus der DE-PS 30 31 103 ein Verfahren hervor, bei dem an jeder Leiterplatte zwei Marken so angebracht sind, daß sie nach dem Verpressen der Lagen zu Mehrlagenleiterplatten erkenn­ bar sind und die Lage jeder Marke in bezug auf eine Refe­ renzmarke bestimmt wird. Neben dem eigentlichen Leiterbild, welches durch Ränder begrenzt ist, werden dazu sogenannte Teststreifen angeordnet, die nach dem Verpressen der Mehr­ lagenleiterplatte abgeschnitten werden und durch sogenannte Schnittbilder untersucht werden können. Diese Teststreifen liegen jedoch außerhalb des eigentlichen Schaltbildes, weshalb sie keine eindeutige Aussage ergeben. Es können auch vor dem Verpressen eingebrachte Bohrungen oder Einker­ bungen am Rand der Lagen oder Platten vorgesehen sein, die nach dem Verpressen auf Versatz in bezug auf eine dieser Lagen untersucht werden. Die Bohrungen oder Einkerbungen dieser Lage dienen dann als Referenzmarken, die bei bekann­ ten Verfahren immer besonders zu definieren sind. Eine Be­ stimmung einzelner fehlerhafter Lagen, u. U. schon vor dem Verpressen ist jedoch nicht möglich, ebenso wie die Über­ prüfung der Anzahl der Lagen. Sind Bohrungen oder der­ gleichen als Marken vorgesehen, dann kann der Versatz der Lagen zueinander zum Beispiel durch Röntgenstrahlen er­ mittelt werden (vgl. Elektronik Produktion & Prüftechnik, 1981, Seite 339).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur störungsfreien Ermittlung des Lagenversatzes sowie zur Prüfung auf Volzähligkeit der Innenlagen von Mehrlagen­ schaltungen während und nach ihrer Herstellung zur Ver­ fügung zu stellen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Verwendung in der Herstellung von Schaltungen aus mehrfachen, genau mitein­ ander ausgerichteten Lagen. Auf jeder Lage sind wenigstens zwei Marken gebildet, die während der Lagenherstellung genau miteinander in Fluchtlage gebracht werden müssen. Jede Marke entspricht in ihrer Position einer Marke von wenigstens einer anderen Lage, und die Marken jeder Schicht bilden ein Muster, das einzig für diese Lage ist. Während der Herstellung kann jede Marke einer Lage relativ zu einem Testmarkenmuster durch Techniken der Röntgenografie (radiography techniques) in Augenschein genommen werden. Somit kann die Dimensionsstabilität jeder einzelnen Lage während und nach ihrer Herstellung bestimmt werden, während die relative Fluchtlage gestapelter Lagen durch die rela­ tive Fluchtlage ihrer Markenmuster mit einem Testmarken­ muster bestimmt wird. Bei einer Stapelanordnung kann das Testmarkenmuster für die Marken einer Schicht durch die Marken von wenigstens zwei anderen Lagen gebildet werden.

Wie oben erwähnt, kann jede Lage während und nach ihrer Herstellung inspiziert und verworfen werden, falls sie außerhalb der Toleranzen liegt. Nach dem Stapeln und vor dem Laminieren kann die relative Fluchtlage der gestapel­ ten Lagen inspiziert und eine entsprechende Einstellung oder ein Austausch fehlausgerichteter Lagen vor der Laminierung vorgenommen werden. Nach der Laminierung kann die relative Fluchtlage der Lagen bestimmt und können weitere Fabrikationskosten erspart oder in der Vollendung des Fabrikationsverfahrens ausgleichende Zugaben gemacht werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 mehrere Lagen, die eine Mehrlagenschaltung bilden können, sowie das die Grundlage der Erfindung bil­ dende Konzept,

Fig. 2 die Art der Feststellung von Fehlausrichtungen in­ nerhalb mehrerer Lagen einer Mehrlagenschaltung,

Fig. 3 Mehrfachmarkenmuster, die innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, so­ wie die Art, in welcher sie Fehlausrichtungen an­ zeigen, und

Fig. 4 weitere wahlweise mögliche Muster, die innerhalb des Bereichs der Erfindung zur Anwendung kommen können.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Verwendung bei der Herstellung von Schaltungsplatten aus mehrfachen, genau miteinander fluchtenden Lagen. Es werden auf jeder Lage wenigstens zwei Marken gebildet, die relativ zu den Marken anderer Lagen genau fluchten, wobei jede Marke in ihrer Position einer Marke wenigstens einer anderen Lage ent­ spricht und die Marken jeder Lage ein Muster bilden, wel­ ches einzig für diese Lage ist. Wie im folgenden ausführ­ licher erläutert, kann das einzige Markenmuster jeder Schicht durch die Stellungen der Marken dieser Schicht, die Formen der Marken der Schicht oder durch beide gebildet werden. Die Marken werden so gebildet, daß sie durch be­ kannte Techniken der Röntgenografie in Augenschein genommen werden können. Vorzugsweise werden die Marken mit den an­ deren Elementen der gedruckten Schaltung auf der sie tra­ genden Lage gebildet.

Für die Zwecke dieser Beschreibung und Ansprüche bedeutet das Wort "Position" einer Marke auf einer Schicht die Position der Marken relativ zu den anderen Schalkreis­ elementen auf der Lage, so daß die Fluchtlage der Marken in einer Mehrlagenschaltung die Fluchtlage der von diesen Lagen getragenen Schaltkreiselemente anzeigt.

Bei Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann jedes geeignete System der Röntgenografie verwendet werden. Eines, welches mit geringen Abwandlungen zur Aufnahme der Größe der Mehrlagenschaltungen, auf die sich diese Erfin­ dung richtet, verwendet werden kann, ist das unter dem Warenzeichen MIKROX von der Firma Nicolet XRD Corporation, einer Tochtergesellschaft von Nicolet Instrument Corporation, gehandelte. Eine verwandte Vorrichtung wird offenbart in dem US-Patent 41 59 436 von Raymond V. Ely vom 26. Januar 1979 mit dem Titel "Electron Beam Focussing for X- Ray Apparatus", welche gemeinsam mit der vorliegenden Er­ findung im Besitz desselben Eigners ist, und die hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen wird. Der Vorteil dieser Systeme der Röntgenografie besteht darin, daß sie eine Röntgenstrahlenquelle liefern, die im wesentlichen eine "Punktquelle" (point source) ist und eine Vergrößerung des inspizierten Teils gestattet. Die Verwendung einer röntgen­ strahlensensitiven Fernsehkamera und eines Monitors ge­ stattet eine Realzeitbetrachtung des inspizierten Teils. Für die Zwecke dieser Beschreibung und der Ansprüche soll jedoch die Bezeichnung "Betrachtung" (viewing) sowohl Realzeitdisplay auf einem Fernsehmonitor als auch eine Filmbelichtung und deren anschließende Wiederbetrachtung umfassen.

Es wird nunmehr auf Fig. 1 Bezug genommen, welche sechs Lagen 10 bis 15 zeigt, die zur Bildung einer Mehrlagen­ schaltung laminiert werden können. Im Interesse der Klar­ heit sind die Schaltkreiselemente der verschiedenen Lagen nicht dargestellt. In der unteren linken Ecke jeder Lage befindet sich ein Markenmuster, die Marken sind als feste Figuren dargestellt, die so ausgebildet sein müssen, daß sie durch die jeweils verwendete Betrachtungstechnik fest­ stellbar sind. Im Falle von Techniken der Röntgenografie sind die Marken für Röntgenstrahlung undurchlässig und können während der Ausbil­ dung der Schaltkreiselemente auf den verschiedenen Lagen ausgebildet werden und in einer bestimmten Beziehung zu ihnen stehen. Diese bestimmte Beziehung gestattet eine Fluchtlagebestimmung zwischen den Marken der verschiedenen Schichten, um die Fluchtlage der Schaltkreiselemente der verschiedenen Schichten zu bestimmen. In Fig. 1 sind die verschiedenen Marken jeweils von derselben Gestalt (vier­ eckig), während sie vorgegebene Positionen einnehmen. Bei­ spielsweise hat die Schicht 10 Marken in Positionen, die als Position 1 und 2 identifiziert werden können, während die Lage 11 Marken in Positionen 1, 2 und 3 aufweist. Jede der Lagen 12 bis 15 hat eine Marke in Position 1, wobei die Lage 12 zusätzliche Marken in Positionen 3 und 4 hat, die Lage 13 in Position 4 und 5, Lage 14 in Positionen 5 und 6 und Lage 15 in Positonen 6 und 7.

Bei Anordnung der Lagen 10 bis 15 in Stapelbeziehung zu­ einander in einer angenommenen richtigen Fluchtlage, stellt eine Betrachtung mittels Röntgenografie fest, ob eine richtige Fluchtlage tatsächlich gegeben ist. Dies wird in Fig. 2 gezeigt, wo ein regelmäßiges Muster von sechs Marken dargestellt ist, bei Darstellung von fehlausgerichteten Marken in den Positionen 1, 4 und 5. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Marken der gestapelten Lagen ein Testmarkenmuster bzw. Referenzmarken bilden, wobei die Marken der Lage 13 sich außer Fluchtlage mit diesem Testmarkenmuster befinden. Somit ist die Lage 13 fehlausgerichtet. Fig. 2 zeigt auch die Art und Weise, wie das Ausmaß der Fehlausrichtung geschätzt werden kann. Wenn beispielsweise jede der Marken eine bekannte Abmessung hat und eine der Lagen fehlausgerichtet ist, so daß sie das durch die anderen Lagen gebildete Markenmuster um die Hälfte der Markenabmessung überlagert, dann ist die fehl­ ausgerichtete Lage um etwa die Hälfte der Abmessung der Marke fehlausgerichtet. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann auch die Richtung der Fehlausrichtung bestimmt werden.

Fig. 3 zeigt wahlweise mögliche Muster, die zur Identifi­ zierung verschiedener Lagen einer Mehrlagenschaltung be­ nutzt werden können. Die Muster der Fig. 3 sind nicht nur abhängig von der Position der Marken, sondern auch von deren Gestalt. Beispielsweise ist das allgemein bei 20 gezeigte Muster ein Dreimarkenmuster mit einer Raute in der ersten Position, einem Quadrat in der zweiten Position und einer Raute in der zehnten Position. Das Muster 21 ist gebildet aus einem Kreis in der zweiten Position und einer Raute in der dritten Position. Die anderen Muster können sein wie gezeigt.

Eine Mehrlagenschaltung aus neun Lagen erzeugt bei Verwen­ dung der in dem oberen Abschnitt der Fig. 3 gezeigten Muster ein Muster, wie es in Zeile 29 der Fig. 3 gezeigt ist, wenn alle Lagen sich in der richtigen Fluchtlage be­ finden. Zeile 30 zeigt, was gesehen würde, wenn die Lage des Musters 24 nach oben und nach links aus der Flucht­ lage verschoben und die Lage des Musters 26 nach unten und nach rechts fehlausgerichtet wäre. Zeile 31 zeigt, was gesehen würde, wenn die Lage des Musters 28, wie in Fig. 3 gezeigt, nach links fehlausgerichtet wäre.

Fig. 4 zeigt Muster 35 bis 37, welche auf einer Mehrlagen­ schaltung aus drei Lagen verwendet werden können, wobei sich die Muster nur durch ihre Gestalt voneinander unter­ scheiden. Das heißt, in Form von Positionen, wie mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 diskutiert, daß jedes der Muster 35 bis 37 mit Marken in der ersten und zweiten Position ver­ sehen ist, wobei sich die Muster durch einen Unterschied in der Form der sie bildenden Marken voneinander unter­ scheiden. Eine Fehlausrichtung der Muster 35 bis 37 bei Anordnung der sie tragenden Lagen zusammen in einem Stapel liefert eine Anzeige einer Fehlausrichtung dieser Lagen.

Zusätzlich zur Lieferung einer Anzeige einer Fehlausrich­ tung zwischen den Lagen kann die vorliegende Erfindung auch verwendet werden zur Bestimmung der Dimensionsstabi­ lität oder des Fehlens derselben bei einer einzelnen Lage. Im Zusammenhang mit mehreren Lagen wird ein Testmarken­ muster für jede Schicht durch die Marken von wenigstens zwei anderen Lagen gebildet. Wahlweise kann eine Haupt­ schablone verwendet werden, die ein Testmarkenmuster ent­ sprechend dem Muster der Lage trägt, welche sie inspizieren soll. Durch richtige Überlagerung der Lage mit der Schab­ lone und Betrachtung derselben wie oben beschrieben, kann die Fluchtlage des Lagenmusters relativ zu dem Testmarken­ muster benutzt werden, um die Dimensionsstabilität oder -instabilität der zu bearbeitenden Lage festzustellen.

Es sind im Lichte der obigen Lehren offensichtlich zahl­ reiche Abwandlungen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung möglich. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung verwendet werden zur Inspektion während irgend­ einer Stufe in der Herstellung der Mehrlagenschaltung wie:

Während oder nach der Bearbeitung jeder Lage, der rela­ tiven Fluchtlage der gestapelten Lagen vor der Laminierung und der relativen Fluchtlage der Lagen einer laminierten Mehrlagenschaltung.

Die Fluchtlage vor Laminierung der gestapelten Lagen kann inspiziert werden, während sich diese Lagen innerhalb der Laminierungsnetzplatten befinden, beispielsweise durch Vorsehung von Inspektionsöffnungen in diesen Platten mit geeigneten Verschlüssen für diese Öffnungen.

Es können innerhalb des Bereichs der Erfindung zahlreiche Markenmuster verwendet werden, und die Erfindung ist nicht auf die hier offenbarten Muster begrenzt. Es können aller­ dings die einzelnen Muster feste oder durch Außenlinien umrissene Formen sein und auf einer oder mehreren Seiten jeder Schicht angeordnet. Obwohl erwartet wird, daß die Markenmuster innerhalb der Begrenzungen jeder Lage gehalten werden, soweit dies durchführbar ist, können sie inner­ halb des von jeder Lage getragenen "Aufbaus" (artwork) des Schaltkreises angeordnet sein. Es wird daher unterstellt, daß innerhalb des Bereichs der Ansprüche die Erfindung anders als im einzelnen beschrieben zur Aus­ führung gelangen kann.

Claims (6)

1. Verfahren zur Ermittlung des Lagenversatzes bei Mehrlagenschal­ tungen, bei dem an die einzelnen Lagen der Schaltung mindestens zwei Marken angebracht werden, wobei jede Marke in ihrer Posi­ tion einer Marke mindestens einer andere Lage entspricht und die Position der Marken anhand von Referenzmarken bestimm wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken jeder Lage ein Markenmuster bilden, das für die jeweilige Lage spezifisch ist, daß die Referenzmarken von den Marken von mindestens zwei anderen Lagen gebildet werden, und die Position der Marken durch die an sich bekannte Betrachtung unter Röntgenstrahlen ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betrachtung mittels Röntgenografie nach dem Zusam­ menbau und vor dem Pressen der Lagen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betrachtung mittels Röntgenografie nach dem Ver­ pressen der Lagen erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Markenmuster durch die spezifische Position der Marken definiert sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Markenmuster durch die spezifi­ sche Konfiguration der Marken definiert sind.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Markenmuster durch die spezifische Position und die spezifische Konfiguration der Marken definiert sind.