DE3626232A1 - Verfahren zur herstellung einer leiterplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte, bei dem auf einem elektrisch isolierenden Träger­ körper eine Kupferfolie befestigt und die Kupferfolie an­ schließend gegebenenfalls entsprechend einer elektronischen Schaltung strukturiert wird.

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte wird ein Trägerkörper aus glasfaserverstärktem Material verwendet, der an mindestens einer seiner beiden gegenüberliegenden Haupt­ flächen mit einer Kupferfolie kaschiert ist. Der glasfaser­ verstärkte Trägerkörper kann dabei mit Durchgangslöchern ausgebildet sein, die gegebenenfalls mit einer Metallschicht durchgehend bedeckt sind. Derartige Leiterplatten sind zwar relativ einfach herstellbar, sie weisen jedoch den Mangel auf, daß sie gegen eine Überhitzung empfindlich und leicht zu be­ schädigen sind. Derartige Leiterplatten können sich nach einer langen Einsatzdauer in unerwünschter Weise auch verbiegen. Außerdem ist die Wärmeleitfähigkeit solcher Leiterplatten gering. Infolge dieser Mängel eignen sich solche Leiterplatten nur für elektronische Schaltungen niedriger Leistungsdichte.

Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte kommt ein Trägerkörper zur Anwendung, der beispielsweise aus Aluminium besteht. Bei diesem Verfahren wird die Kupferfolie auf dem Trägerkörper aus Aluminium mittels einer Klebstoff­ schicht befestigt, wobei die zwischen der Kupferfolie und dem Trägerkörper aus Aluminium befindliche Klebstoffschicht nicht nur die mechanisch feste Verbindung zwischen der Kupferfolie und dem Trägerkörper herstellen muß, sondern auch die elektri­ sche Isolation zwischen den beiden zuletzt genannten Teilen. Durch geeignete Wahl des Klebstoffes ist es bei dem zuletzt genannten Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte zwar möglich, zwischen der Kupferfolie und dem Trägerkörper aus Aluminium eine ausreichende elektrische Durchschlagfestigkeit zu erzielen, wenn die Klebstoffschicht jedoch Fehlstellen aufweist, sind Durchschläge zwischen der Kupferfolie und dem Trägerkörper aus Aluminium oftmals unvermeidlich. Derartige Fehlstellen können während des Festklebens der Kupferfolie auf dem Trägerkörper, bzw. insbesondere während einer langen Einsatzdauer einer solchen Leiterplatte entstehen.

Es ist andererseits auch bekannt, daß eloxiertes Aluminium eine relativ hohe Durchschlagfestigkeit aufweist. Bei derarti­ gen eloxierten Aluminiumkörpern wird jedoch nach einer längeren Einsatzzeit bzw. bei hohen Spannungen ein gewisses Sprühen beobachtet. Dieses Sprühen rührt von Mikrodurchschlägen her, die aus Fehlstellen in der oberflächlichen Aluminiumoxydschicht herrühren.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, daß bei einem einfach durchzuführenden Verfahrensablauf die Spannungs- und Dauerstandsfestigkeit der hergestellten Leiterplatte weiter erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der folgenden Verfahrensschritte gelöst:

• a) Oxydation eines den Trägerkörper bildenden Aluminiumkörpers an seiner gesamten Oberfläche unter Ausbildung einer elek­ trisch isolierenden Aluminiumoxydschicht,
• b) Aufbringen einer bei erhöhter Temperatur aushärtenden Kleb­ stoffschicht auf den oxydierten Aluminiumkörper,
• c) Anordnen der Kupferfolie auf der Klebstoffschicht und
• d) Erwärmen des mit der Kupferfolie versehenen oxydierten Aluminiumkörpers zum Aushärten der Klebstoffschicht.

Durch die Oxydation des Trägerkörpers aus Aluminium und durch das Aufbringen der bei erhöhter Temperatur aushärtenden Kleb­ stoffschicht ergibt sich ein zweischichtiger Aufbau der Isolation zwischen der Kupferfolie und dem Trägerkörper aus Aluminium, so daß evtl. vorhandene Fehlstellen in der Aluminiumoxydschicht und/oder in der Klebstoffschicht eliminiert werden. Dadurch wird die Spannungsfestigkeit der Leiterplatte wesentlich erhöht, so daß die Ausschußrate beim erfindungs­ gemäßen Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte erheb­ lich reduziert ist. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Leiterplatte eignet sich in vorteilhafter Weise zum Einsatz in der Hybridtechnologie, zum Einsatz für Halb­ leiterchips bzw. für passive Chipbauelemente, wie kerami­ sche oder Tantalchipkondensatoren, Chipinduktivitäten, Chip- oder Melfwiderstände, sowie für gekapselte bzw. ungekapselte elektronische Bauelemente und für die sogen. SMD-Technologie. In vorteilhafter Weise ist es auch möglich, den Trägerkörper aus Aluminium mit Durchgangslöchern oder mit Einsenkungen bzw. Erhöhungen auszubilden, und den Aluminiumkörper nach der Ausbildung mit Durchgangslöchern und Einsenkungen oder Erhöhungen oberflächlich zu oxydieren.

Die Oxydation des Aluminiumkörpers wird vorzugsweise auf gal­ vanischem Wege durchgeführt (-Eloxalverfahren). Mit einem der­ artigen an sich bekannten Verfahren werden relativ dicke Ober­ flächenschichten aus Aluminiumoxyd hergestellt, die eine hohe Durchschlagfestigkeit aufweisen. Bei einem derartigen eloxierten Trägerkörper sind jedoch oftmals feine Risse oder Beschädigungen durch äußere Einwirkungen unvermeidlich, so daß es sich als vorteilhaft erwiesen hat, daß beim erfindungsge­ mäßen Verfahren auf dem oxydierten Aluminiumkörper als Kleb­ stoffschicht eine Schicht aus Epoxy-Kleber aufgebracht wird. Ein derartiger Epoxykleber ist in vorteilhafter Weise als sogen. Zweikomponentenkleber ausgebildet, wobei durch das Verhältnis zwischen dem Kleber und dem Härter die Aushärte­ zeit eingestellt werden kann. Durch die Verwendung eines Epoxyklebers wird außerdem der Vorteil erzielt, daß die Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägerkörpers aus Aluminium und der auf dem Trägerkörper be­ festigten Kupferfolie ausgeglichen werden. Dadurch werden auch bei hohen auf die Leiterplatte einwirkenden Leistungen Beschädigungen der Leiterplatte vermieden.

Die Kupferfolie wird auf der Klebstoffschicht vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 10 µm und 1 mm angeordnet. Selbst­ verständlich ist es auch möglich, auf der Klebstoffschicht eine Kupferfolie zu befestigen, deren Dicke größer als 1 mm ist. Die Dicke der auf dem Trägerkörper zu befestigenden Kupferfolie hängt nicht nur von der Betriebsfrequenz der elektronischen Schaltung ab, für welche eine derartige Leiterplatte verwendet wird, sondern vor allem auch von der Linienbreite und dem Linienabstand benachbarter Leiter­ bahnen der Leiterplatte. Je kleiner der Leiterabstand zwischen benachbarten Leiterbahnen ist, umso kleiner ist die Dicke der entsprechend der elektronischen Schaltung zu strukturierenden Kupferfolie. Bei dieser Strukturierung handelt es sich um ein an sich bekanntes Strukturierverfahren, wie beispielsweise einem Fotoätzverfahren. Es ist jedoch auch möglich, von vorneherein auf dem mit einer Klebstoffschicht bedeckten oxydierten Aluminium-Trägerkörper streifenförmige Leiterbahnen zu befestigen. In diesem Fall kann eine nach­ trägliche Strukturierung der Kupferfolie entfallen.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Kupferfolie während der Durchführung des Verfahrensschrittes d) zur Vermeidung einer Oxydation der Kupferfolie in einer Inert­ gasatmosphäre durchgeführt wird. Durch die Anwendung einer Inertgas-Atmosphäre während der Erwärmung des mit der Kupfer­ folie versehenen, oxydierten Aluminiumkörpers zum Aushärten der Klebstoffschicht wird eine Oxydation der Kupferfolie ver­ mieden, so daß es nicht erforderlich ist, die Kupferfolie nach der Befestigung auf dem Trägerkörper in einem eigenen Arbeitsschritt von einer eine Lötung zumindest erschwerenden Oxydschicht zu befreien.

Der Verfahrensschritt d) wird vorzugsweise in einer Unterdruck­ atmosphäre durchgeführt. Bei diesem Unterdruck handelt es sich beispielsweise um ein technisches Vakuum.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere zur Herstellung kostengünstiger Leiterplatte mit oder ohne Durchgangslöcher für die Drahtanschlüsse aktiver bzw. passiver elektronischer Bauelemente, für Bauelemente der SMD-Technologie oder für beliebige andere Anwendungsgebiete angewandt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte, bei dem auf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper eine Kupferfolie be­ festigt und die Kupferfolie anschließend gegebenenfalls entsprechend einer elektronischen Schaltung strukturiert wird, gekennzeichnet durch die Gesamtheit der Verfahrensschritte:

• a) Oxydation eines den Trägerkörper bildenden Aluminiumkörpers an seiner gesamten Oberfläche unter Ausbildung einer elektrisch isolierenden Aluminiumoxydschicht,
• b) Aufbringen einer bei erhöhter Temperatur aushärtenden Klebstoffschicht auf den oxydierten Aluminiumkörper,
• c) Anordnen der Kupferfolie auf der Klebstoffschicht,
• d) Erwärmen des mit der Kupferfolie versehenen oxydierten Aluminiumkörpers zum Aushärten der Klebstoffschicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydation des Aluminiumkörpers auf galvanischem Wege durchgeführt wird (-Eloxalverfahren).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem oxydierten Aluminiumkörper als Klebstoffschicht eine Schicht aus Epoxy-Kleber aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferfolie auf der Klebstoffschicht mit einer Dicke zwischen 10 µm und 1 mm angeordnet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferfolie während der Durchführung des Verfahrens­ schrittes (d) gegen den Aluminiumkörper gepreßt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (d) zur Vermeidung einer Oxydation der Kupferfolie in einer Inertgas-Atmosphäre durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (d) in einer Unterdruck-Atmosphäre durchgeführt wird.