DE68926055T2

DE68926055T2 - Herstellungsverfahren einer mehrschichtigen Leiterplatte

Info

Publication number: DE68926055T2
Application number: DE68926055T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Eimura; Masaki Kinoshita; Takao Ohiwa; Eiki Takahashi; Osamu Teshigawara; Kazuo Yamashita
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2009-12-29
Also published as: EP0607534A3; EP0607532A3; EP0379736B1; DE68928150D1; EP0607534A2; ES2104023T3; EP0607532A2; EP0379736A1; CA2006776C; ES2085098T3; DE68926055D1; DE68921732T2; ES2069570T3; DE68921732D1; EP0607532B1; KR940009175B1; DE68928150T2; EP0607534B1; CA2006776A1; US5031308A

Description

1. Bereich der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Leiterplatte (nachfolgend "PWB" genannt) wie beispielsweise aus dem US-A-3 795 047 bekannt.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Es wurden schon früher Versuche gemacht, um Schaltkreiselemente auf ein Substrat mit hoher Konzentration anzuordnen, um eine integrierte Schaltplatte auszuführen.
Bis heute war es bekannte Praxis, ein mehrschichtiges PWB zu verwenden, in welchem isolierende und leitende Schichten abwechselnd übereinander angeordnet sind. Ein anderes bekanntes Verfahren ist, eine mehrschichtige, gedruckte Schaltung (nachfolgend "mehrschichtiges PCB" genannt) zu verwenden, in welcher verschiedene Schaltungselemente auf und/oder in einem mehrschichtigen PWB angeordnet sind.
Die mehrschichtigen PWBs und PCBs sind insbesondere bei Ausführung einer kompakten und hochkonzentrierten Schaltung hoher Frequenz nützlich, so wie ein 400 MHz Band, 800-900 MHz Band und 1,5 GHz Band, wie beispielsweise in Autotelefonen und tragbaren Telefonen.
Bei der Herstellung eines mehrschichtigen PWB oder PCB ist es bekannt, eine Vielzahl von PWBs durch Übereinanderschichten zu verbinden.
Wie vom Stand der Technik gut bekannt, wird ein PWB durch Vorsehen einer leitenden Schicht auf der Oberfläche eines isolierenden Substrats und Bildung einer zusätzlichen leitenden Schicht darüber in einem gewünschten Muster entsprechend dem Bedarf hergestellt. Beispielsweise wird eine Kupferfolie oder eine leitende Paste für die leitende Schicht verwendet.
Ein PWB mit einer leitenden Schicht auf nur einer der entgegengesetzten Seiten wird ferner als ein einseitiges PWB bezeichnet, während ein PWB mit einer leitenden Schicht auf jeder der entgegengesetzten Seiten als doppelseitiges PWB bezeichnet wird.
Die Fig. 13 bis 15 sind Querschnittsansichten, welche die fortschreitenden Herstellungsschritte eines mehrschichtigen PWB entsprechend dem typischen herkömmlichen Verfahren zeigen, welches nun genauer beschrieben wird. Die herkömmliche Herstellung eines mehrschichtigen PCB ist ähnlich jener eines mehrschichtigen PWB, außer einem zusätzlichen Schritt des Einsetzens von Schaltungselementen, und daher wird aus Gründen der Klarheit an dieser Stelle dessen detaillierte Beschreibung weggelassen.
In Fig. 13 sind zwei einseitige PWBs 10, 12, ein zweiseitiges PWB 14, und zwei haftende Zwischenschicht-Folien 16, 18 dargestellt.
Jedes der einseitigen PWBs 10, 12 besteht aus einem isolierenden Substrat 20, 22 und einer leitenden Schicht 24, 25 in der Form einer Kupferfolie, die auf einer Seite des isolierenden Substrats 20, 22 angebracht ist. Die leitende Schicht 24, 25 weist kein Muster auf.
Das doppelseitige PWB 14 besteht aus einem isolierenden Substrat 26 und einer leitenden Schicht 28, 30, die auf jeder der entgegengesetzten Seiten des isolierenden Substrats 26 aufgebracht ist. Die leitende Schicht 28, 30 wurde davor in einem Muster, das zur Ausführung einer gewünschten Schaltung notwendig ist, geformt.
Die leitende Schicht 24, 25 hat beispielsweise eine Dicke von ca. 18 bis 35 µm, während die leitende Schicht 28, 30 beispielsweise eine Dicke von ca. 70 µm besitzt. Somit ist die leitende Schicht 28, 30 in der Dicke größer als die leitende Schicht 24, 25, um die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen den leitenden Schichten 28, 30 und den Durchgangslöchern nach der nachfolgend beschriebenen Durchgangsloch-Formung sicherzustellen.
Die haftende Zwischenschicht-Folie 16, 18 ist eine dünne Platte, die allgemein "prepreg" genannt wird. Die haftende Zwischenschicht-Folie 16, 18 ist aus einem Epoxidharz-Material geformt, das unter einer vorgegebenen Aushärtbedingung (beispielsweise Temperatur und Zeit) aushärtbar ist. Im allgemeinen ist dieses Material sehr bekannt für haftende Zwischenschicht-Folien.
Diese Komponenten werden in der Produktion zuerst übereinander angeordnet.
Wie beispielsweise in Fig. 13 gezeigt, werden das einseitige PWB 10, die haftende Zwischenschicht-Folie 16, das doppelseitige PWB 14, die haftende Zwischenschicht-Folie 18 und das einseitige PWB 12 in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet.
Des weiteren ist die leitende Schicht 24 des einseitigen PWB 10 nach oben gerichtet, während die leitende Schicht 25 des anderen einseitigen PWB 12 nach unten gerichtet ist.
Diese beiden einseitigen PWBs 10, 12 sind nämlich derart angeordnet, daß ihre jeweiligen leitenden Schichten 24, 25 nach außen in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind.
In dieser übereinandergeschichteten Lage werden alle die übereinandergeschichteten Komponenten bei einer vorgegebenen Temperatur für eine vorgegebene Zeit erhitzt und mit einem Druck in der Richtung der Übereinanderschichtung beaufschlagt. Dabei kommen die angrenzend übereinandergeschichteten Teile miteinander in Berührung.
Beispielsweise werden alle die übereinandergeschichteten Komponenten zwischen ein Paar flacher Edelstahlplatten in Richtung der Übereinanderschichtung geklemmt und mit einem Druck von 30 kg/cm² gepreßt. Dabei werden sie mit einer Temperatur höher als eine Aushärtungstemperatur der haftenden Zwischenschicht-Folien 16, 18 beispielsweise 170ºC über 90 Minuten erhitzt.
Unter diesem Druck und dieser Hitze werden die haftenden Zwischenschicht-Folien 16, 18 ausgehärtet, um ein Paar von isolierenden Schichten 32, 34 zu bilden, die die leitenden Schichten 28, 30 des doppelseitigen PWB 14 bedecken. Außerdem haftet jedes der einseitigen PWBs 10, 12 an jeder Seite des doppelseitigen PWB 14 mit der jeweiligen isolierenden Schicht 32, 34.
Danach werden die durchgehenden Ausgangslöcher 36 durch die übereinandergeschichteten Komponenten an vorgegebenen Stellen in der Richtung der Übereinanderschichtung, wie in Fig. 14 dargestellt, geformt.
Da die Innenfläche der einzelnen durchgehenden Ausgangslöcher 36 behandelt wird, um Kupfer abzuscheiden, sind die leitenden Schichten 24, 28, 30, 25 an den Stellen elektrisch verbunden, wo die durchgehenden Ausgangslöcher 36 geformt sind, wie in Fig. 15 dargestellt. Somit sind die leitenden Schichten 24, 28, 30, 25 elektrisch durch die Durchgangslöcher 38 verbunden, die eine mit Kupfer beschichtete Innenfläche besitzen.
Nachfolgend werden die leitenden Schichten 24, 25 durch Aufbringen eines Musters weiterbearbeitet. Würde das Aufbringen des Musters vor der Bildung der durchgehenden Ausgangslöcher 36 ausgeführt werden, könnte kein genaues Muster erreicht werden. Dies ist der Grund, aus welchem das Aufbringen des Musters nach Formung der Durchgangslöcher ausgeführt wird. Folglich wurde ein mehrschichtiges PWB geschaffen, in welchem ein gewünschter Schaltkreis als Muster der leitenden Schichten 24, 28, 30, 25 geformt ist. In diesem üblichen Fall gibt es vier leitende Schichten, welche auf diese Weise ein vierschichtiges PWB bilden.
Somit wird mit der herkömmlichen Technik eine Vielzahl von PWBs in eine Einheitsform übereinandergeschichtet, und dann werden die leitenden Schichten der PWBs über Durchgangslöcher elektrisch verbunden.
Werden die durchgehenden Ausgangslöcher jedoch geformt, nachdem die PWBs in eine Einheitsform übereinandergeschichtet wurden, ist es schwierig, gutes Verstreichen zu erreichen.
Nachdem die durchgehenden Ausgangslöcher geformt wurden, ist es in dem früheren Herstellungsverfahren des weiteren erforderlich, eine Naßbearbeitung, wie beispielsweise Metallisieren und Aufbringen von Mustern, vorzunehmen.
Wenn aber eine Flüssigkeit während der Naßbearbeitung in das mehrschichtige PWB eindringt, wird dies zu verschiedenen Fehlern wie beispielsweise Oxydation der leitenden Schichten, Oxydation der leitenden Schichten und Kurzschluß zwischen den Mustern führen.
Mit den vorangehenden herkömmlichen Verfahren kann nur ein begrenzter Ausstoß von mehrschichtigen PWBs guter Qualität erreicht werden. Das gleiche kann von den mehrschichtigen PCBs gesagt werden.

ZUSAMMENFASUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger PWBs mit einem hohen Ausstoß von Erzeugnissen guter Qualität zu schaffen, wodurch ein definierter Abstand zwischen den übereinandergeschichteten PWBs leicht erzielt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Leiterplatte vorgesehen, das die Verfahrensschritte aufweist:
(a) Anbringen eines Leiters auf einer Teilfläche einer leitenden Schicht, welche auf wenigstens einer der entgegengesetzten Seiten einer Leiterplatte in einem Muster ausgebildet ist,
(b) Übereinanderschichten mehrerer Leiterplatten derart, daß der Leiter, welcher auf der leitenden Schicht einer der Leiterplatten ausgebildet und angebracht ist, entweder der leitenden Schicht oder dem Leiter auf einer anderen Leiterplatte gegenüberliegt, wobei wenigstens eine der Leiterplatten durch den Verfahrensschritt des Anbringens gefertigt ist, und
(c) Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leiter und entweder der gegenüberliegenden leitenden Schicht oder dem gegenüberliegenden Leiter nach dem Verfahrensschritt des Übereinanderschichtens, um eine elektrisch leitende Verbindungsschicht zu bilden.
Gemäß einem zweiten Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Leiterplatte bereitgestellt, welches die Verfahrensschritte aufweist:
(a) Anbringen eines Leiters auf eine Teilfläche einer leitenden Schicht, welche auf wenigstens einer der entgegengesetzten Seiten einer Leiterplatte in einem Muster ausgebildet ist,
(b) Anbringen eines elektrisch isolierenden Teils auf eine Teilfläche der leitenden Schicht zumindest an einem leiterfreien Abschnitt davon,
(c) Übereinanderschichten mehrerer Leiterplatten derart, daß der Leiter, welcher auf der leitenden Schicht einer der Leiterplatte angebracht ist, entweder der leitenden Schicht oder dem Leiter auf einer anderen Leiterplatte gegenüberliegt, wobei wenigstens eine der Leiterplatten durch den erstgenannten Verfahrensschritt des Anbringens und den zweitgenannten Verfahrensschritt des Anbringens gefertigt ist, und
(d) Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leiter und entweder der gegenüberliegenden leitenden Schicht oder dem gegenüberliegenden Leiter nach dem Verfahrensschritt des Übereinanderschichtens, um eine elektrisch leitende Verbindungsschicht zu bilden.
Gemäß einem dritten Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Leiterplatte bereitgestellt, welches die Verfahrensschritte aufweist:
(a) Anbringen eines Leiters auf einer Teilfläche einer leitenden Schicht, welche auf wenigstens einer der entgegengesetzten Seiten einer Leiterplatte in einem Muster ausgebildet ist, wobei der Leiter eine Vielzahl von Abstandsstücken mit einer im wesentlichen konstanten Dicke aufweist,
(b) Übereinanderschichten mehrerer Leiterplatte derart, daß der Leiter, welcher auf der leitenden Schicht einer der Leiterplatten ausgebildet und angebracht ist, entweder der leitenden Schicht oder dem Leiter auf einer anderen Leiterplatte gegenüberliegt, wobei wenigstens eine der Leiterplatten durch den Verfahrensschritt des Anbringens gefertigt ist, und
(c) Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leiter und entweder der gegenüberliegenden leitenden Schicht oder dem gegenüberliegenden Leiter nach dem Verfahrensschritt des Übereinanderschichtens, um eine elektrisch leitende Verbindungsschicht zu bilden.
In dem ersten Verfahren dieser Erfindung wird eine elektrisch leitende Schicht, die die leitenden Schichten mehrerer PWBs durch den Leiter verbindet, auf eine Teilfläche der leitenden Schicht des einzelnen PWB aufgebracht. Es ist somit möglich, jegliche Fehler infolge der Formung der Durchgangslöcher, wie beispielsweise ungenügendes Verstreichen, ungenügendes Eindringen, usw. zu vermeiden. Ferner ist es nicht erforderlich, die Dicke der einzelnen inneren leitenden Schichten größer als die der einzelnen äußeren leitenden Schichten zu machen. Desweiteren kann die nach außen gerichtete leitende Schicht des äußersten PWB vorher durch Aufbringen eines Musters bearbeitet werden.
Mit dem zweiten Verfahren können die gleichen Ergebnisse wie mit dem ersten Verfahren erreicht werden. Ein zusätzliches Ergebnis mit dem zweiten Verfahren ist, daß eine Isolation zwischen den leitenden Schichten an gewünschten Stellen erreicht werden kann.
Die gleichen Ergebnisse wie mit dem ersten Verfahren können mit dem dritten Verfahren erzielt werden. Zusätzlich ist es möglich, den Leiter innerhalb eines gewünschten Abschnitts mit erhöhter Genauigkeit anzubringen, wodurch eine verbesserte Genauigkeit des Musters und eine hohe Konzentration des Musters bewirkt werden.
Das PWB kann entweder ein einseitiges PWB oder ein doppelseitiges PWB sein.
Wenn eine Pufferschicht über der Fläche der leitenden Schicht aufgebracht wird, wird eine thermische Spannung, die auf die leitende Schicht wirkt, reduziert.
Es ist ferner möglich, Schaltungselemente auf die leitende Schicht anzubringen.
Des weiteren kann der Leiter entweder ein Lötmaterial, beispielsweise ein Weichlot mit einem vorbestimmten Schmelzpunkt oder ein leitendes Harz mit einer vorbestimmten Aushärttemperatur sein. Im ersten Fall wird das Weichlot auf die leitende Schicht beispielsweise durch Drucken und anschließendes Aufschmelzen aufgebracht. Im letzteren Fall wird das leitende Harz auf die leitende Schicht beispielsweise durch Vergießen aufgebracht.
Wenn in dem dritten Verfahren ein Weichlot als Leiter verwendet wird, liegt der Schmelzpunkt des Weichlots vorzugsweise unterhalb des Schmelzpunktes der Abstandsstücke. In diesem Fall kann der Verfahrensschritt des Anbringens des Leiters einen Vorgang des Mischens der Abstandsstücke in den Leiter beinhalten, und zwar in einem Mischungsverhältnis, welches von der Größe der Wärmeschrumpfung des Leiters abhängt.
Der Verfahrensschritt der Herstellung einer Verbindung kann einen Verfahrensschritt der Druckbeaufschlagung aufweisen, in welchem eine Vielzahl der übereinandergeschichteten PWBs in Richtung der Übereinanderschichtung geklemmt werden und in welchem die übereinandergeschichteten PWBs mit einem vorbestimmten Druck in Richtung der Übereinanderschichtung beaufschlagt werden, um den Leiter in Berührung mit der gegenüberliegenden leitenden Schicht oder mit dem gegenüberliegenden Leiter zu bringen. Wenn das nichtleitende Element verwendet wird, wird während des Verfahrensschritts der Druckbeaufschlagung das nichtleitende Element in Berührung mit der gegenüberliegenden leitenden Schicht oder dem gegenüberliegenden nichtleitendem Element gebracht.
Des weiteren kann der Verfahrensschritt der Herstellung einer Verbindung ferner einen Verfahrensschritt der Erwärmung aufweisen, in welchem die übereinandergeschichteten PWBs mit einer vorbestimmten Erwärmungstemperatur beaufschlagt werden, um den Leiter an die leitende Schicht oder den Leiter anzubringen.
Der Verfahrensschritt der Erwärmung wird durch Anwendung von Ultraschallwellen ausgeführt, wobei eine oxidierte Schicht an der Trennfläche der leitenden Schicht und des Leiters aufgelöst wird, und als Ergebnis bilden die leitende Schicht und der Leiter zusammen eine Legierung oder diffundieren ineinander, um eine feste Verbindung miteinander zu bilden. Der Verfahrensschritt der Erwärmung kann gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt der Druckbeaufschlagung ausgeführt werden.
Das nichtleitende Element kann ein isolierendes, haftendes Harz mit einer vorbestimmten Aushärttemperatur sein. In diesem Fall kann das Anbringen des nichtleitenden Elements auf die leitende Schicht durch Drucken ausgeführt werden. Vorzugsweise kann der Leiter ein Weichlot sein, welches einen Schmelzpunkt hat, der über der Aushärttemperatur des isolierenden, haftenden Harzes liegt.
Die Form des einzelnen Abstandsstücks kann eine Kugel sein und sollte unter keinen Umständen auf eine spezifische Form begrenzt sein. Das Material der Abstandsstücke ist vorzugsweise Metall, beispielsweise Kupfer, oder Keramikmaterial.
Die genannten und weitere Vorteile, Merkmale und zusätzliche Aufgaben dieser Erfindung werden für den Fachmann unter Bezugnahme auf die nachfolgende genaue Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen deutlich, in welchen verschiedene Ausführungen, welche die Prinzipien dieser Erfindung umfassen, beispielhaft dargestellt sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht der Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB nach einem Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsweise dieser Erfindung;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der Komponenten aus Fig. 1, welche dargestellt sind, nachdem sie durch Beaufschlagung mit Druck und Wärme behandelt wurden;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht der Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB nach einem Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsweise;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der Komponenten aus Fig. 3, die dargestellt sind, nachdem sie durch Beaufschlagung mit Druck und Wärme behandelt wurden;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht der Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB nach einem Verfahren gemäß einer dritten Ausführungsweise;
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht der Komponenten aus Fig. 5, die dargestellt sind, nachdem sie durch Beaufschlagung mit Druck und Wärme behandelt wurden;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht der Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB nach einem Verfahren gemäß einer vierten Ausführungsweise;
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht der Komponenten aus Fig. 7, die dargestellt sind, nachdem sie durch Beaufschlagung mit Druck und Wärme behandelt wurden;
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht der Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB nach einem Verfahren gemäß einer fünften Ausführungsweise;
Fig. 10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche die Verbindungsstelle zwischen einer Lötperle einer leitenden Schicht nach der fünften Ausführungsweise darstellt;
Fig. 11A ist eine Querschnittsansicht der Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB nach einem Verfahren gemäß einer sechsten Ausführungsweise;
Fig. 11B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche die Fläche einer leitenden Schicht nach der sechsten Ausführungsweise darstellt;
Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht der Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB durch Anpassung des Verfahrens nach der sechsten Ausführungsweise;
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht von Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB nach einem bereits bekannten Verfahren;
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht der Komponenten aus Fig. 13, die dargestellt sind, nachdem sie durch Beaufschlagung mit Druck und Wärme und ferner durch Formung von Durchgangslöchern bearbeitet wurden; und
Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht der Komponenten aus Fig. 14, die dargestellt sind, nachdem die Durchgangslöcher durchmetallisiert wurden.

GENAUE BESCHREIBUNG

Fig. 1 und 2 zeigen verschiedene Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB nach einem Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsweise dieser Erfindung.
In dieser Ausführungsweise wurden zwei doppelseitige PWBs 110, 112 und vier leitende Schichten 124, 128, 130, 126 alle vorher durch Aufbringen eines Musters behandelt. Jede der leitenden Schichten 124, 128, 130, 126 ist eine Kupferfolie mit einer Dicke von beispielsweise ca. 18 bis 35 µm.
Jedes der doppelseitigen PWBs 110, 112 hat ein Durchgangsloch 138 an einer vorbestimmten Stelle, wobei die Innenfläche des Durchgangslochs 138 durchmetallisiert ist. Das Durchgangsloch 138 verbindet die vorderen und rückwärtigen leitenden Schichten 124, 128 oder 130, 126 elektrisch miteinander.
Ein Weichlot wird auf die leitenden Schichten 128, 130 der doppelseitigen PWBs 110, 112 an vorbestimmten Stellen aufgedruckt, oder es werden Lötperlen 136a, 136b durch Aufschmelzen von Lötmittel gebildet.
Dann wird ein Polymerharz 140a, 140b auf die Fläche der leitenden Schicht 128, 130 in Abschnitten ohne die Lötperle 136 gedruckt. Ein im Polymerharz 140a, 140b enthaltenes Bindemittel wird in die Luft entladen, so daß das Polymerharz 140a, 140b vorgehärtet wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt, werden die vorangehenden Komponenten übereinandergeschichtet. Insbesondere nachdem das Polymerharz 140a, 140b vorgehärtet wurde, werden die doppelseitigen PWBs 110, 112 derart übereinandergeschichtet, daß die Lötperlen 136a auf einem doppelseitigen PWB 110 den Lötperlen 136b auf dem anderen doppelseitigen PWB 112 gegenüberliegen.
Nachfolgend werden diese zwei doppelseitigen PWBs 110, 112 durch gleichzeitiges Beaufschlagen mit Druck und Wärme behandelt. Beispielsweise werden die doppelseitigen PWBs 110, 112 zwischen ein Paar von flachen Platten in Richtung der Übereinanderschichtung unter Druck und Wärme zusammengedrückt. Die flachen Platten sind beispielsweise aus Edelstahl.
Diese Beaufschlagung mit Druck und Wärme werden in den ersten und zweiten Stufen getrennt ausgeführt. In der ersten Stufe wird Dampfphasenlöten bei einer Temperatur, beispielsweise 220ºC, höher als der Schmelzpunkt der Lötperlen 136a, 136b über zwei Minuten ausgeführt. In dieser ersten Stufe werden die Lötperlen 136a, 136b zum Fließen gebracht, um schmelzgeformte Lötperlen 142 (Fig. 2) zu bilden, welche die leitenden Schichten 128, 130 miteinander elektrisch verbinden. Zwischenzeitlich werden die Polymerharze 140a, 140b infolge der verringerten Viskosität, die auf den Temperaturanstieg und auch den Druck zurückzuführen ist, miteinander in Berührung gebracht.
Auf diese erste Stufe folgt die zweite Stufe, in welcher die Polymerharze 140a, 140b durch Erwärmen bei 150ºC über ca. eine Stunde ausgehärtet werden. Infolgedessen ist eine einheitliche Isolierung 144 (Fig. 2) gebildet worden, die die leitenden Schichten 128, 130 voneinander isoliert.
Durch die vorangehenden Schritte kann ein PWB-Schichtkörper mit vier leitenden Schichten, nämlich ein vierlagiges PWB, erhalten werden, wie in Fig. 2 gezeigt.
Nachdem die zwei doppelseitigen PWBs 110, 112 in einer Einheitsform übereinandergeschichtet wurden, ist es in dieser ersten Ausführungsweise nicht erforderlich, ein Loch zu formen, und die PWBs 110, 112 können vorher durch Aufbringen eines Musters behandelt werden.
Deshalb ist es möglich, verschiedene Mängel, wie beispielsweise ungenügendes Verstreichen, ungenügendes Eindringen der Auflageflüssigkeit, usw., infolge der Formung der Löcher, zu vermeiden. Auch anderen Unzulänglichkeiten infolge der Durchdringung der Flüssigkeit beim Aufbringen von Mustern kann vorgebeugt werden. Folglich kann ein verbesserter Ausstoß von Erzeugnissen guter Qualität erreicht werden, wodurch das Auftreten von Herstellungsfehlern minimiert wird.
Außerdem ist es möglich, als einzelne leitende Schicht eine Kupferfolie mit einer Dicke geringer als vom Stand der Technik bekannt zu verwenden. Daher können eine hochkonzentrierte Musterung und ein verbesserter Grad der Schaltkreisintegrierung erzielt werden.
Eine unbehandelte Folie kann anstelle des Polymerharzes 140a, 140b verwendet werden. Das Weichlot kann eine Hochtemperatur- oder Tieftemperatur-Paste sein, wie auf dem Markt erhältlich, oder es kann ein eutektisches Lötmittel sein.
Fig. 3 und 4 zeigen verschiedene Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB nach einem Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsweise.
In der zweiten Ausführungsweise ist eine leitende Schicht 228, 230 jeder der zwei doppelseitigen PWBs 210, 212 eine Kupferfolie, die vorher durch Aufbringung eines Musters behandelt wurde.
Zuerst wird ein Weichlot, wie beispielsweise ein eutektisches Lötmittel, auf die leitenden Schichten 228, 230 an vorbestimmten Stellen gedruckt und dann aufgeschmolzen, um schmelzgeformte Lötperlen 236a, 236b auf jeder leitenden Schicht 228, 230 zu bilden.
Danach werden die beiden einseitigen PWBs 210, 212 derart übereinandergeschichtet, daß ihre jeweiligen Lötperlen 236a, 236b sich gegenüberliegen.
In dieser Ausführungsweise werden vorher dem jeweiligen gedruckten Weichlot Kupferkugeln 246a, 246b beigemischt. Das Mischungsverhältnis der Kupferkugeln 246a, 246b wird abhängig von dem Reduktionskoeffizienten der Flußmittelkomponente des Weichlots infolge des Aufschmelzens bestimmt.
Dieser Zustand ist in Fig. 3 gezeigt, in welchem die Komponenten wie in der ersten Ausführungsweise mit Druck und Wärme beaufschlagt werden, um eine schmelzgeformte Lötperle 242 zu bilden. Als Ergebnis wurde ein doppelschichtiges PWB, wie in Fig. 4 gezeigt, erhalten.
Zusätzlich zu den in der ersten Ausführungsweise erzielten Ergebnissen ist es in der zweiten Ausführungsweise möglich, den Abstand zwischen den leitenden Schichten 228, 230 konstant zu halten, nämlich gleich zu dem Durchmesser der einzelnen Kupferkugeln 246. Folglich ist es möglich, zu verhindern, daß die Lötperlen 236 herausragen, wodurch eine verbesserte Mustergenauigkeit sowie ein hochkonzentriertes Muster erzielt werden.
Anstatt vorher in das Weichlot gemischt zu werden, können die Kupferkugeln 246 auf das gedruckte Weichlot oder das durch Vergießen behandelte leitende Harz aufgesetzt oder diesen erzwungen beigemischt werden.
Fig. 5 und 6 zeigen verschiedene Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB in einem Verfahren gemäß einer dritten Ausführungsweise.
In dieser Ausführungsweise wird ein leitendes Harz 336 nur auf eine Schicht 330 der zwei leitenden Schichten 328, 330 der zwei einseitigen PWBs 310, 312, wie die einseitigen PWBs in der zweiten Ausführungsweise durch Vergießen aufgebracht.
Nachdem das leitende Harz 336 auf diese Weise auf eine leitende Schicht 330 aufgebracht wurde, werden keramische Kugeln diesem leitenden Harz 336 erzwungen beigemischt.
Fig. 5 zeigt die einseitigen PWBs 310, 312, die derart übereinandergeschichtet sind, daß das leitende Harz 336, das auf der leitenden Schicht 330 durch Vergießen aufgebracht wurde, einem vorbestimmten Abschnitt der leitenden Schicht 328 gegenüberliegt.
Wie in dem Zustand gemäß Fig. 5 werden die Komponenten unter Erhitzung in Richtung der Übereinanderschichtung zusammengedrückt, und das leitende Harz 336 wird ausgehärtet, um einen leitenden, haftenden Abschnitt zu schaffen.
In der dritten Ausführungsweise können die gleichen Ergebnisse wie in der zweiten Ausführungsweise erzielt werden.
Keramische Kugeln 346 können vorher dem leitenden Harz 336 entweder beigemischt oder auf dieses aufgebracht werden.
In der zweiten und dritten Ausführungsweise werden die Kupferkugeln 246 oder die Keramikkugeln 336 verwendet. Wahlweise können kleine Teile einer unterschiedlichen Form verwendet werden. Die einzelnen kleinen Teile sollten jedoch eine gleichförmige Größe in der Richtung der Dicke haben, um den Zwischensubstrat-Abstand konstant zu halten.
Anstelle der Kupferkugeln 246 oder der keramischen Kugeln 346 können kleine Teile aus einem anderen Material, beispielsweise Eisen oder hitzebeständiges Harz, verwendet werden.
Die Fig. 7 und 8 zeigen verschiedene Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB nach einem Verfahren gemäß einer vierten Ausführungsweise.
Wie in der ersten Ausführungsform werden in dieser Ausführungsweise Lötperlen 436a, 436b aufleitenden Schichten 428, 430 von doppelseitigen PWBs 420, 422 an vorgegebenen Stellen gebildet und Polymerharze 440a, 440b werden auf die doppelseitigen PWBs 420, 422 aufgebracht, wonach diese Komponenten übereinandergeschichtet werden.
In Fig. 7 werden die Komponenten gezeigt, nachdem die Polymerharze 440a, 440b auf die doppelseitigen PWBs 420, 422 aufgebracht wurden und auch nachdem diese doppelseitigen PWBs 420, 422 übereinandergeschichtet wurden.
Wie aus Fig. 7 zu sehen ist, bestehen folgende Unterschiede zwischen erster und vierter Ausführungsweise bezüglich des Aufbringens von Polymerharz. In der ersten Ausführungsweise werden die Polymerharze 140a, 140b auf die doppelseitigen PWBs 120, 122 aufgebracht, um nicht über den Lötperlen 136a, 136b zu liegen. In der vierten Ausführungsweise werden die Polymerharze 440a, 440b auf die doppelseitigen PWBs 420, 422 aufgebracht, um über den Lötperlen 436a, 436b zu liegen. Die Polymerharze 440a, 440b sollten ein Harz mit einer Aushärttemperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Lötperlen 436a, 436b sein.
Wenn die Komponenten aus Fig. 1 in Richtung der Übereinanderschichtung mit einem vorgegebenen Druck beaufschlagt und gleichzeitig mit einer Temperatur höher als der Schmelzpunkt zumindest der Lötperlen 436a, 436b erhitzt werden, werden die Lötperlen 436a, 436b außer den Polymerharzen 440a, 440b schmelzgeformt, da die Aushärttemperatur der Polymerharze 440a, 440b niedriger als der Schmelzpunkt der Lötperlen 436a, 436b ist. Demzufolge wurden die geschmolzenen Lötperlen 442 gebildet, um die leitenden Schichten 428, 430 elektrisch zu verbinden. Gleichzeitig sind die Polymerharze 440a, 440b miteinander in Berührung, wenn sie mit Druck beaufschlagt werden.
Wenn die Komponenten bei der Aushärttemperatur der Polymerharze 440a, 440b erhitzt werden, werden die Polymerharze 440a, 440b in einer Einheitsform ausgehärtet, um eine verbindende isolierende Schicht 444 zu bilden.
Indem die vorangehenden Schritte auf diese Weise ausgeführt werden, wird ein vierschichtiges PWB gemäß Fig. 8 hergestellt.
In der vierten Ausführungsweise können die gleichen Ergebnisse wie in der ersten Ausführungsweise erzielt werden.
Außerdem kann in dieser Ausführungsweise das Aufbringen der Polymerharze 440a, 440b ohne Berücksichtigung der Abschnitte, an welchen die Lötperlen 436a, 436b aufgebracht sind, durch Drucken ausgeführt werden. Somit ist es im Vergleich zur ersten Ausführungsweise in der vierten Ausführungsweise möglich, ein mehrschichtiges PWB leicht herzustellen.
Die Fig. 9 und 10 zeigen verschiedene Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB nach einem Verfahren gemäß einer fünften Ausführungsweise.
In dieser Ausführungsweise wird zuerst ein Durchgangsloch 538 in ein doppelseitiges PWB 520 geformt und die Innenfläche des Durchgangslochs 538 wird durchmetallisiert. Auf die leitende Schicht 530 eines anderen PWB 522 wird die Lötperle, die 2% Silber, 62% Zinn und 36% Blei enthält und einen Schmelzpunkt von 179ºC besitzt, aufgebracht. Dann werden das doppelseitige PWB 520 und das PWB 522 derart übereinandergeschichtet, daß diese Lötperle dem Durchgangsloch 538 gegenüberliegt.
Dann werden das Durchgangsloch 538 und die Lötperle elektrisch verbunden. In dieser Ausführungsform werden folgende Schritte unternommen, um das Durchgangsloch 538 und die Lötperle elektrisch zu verbinden.
Das doppelseitige PWB 520 und das PWB 522 werden in der durch Pfeile in Fig. 9 gezeigten Richtung des Übereinanderschichtens mit Ultraschallwellen und einem vorbestimmten Druck beaufschlagt.
Dabei bewirken die Ultraschallwellen, daß die Temperatur der Lötperle steigt. Da die Temperatur der Lötperle über ihren Schmelzpunkt steigt, schmilzt die Lötperle, um eine schmelzgeformte Lötperle 542 zu bilden. Entsprechend werden die leitende Schicht 530 und die metallisierte Innenfläche des Durchgangslochs 538, die der leitenden Schicht 530 gegenüberliegt, elektrisch durch die schmelzgeformte Lötperle 542 verbunden, wonach die Anwendung von Ultraschallwellen gestoppt wird. Demzufolge erhält man ein mehrschichtiges PWB, das elektrisch durch die schmelzgeformte Lötperle 542 verbunden ist, wie in Fig. 9 gezeigt.
In der fünften Ausführungsweise können die gleichen Ergebnisse wie in der ersten Ausführungsweise erzielt werden.
Außerdem werden in dieser Ausführungsweise Oxyde 548, welche sich beispielsweise auf der leitenden Schicht 528 gebildet haben, infolge der Hitze stärker dispergiert als durch direktes Erhitzen, wie in Fig. 10 gezeigt. Deshalb ist die Verbindung zwischen der schmelzgeformten Lötperle 524 und der leitenden Schicht 528 fest, wodurch ein mehrschichtiges PWB erzielt wird, welches widerstandsfähig gegen Wärmestöße ist und eine niedrige Impedanz zwischen den Substraten besitzt.
Eine zusätzliche direkte Erhitzung zeitgleich mit einem Einsatz von Ultraschallwellen führt zu den gleichen Ergebnissen.
Die Fig. 11A und 11B zeigen verschiedene Komponenten zur Herstellung eines mehrschichtigen PWB nach einem Verfahren gemäß einer sechsten Ausführungsweise.
In dieser Ausführungsweise werden wie in der ersten Ausführungsweise die Bildung der Lötperlen, das Aufbringen von Polymerharzen, das Übereinanderschichten der Komponenten und das Beaufschlagen mit Druck und Wärme durchgeführt. Demzufolge erhält man ein mehrschichtiges PWB (sechsschichtiges PWB) mit einem Querschnitt, wie in Fig. 11A gezeigt.
Des weiteren werden die leitenden Schichten vorher mit Platin beschichtet.
Wie in Fig. 11B gezeigt ist, werden die Flächen der leitenden Schichten 628, 630 durch Galvanotechnik mit Platinschichten 654, 656 versehen, die jeweils eine Dicke von ca. 0,5 µm besitzen. Daher werden die Lötperlen auf den Platinschichten 654, 656 gebildet.
In der sechsten Ausführungsweise können die gleichen Ergebnisse wie in der ersten Ausführungsweise erzielt werden. Zusätzlich ist es möglich, zu verhindern, daß ein Schaltungsmuster, beispielsweise infolge des Wärmezyklus, durchtrennt wird. Da praktisch ein PWB und eine Lötperle unterschiedliche Wärmeausdehnungs-Koeffizienten haben, würde die leitende Schicht einer Spannung infolge des Wärmezyklus usw. ausgesetzt sein. In dieser Ausführungsweise wird jegliche auf die leitende Schichten 628, 630 ausgeübte Spannung durch die Platinschichten 654, 656 abgepuffert, um zu verhindern, daß ein Schaltungsmuster infolge einer solchen Spannung durchtrennt wird.
In den dargestellten Ausführungsweisen sind die leitenden Schichten mit Platin beschichtet. Wahlweise kann anstelle von Platin Palladium mit den gleichen Ergebnissen verwendet werden.
Des weiteren hat das mehrschichtige PWB in den vorangehenden Ausführungsweisen eine relativ geringe Anzahl von Schichten. Es kann aber eine größere Anzahl von Schichten haben.
Die vorangehende Beschreibung des mehrschichtigen PWB gilt auch für ein mehrschichtiges PCB. Beispielsweise wie in Fig. 12 gezeigt, ist es möglich, ein mehrschichtiges PCB herzustellen, in welchem Schaltungselemente 758, 760 auf oder in den übereinandergeschichteten Schichten nach dem gleichen Verfahren wie in der sechsten Ausführungsweise eingesetzt wurden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Leiterplatte mit den Verfahrensschritten:

a) Anbringen eines Leiters auf einer Teilfläche einer leitenden Schicht, welche auf wenigstens einer der entgegengesetzten Seiten einer Leiterplatte in einem Muster ausgebildet ist,

b) Anordnen wenigstens eines Distanzelementes zwischen den zu übereinanderschichtenden Leiterplatten,

c) Übereinanderschichten mehrerer Leiterplatten derart, daß der Leiter, welcher auf der leitenden Schicht einer der Leiterplatten ausgebildet und angebracht ist, entweder der leitenden Schicht oder dem Leiter auf einer anderen Leiterplatte gegenüberliegt, wobei wenigstens eine der Leiterplatten durch den Verfahrens schritt des Anbringens gefertigt ist, und

d) Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leiter und entweder der gegenüberliegenden leitenden Schicht oder dem gegenüberliegenden Leiter nach dem Verfahrensschritt des Übereinanderschichtens, um eine elektrisch leitende Verbindungsschicht zu bilden,

wobei bei diesem Verfahren das Distanzelement eine Vielzahl von Abstandstücken mit einer im wesentlichen konstanten Dicke aufweist, und

der Leiter eine Lötmasse oder ein leitender Harz ist, und

die Abstandstücke in den Leiter eingemischt sind, um den Abstand zwischen den leitenden Schichten konstant zu halten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter ein Weichlot mit einem Schmelzpunkt ist, welcher unterhalb des Schmelzpunktes der Abstandstücke liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Abstandstücke eine Kugel ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandstücke aus Metall sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter ein leitender Harz mit einer Aushärttemperatur ist, welche geringer ist als die der Abstandstücke.