DE60031424T2

DE60031424T2 - Apparat und methode zur herstellung von mehrschichtigen leiterplatten

Info

Publication number: DE60031424T2
Application number: DE60031424T
Authority: DE
Inventors: Tadahiro Sendai-shi Ohmi; Hidetoshi Fujisawa-cho MURAKAMI
Original assignee: DAISHODENSHI KK; Daisho Denshi Co Ltd
Current assignee: DAISHODENSHI KK; Daisho Denshi Co Ltd
Priority date: 1999-08-13
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2020-08-12
Also published as: EP1213953A4; JP4455696B2; DE60031424D1; WO2001013688A1; ATE343314T1; EP1213953A1; TWI224556B; EP1213953B1; KR20020060691A; US7185421B1; JP2001053442A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für mehrlagige, gedruckte Schaltplatinen und eine Produktionsvorrichtung hierfür und insbesondere ein Herstellungsverfahren für mehrlagige, gedruckte Schaltplatinen, das dazu dient, mehrlagige, gedruckte Schaltplatinen herzustellen, welche als Paketelement oder dergleichen zur Aufnahme von Halbleiterbauteilen dient und welches Schichten mit Leiterbahnen aufweist, welche hauptsächlich Metalle niedrigen Widerstands, beispielsweise Kupfer, umfassen sowie Durchgangskontakte, die mit einer Metallpaste oder dergleichen aufgefüllt sind und in der Fläche einer Isolationsschicht ausgebildet sind, welche organische Harze umfasst, sowie eine Produktionsvorrichtung hierfür.
STAND DER TECHNIK
Üblicherweise wird ein Herstellungsverfahren für mehrlagige, gedruckte Schaltplatinen verwendet, welches folgende Verfahrensschritte umfasst:
Laminieren einer inneren Materialschicht (Kernmaterial), in der ein Schaltkreis auf einer dielektrischen Beschichtung ausgebildet ist, und eine äußere Materialschicht (oder leitfähige Folie) mittels eines dazwischenliegend angeordneten Prepregs und Herstellung einer Haftverbindung zwischen der inneren Materialschicht und der äußeren Materialschicht durch eine Druck- und Hitzebehandlung, um das bekannte Mehrschichtsystem zu erzielen.
Im Einzelnen umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte:

1. Ausbilden eines Referenzlochs in der inneren Materialschicht.
2. Ausbilden eines Schaltkreises mittels Ätzen (lithographischer Prozess) der Kupferfolie der inneren Schicht.
3. Schwarzoxid-Behandlung des Kupfers. Die Schwarzoxid-Behandlung wird mit dem Ziel ausgeführt, die Benetzungsfähigkeit durch das Harz zu verbessern, indem durch die Oxidation der Oberfläche der Kupferfolie eine teppichartiger Flor zur Verbesserung der Klebefestigkeit zwischen der Kupferfolie und dem Prepreg ausgebildet wird, wobei dies insbesondere durch folgende Schritte gelingt: Entfettung → schonendes Anätzen (Anrauen der Oberfläche des Schaltkreises auf dem Kernmaterial, um die Schicht für eine Schwarzoxid-Behandlung vorzubereiten) → Schwefelsäurewaschung (diese dient dem Zweck, die beim sanften Ätzschritt erzeugten Verschmutzungen zu entfernen, gefolgt von einem Waschschritt) → Vorbehandlung (predep./übliche chemische Behandlung, um ein Einschleppen von Flüssigkeit in den Behälter für die Schwarzoxid-Behandlung zu verhindern) → Schwarzoxid-Behandlung → Trocknungsschritt (Entfernung der Feuchtigkeitsschicht aus der Schwarzoxid-Behandlung)
4. Pressschritt für das Laminieren
5. Herstellung eines Durchgangslochs
6. Schichtausbildung auf der Innenwandung und des Durchgangslochs
7. Ausbildung eines Schaltkreises durch das Ätzen der Kupferfolie der äußeren Schicht (fotolithographischer Prozess)
8. Formbearbeitung.

Der Pressschritt für das Laminieren besteht im Aushärten und Anhaftenlassen eines nicht ausgehärteten Harzes für ein Prepreg durch eine Druck- und Hitzebehandlung eines bei einer Schwärzungsbehandlung unterzogenen Kernmaterials, eines Prepregs und einer äußeren Materialschicht (oder einer Kupferfolie).
Üblicherweise wird für den Fall, dass als Prepreg ein Epoxidharz verwendet wird, der Pressschritt für das Laminieren mit einem Druck von 20 bis 40 kg/cm² und einer Temperatur ausgeführt, welche 170°C entspricht oder diese übersteigt und zwar für eine 20-minütige Anwendung oder länger.
Allerdings wies das voranstehend beschriebene konventionelle Herstellungsverfahren deshalb Mängel auf, da das Harz nach dem Aushärten in großen Quantitäten ausfloss und die Materialstärke der Platine ungleichmäßig war, was deren Verarbeitbarkeit behinderte.
Andererseits ist in jüngerer Zeit für hochintegrierte, mehrlagige, gedruckte Schaltplatinen eine Schwarzoxid-Behandlung notwendig geworden. Zur Erfüllung dieser Anforderungen wurde daher die sogenannte Blindloch-Durchgangskontakt-Technologie entwickelt. Diese besteht in einer vorausgehenden Herstellung (vor dem Verpressen für die Laminierung) eines Durchgangslochs in der Isolatorschicht der inneren Lage, gefolgt von einer Abdeckung des Durchgangslochs mit Kupfer oder einem Auffüllen des Durchgangslochs mit einer leitfähigen Paste (eines thermisch aushärtbaren Harzes gemischt mit einem leitfähigen Puder), um einen Durchgangskontakt zu erzielen. Diese Technologie erlaubt die Realisierung einer intensiven Schwarzoxid-Behandlung für eine mehrlagige, gedruckte Schaltplatine.
Für den Fall, dass das voranstehend beschriebene konventionelle Herstellungsverfahren für mehrlagige, gedruckte Schaltplatinen für die Blindloch-Durchgangskontakt-Technologie angewandt wurde, hat sich jedoch das Problem einer nur unzureichenden Füllung der Durchgangslöcher, verursacht durch Fluchtungsfehler zwischen den vielzähligen Lagen, ergeben.
Die vorliegende Erfindung löst die sich aus der voranstehend beschriebenen konventionellen Technologie ergebenden Probleme und hat als Aufgabe, ein Herstellungsverfahren für mehrlagige, gedruckte Schaltplatinen anzugeben, bei denen kein Ausfluss von Harz auftritt und für das die Probleme einer schwankenden Platinenstärke und von Fluchtungsfehlern ausgeräumt sind.
Folglich besteht eine Aufgabe darin, ein Herstellungsverfahren für eine mehrlagige, gedruckte Schaltplatine anzugeben, welche eine Vielzahl von Schichten aufweist, die präzise miteinander verbunden sind, sowie eine Herstellungsvorrichtung, die eine hohe Produktivität und eine hohe Ausfallsicherheit gewährleistet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Herstellungsvorrichtung für eine mehrlagige, gedruckte Schaltplatine anzugeben, die zu einer geringfügigen Schwankungsbreite der Platinenstärke führt, die Bearbeitbarkeit verbessert und Fluchtungsfehler eliminiert.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Das Herstellungsverfahren für eine mehrlagige, gedruckte Schaltplatine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Verfahrensschritte des Aufeinanderstapelns einer Schichtpressplatte, die mit einer leitfähigen Folie oder einem Leiter zur Ausbildung einer äußeren Schicht abgedeckt ist, einem Prepreg und einer Schichtpressplatte, die mit einem Leiter zur Ausbildung einer inneren Schicht abgedeckt ist, gefolgt von einem Aushärtungsschritt für das Prepreg in einer Druck- und Hitzebehandlung, wobei als charakteristisches Merkmal vorliegt, dass vor der Ausführung der Druck- und Hitzebehandlung zur Eliminierung von Verunreinigungen auf die Oberfläche der Schichtpressplatte, die zur Ausbildung einer äußeren Schicht mit einer leitfähigen Folie oder einem Leiter bedeckt ist, dem Prepreg und der Schichtpressplatte, die zur Ausbildung einer inneren Schicht mit einem Leiter bedeckt ist, Gas aufgesprüht wird.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für eine mehrlagige, gedruckte Schaltplatine umfasst die Verfahrensschritte der Herstellung einer Vielzahl von Leiterplatinen mit aus leitfähiger Folie ausgebildeten Schaltkreisen, die Durchgangslöcher aufweisen, welche mit Kupfer abgedeckt oder mit einer leitfähigen Paste aufgefüllt sind, und die Herstellung eines mehrschichtigen Aufbaus durch eine Druck- und Hitzebehandlung der Vielzahl der aufeinander gestapelten Leiterplatinen, wobei das Charakteristikum darin besteht, dass zur Eliminierung von Verunreinigungen Gas auf die Oberfläche der Leiterplatinen aufgesprüht wird.
Die erfindungsgemäße Herstellungsvorrichtung für mehrlagige, gedruckte Schaltplatinen umfasst einen beweglichen Tisch zur Laminierung und die wechselseitige Druckbeaufschlagung der ausgeformten Einzelkomponenten und Mittel zur Erhitzung der ausgeformten Einzelkomponenten, wobei als Charakteristikum der Arbeitraum, in dem die Druckbeaufschlagung der ausgeformten Einzelkomponenten vollzogen wird, hermetisch abgeschlossen ist und im abgeschlossenen Arbeitsraum ein Einlass für die Zuführung von Gas und ein Auslass für das Abführen von Gas vorgesehen ist.
WIRKUNGSPRINZIP
Im Folgenden soll das Wirkungsprinzip der vorliegenden Erfindung zusammen mit den Erkenntnisschritten zur Realisierung der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
Für die bisherigen Herstellungsverfahren von mehrlagigen, gedruckten Schaltplatinen lag ein signifikanter Fluss von Harz vor, die Variation der Platinenstärke war signifikant, die Bearbeitbarkeit verringert und es traten Fluchtungsfehler auf, wobei die Erfinder die hierzu führenden Gründe sorgfältig studierten und herausfanden, dass die Ursache hierfür die auf den Oberflächen der ausgeformten Einzelkomponenten (äußere Materialschicht, leitfähige Folie, innere Materialschicht, Prepreg oder weitere) verbleibenden Verunreinigungen (insbesondere Feuchtigkeit) darstellen.
Kurz gesagt wird sich auf den Oberflächen eine Feuchtigkeitsschicht ausbilden, bevor der Pressschritt für die Laminierung durchgeführt werden kann, denn die innere Materialschicht wird einer Schwarzoxid-Behandlung, welche eine Behandlung mit Flüssigkeit darstellt, unterzogen. Obwohl ein Entfernungsschritt für die Feuchtigkeit durch Trocknung (bei 120°C) nach der Schwarzoxid-Behandlung durchgeführt wurde, gelang es nicht, die Feuchtigkeit in einem hinreichenden Maße zu entfernen. Außerdem führte die Exposition gegenüber der Umgebungsatmosphäre zwischen dem Trocknungs- und dem Pressschritt zur Laminierung zur Ablage eines Feuchtigkeitsfilms.
Im Falle eines Pressschritts zur Laminierung mit einem vorliegenden Feuchtigkeitsfilm auf den Oberflächen der ausgeformten Einzelkomponenten trat der Effekt eines Abblätterns oder einer Blasenbildung auf.
Daher war es zwingend notwendig, den Anpressdruck zu erhöhen, um eine vollflächige Laminierung und eine Aufrechterhaltung der Anhaftkräfte sicherzustellen, entsprechend wurden hohe Anpressdrücke, beispielsweise 20 bis 40 kg/cm², verwendet.
Derart hohe Anpressdrücke führten jedoch zu einem Fließen des Harzes und erzeugten unterschiedliche Probleme.
Andererseits wurde für den Fall, dass Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen eliminiert wurden, gefunden, dass die Anhaftungskräfte auch bei Anwendung geringer Anpressdrücke aufrechterhalten werden konnten.
Zur Eliminierung der Verunreinigungen war es ausreichend, die Oberflächen der ausgeformten Einzelkomponenten mit einem Gas abzublasen. Der Arbeitsraum für das Ausführen des Pressschritts für die Laminierung wird dadurch gereinigt, dass dieser zunächst verschlossen wird und dann Gas in diesen Arbeitsraum eingeblasen wird, woraufhin Feuchtigkeit und weitere Verunreinigungen von den Oberflächen der ausgeformten Einzelkomponenten durch das Gas mitgenommen werden und diese entsprechend von diesen Oberflächen entfernt werden. Als Gas wird bevorzugt ein inertes Gas verwendet, insbesondere Argongas und Stickstoffgas. Insbesondere ist die Konzentration an Verunreinigungen im verwendeten Gas gleich oder kleiner 50 ppb und mehr bevorzugt von gleich oder kleiner 10 ppb. Die Verwendung eines solchermaßen hochreinen Gases verhindert, dass Verunreinigungen durch das Gas eingetragen werden. Der Druck des Gases kann als ein üblicher Druck gewählt werden.
Ferner wird das Gas bevorzugt mit einer Richtung aufgeblasen, welche horizontal zu dem für die Laminierung vorgesehenen Flächen der ausgeformten Einzelkomponenten ausgerichtet ist.
Ferner wird bevorzugt, die ausgeformten Einzelkomponenten beim Aufblasen des Gases aufzuheizen. Als Heiztemperatur wird bevorzugt 60 bis 70°C verwendet. Eine exzessiv hoch gewählte Temperatur härtet das Prepreg aus.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine Schnittansicht einer Herstellungsvorrichtung für mehrlagige, gedruckte Schaltplatinen gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dar;
2 zeigt ein Flussdiagramm, welches die Verfahrensschritte für das Herstellungsverfahren für mehrlagige, gedruckte Schaltplatinen gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darstellt; und
3 zeigt in Schnittdarstellungen die Etappen für das Herstellungsverfahren der mehrlagigen, gedruckten Schaltplatinen gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.

2a, 2b: Pressform (Abdeckung)
3a, 3b: korrosionsfeste Druckplatte
4a, 4b: Schichtpressplatte mit einer Abdeckung aus Kupfer zur Ausbildung
: der äußeren Schicht
5: Prepreg
6: Schichtpressplatte mit einer Abdeckung aus Kupfer zur Ausbildung
: der inneren Schicht
7a, 7b: Heizer oder Heizung mittels eines Wärmetransferöls
9: Auslass
10: Einlass
11: Arbeitsraum
13: Gas
14: Heizer
15: Gaszufuhrrohr

BEVORZUGTE AUSGESTALTUNG DER ERFINDUNG
(Schichtpressplatte überzogen mit einem elektrischen Leiter zur Ausbildung der inneren Schicht)
Die mit einem elektrischen Leiter überzogene Schichtpressplatte zur Ausbildung der inneren Schicht bildet das innere Schichtmaterial, wobei vorliegend diese innere Schicht eine Signalebene, eine Spannungsversorgungsebene, eine Erdungsebene und weitere Leitermuster umfasst, die sich innerhalb der Schichtpressplatte befinden und die sich unterscheiden von jenen Leitungsmustern, die sich auf den Außenseiten der mehrlagigen, gedruckten Schaltplatine, welche die Ober- und Unterseite darstellen, befinden.
Die Leiterbahnen bestehen im Allgemeinen aus Kupfer oder einer Kupferverbindung. Weiterhin werden als Leiter beispielsweise Silber, Aluminium, Gold oder Verbindungen, welche ein oder mehrere der vorgenannten enthalten, und eine NiCr-Verbindung oder dergleichen, verwendet.
Bevorzugt wird die Anwendung einer Oberflächenbehandlung für die Schaltkreise der inneren Schicht. Die Oberflächenbehandlung der Schaltkreise der inneren Schicht stellt eine Behandlung der Oberfläche dar, die dazu führt, dass sich auf der Oberfläche der Leiter ein feines Relief ausbildet, um ein Anhaften auf den Schaltkreisen der inneren Schicht zu verbessern. Hierzu lassen sich eine Schwarzoxid-Behandlung, ein Kupferoxid-Reduktionsverfahren, ein Mikroätzverfahren, ein stromloses Verfahren und eine Doppelbehandlung der Kupferfolie (DT-douple-treetment) oder weitere aufzählen.
Als Grundelement (innere Materialschicht) zur Abdeckung der in der Schichtpressplatte aufgenommenen elektrischen Leiter werden wärmeaushärtende Harze, wie beispielsweise Epoxidharz, Polyimidharz oder andere Harze verwendet, die in der Schichtpressplatte zum Imprägnieren von Glas, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid oder weiterer Keramiken verwendet werden.
(Schichtpressplatte abgedeckt mit einem elektrischen Leiter zur Ausbildung der äußeren Schicht)
Die äußere Schicht stellt eine Lage von Leiterstrukturen auf beiden Seiten der mehrlagigen, gedruckten Schaltplatine dar.
Der elektrische Leiter entspricht jenem für die Schichtpressplatte, die mit einem elektrischen Leiter zur Ausbildung der inneren Schicht abgedeckt ist.
Anstatt der Schichtpressplatte mit der Abdeckung in Form eines elektrischen Leiters zur Ausbildung der äußeren Schicht kann eine elektrische Leiterfolie verwendet werden.
(Prepreg)
Diese stellt eine Haftschicht dar, welche halbfest bis zu einem B-Zustand durch das Imprägnieren eines Glasfasergewebes als Versteifungsmaterial mit einem hitzeaushärtenden Harz hergestellt wird.
Als hitzeaushärtendes Harz können Phenolharz, Epoxidharz, Polyimidharz, modifiziertes Polyimidharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Silikonharz, Polyurethanharz, ungesättigtes Polyesterharz, Acrylharz oder weitere genannt werden.
Zusätzlich können mit diesen Füllstoffe kombiniert werden, um die Materialfestigkeit der Platine zu verbessern.
(Durchgangsloch)
Für den Fall der Ausbildung eines Durchgangslochs nach dem Pressschritt für die Laminierung, kann die Lochausbildung mittels eines Bohrers oder dergleichen ausgeführt werden, woraufhin die Innenwandung des Durchgangslochs beschichtet wird.
Falls ein Öffnungsloch für einen Via-Kontakt hergestellt wird, wird die Lochbildung im Prepreg mittels einer allgemein bekannten Methode, beispielsweise Bohren, Ausstechen, Sandstrahlverfahren, Laserbearbeitung oder dergleichen hergestellt werden.
Als nächstes wird die Innenseite des Lochs mit Kupfer beschichtet oder mit einer elektrisch leitfähigen Paste aufgefüllt. Die elektrisch leitfähige Paste wird durch das Verkneten eines elektrisch leitfähigen Pulvers mit einem Binder aus einem thermisch leitfähigen Harz hergestellt. Als elektrische Leiter finden Kupfer, Silber, Aluminium oder andere Metalle Verwendung. Als hitzeaushärtende Harze werden die voranstehend genannten verwendet.
Die Innenseite des Lochs wird mit einer ausreichenden Menge der elektrisch leitfähigen Paste aufgefüllt und die elektrisch leitfähige Paste wird ausgehärtet und durch eine Politur oder ein entsprechendes Verfahren geebnet.
Als Durchgangsloch werden Löcher mit einem Durchmesser von 30 μm mit einem Intervallabstand von 30 μm geöffnet.
Während der Versatz der Durchgangslöcher gemäß des Stands der Technik bis zu 150 μm betrug, ist es für die vorliegende Erfindung möglich, diesen Versatz für die Durchgangslochkontakte bis auf ± 20 μm zu reduzieren, wobei kleine Verbindungsfehler auch für einen Lochdurchmesser von 50 μm und einem Intervallabstand von 50 μm entstanden.
(Eliminieren von Verunreinigungen)
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Verunreinigungen, in der Hauptsache Feuchtigkeit, von der Oberfläche der ausgeformten Einzelkomponenten vor der Ausführung des Pressschritts zur Laminierung entfernt. Die vorgefertigten Einzelkomponenten werden in den Arbeitsraum zur Ausführung des Pressschritts für die Laminierung eingeführt, bevor die Verunreinigungen entfernt werden. Kurz gesagt, werden nach der Anordnung der ausgeformten Einzelkomponenten im Arbeitsraum die Verunreinigungen von deren Oberfläche durch ein Einblasen von Gas hoher Reinheit in den Arbeitsraum mit einer nachfolgenden Durchspülung des Arbeitsraums entfernt. Die Zeitdauer des Durchspülens und dessen Frequenz sind nicht notwendigerweise offensichtlich, jedoch kann das Verhältnis zwischen Zeitdauer und Frequenz und dem Grad der Entfernung der Feuchtigkeit zuvor anhand eines Experiments mit einer realen Pressmaschine ermittelt werden, woraufhin basierend auf diesen Resultaten eine Entscheidung getroffen werden kann.
Es ist die Tatsache zu würdigen, dass es wichtig ist, die Verunreinigungen unmittelbar vor der Ausführung des Pressschritts zur Laminierung zu eliminieren. Der Grund hierfür ist der Umstand, dass auch für den Fall einer Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Arbeitsraum für die Durchführung des Pressschritts zur Laminierung Verunreinigungen, wie beispielsweise Feuchtigkeit, sich sofort auf der Oberfläche der ausgeformten Einzelkomponenten anlagert, falls diese einer Umgebungsatmosphäre während eines anderweitigen Transportschritts zum Arbeitsraum für die Ausführung des Pressschritts für die Laminierung ausgesetzt sind. Dies gilt sogar auch für einen Reinraum. Jedoch kann die Wirkung der vorliegenden Erfindung auch dadurch erzielt werden, dass die Verunreinigungen außerhalb des Arbeitsraums für die Durchführung des Pressschritts zur Laminierung entfernt werden und nachfolgend die ausgeformte Einzelkomponenten in einer Transportbox oder dergleichen aufgenommen werden, welche einen Innenbereich aufweist, der von der Umgebungsatmosphäre abgeschlossen ist, und ein solcher Transport zum Arbeitsraum für den Pressschritt zur Laminierung durchgeführt wird.
Als Gas wird ein Trockengas bevorzugt, welches keine Feuchtigkeit enthält. Zusätzlich wird bevorzugt, ein aufgeheiztes Gas zu verwenden. Beispielsweise sind Gastemperaturen von 60 bis 70°C zu bevorzugen.
Anzumerken ist, dass es notwendig ist, Zwischenräume zwischen den ausgeformten Einzelkomponenten vorzusehen, um die Entfernung von Verunreinigungen im Arbeitsraum vor der Ausführung des Pressschritts für die Laminierung zu realisieren, beispielsweise kann ein Greifer zum Halten einer ausgeformten Einzelkomponente an einem ihrer Eckbereiche oder einer Seitenfläche vorgesehen sein, welcher ein- und ausrückbar ist. Im Zustand, bei dem die ausgeformte Einzelkomponente vom Greifer gehaltert wird und sonst nicht aufliegt, wird Gas zur Entfernung von Verunreinigungen eingeblasen und nach der Eliminierung der Verunreinigungen der Greifer zurückgezogen, woraufhin die ausgeformten Einzelkomponenten miteinander laminiert werden, bevor der Pressschritt für die Laminierung ausgeführt wird.
(Pressschritt zur Laminierung)
Für die vorliegende Erfindung wird ein Anpressdruck zur Ausführung des Pressschritts zur Laminierung angewandt, welcher niedriger ist als der verwendete Druck gemäß dem Stand der Technik, wobei bevorzugt 15 kg/cm² verwendet wird. Durch eine mehrlagige, gedruckte Schaltplatine kann so eine gute Haftverbindung ohne das Vorliegen eines Blasenauswurfs auch bei solchermaßen klein gewählten Drücken erzielt werden.
Der Pressschritt für das Laminieren kann mit einer der folgenden Methoden ausgeführt werden: Stift-Laminierungsverfahren, Massen-Laminierungsverfahren oder sequenzielles Laminierungsverfahren.
(Vorrichtung für das Laminieren)
1 zeigt eine Herstellungsvorrichtung für mehrlagige, gedruckte Schaltplatinen gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung umfasst die Abdeckungen 2a, 2b für das Laminieren und die Druckbeaufschlagung der ausgeformten Einzelkomponenten (Schichtpressplatten abgedeckt mit Kupfer zur Ausbildung der äußeren Schichten 4a, 4b, Schichtpressplatte abgedeckt mit Kupfer, zur Ausbildung der inneren Schicht 6) und Mittel zum Aufheizen der ausgeformten Einzelkomponenten 4a, 4b, 6 (Heizer 7a, 7b), ein Arbeitsraum 11 zur Druckbeaufschlagung der ausgeformten Einzelkomponenten 4a, 4b, 6, der verschließbar ist, wobei der verschließbare Arbeitsraum 11 mit einem Einlass für die Zufuhr von Gas 13 und einem Auslass 9 für den Ablass des Gases ausgestattet ist.
Gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Einlass 10 an zwei verschiedenen Stellen vorgesehen und so angeordnet, dass das Gas parallel zur laminierten Oberfläche der ausgeformten Einzelkomponenten 4a, 4b, 6 eingeblasen wird. Es können zwei oder mehr Einlässe 10 installiert sein.
Zusätzlich wird ein Heizer 14 für das Aufheizen des Gases verwendet, der in der Mitte des Gaszufuhrrohrs 15 untergebracht ist.
Zusätzlich ist der Auslass 9 im Verhältnis zum Einlass 10 auf der gegenüberliegenden Seite des Arbeitsraums 11 vorgesehen. Als Folge wird ein Umwälzen des Gases unterdrückt und die Verunreinigungen können effizienter entfernt werden.
Beispiele:
(Beispiel 1)
Mit Kupfer abgedeckte Schichtpressplatten zur Ausbildung der äußeren Schichten 4a, 4b, eine mit Kupfer abgedeckte Schichtpressplatte für die innere Schicht 6 und ein Prepreg 5 als Klebeschicht werden hergestellt, aufeinander gestapelt und mit einem Referenzloch 10 versehen.
Für dieses Ausführungsbeispiel wurde ein Epoxidharz für die Ausbildung der äußeren Materialschichten der mit Kupfer bedeckten Schichtpressplatten für die äußeren Schichten 4a, 4b verwendet und entsprechend als inneres Schichtmaterial eine mit Kupfer abgedeckten Schichtpressplatte für die innere Schicht 6. Ferner wurde als Prepreg ein mit Epoxidharz getränktes Glasfasertuch verwendet.
Nach der Ausbildung des Referenzlochs wird nur die mit Kupfer bedeckte Schichtpressplatte zur Ausbildung der inneren Schicht 6 herausgenommen und ein der inneren Schicht zugeordnetes Muster entsprechend des Systemdesigns darauf ausgeformt.
Daraufhin wird die Oberfläche der Kupferfolie mit dem der inneren Schicht zugeordneten Muster im Rahmen einer Aufrauungsbehandlung mit Schwarzoxid abgedeckt.
Das Prepreg wird zwischen der mit Kupfer abgedeckten Schichtpressplatte für die innere Schicht 6 und den mit Kupfer abgedeckten Schichtpressplatten zur Ausbildung der äußeren Schichten 4a, 4b eingelegt.
Es werden jedoch Zwischenräume zwischen den mit Kupfer abgedeckten Schichtpressplatten für die äußeren Schichten 4a, 4b und der mit Kupfer abgedeckten Schichtpressplatte für die innere Schicht 6 und dem Prepreg 5 vorgesehen und Gas aufgeheizt auf eine Temperatur von 70°C wird in den Arbeitsraum 11 über den Einlass 10 eingeführt und streicht parallel an den laminierten Flächen entlang. Anzumerken ist, dass beispielsweise die Eckbereiche der Schichten so ausgebildet werden können, dass diese von einer Spitze getragen werden, um einen Abstand zwischen den mit Kupfer abgedeckten Schichtpressplatten für die äußeren Schichten, der mit Kupfer abgedeckten Schichtpressplatte für die innere Schicht und dem Prepreg zu erzielen.
Ein Führungsstift wird durch das Referenzloch, das im vorhergehenden Schritt geöffnet wurde, eingeführt und verhindert einen gegenseitigen Fluchtungsfehler zwischen den jeweiligen Leitermustern der Schichten.
Der Pressdruck wird mittels korrosionsbeständiger Druckplatten 3a, 3b aufgebracht und der Pressschritt zur Laminierung vollzogen. Eingestellt wurde eine Temperatur von 170°C für eine Zeitdauer von 30 Minuten und einem Anpressdruck von 15 kg/cm².
Die Menge des aus der Platine herausgedrückten Harzes nach der Ausführung des Pressschritts zur Laminierung wurde als 1 mm oder weniger bestimmt.
Als nächstes wird das Kupfer der äußeren Schicht mit einer allgemein bekannten Methode geätzt, um ein Leitermuster auszubilden.
Es wurden die nachfolgend dargestellten Testversuche mit einer mehrlagigen, gedruckten Schaltplatine ausgeführt, welche gemäß der voranstehenden Beschreibung hergestellt wurde. Zusammengefasst wurde die mehrlagige, gedruckte Schaltplatine für vier Stunden gekocht, in Lötzinn einer Temperatur von 260°C für 20 Sekunden eingetaucht, um zu sehen, ob eine Abblätterung oder ein Blasenwurf auftritt.
Als Resultat wurde ermittelt, dass kein Abblättern oder kein Blasenwurf feststellbar war.
Zu beachten ist, dass für den Fall, dass der Anpressdruck auf einen Wert von 10 kg/cm² eingestellt wird, entsprechend kein Abblättern und kein Blasenwurf feststellbar war, für den Fall einer Einstellung mit 8 kg/cm² wurde jedoch ein geringer Blasenwurf ermittelt.
(Beispiel 2)
Für dieses Beispiel wurde die Laminierung mit einem sequentiellen Laminierungsverfahren gemäß der Darstellung in 2 ausgeführt.
Auch für dieses Beispiel war die zwischen aneinander grenzenden Lagen austretende Menge von Harz 1 mm oder weniger. Zusätzlich traten kein Abblättern und keine Blasenbildung auf.
(Beispiel 3)
Für dieses Beispiel wurde ein Durchgangsloch 21 mit einem Durchmesser von 50 μm in einer Schichtpressplatte aus mit Kupfer bedecktem Epoxidharz (Materialstärke 80 μm) ausgebildet und mit einer aus einem Kupferpuder und Zellulose hergestellten Kupferpaste 22 aufgefüllt und getrocknet.
Weiterhin wurde ein Schaltkreismuster 23 auf der mit Kupfer abgedeckten Schichtpressplatte 20 mit einem allgemein bekannten Verfahren ausgebildet, um eine einzelne Leiterplatine 24 (3(d)) zu erhalten.
Einzeln vorliegende Schaltplatinen 24a, 24b wurden entsprechend des voranstehend genannten Verfahrens hergestellt.
Drei einzelne Schaltplatinen 24a, 24b, 24c und ein Prepreg wurden in eine Herstellungsvorrichtung für mehrlagige, gedruckte Schaltplatinen entsprechend der Darstellung gemäß 1 eingebracht und ein, Argongas mit einem Verunreinigungsgehalt von 10 ppb oder weniger wurden in den Arbeitsraum 11 eingeblasen. Die Temperatur des Argongases wurde auf 70°C eingestellt.
Im nächsten Schritt wurden die Pressformen 2a, 2b auf 70°C aufgeheizt und mit einem Anpressdruck von 15 kg/cm² beaufschlagt. Daraufhin wurde eine Untersuchung bezüglich eines Abblätterns oder einer Blasenbildung entsprechend zum Ausführungsbeispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch kein Abblättern und keine Blasenbildung feststellbar war.
Zusätzlich wurde die Deformation oder der Fluchtungsfehler der Leiter im Durchgangsloch gemessen, woraufhin ein Fluchtungsfehler von 20 μm oder weniger aufgefunden wurde.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine mehrlagige, gedruckte Schaltplatine herzustellen, die frei von einem Abblättern und einer Blasenbildung ist und welche einen deutlich verringerten Fluchtungsfehler für die Leiter in den Durchgangslöcherns verglichen zum Stand der Technik aufweist.

Claims

Herstellungsverfahren für eine mehrlagige gedruckte Schaltplatine, umfassend die Verfahrensschritte eines Übereinanderstapelns der Komponenten der gedruckten Schaltplatine, umfassend eine Schichtpressplatte, die mit einer leitfähigen Folie oder einem Leiter für eine äußere Schicht, ein Prepreg und eine Schichtpressplatte, die mit einem Leiter zur Ausbildung einer inneren Schicht bedeckt ist, und die nachfolgende Herstellung des Prepreg durch Druckbeaufschlagung und Erhitzung, wobei unmittelbar vor der Druckbeaufschlagung und der Erhitzung ein Strom trockenen Gases auf die Oberflächen der Komponenten der gedruckten Schaltplatine aufgebracht wird.
Herstellungsverfahren für eine mehrlagige gedruckte Schaltplatine nach Anspruch 1, wobei das trockene Gas ein erhitztes Gas ist.
Herstellungsverfahren für eine mehrlagige gedruckte Schaltplatine, wobei die Komponenten der gedruckten Schaltplatine eine Vielzahl von Platinen mit Leiterbahnen umfassen, die einen Schaltkreis mit einer leitfähigen Folie ausbilden und welche Durchgangslöcher mit Durchgangskontaktierungen aufweisen.
Herstellungsverfahren für eine mehrlagige gedruckte Schaltplatine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Druck bei der Druckbeaufschlagung 10–15 kg/cm² ist.
Vorrichtung zur Herstellung einer mehrlagigen gedruckten Schaltplatine, umfassend einen beweglichen Tisch zum Laminieren und zur wechselseitigen Druckbeaufschlagung der ausgeformten Einzelkomponenten und Mittel zur Erhitzung der ausgeformten Einzelkomponenten, wobei der Bauraum zur Druckbeaufschlagung der ausgeformten Einzelkomponenten hermetisch abgeschlossen ist und der abgeschlossene Bauraum einen Einlass zur Zufuhr von Gas aufweist und einen Auslass zur Abfuhr des Gases und Mittel zur Erzeugung eines Stroms trockenen Gases vom Einlass zum Auslass, um Verunreinigungen von den ausgeformten Einzelkomponenten zu entfernen.
Vorrichtung zur Herstellung einer mehrlagigen gedruckten Schaltplatine nach Anspruch 5, wobei der Einlass parallel zur laminierten Fläche des Formwerkzeugs ausgerichtet ist.