DE9102817U1

DE9102817U1 - Innenliegende Verbindung zum Aufbau von Multilayerschaltungen

Info

Publication number: DE9102817U1
Application number: DE9102817U
Authority: DE
Original assignee: Andus Electronic Leiterplattentechnik 1000 Berlin De GmbH
Current assignee: Andus Electronic Leiterplattentechnik 1000 Berlin De GmbH
Priority date: 1991-03-07
Filing date: 1991-03-07
Publication date: 1991-09-05
Anticipated expiration: 2001-03-08

Description

Anmelder: Andus Electronic GmbH. 1000 Berlin

Vertreter: Patentanwalt Dipl.-Ing. V. Kruspig VNR 203300

Innen!legende Verbindung zum Aufbau von Multilayerschaltungen Beschreibung

Die Erfindung betrifft die Ausbildung und Anordnung von innenliegenden Verbindungen, welche beim Aufbau von Multilayerschaltungen als innenliegende Durchkontaktierungen Verwendung finden.
Der Trend zur Anwendung oberflächenmontierbarer Bauelemente in der Fertigung elektronischer Baugruppen auf der Basis gedruckter Schaltungen bei gleichzeitiger hoher Bestückungsdichte, erfordert von den Leiterplattenherstellern neu© Lösungswege bei der Verlegung von Signal leitungen und elektrischen Verbindungen. Die begrenzten Außenflächen der Schaltungsboards bedingen eine Verlegung der elektrischen Verbindungen in das Innere der nunmehr viel lagig aufgebauten Gedruckten Schaltungen. Weiterhin erfordern die hohen Signalverarbeitungsgeschwindigkeiten gegenwärtiger Logikschaltungen eine Optimierung der Leitungs- bzw. Verbindungslängen. Dies geschieht zweckmäßigerweise durch vertikale Umsteigekontakte zwischen den Ebenen der gedruckten Schaltungen. Neben den durch die gesamte Leiterplatte verlaufenden Umsteigekontakten, werden separate innenliegende Durchkontaktierungen, sogenannte versteckte Durchsteiger (burried vias) verwendet. Der Stand der Technik bei der Ausbildung derartiger vertikaler Umsteigekontakte ist dadurch gekennzeichnet, daß selbige eine Durchgangsbohrung erfordern, welche anschließend metallisiert wird. Mittels der Metallisierung wird dann gleichzeitig eine Ankontaktierung der entstehenden Hülse mit dem jeweiligen Signalnetz realisiert.

Besonders problematisch ist die Ausbildung von sogenannten Sacklochmultilayern, welche auf einem Lötauge der ersten oder zweiten Innenlage enden und dadurch Raum für die übrigen Innenlagen lassen. Die hierfür notwendigen Sacklochbohrungen müssen sehr präzise mit Tiefentoleranzen von ca. +/- 50 um hergestellt

werden. Dies bringt in der Serienfertigung erhebliche technologische Probleme mit sich.

Aus der DE-PS 38 43 528 ist es bekannt eine Innenlage für Sacklochmulti layer dadurch herzustellen, daß dünne hochduktile Kupferfolien gegen eine mit erhabenen Flächen im gewünschten Kontaktmuster versehene Fläche gepreßt werden und die entstehenden Prägedrucke mit einem wärmeaushärtenden Harz ausgefüllt werden. Dieses sich ausbildende Laminat mit erhabenen Stellen kann dann als erste Innenlage in einem Sacklochmultilayer verwendet werden. Da in einem derart ausgebildeten Multilayer das anzubohrende Lötauge dicht unter der Oberfläche liegt, verringert sich die Gefahr einer Kontaktierung mit einer darunterliegenden Innenlage. Unabhängig von der erweiterten Tiefentoleranz ist als nachfolgender technologischer Schritt neben dem Bohren eine Verbindungs- bzw. Kontaktmetal1isierung erforderlich.
Die bekannten vorstehend beschriebenen Lösungen sind insbesondere für sehr kleine, im Zuge der weiteren Miniaturisierung wünschenswerte innere Kontakte und Verbindungen, verfahrenstechnisch aufwendig und technologisch schwer zu beherrschen. Zusätzlich wirkt sich eine Lochwandmetallisierung als Leitungsdiskontinuität negativ auf die zu übertragende Signalform aus.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe sichere kleinformatige, technologisch beherrschbare innere Kontakte und Verbindungen, insbesondere für deren Verwendung in Multilayern anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch einen Verbindungsaufbau wie folgt gelöst.

An den Enden des lateralen, entsprechend der Schaltungsstruktur in bekannter Weise auf einem Trägermaterial realisierten Signalnetzes werden dort, wo innere Verbindungen schaltungstechnisch erforderlich sind, hervorstehende, halbkugel-, Pyramiden- oder pyramidenstumpfförmige Hügel durch galvanisches Aufwachsen oder mittels Differenzätzung aus einer stärkeren Metallfolie oder -schicht ausgebildet. Mindestens zwei mit gegenüberliegenden Hügeln versehene Signalebenen werden zueinander positioniert und zwischen den Signalebenen werden vorvernetzte Epoxydklebefolien

(Prepregs) eingebracht, mittels eines Druck-Temperatur-Zeitprozesses, wobei die Signalebenen unter Temperatureinwirkung zusammengepresst werden, erfolgt ein Durchstoßen der Epoxydklebefolien mit gleichzeitiger Ausbildung eines elektrischen Kontaktes zwischen den sich gegenüberliegenden Hügeln. Hierbei wird ein Multilayer ausgebildet, welcher bedingt durch die im Aushärteprozeß der Klebefolien entstehende Kraftwirkung auf die Verbindungshügel eine sichere, andauernde Kontaktierung bewirkt.

Die erfindungswesentliche innere Verbindung zum Aufbau von und zur Verwendung in Multilayern besteht demgemäß aus sich gegenüberliegenden Hügeln, welche an den gewünschten Kontaktstellen bekannter auf Basis- oder Trägermaterial befindlichen Leitungsmustern, d.h. unterschiedlichen Signalebenen, angeordnet sind, wobei zwischen den gegenüberliegend positionierten Hügeln eine Epoxyklebefolie als Prepreg derart angeordet ist, daß dieses Prepreg in einem Druck-Temperatur-Zeitprozeß von den Hügeln unter Kontaktbildung durchstoßen wird und im Ergebnis des Prepreg-Schrumpfungs- und Vernetzungprozesses ein dauerhafter Multilayer mit inneren elektrischen Verbindungen vorhanden ist.
Durch die verfahrenstechnische Realisierung der vorstehend beschriebenen inneren Verbindung, entfallen die technologischen Schritte "Bohren" und "Metallisierung". Bedingt durch den möglichen fotolithografischen Prozeß zur Ausbildung der Kontakthügel, können die Abmessungen der Verbindungen und damit die hierfür benötigten Flächen erheblich verkleinert werden. Die Gefahr des ungewollten Durchbohrens einer weiteren Ebene besteht nicht. Weiterhin werden ansonsten auftretende Leitungsdiskontinuitäten vermieden.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand einer Figur und eines Ausführungsbeispieles naher erläutert.

Die Figur zeigt eine Schnittdarstellung durch einen mit einer erfindungsgemäßen Verbindung ausgestatteten Multilayer. Zur anschaulichen Darstellung besitzt dieser Multilayer lediglich zwei

Ebenen mit einem inneren Verbindungsniveau.

Auf der ersten Ebene 2 (Layer 1) befindet sich eine Signal leitung 1, an deren einem Ende ein Hügel 3, z.B. durch galvanisches Aufwachsen ausgebildet wurde. Die zweite Ebene 5 (Layer 2) weist ebenfalls einen Leiterzug 6 auf, an dessen Ende gleichfalls durch Aufwachsprozeß ein Hügel 4 vorhanden ist. Im Ergebnis des Druck-Temperatur-Zeitprozesses ist die im Zwischenraum angeordnete Epoxyklebefolie 7 von den Hügeln 3 und 4 durchstoßen worden. Durch die Krafteinwirkung entsteht eine innige Verbindung mit teilweiser Verformung der Hügel 3 und 4 an der Kontaktstelle 8.
Durch die im Schrumpfungs- und Aushärteprozeß des Prepregs 7 fortwirkende Kraft auf die Kontaktstelle 8, bleibt eine hohe Kontaktsicherheit gewährleistet.

Für einen Multilayer mit innenliegenden Verbindungen kommt beispielsweise herkömmliches MuItilayer-Tafelmaterial in Stärken von 0,1 bis 0,6 mm zum Einsatz. Dieses Material ist mit Kupferfolie einer Dicke von 0,01 bis 0,07 mm laminiert. Nach einer Oberflächenbehandlung und dem Maskierungsprozeß für die selektive Hügelerzeugung, wird das Material entweder einem Ätzprozeß (subtraktive Hügelerzeugung) oder der Galvanik (additive Hügelerzeugung) zugeführt. Nachdem auch das Leiterbild entstanden ist, werden beispielsweise zwei Innenlagen mittels Stiftpassungen zueinander positioniert. Die Kontakthügel stehen sich nunmehr gegenüber und sind nur durch eine dazwischen angeordnete vorvernetzte Epoxyd-Klebefolie voneinander getrennt. In einer Vorrichtung, welcher zweckmäßigerweise mit Vakuumunterstützung zum Absaugen eingeschlossener Luft arbeitet, werden beide Laminate verpreßt. Die gewählte Umgebungstemperatur ist dabei von der Polymerstruktur und vom Vernetzungsmechanismus der Polymerketten abhängig. Für FR4-Epoxidharz liegt die Temperatur im Bereich von 150 bis 175 C. Bevor die Vernetzungsreaktion einsetzt, wird am Gelierpunkt des Harzes (bei FR4-Epoxidharz etwa 130 C) die Viskosität so weit vermindert, daß die Kontakthügel das Harz verdrängen und sich berühren können. Das verdrängte Harz steht zusätzlich als Klebemittel zur Verfügung. Die Fließzeit bzw. das Fließfenster des Harzes liegt

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zwischen 30 und 200 Sekunden. Sie wird so eingestellt, daß den Harzpartikeln genügend Zeit für den Ortswechsel im Bereich der eigentlichen Kontaktstelle verbleibt. Bevor die Vernetzungsreaktion beginnt, können die Kontaktflächen durch einen über das Preßwerkzeug eingeleiteten Ultraschallpegel zusätzlich miteinander verschwelst werden. Die Vernetzungsreaktion bewirkt mit ca. 2% Harz-Schrumpfung eine dauerhafte Kontaktkraft im cN-Breich auf jede einzelne Kontaktstelle.

817.

Claims

Schutzanspruch

Innenliegende Verbindung zum Aufbau von MuItilayerschaltungen, wobei auf Trägermaterial Signalnetze in mehreren Signalebenen entsprechend der Schaltungsstruktur angeordnet sind,
gekennzeichnet dadurch, daß

an Stellen, wo innere Verbindungen schaltungstechnisch erforderlich sind, hervorstehende, halbkugel-, pyramiden- oder pyramidenstumpf förmige Hügel (3;4) durch bekanntes galvanisches Aufwachsen oder mittels Diffenzätzung aus einer stärkeren Metallfolie oder -schicht ausgebildet sind, wobei mindestens zwei mit gegenüberliegenden Hügeln versehene Signalebenen (2;5 1;6) zueinander positioniert und zwischen den Signalebenen vorvernetzte Epoxydklebefolien (7) eingebracht sind sowie mittels eines Druck-Temperatur-Zeitprozesses unter Zusammenpressen der Signalebenen bei Temperatureinwirkung ein Durchstoßen der Epoxydklebefolien mit gleichzeitiger Ausbildung eines elektrischen Kontaktes (8) zwischen den sich gegenüberliegenden Hügeln erfolgt und durch die im Aushärteprozeß der Klebefolien entstehende Kraftwirkung auf die Verbindungshügel eine sichere, andauernde Kontaktierung gegeben ist.

Hierzu eine Seite Zeichnung