DE69401195T2

DE69401195T2 - Laminare Platte für die Herstellung von gedruckten Schaltungen, daraus hergestellte gedruckte Schaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69401195T2
Application number: DE69401195T
Authority: DE
Inventors: Antonio Canova
Original assignee: Magnetek SpA
Current assignee: Magnetek SpA
Priority date: 1994-01-12
Filing date: 1994-01-12
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: EP0667736B1; CA2139824A1; EP0667736A1; ATE146644T1; US5523919A; ES2095733T3; DE69401195D1

Description

Laminierte Platte für gedruckte Schaltungen

Die Erfindung betrifft eine laminierte Platte für gedruckte Schaltungen, enthaltend eine Basisschicht, die aus einem Material mit einem hohen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten, insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt ist, und einer Beschichtung (auf mindestens einer Seite der Basisschicht) aus elektrisch isolierendem Material, das die Oberfläche zum Aufbringen der Leiterbahnen der gedruckten Schaltung bildet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine gedruckte Schaltung, die eine derartige laminierte Platte enthält, und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Laminierte Platten, die grundsätzlich in zwei Kategorien eingeteilt sind, werden zur Zeit zur Herstellung gedruckter Schaltungen verwendet. Die erste Kategorie umfaßt solche Platten, die mit einer Basisschicht aus isolierendem Material hergestellt werden, die auf einer oder möglichst auf beiden Seiten mit einer metallischen, insbesondere einer Kupferschicht beschichtet ist. Die Kupferschicht wird dann chemisch geätzt, um die Leiterbahnen der gedruckten Schaltungen zu erzeugen. Dieser Plattentyp wird auch in einer Mehrschichtversion hergestellt. Die zweite Kategorie der laminierten Platten umfaßt die Platten, die eine Basisschicht aus einem metallischen Material mit einem hohen thermischen Leitfäfigkeitskoeffizienten besitzen, auf welche auf mindestens einer Seite eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht wird, auf welche die Leiterbahnen der gedruckten Schaltung aufgebracht werden, wobei diese Leiterbahnen ebenfalls durch chemisches Ätzen einer Folie aus Kupfer oder einem anderen elektrisch leitenden Material erzeugt werden.
Gemeinhin werden die laminierten Platten des ersten Typs verwendet, sie besitzen jedoch den Nachteil, daß sie keine einfache Möglichkeit zur Ableitung der Wärme besitzen, die von den Leistungsbauteilen der elektriechen Schaltungen erzeugt wird. Schließlich erfordern sie die Verwendung von Wärmeableitungselementen, die den einzelnen Leistungsbauteilen zugeordnet werden, um eine geeignete Ableitung zu garantieren und die Erscheinung einer Überhitzung zu vermeiden. Das bringt hohe Material- und Arbeitskosten der Einrichtung mit sich. Darüberhinaus besitzen die Schaltungen, die mit einer Wärmeableitung ausgerüstet sind, besonders große Abmessungen und erfordern einen beachtlichen Platz für die Installation.
Um den Erfordernissen der Wärmeableitung ohne Einsatz äußerer Wärmeableitungselementen zu genügen, werden in bestimmten Fällen laminierte Platten des zweiten Typs verwendet. Diese ermöglichen eine einfache Abführung der von den Leistungsbauteilen erzeugten Wärme dank der metallischen Basisschicht. Die thermische Leistung, die von den Leistungsbauteilen erzeugt wird, wird in die unterliegende metallische Basisschicht (durch eine dünne elektrisch isolierende Beschichtung mit einem hohen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten) und von dieser in die äußere Umgebung übertragen. Dadurch ergibt sich ein Anstieg der Temperatur der gesamten Basisschicht, und damit auch der Flächen unterhalb der logischen Bauteile, welche so einer beachtlichen, nicht erwünschten Erwärmung ausgesetzt werden, aufgrund des hohen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten der isolierenden Schicht, die die Leiterbahnen von der metallischen Basis trennt.
In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen wird häufig auf Leistungsbauteile und logische Bauteile verwiesen. Diese Ausdrücke sollen Bauteile welche große Mengen thermischer Leistung ableiten (gewöhnlich durch verhältnismäßig große Bereiche der Betriebstemperaturbereiche gekennzeichnet), bzw. solche Bauteile, welche eine unbedeutende Mengen von thermischer Leistung ableiten und welche normalerweise relativ eingeschränkte maximale Betriebstemperaturgrenzen besitzen, bezeichnen. Diese Definitionen sollten jedoch nicht in einem eingeschränkten Sinn verstanden werden.
Die als logische Bauteile bekannten Bauteile sind normalerweise hochempfindlich auf die Temperatur und sind durch thermische Arbeitsgrenzen gekennzeichnet, die niedriger sind als die für die Leistungsbauteile vorgeschriebenen; wenn es bei Temperaturen nahe der vorgeschriebenen Maximaltemperatur arbeitet, kann das Bauteil beschädigt werden oder in jedem Fall schneller altern, was eine drastische Verringerug der MTBF (Mean Time Between Failures = Mittlerer Ausfallabstand) zur Folge hat.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine neue Platte für gedruckte Schaltungen vor, wobei mit der Platte eine gedruckte Schaltung hergestellt wird, und ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen, welche die Nachteile der konventionellen Platten und Schaltungen überwinden.
Insbesondere besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vereinfachung für die Herstellung einer Platte für gedruckte Schaltungen vorzusehen, welche einerseits die von den Leistungsbauteilen erzeugte Wärme effektiv ableiten kann, und andererseits die logischen Bauteile der elektronischen Schaltung vor übermäßigen Temperaturerhöhungen schützen kann.
In dem GB-A-1217148 wird eine laminierte Platte beschrieben, bei der die Basisschicht deformierte Flächen mit Vorsprüngen an einer Seite der Schicht besitzt. Auf der einen Seite, auf welcher die Vorsprünge angeordnet sind, wird eine isolierende Beschichtung aufgebracht. Die Beschichtung besitzt eine geringere Tiefe als die Höhe der Vorsprünge. Die Teile der Vorsprünge, die sich außerhalb der früher aufgebrachten isolierenden Schicht befinden, werden entfernt, so daß eine glatte, ebene Oberfläche erhalten wird. Auf die Oberfäche wird eine weitere isolierende Schicht aufgebracht und gebrannt.
Die laminierte Platte für gedruckte Schaltungen entsprechend der Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Die gedruckte Schaltung, die eine derartige laminierte Platte enthält, und das entsprechende Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung sind in den Ansprüchen 7 beziehungsweise 8 definiert.
Die elektrisch isolierende Beschichtung liefert eine im wesentlichen glatte und ebene Oberfläche, auf welche eine Kupferfolie aufgebracht werden kann, um die Leiterbahnen zu erzeugen, jedoch ist zwischen der freien Oberfläche der isolierenden Beschichtung, auf welche die Kupferfolie aufgebracht wird, die die Bahnen bildet, und dem die Basisschicht bildenden metallischen Körper eine thermische Barriere veränderlicher Dicke vorhanden, und insbesondere mit einer größeren Dicke an den Stellen, wo die logischen Bauteile angeordnet sind, und einer geringeren Dicke im Bereich der Leistungsbauteile. Das ermöglicht, die Wärme, die von den Leistungsbauteilen erzeugt wird, durch die dünne Schicht des thermisch isolierenden Materials abzuleiten, während die logischen Bauteile vor der hohen Temperatur, welche die Basisschicht erreichen kann, durch eine Schicht aus isolierendem Material größerer Dicke geschützt werden.
Die weiteren charakteristischen Vorteile der Platte entsprechend der Erfindung sind in den anhängenden, abhängigen Ansprüchen aufgezeigt. Insbesondere kann das isolierende Material, das die Beschichtung bildet, ein Polymerharz sein oder vorzugsweise eine Vetronitstruktur des Typs, der gewöhnlich auf diesem Gebiet verwendet wird. Diese ist insbesondere für die Herstellung einer Mehrschichtstruktur mit einer Mehrzahl von überlagerten Schichten geeignet.
Die Platte entsprechend der Erfindung kann auch verwendet werden, um Mehrschichtschaltungen zu erzeugen, das sind Schaltungen mit einer Mehrzahl von elektrisch untereinander verbundenen Ebenen von Leiterbahnen
Entsprechend dem bekannten Stand der Technik werden gedruckte Schaltungen, die als ein- oder doppelseitig bekannt sind, auf einem laminierten Basisprodukt vom Standardtyp hergestellt. Dieses laminierte Produkt besteht aus einer Platte aus Vetronit oder einem äquivalenten isolierenden Material mit einem Blech aus Kupfer auf einer oder auf beiden Seiten, auf welcher anschließend die Leiterbahnen zum Anpassen der Schaltungsbauteile hergestellt werden. Entsprechend der Erfindung ist die Platte jedoch nicht für alle Schaltungen ein standardisiertes, laminiertes Material, sondern besitzt eine Struktur, welche von Schaltung zu Schaltung unterschiedlich ist, da sie an den zukünftigen Stellen für Leistungsbauteile in der Schaltung Vertiefungen und Vorsprünge besitzen muß. Die Erfindung schlägt deshalb ein vollständig neuartiges Verfahren für die Herstellung einer gedruckten Schaltung vor, welches eine anfängliche Formgebung der Basisschicht vor dem Aufbringen der isolierenden Schicht und der nachfolgenden Leiterfolie, in welcher dann die Leiterbahnen der gedruckten Schaltung ausgebildet werden, erfordert.
Die Erfindung geht deutlicher aus der Beschreibung und den anhängenden Zeichnungen, welche ein nichteingeschränktes praktisches Beispiel der Erfindung zeigen, hervor. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht eines möglichen Ausführungsbeispiels der Basisschicht der Platte entsprechend der Erfindung;
Fig. 2 das Aufbringen der Schicht aus isolierendem Material in einem eingeengten Schnitt durch II-II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt ähnlich Fig. 2 nach der Ausbildung der isolierenden Schicht und dem Anpassen von zwei Bauteilen, nämlich einem logischen Bauteil und einem Leistungsbauteil; und
Fig. 4 die anschließenden Stufen des Prozesses der Herstellung einer gedruckten Schaltung in einem möglichen Ausführungsbeispiel entsprechend der Erfindung in einer sehr schematischen Form.
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf die Basisschicht, die allgemein mit 1 bezeichnet ist, auf der Platte entsprechend der Erfindung. Die Basisschicht wird geschnitten, um eine rechteckige Scheibe geeigneter Abmessungen zu erzeugen, und in ihr werden deformierte Flächen, die allgemein mit 3 bezeichnet sind, vorgesehen. Bei dem dargestellten Beispiel sind vier im wesentlichen rechteckige, deformierte Flächen mit unterschiedlichen Abmessungen und Formen aus Gründen vorhanden, welche noch erläutert werden. Die Vorsprünge können irgendeine Form besitzen, abhängig von der Form der Bauteile, denen sie zugeordnet werden. Die gewöhnlich am häufigsten verwendete Form ist jedoch die rechteckige, wie dargestellt.
Wie insbesondere in dem Detailschnitt in Fig. 2 zu erkennen ist, besteht jede deformierte Fläche 3 aus einer Vertiefung 3A auf der unteren Seite 1A der Basisschicht 1 und einem Vorsprung 3B auf der oberen Seite 1B der Basisschicht 1.
Auf der Basisschicht 1 ist eine Beschichtung aus isolierendem Material, welches zum Beispiel aus einer geschichteten Struktur einer Vetronitscheibe bestehen kann, ausgebildet. Fig. 2 zeigt schematisch ein Verfahren zur Erzeugung dieser isolierenden Beschichtung. Wie in Fig. 2 gezeigt wird, sind vier Folien aus isolierendem Material (zum Beispiel Vetronit), die mit 5A - 5D bezeichnet sind, auf der Basisschicht 1 angeordnet. Jede Folie 5A - 5D besitzt an der Stelle des entsprechenden Vorsprunges 3B eine Öffnung, die jeweils mit 7A - 7D bezeichnet sind. Die Größe jeder Öffnung 7A - 7D entspricht im wesentlichen der des entsprechenden Vorsprunges 3B. über der Folie 5A ist eine äußere Folie 9 ohne Öffnung angeordnet. Die gesamte Dicke der Folien 5A - 5D ist im wesentlichen gleich der Dicke des Vorsprunges 3B.
Die Dicken der Folien 5A - 5D und der Folie 9 können zum Beispiel von 10 bis 200 µm variieren.
Eine Folie aus elektrisch leitendem Metall, zum Beispiel eine Kupferfolie mit einer Dicke, die zum Beispiel 35 - 100 µm sein kann, ist über der isolierenden Beschichtung, die durch Übereinanderlegen der Folien 5A - 5d und 9 erzeugt wird, hergestellt. Die Struktur, die auf diese Weise erhalten wird, wird zusammengepreßt, um die verschiedenen Schichten zu stabilisieren, und als Platte für eine gedruckte Schaltung verwendet. Die Schaltung wird durch chemisches Ätzen der Leiterbahnen mit Hilfe im wesentlichen konventioneller Verfahren erhalten.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt ähnlich Fig. 2 mit der auf der Platte erzeugten gedruckten Schaltung. Die Zahl 11 bezeichnet den Abschnitt der Leiterbahnen aus leitendem Material, das auf der freien Oberfläche der isolierenden Beschichtung, die insgesamt mit 13 bezeichnet ist, hergestellt wird, und die durch Übereinanderlegen der Folien 5A - 5D und 9 erzeugt wird. Die Schaltungsbauteile werden an der Oberfläche montiert, auf welcher die Leiterbahnen 11 ausgebildet sind. In dem schematischen Beispiel der Fig. 3 ist ein Leistungsbauteil 15, das auf der deformieten Fläche 3 der Basisschicht 1 angeordnet ist, gezeigt. Die Zahl 17 bezeichnet ein logisches Bauteil auf einer nichtdeformierten Fläche der Basisschicht 1.
Wie in der Darstellung in Fig. 3 gezeigt wird, ist das Leistungsbauteil 15, welches während des Betriebes eine beachtliche Wärmemenge abgibt, von der Basisschicht aus metallischem Material 1 durch eine dünne elektrisch isolierende Schicht getrennt, deren Dicke im wesentlichen der Dicke der laminierten Folie 9 entspricht. Das liefert eine sehr gute Wärmeübertragung von dem Leistungsbauteil zur unterliegenden metallischen Basisschicht 1 mit einem hohen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten. Umgekehrt ist das logische Bauteil 17 von der unterliegenden Basisschicht 1 durch eine Schicht aus einem isolierenden Material sehr viel größerer Dicke getrennt, die in dem hier dargestellten besonderen Ausführungsbeispiel gleich dem Fünffachen der Dicke des isolierenden Materials ist, das zwischen den Leistungsbauteilen 15 und der Basisschicht 1 angeordnet ist. Das garantiert, daß das logische Bauteil 17 von der Basisschicht 1, welche ziemlich hohe Temperaturen erreichen kann, wirksam thermisch isoliert wird. Das logische Bauteil 17 arbeitet deshalb unter thermischen Bedingungen besser als jene, die in konventionellen Systemen mit einer metallischen Basisschicht vorliegen, da die Wärme, die von dem Leistungsbauteil 15 abgeleitet wird, die Temperatur des logischen Bauteiles 17 nicht wesentlich beeinflußt.
Fig. 4 zeigt schematisch vier aufeinanderfolgende Stufen der Herstellung des laminierten Trägers, wobei Fig. 4A insbesondere die Basisschicht 1 vor der Deformation zeigt, was mit Hilfe von Stanzen und Stempeln erfolgen kann, und bei 21 beziehungsweise 23 gezeigt wird. Fig. 4B zeigt die Basisschicht 1 nach der Deformation mit der deformierten Fläche 3, während Fig. 4C eine mittlere Stufe bei der Herstellung der isolierenden Beschichtung durch Übereinanderlegen der Folien 5A - 5d und 9 zeigt. Fig. 4D zeigt die vollständige Platte mit der Folie aus Kupfer oder einem anderen hochleitenden Metall, aus welcher im wesentlichen die Leiterbahnen 11 der gedruckten Schaltung hergestellt werden. Die Platte in Fig. 4D wird durch Zusammendrücken der Mehrschichtstruktur 5, 9, auf welche vor der Herstellung der Leiterbahnen der gedruckten Schaltung die Kupferfolie übereinnandergelegt wurde, erzeugt.
Als eine Alternative zu dem oben schematisch gezeigten Prozeß ist es möglich, die isolierende Beschichtung 13 mit einem Polymerkörper, welcher auf die obere Oberfläche der Basisschicht 1 gesprüht wird, mit anderen Worten, auf die Oberfläche 1B, in welcher die Vorsprünge 3B hergestellt werden, oder mit einer einzelnen Scheibe eines geeignet geformten isolierenden Materials, zu erzeugen.
Der oben beschriebene Prozeß ist ebenfalls auf die Herstellung von Mehrschichtschaltungen anwendbar, mit anderen Worten, Schaltungen, in welchen die metallischen, elektrisch leitenden Leiterbahnen in einer Vielzahl von Ebenen liegen.
Die Zeichnung soll nur ein Beispiel zeigen, das als praktische Demonstration der Erfindung dient, und die Erfindung kann in ihren Formen und Ausführungen verändert werden, ohne sich vom Umfang der Erfindung zu entfernen. Die Bezugszahlen in den Ansprüchen dienen zur Erleichterung des Lesens der Ansprüche unter Bezugnahme auf die Beschreibung und die Zeichnung, und sollen nicht den Schutzumfang der Ansprüche einschränken.

Claims

1. Laminierte Platte für gedruckte Schaltungen, mit einer Basisschicht (1) aus einem Material mit hohem thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten und auf mindestens einer Seite (1B) der Basisschicht eine Beschichtung (13) aus elektrisch isolierendem Material, die eine Oberfläche für die Anbringung von Leiterbahnen (11) der gedruckten Schaltung bildet, wobei die Basisschicht (1) mindestens einen deformierten Bereich (3) mit einem Vorsprung (3B) an einer Seite (1B) der Basisschicht (1) aufweist, und wobei die isolierende Beschichtung (13) auf der Seite (1B) angebracht ist, an der sich der Vorsprung (3B) befindet, und eine von Diskontinuitäten im wesentlichen freie Oberfläche bildet, mit einer geringeren Dicke im Bereich des Vorsprungs (3B) und einer größeren Dicke in den Bereichen neben dem Vorsprung, dadurch gekennzeichnet, daß der deformierte Bereich (3) eine Vertiefung (3A) aufweist, die dem Vorsprung (3B) entspricht und sich auf der Seite (1A) der Basisschicht befindet, die der den Vorsprung (3B) aufweisenden Seite (1B) gegenüberliegt;

und daß die Beschichtung (13) aus isolierendem Material mit einer Mehrschichtstruktur ausgebildet ist mit einer Anzahl von übereinander angeordneten Schichten (5A, 5B, 5C, 5D), von denen jede im Bereich des Vorsprungs entsprechende Öffnungen (7A, 7B, 7C, 7D) aufweist, deren Abmessungen annähernd denen des Vorsprungs (3B) entsprechen, und mit einer durchgehenden oberen Schicht (9), die den Vorsprung (3B) bedeckt.

2. Laminierte Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verformte Bereich im wesentlichen Rechteckform hat.

3. Laminierte Platte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisschicht (1) eine Metallschicht ist.

4. Laminierte Platte nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (13) aus isolierendem Material aus einem Polymerkörper besteht.

5. Laminierte Platte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (13) aus isolierendem Material aus glasfaserverstärktem Epoxyharz besteht.

6. Laminierte Platte nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrschichtplatte ist mit mindestens zwei Folien (11A, 11B) aus leitfähigen Material, in denen die Leiterbahnen geformt sind, wobei die Folien durch eine isolierende Zwischenschicht (12) getrennt sind.

7. Gedruckte Schaltung mit einer laminierten Platte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei auf der Platte mindestens ein Leistungsbauteil (5) über mindestens einem Vorsprung (3B) angeordnet und mindestens ein Logikbauteil (17) in einem Bereich angeordnet ist, in dem die Beschichtung (13) aus isolierendem Material eine größere Dicke hat.

8. Verfahren zur Bildung einer gedruckten Schtaltung, bei dem eine laminierte Platte mit einer Basisschicht (1) aus thermisch leitfähigem Material auf mindestens einer Seite (1B) mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung (13) beschichtet wird und ein System von Leiterbahnen (11) auf der Beschichtung ausgebildet und ein oder mehrere elektronische Bauteile (15, 17) an den elektrisch leitfähigen Bahnen angebracht werden, mit den Schritten:

- Identifizieren des Bereichs oder der Bereiche, wo die Leistungsbauteile (15) der Schaltung angebracht werden sollen;

- Deformieren der Basisschicht (11) in dem Bereich oder den Bereichen unter Erzeugung eines Vorsprungs (3B) an einer ersten Oberfläche (1B) der Basisschicht (1) in dem oder jedem Bereich, und unter Bildung einer entsprechenden Vertiefung (3A) auf der der ersten Oberfläche (1B) gegenüberliegenden Oberfläche (1A) der Basisschicht;

- Aufbringen einer isolierenden Beschichtung (13) auf der ersten Oberfläche (1B) unter Bildung einer von Diskontinuitäten im wesentlichen freien Oberfläche, wobei die isolierende Beschichtung im Bereich des Vorsprungs oder der Vorsprünge (3B) eine geringere Dicke hat und hergestellt wird durch Übereinanderordnen einer Anzahl von Schichten (5A-5D) aus isolierendem Material, von denen jede im Bereich des Vorsprungs (3) eine Öffnung (7A-7D) mit Abmessungen im wesentlichen gleich denen des Vorsprungs oder der Vorsprünge aufweist und durch Aufbringen mindestens einer Endschicht (9) aus durchgehendem isolierendem Material über der Anzahl von mit Öffnungen versehenen Schichten aus isolierendem Material, wobei die Schichten aus isolierendem Material und die Basisschicht gepreßt werden;

- Anbringen einer Folie aus elektrisch leitfähigem Material auf der isolierenden Schicht;

- Ausbilden der Leiterbahnen (11) der gedruckten Schaltung in der Folie aus elektrisch leitfähigem Material; und

- Anbringen des Leistungsbauteils oder der Leistungsbauteile (15) im Bereich des Vorsprungs oder der Vorsprünge.