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Verfahren zum Herstellen von mehrlagigen,
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gedruckten Leiterplatten in Einzel-, Zuschnitt- ( Nutzen -) oder
Tafelformat Eine Schwierigkeit beim Herstellen einer mehrlagigen, gedruckten Leiterplatte
besteht in der exakten Ausrichtung der Leiterbilder der verschiedenen Lagen zueinander.
Nur wenn die Leiterbilder exakt zueinander ausgerichtet sind, ist gewährleistet,
daß die Leiter-bzw. Anschlußflächen der verschiedenen Leiterbilder lagegenau durchbohrt
und weiterverarbeitet werden können.
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Beim sogenannten Pin-Laminieren erfolgt die Ausrichtung der einzelnen
Leiterbilder in der Weise, daß in Paßlöcher der Kernlage, die exakt zu den Paßlöchern
ausgerichtet auf einer Seite, in der Regel aber auf beiden Seiten, ein Leiterbild
trägt, Paßstifte einige setzt werden. Dann werden als klebfähige, isolierende Zwischenlagen
gelochte Prepregs auf die eine Seite oder beide Seiten der Kernlage und zum Abschluß
jeweils eine gelochte Kupferfolie aufgebracht. Der auf diese Art und Weise gebildete
Stapel wird dann zwischen oberen und unteren gelochten Preßflächen unter gleichzeitiger
Zufuhr von Wärme verpeßt. Nach Entfernen der durch das aus den Prepregs herausgedrückte
Harz verschmutzten Stifte wird das Laminat unter Verwendung
der
Paßlöcher auf einer NC-Maschine für das spätere Durchkontaktieren und für die Anschlüsse
der einzusetzenden- Bauelemente durchbohrt, Nach dem anschließenden Durchkontaktieren
in den Bohrlöchern werden wieder Paßstifte in die Paßlöcher eingebracht, um lagerichtig
die mit einer fotosensitiven Schicht (Folie oder Lack) überzogene Kupferfolie mit
einem Leiterbild zu belichten, Dieses Pin-Laminierverfahren ist arbeitsaufwendig.
Hinzu kommt, daß der Hersteller von Leiterplatten für verschiedene Abnehmer, die
nach individuellen Bedürfnissen die Lage der Paßlöcher vorgeben, Preßbleche verwenden
muß, die Löcher für Paßstifte mit entsprechender Lage haben. Das bedeutet, daß dieser
Hersteller eine Vielzahl von unterschiedlichen Preßblechen für die Fertigung der
verschiedenen Leiterplatten bereitstellen muß.
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Um-diesen Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen, wird seit längerem
ein optisches Justierverfahren praktiziert. Bei diesem Verfahren werden auf die
Kernlage optische Jus-Liermarken, z.B. Fadenkreuze oder Ringe, durch Belichten der
fotosensitiven Schicht und anschließendes Abätzen der nicht abgedeckten Kupferfolie
aufgebracht. Diese Markierungen dienen als optische Referenzmarke bei der Ausrichtung
der Platten in der Bohrmaschine. Damit beim Verpressen der im Bereich der Markierungen
gelochten Prepregs und Kupferfolien die Markierungen nicht durch das aus den Prepregs
beim Verpressen herausgedrückte Harz zugedeckt werden, können die Markierungen durch
in die Löcher der Prepregs und der Kupferfolie eingesetzte Plättchen abgedeckt werden
(DE-OS 2 917 472; DE-OS 3 144 849).
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Es hat sich nun gezeigt, daß auch diese optischen Ausrichtverfahren
nicht mehr den zunehmenden Anforderungen an die Deckungsgenauigkeit der verschiedenen
Leiterbilder, insbesondere bei sehr vielen übereinanderliegenden Leiterbildern,
genügen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Herstellen einer mehrlagigen, gedruckten Leiterplatte zu schaffen, das ein sehr
genaues Ausrichten auch einer großen Anzahl von übereinander angeordneten Leiterbilder
ermöglicht.
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Die Erfindung geht von einem Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen,
gedruckten Leiterplatte aus, bei dem auf die eine ein Leiterbild tragende Seite
oder auf beide jeweils ein Leiterbild tragende Seiten der Paßlöcher aufweisenden
Kernlage eine leitfähige Folie, zusammen mit einer im Bereich der Paßlöcher Löcher
aufweisenden, isolierenden, klebfähigen Zwischenlage (Prepreg) aufgepreßt wird und
bei dem nach dem Verpressen und insbesondere dem danach stattfindenden Durchbohren
und Durchkontaktieren aus der leitfähigen Folie in Fotoätztechnik, unter Verwendung
der Paßlöcher und Paßstifte ein weiteres Leiterbild gebildet wird.
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Bei diesem Verfahren besteht die Erfindung darin, daß vor dem Verpressen
in die Paßlöcher der Kernlage elastische Stopfen eingesetzt werden, die die Ränder
dieser Paßlöcher abdecken und daß die Stopfen beim Yerpressen eingesetzt bleiben.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird von dem Vorteil der hohen Genauigkeit
der Ausrichtung mittels Paß löchern und Paßstiften Gebrauch gemacht, wobei jedoch
die beim optischen Ausrichten auftretenden, für die Ungenauigkeit
verantwortlichen
Einflüsse vermieden werden. Die elastischen Stopfen sorgen dafür, daß kein Klebstoff
an die Ränder der Paßlöcher gelangen kann. Das gummielastische Material der Stopfen
und die Form der Stopfen kann so gewählt werden, daß die Stopfen beim Verpressen
die Ränder der Paßlöcher sicher gegen Harz fluß abschirmen, nicht aber die Paßlöcher
aufweiten. Da keine Paßlöcher nach optischer Ausrichtung aufgebohrt werden müssen,
besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch nicht die Gefahr der ungenauen
Positionierung der Paßlöcher.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise als leitfähige
Folie eine ungelochte Folie verwendet, die beim Verpressen von einer ungelochten
Preßplatte abgedeckt wird. Das hat den Vorteil, daß die Preßbleche nicht durch ausgepreßtes
Harz verschmutzt werden.
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Der Stopfen unter der Folie läßt sich leicht auffinden, wenn dessen
Höhe im nicht komprimierten Zustand etwa gleich der Dicke der unverpreßten Lagen
aber größer als die Dicke der verpreßten Lagen ist. In diesem Fall wölbt sich die
Folie im Bereich des Stopfens etwas auf.
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Ein Stopfen mit dieser Höhe hat den weiteren Vorteil, daß vom Beginn
des Verpressens und bei Beginn des Harzflusses der Stopfen mit ausreichendem Druck
auf die Randbereiche des zugehörigen Paßloches gedrückt wird, wodurch das Eintreten
von Harz sicher vermieden wird.
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Nach dem Entfernen der Stopfen können die Paßbohrungen zur Aufnahme
von Paßstiften auf einer NC-Bohrmaschine benutzt werden, um lagerichtig die Durchbohrungen
des Laminates vorzunehmen. Weiter können die Paßlöcher für das Belichten der fotosensitiven
Schicht des Laminats mit einem weiteren Leiterbild oder anderen Ausricht-
zwecken
verwendet werden. Um die allein in der Kernlage gebildeten Paßlöcher bei ihrer wiederholten
Verwendung zum Ausrichten vor mechanischen Beschädigungen zu schützen, sieht eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß nach dem Verpressen die Folie im Bereich
eines jeden Stopfens und das beim Verpressen aus der klebfähigen Zwischenlage in
den Bereich um den Stopfen verdrängte Klebemittel (Epoxidharz) mindestens teilweise
entfernt wird, wobei vorzugsweise das Entfernen des Klebemittels mittels eines Kronenbohrers
mit zentrischem Führungszapfen erfolgt, der beim Bohren in ein zentrisches Loch
in dem eingesetzten Stopfen eingreift. Nach Entfernen des Stopfens könen di#aßlöcher
bei eingesetzten, inbesondere eine Antihaftfläche aufweisenden Paßstiften mit einer
temperaturbeständigen Vergußmasse und eventuell zusätzlichen Paßscheiben verstärkt
werden. Eine solche Verstärkung empfiehlt sich immer dann, wenn bei der Herstellung
einer viellagigen Leiterplatte die Paßlöcher häufig benutzt werden.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Leiterplatten beliebig
vieler Lagen herstellen. Sobald nämlich das weitere Leiterbild fertiggestellt ist,
kann nach Einsetzen gleichartiger elastischer, temperaturbeständiger Stopfen in
die Paßlöcher mindestens auf das eine Leiterbild eine insbesondere lochlose, leitfähige
Folie mit einer im Bereich der Paßlöcher Löcher aufweisenden, isolierenden, klebfähigen
Zwischenlage (Prepreg) aufgepreßt werden, wobei nach dem Freilegen der Paßlöcher
und Entfernen der Stopfen, unter Verwendung der gegebenenfalls verstärkten Paßlöcher
und der Paßstifte in Fotoätztechnik aus der weiteren Folie ein Leiterbild gebildet
wird.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist es möglich, einerseits
rationell die Leiterplatten im Einzel-, Nutzen~ oder Tafelformat zu fertigen, andererseits
Leiterplatten mit Paßlöchern verschiedener Größe den Abnehmern zur Verfügung zu
stellen. Gemäß diesem Erfindungsvorschlag werden die Paßlöcher derart auf gebohrt,
daß deren Lochwand von allen Lagen der Leiterplatte gebildet wird, wobei die kleinen
Paßlöcher zur Führung eines Mittelzapfens eines Bohrers dienen.
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Mit diesen Merkmalen ist es möglich, strapazierfähige Paßlöcher höchster
Genauigkeit herzustellen. Entsprechend den Wünschen des SMnehmers läßt sich der
Durchmesser des Paßloches wählen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Im einzelnen zeigen Fig. 1 die einzelnen, zu einer mehrlagigen Leiterplatte zu verpressenden
Lagen, Fig. 2 eine mehrlagige Leiterplatte im Bereich eines Paßloches vor dem Verpressen
im Axialschnitt durch ein Paßloch, Fig. 3 den Gegenstand gemäß Fig. 2 im Querschnitt
nach der Linie A - S der Fig. 2, Fig. 4 den Gegenstand gemäß Fig. 2 in der Darstellung
der Fig. 2 während des Verpressens,
Fig. 5 den Gegenstand gemäß
Fig. 2 in der Darstellung der Fig. 2 nach dem Verpressen während des Entfernens
der leitfähigen Folie und eines Teils des ausgequetschten 1#lebemittels im Bereich
des Paßloches mitziels eines Kronenbohrers, Fig. 6 den Gegenstand gemäß Fig. 5 während
des Verstärkens der Paßlöcher, Fig. 7 einen Ausschnitt aus einer viellagigen Leiterplatte
gemäß Fig. 5 oder 6 mit zwei weiteren Lagen vor dem Verpressen, Fig. 8 den Gegenstand
gemäß Fig. 7 beim Verpressen, Fig. 9 den Gegenstand gemäß Fig. 7 und 8 beim Entfernen
der leitfähigen Folie und eines Teils des ausgequetschten Klebemittels im Eereich
des Paßloches mittels eines Kronenbohrers und Fig. 10 eine sechslagige Leiterplatte
im Ausschnitt im Bereich eines Paßloches während des Aufbohrens.
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Bei der Leiterplattenfertigung wird auf eine Kernlage 1, die beidseitig
ein Leiterbild trägt und Paßlöcher 2, 3 sowie ein Kennloch 4 aufweist, eine klebfähige,
isolierende Zwischenlage 5, 6 und eine Kupferfolie 7, 8 aufgebracht. Die Zwischenlagen
(Prepregs) 5, 6 weisen mit den Löchern 2 bis 4 deckungsgleiche Löcher 9 bis 14 auf,
die aber einen größeren Durchmesser haben.
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Vor dem Verpressen werden in die Paßlöcher 2,3, 4 StopS~ fen 15 mit
einer äußeren Ringnut 16 und einemzentrierloch 17 aus z.B. Silikon-Kautschuk eingesetzt
(Fig. 2). Die Ringnut 16 hat die Aufgabe, den Stopfen 15 in seiner Lage zu fixieren
und die Ränder des Paßloches 2 beidseitig zu übergreifen. Das Zentrierloch 17 die
Aufgabe, dem elastischen Material eine Ausweichmöglichkeit zu geben, so daß der
Druck auf die Ränder des Paßloches 2 nicht zu groß wird. Außerdem dient das Zentrierloch
Tl der Führung von Bohrern, wie später noch im einzelnen zu beschreiben sein wird.
Die Abmessungen des Stopfens 15 und die Durchmesser der Löcher 9, 10, 11, 12 der
mehrschichtigen Zwischenlage 5, 6, sind so gewählt, daß im nicht komprimierten Zustand
ein Ringspalt besteht. Die Höhe des Stopfens 15 entspricht etwa der Höhe des unverpreßten
Laminates. Das Verpressen unter gleichzeitiger Wärmezufuhr erfolgt zwischen ungelochten
Preßblechen 18, 19 (Fig, 4). Beim Verpressen gelangt Epoxidharz 20, 21 aus den Zwischenlagen
5, 6 in die Ringräume zwischen dem Stopfen 15 und den Rändern der Löcher 8, 10.
Durch die den Lochrand des Paßloches 2 übergreifenden Teile des Stopfens 15 wird
jedoch verhindert, daß Epoxidharz bis zum Rand des Paßloches 2 gelangen kann.
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Nach Entfernen der Preßbleche 18, 19 entspannt sich der elastische
Stopfen 15 und wölbt die ungelochten Folien 7, 8 leicht auf. An diesen Aufwölbungen
ist die Lage der Paßlöcher also leicht zu erkennen.
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Die beidseitigen Folien 7, 8 und ein Teil des ausgedrückten Epoxidharzes
20, 21 läßt sich mit einem Kronenbohrer 22 leicht entfernen, der mit einem Mittelzapfen
23 in dem Zentrierloch 17 des Stopfens 15 geführt wird (Fig. 5).
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Um das Paßloch 2 für weitere Arbeitsgänge zu verstärken, kann der
Bereich um das Paßloch 2 mit einer Vergußmasse aus hitzebeständigem Material 24,
25 und eventuell Paßscheiben 37, 38 ausgefüllt werden, wobei in die Paßbohrung 2
ein Paßstift 26 mit einer Antihaftoberfläche eingesetzt ist.
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Nach Entfernen des Stopfens 15 kann das vierlagige Laminat mit verstärkten
Paßlöchern oder ohne verstärkte Paßlöcher 2, 3, 4 den weiteren Bearbeitungsgängen,
wie Durchbohren und Belichten, mit weiteren Leiterbildern zugeführt werden. Die
dann fertiggestellte vierlagige Leiterplatte läßt sich zu einer sechslagigen oder
noch mehrlagigen Leiterplatte in gleicher Art und Weise wie diCzweilagige Leiterplatte
zur vierlagigen Leiterplatte erweitern.
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Um das Paßloch 2 für weitere Arbeitsgänge zu verstärken, kann der
Bereich um das Paßloch 2 mit einer Vergußmasse aus hitzebeständigem Material 24,
25 ausgefüllt werden, wobei in die Paßbohrung 2 ein Paßstift 26 mit einer Antihaftoberfläche
eingesetzt ist.
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Nach Entfernen des Stopfens 15 kann das vierlagige Laminat mit oder
ohne verstärkte Paßlöcher 2, 3 den weiteren Bearbeitungsgängen, wie Durchbohren
und Belichten, mit weiteren Leiterbildern zugeführt werden. Die dann fertiggestellte
vierlagige Leiterplatte läßt sich zu einer sechslagigen oder noch mehrlagigen Leiterplatte
in gleicher Art und Weise wie die zweilagige Leiterplatte zur vierlagigen Leiterplatte
erweitern.
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Bei der Erweiterung zur sechslagigen Leiterplatte wird wieder ein
Stopfen 27 eingesetzt und auf beide Seiten werden mit isolierenden, klebfähigen
Zwischenlagen 28, 29 leitfähige Folien 30, 31 aufgebracht (Fig. 7). Das derart aufgebaute
Substrat wird dann zwischen ungelochten Preßblechen 32, 33 verpreßt (Fig. 8). Mittels
eines Kronenbohrers 34 kann die Folie und ein Teil des Epoxidharzes im Bereich des
Paßloches 2 entfernt werden.
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Während in der Zeichnung der Figuren 7 bis 9 eine im Bereich des Paßloches
2 unverstärkte Kernlage dargestellt ist, wird in der Praxis ein entsprechend Fig.
6 verstärktes Paßloch 2 benutzt.
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Um am Ende des Fertigungsprozesses Paßlöcher zu erhalten, deren Höhe
gleich der Höhe der mehrlagigen Leiterplatte ist, kann das Paßloch 2 als Führung
beim Aufbohren auf einen größeren Durchmesser dienen. Dieses Aufbohren kann mittels
eines Bohrers 35 erfolgen, der einen zentrischen Führungszapfen 36 für das Paßloch
2 aufweist (Fig. 10). Nach dem Aufbohren steht dann die gesamte Dickc der mehrlagigen
Leiterplatte als neues Paßloch zur Verfügung.
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