EA003263B1

EA003263B1 - Способ изготовления многослойной печатной платы и предназначенная для этого композиционная фольга

Info

Publication number: EA003263B1
Application number: EA200100928A
Authority: EA
Inventors: Раймон Гале; Дамьен Мишель
Original assignee: Сэркит Фойл Люксембург Трейдинг С.А. Р.Л.
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2003-02-27
Also published as: EP1172025A1; ES2181653T5; CZ20013257A3; CZ300550B6; IL145153A0; ES2181653T3; EP1172025B2; SK13472001A3; DE60000315T2; PL350939A1; CN1193652C; AU4108300A; KR20010108391A; ATE222046T1; DE60000315T3; IL145153A; DE60000315D1; WO2000057680A1; US6779262B1; JP2002540609A

Abstract

В заявке описан способ изготовления многослойной печатной платы. Вначале основание (сердцевину) печатной платы 20 ламинируют композиционной фольгой (10), содержащей нанесенный на несущую фольгу (12) функциональный слой (16) меди. Толщина функционального слоя (16) меди меньше 10 мкм, и его лицевая сторона обращена к несущей фольге (12), а обратная сторона покрыта смолой (18). Затем после отделения несущей фольги (12) обнажается лицевая сторона функционального слоя (16) меди. Затем СО-лазером в функциональном слое (16) меди и в слое смолы (18) прошивают отверстия, образующие в печатной плате межслойные микроотверстия (24). В заявке описана также композиционная, состоящая из четырех различных слоев фольга (10), используемая при изготовлении многослойной печатной платы.

Description

Настоящее изобретение относится к способу изготовления многослойной печатной платы и предназначенной для этой цели композиционной фольге.

Создание очень компактных и мощных электронных устройств стало возможным благодаря появлению печатных плат (ПП) с высокой плотностью монтажа, изготовленных по технологии последовательного наращивания (ПН) слоев многослойной платы. Изготовленная наращиванием слоев многослойная плата, по существу, состоит из нескольких наложенных друг на друга слоев с различной плотностью монтажа, отделенных друг от друга слоями диэлектрика и соединенных друг с другом глухими межслойными микроотверстиями, диаметр которых обычно не превышает 100 мкм.

В настоящее время известны три разных технологии изготовления межслойных микроотверстий: 1) фотохимическое травление фотодиэлектриков, 2) плазменное травление и 3) сравнительно новый метод лазерной прошивки. При этом, полагают, что лазерная прошивка сверления является наиболее перспективным методом изготовления межслойных микроотверстий. Для лазерной прошивки межслойных микроотверстий в настоящее время используют эксимерные лазеры, лазеры на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом и лазеры на диоксиде углерода (СО₂-лазеры), каждому из которых присущи свои собственные недостатки. Так, в частности, эксимерные лазеры недостаточно экономичны для того, чтобы их можно было использовать в промышленных масштабах. Характерной особенностью таких лазеров является низкий унос материала на импульс излучения и большие затраты, связанные с необходимостью принятия соответствующих мер безопасности из-за крайне высокой коррозионной активности и токсичности газов, образующихся при работе эксимерного лазера. Лазеры на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом достаточно успешно используются при сравнительно небольших или средних объемах производства различных печатных плат с диаметром межслойных микроотверстий от 25 до 75 мкм. Отверстия с большим диаметром должны изготавливаться прошивкой большого количества небольших по диаметру отверстий, что, как очевидно, существенно уменьшает скорость подобной прошивки. Лазеры на диоксиде углерода, в отличие от лазеров на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом, можно использовать при большом объеме производства печатных плат с большим количеством межслойных микроотверстий. Унос материала при обработке такими лазерами неармированных полимеров приблизительно в 20 раз выше, чем при их обработке лазерами на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом.

При этом, однако, СО2-лазеры, которые с большим успехом можно использовать для обработки полимеров, оказываются практически не пригодными для прошивки отверстий под межслойные микроотверстия в меди из-за ее небольшого уноса. Поэтому в этих случаях в технологический процесс изготовления печатной платы приходится дополнительно включать еще одну технологическую операцию, выполняемую до прошивки СО2-лазером отверстий в слое диэлектрика и связанную с изготовлением (нанесением на плату) конформного фотошаблона. Во время этой дополнительной технологической операции в многослойной медной плате в местах последующего удаления диэлектрика выполняют травление, используя для этого конформный фотошаблон. Несмотря на то, что после травления платы для прошивки в ней глухих межслойных микроотверстий можно использовать СО₂-лазер, такой способ, тем не менее, остается недостаточно производительным, поскольку он требует выполнения дополнительной операции по нанесению на пластину конформного фотошаблона, выполнение которой сопряжено с реальной опасностью повреждения медного слоя.

Для устранения этого и других недостатков технологического процесса изготовления межслойных микроотверстий с использованием конформного фотошаблона было предложено использовать для прошивки отверстий сдвоенный лазер. Такой сдвоенный лазер представляет собой комбинацию из источника СО2-лазерного излучения и твердотельного лазера ИКдиапазона (иразера). При использовании сдвоенного лазера сначала твердотельным лазером прошивают отверстие в слое меди. После этого СО2-лазером удаляют слой смолы. Использование такого сдвоенного лазера позволяет изготавливать межслойные микроотверстия в медных, изготовленных наращиванием слоев платах, однако, практическая реализация такого технологического процесса связана с большими затратами, чем при использовании только одного СО2-лазера, а выполняемая достаточно медленно операция прошивки меди заметно увеличивает длительность всего технологического процесса изготовления печатной платы.

Операцию изготовления конформного фотошаблона можно заменить операцией полутравления. В этом случае сердцевину печатной платы ламинируют покрытой тонким слоем смолы медной фольгой толщиной около 18 мкм. После ламинирования медную фольгу толщиной 18 мкм целиком подвергают травлению, в результате чего ее толщина уменьшается приблизительно до 5 мкм. Затем медный слой подвергают специальной обработке (воронению), в результате которой на нем образуется покрытие из черной окисной пленки, образующей пригодную для прошивки лазером поверхность. После этого непосредственно в слое меди толщиной 5 мкм и в соседнем с ним слое смолы СО₂лазером прошивают межслойные микроотверстия. Операция полутравления является, как очевидно, более простой, чем операция нанесения на медь конформного фотошаблона, однако, и такой способ изготовления межслойных микроотверстий требует дополнительных затрат времени и не исключает возможности повреждения поверхности меди при ее полутравлении. Кроме того, прошивка СО₂-лазером прошедших полутравление медных слоев не гарантирует получения удовлетворительных результатов. Возможность получения плохих результатов связана с тем, что при травлении всей поверхности печатной платы, размеры которой могут составлять, например, 600 мм на 500 мм, не удается добиться равномерного и точного по всей поверхности платы уменьшения толщины меди. Известно, что допуск на толщину слоя меди при его травлении большинством применяемых в настоящее время для этого реагентов на известном в настоящее время оборудовании составляет ±2 мкм. При таком допуске толщина слоя меди, которая после травления номинально должна быть равна 5 мкм, будет фактически разной в разных местах платы (в пределах от 3 до 7 мкм). При прошивке межслойных микроотверстий энергия лазера задается из расчета номинальной толщины меди, равной 5 мкм. При воздействии лазером на точки печатной платы, в которых толщина слоя меди равна 3 мкм, энергия лазерного луча оказывается слишком большой для испарения всего находящегося в этой точке количества меди. В результате этого по краю отверстия образуются медные брызги, а отверстие в диэлектрике приобретает неправильную форму. С другой стороны, при воздействии лазера на точки, в которых толщина слоя меди равна 7 мкм, энергия лазера оказывается недостаточной для прошивки нормального микроотверстия и отверстие в диэлектрике получается слишком малым по диаметру или даже вообще может не дойти до следующего медного слоя. Из-за всех этих недостатков, присущих операции полутравления, прошивка межслойных микроотверстий с помощью СО2-лазера применяется в настоящее время только при обработке изготовленных наращиванием печатных плат, не плакированных медью, или же в сочетании с изготовлением конформных фотошаблонов.

В патенте И8 3998601 описаны композиционная фольга и способ ее изготовления. Предложенная в этом патенте композиционная фольга состоит из первого, или несущего, слоя меди, изготовленного электролитическим осаждением, и второго, также изготовленного электролитическим осаждением слоя меди, толщина которого недостаточна для того, чтобы он был самонесущим. Несущий медный слой отделен от второго медного слоя тонким слоем антиадгезива, предпочтительно хрома. Толщина второго медного слоя не превышает 12 мкм. При изготовлении из такой композиционной фольги многослойного материала фольгу ее покрытой сверхтонким слоем меди поверхностью накладывают на подложку из пропитанного эпоксидной смолой стекловолокна, после чего осуществляют обычный процесс ламинирования. После охлаждения многослойного материала с него удаляют покрытый антиадгезивом несущий слой меди с получением в итоге плакированного медью многослойного материала, пригодного для травления и изготовления печатных плат.

Способ изготовления многослойной печатной платы с межсоединениями описан в 1Р 10-190236. По этому способу сначала выполняют ламинирование собранных друг с другом в пакет печатной платы с готовой монтажной схемой, металлической фольги и слоя изолирующего материала. После этого в определенной точке обладающего электропроводностью слоя, в которой в дальнейшем с помощью лазера выполняют межслойное микроотверстие, производится соответствующая обработка, направленная на увеличение поглощения в этой точке выделяемой лазером энергии. Во время следующей операции на эту точку направляют луч лазера, под действием которого в этом месте в результате расплавления и уноса материала металлической фольги и изолирующего слоя образуется отверстие. На последнем этапе на стенки этого отверстия химическим путем наносят покрытие, образующее межслойное микроотверстие и электрически соединяющее друг с другом соответствующие проводники монтажной схемы печатной платы.

О возможности использования лазера, в частности СО2-лазера, для прошивки отверстий в плакированном медью и пропитанном эпоксидной смолой стекловолокне говорится в работе А. КейепЬаит и др. Ьакег бгййпд оГ Ш1сгоу1а8 ίη ероху-д1а§8 ргйиеб сйсий Ьоагбк, опубликованной в Тгапкасбоп оп сотропепК Нубпбх апб тапиГасШгйщ 1ес1то1оду. том 13, № 4, декабрь 1990 (1990-12), стр. 1055-1062, издание ХР000176849 ΙΕΕΕ 1пс. Хем Уогк, И8 Ι88Ν: 0148-6411. В одном из описанных в этой работе опытов СО2-лазер использовали для прошивки сквозного отверстия в пропитанном эпоксидной смолой слое стекловолокна толщиной 0,254 мм (10 мил), покрытом с обеих сторон слоем меди толщиной 4,4 мкм (1/8 унции). В другом описанном в этой работе опыте СО2-лазер использовали для прошивки глухого отверстия в пропитанном эпоксидной смолой слое стекловолокна толщиной 0,254 мм (10 мил), покрытом слоем меди толщиной 4,4 мкм (1/8 унции).

В ΌΕ-Α-3103986 описан способ изготовления отверстий, предназначенных для образования путем нанесения на их стенки соответствующего покрытия межслойных отверстий в печатных платах с подложками из материалов на основе углерода. Сквозные отверстия в этих платах прошивали с помощью СО₂-лазера. Для повышения поглощения энергии лазера на слой металла, расположенный на верхней поверхно5 сти печатной платы, можно нанести покрытие из специального акцептора лазерного излучения. При изготовлении печатных плат с медным слоем в качестве такого акцептора можно использовать оксид меди (II).

Из всего сказанного выше можно сделать вывод о том, что в настоящее время существует острая необходимость в создании простого и эффективного способа изготовления многослойных печатных плат, который обеспечивал бы возможность быстрой и высококачественной прошивки в них лазером межслойных микроотверстий. Эта задача согласно изобретению решается с помощью способа в соответствии с п.1 формулы изобретения.

Другой задачей настоящего изобретения является разработка предназначенной для изготовления многослойных печатных плат композиционной фольги, в которой с высокой скоростью и высоким качеством можно было бы прошивать лазером межслойные микроотверстия. Эта задача согласно изобретению решается с помощью композиционной фольги в соответствии с п.14 формулы изобретения.

В настоящем изобретении предлагается способ изготовления многослойной печатной платы, при осуществлении которого а) подготавливают основание (сердцевину) печатной платы, б) подготавливают композиционную фольгу с функциональным слоем меди толщиной менее 10 мкм, нанесенным на несущую фольгу, лицевая сторона которого обращена к несущей фольге, а обратная сторона покрыта неармированной термореактивной смолой, в) основание печатной платы ламинируют композиционной фольгой, уложенной на него своей обратной покрытой смолой стороной, г) удаляют несущую фольгу с функционального слоя меди, чтобы обнажить его лицевую сторону, д) выполняют отверстия, которые проходят через функциональный слой меди и смолу для образования межслойных микроотверстий.

В соответствии с одним из наиболее важных аспектов настоящего изобретения толщина функционального слоя меди композиционной фольги должны быть меньше 10 мкм, предпочтительно должна составлять приблизительно 5 мкм, что позволяет использовать СО₂-лазер для прошивки межслойных микроотверстий непосредственно с открытой лицевой стороны фольги через очень тонкий функциональный слой меди и примыкающий к нему снизу слой диэлектрика. Такой способ исключает необходимость выполнения операций полутравления или наращивания или нанесения на плату конформного фотошаблона и существенно упрощает весь процесс изготовления многослойных ПП. Упрощение технологии изготовления межслойных микроотверстий не только ускоряет весь процесс изготовления печатных плат и делает его более производительным, но и уменьшает количество необходимого для этого техно логического оборудования, а следовательно, и связанные с этим затраты. Иными словами, изобретение позволяет сделать весь процесс изготовления печатных плат более эффективным. Одновременно с этим существенно снижается и расход химических реагентов, используемых на этапе травления. Этот момент является особенно важным с экологической точки зрения. Говоря о качестве межслойных микроотверстий, изготавливаемых предлагаемым в изобретении способом, следует отметить, что тонкий функциональный слой меди имеет высокую точность по толщине, и строго контролируемый и одинаковый по всей поверхности профиль, и одинаковую шероховатость, и поэтому его прошивка лучом СО₂-лазера осуществляется в одинаковых и легко воспроизводимых для любой точки поверхности слоя условиях. Поэтому с помощью соответствующим образом настроенного лазера в любом месте ПП можно точно прошить с соблюдением требуемых размеров и расположения имеющее строго определенную форму, диаметр и высоту межслойное микроотверстие, не оставляя при этом каких-либо брызг на поверхности меди. Необходимо также отметить, что несущая медная фольга придает всей композиционной фольге необходимую жесткость, позволяющую достаточно легко оперировать с покрытым смолой функциональным слоем меди. Кроме того, расположенный в предлагаемой композиционной фольге между несущей фольгой и покрытием из смолы функциональный слой меди защищен от воздействия на него различных частиц, химических или содержащихся в воздухе реагентов, которые могут повредить его поверхность и каким-либо образом изменить рисунок будущей монтажной схемы (схемы соединений). Имеющаяся в предлагаемой композиционной фольге самонесущая фольга надежно защищает от разрывов, растрескивания или образования складок не только очень тонкий функциональный слой меди, но и нанесенное на него хрупкое покрытие из смолы. В процессе ламинирования несущая фольга обеспечивает эффективную защиту очень тонкого функционального слоя меди от воздействия пыли и различных частиц (в частности, частиц смолы), которые так или иначе могут привести к образованию на его поверхности различных надрезов, а также исключает возможность того, что при ламинировании тонкий функциональный слой меди проступит через нанесенный на него слой смолы. После удаления несущей фольги поверхность функционального слоя меди остается чистой и не имеет каких-либо дефектов типа вмятин, разрывов, трещин или складок.

Функциональный слой меди предпочтительно изготавливать методом электролитического осаждения. Поверхность лицевой стороны функционального слоя меди целесообразно специальным образом обрабатывать (подготавливать) для того, чтобы она лучше поглощала из7 лучение, создаваемое СО₂-лазером. Такая подготовка может заключаться, например, в придании поверхности лицевой стороны функционального слоя меди специального профиля и создании на ней определенной шероховатости и/или ее специальной окраски, повышающей эффективность поглощения медью излучаемой СО₂-лазером энергии. Сделать это можно непосредственно в процессе изготовления композиционной фольги таким образом, чтобы после удаления с нее несущей фольги тонкий функциональный слой меди был полностью готов для его прошивки лазером. Лицевую поверхность функционального слоя меди можно до прошивки лазером покрыть путем соответствующей обработки (воронения) черной окисной пленкой, которая также способствует более эффективному поглощению медью энергии, излучаемой СО2-лазером.

Следует отметить, что в композиционной фольге предпочтительно иметь расположенный между несущей фольгой и тонким функциональным слоем меди промежуточный антиадгезивный слой. Наличие такого антиадгезивного слоя, представляющего собой, например, тонкий ослабляющий сцепление слой на основе хрома, существенно облегчает отделение несущей фольги. При этом несущую фольгу можно просто механически отделить вместе с антиадгезивным слоем от расположенного под ним тонкого функционального слоя меди. Возможен, однако, и другой вариант, когда при отделении несущей фольги от композиционной фольги антиадгезивный слой остается на тонком функциональном слое меди и увеличивает способность его обнаженной поверхности к поглощению энергии, излучаемой СО2-лазером. Такой одновременно выполняющий две функции антиадгезивный слой можно выполнить в виде слоя окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала, на который методом электролитического осаждения можно нанести прочно связанный с ним функциональный слой меди и который благодаря своему цвету способствует более интенсивному поглощению медью инфракрасного излучения СО2лазера.

В первом варианте изобретения для нанесения покрытия на обратную сторону тонкого функционального слоя меди используется смола, которая находится в промежуточной стадии отверждения (В-стадии). Такая смола должна выбираться с учетом рисунка и характера выполнения расположенных под ней на основании многослойной печатной платы (ее сердцевины) схем межсоединений, и ее окончательная полимеризация происходит во время ламинирования.

Во втором варианте изобретения смола, которой покрыта обратная сторона функционального слоя меди, состоит из слоя смолы, которая находится в окончательной стадии отверждения (С-стадии) и образует покрытие на об ратной стороне функционального слоя меди, и нанесенного на это покрытие из окончательно затвердевшей смолы слоя смолы, которая находится в промежуточной стадии отверждения (Встадии). В этом варианте изолирующий слой, который имеет сравнительно большую толщину, также должен соответствовать расположенному под ним рисунку схемы межсоединений, выполненных на основании (сердцевине) печатной платы.

Необходимо подчеркнуть, что в изобретении предлагается также композиционная фольга, предназначенная для изготовления многослойной печатной платы предлагаемым способом, которая состоит из самонесущей (несущей) фольги, предпочтительно медной фольги толщиной от 18 до 150 мкм, антиадгезивного слоя, нанесенного на одну из сторон самонесущей фольги, функционального слоя меди толщиной менее 10 мкм, наиболее предпочтительно приблизительно 5 мкм, который нанесен на антиадгезивный слой и имеет лицевую сторону, обращенную к антиадгезивному слою, и обратную сторону, и покрытия из неармированной термореактивной смолы, которое нанесено на обратную сторону функционального слоя меди.

Поверхность лицевой стороны функционального слоя меди предпочтительно соответствующим образом обработать (подготовить) для более эффективного поглощения медью энергии, излучаемой СО2-лазером. Сделать это можно путем нанесения слоя окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала на обращенную к антиадгезивному слою лицевую поверхность функционального слоя меди. В первом варианте предлагаемой в изобретении композиционной фольги для нанесения на функциональный слой меди такого слоя окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала используется угольная сажа и/или графит. Во втором варианте такой слой окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала изготавливают в виде слоя окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью полимера.

Необходимо отметить, что и сам антиадгезивный слой может быть выполнен в виде слоя из окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала, который одновременно выполняет функции антиадгезивного слоя и слоя, который заменяет собой упомянутую выше подготовку лицевой стороны функционального слоя меди и используется для повышения эффективности поглощения медью энергии, излучаемой СО2-лазером. В этом варианте изобретения композиционная фольга состоит из несущей фольги, антиадгезивного слоя, имеющего двойное назначение, функционального слоя меди и покрытия из смолы. Очевидно, что после удаления несущей фольги такой антиадгезивный слой, в отличие от обычного анти адгезивного слоя, например слоя хрома, должен оставаться на лицевой поверхности функционального слоя меди.

На обратную сторону функционального слоя меди целесообразно нанести покрытие из связующего материала, повышающего прочность его сцепления с покрытием из смолы. После нанесения на функциональный слой меди покрытия из связующего материала и до нанесения на него покрытия из смолы можно нанести пассивирующее покрытие, повышающее прочность обратной стороны функционального слоя меди и дополнительно защищающее его от различного рода внешних воздействий.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его выполнения, не ограничивающего его объем, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано на фиг. 1 - полученное с помощью растрового электронного микроскопа изображение поперечного сечения композиционной фольги, используемой для изготовления многослойной печатной платы, и на фиг. 2 - схемы, иллюстрирующие последовательность технологического процесса изготовления многослойной печатной платы.

В предлагаемом в изобретении способе для изготовления многослойной ПП используется композиционная фольга 10, в частности слой меди на носителе из фольги с покрытием из смолы. На фиг. 1 показано полученное с помощью растрового электронного микроскопа изображение поперечного сечения такой композиционной фольги, которой ламинируется основание (или сердцевина) многослойной печатной платы. Композиционная фольга состоит из четырех различных слоев, которыми являются несущая фольга 12, антиадгезивный слой 14, функциональный слой 16 меди и покрытие 18 из смолы. Изготавливается такая композиционная фольга путем последовательного выполнения двух описанных ниже отдельных технологических процессов.

Первый из этих технологических процессов аналогичен процессу, описанному в и8 3998601. Вначале изготавливают несущую фольгу 12 толщиной 70 мкм, используя для этого кислый электролит, который гальваническим методом непрерывно осаждают на вращающийся титановый барабан с определенным образом обработанной поверхностью. Поверхность барабана определяет микрорельеф и другие параметры первоначально образующегося на ней слоя осажденной меди. Микрорельеф другой (матовой) стороны несущего слоя определяется соответствующими присадками, которые добавляют в осаждаемый на барабан медный электролит. На одну из поверхностей изготовленной таким образом несущей фольги 12 наносят антиадгезивный слой 14, благодаря наличию которого несущая фольга приобретает строго кон тролируемые и одновременно сравнительно низкие адгезионные свойства. Антиадгезивный слой 14 имеет очень небольшую толщину, обычно не превышающую 1 мкм. На антиадгезивный слой 14 затем наносят гальваническое покрытие толщиной предпочтительно 5 мкм, которое образует на несущей фольге функциональный слой 16 меди. Обращенная к несущей фольге 12 сторона функционального слоя 16 меди, называемая в дальнейшем его лицевой стороной, является зеркальным отображением поверхности несущей фольги 12, которая покрыта антиадгезивным слоем 14. Поэтому путем определенного воздействия на структуру поверхности несущей фольги 12, которая покрыта антиадгезивным слоем 14, можно добиться того, чтобы лицевая сторона функционального слоя 16 меди имела определенный профиль поверхности и определенную шероховатость. Другая сторона функционального слоя 16 меди, называемая в дальнейшем его обратной стороной, является матовой стороной. В результате нескольких этапов химической и электрохимической обработки можно добиться того, чтобы обратная сторона функционального слоя меди имела некоторые определенные свойства, в частности необходимую прочность сцепления с наносимым на нее покрытием из смолы и достаточно высокое сопротивление коррозии. После выполнения такой специальной обработки на обратной стороне функционального слоя меди путем осаждения на нее медных включений формируют связующий слой. На связующий слой затем наносят пассивирующее покрытие. Следует отметить, что пассивирующее покрытие можно нанести и на обнаженную (т.е. не покрытую слоем 14 антиадгезивного материала) сторону несущей фольги 12, исключив тем самым вероятность образования так называемой голубой окисной рамки в процессе изготовления печатной платы, например при ее ламинировании на прессе.

На следующем этапе композиционную медную фольгу 12, 14, 16 обрабатывают на установке для нанесения покрытий, на которой на обратную сторону функционального слоя 16 меди с нанесенными на нее связующим и пассивирующим покрытиями (на чертежах не показаны) наносят покрытие из неармированной термореактивной смолы, предпочтительно полуполимеризованной (полуотвержденной или находящейся в промежуточной стадии отверждения, т. е. в В-стадии) смолы. Применение в качестве смолы, которая наносится на обратную сторону функционального медного слоя, смолы, находящейся в промежуточной стадии отверждения (В-стадии), существенно упрощает весь предлагаемый в изобретении процесс изготовления многослойной печатной платы при ламинировании композиционной фольгой основания (или сердцевины) печатной платы. Связано это с тем, что находящаяся в полуотвержденном состоя нии смола при ламинировании полностью повторяет микрорельеф наружного слоя всех схем межсоединений, выполненных на основании (сердцевине) печатной платы. Во время ламинирования (либо на гидравлическом прессе, либо в автоклаве при периодическом нагревании и охлаждении) процесс полимеризации находящейся в В-стадии смолы заканчивается, и она постепенно переходит в стадию окончательного отверждения (С-стадию).

Нанесенное на композиционную фольгу покрытие 18 из смолы можно также выполнить двухслойным. Один их слоев такого двухслойного покрытия, который имеет сравнительно небольшую толщину (25-45 мкм) и состоит из окончательно полимеризованной смолы, находящейся в С-стадии, наносят непосредственно на функциональный слой меди и на него наносят второй слой, который состоит из полуотвержденной смолы, находящейся в В-стадии. Использование двухслойного покрытия (вместо однослойного покрытия из полуотвержденной смолы) позволяет при той же толщине покрытия существенно упростить и сделать более безопасной всю процедуру нанесения покрытия из смолы на обратную сторону функционального слоя меди. Очевидно, что такое покрытие (при его заданной толщине) может состоять и из большего количества слоев.

На фиг. 2 показана последовательность предпочтительного процесса изготовления многослойной печатной платы предлагаемым в настоящем изобретении способом.

Весь технологический процесс изготовления многослойной печатной платы предлагаемым в изобретении способом начинается со стадии А1, или стадии начала дальнейшей обработки готового основания или сердцевины печатной платы. Показанное на фиг. 2 основание (или сердцевина) 20 печатной платы состоит из покрытого с одной стороны слоем меди препрега (полуфабриката композиционного пластика) 19 и выполненной травлением в слое меди монтажной схемы 21 (схемы межсоединений). Для повышения прочности сцепления поверхности монтажной схемы 21 (схемы межсоединений) с покрывающим ее слоем диэлектрика ее целесообразно соответствующим образом обработать либо путем окисления, либо приданием ей определенной шероховатости.

На стадии А2 основание (сердцевину) 20 печатной платы ламинируют с одной стороны подготовленной по описанной выше технологии композиционной фольгой 10, при этом слой покрытия 18 из смолы композиционной фольги 10 накладывают на выполненную на основании (сердцевине) 20 печатной платы схему 21 межсоединений. Ламинирование основания (сердцевины) печатной платы композиционной фольгой обычно осуществляют на гидравлическом прессе, что предпочтительно сопровождается несколькими циклами нагревания и охлажде ния. В процессе ламинирования находящаяся в полуотвержденном состоянии (на В-стадии) термореактивная смола окончательно затвердевает. Следует отметить, что для увеличения толщины слоя диэлектрика можно использовать отдельный лист из диэлектрика, который до ламинирования можно расположить между основанием (сердцевиной) 20 печатной платы и композиционной фольгой 10.

На стадии А3 по окончании процесса ламинирования и полной полимеризации смолы 18 от композиционной фольги механически отделяют несущую фольгу 12 вместе с нанесенным на нее антиадгезивным покрытием 14. При отделении от ламинированной печатной платы медной несущей фольги 12 толщиной 70 мкм вместе с оставшимся на ней очень тонким слоем антиадгезивного покрытия 14 обнажается чистый (на атомном уровне), однородный и лишенный каких-либо дефектов функциональный слой 16 меди, оставшийся после ламинирования на верхней поверхности основания (сердцевины) 20 печатной платы.

На стадии А4 функциональный слой 16 меди предпочтительно подвергают поверхностной обработке, подготавливая его лицевую сторону для прошивки СО2-лазером. Обработка поверхности функционального слоя 16 меди может заключаться в образовании на ней (химическим путем) черного окисного слоя 22. Такой черный окисный слой, уменьшающий отражение света на не имеющей покрытия поверхности меди, способствует более эффективному прошиванию меди лучом СО2-лазера. Необходимо отметить, что для этой цели вместо черного окисного слоя можно использовать и другое (полученное химическим путем) окисное покрытие, например окисное покрытие коричневого цвета.

На стадии А5 в функциональном слое 16 меди и в слое 18 смолы прошивают глухие межслойные микроотверстия 24, которые доходят до расположенных под ними медных контактных площадок схемы межсоединений и предназначены для последующего соединения функционального слоя 16 меди с расположенными на основании (сердцевине) 20 печатной платы контактами выполненной на ней монтажной схемы (схемы межсоединений). Необходимо подчеркнуть, что такие микроотверстия в функциональном слое 16 меди и слое 18 смолы прошивают в ламинированной печатной плате СО2-лазером за один переход. СО2-лазер является источником инфракрасного излучения с длиной волны от 9,4 до 10,6 мкм. Несмотря на то, что инфракрасное излучение с такой длиной волны не является оптимальным для уноса меди, тем не менее, в данном случае прошивка лучом СО2-лазера отверстий в функциональном слое 16 меди благодаря тому, что он имеет небольшую толщину и обработанную специальным образом поверхность, происходит без каких-либо проблем. При прошивке отверстий в очень тонком слое меди все преимущества СО₂-лазера реализуются полностью. При этом свыше 90% энергии, излучаемой СО₂-лазером, поглощаются расположенным под слоем меди диэлектриком, толщина слоя которого в несколько раз превышает длину волны лазерного луча. Прошивка отверстий СО2лазером предлагаемым в изобретении способом сопровождается большим уносом меди на импульс излучения и поэтому происходит с высокой скоростью. Остается отметить, что в основе уноса материала при его обработке Со2-лазером лежат фототермические процессы. Излучаемая лазером энергия поглощается удаляемым материалом, который при этом испаряется и уносится из зоны обработки под действием возникающего в ней избыточного давления. При определенной глубине прошитого в композиционной фольге отверстия, а именно в тот момент, когда луч лазера дойдет до расположенной под композиционной фольгой контактной площадки, вся излучаемая лазером энергия начинает отражаться от верхней поверхности этой контактной площадки, и на этом процесс дальнейшего уноса материала из зоны сверления автоматически прекращается.

На следующей стадии А6 в ПП механически сверлят сквозные отверстия 26. Эта операция не является строго обязательной, о чем будет сказано ниже.

Стадия А7 состоит из четырех отдельных операций:

промывки ПП водой под высоким давлением, полного удаления с поверхности ПП черного окисного слоя и ее восстановления с удалением с нее всех частиц, оставшихся на ней после обработки СО2-лазером, нанесения методом химического восстановления покрытия из меди на стенки прошитых лазером межслойных микроотверстий, на стенки сквозных отверстий и целиком на всю поверхность ПП, гальванического упрочнения поверхности ПП путем, например, электролитического осаждения на нее меди, которое продолжают предпочтительно до тех пор, пока толщина осажденного слоя 16' меди не станет равной приблизительно 18 мкм.

На стадии А8 травлением имеющего толщину около 18 мкм наружного слоя 16' меди на внешней поверхности печатной платы выполняют имеющую определенный рисунок схему 28 межсоединений. Схему межсоединений можно изготовить травлением и на стадии А7 до нанесения на плату методом химического восстановления покрытия из меди и до гальванического упрочнения поверхности платы, и в этом случае стадия А7 будет последней стадией всего процесса изготовления печатной платы.

Необходимо отметить, что при использовании для изготовления печатной платы компо зиционной фольги с функциональным слоем меди, у которого лицевая поверхность уже была подготовлена в процессе изготовления фольги для ее последующей прошивки лазером, стадию А4 из описанного выше со ссылками на фиг. 2 технологического процесса можно исключить. Обычно функциональный слой меди композиционной фольги имеет отполированную до блеска лицевую сторону, которая отражает луч СО₂-лазера; наличие же на лицевой стороне функционального слоя меди полученного химическим путем черного окисного покрытия позволяет избежать отражения от нее луча лазера, который в итоге нагревает поверхность меди и за счет уноса из слоя меди определенного количества материала образует в нем микроотверстие. Избежать отражения луча СО₂-лазера от лицевой стороны функционального слоя меди можно и другим способом, выполнив ее не отражающей излучение лазера непосредственно в процессе изготовления композиционной фольги. Лицевая сторона функционального слоя меди характеризуется определенным цветом и матовым оттенком. С целью увеличить степень поглощения лицевой стороной функционального слоя меди энергии излучения СО2-лазера ее необходимо специальным образом обработать, придав ей определенный профиль и соответствующую шероховатость. В результате поверхностной обработки лицевой стороне функционального слоя меди можно придать и определенный цвет, также способствующий более эффективному поглощению медью энергии СО2лазера.

При такой подготовке поверхности лицевой стороны функционального слоя меди непосредственно в процессе изготовления композиционной фольги на антиадгезивный слой до нанесения на него (электролитическим осаждением) функционального слоя меди можно нанести тонкий слой окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала. При отделении от ламинированной платы несущей фольги вместе с антиадгезивным слоем тонкий слой окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала остается на лицевой стороне функционального слоя меди и образует на ней слой окрашенного в темный цвет материала. Необходимо отметить, что такой тонкий слой окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала должен быть достаточно прочно связан с антиадгезивным слоем с тем, чтобы на него электролитическим осаждением можно было нанести функциональный слой меди, с которым он при этом должен быть связан более прочно, чем с антиадгезивным слоем, при этом его цвет должен способствовать более эффективному поглощению функциональным слоем меди инфракрасного излучения СО2-лазера.

Необходимо также отметить, что такой тонкий слой окрашенного в темный цвет и об15 ладающего электропроводностью материала можно использовать и в качестве антиадгезивного слоя, обработав с этой целью соответствующим образом его поверхность для того, чтобы она способствовала более эффективному поглощению функциональным слоем меди энергии излучения СО₂-лазера. В этом случае композиционная фольга будет состоять из несущей фольги, антиадгезивного слоя из окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала, функционального слоя меди и покрытия из смолы. Очевидно, что при отделении несущей фольги от ламинированной такой композиционной фольгой печатной платы антиадгезивный слой должен оставаться на лицевой стороне функционального слоя меди.

В качестве материала, который можно использовать для формирования такого слоя из окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала, прежде всего, следует назвать углерод. Путем нанесения углерода на соответствующую поверхность на ней легко можно создать, по существу, равномерный слой углерода. При этом, используя жидкую дисперсию углерода, покрытие из углерода можно нанести на обращенную к функциональному слою меди сторону несущей фольги, необязательно покрытой антиадгезивным слоем на основе хрома. Обычно в дисперсии углерода содержатся три основных компонента, а именно углерод, одно или несколько поверхностноактивных веществ, способных диспергировать углерод, и необходимая для образования дисперсии жидкость, в частности вода. Для приготовления такой дисперсии можно использовать обычную широко доступную углеродную (техническую) сажу, печную сажу или тонкоизмельченный графит. Для получения ровного покрытия средний размер частиц углерода должен быть предельно минимальным. Частицы углерода либо до, либо после нанесения покрытия можно соответствующим образом обработать с целью повышения эффективности процесса электролитического осаждения или повышения качества полученного покрытия. Для обработки частиц углерода можно использовать различные красители, в частности обладающие электропроводностью металлы, или различные химические окислители.

Пример.

Для изготовления композиционной медной фольги, имеющей функциональный слой меди с подготовленной путем соответствующей обработки для прошивки лазером лицевой стороной, в качестве носителя использовали изготовленную из меди фольгу толщиной 35 мкм. На одну из сторон несущей фольги обычным способом (см. патент И8 3998601) методом электролитического осаждения наносили слой антиадгезивного материала на основе хрома. На покрытую слоем хрома сторону несущей фольги затем на носили тонкий (15-25 мкм) обладающий электропроводностью слой углеродной сажи и/или графита, т.е. слой окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала. Для нанесения такого слоя использовали углеродную пасту марки СатЬоп-Ьей1аск 8Ό НАЬ 2841-ΙΒ (фирма Ьаск^етке Ре1ег5. Ό-47906, Кемпен, Германия). Полученный слой углерода сушили источником инфракрасного излучения и затем на покрытую углеродом сторону несущей фольги методом электролитического осаждения наносили функциональный слой меди толщиной 5 мкм. Электролитическое осаждение функционального слоя меди проводили в гальванической ванне, содержащей 60-65 г/л сульфата меди (источника Си²⁺) и 60-65 г/л серной кислоты. В процессе гальванизации плотность тока поддерживали на уровне 11 А/дм², а температуру ванны поддерживали на уровне 60°С. После этого обрабатывали внешнюю сторону функционального слоя меди (агломерационным обжигом). Изготовленной таким образом фольгой затем ламинировали обычный препрег из пропитанного эпоксидной смолой стекловолокна марки ЕВ4 (Оигауе1-Е-4, фирма Ео1а \тегке АС, Ό-52348, Дюрен, Германия) при температуре 175°С в течение 80 мин под давлением 20-25 бар. После охлаждения ламинированной платы до комнатной температуры от нее вручную отделяли несущую фольгу. В итоге, получили готовую ламинированную плату с функциональным слоем меди толщиной 5 мкм с черным покрытием, не требующую никакой дополнительной обработки для последующего прошивания в меди СО₂-лазером межслойных микроотверстий.

В качестве материала, используемого для формирования на поверхности меди слоя из окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала, можно также назвать окрашенный в темный цвет и обладающий электропроводностью полимер. Для изготовления обладающих электропроводностью полимеров можно, как очевидно, использовать и целый ряд мономеров, таких как пиррол, фуран, тиофен и некоторые из их производных, а именно функциональные мономеры. Такие мономеры предпочтительно наносить на поверхность антиадгезивного слоя по влажной технологии, т. е. в виде жидкости или аэрозоля. После полимеризации мономера на него осаждением наносят функциональный слой меди. Необходимо отметить, что при нанесении мономера на обращенную к функциональному слою меди сторону несущей фольги, которая может быть покрыта слоем антиадгезивного материала, мономер может входить в состав образующего осадок раствора, в котором также содержится как минимум растворитель. Такой образующий осадок раствор может также содержать определенные добавки, которые придают полимеризованному мономеру более темный цвет.

Если композиционная фольга содержит антиадгезивный слой на основе хрома и слой окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала, то антиадгезивный слой должен быть соответствующим образом обработан в процессе изготовления композиционной фольги для того, чтобы его сцепление с нанесенным на него слоем углерода или слоем окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью полимера было не слишком высоким. За счет этого при отделении от ламинированной платы на стадии А3 несущей фольги и антиадгезивного слоя обеспечивается надежное сцепление указанных слоев с лицевой стороной функционального слоя меди.

Необходимо подчеркнуть, что предлагаемый в изобретении способ не ограничен рассмотренным выше вариантом изготовления односторонней печатной платы, у которой основание (сердцевина) ламинирована только с одной стороны, и относится также к двусторонним печатным платам, у которых основание (сердцевина) ламинировано с обеих сторон и процесс изготовления которых предполагает выполнение соответствующих технологических операций на обеих сторонах платы. При изготовлении композиционной фольги 10 вместо несущей фольги 12 толщиной 70 мкм можно использовать в качестве несущей фольги фольгу толщиной 35 мкм.

Необходимо отметить также, что ПП обычно имеют несколько наружных слоев. В этом случае полученную на стадии А8 рассмотренного выше технологического процесса ламинированную плату можно рассматривать в качестве основания (сердцевины), предназначенного для нанесения на него ряда дополнительных покрытий. Следует подчеркнуть, что переход от стадии А5 к стадии А7 не обязательно должен сопровождаться выполнением стадии А6. Очевидно, что механическое сверление сквозных отверстий при необходимости выполняется только после нанесения на ПП последнего слоя покрытия. Иными словами, ламинированная плата, полученная на стадии А8 после выполнения первого цикла технологических операций, может и не иметь механически просверленных в ней сквозных отверстий. Очевидно также, что в качестве основания (сердцевины) 20 изготавливаемой печатной платы на стадии А1 можно использовать уже готовую одностороннюю или двустороннюю ламинированную плату с несколькими слоями покрытия.

Последнее замечание относится к функциональному слою меди. В приведенном выше описании функциональный слой 16 меди был нанесен методом электролитического осаждения на антиадгезивный слой или слой окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала. Однако фактически функциональный слой меди можно выполнить в виде отдельной фольги, изготовленной, напри мер, электролитическим осаждением и уложенной на антиадгезивный слой или слой окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала. В другом варианте, который является, однако, более сложным в осуществлении, сначала на антиадгезивный слой или слой окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала можно нанести, например, методом химического осаждения из газовой или паровой фазы тонкий функциональный слой меди, толщину которого можно затем увеличить до необходимой путем гальванического упрочнения.

Claims

1. Способ изготовления многослойной печатной платы, при котором

а) изготавливают основание (20) печатной платы,

б) изготавливают композиционную фольгу (10), содержащую функциональный слой (16) меди толщиной менее 10 мкм, нанесенный на несущую фольгу (12) и покрытый неармированной термореактивной смолой,

в) ламинируют основание (20) печатной платы композиционной фольгой (10), уложенной на него своей покрытой смолой стороной,

г) удаляют несущую фольгу (12) с функционального слоя (16),

д) со стороны функционального слоя (16) посредством прошивки СО2-лазером функционального слоя (16) и смолы формируют межслойные микроотверстия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что функциональный слой (16) меди получают методом электролитического осаждения и он имеет толщину около 5 мкм.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что обращенную к несущей фольге сторону функционального слоя (16) меди подвергают поверхностной обработке, способствующей более эффективному поглощению медью энергии, излучаемой СО2-лазером.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что при обработке обращенной к несущей фольге поверхности функционального слоя меди ей придают определенный профиль и определенную шероховатость, которые способствуют более эффективному поглощению медью энергии, излучаемой СО2-лазером.

5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что при обработке обращенной к несущей фольге поверхности функционального слоя меди ей придают определенный цвет, способствующей более эффективному поглощению медью энергии, излучаемой СО2-лазером.

6. Способ по пп.3, 4 или 5, отличающийся тем, что обработку обращенной к несущей фольге поверхности функционального слоя меди выполняют в процессе изготовления композиционной фольги (10).

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что до прошивки лазером на обращенную к несущей фольге сторону функционального слоя (16) меди наносят полученное химическим путем черное окисное покрытие.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что композиционная фольга (10) имеет также антиадгезивный слой (14), который расположен между несущей фольгой (12) и функциональным слоем (16) меди, при этом при удалении с функционального слоя меди несущей фольги (12) на стадии г) несущую фольгу механически отделяют от функционального слоя меди вместе с антиадгезивным слоем (14).

9. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что композиционная фольга имеет расположенный между несущей фольгой и функциональным слоем меди антиадгезивный слой определенного цвета, способствующего более эффективному поглощению медью энергии, излучаемой СО₂-лазером, который при удалении с функционального слоя меди несущей фольги на этапе г) остается на функциональном слое.

10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что функциональный слой меди покрывают слоем смолы, находящейся в промежуточной стадии отверждения (В-стадии).

11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что слой смолы дополнительно к нанесенному на него слою смолы, находящейся в промежуточной стадии отверждения (в В-стадии), имеет находящийся в окончательно полимеризованном состоянии смолы (в С-стадии) слой смолы, покрывающей функциональный слой (16) меди.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что после выполнения стадии д) на функциональный слой (16) меди гальваническим методом наносят покрытие из меди.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что для увеличения толщины функционального слоя (16) меди осуществляют его гальваническое упрочнение, в процессе которого на него методом электролитического осаждения наносят слой меди.

14. Композиционная фольга, используемая для изготовления многослойной печатной платы и имеющая несущую фольгу (12), антиадгезивный слой (14), которым покрыта одна из сторон несущей фольги (12), функциональный слой (16) меди, который нанесен осаждением на антиадгезивный слой (14) и имеет толщину менее 10 мкм, отличающаяся тем, что функциональный слой (16) меди покрыт слоем (18) неармированной термореактивной смолы.

15. Композиционная фольга по п.14, отличающаяся тем, что обращенная к антиадгезивному слою сторона функционального слоя (16) меди подвергнута поверхностной обработке, способствующей более эффективному поглощению медью энергии, излучаемой СО2-лазером.

16. Композиционная фольга по п.15, отличающаяся тем, что обращенная к антиадгезивному слою поверхность функционального слоя меди имеет определенный профиль и определенную шероховатость, которые способствуют более эффективному поглощению медью энергии, излучаемой СО2-лазером.

17. Композиционная фольга по п.15 или 16, отличающаяся тем, что обращенная к антиадгезивному слою сторона функционального слоя меди имеет определенный цвет, способствующей более эффективному поглощению медью энергии, излучаемой СО2-лазером.

18. Композиционная фольга по пп.14, 15 или 16, отличающаяся тем, что функциональный слой (16) меди нанесен на антиадгезивный слой (14) методом электролитического осаждения, а его толщина составляет около 5 мкм.

19. Композиционная фольга по п.17, отличающаяся тем, что цвет обращенной к антиадгезивному слою поверхности функционального слоя меди определяется цветом тонкого слоя окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала, который расположен между антиадгезивным слоем (14) и функциональным слоем (16) меди.

20. Композиционная фольга по любому из пп.14-19, отличающаяся тем, что несущая фольга (12) имеет толщину от 18 до 150 мкм, антиадгезивный слой имеет толщину меньше 1 мкм, а слой (18) покрытия из смолы имеет толщину от 5 до 150 мкм.

21. Композиционная фольга по любому из пп.14-20, отличающаяся тем, что антиадгезивный слой (14) представляет собой слой на основе хрома.

22. Композиционная фольга по п.17, отличающаяся тем, что антиадгезивный слой при удалении несущей фольги остается связанным с функциональным слоем меди, а его поверхность имеет определенный цвет, способствующий более эффективному поглощению медью энергии, излучаемой СО2-лазером.

23. Композиционная фольга по п.22, отличающаяся тем, что антиадгезивный слой представляет собой тонкий слой окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала.

24. Композиционная фольга по п.19 или 23, отличающаяся тем, что тонкий слой окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала представляет собой слой, в котором содержатся углеродная сажа и/или графит.

25. Композиционная фольга по п.19 или 23, отличающаяся тем, что тонкий слой окрашенного в темный цвет и обладающего электропроводностью материала представляет собой слой, в котором содержится окрашенный в тем21 ный цвет и обладающий электропроводностью полимер.

26. Композиционная фольга по пп.14-25, отличающаяся наличием на обращенной к слою смолы стороне функционального слоя (16) меди связующего слоя.

27. Композиционная фольга по пп.14-26, отличающаяся наличием на обращенной к слою смолы стороне функционального слоя (16) меди пассивирующего слоя, расположенного предпочтительно между связующим слоем и слоем (18) покрытия из смолы.