DE69312073T2

DE69312073T2 - Herstellungsverfahren einer vielschicht-leiterplatte

Info

Publication number: DE69312073T2
Application number: DE69312073T
Authority: DE
Inventors: Erik Middelman; Pieter Zuuring
Original assignee: Amp Akzo Linlim VOF
Current assignee: Amp Akzo Linlim VOF
Priority date: 1992-08-13
Filing date: 1993-08-03
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2013-08-04
Also published as: ATE155312T1; EP0655183B1; JPH08500212A; BR9306894A; RU2115274C1; ES2105301T3; RU95106822A; CA2142267A1; KR950703270A; AU4706593A; EP0655183A1; WO1994005140A1; DE69312073D1; AU683846B2; TW230864B; JP2650072B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrlagenleiterplatte, nachfolgend auch Multilayer genannt. Eine solche Leiterplatte enthält mindestens drei leitfähige Lagen, von denen gewöhnlich mindestens zwei Kupferlagen auf den äußeren Flächen sind und mindestens eine eine innere Schaltung ist. Das Verfahren, auf das sich die Erfindung bezieht, umfasst das Laminierverbinden von mindestens einem harten Basissubstrat, das mit leitfähigen Bahnen auf mindestens einer Seite versehen ist, und mindestens einem intermediären Substrat, wobei das Binden die Verwendung einer Kleblage zwischen den beiden Substraten umfasst.
Ein Verfahren des obigen Typs ist in IBM Technical Disclosure Bulletin Bd. 32, Nr. 58, Seiten 355-356, beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren wird mindestens ein intermediäres Substrat verwendet, das eine harte Kernlage besitzt, die mit einer Klebschicht auf mindestens der Seite versehen ist, welche den leitfähigen Bahnen des Basissubstrates zugewandt ist. Das Verfahren dient dazu, die dimensionale Instabilität praktisch auszuschalten, die bei mehrteiligen Laminierprozessen gewöhnlich auftritt. Obwohl dies als eine wesentliche Verbesserung der Herstellung von Multilayerplatten anzusehen ist, richtet sich die Beschreibung nicht auf ein noch wichtigeres Problem, das mit Multilayerplatten in Verbindung steht, nämlich dasjenige, ein Material zur Verfügung zu stellen, das ausreichend niedrige Wärmeausdehnungskoeffizienten (TCE) aufweist, um dem TCE von elektronischen Komponenten (Chips) zu entsprechen, die zusammen mit der Mehrlagenplatte verwendet werden. Da ein Glasfasergewebe (Tuch) als Verstärkungsmaterial verwendet wird, ist für den Durchschnittsfachmann ohne weiteres ersichtlich, dass die erhaltenen TCE-Werte relativ hoch sind. Weiterhin erfordern die bekannten Substrate und die resultierenden Multilayerplatten eine verbesserte Dimensionsstabilität.
Ähnliche Überlegungen gelten für US 3,756,891, wo ein Verfahren zur Herstellung von Multilayer-PWBs beschrieben ist, das das Stapeln von mit Schaltungen versehenen Platten mit klebstoffbeschichteten Blättern umfasst. Der Klebstoff ist so gewählt, dass er nicht in die Verbindungsbereiche der durchgehenden Öffnungen hineinfliesst, die bei solchen Platten vorhanden sind.
Eine unterschiedliche Methode für Multilayer-PWBs ist die in RCA Review 29 (1968), Seiten 582-599, insbesondere Seiten 596-597, beschriebene sequentielle Laminiertechnik. Obwohl ein beidseitig mit Schaltungen versehenes Basissubstrat mit einer mit Klebstoff beschichteten dielektrischen Lagelaminiert wird, ist die mit Klebstoff beschichtete Lage kein intermediäres Substrat zwischen Basissubstraten gemäss der Erfindung, sondern dient als Substrat für die nächste gedruckte Schaltung. Die Beschreibung nennt die Art des verwendeten Substrates nicht, noch kann sie eine Lösung des Problems der zur Verfügungstellung von Multilayerplatten mit ausreichend niedrigen TCE-Werten bieten.
In US 4 943 334 sind Leiterplatten offenbart, die Vorteile in Bezug auf die TCE-Werte bieten. Es ist ein Herstellungsverfahren beschrieben, das das Aufwickeln von Verstärkungsfilamenten um einen rechteckigen flachen Kern zur Bildung einer Mehrzahl von Filamentlagen umfasst, die sich in einem Winkel von 90º überschneiden, wobei die Mehrzahl von Lagen mit einem vernetzbaren Matrixmaterial versehen wird und die Matrix vernetzt wird, um ein Basismaterial für eine Leiterplatte zu bieten. Um Mehrlagenleiterplatten zur Verfügung zu stellen, lehrt die Beschreibung ein Verfahren, bei welchem eine Anordnung aus Leiterplatten in einem Hohlraum vorgegeben wird, worauf in diesen Hohlraum ein vernetzbares Matrixmaterial eingeführt und die Matrix zur Bildung einer Mehrlagenleiterplatte vernetzt wird. Die gewünschte Verstärkung der Matrix wird durch die Gegenwart von Fasern um die gedruckten Schaltungsplatten erhalten, die während des Verfahrens in der vernetzten Matrix eingebettet werden. Das Verfahren bietet keine geeigneten Ergebnisse, unter anderem wegen eines interen Fehlens von Dickentoleranz.
Im Printed Circuits Handbook von C.J. Coombs jun., publiziert von McGraw-Hill, Kapitel 31 und 32, insbesondere 33 und 34, ist unter anderem beschrieben, wie eine Mehrlagendruckschaltungsplatte, eine sogenannte Multilayer, allgemein hergestellt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Herstellung eines Laminates, das auf beiden Seiten mit Kupferfolie beschichtet ist, aus einem Glasfaser-Epoxy- Prepreg;
- Ätzen des gewünschten Musters in das Kupfer;
- Binden der geätzten Laminate durch Verpressen mit intermediären Lagen aus Glasfaser-Epoxy-Prepreg.
Dieses Verfahren hat eine Reihe von Nachteilen, wie hohe Materialkosten wegen des verwendeten Glasgewebes und hohe thermische Ausdehnung wegen des niedrigen maximalen Fasergehalts in den faserverstärkten Laminaten. Ein anderer wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es keine absolute Dickentoleranz bietet. Die Dicke einer auf diese Weise gebildeten Multilayer hängt unter anderem vom ausgeübten Formdruck, der Formungstemperatur und der angewendeten Aufwärmgeschwindigkeit und dem "Alter" des verwendeten Prepregs und einigen weiteren Faktoren ab, die schlecht zu kontrollieren sind.
Dieses zuletzt genannte Verfahren hat verschiedene Variationen, z.B. wie in EP 0 231 737 A2 offenbart. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Multilayer-Leiterplatte in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt. In der Ausführung gemäss Figur 2 dieser Publikation wird eine einzelne gedruckte Leiterplatte (PWB) verwendet, die aus einem Substrat von zwei Lagen Glasgewebe in einer vernetzten Matrix aus duroplastischem Kunststoff besteht, welches Substrat auf beiden Seiten mit einer Lage von Kupferbahnen versehen ist, die nach der subtraktiven Methode aus der ursprünglich auf das Substrat aufgebrachten Kupferfolie gebildet ist. Auf diese Ausgangs-PWB werden auf beiden Seiten zwei Lagen aus Glasgewebe, eine Lage aus flüssigem, duroplastisch härtbaren Material, wie Epoxyharz, und eine Kupferfolie aufgebracht. Nach der Vorerwärmung wird das ganze in einer Doppelbandpresse unter der Einwirkung von Hitze und Druck laminiert. So wird nach dem Abkühlen und Verlassen der Doppelbandpresse ein Laminat erhalten, das nach der Bildung der Kupferbahnen in den äusseren Lagen eine Multilayer-PWB darstellt. Demzufolge besteht diese Multilayer-PWB aus einem Laminat von drei Substraten aus glasverstärktem vernetztem Epoxyharz und vier Lagen mit Kupferbahnen. Obwohl ganz brauchbare Ergebnisse unter Verwendung der Multilayer-PWBs, die nach diesem bekannten Verfahren hergestellt sind, erhalten werden kznnen, hat es noch bestimmte Nachteile. Insbesondere werden die Lagen aus flüssigem, noch nicht vernetztem duroplastisch härtbarem Harz stark in der Doppelbandpresse zusammengepresst, was die Folge hat, dass es zu einer erheblichen Verminderung der Dicke des Laminats zwischen dem Eingang der Doppelbandpresse und deren Auslass kommt. Es wurde gefunden, dass als Folge dieser erheblichen Dickenveränderung es schwierig ist, eine ausreichende Genauigkeit der konstanten Dicke des fertigen Laminates und der fertigen Multilayer-PWB, wie letztlich erwünscht, zu erzielen. Abweichungen der Dicke der PWBs haben einen nachteiligen Effekt auf deren elektrische Eigenschaften, was die Qualität eines solchen PWB negativ beeinflusst. Ein weiterer Nachteil des bekannten Multilayer-PWB besteht darin, dass die Verstärkung der Substrate mit Gewebe eine relativ kostspielige Angelegenheit ist.
DE-4 007 558 Al beschreibt eine Multilayer-PWB eines etwas anderen Typs. Zwischen einer Anzahl von benachbarten einzelnen PWBs (siehe Fig. 1, Nr. 2 von DE-4 007 558 Al), die jeweils aus einem Substrat (siehe Fig. 1, Nr. 4) bestehen, das aus einem mit duroplastisch härtbarem Kunststoff imprägnierten Glasgewebe besteht und auf beiden Seiten mit Kupferbahnen (siehe Fig. 1, Nr. 5) versehen ist, wird in jedem Fall eine Art Intermediärsubstrat (Fig. 1, Nr. 1-a und 1-b) eingelegt. Das Intermediärsubstrat (1) besteht in diesem Fall aus einem Polyimidfilm (1-a) mit einer Dicke von 10 µm, der auf beiden Seiten mit einer Klebstoffschicht (1-b) mit einer Dicke von 10 µm oder weniger versehen ist. Die Schmelztemperatur des Polyimidfilms ist höher als die während des Laminierens verwendete Temperatur, wohingegen die Klebstoffschichten eine Schmelztemperatur unter der angewendeten Laminiertemperatur haben.
Ein Nachteil dieser bekannten Multilayer-PWBs besteht darin, dass sich in den Leerstellen zwischen den Kupferbahnen (siehe Fig. 1) Luft befindet, die eine nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften haben kann. Andere Nachteile von DE-4 007 558 Al sind unter anderem die hohen Materialkosten der beschriebenen Komponenten und die erforderliche lange Verarbeitungsdauer.
In US 4 606 787 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Multilayer-PWB beschrieben, das zunächst (siehe Fig. 12) die Herstellung eines Stapels einer Anzahl von einzelnen PWBs mit jeweils zwischengelegtem Intermediärsubstrat aus Glasfasern, imprägniert mit flüssigem, nicht vernetztem Epoxyharz, umfasst. Dann wird der Stapel unter Druck und erhöhter Temperatur verpresst, wobei das Harz die tieerstellen zwischen den leitfähigen Bahnen (siehe Spalte 6, II. 51, 52) füllt und vernetzt wird. Das Verpressen des Laminats ergibt eine erhebliche Verminderung seiner Dicke, was es schwer macht, die konstante Gesamtdicke des fertigen Laminats wie letztlich erwünscht und die konstante Dicke der einzelnen Intermediärsubstrate zu gewährleisten. Dies hat eine nachteilige Wirkung auf die elektrischen Eigenschaften der PWBs, was die Qualität negativ beeinflusst.
Eine Multilayer-Druckschaltungsplatte, bei der das dielektrische Material aus UD-verstärkten Lagen gebildet wird, ist auch in JP-A-1,283,996 offenbart. Die beschriebenen Multilayer basieren auf der direkten Laminierung von unidirektional orientierten parallelen Fasern (UD), enthalten in einem Prepreg in kreuzweiser Orientierung.
Die anhängige, aber nicht vorveröffentlichte internationale Patentanmeldung PCT/EP92/01133 (Publikationsnummer WO 92/22192) bietet ein Verfahren, bei welchem diese Nächteile vermieden werden. Das beschriebene Verfahren besteht darin, dass ein hartes Basissubstrat verwendet wird, das auf beiden Seiten leitfähige Bahnen besitzt, und ein Intermediärsubstrat, das eine harte Kernlage besitzt, die mit einer Klebstofflage beschichtet ist, die mindestens auf der Seite fliessfähig ist, die den leitfähigen Bahnen des Basissubstrates zugewandt ist, wobei das Laminieren unter einem ausreichend hohen Druck erfolgt, um die Kernlage des Intermediärsubstrates mit den leitfähigen Bahnen des Basissubstrates in Kontakt oder virtuell in Kontakt zu bringen, wobei der Klebstoff die Leerstellen füllt, die zwischen den Bahnen vorhanden sind, das Basissubstrat und das Intermediärsubstrat ein faserverstärktes Matrixmaterial enthalten, wobei die Verstärkung in Form einer überkreuzenden Anordnung von Lagen aus unidirektional (UD) orientierten Fasern ist.
Es wurde nun gefunden, dass es vorteilhaft sein kann, das Verfahren gemäss der nicht vorveröffentlichten internationalen Patentanmeldung so zu modifizieren, dass ein einfacheres Verfahren mit noch besserer Haftung ermöglicht wird. Demzufolge bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1. Bei dem oben angegebenen Verfahren, bei dem das Basissubstrat und das intermediäre Substrat ein faserverstärktes duroplastisches Matrixmaterial enthalten, besteht die Verbesserung darin, dass die fliessfähige Klebschicht auf das mit Schaltung versehene Basissubstrat aufgebracht oder laminiert ist. Ein fliessfähigerer Klebstoff ist allgemein ein solcher Klebstoff, der entweder fluid ist oder fluid gemacht werden kann (gewöhnlich mittels erhöhter Temperatur). Das intermediäre Substrat oder die intermediären Substrate können ebenfalls mit Klebstoff beschichtet sein, obwohl die Verwendung von nicht beschichteten intermediären Substraten bevorzugt wird.
Das intermediäre Substrat kann auch auf einer Seite mit leitfähigen Bahnen versehen sein oder zur Bildung von leitfähigen Bahnen geeignet gemacht sein (z.B. mit Kupferfolie versehen oder für die stromlose Plattierung katalysiert sein). Diese Ausführungsform bezieht sich insbesondere auf die sogenannte Masslam-Herstellung. Bei diesem Verfahren wird Gebrauch gemacht von einem doppelseitig mit Klebstoff beschichteten Basissubstrat mit leitfähigen Bahnen auf beiden Seiten und zwei intermediären Substraten, jeweils eines auf jeder Seite des Basissubstrates, wobei die intermediären Substrate auf der Seite, die vom Basissubstrat abgekehrt ist, mit leitfähigen Bahnen versehen sind oder eine Oberfläche besitzen, die zur Anbringung von leitfähigen Bahnen geeignet ist.
Die Herstellung der mit Schaltung versehenen Platten mit der fliessfähigen Klebstoffschicht kann auf mehreren Wegen erfolgen, einschliesslich von Beschichtung mit gegenläufigen Walzen, Sprühbeschichtung oder andere Beschichtungsmethoden, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind. Der Klebstoff kann grundsätzlich aus einer heissen Schmelze aufgetragen werden, jedoch auch aus Lösung, worauf das Lösungsmittel vor dem Laminieren abgedampft wird. Es können auch Klebstoffe auf Wasserbasis verwendet werden. Alternativ kann ein festes Klebstoffpulver verwendet werden, das z.B. durch Tauchbeschichtung oder elektrostatisches Pulverbeschichten aufgetragen werden kann.
Vorzugsweise wird der fliessfähige Klebstoff vor dem Laminieren in einen festen, nicht klebrigen Zustand gebracht, z.B. durch Teilvernetzung oder durch Verwendung bei einer Temperatur unter Tg mit der Massgabe, dass natürlich der fliessfähige Klebstoff immer noch ausreichend fliessfähig gemacht werden kann, um die Leerstellen zwischen den leitfähigen Bahnen zu füllen.
Die Haftung kann dadurch verbessert werden, dass man die Basissubstrate und/oder die intermediären Substrate einer Oberflächenbehandlung unterzieht, z.B. durch Aufrauhen oder durch Modifizieren der Oberfläche unter Verwendung von Bimsstein, Sandstrahlen, Schleifpapier, Coronabehandlung, Flammbehandlung, chemischen Ätzmethoden usw.
Für die intermediären und Basissubstrate wird ein verstärktes Matrixmaterial verwendet, das die oben erwähnten Nachteile vermeidet und insbesondere einen ausreichend niedrigen TCE-Wert und eine vorteilhafte Flachheit besitzt. Dieses Material enthält zwei oder mehr Lagen aus Verstärkungsfasern oder -filamenten, eingebettet in einem duroplastisch härtbaren Kunststoff auf Basis von z.B. Epoxyharz. Die Verstärkung hat die Form von filament-haltigen Lagen, die aus einer Mehrzahl von zueinander parallelen, verstreckten Filamenten zusammengesetzt sind, die nicht in Form eines Gewebes gebunden sind und sich im wesentlichen geradlinig erstrecken, und wobei Filamente von übereinander liegenden Lagen einander überkreuzen. Diese Art von verstärktem Matrixmaterial wird kurz als UD-verstärktes Material bezeichnet. Gemäss der Erfindung werden vorzugsweise drei dieser nicht in Gewebeform gebundenen Filamentlagen im Matrixmaterial spiegelbildlich relativ zur Symmetrieebene in dem Verfahren angeordnet, wobei die Filamente von übereinander liegenden Filamentlagen sich in einem Winkel von vorzugsweise etwa 90º überkreuzen. Dieses UD-verstärkte Material, das genauer als Kreuzlagen von UD-verstärkten Lagen bezeichnet werden kann, wird, um für die vorteilhafte Verwendung in Multilayer-PWBs geeignet zu sein, balanciert (ausgewogen) und symmetrisch bezüglich der Mittelebene ausgebildet. Ein Beispiel eines solchen Materials wird von den in der oben erwähnten US 4,943,334 beschriebenen Substraten gebildet. Wegen des erfindungsgemässen Laminierverfahrens unter Verwendung eines fliessfähigen Klebstoffes, der zwischen den leitfähigen Bahnen eines Basissubstrates und dem harten Kern eines benachbarten Intermediärsubstrates im wesentlichen nicht vorhanden ist, können die Vorteile von UD-verstärktem Material in einem Multilayer-PWB angewendet werden.
Diese Vorteile umfassen insbesondere eine günstige Dimensionsstabilität. Weiterhin haben die verwendeten Substrate relativ niedrige TCE-Werte in X- und Y-Richtungen, vorzugsweise etwa gleich zu denen des verwendeten elektrisch leitfähigen Materials (gewöhnlich Kupfer). Weiter ist es möglich, Substrate zu bieten, die in den X- und Y-Richtungen-Ausdehnungskoeffizienten etwa gleich den Ausdehnungskoeffizienten der zusammen mit dem Multilayer-PWB zu verwendenden elektronischen Komponenten, insbesondere Silicium-Chips, haben. Es ist zu bemerken, dass diese Komponenten entweder auf die Multilayerplatte ("chip-on-board") aufgebracht werden können oder in einem Substrat eingebettet sein können, wie in einem intermediären Substrat gemäss der vorliegenden Erfindung ("chip-in-board"). In bezug auf die letztere Ausführungsform sollte ein mit Klebstoff beschichtetes Substrat mit offenen Zwischenräumen zum Einbetten der Chips vorgesehen werden. Es ist natürlich auch möglich, die Chips in Zwischenräumen anzuordnen, die auf einem Basissubstrat vorgesehen sind. Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer "chip-in-board"-Struktur umfasst die Anordnung von einem oder mehreren Chips auf einem Basissubstrat (und leitfähiger Verbindung mit der Schaltung auf dem Basissubstrat) und nachfolgendes Laminieren eines mit Klebstoff beschichteten Intermediärsubstrates, das mit entsprechenden Zwischenräumen versehen ist, um den oder die auf dem Basissubstrat befestigten Chip oder Chips zu umfassen, auf das Chip tragende Basissubstrat.
Gemäss der Erfindung kann leicht eine Multilayer-PWB geboten werden, die viele Schichten besitzt, wenn jedes von n-1 Intermediärsubstraten (n > 2) in jedem Fall zwischen n benachbarten Basissubstraten sandwichartig angeordnet wird, mit nachfolgendem Laminieren unter erhöhtem Druck (und gewünschtenfalls erhöhter Temperatur), unter Vakuum oder einer Kombination dieser beiden Massnahmen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke jedes Intermediärsubstrate 0,025-0,6 mm beträgt, obwohl vorzugsweise die Dicke jedes Intermediärsubstrates von gleicher Grössenordnung ist wie die des Basissubstrates. Die Dicke jeder noch plastisch verformbaren (fliessfähigen) Klebstofflage auf einer oder beiden Seiten des mit Schaltungen versehenen Basissubstrates ist von gleicher Grössenordnung wie die der leitfähigen Bahnen, die im allgemeinen eine Dicke von 2-70 µm haben. Vorzugsweise ist das Verfahren gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass für die fliessfähigen Klebstofflagen, die auf einer oder beiden Seiten der Hartkernschicht eines mit Schaltungen versehenen Basissubstrates vorgesehen sind, ein Klebstoff auf Basis von noch nicht vernetztem oder nur teilweise vernetztem duroplastischem Kunststoff verwendet wird, wie Epoxyharz, das vernetzt bzw. gehärtet wird, nachdem die Zwischenräume zwischen den leitfähigen Bahnen ausgefüllt sind.
Der Kern des Intermediärsubstrates und des Basissubstrates kann aus einer Anzahl von UD-Prepregs aufgebaut sein, die in solcher Weise gestapelt sind, dass deren verstärkende Filamente einander überkreuzen, doch kann auch ein anderes Herstellungsverfahren angewendet werden. Insbesondere kann das Basissubstrat und das Intermediärsubstrat nach einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden, bei dem ein Laminat, das aus der gewünschten Anzahl von Lagen aus verstreckten Verstärkungsfilamenten zusammengesetzt ist, die nicht in Gewebeform gebunden sind, auf ein Förderband gelegt wird, wobei die Filamente von übereinander liegenden Lagen einander überkreuzen. Auf das so gebildete Laminat aus Filamentlagen wird flüssiges, duroplastisch härtendes Harz aufgetragen, worauf das mit Harz versehene Laminat durch eine Doppelbandpresse geführt wird, in der unter der Einwirkung von Hitze und Druck die Filamentlagen mit dem Harz imprägniert werden und das Harz vernetzt bzw. gehärtet wird. Beim Verlassen der Doppelbandpresse kann das vollständig oder teilweise vernetzte Laminat dann auf einer oder beiden Seiten mit der oben erwähnten relativ dünnen, nicht klebenden Klebstofflage versehen werden, worauf das Intermediärsubstrat fertig ist.
Gemäss einem anderen möglichen Verfahren werden die Kerne sowohl des Basissubstrates und des Intermediärsubstrates aus mehreren unidirektionalen Laminaten gebildet, die vorzugsweise einander in einem Winkel von 90º überkreuzen, vollständig oder praktisch vollständig vernetzt bzw. gehärtet und mit Hilfe einer Klebstofflage miteinander verbunden. Laminate auf Basis von kreuzenden UD-Laminaten, die mit einer Klebstofflage verbunden sind, können in statischen, gewünschtenfalls mehrfach öffnenden Pressen hergestellt werden sowie in Autoklaven, Doppelbandpressen und sogenannten Vakuumsäcken.
Zum Matrixharz können üblicherweise Füller, wie feines Quarzpulver, und etwa Glaspulver, wie Borsilikatglaspulver, zugegeben werden.
Vorzugsweise wird ein Harz auf Basis von Epoxyharz für die Basissubstratmatrix verwendet, doch können grundsätzlich auch andere Harze, wie Cyanatharze, ungesättigte Polyesterharze (UP), Vinylesterharze, Acrylatharze, BT-Epoxyharz, Bismaleimidharz (BMI), Polyimid (PI), Phenolharze, Triazine, Polyurethane, Biscitraconsäureharz (BCI), verwendet werden. Alternativ können Kombinationen der oben erwähnten Harze verwendet werden, und es ist auch möglich, die Harze mit bestimmten geeigneten thermoplastischen Harzen, wie PPO, PES, PSU und u.a. PEI, zu mischen.
Zur Verwendung für die beschriebene Klebstofflage sind sehr viele Polymere geeignet, insbesondere duroplastische Harze, wie Epoxyharz (EP), Polyurethan (PU), Vinylester (VE), Polyimid (PI), Bismaleimid (BMI), Biscitraconsäure (BCI), Cyanatester, Triazine, Acrylate und Mischungen hiervon. Vor der Applikation können dem Klebstoff viele Additive zugesetzt werden, wie Katalysatoren, Inhibitoren, thixotropische Mittel, Haftungspromotoren, wie alle Arten von Silankupplungsmitteln, und insbesondere Füller. Diese Füller werden vorzugsweise aus der folgenden Stoffgruppe gewählt: Quarzpulver, Glaspulver, Keramikpulver, wie Aluminiumoxidpulver. Vorzugsweise sollten die zu verwendenden Füller einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine niedrige Dielektrizitätskonstante haben. Vorteilhafte Ergebnisse können unter Verwendung von Hohlkugeln als Füller erzielt werden, wobei die Kugeln entweder aus Polymermaterial oder einem keramischen Material oder Glas bestehen können.
Für die oben erwähnten verstärkenden Filamente wird die Verwendung von Filamentgarnen bevorzugt, obwohl auch nicht-kontinuierliche Fasern verwendet werden können. Gemäss der Erfindung werden die Verstärkungsgarne vorzugsweise aus der folgenden Materialgruppe gewählt: Glas, wie E-Glas, A-Glas, C-Glas, D-Glas, AR-Glas, R-Glas, S1-Glas und S2-Glas sowie verschiedene keramische Stoffe, wie Aluminiumoxid und Siliciumcarbid. Weiterhin sind Fasern auf Polymerbasis geeignet, insbesondere flüssigkristalline Polymere, wie Paraphenylenterephthalamid (PPDT), Polybenzobisoxazol (PBO), Polybenzobisthiazol (PBT) und Polybenzoimidazol (PBI) sowie Fasern auf Basis von Polyethylenterphthalat (PETP) und Polyphenylensulfid (PPS).
Im Rahmen der Erfindung können verschiedene Abänderungen durchgeführt werden.
Im Sinne eines nicht beschränkenden Beispiels wird eine Multilayerleiterplatte gemäss der Erfindung wie folgt hergestellt:
Ein 400mm x 400mm Basissubstrat wird gemäss einem Wickelverfahren, wie in US 4,943,334 beschrieben, hergestellt. Das Laminat wird so hergestellt, dass es auf beiden Seiten mit kommerziell erhältlicher, doppelbehandelter Kupferfolie belegt ist. Unter Anwendung üblicher Ätzmethoden (siehe Printed Circuits Handbook von C.J. Coombs jun., publiziert von McGraw-Hill, Kapitel 14) wird ein Muster von Kupferbahnen aus den Kupferfolienlagen, die auf diesem Laminat angebracht sind, geätzt, um eine doppelseitige Leiterplatte zu bilden. Die doppelseitige Leiterplatte wird mit einem Epoxyklebstoff auf Basis von 36,5 Gewichtsteilen Epikote 5050 (bromiertes Epoxid, das der Diglycidylether von Tetrabrombisphenol-A mit einem Epoxygruppengehalt von 2600 mMol/kg ist), 63,5 Gew.teilen Epikote 164 (fester Cresol- Formaldehyd-Novolak-Polyglycidyletherepoxyharz mit einem Epoxygruppengehalt von 4545 mMol/kg) und 3 Gew.teilen eines latenten Härters, der Bortrifluorid ist, das mit Monoethylamin komplexiert ist, um eine mit Klebstoff beschichtete PWB zu bilden, d.h. ein mit Klebstoff beschichtetes Basissubstrat, das sich zum Laminieren entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren eignet.
Zwei weitere 400mmx400mm Laminate werden gemäss dem Verfahren von US 4,943,334 zur Aufwicklung von Filamenten um einen Kern hergestellt. Das Laminat wird so gebildet, dass es auf einer Seite mit Kupferfolie versehen werden kann. Die andere Seite wird mit einem PTFE-Trennfilm (als Folge des Verfahrens des Aufwickelns um einen Kern) versehen, um zwei Intermediärsubstrate zu bilden, die jedes auf einer Seite eine leere Oberfläche besitzen, geeignet zum Laminieren gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren.
Die oben beschriebenen Laminate werden nach Entfernung des Trennfilms in folgender Ordnung gestapelt (von oben nach unten):
- Intermediärsubstrat, die leere Fläche nach unten, die Kupferlage nach oben;
- doppelseitig mit Klebstoff beschichtetes doppelseitiges Leiterplattensubstrat;
- Intermediärsubstrat, die leere Seite nach oben, die Kupferlage nach unten.
Der Stapel wird in eine Vakuumpresse gebracht, evakuiert und unter Erhitzen auf 180ºC verpresst. Nach einer Stunde wird die Presse geöffnet, und es entsteht eine erfindungsgemäss hergestellte Multilayer-Leiterplatte.

Claims

1.Verfahren zur Herstellung einer Mehrlagenleiterplatte durch Laminierverbindung mindestens eines Hartkern-Grundsubstrates, das auf mindestens einer Seite mit leitfähigen Bahnen und Zwischenräumen zwischen den Bahnen versehen ist, mit mindestens einem Hartkern-Intermediärsubstrat, wobei das Verbinden die Verwendung einer Klebschicht zwischen den beiden Substraten umfasst und die Klebschicht auf das mit einer Schaltung versehene Grundsubstrat auf der Seite aufgebracht ist, die dem Intermediärsubstrat zugewendet ist, wobei der Klebstoff fliessfähig ist und das Laminieren unter einem Druck erfolgt, durch den das intermediäre Substrat in Kontakt oder virtuell in Kontakt mit den leitfähigen Bahnen des Basissubstrates gebracht wird, wobei der Klebstoff die zwischen den Bahnen vorliegenden Zwischenräume füllt, wobei das Basissubstrat und das Intermediärsubstrat ein faserverstärktes duroplastisches Matrixmaterial enthalten und die Verstärkung in Form einer überkreuzenden Anordnung von Lagen aus unidirektional orientierten Fasern besteht.

2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht beschichtetes intermediäres Substrat verwendet wird.

3.Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein intermediäres Substrat auf beiden Seiten des Basissubstrates vorgesehen wird.

4.Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein doppelseitig mit Klebstoff beschichtetes Basissubstrat verwendet wird, das auf beiden Seiten mit leitfähigen Bahnen versehen ist, und dass die intermediären Substrate auf der Seite, die vom Basissubstrat abgewendet ist, mit leitfähigen Bahnen versehen sind oder eine Oberfläche aufweisen, die zum Anbringen von leitfähigen Bahnen geeignet ist.

5.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes intermediäre Substrat zwischen benachbarten Basissubstraten sandwichförmig angeordnet wird, die jeweils mit einer fliessfähigen Klebstoffschicht auf der Seite versehen sind, die dem intermediären Substrat oder den intermediären Substraten zugewandt ist, und während des Laminierprozesses ein solcher Druck auf das Laminat ausgeübt wird, der das intermediäre Substrat oder die Substrate in Kontakt oder virtuellen Kontakt mit den leitfähigen Bahnen der Basissubstrate bringt und die Zwischenräume zwischen diesen Bahnen auf jeder Seite des intermediären Substrates oder der Substrate mit dem Klebstoffmaterial füllt.

6.Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes einer Mehrzahl von n intermediären Substraten, wobei n eine ganze Zahl grösser als 1 ist, sandwichartig zwischen benachbarten Basissubstraten angeordnet wird, wobei die Zahl der Basissubstrate demzufolge n+1 ist, und dass dann laminiert wird.

7.Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminieren unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur durchgeführt wird.

8.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke jeder fliessfähigen Klebstoffschicht von gleicher Grössenordnung ist wie diejenige der leitfähigen Bahnen.

9.Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke jedes intermediären Substrates von gleicher Grössenordnung ist wie diejenige der Basissubstrate.

10.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basissubstrate mit elektrisch leitfähigen Kontaktlöchern versehen werden.

11.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Kontaktlöcher nach jedem Laminierschritt in den Substraten gebildet werden.

12.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die fliessfähige Klebstoffschicht, die auf einer oder beiden Seiten eines mit einer Schaltung versehenen Basissubstrates angeordnet sind, ein Klebstoff auf Basis eines unvernetzten oder nur teilweise vernetzten duroplastischen Kunststoffmaterials verwendet wird.

13.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix der Kernlagen der Substrate gewählt ist aus der folgenden Gruppe duroplastischer Kunststoffe: Cyanatharze, ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze, Acrylatharze, BT-Epoxyharz, Bismaleimidharz, Polyimid, Phenolharze, Triazine, Polyurethane, Biscitraconsäureharze und Kombinationen dieser Harze.

14.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix der Kernlagen der Substrate auch einen thermoplastischen Kunststoff enthält.

15.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix der Kernlagen der Substrate sowohl thermoplastische als auch duroplastische Kunststoffe enthält.

16.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfaser gewählt ist aus der folgenden Materialgruppe: A-Glas, AR-Glas, C-Glas, D-Glas, E-Glas, R-Glas, S1-Glas, S2-Glas, Quarz, Siliciumdioxid, Paraphenylenterephthalamid, Polybenzobisoxazol, Polybenzobisthiazol und Polybenzoimidazol, Polyethylenterephthalat und Polyphenylensulfid.

17.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleblage auch einen duroplastischen Kunststoff enthält.