DE69918086T2

DE69918086T2 - Trennfolien aus stahllegierung und kupfer/stahl-verbundfolien zur anwendung in der herstellung von leiterplatten

Info

Publication number: DE69918086T2
Application number: DE69918086T
Authority: DE
Inventors: S. Mark FRATER
Original assignee: Re Service Co Inc Lodi; R E Service Co Inc
Current assignee: Re Service Co Inc Lodi; R E Service Co Inc
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2019-04-10
Also published as: TW407440B; JP2002511663A; ATE269630T1; EP1070443A1; WO1999053737A1; AU3485699A; EP1070443B1; DE69918086D1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Leiterplatten und im Besonderen Trennfolien aus Stahllegierungen und Kupfer-Metall-Verbundstrukturen zur Verwendung bei der Fertigung von gedruckten Schaltungen bzw. Leiterplatten.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In den frühen Phasen der Fertigungstechnologie wurden ausgelegte Lagen gedruckter Schaltungen bzw. Leiterplatten unter Verwendung von Pressen laminiert, die denen ähnlich sind, die in der Holzindustrie zum Laminieren etwa von Sperrholzplatten verwendet werden. Verwendet wurden hydraulisch angetriebene Pressen, und Dampf oder elektrischer Strom wurden zur Erhitzung der Pressen auf Temperaturen von über 350°F (177°C) verwendet. Die Lagenkomponenten in den Pressen wurden ungefähr eine Stunde lang Druckwerten von 300 psi (21 kg/cm²) bis 500 psi (35 kg/cm²) bei 350°F (177°C) ausgesetzt, um die Laminierung zu erreichen. Stark polierte und präzisionsgeschliffene Edelstahlplatten mit einer Dicke von ungefähr 0,061 Zoll (1,6 mm) wurden verwendet, um jede Lage in einer Pressenöffnung zu trennen. Für gewöhnlich wurde für diese Edelstahl-Trennplatten mit einer Dicke von 0,062 Zoll (1,6 mm) eine vollständig durchgehärtete Legierung T-304 oder ein äquivalenter Werkstoff verwendet. Ein Problem war es diesbezüglich jedoch, dass die Edelstahl-Trennplatten mit einer Dicke von 0,062 Zoll (1,6 mm) nach jedem Einsatz gesäubert oder geschrubbt werden mussten, um Rückstände zu entfernen, und ihre Oberflächen mussten periodisch bearbeitet werden, um durch die Handhabung und den Einsatz verursachte Vertiefungen und Kratzer zu beseitigen. Letztlich mussten die Platten ersetzt werden.
Ende der 80er Jahre ermöglichte die Einführung von Pressen mit Vakuumunterstützung den Einsatz von niedrigeren Druckwerten während dem Laminierungszyklus. Die in Pressen mit Vakuumunterstützung verwendeten Druckwerte lagen für gewöhnlich im Bereich von ungefähr 150 psi (11 kg/cm²) bis 250 psi (18 kg/cm²) im Gegensatz zu dem Druckbereich von 300 psi (21 kg/cm²) bis 500 psi (35 kg/cm²), die in mit hydraulischem Dampf angetriebenen Pressen oder in elektrischen Pressen verwendet werden. In Verbindung mit Pressen mit Vakuumunterstützung wurden Aluminium-Trennlagen bzw. Trennfolien mit Dicken zwischen 0,007 Zoll (0,18 mm) und 0,015 Zoll (0,38 mm) getestet und in der Folge umfassend eingesetzt. In diesem Zeitraum veröffentlichte Testergebnisse ergaben, dass dünne Aluminium-Trennlagen zum Laminieren von Lagen für Leiterplatten deutlich bessere Ergebnisse lieferten als Stahlplatten. Diese dünnen Trennfolien aus Aluminium wurden nach dem Laminierungsprozess entsorgt, wodurch auf kostspielige Reinigungs und Handhabungsvorgänge von Stahlplatten ebenso verzichtet werden konnte wie auf die hohen Investitionen für den Ersatz der Stahlplatten. Die für die Trennlagen aus Aluminium verwendete Legierung entspricht für gewöhnlich der Serie 3000 (z.B. 3003, 3004, 3105 oder eine äquivalente Legierung) mit einer Härtebezeichnung von H19, wobei es sich dabei um die gleiche Legierung handelt, die für Getränkedosen aus Aluminium verwendet wird. Das Verfahren der Verwendung dünner Trennfolien aus Aluminium in Verbindung mit den niedrigen Druckwerten von Pressen mit Vakuumunterstützung lieferte gute Ergebnisse für kennzeichnende Leiterplatten mit vier Lagen bis sechs Lagen und mit Schaltungsleitungen mit einer Breite von ungefähr 0,008 Zoll (0,2 mm) und Zwischenabständen von ungefähr 0,008 Zoll (0,2 mm). Eine kennzeichnende Konfiguration in einer Öffnung einer Presse ist eine Stahlplatte oben auf und unten an dem Stapel und mit dünnen Aluminiumfolien bzw. Aluminiumlagen, welche jede Flachbaugruppenlage trennt. Die Produktionsrate in derartigen Pressen mit Vakuumunterstützung stieg von 6 bis 8 Flachbaugruppenlagen in Verbindung mit Edelstahllagen mit einer Dicke von 0,062 Zoll (1,6 mm) auf etwa 10 bis 14 Flachbaugruppenlagen je kennzeichnender Pressenöffnung von 1.5 Zoll (3,8 cm) an.
Technologische Fortschritte machen jedoch Flachbaugruppen mit umfassenderen und dichteren Schaltkreisanordnungen erforderlich. Dies bedeutet, dass Schaltungen feinere Leitungen (mit kleineren Breiten als 0,006 Zoll bzw. 0,15 mm) und engere Zwischenabstände zwischen Schaltungsleitungen (kleiner als 0,006 Zoll bzw. 0,15 mm) aufweisen müssen. Dichtere Oberflächen auf einer Flachbaugruppe bzw. einer Leiterplatte ermöglichen eine größere Menge an elektronischen Bauteilen, die daran angebracht sind, was somit eine schnellere Informationsverarbeitung und eine noch stärkere Miniaturisierung elektronischer Hardware ermöglicht. Diese höheren technologischen Anforderungen haben die Oberflächengüte laminierter Leiterplattenlagen noch bedeutsamer bzw. kritisch gestaltet. Probleme wie etwa die Oberflächenrauheit und die Bildübertragung, die bereits früher existierten, sind heute zu kritischen Aspekten geworden, die gelöst werden müssen, wie zum Beispiel etwaige kleine Erhebungen auf der Oberfläche der Aluminiumlage bzw. der Aluminiumfolie, die auf die obere Oberfläche der Leiterplatte übertragen werden, was ein Abkratzen der Leiterplatte sowie eine Überarbeitung des Fertigungsprozesses für die Leiterplatte bzw. die Flachbaugruppe erforderlich macht.
Um das Abkratzen sowie Überarbeitungen aufgrund von Problemen in Verbindung mit der Bildübertragung und der Oberflächengüte zu verhindern, kommen bei jeder heute verwendeten Konfiguration einer Presse Edelstahlplatten mit einer Dicke von 0,062 Zoll (1,6 mm) (für gewöhnlich Edelstahl T-304 oder T-600) zum Einsatz, die angrenzend an dünne Trennlagen aus Aluminium sowie oben und unten an dem Stapel platziert werden. Bei vielen Pressenbeschickungen werden dem Aufbau der Lagen mindestens drei Stahlplatten hinzugefügt, was die Anzahl der Lagen reduziert, die während jedem Zyklus der Presse laminiert werden können. Einige der Aufbaukonfigurationen weisen sowohl Aluminiumlagen als auch Stahlplatten auf, welche jede Lage in der Presse voneinander trennen, wobei die Aluminiumtrennfolien nach jedem Zyklus der Presse entsorgt werden. Dieser Ansatz konnte das Problem jedoch nicht vollständig lösen, da er eine Reduzierung der Produktionsrate der Presse bewirkt. Ferner verursachen Dellen, Vertiefungen und andere Oberflächenfehler durch die Wiedereinführung von Stahlplatten in den Prozess weiterhin ein Abschaben bzw. Abkratzen und eine Überarbeitung von Flachbaugruppenlagen. Darüber hinaus müssen zahlreiche Hersteller von Flachbaugruppen zusätzliche neue Edelstahlplatten mit einer Dicke von 0,062 Zoll (1,6 mm) einkaufen und wiederum teuere Systeme zur Reinigung und Handhabung der Platten installieren. Obwohl die dünnen Trennlagen aus Aluminium nach jedem Zyklus der Presse entsorgt werden, müssen die Stahlplatten vor jedem Einsatz gereinigt werden, wodurch der Fertigungsprozess für Flachbaugruppen um zusätzliche Verfahrensschritte und Kosten ergänzt wird. Zur Erfüllung der Produktionsnachfrage müssen Hersteller zusätzliche Vakuumpressen erwerben, die jeweils je Einheit zwischen ungefähr 250.000 US-Dollar und 1.000.000 US-Dollar kosten, um den Produktivitätsverlust auszugleichen, der durch die Wiedereinführung von Stahlplatten in den Fertigungsprozess von Flachbaugruppen bewirkt worden ist.
Heute produzieren Hersteller zwischen 3 und 8 Flachbaugruppenlagen auf dichten Hochtechnologie-Leiterplatten in Verbindung mit mehr Qualitätsproblemen und zu höheren Kosten. Dichte Flachbaugruppen gemäß dem Stand der Technik erfordern heute zwei Trenneinrichtungen, eine 0,062 Zoll (1,6 mm) dicke Edelstahlplatte und eine dünne Aluminiumlage. Dabei handelt es sich um einen teueren Schritt zurück zu den Anfängen der Entwicklung des Fertigungsprozesses für Flachbaugruppen.
Der Einsatz eines dünnen Stücks Aluminiums in einer Verbundstruktur aus Kupfer und Aluminium erfüllt schlichtweg nicht die anspruchsvollen Anforderungen der Gegenwart für hoch technologische, dichte Flachbaugruppen. Derartige Verbundkonstruktionen leiden unter einer Reihe von Nachteilen. Dazu zählen die Anfälligkeit in Bezug auf durchgehende Drucke sowie Bildübertragung, fehlerhafte Passgenauigkeit, Blasenbildung, Verwerfungen und Delaminierung. Darüber hinaus weisen sie eine unzulässige Oberflächenrauheit auf.
Eine häufige Folge der Bildübertragung ist ein kontaktversetzter Druck. Dies hemmt allgemein die Adhäsion der trockenen Folie und die Fähigkeit, eine direkte Abbildung auf Lagen zu exponieren. Daraus folgt, dass derartige Laminate für gewöhnlich auf die Fertigung von Flachbaugruppen mit vier bis sechs Lagen begrenzt sind. Darüber hinaus sind zwischen jeder Flachbaugruppenlage häufig Beilagen erforderlich. Der Einsatz von Beilagen verteuert die Fertigung von Flachbaugruppen signifikant. Die Beilagen müssen zwischen jedem Einsatz einem arbeitsaufwändigen Reinigungsprozess unterzogen werden. Beilagen sind sehr teuer und viele Hersteller von Flachbaugruppen mussten in ihren Fertigungsstätten Flächen für die Reinigung von Beilagen reservieren.
Eine fehlerhafte Ausrichtung ist die Folge einer zu starken Bewegung der inneren Lagen. Dies führt zu einem Bohrerbruch und macht die Flachbaugruppe nutzlos. Ein Bohrerbruch ist auch eine Folge einer fehlerhaften Passgenauigkeit bzw. Ausrichtung in Hochtechnologie-Flachbaugruppen, wobei kleine Löcher von weniger als 13 Milliinch (0,33 mm) und bis zu 4 Milliinch (0,01 mm) klein üblich sind.
Verwerfungen sind die Folge eines uneinheitlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium. Der uneinheitliche thermische Ausdehnungskoeffizient erzeugt mehr Hot Spots, die Blasenbildungen verursachen. Dieses Problem kann in den ersten sechs Monaten oder länger nach der Herstellung eventuell gar nicht auftreten und somit später erhebliche Systemfehler verursachen.
In Verbindung mit Aluminium ist die Oberflächenrauheit ebenfalls ein Problem. Die hohe Oberflächenrauheit verursacht kontaktloses Drucken, den Bruch von Bohrerspitzen und Materialverlust. Die Laminate unterliegen ebenfalls Verwerfungen, die sie funktionsunfähig machen. Zudem wurden bei der Verwendung von Laminaten bei niedrigen Druckwerten Delaminierungen beobachtet.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Trennfolie gemäß der Definition in Anspruch 1 sowie eine Verbundfolie gemäß den Definitionen der Ansprüche 6 und 13. Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5, 7 bis 12 und 4 bis 21 vorgesehen. Die inhärenten Unzulänglichkeiten herkömmlicher Flachbaugruppenlaminate und Laminierungsprozesse werden durch die erfindungsgemäße Verbundkonstruktion überwunden, die allgemein eine Stahllegierungs-Trennfolie zur Anbringung an einer Kupferlage sowie einer Lage aus einem korrosionsbeständigen Metall, bei dem es sich nicht um Aluminium und Kupfer handelt, umfasst, die an einer Kupferlage angebracht ist. Zum Beispiel und ohne einzuschränken werden die Unzulänglichkeiten gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Lage eines Stahllegierungsmaterials überwunden, das eine korrosionsbeständige Beschichtung und einzigartige metallurgische Eigenschaften aufweist. Die Stahllegierungslage kann als eine separate Komponente verwendet werden, wobei sie auch mit einer nicht angebrachten Kupferfolie in Kombination eingesetzt werden kann, und wobei sie optional auch auf jede herkömmliche Art und Weise an einer Kupferfolienschicht angebracht werden kann, wie zum Beispiel unter Verwendung von Klebstoffen auf die Art und Weise, die in den U.S. Patenten US-A-5.153.050, US-A-5.120.590 oder US-A-5.512.381 beschrieben werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Unzulänglichkeiten in Verbindung mit einer Verbundkonstruktion überwunden, die vorzugsweise eine Stahlschicht mit einer korrosionsbeständigen Beschichtung umfasst, und mit einer Kupferfolienschicht, die an der Stahllegierungsschicht unter Verwendung ähnlicher Befestigungstechniken angebracht wird. Somit ist es nicht von Bedeutung, ob der Klebstoff gemäß der Beschreibung in dem U.S. Patent US-A-5.153.050 in einem Band aufgetragen wird, um eine ununterbrochene Dichtung vorzusehen, oder ob er als absatzweise Punkte bzw. Inseln aufgetragen wird, wie dies in dem U.S. Patent US-A-5.120.590 beschrieben wird, wobei weder eine ununterbrochene noch eine im Wesentlichen ununterbrochene Dichtung vorgesehen wird. Ferner ist es nicht wesentlich, ob der Klebstoff elastisch oder starr ist. Hiermit wird jedoch festgestellt, dass der Klebstoff derart beschaffen sein sollte, dass er die Lagen entweder bei den Temperaturen der Presse freisetzt oder die folgende Trennung der Lagen nicht anderweitig beeinträchtigt. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Lagen unter Verwendung von Widerstandsschweißen oder dergleichen direkt miteinander verbunden, so dass die Bindung ohne den Einsatz von Klebstoffen erfolgt.
In den laminierten Verbundstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kupferfolienschicht an einer oder an beiden Seiten der Stahlschicht angebracht. Bei einer Erhitzung und Kompression auf die Flachbaugruppenlage haftet das Kupfer und wird funktionaler Bestandteil der letztendlichen Flachbaugruppe. Die Stahlschicht wird in der Folge entfernt und entsorgt. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Stahlschicht verzichtet auf und/oder reduziert den erforderlichen Einsatz herkömmlicher Edelstahlplatten mit einer Dicke von 0,062 Zoll (1,6 mm) in dem Aufbau der Presse. Folglich verbessert sich die Oberflächengüte der Flachbaugruppe, reduziert sich die Bildübertragung und wird eine flachere, weniger wellige Leiterplatte bzw. Flachbaugruppe erzeugt, und zwar ohne die Kosten der Verwendung separater Edelstahl-Trennplatten mit einer Dicke von 0,062 Zoll (1,6 mm). Ferner ermöglicht die Übereinstimmung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) zwischen dem Stahl gemäß der vorliegenden Erfindung und dem Kupfer eine flachere Fertigung der Flachbaugruppen bzw. Leiterplatten, was eine bessere Passgenauigkeit zwischen der Folienschicht und der Substratschicht der Verbundfolie vorsieht.
Zusätzliche Informationen in Bezug auf die Verbundfolien-Fertigungstechnologie und Verfahren zur Fertigung von Leiterplatten finden sich in den U.S. Patenten US-A-4.875.283, US-A-5.120.590, US-A-5.512.381 und US-A-5.153.050.
Die Trennfolie aus einer Stahllegierung sowie die Kupfer-Stahl-Verbundstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung sind leistungsfähiger als Kupfer-Aluminium-, Kupfer-Kupfer- und andere bekannte Kupfer-Metall-Verbundstrukturen. In Bezug auf die Verbundstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, Leiterplatten mit bis zu achtzehn Schichten bzw. Lagen herzustellen, ohne Beilagen einsetzen zu müssen. Da die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Stahlfolie keine Bildübertragungsprobleme aufweist, die Aluminium-Kupfer- und Kupfer-Kupfer-Laminaten zugeordnet sind, ermöglicht die vorliegende Erfindung mehr Flachbaugruppen je Buch im Vergleich zu herkömmlichen Verbundstrukturen, wodurch eine gesteigerte Produktion ermöglicht wird. Darüber hinaus ermöglicht die Stahlschicht höhere Druckwerte in Verbindung mit den Flachbaugruppen, wodurch eine flachere und besser nutzbare Leiterplattenfläche vorgesehen wird. Ferner kann auf herkömmliche Edelstahl-Trennplatten mit einer Dicke von 0,062 Zoll (1,6 mm) verzichtet werden, was reduzierte Material- und Ausrüstungskosten zur Folge hat. Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Stahlschicht weist ferner einen stabileren Wärmeanstieg auf als Aluminium, wodurch die Möglichkeit einer fehlerhaften Passgenauigkeit und eines Bohrerbruchs verringert wird. Blasenbildungen und Verwindungen werden ebenfalls reduziert, da der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung dem von Kupfer ähnlich ist. Zudem fördert die glatte Oberfläche des erfindungsgemäßen Stahls die Fertigung von Flachbaugruppen mit höherer Dichte. Ferner treten die Delaminierungsprobleme nicht mehr auf, die Aluminium-Kupfer- und Kupfer-Kupfer-Verbundstrukturen zugeordnet sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trennfolie zur Verwendung in einem Aufbau einer Presse zwischen Leiterplattenschichten vorzusehen, welche es überflüssig macht, sowohl einen Edelstahl mit einer Dicke von 0,062 Zoll (1,6 mm) als auch eine Aluminiumtrennfolie bei der Fertigung von Flachbaugruppen zu verwenden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Verbundfolie zur Verwendung in einem Aufbau für eine Presse zwischen Leiterplattenschichten vorzusehen, wobei auf Aluminiumtrennfolien und die damit verbundenen Probleme verzichtet werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, den Einsatz von Klebstoffen zwischen der Funktionsschicht und der Trennschicht der Flachbaugruppen-Verbundstrukturen überflüssig zu machen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, die Abfallmenge bei der Fertigung von Flachbaugruppen zu reduzieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, die Aluminiumtrennfolien zugeordneten Probleme in Bezug auf die Oberflächengüte und die Bildübertragung zu überwinden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, das konstante Abkratzen und Reinigen herkömmlicher Edelstahl-Trennplatten mit einer Dicke von 0,062 Zoll (1,6 mm) überflüssig zu machen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Verbundfolie zur Verwendung in einem Aufbau für eine Presse zwischen Flachbaugruppenschichten vorzusehen, die auf den Einsatz von Klebstoff zwischen dem Funktionselement und der Trennfolie verzichtet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Verbundfolie zur Verwendung in einem Aufbau für eine Presse zwischen Flachbaugruppenschichten vorzusehen, die auf den Einsatz von herkömmlichen Edelstahlplatten mit einer Dicke von 0,062 Zoll (1,6 mm) verzichtet und die damit verbundenen Probleme überwindet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Verbundfolie zur Verwendung in einem Aufbau für eine Presse zwischen Flachbaugruppenschichten vorzusehen, welche eine Bildübertragung von der Substratschicht auf die Folienschicht reduziert und/oder vollständig darauf verzichtet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Verbundfolie zur Verwendung in einem Aufbau für eine Presse zwischen Flachbaugruppenschichten vorzusehen, die zu flacheren, weniger welligen Flachbaugruppenlagen führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Verbundfolie zur Verwendung in einem Aufbau für eine Presse zwischen Flachbaugruppenschichten vorzusehen, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner oder gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Kupfer ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Verbundfolie zur Verwendung in einem Aufbau für eine Presse zwischen Flachbugruppenschichten vorzusehen, welche die Anzahl der Flachbaugruppenlagen maximiert, die bei einer bestimmten Öffnung einer Presse erzeugt werden kann.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in den folgenden Abschnitten der Beschreibung ausgeführt, wobei die genaue Beschreibung dem Zweck der vollständigen Offenbarung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung dient, ohne diese dadurch einzuschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf die anhängigen Zeichnungen besser verständlich, die ausschließlich Veranschaulichungszwecken dienen. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Draufsicht einer gerichteten, verbundenen Verbundfolie gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Querschnittsansicht der Verbundfolie aus 1 entlang der Linie 2-2;
3 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der Verbundfolie gemäß der vorliegenden Erfindung mit Klebstoffbindung, wobei der Klebstoff mit Unterbrechungen aufgetragen wird; und
4 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der Verbundfolie gemäß der vorliegenden Erfindung mit Klebstoffbindung, wobei der Klebstoff als ein Band aufgetragen wird.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In Bezug auf die Abbildungen der 1 bis 4, in denen gleiche Bestandteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, sowie in der folgenden technischen Beschreibung umfassen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Stahllegierungs-Trennfolie mit einer korrosionsbeständigen Beschichtung und eindeutigen metallurgischen Eigenschaften, sowie eine Verbundfolienstruktur, die eine dünne Stahlwerkstoffschicht umfasst, die mit einer dünnen Kupferschicht verbunden ist. Hiermit wird festgestellt, dass die Vorrichtung in Bezug auf die Konfiguration die Einzelheiten der Bestandteile variabel ist, ohne dabei von den hierin offenbarten grundlegenden Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Abbildungen der 1 und 2 zeigen allgemein eine Verbundfolie 10 für die Fertigung von Flachbaugruppen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Verbundfolie 10 umfasst eine Metallsubstratschicht 12, die mit einer Kupferfolienschicht 14 verbunden ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Metallsubstratschicht 12 vorzugsweise eine Stahllegierung mit den hierin beschriebenen Eigenschaften. Während die vorliegende Erfindung hierin in Bezug auf eine Kupfer-Metall-Verbundstruktur beschrieben wird, wird hiermit festgestellt, dass die erfindungsgemäßen Prinzipien gleichermaßen für Verbundstrukturen mit zusätzlichen Schichten gelten, wie zum Beispiel Kupfer-Metallsubstrat-Kupfer-Verbundstrukturen, die für gewöhnlich in der Flachbaugruppen- bzw. Leiterplatten-Fertigungsindustrie verwendet werden.
Die Kupferfolienschicht 14 kann auf jeder oder auf beiden Seiten der Stahlschicht 12 vorhanden sein. Der Einsatz einer Stahlschicht gemäß der vorliegenden Erfindung hat sich gegenüber dem Einsatz eines herkömmlichen Aluminiumsubstrats 3004 mit 0,010 Zoll (0,25 mm) bis 0,015 Zoll (0,38 mm) als überlegen herausgestellt, um die Bildübertragung zu reduzieren und die Oberflächengüte der Flachbaugruppe zu verbessern, während auch die Produktivität der Flachbaugruppenlagen gesteigert werden kann. Die erfindungsgemäße Verbundfolie 10 wurde sowohl zur Verwendung in herkömmlichen Niederdruck-Vakuumpressen verwendet, die im Bereich zwischen ungefähr 150 psi (11 kg/cm²) und 250 psi (18 kg/cm²) arbeiten, als auch in Hochdruckpressen mit bis zu 500 psi (35 kg/cm²), wobei dieser Wert den zulässigen Wert für Aluminium überschreitet.
Es konnte festgestellt werden, dass kohlenstoffarmer Stahl 1008 mit Nickel- oder Zink-Nickel-Plattierung die Aufgaben der vorliegenden Erfindung ideal erfüllt, wobei kohlenstoffarmer Stahl 1001 ebenfalls geeignet ist. Die Dicke der Stahlschicht 12 kann zwischen ungefähr 0,002 Zoll (0,05 mm) und 0,025 Zoll (0,64 mm) liegen, wobei der bevorzugte Dickenbereich allerdings ungefähr zwischen 0,005 Zoll (0,13 mm) und 0,015 Zoll (0,38 mm) liegt. Die Kupferfolienschicht 14 weist eine Dicke von ungefähr 0,00025 Zoll (0,0064 mm) bis ungefähr 0,005 Zoll (0,13 mm) auf.
Unter Verwendung einer Stahlschicht 12 mit einer ungefähren Dicke von 0,008 Zoll (0,2 mm) und unter anhaltendem Erfüllen der Aufgaben der vorliegenden Erfindung, kann eine höhere Produktivität erreicht werden, und wobei diese Dicke das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Einsatz einer Stahlschicht mit einer ungefähren Dicke von 0,008 Zoll (0,2 mm) macht den Einsatz der Stahlplatten überflüssig bzw. reduziert diesen, die in einem Aufbau einer Presse erforderlich sind, was dazu führt, dass eine größere Anzahl von Flachbaugruppenlagen für einen bestimmten Laminierungsprozess in der Presse platziert werden kann. Der "Kusszyklus" während der Laminierung, der eine Voraussetzung für den erfolgreichen Einsatz von Aluminiumsubstraten ist; kann ebenfalls weggelassen werden, und zwar als Folge der Verwendung einer Stahlschicht gemäß der vorliegenden Erfindung, wodurch die Produktionszeit insgesamt verringert werden kann. Die Funktion des "Kusszyklus" ist eine Erweichung oder das Schmelzen des Epoxidharzes, bevor der vollständige Druck vorgesehen wird. Vollständig flüssiges Epoxidharz fließt aus einem Hochdruckbereich in Bereiche zwischen Schaltungen, um ein Durchdrucken so gering wie möglich zu halten.
Die metallurgischen und anderen Eigenschaften der bevorzugten Stahllegierung, die in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, werden in Tabelle 1 mit Aluminium verglichen.
Hiermit wird festgestellt, dass die erzeugte Oberfläche des Flachbaugruppenlaminats so glatt ist, wie das Material, gegen das sie gepresst wird. Die Oberflächengüte der mit Metallsubstraten laminierten Flachbaugruppen verbessert sich signifikant durch den Einsatz einer Stahlschicht mit einer Oberflächenbeschaffenheit, die nicht größer ist als ungefähr 12 RMS. Im Vergleich dazu weist Aluminium eine Oberflächenbeschaffenheit von etwa 18 RMS bis 25 RMS auf. Der Aspekt der Oberflächenbeschaffenheit ist im Besonderen dann kritisch, wenn die Miniaturisierung ein Ziel ist, da je weniger Unzulänglichkeiten sich auf der Oberfläche der Flachbaugruppe befinden, wenn dichte elektrische Pfade darauf geätzt werden, desto zuverlässiger ist das letztendliche Flachbaugruppenprodukt. Das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Stahlsubstrat 12 weist ferner eine Neigung zum Verkratzen sowie zur Bildung von Dellen oder Vertiefungen auf, da es um ein Vielfaches härter ist als andere Metalle wie etwa Aluminium. Somit weist eine mit einem Stahlsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung laminierte Flachbaugruppe eine deutlich geringere Wahrscheinlichkeit für Oberflächenimperfektionen auf.
Ein weiterer durch das in der Verbundfolie 10 eingesetzte Stahlsubstrat vorgesehener Vorteil ist die zusätzliche Härte, die Stahl bietet, in Verbindung mit einer größeren Steifheit, wodurch die Bildübertragung auf die Folienschicht 14 und letztendlich auf die fertige Flachbaugruppe signifikant reduziert wird. Für die erfindungsgemäßen Zwecke sieht eine Knoop-Härte von ungefähr 200 für den erfindungsgemäßen Stahl die gewünschten zufrieden stellenden Ergebnisse vor. Eine mit einem derartigen Stahlsubstrat laminierte Flachbaugruppe ist im Vergleich zu einer mit einem Aluminiumsubstrat laminierten Flachbaugruppe ferner weniger wellig. Hiermit wird festgestellt, dass ein härteres Stahlsubstrat ebenfalls zufrieden stellend ist und dem Umfang der vorliegenden Erfindung entspricht. Zum Beispiel ist es möglich, Stahlsubstrate mit den spezifizierten Dicken von Anbietern mit Knoop-Härten von bis zu ungefähr 850 zu beziehen. Allerdings sind die derart dünnen härteren Stahle für gewöhnlich in der Industrie nur schwer erhältlich. Hiermit wird ferner festgestellt, dass ein weicheres Stahlsubstrat zulässig ist, sofern es nicht zu weich ist. Zum Beispiel sollte auch ein zulässiges Stahlsubstrat mit einer Knoop-Härte von ungefähr 150 zufrieden stellende Ergebnisse liefern. Hiermit wird ferner festgestellt, dass die erfindungsgemäßen Stahlsubstrate härter sein sollten als Aluminium oder Kupfer, um die gewünschten und hierin beschriebenen Ergebnisse zu erzielen.
Vorzugsweise wird das Stahlsubstrat mit Nickel oder Nickel-Zink plattiert, um eine Korrosionsbeständigkeit vorzusehen, wobei jedoch auch andere herkömmliche, widerstandsfähige Beschichtungen bzw. Überzüge verwendet werden können, einschließlich Polymeren und elektrolysiertem Aluminium (Chrom). Blei wäre hingegen kein geeignetes Material, da es sehr weich ist und sich bei Erhitzung mit der Kupferfolienschicht bindet. Ein weiteres überraschendes Merkmal ist die Folge der Nickelplattierung von Stahlsubstrat 12, und zwar steigt die Härte mit zunehmender Hitze an. Die Härte des nickelplattierten Stahls nimmt zum Beispiel um ungefähr 20% zu, wenn das Substrat auf die Härtetemperatur von 350°F (177°C) erhitzt wird. Die optimale Dicke der Nickelplattierung liegt für gewöhnlich zwischen ungefähr 20 μZoll (0,51 Mikron) und ungefähr 50 μZoll (1,3 Mikron).
Die durch die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Stahlschicht 12 vorgesehene größere Steifheit sieht ferner eine bessere Stützfunktion für die Kupferschicht 14 vor und verhindert praktisch die Ausdehnungseffekte, die mit Aluminiumsubstraten verbunden sind. Aufgrund der niedrigen Steifheit biegt sich ein Aluminiumsubstrat leicht, und wenn das Aluminiumsubstrat gebogen wird, löst es sich direkt von der Kupferfolienschicht, wodurch ein Saugeffekt erzeugt wird, der Staub und Rückstände in die Zwischenräume zieht; das heißt, es kommt zu einem Ausdehnungseffekt bzw. zu einer Faltenbildung. Als Folge des Eindringens von Staub und Rückständen in die Zwischenräume, erscheinen an der fertig gestellten Oberfläche der Flachbaugruppe Dellen und Epoxidharzstellen. Somit ist für Stahlsubstrate keine vollständige Abdichtung zwischen der Stahlschicht 12 und der Folienschicht 14 erforderlich, die für Aluminiumsubstrate wesentlich ist.
Im Besonderen unterscheiden sich die atomaren Kristallgittermuster von Aluminium und nickelplattiertem Stahl erheblich. Die Atome in Aluminium sind in einer kubischflächenzentrierten Anordnung (FCC) angeordnet. Die Atome in Stahl sind hingegen in einer kubisch-raumzentrierten (BCC) Anordnung angeordnet. Die Nickelplattierung auf dem Stahlsubstrat ist amorph und weist keine eindeutige Mikrostruktur auf. Das Material ist kein bearbeitetes Produkt und wird durch einen elektrischen Plattierungsprozess erzeugt. Die Kristallgittermuster beeinflussen die physikalischen und mechanischen Eigenschaften jedes Materials erheblich und erklären, warum in der gleichen erhitzten Umgebung verschiedene Eigenschaften aufweisen.
Die Wärmeübertragungseigenschaften von Stahl sehen einen konstanten und einheitlichen Wärmeanstieg mit geringfügigen Schwankungen vor. Genau diese Einheitlichkeit des Wärmeanstiegs reduziert die Schwankungen der Dicke der Leiterplattenlage bzw. der Flachbaugruppenlage und sieht in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eine einheitlichere Laminierungsqualität vor. Der Stahl sollte einen thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der kleiner ist als der von Kupfer (z.B. kleiner als ungefähr 9,8 μZoll/°F bzw.
0,373 Mikron/°C), um eine proportionale Passgenauigkeit der Kupferfolienschicht mit der Stahlsubstratschicht zu ermöglichen. Während dem Wärmeausdehnungsprozess bewegt sich die Kupferfolienschicht 14 mehr als das Substrat 12, so dass ein Substratmaterial mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der kleiner oder gleich der von Kupfer ist, die Passgenauigkeit zwischen den beiden Substanzen optimiert. Das Substrat 12 weist vorzugsweise einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen ungefähr 6,5 μZoll/°F (0,297 Mikron/°C) und ungefähr 7,5 μZoll/°F (0,343 Mikron/°C) auf. Kupfer dehnt sich auf ungefähr 50% aus, im Vergleich zu der Ausdehnung von Aluminium, während sich Stahl im Vergleich zu Aluminium auf ungefähr 90% ausdehnt. Im direkten Vergleich ist der thermische Ausdehnungskoeffizient von Aluminium um 84% größer als der von Stahl. Dies bedeutet für eine unbelastete Aluminiumlage mit einer Breite von 24 Zoll (61 cm), die von Zimmertemperatur (70°F bzw. 21°C) auf eine Härtetemperatur erhitzt wird, dass deren Breite um ungefähr 0,090 Zoll (2,3 mm) zunimmt. Eine Stahllage mit identischen Proportionen weist einen Breitenanstieg von ungefähr 0,049 Zoll (1,2 mm) auf, während Kupfer einen Breitenanstieg von ungefähr 0,066 Zoll (1,7 mm) aufweist. Es ist deutlich ersichtlich, dass nicht nur die Unterschiede in Bezug auf die Abmessungen zwischen Kupfer und Stahl kleiner sind als der Abmessungsunterschied zwischen Aluminium und Kupfer, vielmehr dehnt sich der Stahl insgesamt weniger als Kupfer, was sich als bevorzugt herausgestellt hat. Folglich sind die unter Verwendung von Stahlsubstraten erzeugten Leiterplatten bzw. Flachbaugruppen flacher und einheitlicher als unter Verwendung von Aluminiumsubstraten erzeugte Leiterplatten.
Das primäre Material für die Flachbaugruppenlagen ist Textilfiberglas, das mit einem viskosen aushärtenden Harz vorbehandelt wird. Kupfer der Folienschicht in der Verbundfolie wird auf jede Seite der Vorbehandlung in der Presse während der Laminierung übertragen. Während der Laminierung werden das Textilfiberglas und die Harzvorbehandlung erhitzt und werden zu einer viskosen Flüssigkeit, die sich frei entlang der Metalle in dem Stapel ausdehnen kann. Somit werden in diesen Verbundstoffen keine signifikanten Belastungen durch Wärmeausdehnung während der Erhitzung zum Aushärten induziert. Da die Kupferfolienschicht 14 im Vergleich zu der Stahlschicht 12 sehr dünn ist, hemmen Reibungskräfte die Bewegung der Kupferfolienschicht 14 während der Erwärmung. Das Kupfer gibt bei einer Ausdehnung des Substratmaterials somit nach. Wenn es sich bei dem Substratmaterial um Aluminium handelt, dehnt sich die Kupferfolienschicht um 0,024 Zoll (0,61 mm) über die Breite einer Leiterplatte mit 24 Zoll (61 cm) aus, die auf die Aushärtetemperatur erhitzt wurde, und eine uneinheitliche lokale Belastung bewirkt eine uneinheitliche Ausdehnung der Folienschicht, die in bestimmten Bereichen stärker ausfällt als in anderen, was zu einem "Rippenbildungseffekt" oder einem "Wellenbildungseffekt" in der Kupferfolienschicht führt. Wenn es sich bei dem Substratmaterial hingegen um den erfindungsgemäßen Stahl handelt, wird die Kupferfolienschicht 14 während der Erwärmung auf die Aushärtetemperatur nicht ausgedehnt, und somit kommt es zu keiner ungleichmäßigen Belastung der Kupferschicht 14, und wobei ferner Blasen verursachende Belastungen in der Kupferfolienschicht 14 reduziert werden.
An Stelle der Verwendung eines Klebstoffs, der auch in herkömmlichen Verbundstrukturen in der Leiterplatten- Fertigungsindustrie verwendet wird, wird die Stahlschicht 12 gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise unter Verwendung einer Mehrzahl räumlich getrennter Schweißungen 16 an der Kupferschicht 14 angebracht. Bei den Schweißstellen 16 handelt es sich um Kontaktbindungen zwischen den Oberflächen der Materialien und es handelt sich allgemein um kreisförmige Schweißungen mit einem Durchmesser von ungefähr vier Milliinch (0,1 mm) bis 20 Milliinch (0,51 mm). Auf diese Weise werden die Oberflächen der beiden Materialien direkt verbunden, und zwar ohne den Einsatz von Klebstoffen oder intermediären Bindemitteln wie zum Beispiel Lötmittel. Das Widerstandsschweißen ist zwar eine in anderen Branchen bzw. Industrien bekannte Technik, wobei dessen Anwendung in der Leiterplatten-Fertigungsindustrie jedoch einzigartig ist.
Das Widerstandsschweißen ist ein thermoelektrischer Prozess, bei dem Wärme dadurch erzeugt wird, dass ein elektrischer Strom durch die zusammenzuführenden Teile geleitet wird. Der Prozess verwendet Elektroden, um die Teile mit ausreichend Kraft zusammen zu schieben, um die Oberflächenoxide zu entfernen, die ansonsten den Stromfluss behindern. Sobald der physische Kontakt hergestellt worden ist, wird eine geregelte Kombination aus durch Widerstand erzeugter Wärme und physikalischem Druck durch die Elektroden ausgeübt wird, um die tatsächliche Verbindung zu erzeugen. Die erzeugte Wärmemenge ist eine Funktion des angelegten Stroms, der zeitlichen Länge dessen Anwendung und des Widerstandsprofils zwischen den zu verbindenden Teilen.
Das Widerstandsschweißen gilt allgemein als ein Verfahren zur Verbindung von Materialien auf einen von drei möglichen Wegen. Eine Möglichkeit ist durch gelötete oder hartgelötete Verbindungen, wobei die Widerstandserwärmung der zu verbindenden Teile genug Wärme bzw. Hitze zum Schmelzen eines dritten Metalls erzeugt, wie etwa einer Silberlötlegierung oder eines Zinn-/Bleilötmittels, das als intermediäres Bindemittel verwendet wird. Eine zweite Möglichkeit ist das Schmiedeschweißen, wobei ein Strom über eine sehr kurze Schweißzeit verwendet wird, um die Teile ohne sie zu schmelzen zusammen zu schmieden; das heißt, um eine Bindung von Metall an Metall zu erzeugen. Schmiedeschweißungen eignen sich ganz besonders zum Verbinden unterschiedlicher Materialien. Die dritte Möglichkeit umfasst das Verbinden durch Verschmelzen, wobei ein längerer Impuls zum Schmelzen beider Teile an einer Schnittstelle in eine Flüssigkeit verwendet wird, und die Teile werden nach dem Abkühlen zusammen gehalten, um Metall-an-Metall-Bindungen zu erzeugen. Das Verbinden durch Verschmelzen eignet sich besonders gut für das Verbinden von zwei ähnlichen bzw. übereinstimmenden Materialien.
Die Materialien des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung werden unter Verwendung von Schmiedeschweißungen verbunden anstatt durch Verbinden durch Verschmelzen oder unter Verwendung eines intermediären Bindemittels wie etwa eines Lötmittels zwischen den Materialien. Es ist von Bedeutung, dass die Schweißstellen 16 ausreichend schwach sind, so dass bei der Platzierung der Verbundstruktur in der Presse und der Erwärmung des Kupfers und der Komprimierung auf die Flachbaugruppenlage die starke Bindung zwischen dem Kupfer und der Vorbehandlung in der Flachbaugruppenlage automatisch die Schweißungen zerbricht, so dass das Metallsubstrat 12 leicht entfernt und entsorgt werden kann. In Bezug auf eine Kupfer-Stahl-Kupfer-Verbundstruktur unter Verwendung der hierin beschriebenen Materialien können unter Verwendung von ungefähr 10,6 Wattsekunden (137376 kJ) Energie und einer Schweißkopfkraft von ungefähr fünf Pfund (2,3 kg) zufrieden stellende Bindungen erreicht werden. Diese Werte werden durch die folgenden Variablen bewirkt: die zur Wärmeerzeugung verwendete Schweißenergie, den Zeitraum, über den die Energie zugeführt wird, die ausgeübte physikalische Schweißkraft und die Eigenschaften der zu verbindenden Materialien, wie zum Beispiel metallurgische Eigenschaften, Widerstand, Dicke, Konfiguration und Beschichtungen bzw. Überzüge. Vorzugsweise sollten in Anbetracht von Produktionsschwankungen ungefähr 5,0 Wattsekunden (64800 kJ) bis ungefähr 25 Wattsekunden (32400 kJ) Energie und ungefähr zwei Pfund bis zehn Pfund Kraft zur Verfügung stehen. Die genauen Werte können empirisch ermittelt werden.
Ein zur Ausführung des Widerstandsschweißens geeignetes System ist von UNITEK erhältlich, und zwar umfasst das System eine Modell 125DP Doppelimpuls-Stromversorgung mit einer maximalen Leistung von 125 Wattsekunden (1,6 GJ), eine Modell PM7S programmierbare Wechselstrom-Stromversorgung mit 2kVA, einen Luft betätigten Schweißkopf Modell 80A/24 mit 125 Wattsekunden/2 kVA) (1,6 GJ/2 kVA) und 8 Unzen (0,23 kg) bis 20 Pfund (9 kg) Kraft, Wolframelektroden des Modells ESO413 und Scheibenelektroden der Modelle EW4002 und HW1090. Hiermit wird ferner festgestellt, dass auch andere Schweißtechnikarten verwendet werden können, und wobei die Bindungen lediglich ausreichend stark sein müssen, um während der Materialhandhabung unversehrt zu bleiben, wobei sie in der Presse jedoch brechen können.
Die Schweißstellen 16 werden um den Perimeter der Lagen und innerhalb eines marginalen Bereichs 18 platziert. Während die Breite des marginalen Bereichs 18 größer sein kann, wenn dies vom Kunden verlangt wird, so ermöglicht die vorliegende Erfindung die Nutzung eines kleineren marginalen Bereichs als wie dieser für gewöhnlich in der Industrie zu finden ist. Aufgrund der Präzision, mit der die Widerstandsschweißungen ausgeführt werden können, ist es ferner gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Breite des marginalen Bereichs 18 auf ungefähr 0,25 Zoll (6,4 mm) oder weniger von der Außenkante der Lagen zu reduzieren, sofern dies verlangt wird. Zum Beispiel weisen herkömmliche Verbundstrukturen für gewöhnlich marginale Bereiche mit einer Breite von ungefähr 0,50 Zoll (1,3 cm) bis 1,0 Zoll (2,54 cm) auf, wodurch eine Überlappung von insgesamt ungefähr 1,0 Zoll (2,54 cm) bis 2,0 Zoll (5,08 cm) vorgesehen wird. Grund dafür sind die Fließeigenschaften des Klebstoffs, der eine nicht nutzbare Fläche um den Perimeter der Verbundstruktur hinterlässt. In der Praxis wird die nicht nutzbare marginale Fläche während dem Fertigungsprozess abgeschnitten, so dass eine fertig gestellte Plattengröße verbleibt. Um zum Beispiel eine Leiterplattenlage der Standardgröße von 18 Zoll × 24 Zoll (46 cm × 61 cm) zu erreichen, ist bei der Verwendung von Klebstoffen eine Verbundstruktur von 19 Zoll × 25 Zoll (48 cm × 64 cm) allgemein erforderlich, da entlang jeder Seite ein Rand von 0,50 Zoll (1,3 cm) vorhanden ist, der nach der Laminierung abgeschnitten wird. Somit ist die Technik des Widerstandsschweißens gemäß der vorliegenden Erfindung dahingehend vorteilhaft, dass es Abfall verhindert, wodurch eine größere effektiv nutzbare Fläche der Flachbaugruppenlage vorgesehen wird.
Schweißstellen 16 werden allgemein linear in einer Mehrzahl von Schritten so angeordnet, dass Zwischenräume oder Öffnungen 20 zwischen den Schweißstellen 16 definiert werden. Die Länge der Zwischenräume 20 ist veränderlich, wobei sie für gewöhnlich jedoch im Bereich von ungefähr 0,5 Zoll (1,3 cm) bis 2,5 Zoll (6,4 cm) liegt, abhängig von dem Produkttyp und den Spezifikationen. Die Öffnungen 22 entlang jeder Kante der Verbundstruktur 10 stellen kennzeichnende Bestückungspositionen dar. Die Öffnungen 22 sind für gewöhnlich zwischen den äußeren Kanten der Vorrichtung 10 und der fertigen Schaltungsfläche 24 angeordnet. Die fertig gestellte Kante 26 der Lage wird nach dem bündigen Zuschneiden durch den Kunden ausgebildet.
Hiermit wird ferner festgestellt, dass aufgrund der Tatsache, dass der Einsatz einer Stahlschicht gemäß der vorliegenden Erfindung den Faltenbildungseffekt bzw. Ausdehnungen verhindert, der bzw. die in Kupfer-Aluminium-Verbundstrukturen vorkommen, ist keine ununterbrochene Dichtung zwischen den Schichten zum Schutz gegen das Eindringen von Staub und Rückständen bzw. Abfall erforderlich. Bei der vorliegenden Erfindung kann somit nicht nur auf Klebstoff verzichtet werden, vielmehr müssen auch die Bindungsstellen kein Band um den Perimeter der Lagen bilden. Während die Schweißstellen 16 ferner an Positionen entlang allen vier Seiten der Struktur dargestellt sind, können sie alternativ entlang einer Seite, zwei entgegengesetzten Seiten, zwei benachbarten Seiten oder entlang von drei Seiten angeordnet sein.
In folgendem Bezug zeigt die Abbildung aus 4 zu Veranschaulichungszwecken ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Klebstoffs als Bindemittel. In diesem Fall ist die Verbundstruktur mit der vorstehend beschriebenen Verbundstruktur identisch, mit der Ausnahme, dass absatzweise Positionen 28 von Klebstoff 30 an Stelle von Schweißstellen 16 verwendet werden. Das Klebstoffmaterial 30 umfasst vorzugsweise eine Gummiverbindung, da Klebstoffe einer Gummiverbindung vor deren Einsatz während der Handhabung robuster bzw. besser haltbar sind. Das Klebstoffmaterial 30 wird um den Perimeter der Lagen und innerhalb eines Rands 18 platziert, der für gewöhnlich eine Breite zwischen ungefähr 0,50 Zoll (1,3 cm) und 1 Zoll (2,54 cm) liegt, abhängig von dem Endprodukt und den Anforderungen des Kunden. Das Klebstoffmaterial 30 ist allgemein linear an einer Mehrzahl von Positionen 28 angeordnet, so dass Zwischenräume oder Öffnungen 20 zwischen den Positionen 28 des Klebstoffmaterials 30 definiert sind. Die Breite des Klebstoffmaterials 30 an jeder Position 28 variiert für gewöhnlich zwischen ungefähr 0,002 Zoll (0,05 mm) und ungefähr 0,100 Zoll (2,54 mm), wobei sie für gewöhnlich jedoch zwischen ungefähr 0,060 Zoll (1,5 mm) und ungefähr 0,090 Zoll (2,3 mm) liegt, und wobei die Höhe bzw. die Dicke für gewöhnlich zwischen ungefähr 0,001 Zoll (0,025 mm) und ungefähr 0,003 Zoll (0,076 cm) liegt. Jedes Vorkommen bzw. jede Position 28 des Klebstoffmaterials 30 kann die Form von Linien, Streifen oder Punkten annehmen. Obwohl dies unter Verwendung der erfindungsgemäßen Stahlschicht 12 nicht erforderlich ist, da auf den Faltenbildungseffekt verzichtet werden kann, kann das Klebstoffmaterial 30 alternativ als ununterbrochenes Band 32 gemäß der Abbildung aus 4 aufgetragen werden, wie dies bei Kupfer-Aluminium-Verbundstrukturen der Fall ist. Die bevorzugte Platzierung von Klebstoff 30 ist jedoch eine Konfiguration mit Zwischenräumen gemäß der Abbildung, wobei die Vorkommen 28 von Klebstoff 16 zwischen ungefähr 40% und 60% der Perimeterlänge ausmachen, wobei Zwischenräume 20 verbleiben, die entlang etwa 40% bis 60% des Perimeters ausgebildet sind.
Demgemäß ist es ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung gemäß den Ausführungen in den Ansprüchen teilweise für die Verbindung einer Stahlsubstratschicht und einer Kupferfolienschicht unter Verwendung von Widerstandsschweißen sorgt, zur Verwendung als Verbundstruktur, die in einem Presseaufbau zur Laminierung platziert wird, um Lagen für Flachbaugruppen bzw. Leiterplatten zu erzeugen. Die Erfindung sieht ferner eine Metallsubstratschicht vor, deren Eigenschaften denen herkömmlicher Metallsubstratschichten überlegen sind. Die vorliegende Beschreibung weist zwar zahlreiche Einzelheiten auf, die jedoch den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, sondern lediglich bestimmte, zurzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist somit durch die anhängigen Ansprüche und deren rechtliche Äquivalente bestimmt. Tabelle 1

Claims

Trennfolie zur Verwendung bei der Herstellung von Leiterplatten, mit einem Metallsubstrat (12) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als ungefähr 9,8 Mikrozoll je °F (0,373 Mikron/°C) und einer Oberflächengüte, die einen quadratischen Mittelwert von weniger als ungefähr 12 aufweist.
Trennfolie nach Anspruch 1, wobei die genannte Substratschicht eine Knoop-Härte zwischen etwa 150 und etwa 850 aufweist.
Trennfolie nach Anspruch 1 oder 2, wobei das genannte Substrat eine Dicke zwischen ungefähr 0,002 Zoll (0,051 mm) und ungefähr 0,025 Zoll (0,635 mm) aufweist.
Trennfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das genannte Substrat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 6,5 Mikrozoll je °F (0,297 Mikron/°C) bis 7,5 Mikrozoll je °F (0,343 Mikron/°C) aufweist.
Trennfolie nach Anspruch 4, wobei das genannte Substrat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 7,2 Mikrozoll je °F (0,329 Mikron/°C) aufweist.
Verbundfolie (10) zur Verwendung bei der Herstellung von Leiterplatten, wobei die Verbundfolie folgendes umfasst: (a) eine Substratschicht aus Metall (12), wobei die genannte Substratschicht aus Metall (12) einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als ungefähr 9,8 Mikrozoll je °F (0,373 Mikron/°C) und eine Oberflächengüte aufweist, deren quadratischer Mittelwert niedriger ist als ungefähr 12, und wobei die genannte Substratschicht aus Metall (12) eine Knoop-Härte zwischen ungefähr 150 und ungefähr 850 aufweist; und (b) mindestens eine Kupferfolienschicht (14), die mit einer Oberfläche der genannten Substratschicht aus Metall (12) gebondet ist.
Verbundfolie (10) nach Anspruch 6, wobei die genannte Substratschicht (12) eine Dicke zwischen ungefähr 0,002 Zoll (0,051 mm) und ungefähr 0,025 Zoll (0,635 mm) aufweist.
Verbundfolie (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die genannte Kupferfolienschicht (14) eine Dicke zwischen ungefähr 0,00025 Zoll (0,006 mm) und ungefähr 0,005 Zoll (0,127 mm) aufweist.
Verbundfolie (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Verbundfolie ferner folgendes umfasst: einen Klebstoff, der zwischen der genannten Substratschicht (12) und der genannten Folienschicht (14) angeordnet ist, wobei der genannte Klebstoff allgemein linear entlang der Peripherie der genannten Folienschicht (14) ununterbrochen oder unterbrochen angeordnet ist.
Verbundfolie (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Verbundfolie ferner folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Metall-Metall-Bindungen, welche die genannte Substratschicht (12) und die genannte Folienschicht (14) verbinden, wobei die genannten Bindungen allgemein linear entlang der Peripherie der genannten Folienschicht (14) angeordnet sind, so dass zwischen den genannten Bindungen Lücken definiert sind.
Verbundfolie (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das genannte Substrat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 6,5 Mikrozoll je °F (0,297 Mikron/°C) bis 7,5 Mikrozoll je °F (0,343 Mikron/°C) aufweist.
Verbundfolie (10) nach Anspruch 11, wobei das genannte Substrat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 7,2 Mikrozoll je °F 80,329 Mikron/°C) aufweist.
Verbundfolie (10) zur Verwendung bei der Herstellung von Leiterplatten, wobei die Verbundfolie folgendes umfasst: (a) eine Substratschicht aus Metall (12), wobei die genannte Substratschicht (12) einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als ungefähr 9,8 Mikrozoll je °F (0,373 Mikron/°C) und eine Oberflächengüte aufweist, deren quadratischer Mittelwert niedriger ist als ungefähr 12; und (b) mindestens eine Folienschicht (14) aus Kupfer, die mit einer Oberfläche der genannten Substratschicht aus Metall (12) gebondet ist.
Verbundfolie (10) nach Anspruch 13, wobei die genannte Substratschicht (12) eine Dicke zwischen ungefähr 0,002 Zoll (0,051 mm) und ungefähr 0,025 Zoll (0,635 mm) aufweist.
Verbundfolie (10) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die genannte Kupferfolienschicht (14) eine Dicke zwischen ungefähr 0,00025 Zoll (0,006 mm) und ungefähr 0,005 Zoll (0,127 mm) aufweist.
Verbundfolie (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die genannte Substratschicht (12) eine Knoop-Härte zwischen ungefähr 150 und ungefähr 850 aufweist.
Verbundfolie (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Verbundfolie ferner folgendes umfasst: eine Mehrzahl räumlich getrennter Schweißungen, welche die genannte Substratschicht (12) und die genannte Folienschicht (14) miteinander verbinden, wobei sie allgemein linear entlang der Peripherie der genannten Folienschicht (14) angeordnet sind.
Verbundfolie (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Verbundfolie ferner folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Metall-Metall-Verbindungen, welche die genannte Substratschicht (12) und die genannte Folienschicht (14) miteinander verbinden, wobei die genannten Verbindungen allgemein linear entlang der Peripherie der genannten Folienschicht (14) angeordnet sind, so dass zwischen den genannten Verbindungen Lücken definiert sind.
Verbundfolie (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Verbundfolie ferner folgendes umfasst: einen Klebstoff, der zwischen der genannten Substratschicht (12) und der genannten Folienschicht (14) angeordnet ist, wobei der genannte Klebstoff allgemein linear entlang der Peripherie der genannten Folienschicht (14) ununterbrochen oder unterbrochen angeordnet ist.
Verbundfolie (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei das genannte Substrat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 6,5 Mikrozoll je °F (0,297 Mikron/C) bis 7,5 Mikrozoll je °F (0,343 Mikron/°C) aufweist.
Verbundfolie (10) nach Anspruch 20, wobei das genannte Substrat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 7,2 Mikrozoll je °F (0,329 Mikron/°C) aufweist.