EP0696409A1 - Process for producing printed circuit boards - Google Patents

Process for producing printed circuit boards

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Publication number
EP0696409A1
EP0696409A1 EP93909840A EP93909840A EP0696409A1 EP 0696409 A1 EP0696409 A1 EP 0696409A1 EP 93909840 A EP93909840 A EP 93909840A EP 93909840 A EP93909840 A EP 93909840A EP 0696409 A1 EP0696409 A1 EP 0696409A1
Authority
EP
European Patent Office
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pads
mask
circuit board
layer
printed circuit
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Ceased
Application number
EP93909840A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sandro Bezzetto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pac Di Bezzetto Sandro & Csnc
Original Assignee
Pac Di Bezzetto Sandro & Csnc
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Filing date
Publication date
Application filed by Pac Di Bezzetto Sandro & Csnc filed Critical Pac Di Bezzetto Sandro & Csnc
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    • H05K3/061Etching masks
    • H05K3/064Photoresists

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a printed circuit board with a first and second surface, with at least a plurality of connection contacts (pads) for soldering electronic components and a plurality of interconnects connecting the pads being applied to the first surface . Furthermore, the invention relates to a method for the production of masks for the exposure of photoresist layers, which can be used in the production of a printed circuit board according to the preceding method. Finally, the invention relates to a printed circuit board with pads arranged on at least one surface and conductor tracks made of a metal applied to an insulating substrate of the printed circuit board, with a solder layer applied at least to the pads, and with one on the printed circuit board except on the Pads of applied solder layer. Such a circuit board can be produced using the first-mentioned method. 2
  • microelectronic circuits are predominantly made up of electrically insulating plates provided with structured conductor tracks.
  • the printed circuit board generally forms the lower level of electronic structures in circuit levels.
  • the size of the circuit boards can be up to several d 2, whereby the circuit board Anlagen.spi.elswei.se made of polymers, such as epoxy resin, and usually coated with a copper metallization.
  • connection holes have to be punched in the printed circuit board and metallized throughout so that the electrical connections pass through the connection hole.
  • the microelectronic circuits are constructed on the printed circuit boards by correspondingly soldering the individual microelectronic components.
  • the components on one side of the circuit board are used their connections placed on contact points (pads) provided with a solder layer and soldered accordingly. This technology is referred to as SMD technology (Service Mount Devices).
  • the components with their connections are inserted into connection bores in the circuit board and are soldered on a soldering side of the circuit board opposite the component side for connection to corresponding conductor tracks.
  • connection bores for connecting the component side and solder side in the printed circuit board are produced by drilling or punching.
  • a copper coating in the interior of the connection bores creates a conductive connection between the two sides of the printed circuit board.
  • a solder layer in particular also as an etching protection, is applied galvanically to the entire circuit. The solder layer is also applied within the through holes.
  • the exposed copper metallization is then removed by etching, and the structured circuit remains, which is formed by copper coated with the solder layer.
  • solder mask is applied to the circuit by screen printing or a photo process, this lacquer not being arranged on the pads and the connecting bores. Finally, the electronic components on the pads or in the connection holes are soldered through the applied solder layer on the circuit board.
  • a disadvantage of the above method is that by applying the solder layer on the conductor tracks when the electronic components are soldered, heat is transported along the conductor tracks and solder layer, as a result of which the solder layer takes on an uneven, wavy structure on the conductor tracks. Because of the waviness of the solder layer on the conductor tracks, this method cannot be used for more highly integrated circuits.
  • a circuit design for printed conductors, pads and the like is produced by CAD methods.
  • the circuit design is, for example, transferred to a photographic negative (or positv) as a mask via a photoplotter.
  • the structuring of the metallization on the printed circuit board is then carried out by exposing a light-sensitive photoresist layer by means of the mask. After the photoresist layer has been partially removed, the desired structure is transferred to the metallization (copper layer).
  • the entire circuit is structured using a mask. This is followed, as in the above-mentioned method, by drilling or punching connection bores, metal coating the connection bores on the inside, galvanically applying a solder layer as a protection against etching and removing the exposed metallization.
  • the entire solder layer is now removed from the circuit, so that a circuit remains only formed from the metal layer applied to the circuit board. This is mechanically polished to prepare it for the application of a solder resist. This varnish is applied to the entire circuit except for the pads and the connection holes. The pads are then chemically polished and the so-called HAL (hot air leveling) process is used.
  • HAL hot air leveling
  • the printed circuit board is immersed in a bath with the liquid solder layer. At the When the printed circuit board is removed, the solder layer adheres mainly to the pads. Excess material of the solder layer is removed from the pads and from the rest of the circuit board by blowing with hot air.
  • the solder layer is usually made of an alloy of lead and tin. The solder layer can be melted again, in particular to form a shiny surface. This is usually done by infrared radiation.
  • the electronic components can then be soldered on in a conventional manner.
  • solder layer applied to the entire circuit must be removed as a whole. This is done by a chemical process using acids. This, as well as the etched-off solder layer, has to be disposed of in a complex manner and, if necessary, recovered. Since the solder layer is also etched away from the pads, the solder layer must be applied to the pads again in an additional process step. In the H.A.L. process, the solder layer is applied hot, whereby the toxicity of a lead component in the solder layer must be observed and appropriate measures taken. In particular, it should be noted that some countries, such as the USA, for example, want to consider banning the use of liquid lead in production processes or at least want to impose strict requirements.
  • Another disadvantage of the latter method is that when hot excess solder layer is blown off in the HAL method, small, hot droplets of the solder layer can remain on the solder-stop layer and can lead to a defect in the solder-stop layer there. This can lead to short circuits in the conductor tracks.
  • Another disadvantage of the HAL method is that the layer thickness of the solder layer is uneven. When the circuit board is pulled out of the liquid solder layer and when excess material is subsequently blown off, the solder layer does not solidify with a uniform layer thickness, but is thrown up unevenly. As a result, poor contact can be made when the electronic components are soldered on, since a connecting line of the electronic component is arranged, for example, in an area of the solder layer where the thickness is too small.
  • solder layer Even when the solder layer is melted to produce a shiny surface of the solder layer, its layer thickness is not improved with regard to its uniformity. Instead, due to its surface tension, the solder layer can contract on melting and solidify, for example, in a hemispherical manner. If the solder layer "shrunk" in this way is not hit exactly by a connecting line of the electronic component, a poor or possibly no conductive connection results.
  • the invention is therefore based on the object of providing a simplified method for producing a printed circuit board, in which a solder layer of uniform layer thickness is applied only once to the contact points of the printed circuit board required for soldering.
  • the pads are first structured using a first mask. If, after appropriate exposure to the first mask, the pads are freed from the associated photoresist layer, a solder layer is only applied to the pads with a predetermined layer thickness. The remaining part of the first photoresist layer can then be removed. Subsequent removal of the solder layer as in the HAL process is not necessary because this layer was only applied to the contact points (pads) of the circuit board required for soldering. Before removing the superfluous metallization of the circuit board, a second photoresist layer is applied using a second mask for structuring the conductor track.
  • the second photoresist layer remains on the conductor tracks and at least partially on the pads, the transition region of pads and associated conductor track also being covered by the second photoresist layer. If the exposed metallization is now removed, the conductor tracks are protected by the second photoresist layer and the pads by the solder layer, so that the metallization is not removed in these areas. It should be noted that the pads are protected both by the solder layer and at least partially by the second photoresist layer.
  • the method according to the invention cannot interrupt the connection of the connector and the conductor track, since the metallization is protected from being removed by the second photoresist layer and the solder layer. In the following, a solder resist can be applied to the circuit board outside the pads in the usual way.
  • the pads are produced with connecting pieces when structured.
  • the connecting pieces point essentially in the direction of the conductor tracks to be subsequently structured and serve to connect pads and conductor tracks.
  • the second photoresist layer is applied in particular to the parts of the pads forming the connecting pieces, as a result of which an overlap of the solder layer and the second photoresist layer occurs.
  • solder layer there is no need to remove the solder layer from the conductor tracks. This eliminates the corresponding chemical treatment and waste disposal or recovery of the chemical agents (acids) and the solder layer. This also does not apply to the method according to the invention reapplying the solder layer, in particular no toxic, liquid solder layer being required. Hot blowing off excess solder layer is just as little necessary in the method according to the invention. As a result, no defects in the solder mask due to hot droplets of the solder layer can occur. Since the solder layer is applied with a uniform layer thickness, soldering of the electronic components in the entire area of the pad is ensured.
  • the method described in claim 1 can be used in particular for SMD, the electrical contacts of the electronic components being placed on the contact or connection surfaces (pads) of the printed circuit boards and then being soldered, for example by wave soldering.
  • pads contact or connection surfaces
  • the method according to the invention being used at least on the component side, in process step ii) according to claim 1, additional pads forming bore points with corresponding connecting pieces for producing connecting bores for connecting both sides of the printed circuit board be structured. After drilling or punching the connecting holes, these are provided with a metalization, at least in their interior.
  • connection bores metallized in this way are treated further in the same way as the pads in claim 1, that is, a solder layer is applied with a uniform thickness within the connection bores and on their connecting pieces, a second photo-resist layer is applied, exposed and then closed ⁇ at least partially removed.
  • a solder layer is applied with a uniform thickness within the connection bores and on their connecting pieces, a second photo-resist layer is applied, exposed and then closed ⁇ at least partially removed.
  • the connecting bores are also used for inserting connecting wires of electronic components, then according to method step vi) from claim 1, no solder mask is applied in an analogous manner to the connecting bores.
  • the solder resist can be applied in accordance with the previously known methods by screen printing or a photo process. In order to achieve a very uniform layer thickness of the solder layer in a simple manner, it is advantageous if the solder layer is applied galvanically. This type of application achieves a very flat surface of the solder layer with a controlled layer thickness.
  • the corresponding masks are designed as negative or positive masks.
  • a positive mask is used as the first mask and a negative mask as the second mask, the first photoresist layer outside the pads / bore points and associated connecting pieces and the second photoresist layer on the conductor tracks is exposed.
  • the unexposed part of the first photoresist layer is removed before the solder layer is applied.
  • the unexposed part is likewise removed from the second photoresist layer, the exposed part remaining above the conductor tracks to be structured.
  • solder layer which essentially has a matt surface, a glossy surface.
  • the layer thickness is not changed during the melting.
  • the melting is carried out by appropriate infrared radiation.
  • the solder resist can be applied both by a photo process and by screen printing or the like.
  • the connection piece is structured with a width that is greater than that of the conductor track in step ii) in claim 1.
  • the connecting piece In the case of wider conductor tracks, the connecting piece generally has the same width as the conductor track, it being essentially formed from an end piece of the conductor track connecting two pads, for example.
  • conductor tracks which are not too fine there are no difficulties in overlapping the second photoresist and connector, so that after removal of the metalization, the conductor track is contacted below the second photoresist and connector over the entire width of the conductor track or of the connector.
  • the second photoresist layer for structuring the conductor tracks only partially overlaps the connecting piece. If the metallization not covered by the second photoresist layer is removed in this case, the contact between the conductor track covered by the second photoresist and the connecting piece could only take place over part of the width of the conductor track or possibly not at all. However, if the connector is wider than the conductor track, there is good contact between the connector and the conductor track even when the second photoresist layer is slightly misaligned for structuring the conductor tracks.
  • the circuit board is metallized by applying a copper layer and the solder layer is formed by a PbSn layer.
  • an overlap is produced in the contact area of conductor tracks and pads / connection bores, in particular to avoid an interruption in the connection between pads / connection bores and conductor tracks when the unnecessary metallization of the circuit board is removed.
  • the overlap takes place in the contact area covering solder layer and second photoresist layer.
  • the solder layer prevents etching of the metallization in the area of the pads / connecting bores and the second photoresist layer prevents etching of the metallization in the area of the conductor tracks to be structured.
  • the overlap can be produced in the area of a connecting piece of the pads or the connecting bore.
  • a corresponding overlap can also be produced in that, for example, after structuring the pads and applying a corresponding solder layer, they are produced by vapor deposition, sputtering or the like so that they overlap the pads at least partially.
  • a metallization applied to the printed circuit board can be removed in a conventional manner before the printed conductors are applied. In this case there is a direct overlap between the pad and the conductor track.
  • a first and a second mask are used for successively coating a first and a corresponding second photoresist layer.
  • the printed circuit board produced with the H.A.L. process is exposed through a mask as a whole.
  • this method has the method steps according to claim 12.
  • the first and second mask are produced in a simple manner from a first basic mask with an overall layout of the circuit and a second basic mask only with pads / bore points. The second basic mask is used in particular to remove the solder stop layer from the pads / bore points.
  • the first auxiliary mask is produced from the second basic mask by enlarging pads and / or bore points by a first enlargement factor. It should be noted, that the distances from the centroids or center points of the pads and / or bore points are not increased, but only the cross section of these structures is increased. If the first basic mask is overlaid with the first auxiliary mask, the enlarged structures on the first auxiliary mask transfer a certain area of pads and / or bore points to the first mask. The area around the pads and / or bore points of the first basic mask is chosen so large that neighboring pads and / or bore points are not detected. However, part of the conductor track connected to the pads and / or bore points is also transferred to the first mask as a connector mentioned in claim 2. Consequently, the layout of the first mask shows the arrangement of all pads and / or drilling points together with end regions of the conductor tracks adjoining them as connecting pieces.
  • a second auxiliary mask is produced from the second basic mask by enlarging the pads and / or bore points as in the first auxiliary mask.
  • the magnification is carried out using a second magnification factor that is smaller than that of the first magnification factor.
  • the second mask is produced by superimposing the second auxiliary mask and the first basic mask. This only has the conductor tracks from the first basic mask, since the second auxiliary mask in particular hides the pads and / or bore points from the first basic mask. Since the second magnification factor is smaller than the first magnification factor, a conductor track shown on the second mask, for example between two selected pads, is longer than the distance between the corresponding connecting pieces of the first mask.
  • the connecting pieces produced by means of the first mask and the areas of a photoresist layer exposed by means of the second mask overlap to form the conductor tracks.
  • this method according to the invention for producing the masks it is particularly advantageous that by enlarging the pads and / or bore points on the first or second auxiliary mask, the geometry of pads, bore points and conductor tracks or other components of the circuit is retained. This means that in the case of a circular pad, a circular environment of this pad is generated together with the pad on the first mask by means of the first auxiliary mask.
  • pads and / or bore points of any shape In any case, the pads and / or bore points on all masks are geometrically similar to one another.
  • first and second auxiliary masks are superimposed on the first basic mask in such a way that the centroids of pads and / or bore points on the auxiliary mask and basic mask lie one above the other. In this way, the one transferred to the first mask is transferred or the surroundings of pads and / or bore points hidden by the second mask are formed symmetrically around pads and / or bore points.
  • the design and manufacture of basic masks, first and second masks and associated auxiliary masks is particularly simplified if this is done using a CAD method.
  • the entire circuit can be produced in a simple manner on a computer as a design.
  • the design is transferred in a known manner to a mask, the first and second auxiliary masks being easily produced by means of the computer using appropriate software in the CAD method from the basic masks formed in this way.
  • the first and second auxiliary masks can be superimposed in an equally simple manner with the first basic mask for producing the first and second masks.
  • connection piece can be produced in a simple manner by widening a conductor track end adjoining the pad or bore point.
  • a so-called "teardrop” function which is implemented in CAD processes, can be used to form the connecting pieces.
  • the connection piece present in the first mask is replaced by the "teardrop”. This forms an extension of the pad or bore point pointing in the direction of the conductor tracks, wherein it extends so far in the direction of the conductor track that the conductor track structure shown on the second mask at least partially overlaps the "teardrop".
  • solder layer is applied to these in a contact area of pads and conductor tracks. This serves to protect the conductor track when etching off the metallization of the circuit board.
  • the conductor tracks are also covered by a solder layer when etching off the metallization.
  • the contact area is formed by a connector designed to connect the pad and the associated conductor track, on which the solder layer and on which the photoresist layer is applied.
  • the overlap of the photoresist layer and the solder layer ensures the connection of the conductor track to the connector and thus to the pad when etching off the metallization. An interruption by removing the metallization between the pad or connection piece and the conductor track cannot take place.
  • the connection piece is formed by an end piece of the conductor track. In this way, the connector and conductor track are designed with the same width. It can also be advantageous here, in particular in the case of fine conductor tracks, if the connecting piece has a greater width than the conductor track.
  • the advantage is that the solder layer is largely melted only in its exposed area on the pad when electronic components are soldered on. Consequently, there is no melting of the solder layer up to the photoresist layer.
  • connection bores for electrical connection from opposite sides of the printed circuit board, the connection bores being able to be connected to printed conductors on both sides, it is advantageous if a metal and the solder layer are applied to at least one inside of the connection bore and at least on On one side of the printed circuit board, a corresponding connection piece with applied solder layer and photoresist layer and solder stop layer protrudes from the connection bore.
  • Cu or PbSN in particular can be used as the metal or material of the solder layer.
  • the uniform layer thickness of the applied solder layer simplifies an optical control of the printed circuit board. This control takes place in that the light reflected by the solder layers is detected and evaluated to check the arrangement of at least the pads.
  • Such an optical inspection of the circuit board is only possible with the known method using HAL 1 o
  • the optical control is particularly reliable on matt surfaces of the solder layer. Such surfaces are naturally present in the method according to the invention for producing the printed circuit boards unless the solder layer is additionally melted, for example by infrared radiation. As stated above, such melting serves only to produce shiny surfaces of the solder layers, which are of no importance for the functionality of the solder layer or the printed circuit board.
  • FIG. 5 shows a plan view of a section of a printed circuit board, FIG. 4 corresponding to a section along the line IV-IV from FIG. 5;
  • FIG. 13 shows a further section of a circuit formed on a printed circuit board with a “teardrop”.
  • FIG. 1 A longitudinal section through a printed circuit board is shown in FIG.
  • One side of the printed circuit board for the application of electronic components is visible, the side opposite this side not being shown for the sake of simplicity.
  • the method described below can be carried out in a corresponding manner on both sides of the circuit board.
  • the circuit board is essentially formed from an insulating substrate 1.
  • This substrate can be an epoxy resin optionally containing glass fibers, polyimide, PTFE, a metal core carrier with an electrophoretically applied and baked ceramic insulating layer or the like.
  • a copper metallization 2 and a first photoresist layer 3 are applied to the surface of the substrate 1. Copper metallization 2 and first photoresist layer 3 essentially cover the entire surface of the substrate 1.
  • connection areas (pads) 4 and connection bores 5 the first photoresist layer 3 is exposed through a corresponding first mask and the exposed areas this layer is removed, the removal being carried out in the usual way by means of appropriate chemical solvents, acids, plasma etching or the like.
  • a solder layer made of PbSn is later applied galvanically.
  • the connection hole 5 is punched or drilled, see Figure 2.
  • a copper metallization 2 is applied within the bore, which is connected to the corresponding copper metallizations on the surfaces of the substrate 1 stands.
  • the solder layer 6 is applied to the copper metallization 2 within the connection hole 3, wherein it additionally frames the hole on the surface of the substrate 1.
  • the remaining first photoresist layer 3 is removed and a second photoresist layer 7 is applied to the entire surface of the printed circuit board, see FIG. 3.
  • the second photoresist layer 7 can also be applied within the Connection hole 5 may be applied to the solder layer 6.
  • the second photoresist layer 7 is exposed by means of a second mask and in particular removed from the solder layers 6 of pads 4 and connecting bores 5.
  • the second photoresist layer 7 remains for structuring conductor tracks between the pads, between connecting holes 5 to be connected and between pads 4 to be connected and connecting holes 5, see FIG. 4.
  • the copper metallization 2 is removed in all areas on the surface of the printed circuit board in which it not covered by the second photoresist layer 7 or the solder layer 6 is covered. Consequently, the copper metallization remains under the pads, within the connection bore 5 and, to form conductor tracks, under the remaining second photoresist layer 7.
  • a layer 8 of solder mask is applied to the entire surface of the circuit board, the solder mask not the solder layer 6 covered in the area of the pads 4 and the connecting bore 5, see FIG. 4.
  • FIG. 5 shows a plan view of a section of the printed circuit board produced according to FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 4 corresponds to a section along the line IV-IV, the layer 8 of solder mask being omitted in FIG. 5 for simplification.
  • the pads 4 have an essentially square shape, wherein they are covered with the solder layer 6.
  • a copper metallicization 2, which is covered by the remainder of the second photoresist layer 7, runs between the two pads shown on the substrate 1. This is also arranged below the solder layer 6 to form the pads and inside the connecting bore 5.
  • the ends of the second photoresist layer 7 are formed at a distance from the pads 4. Below end pieces of the second photoresist layer 7, connecting pieces formed by the solder layer 6 extend in an overlap region 10. These protrude from the essentially square pads in the direction of the conductor tracks and, together with the second photoresist layer 7, cover the copper metallicization 2 which forms the conductor tracks, see FIG. 4.
  • the distance between the two connecting pieces of the adjacent pads 4 which are to be pointed towards one another is less than the distance between the ends 9 of the second photoresist layer 7, so that it covers the solder layer 6 in the overlap region 10.
  • a second photoresist layer 7 with a corresponding one is between the connection bore 5 and the one pad 4
  • Overlap area 10 is applied to the connection pieces of pad 4 and connecting bore 5 formed by solder layer 6.
  • connection hole 5 is surrounded in a ring on the substrate 1 by a solder layer 6, the connector projecting from this in the direction of the pad 4.
  • FIGS. 6 to 11 show the production of the first and second mask for use in the method according to the invention for producing a printed circuit board.
  • the circuit structure shown on the masks has only two pads 14 and 15 spaced apart from one another and a conductor track 18 running straight between them.
  • the pads 14 and 15 are substantially circular.
  • a first basic mask 17 with the simplified circuit arrangement is shown in FIG. 9.
  • the first basic mask 17 is designed as a negative mask.
  • each of the masks shown in FIGS. 6 to 11 has an index hole 16 at the same location.
  • FIG. 6 shows a second basic mask 11, in which only the pads 14 and 15 shown in the first basic mask 17 are present.
  • FIG. 7 shows a first auxiliary mask 13 in which the pads 14 and 15 of the second basic mask 11 are shown enlarged by a first magnification factor. It should be noted that the centroids of the pads 14 and 15 have the same distance in both masks 11 and 12.
  • the first auxiliary mask 13 is a negative mask, only areas outside the pads 14 and 15 being exposed through these masks.
  • FIG. 8 shows a second auxiliary mask 12 in which the pads 14 and 15 of the second basic mask 11 are enlarged by a second enlargement factor. The second enlargement factor is smaller than the first enlargement factor.
  • the second auxiliary mask 12 is designed as a positive mask.
  • the first mask 19 shown in FIG. 10 results.
  • the first auxiliary mask 13 is arranged relative to the first basic mask 17 such that the Center of gravity of the pads 14 and 15, in this case the center points, one above the other, which are arranged.
  • the first mask 19 in the vicinity of the pads 14 and 15 has connecting pieces 21 and 22, which are formed by the ends of the conductor track 18 from FIG. 9, which lie within the pads 14 and 15 of the first auxiliary mask 13.
  • the second auxiliary mask 12 and the first basic mask 17 are arranged one above the other. Again, the centroids of the pads 14 and 15 of the second auxiliary mask 12 are arranged above or below the centroids of the pads 14 and 15 from the first basic mask 17.
  • the pads 14 and 15 of these two masks have different radii.
  • the second auxiliary mask is superimposed on the first basic mask 17, a conductor track connecting piece 24 is produced, the length 25 of which is greater than a distance 23, see FIG. 10, of the connecting pieces 21 and 22. Consequently, when the first mask 19 is overlaid with the second mask 20, there is an overlap between the conductor track connecting piece 24 and connecting pieces 21 and 22.
  • the first mask 19 is used to expose the first photoresist layer using the method according to the invention.
  • the unexposed part of the first photoresist layer is removed after exposure in order to apply the solder layer 6, see FIG. 3, to the pads 4, see FIG. 2.
  • the second mask 20 is a negative mask. Therefore, in the method according to the invention for producing the printed circuit board, the unexposed part of the second photoresist layer is removed, which results in the arrangement of the second photoresist layer 7 according to FIG. 4. Due to the overlap of conductor track connector 24 according to FIG. 11 and the connecting pieces 21 and 22 according to FIG. 10, the overlap areas marked with "X" in FIG. 4 or the overlap areas marked with "10" in FIG. 5 result.
  • the masks 19 and 20 shown in FIGS. 10 and 11 are simplified basic representations of the masks actually used in the method according to the invention.
  • FIGS. 12 and 13 A more complex circuit structure is shown in FIGS. 12 and 13. This is produced in an analogous manner using corresponding first and second masks.
  • FIG. 12 shows a section 26 of a circuit arranged on a circuit board.
  • This comprises a plurality of pads 29, 30 and 31.
  • the pads 29 have a circular cross section, the pads 30 have a rectangular cross section and the pads 31 have a substantially square cross section.
  • Some of the circular pads 29 can, for example, be formed with a connection bore, so that a connection bore 32 results.
  • coarser conductor tracks 28 are formed.
  • the overlap of solder layer 6 and second photoresist layer 7 shown in FIGS. 4 and 5 takes place in each case in the contact area between conductor tracks 27, 28 and pads or connecting bore 29, 30, 31 and 32.
  • FIG. 13 shows a further section 26 of a circuit shown on the circuit board.
  • corresponding conductor tracks 27, 28 and pads or connecting bores 29, 30, 31 and 32 are formed.
  • a so-called “teardrop” is arranged in their contact area, that is to say in the area where the overlap according to FIGS. 4 and 5 takes place, for connecting the fine conductor tracks 27 to the pads or connecting bores.
  • This has a greater width than the fine conductor tracks, which facilitates a corresponding overlap of solder layer applied, for example, to pad 29 and teardrop 34 with a second photoresist layer applied to conductor track 27.
  • the overlap of the solder layer and the second photoresist layer means that an interruption between pads / bore points and conductor tracks when the unnecessary metallization layer is removed from the circuit board is excluded.
  • the superimposition is facilitated by arranging so-called "teardrops" with very thin conductor tracks. Small inaccuracies when structuring the conductor tracks are tolerated in this way.
  • the method according to the invention a number of complex process steps of the known manufacturing method of printed circuit boards are no longer necessary, such as removing the solder layer from conductor tracks and pads, the HAL process and all associated chemical and mechanical treatments of the printed circuit board. Furthermore, the solder layer can be applied to the pad with a controlled layer thickness and with a flat surface. The additional liquid solder used in the HAL process Layer for reapplying the solder layer on the pads is no longer necessary, which means that the environmental pollution caused by lead vapors, corresponding etching solutions and the like is eliminated at the same time. Finally, the method according to the invention is considerably less expensive than the manufacturing method using the HAL method, since the expensive HAL devices are no longer necessary.

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Abstract

A process is disclosed for producing a printed circuit board with a first and a second face. A plurality of connections (pads) for soldering electronic components and a plurality of tracks which interconnect the pads are applied on at least the first surface. A layer of solder (6) is applied on the pads by means of a first photoresist layer (3); the tracks are structured thereon by etchants by means of a second photoresist layer (7) which remains on the tracks and on the layer of solder (6) applied on the connections (10) of the pads (4). A solder resist (8) may then be applied on the printed circuit board outside of the pads (4). A process is also disclosed for manufacturing a mask suitable for implementing this printed circuit board production process. According to said process, said masks are produced in a simple manner from known base masks.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte Process for the production of a printed circuit board
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lei¬ terplatte mit einer ersten und zweiten Oberfläche, wobei wenig¬ stens auf der ersten Oberfläche eine Vielzahl von Anschlußkon¬ takten (Pads) zum Auflöten von elektronischen Bauelementen und eine Vielzahl von die Pads verbindenden Leiterbahnen aufgebracht sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Her¬ stellung von Masken zur Belichtung von Photoresistschichten, welche bei der Herstellung einer Leiterplatte nach dem voran¬ gehenden Verfahren einsetzbar sind. Schließlich betrifft die Er-, findung eine Leiterplatte mit auf wenigstens auf einer Oberflä¬ che angeordneten Pads und Leiterbahnen aus einem auf einem iso¬ lierenden Substrat der Leiterplatte aufgetragenen Metall, mit zumindest auf den Pads aufgetragener Lötschicht und mit einer auf der Leiterplatte außer auf den Pads aufgetragener Lötstopp- schicht. Eine solche Leiterplatte ist nach dem erstgenannten Verfahren herstellbar.2The invention relates to a method for producing a printed circuit board with a first and second surface, with at least a plurality of connection contacts (pads) for soldering electronic components and a plurality of interconnects connecting the pads being applied to the first surface . Furthermore, the invention relates to a method for the production of masks for the exposure of photoresist layers, which can be used in the production of a printed circuit board according to the preceding method. Finally, the invention relates to a printed circuit board with pads arranged on at least one surface and conductor tracks made of a metal applied to an insulating substrate of the printed circuit board, with a solder layer applied at least to the pads, and with one on the printed circuit board except on the Pads of applied solder layer. Such a circuit board can be produced using the first-mentioned method. 2
Es ist allgemein bekannt, daß Schaltkreise der Mikroelektronik überwiegend auf aus elektrisch isolierenden, mit strukturierten Leiterbahnen versehenen Platten aufgebaut sind. Die Leiterplatte bildet im allgemeinen die untere Ebene elektronischer Aufbauten in Schaltkreisebenen. Die Größe der Leiterplatten kann bis zu mehreren d 2 betragen, wobei di.e Lei.terplatte bei.spi.elswei.se aus Polymeren, wie Epoxidharz, hergestellt und meist mit einer Kupfermetallisierung beschichtet ist. Bei Zwei- und Mehrlagen- verdrahtung sind in der Leiterplatte Verbindungslöcher zu stan¬ zen und durchgehend zu metallisieren, damit die elektrischen Verbindungen durch das Verbindungsloch durchreichen. Der Aufbau der mikroelektronischen Schaltkreise erfolgt auf den Leiter¬ platten durch entsprechendes Auflöten der einzelnen Mikroelektronikbauelemente. Dazu werden bei einer Technologie die Bauelemente auf einer Bauteileseite der Leiterplatte mit ihren Anschlüssen auf mit einer Lötschicht versehene Kontakt¬ stellen (Pads) gesetzt und entsprechend angelötet. Diese Technik wird als SMD-Technik (Service Mount Devices) bezeichnet.It is generally known that microelectronic circuits are predominantly made up of electrically insulating plates provided with structured conductor tracks. The printed circuit board generally forms the lower level of electronic structures in circuit levels. The size of the circuit boards can be up to several d 2, whereby the circuit board bei.spi.elswei.se made of polymers, such as epoxy resin, and usually coated with a copper metallization. In the case of two-layer and multi-layer wiring, connection holes have to be punched in the printed circuit board and metallized throughout so that the electrical connections pass through the connection hole. The microelectronic circuits are constructed on the printed circuit boards by correspondingly soldering the individual microelectronic components. In the case of a technology, the components on one side of the circuit board are used their connections placed on contact points (pads) provided with a solder layer and soldered accordingly. This technology is referred to as SMD technology (Service Mount Devices).
Bei einer anderen Technik werden die Bauelemente mit ihren An¬ schlüssen in Verbindungsbohrungen der Leiterplatte eingesetzt und auf einer der Bauteileseite gegenüberliegenden Lötseite der Leiterplatte zur Verbindung mit entsprechenden Leiterbahnen ver¬ lötet.In another technique, the components with their connections are inserted into connection bores in the circuit board and are soldered on a soldering side of the circuit board opposite the component side for connection to corresponding conductor tracks.
Zur Herstellung einer solchen Leiterplatte ist beispielsweise aus dem Hobbybereich ein Verfahren bekannt, das allerdings nicht, für höherintegrierte Schaltkreise verwendbar ist. Bei diesem Verfahren wird auf der Leiterplatte die gesamte Schaltung aus Pads, Leiterbahnen und dergleichen, beispielsweise durch Auf¬ drucken (Siebdruckverfahren) oder lithographische Verfahren auf eine Kupfermetallisierung der Leiterplatte übertragen. Darauf¬ folgend werden Verbindungsbohrungen zur Verbindung der Bauteile- seite und Lötseite in der Leiterplatte durch Bohren oder Stanzen erzeugt. Durch eine Kupferbeschichtung im Inneren der Verbin¬ dungsbohrungen wird eine leitende Verbindung zwischen den beiden Seiten der Leiterplatte hergestellt. Anschließend wird galva¬ nisch auf der gesamten Schaltung eine Lötschicht, insbesondere auch als Ätzschutz aufgetragen. Die Lötschicht ist ebenfalls innerhalb der Durchgangsbohrungen aufgetragen. Danach wird die freiliegende Kupfermetallisierung durch Ätzen entfernt und es verbleibt die strukturierte Schaltung, die durch mit der Löt¬ schicht beschichtetes Kupfer gebildet ist.For the production of such a printed circuit board, for example, a method is known from the hobby field, which, however, cannot be used for higher-integrated circuits. In this method, the entire circuit of pads, conductor tracks and the like is transferred to the circuit board from copper, metallization, for example by printing (screen printing process) or lithographic process. Subsequently, connection bores for connecting the component side and solder side in the printed circuit board are produced by drilling or punching. A copper coating in the interior of the connection bores creates a conductive connection between the two sides of the printed circuit board. Subsequently, a solder layer, in particular also as an etching protection, is applied galvanically to the entire circuit. The solder layer is also applied within the through holes. The exposed copper metallization is then removed by etching, and the structured circuit remains, which is formed by copper coated with the solder layer.
Schließlich wird auf der Schaltung ein Lötstopplack durch Sieb¬ druck oder einen Photoprozeß aufgebracht, wobei dieser Lack nicht auf den Pads und den Verbindungsbohrungen angeordnet wird. Als letztes werden die elektronischen Bauteile auf den Pads oder in den Verbindungsbohrungen durch die aufgetragene Lötschicht auf der Leiterplatte angelötet. ___,Finally, a solder mask is applied to the circuit by screen printing or a photo process, this lacquer not being arranged on the pads and the connecting bores. Finally, the electronic components on the pads or in the connection holes are soldered through the applied solder layer on the circuit board. ___,
Nachteilig bei dem vorstehenden Verfahren ist, daß durch Auftra¬ gen der Lötschicht auf den Leiterbahnen beim Verlöten der elek¬ tronischen Bauteile Wärme entlang der Leiterbahnen und Löt¬ schicht transportiert wird, wodurch die Lötschicht auf den Lei¬ terbahnen eine unebene, wellige Struktur annimmt. Aufgrund der Welligkeit der Lötschicht auf den Leiterbahnen ist dieses Ver¬ fahren für höherintegrierte Schaltkreise nicht verwendbar.A disadvantage of the above method is that by applying the solder layer on the conductor tracks when the electronic components are soldered, heat is transported along the conductor tracks and solder layer, as a result of which the solder layer takes on an uneven, wavy structure on the conductor tracks. Because of the waviness of the solder layer on the conductor tracks, this method cannot be used for more highly integrated circuits.
Bei einem weiteren, aus der Praxis bekannten Verfahren, das ins¬ besondere auch für höherintegrierte Schaltkreise der Mikroelek¬ tronik verwendbar ist, wird ein Schaltungsentwurf für Leiterbah¬ nen, Pads und dergleichen durch CAD-Verfahren hergestellt. Der Schaltungsentwurf wird beispielsweise über einen Photoplotter auf ein photografisches Negativ (oder Positv) als Maske übertra¬ gen. Die Strukturierung der Metallisierung auf der Leiterplatte erfolgt dann durch Belichten einer lichtempfindlichen Photore¬ sistschicht mittels der Maske. Nach teilweisem Entfernen der Photoresistschicht ist die gewünschte Struktur auf die Metalli¬ sierung (Kupferschicht) übertragen. Die gesamte Schaltung wird mittels einer Maske strukturiert. Darauf folgt wie bei dem oben genannten Verfahren ein Bohren oder Stanzen von Verbindungsboh¬ rungen, eine Metallbeschichtung der Verbindungsbohrungen im Inneren, ein galvanisches Auftragen einer Lötschicht als Ätz- schutz und das Entfernen der freiliegenden Metallisierung.In a further method known from practice, which can also be used in particular for higher-integrated circuits in microelectronics, a circuit design for printed conductors, pads and the like is produced by CAD methods. The circuit design is, for example, transferred to a photographic negative (or positv) as a mask via a photoplotter. The structuring of the metallization on the printed circuit board is then carried out by exposing a light-sensitive photoresist layer by means of the mask. After the photoresist layer has been partially removed, the desired structure is transferred to the metallization (copper layer). The entire circuit is structured using a mask. This is followed, as in the above-mentioned method, by drilling or punching connection bores, metal coating the connection bores on the inside, galvanically applying a solder layer as a protection against etching and removing the exposed metallization.
Im Gegensatz zu dem vorhergehend genannten Verfahren wird nun die gesamte Lötschicht von der Schaltung entfernt, so daß eine nur aus der auf der Leiterplatte aufgebrachten Metallschicht ge¬ bildete Schaltung verbleibt. Diese wird mechanisch poliert, um sie zum Auftragen eines Lötstopplackes vorzubereiten. Dieser Lack wird auf der gesamten Schaltung außer auf den Pads und den Verbindungsbohrungen aufgetragen. Darauffolgend werden die Pads chemisch poliert und das sogenannte H.A.L.-Verfahren (Hot Air Levelling) angewendet. Bei diesem Verfahren wird die Leiter¬ platte in ein Bad mit der flüssigen .Lötschicht eingetaucht. Beim Herausnehmen der Leiterplatte haftet die Lötschicht hauptsäch¬ lich auf den Pads. Überschüssiges Material der Lötschicht wird von den Pads und vom Rest der Leiterplatte durch Abblasen mit heißer Luft entfernt. Die Lötschicht ist in der Regel aus einer Legierung von Blei und Zinn gebildet. Die Lötschicht kann insbe¬ sondere zur Bildung einer glänzenden Oberfläche nochmals aufge¬ schmolzen werden. Dies erfolgt in der Regel durch Infrarotbe¬ strahlung.In contrast to the previously mentioned method, the entire solder layer is now removed from the circuit, so that a circuit remains only formed from the metal layer applied to the circuit board. This is mechanically polished to prepare it for the application of a solder resist. This varnish is applied to the entire circuit except for the pads and the connection holes. The pads are then chemically polished and the so-called HAL (hot air leveling) process is used. In this method, the printed circuit board is immersed in a bath with the liquid solder layer. At the When the printed circuit board is removed, the solder layer adheres mainly to the pads. Excess material of the solder layer is removed from the pads and from the rest of the circuit board by blowing with hot air. The solder layer is usually made of an alloy of lead and tin. The solder layer can be melted again, in particular to form a shiny surface. This is usually done by infrared radiation.
Danach können in üblicher Weise die elektronischen Bauteile auf¬ gelötet werden.The electronic components can then be soldered on in a conventional manner.
Bei dem letztgenannten Verfahren ist insbesondere von Nachteil, daß die auf der gesamten Schaltung aufgetragene Lötschicht ins¬ gesamt entfernt werden muß. Dies erfolgt durch ein chemisches Verfahren unter Verwendung von Säuren. Diese, wie auch die abge¬ ätzte Lötschicht müssen aufwendig entsorgt und gegebenenfalls zurückgewonnen werden. Da die Lötschicht auch von den Pads abge¬ ätzt wird, muß in einem zusätzlichen Verfahrensschritt die Löt¬ schicht erneut auf den Pads aufgetragen werden. Bei dem H.A.L.-Verfahren wird die Lötschicht heiß aufgetragen, wobei insbesondere bei einem Bleianteil an der Lötschicht dessen Toxi- zität zu beachten und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen sind. Insbesondere ist zu beachten, daß einige Länder, wie beispiels¬ weise die USA ein Verbot des Einsatzes von flüssigem Blei bei Produktionsprozessen in Betracht ziehen oder zumindest mit strengen Auf- lagen versehen wollen.A disadvantage of the latter method is that the solder layer applied to the entire circuit must be removed as a whole. This is done by a chemical process using acids. This, as well as the etched-off solder layer, has to be disposed of in a complex manner and, if necessary, recovered. Since the solder layer is also etched away from the pads, the solder layer must be applied to the pads again in an additional process step. In the H.A.L. process, the solder layer is applied hot, whereby the toxicity of a lead component in the solder layer must be observed and appropriate measures taken. In particular, it should be noted that some countries, such as the USA, for example, want to consider banning the use of liquid lead in production processes or at least want to impose strict requirements.
Ein weiterer Nachteil bei dem letztgenannten Verfahren ist, daß beim heißen Abblasen von überschüssiger Lötschicht beim H.A.L.-Verfahren kleine, heiße Tröpfchen der Lötschicht auf der Lötstoppschicht verbleiben können und dort zu einem Defekt der Lötstoppschicht führen können. Dies kann zu Kurzschlüssen der Leiterbahnen führen. Ebenfalls von Nachteil bei dem H.A.L.-Verfahren ist, daß die Schichtdicke der Lötschicht ungleichmäßig ist. Bei dem Heraus¬ ziehen der Leiterplatte aus der flüssigen Lötschicht und bei dem nachfolgenden Abblasen von überschüssigem Material erstarrt die Lötschicht nicht mit gleichmäßiger Schichtdicke, sondern un¬ gleichmäßig aufgeworfen. Dadurch kann beim Auflöten der elektro¬ nischen Bauteile eine schlechte Kontaktierung erfolgen, da eine Verbindungsleitung des elektronischen Bauteils beispielsweise in einem Bereich der Lötschicht angeordnet ist, wo diese mit einer zu geringen Dicke ausgebildet ist. Auch bei dem Aufschmelzen der Lötschicht zur Herstellung einer glänzenden Oberfläche der Löt¬ schicht wird deren Schichtdicke hinsichtlich ihrer Gleichförmig¬ keit nicht verbessert. Stattdessen kann sich die Lötschicht auf¬ grund ihrer Oberflächenspannung beim Aufschmelzen zusammenziehen und beispielsweise halbkugelförmig erstarren. Wird die auf diese Weise "zusammengeschrumpfte" Lötschicht nicht genau von einer Verbindungsleitung des elektronischen Bauteils getroffen, ergibt sich eine schlechte oder möglicherweise gar keine leitende Ver¬ bindung.Another disadvantage of the latter method is that when hot excess solder layer is blown off in the HAL method, small, hot droplets of the solder layer can remain on the solder-stop layer and can lead to a defect in the solder-stop layer there. This can lead to short circuits in the conductor tracks. Another disadvantage of the HAL method is that the layer thickness of the solder layer is uneven. When the circuit board is pulled out of the liquid solder layer and when excess material is subsequently blown off, the solder layer does not solidify with a uniform layer thickness, but is thrown up unevenly. As a result, poor contact can be made when the electronic components are soldered on, since a connecting line of the electronic component is arranged, for example, in an area of the solder layer where the thickness is too small. Even when the solder layer is melted to produce a shiny surface of the solder layer, its layer thickness is not improved with regard to its uniformity. Instead, due to its surface tension, the solder layer can contract on melting and solidify, for example, in a hemispherical manner. If the solder layer "shrunk" in this way is not hit exactly by a connecting line of the electronic component, a poor or possibly no conductive connection results.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein vereinfach¬ tes Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte bereitzu¬ stellen, bei dem eine Lötschicht gleichförmiger Schichtdicke einmalig nur auf den zum Verlöten benötigten Kontaktstellen der Leiterplatte aufgetragen wird.The invention is therefore based on the object of providing a simplified method for producing a printed circuit board, in which a solder layer of uniform layer thickness is applied only once to the contact points of the printed circuit board required for soldering.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgelisteten Ver¬ fahrensschritte gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wer¬ den zuerst die Pads mittels einer ersten Maske strukturiert. Sind die Pads nach entsprechender Belichtung mit der ersten Mas¬ ke von der zugehörigen Photoresistschicht befreit, wird eine Lötschicht nur auf die Pads mit vorbestimmter Schichtdicke auf¬ getragen. Danach kann der verbliebene Rest der ersten Photore¬ sistschicht entfernt werden. Ein nachfolgendes Entfernen der Lötschicht wie beim H.A.L.-Verfahren ist nicht notwendig, da diese Schicht nur auf die zum Verlöten benötigten Kontaktstellen (Pads) der Leiterplatte aufgetragen wurde. Vor Entfernen der überflüssigen Metallisierung der Leiterplatte wird eine zweite Photoresistschicht mittels einer zweiten Maske zum Strukturieren der Leiterbahn aufgetragen. Dabei verbleibt die zweite Photo¬ resistschicht nach Belichten auf den Leiterbahnen und zumindest teilweise auf den Pads , wobei der Übergangsbereich von Pads und zugehöriger Leiterbahn ebenfalls von der zweiten Photoresist¬ schicht bedeckt ist. Wird nun die freiliegende Metallisierung entfernt, sind die Leiterbahnen durch die zweite Photoresist¬ schicht und die Pads durch die Lötschicht geschützt, so daß in diesen Bereichen die Metallisierung nicht entfernt wird. Dabei ist zu beachten, daß die Pads sowohl von Lötschicht als auch zu¬ mindest teilweise von der zweiten Photoresistschicht geschützt werden. Eine Unterbrechung der Verbindung von Anschlußstück und Leiterbahn kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erfol¬ gen, da die Metallisierung durch die zweite Photoresistschicht und die Lötschicht vor einem Entfernen geschützt ist. Nachfol¬ gend kann in üblicher Weise ein Lötstopplack auf der Leiter¬ platte außerhalb der Pads aufgetragen werden.This object is achieved by the method steps listed in claim 1. In the method according to the invention, the pads are first structured using a first mask. If, after appropriate exposure to the first mask, the pads are freed from the associated photoresist layer, a solder layer is only applied to the pads with a predetermined layer thickness. The remaining part of the first photoresist layer can then be removed. Subsequent removal of the solder layer as in the HAL process is not necessary because this layer was only applied to the contact points (pads) of the circuit board required for soldering. Before removing the superfluous metallization of the circuit board, a second photoresist layer is applied using a second mask for structuring the conductor track. After exposure, the second photoresist layer remains on the conductor tracks and at least partially on the pads, the transition region of pads and associated conductor track also being covered by the second photoresist layer. If the exposed metallization is now removed, the conductor tracks are protected by the second photoresist layer and the pads by the solder layer, so that the metallization is not removed in these areas. It should be noted that the pads are protected both by the solder layer and at least partially by the second photoresist layer. The method according to the invention cannot interrupt the connection of the connector and the conductor track, since the metallization is protected from being removed by the second photoresist layer and the solder layer. In the following, a solder resist can be applied to the circuit board outside the pads in the usual way.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Pads bei ihrer Strukturierung mit Anschlußstücken hergestellt. Die Anschlußstücke weisen im wesentlichen in Richtung der nach¬ folgend zu strukturierenden Leiterbahnen und dienen zur Verbin¬ dung von Pads und Leiterbahnen. Die zweite Photoresistschicht ist außer auf den Leiterbahnen insbesondere auf den die An¬ schlußstücke bildenden Teilen der Pads aufgetragen, wodurch ein Überlapp von Lötschicht und zweiter Photoresistschicht auftritt.According to a preferred embodiment of the invention, the pads are produced with connecting pieces when structured. The connecting pieces point essentially in the direction of the conductor tracks to be subsequently structured and serve to connect pads and conductor tracks. In addition to the conductor tracks, the second photoresist layer is applied in particular to the parts of the pads forming the connecting pieces, as a result of which an overlap of the solder layer and the second photoresist layer occurs.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfällt das Entfernen der Lötschicht von den Leiterbahnen. Dadurch entfällt die ent¬ sprechende chemische Behandlung und Abfallentsorgung beziehungs¬ weise Rückgewinnung der chemischen Mittel (Säuren) und der Löt¬ schicht. Ebenso entfällt beim erfindungsgemäßen Verfahren das erneute Auftragen der Lötschicht, wobei insbesondere keine toxi¬ sche, flüssige Lötschicht benötigt wird. Ein heißes Abblasen von überschüssiger Lötschicht ist ebensowenig bei dem erfindungsge- mäßen Verfahren notwendig. Dadurch können keine Defekte im Löt¬ stopplack durch heiße Tröpfchen der Lötschicht auftreten. Da die Lötschicht mit gleichmäßiger Schichtdicke aufgetragen wird, ist ein Auflöten der elektronischen Bauteile im gesamten Bereich des Pads sichergestellt.In the method according to the invention, there is no need to remove the solder layer from the conductor tracks. This eliminates the corresponding chemical treatment and waste disposal or recovery of the chemical agents (acids) and the solder layer. This also does not apply to the method according to the invention reapplying the solder layer, in particular no toxic, liquid solder layer being required. Hot blowing off excess solder layer is just as little necessary in the method according to the invention. As a result, no defects in the solder mask due to hot droplets of the solder layer can occur. Since the solder layer is applied with a uniform layer thickness, soldering of the electronic components in the entire area of the pad is ensured.
Das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren ist insbesondere für SMD verwendbar, wobei die elektrischen Kontakte der elektroni¬ schen Bauteile auf den Kontakt- oder Anschlußflächen (Pads) der Leiterplatten aufgesetzt und anschließend beispielsweise durch Wellenlöten verlötet werden. Zur Verbindung beider Seiten einer Leiterplatte, wobei zumindest auf der Bauteileseite das erfin- dungsgemäße Verfahren angewendet wird, können im Verfahrens¬ schritt ii) nach Anspruch 1 zusätzliche, Bohrungspunkte bildende Pads mit entsprechenden Anschlußstücken zur Herstellung von Ver¬ bindungsbohrungen zur Verbindung beider Seiten der Leiterplatte strukturiert werden. Nach Bohren oder Stanzen der Verbindungs¬ bohrungen werden diese zumindest in ihrem Inneren mit einer Me¬ tallisierung versehen. Im Folgenden werden die auf diese Weise metallisierten Verbindungsbohrungen in gleicher Weise wie die Pads im Anspruch 1 weiterbehandelt, das heißt, eine Lötschicht wird mit gleichmäßiger Dicke innerhalb der Verbindungsbohrungen und auf deren Anschlußstücken aufgetragen, eine zweite Photo¬ resistschicht wird aufgetragen, belichtet und anschließend zu¬ mindest teilweise entfernt. Werden die Verbindungsbohrungen auch zum Einstecken von Anschlußdrähten von elektronischen Bauteilen verwendet, wird entsprechend nach Verfahrensschritt vi) aus An¬ spruch 1 in analoger Weise kein Lotstopplack auf den Verbin¬ dungsbohrungen aufgetragen. Der Lötstopplack kann entsprechend zu den vorbekannten Verfahren durch Siebdruck oder einen Photo¬ prozeß aufgetragen werden. Um eine sehr gleichmäßige Schichtdicke der Lötschicht in ein¬ facher Weise zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn die Löt¬ schicht galvanisch aufgetragen wird. Durch diese Art der Auftra¬ gung erzielt man eine sehr ebene Oberfläche der Lötschicht mit einer kontrollierten Schichtdicke.The method described in claim 1 can be used in particular for SMD, the electrical contacts of the electronic components being placed on the contact or connection surfaces (pads) of the printed circuit boards and then being soldered, for example by wave soldering. To connect both sides of a printed circuit board, the method according to the invention being used at least on the component side, in process step ii) according to claim 1, additional pads forming bore points with corresponding connecting pieces for producing connecting bores for connecting both sides of the printed circuit board be structured. After drilling or punching the connecting holes, these are provided with a metalization, at least in their interior. In the following, the connection bores metallized in this way are treated further in the same way as the pads in claim 1, that is, a solder layer is applied with a uniform thickness within the connection bores and on their connecting pieces, a second photo-resist layer is applied, exposed and then closed ¬ at least partially removed. If the connecting bores are also used for inserting connecting wires of electronic components, then according to method step vi) from claim 1, no solder mask is applied in an analogous manner to the connecting bores. The solder resist can be applied in accordance with the previously known methods by screen printing or a photo process. In order to achieve a very uniform layer thickness of the solder layer in a simple manner, it is advantageous if the solder layer is applied galvanically. This type of application achieves a very flat surface of the solder layer with a controlled layer thickness.
Je nach dem, ob eine positive oder negative Photoresistschicht als erste oder zweite Photoresistschicht verwendet wird, sind die entsprechenden Masken als Negativ- oder Positivmaske ausge¬ bildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird in den Schritten ii) und v) aus Anspruch 1 als erste Maske eine Posi¬ tivmaske und als zweite Maske eine Negativmaske verwendet, wobei die erste Photoresistschicht außerhalb der Pads/Bohrungspunkte und zugehörigen Anschlußstücke und die zweite Photoresistschicht auf den Leiterbahnen belichtet wird. In diesem Fall wird der un- belichtete Teil der ersten Photoresistschicht vor dem Auftragen der Lötschicht entfernt. Von der zweiten Photoresistschicht wird ebenfalls der unbelichtete Teil entfernt, wobei der belichtete Teil oberhalb der zu strukturierenden Leiterbahnen verbleibt.Depending on whether a positive or negative photoresist layer is used as the first or second photoresist layer, the corresponding masks are designed as negative or positive masks. In a preferred embodiment, in steps ii) and v) from claim 1, a positive mask is used as the first mask and a negative mask as the second mask, the first photoresist layer outside the pads / bore points and associated connecting pieces and the second photoresist layer on the conductor tracks is exposed. In this case, the unexposed part of the first photoresist layer is removed before the solder layer is applied. The unexposed part is likewise removed from the second photoresist layer, the exposed part remaining above the conductor tracks to be structured.
Obwohl nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein nachträgliches Aufschmelzen der Lötschicht zur Herstellung einer gut lötbaren Legierung nicht notwendig ist, kann die AufSchmelzung durchge¬ führt werden. Dadurch erhält die im wesentlichen eine matte Oberfläche aufweisende Lötschicht eine glänzende Oberfläche. Die Schichtdicke wird bei dem Aufschmelzen nicht verändert.Although subsequent melting of the solder layer is not necessary to produce an easily solderable alloy, the melting can be carried out. This gives the solder layer, which essentially has a matt surface, a glossy surface. The layer thickness is not changed during the melting.
Dabei ist es weiterhin von Vorteil, wenn das Aufschmelzen durch entsprechende Infrarotbestrahlung erfolgt.It is also advantageous if the melting is carried out by appropriate infrared radiation.
Der Lötstopplack kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl durch einen Photoprozeß als auch durch Siebdruck oder der¬ gleichen aufgetragen werden. Bei sehr feinen Leiterbahnen ist es günstig, wenn die Struktu¬ rierung des Anschlußstücks mit einem Vergleich zur Leiterbahn größeren Breite im Schritt ii) in Anspruch 1 erfolgt. Bei brei¬ teren Leiterbahnen weist das Anschlußstuck in der Regel die gleiche Breite wie die Leiterbahn auf, wobei es im wesentlichen aus einem Endstück der beispielsweise zwei Pads verbindenden Leiterbahn gebildet ist. Bei nicht zu feinen Leiterbahnen erge¬ ben sich keine Schwierigkeiten bei dem Überlappen von zweitem Photoresist und Anschlußstuck, so daß nach dem Entfernen der Me¬ tallisierung eine Kontaktierung der Leiterbahn unterhalb des zweiten Photoresist und Anschlußstuck über die gesamte Breite der Leiterbahn beziehungsweise des Anschlußstückes erfolgt. Bei feineren Leiterbahnen besteht die Möglichkeit, daß die zweite Photoresistschicht zur Strukturierung der Leiterbahnen das An¬ schlußstück nur teilweise überlappt. Wird in diesem Fall die nicht von der zweiten Photoresistschicht bedeckte Metallisierung entfernt, könnte der Kontakt zwischen von dem zweite Photoresist bedeckter Leiterbahn und Anschlußstück nur über einen Teil der Breite der Leiterbahn oder gegebenenfalls garnicht erfolgen. Ist allerdings das Anschlußstuck breiter als die Leiterbahn ausge¬ bildet, so ergibt sich auch bei einer geringen Fehlausrichtung der zweiten Photoresistschicht zur Strukturierung der Leiterbah¬ nen ein guter Kontakt zwischen Anschlußstück und Leiterbahn.In the method according to the invention, the solder resist can be applied both by a photo process and by screen printing or the like. In the case of very fine conductor tracks, it is expedient if the connection piece is structured with a width that is greater than that of the conductor track in step ii) in claim 1. In the case of wider conductor tracks, the connecting piece generally has the same width as the conductor track, it being essentially formed from an end piece of the conductor track connecting two pads, for example. In the case of conductor tracks which are not too fine, there are no difficulties in overlapping the second photoresist and connector, so that after removal of the metalization, the conductor track is contacted below the second photoresist and connector over the entire width of the conductor track or of the connector. In the case of finer conductor tracks, there is the possibility that the second photoresist layer for structuring the conductor tracks only partially overlaps the connecting piece. If the metallization not covered by the second photoresist layer is removed in this case, the contact between the conductor track covered by the second photoresist and the connecting piece could only take place over part of the width of the conductor track or possibly not at all. However, if the connector is wider than the conductor track, there is good contact between the connector and the conductor track even when the second photoresist layer is slightly misaligned for structuring the conductor tracks.
Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Metallisierung der Leiterplatte durch Auftragen einer Kupferschicht und die Lötschicht ist durch eine PbSn-Schicht ge¬ bildet.In a simple embodiment of the invention, the circuit board is metallized by applying a copper layer and the solder layer is formed by a PbSn layer.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere zur Ver¬ meidung einer Unterbrechung der Verbindung zwischen Pads/Verbindungsbohrungen und Leiterbahnen bei Entfernen der nicht notwendigen Metallisierung der Leiterplatte ein Überlapp im Kontaktbereich von Leiterbahnen und Pads/Verbindungsbohrungen hergestellt. Der Überlapp erfolgt durch sich im Kontaktbereich überdeckende Lötschicht und zweite Photoresistschicht. Die Lötschicht verhindert ein Abätzen der Metallisierung im Bereich der Pads/Verbindungsbohrungen und die zweite Photoresistschicht verhindert ein Abätzen der Metallisierung im Bereich der zu strukturierenden Leiterbahnen. Dabei kann der Überlapp im Be¬ reich eines Anschlußstückes der Pads beziehungsweise der Verbin¬ dungsbohrung hergestellt werden. Analog zur Erfindung ist ein entsprechender Überlapp auch dadurch herstellbar, daß beispiels¬ weise die Leiterbahnen nach Strukturieren der Pads und Auftragen einer entsprechenden Lötschicht durch Aufdampfen, Sputtern oder dergleichen so hergestellt werden, daß sie die Pads zumindest teilweise überlappen. Dabei kann eine auf der Leiterplatte auf¬ getragene Metallisierung vor Auftragen der Leiterbahnen in üb¬ licher Weise entfernt werden. In diesem Fall findet ein direkter Überlapp von Pad und Leiterbahn statt.In the method according to the invention, an overlap is produced in the contact area of conductor tracks and pads / connection bores, in particular to avoid an interruption in the connection between pads / connection bores and conductor tracks when the unnecessary metallization of the circuit board is removed. The overlap takes place in the contact area covering solder layer and second photoresist layer. The solder layer prevents etching of the metallization in the area of the pads / connecting bores and the second photoresist layer prevents etching of the metallization in the area of the conductor tracks to be structured. The overlap can be produced in the area of a connecting piece of the pads or the connecting bore. Analogously to the invention, a corresponding overlap can also be produced in that, for example, after structuring the pads and applying a corresponding solder layer, they are produced by vapor deposition, sputtering or the like so that they overlap the pads at least partially. In this case, a metallization applied to the printed circuit board can be removed in a conventional manner before the printed conductors are applied. In this case there is a direct overlap between the pad and the conductor track.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Lei¬ terplatte wird eine erste und eine zweite Maske zum aufeinander¬ folgenden Beschichten einer ersten und einer entsprechenden zweiten Photoresistschicht verwendet. Demgegenüber wird die mit dem H.A.L.-Verfahren hergestellte Leiterplatte durch eine Maske insgesamt belichtet. Bei einem einfachen Verfahren zur Her¬ stellung von Masken zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte weist dieses Verfah¬ ren die Verfahrensschritte nach Anspruch 12 auf. Bei dem Maskenherstellungsverfahrens werden die erste und zweite Maske in einfacher Weise aus einer ersten Grundmaske mit einem Gesamt-Lay-out der Schaltung und einer zweiten Grundmaske nur mit Pads/Bohrungspunkten hergestellt. Die zweite Grundmaske dient insbesondere zum Entfernen der Lötstoppschicht von den Pads/Bohrungspunkten.In the method according to the invention for producing a printed circuit board, a first and a second mask are used for successively coating a first and a corresponding second photoresist layer. In contrast, the printed circuit board produced with the H.A.L. process is exposed through a mask as a whole. In the case of a simple method for producing masks for use in the method according to the invention for producing the printed circuit board, this method has the method steps according to claim 12. In the mask production method, the first and second mask are produced in a simple manner from a first basic mask with an overall layout of the circuit and a second basic mask only with pads / bore points. The second basic mask is used in particular to remove the solder stop layer from the pads / bore points.
Die erste Hilfsmaske wird aus der zweiten Grundmaske dadurch hergestellt, daß Pads und/oder Bohrungspunkte um einen ersten Vergrößerungsfaktor vergrößert werden. Dabei ist zu beachten, daß Abstände von Flächenschwerpunkten oder Mittelpunkten der Pads und/oder Bohrungspunkte nicht vergrößert werden, sondern nur der Querschnitt dieser Strukturen vergrößert wird. Wird die erste Grundmaske mit der ersten Hilfsmaske überlagert, wird durch die vergrößerten Strukturen auf der ersten Hilfsmaske eine gewisse Umgebung von Pads und/oder Bohrungspunkten mit auf die erste Maske übertragen. Die Umgebung der Pads und/oder Bohrungs¬ punkte der ersten Grundmaske ist dabei so groß gewählt, daß be¬ nachbarte Pads und/oder Bohrungspunkte nicht erfaßt werden. Allerdings wird ein Teil der mit den Pads und/oder Bohrungspunk¬ ten verbundenen Leiterbahn als im Anspruch 2 erwähntes Anschlu߬ stück mit auf die erste Maske übertragen. Folglich zeigt das Lay-out der ersten Maske die Anordnung aller Pads und/oder Boh¬ rungspunkte zusammen mit an diesen anschließenden Endbereichen der Leiterbahnen als Anschlußstücke.The first auxiliary mask is produced from the second basic mask by enlarging pads and / or bore points by a first enlargement factor. It should be noted, that the distances from the centroids or center points of the pads and / or bore points are not increased, but only the cross section of these structures is increased. If the first basic mask is overlaid with the first auxiliary mask, the enlarged structures on the first auxiliary mask transfer a certain area of pads and / or bore points to the first mask. The area around the pads and / or bore points of the first basic mask is chosen so large that neighboring pads and / or bore points are not detected. However, part of the conductor track connected to the pads and / or bore points is also transferred to the first mask as a connector mentioned in claim 2. Consequently, the layout of the first mask shows the arrangement of all pads and / or drilling points together with end regions of the conductor tracks adjoining them as connecting pieces.
Eine zweite Hilfsmaske wird aus der zweiten Grundmaske durch entsprechende Vergrößerung der Pads und/oder Bohrungspunkte wie bei der ersten Hilfsmaske hergestellt. In diesem Fall erfolgt die Vergrößerung mit einem im Vergleich zum ersten Ver- größerungsfaktor kleineren zweiten Vergrößerungsfaktor. Durch Überlagerung der zweiten Hilfsmaske und der ersten Grundmaske wird die zweite Maske hergestellt. Diese weist nur die Leiter¬ bahnen von der ersten Grundmaske auf, da die zweite Hilfsmaske insbesondere die Pads und/oder Bohrungspunkte aus der ersten Grundmaske ausblendet. Da der zweite Vergrößerungsfaktor kleiner als der erste Vergrößerungsfaktor ist, ist eine auf der zweiten Maske dargestellte Leiterbahn beispielsweise zwischen zwei aus¬ gewählten Pads länger als die Entfernung zwischen den entsprech¬ enden Anschlußstücken der ersten Maske. Dadurch überlappen sich die mittels der ersten Maske erzeugten Anschlußstücke und die mittels der zweiten Maske belichteten Bereiche einer Photore¬ sistschicht zur Bildung der Leiterbahnen. Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Mas¬ ken ist insbesondere von Vortei] , daß durch Vergrößerung der Pads und/oder Bohrungspunkte auf der ersten beziehungsweise zweiten Hilfsmaske die Geometrie von Pads, Bohrungspunkten und Leiterbahnen oder sonstiger Bestandteile der Schaltung erhalten bleibt. Das heißt, bei einem kreisförmigen Pad wird mittels der ersten Hilfsmaske eine kreisförmige Umgebung dieses Pads zu¬ sammen mit dem Pad auf der ersten Maske erzeugt. Entsprechendes gilt für beliebig geformte Pads und/oder Bohrungspunkte. In je¬ dem Fall sind die Pads und/oder Bohrungspunkte auf allen Masken geometrisch ähnlich zueinander.A second auxiliary mask is produced from the second basic mask by enlarging the pads and / or bore points as in the first auxiliary mask. In this case, the magnification is carried out using a second magnification factor that is smaller than that of the first magnification factor. The second mask is produced by superimposing the second auxiliary mask and the first basic mask. This only has the conductor tracks from the first basic mask, since the second auxiliary mask in particular hides the pads and / or bore points from the first basic mask. Since the second magnification factor is smaller than the first magnification factor, a conductor track shown on the second mask, for example between two selected pads, is longer than the distance between the corresponding connecting pieces of the first mask. As a result, the connecting pieces produced by means of the first mask and the areas of a photoresist layer exposed by means of the second mask overlap to form the conductor tracks. In this method according to the invention for producing the masks, it is particularly advantageous that by enlarging the pads and / or bore points on the first or second auxiliary mask, the geometry of pads, bore points and conductor tracks or other components of the circuit is retained. This means that in the case of a circular pad, a circular environment of this pad is generated together with the pad on the first mask by means of the first auxiliary mask. The same applies to pads and / or bore points of any shape. In any case, the pads and / or bore points on all masks are geometrically similar to one another.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Überlagerung von erster und zweiter Hilfsmaske mit der ersten Grundmaske so erfolgt, daß Flachenschwerpunkte von Pads und/oder Bohrungspunkten auf Hilfsmaske und Grundmaske übereinanderlie- gen. Auf diese Weise wird die auf die erste Maske übertragene beziehungsweise von der zweiten Maske ausgeblendete Umgebung von Pads und/oder Bohrungspunkte symmetrisch um Pads und/oder Boh¬ rungspunkte gebildet.In this context, it is also advantageous if the first and second auxiliary masks are superimposed on the first basic mask in such a way that the centroids of pads and / or bore points on the auxiliary mask and basic mask lie one above the other. In this way, the one transferred to the first mask is transferred or the surroundings of pads and / or bore points hidden by the second mask are formed symmetrically around pads and / or bore points.
Der Entwurf und die Herstellung von Grundmasken, erster und zweiter Maske und zugehöriger Hilfsmasken ist insbesondere ver¬ einfacht, wenn dies durch ein CAD-Verfahren erfolgt. Dadurch ist die gesamte Schaltung in einfacher Weise an einem Computer als Entwurf herstellbar. Der Entwurf wird in bekannter Weise auf ei¬ ne Maske übertragen, wobei durch eine entsprechende Software beim CAD-Verfahren aus den so gebildeten Grundmasken die erste und zweite Hilfsmaske einfach mittels des Computers herstellbar sind. In ebenso einfacher Weise kann die Überlagerung von erster und zweiter Hilfsmaske mit der ersten Grundmaske zur Her¬ stellung der ersten und zweiten Maske erfolgen.The design and manufacture of basic masks, first and second masks and associated auxiliary masks is particularly simplified if this is done using a CAD method. As a result, the entire circuit can be produced in a simple manner on a computer as a design. The design is transferred in a known manner to a mask, the first and second auxiliary masks being easily produced by means of the computer using appropriate software in the CAD method from the basic masks formed in this way. The first and second auxiliary masks can be superimposed in an equally simple manner with the first basic mask for producing the first and second masks.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin von Vorteil, wenn insbe¬ sondere bei feinen Leiterbahnen, an einer Verbindungsstelle von Leiterbahn und Pad und/oder Bohrungspunkt an diesen ein gegen¬ über der Leiterbahn verbreitertes Anschlußstück ausgebildet ist. Das Anschlußstück kann in einfacher Weise durch Verbreiterung eines am Pad beziehungsweise Bohrungspunkt anschließenden Lei¬ terbahnendes hergestellt werden. Weiterhin kann eine sogenannte "Teardrop"-Funktion, die bei CAD-Verfahren implementiert ist, zur Bildung der Anschlußstücke verwendet werden. In diesem Fall wird beispielsweise das in der ersten Maske vorhandene Anschlu߬ stuck nach Anspruch 12 durch den "Teardrop" ersetzt. Dieser bil¬ det einen in Richtung der Leiterbahnen weisenden Fortsatz des Pads beziehungsweise Bohrungspunktes, wobei er so weit in Rich¬ tung der Leiterbahn reicht, daß die auf der zweiten Maske darge¬ stellte Leiterbahnstruktur den "Teardrop" zumindest teilweise überlappt.In this context, it is also advantageous if, in particular in the case of fine conductor tracks, at a connection point of Conductor track and pad and / or bore point is formed on these a connection piece widened compared to the conductor track. The connecting piece can be produced in a simple manner by widening a conductor track end adjoining the pad or bore point. Furthermore, a so-called "teardrop" function, which is implemented in CAD processes, can be used to form the connecting pieces. In this case, for example, the connection piece present in the first mask is replaced by the "teardrop". This forms an extension of the pad or bore point pointing in the direction of the conductor tracks, wherein it extends so far in the direction of the conductor track that the conductor track structure shown on the second mask at least partially overlaps the "teardrop".
Bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte hergestellten Leiterplatte ergibt sich ab¬ weichend zu durch bekannte Verfahren hergestellten Leiter¬ platten, daß in einem Kontaktbereich von Pads und Leiterbahnen die Lötschicht auf diesen aufgetragen ist. Diese dient zum Schutz der Leiterbahn beim Abätzen der Metallisierung der Lei¬ terplatte. Beim Stand der Technik, siehe H.A.L.-Verfahren, sind auch die Leiterbahnen beim Abätzen der Metallisierung von einer Lötschicht bedeckt.In the case of a printed circuit board produced by the method according to the invention for producing a printed circuit board, deviating from printed circuit boards produced by known methods, the solder layer is applied to these in a contact area of pads and conductor tracks. This serves to protect the conductor track when etching off the metallization of the circuit board. In the prior art, see H.A.L. process, the conductor tracks are also covered by a solder layer when etching off the metallization.
Dabei ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Kontaktbereich durch ein zur Verbindung von Pad und zugeordneter Leiterbahn ausgebildetes Anschlußstuck gebildet ist, auf welchem die Löt¬ schicht und auf dieser die Photoresistschicht aufgetragen ist. Durch den Überlapp von Photoresistschicht und Lötschicht wird die Verbindung von Leiterbahn zum Anschlußstuck und damit zum Pad beim Abätzen der Metallisierung sichergestellt. Eine Unter¬ brechung durch Entfernen der Metallisierung zwischen Pad be¬ ziehungsweise Anschlußstück und Leiterbahn kann nicht erfolgen. In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn das Anschlußstuck von einem Endstück der Leiterbahn gebildet ist. Auf diese Weise sind Anschlußstuck und Leiterbahn mit gleicher Breite ausgebil¬ det. Dabei kann es auch von Vorteil sein, insbesondere bei fei¬ nen Leiterbahnen, wenn das Anschlußstuck ein im Vergleich zur Leiterbahn größere Breite aufweist..It is furthermore advantageous if the contact area is formed by a connector designed to connect the pad and the associated conductor track, on which the solder layer and on which the photoresist layer is applied. The overlap of the photoresist layer and the solder layer ensures the connection of the conductor track to the connector and thus to the pad when etching off the metallization. An interruption by removing the metallization between the pad or connection piece and the conductor track cannot take place. In this context, it is advantageous if the connection piece is formed by an end piece of the conductor track. In this way, the connector and conductor track are designed with the same width. It can also be advantageous here, in particular in the case of fine conductor tracks, if the connecting piece has a greater width than the conductor track.
Wenn die Photoresistschicht im Vergleich zur Lötstoppschicht in einem größeren Abstand vom Pad endet, ergibt sich als Vorteil, daß die Lötschicht weitestgehend nur in ihrem freiliegenden Be¬ reich auf dem Pad beim Auflöten von elektronischen Bauteilen aufgeschmolzen wird. Folglich erfolgt kein Aufschmelzen der Löt¬ schicht bis zur Photoresistschicht.If the photoresist layer ends at a greater distance from the pad compared to the solder stop layer, the advantage is that the solder layer is largely melted only in its exposed area on the pad when electronic components are soldered on. Consequently, there is no melting of the solder layer up to the photoresist layer.
Weist die Leiterplatte Verbindungsbohrungen zur elektrischen Verbindung von gegenüberiegenden Seiten der Leiterplatte auf, wobei die Verbindungsbohrungen auf beiden Seiten mit Leiterbah¬ nen verbunden sein können, ist es von Vorteil, wenn wenigstens auf einer Innenseite der Verbindungsbohrung ein Metall und die Lötschicht aufgetragen sind und auf zumindest einer Seite der Leiterplatte von der Verbindungsbohrung ein entsprechendes An¬ schlußstuck mit aufgetragener Lötschicht und Photoresistschicht sowie Lötstoppschicht absteht. Als Metall beziehungsweise Ma¬ terial der Lötschicht sind insbesondere Cu beziehungsweise PbSN verwendbar.If the printed circuit board has connection bores for electrical connection from opposite sides of the printed circuit board, the connection bores being able to be connected to printed conductors on both sides, it is advantageous if a metal and the solder layer are applied to at least one inside of the connection bore and at least on On one side of the printed circuit board, a corresponding connection piece with applied solder layer and photoresist layer and solder stop layer protrudes from the connection bore. Cu or PbSN in particular can be used as the metal or material of the solder layer.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Lei¬ terplatte beziehungsweise bei der nach diesem Verfahren herge¬ stellten Leiterplatte ist weiterhin von Vorteil, daß durch die gleichmäßige Schichtdicke der aufgetragenen Lötschicht eine op¬ tische Kontrolle der Leiterplatte vereinfacht ist. Diese Kon¬ trolle erfolgt dadurch, daß das von den Lötschichten reflektier¬ te Licht erfaßt und zur Überprüfung der Anordnung zumindest der Pads ausgewertet wird. Eine solche optische Kontrolle der Lei¬ terplatte ist bei dem bekannten Verfahren mit H.A.L. nur 1 oIn the method according to the invention for producing a printed circuit board or in the printed circuit board manufactured by this method, it is also advantageous that the uniform layer thickness of the applied solder layer simplifies an optical control of the printed circuit board. This control takes place in that the light reflected by the solder layers is detected and evaluated to check the arrangement of at least the pads. Such an optical inspection of the circuit board is only possible with the known method using HAL 1 o
schwierig oder gar nicht möglich, da das Licht durch die unebe¬ ne, wellenförmige Oberfläche der Lötschicht in viele Richtungen reflektiert wird. Stattdessen wird bei der erfindungsgemäß her¬ gestellten Leiterplatte das Licht im wesentlichen nur senkrecht zur Lötschicht reflektiert. Auf diese Weise kann eine genauere Lokalisierung, insbesondere der Pads auf der Leiterplatten bei der optischen Kontrolle erfolgen, wodurch die Kontrolle ein¬ facher und genauer erfolgen kann. In diesem Zusammenhang sei weiterhin angemerkt, daß die optische Kontrolle insbesondere bei matten Oberflächen der Lötschicht zuverlässig ist. Solche Ober¬ flächen liegen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Her¬ stellung der Leiterplatten naturgemäß vor, wenn nicht ein Auf¬ schmelzen der Lötschicht beispielsweise durch Infrarotstrahlung zusätzlich durchgeführt wird. Wie vorstehend ausgeführt, dient ein solches Aufschmelzen nur zum Erzeugen glänzender Oberflächen der Lötschichten, welche für die Funktionsfähigkeit der Löt¬ schicht beziehungsweise der Leiterplatte ohne Bedeutung sind.difficult or not possible at all, since the light is reflected in many directions by the uneven, wavy surface of the solder layer. Instead, in the printed circuit board produced according to the invention, the light is essentially only reflected perpendicular to the solder layer. In this way, a more precise localization, in particular of the pads on the printed circuit boards, can take place during the optical control, as a result of which the control can be carried out more easily and precisely. In this context, it should also be noted that the optical control is particularly reliable on matt surfaces of the solder layer. Such surfaces are naturally present in the method according to the invention for producing the printed circuit boards unless the solder layer is additionally melted, for example by infrared radiation. As stated above, such melting serves only to produce shiny surfaces of the solder layers, which are of no importance for the functionality of the solder layer or the printed circuit board.
Im folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Er¬ findung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben.In the following, advantageous exemplary embodiments of the invention are explained and described in more detail with reference to the figures enclosed in the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig.l bis 4 aufeinanderfolgende Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplatte;Fig.l to 4 successive steps of the method according to the invention for producing a circuit board;
Fig.5 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Leiter¬ platte, wobei die Figur 4 einem Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Figur 5 entspricht;5 shows a plan view of a section of a printed circuit board, FIG. 4 corresponding to a section along the line IV-IV from FIG. 5;
Fig.6 eine zweite Grundmaske;6 shows a second basic mask;
Fig.7 eine erste Hilfsmaske; Fig.8 eine zweite Hilfsmaske;7 shows a first auxiliary mask; 8 shows a second auxiliary mask;
Fig.9 eine erste Grundmaske;9 shows a first basic mask;
Fig.10 eine erste Maske;10 shows a first mask;
Fig.11 eine zweite Maske;11 shows a second mask;
Fig.12 einen Ausschnitt einer auf einer Leiterplatte ausgebildeten Schaltung; und12 shows a detail of a circuit formed on a circuit board; and
Fig.13 einen weiteren Ausschnitt einer auf einer Leiterplatte ausgebildeten Schaltung mit "Teardrop" .13 shows a further section of a circuit formed on a printed circuit board with a “teardrop”.
In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch eine Leiterplatte darge¬ stellt. Von der Leiterplatte ist eine Seite zum Aufbringen von elektronischen Bauteilen sichtbar, wobei die dieser Seite gegen¬ überliegende Seite zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Das im folgenden geschilderte Verfahren ist in entsprechender Weise auf beiden Seiten der Leiterplatte durchführbar.A longitudinal section through a printed circuit board is shown in FIG. One side of the printed circuit board for the application of electronic components is visible, the side opposite this side not being shown for the sake of simplicity. The method described below can be carried out in a corresponding manner on both sides of the circuit board.
Die Leiterplatte ist im wesentlichen aus einem isolierenden Sub¬ strat 1 gebildet. Dieses Substrat kann ein gegebenenfalls Glas¬ faser enthaltendes Epoxidharz, Polyimid, PTFE, ein Metallkern¬ träger mit elektrophoretisch aufgebrachter und eingebrannter ke¬ ramische Isolierschicht oder dergleichen sein. Auf der Ober¬ fläche des Substrats 1 ist eine Kupfermetallisierung 2 und eine erste Photoresistschicht 3 aufgetragen. Kupfermetallisierung 2 und erste Photoresistschicht 3 bedecken im wesentlichen die ge¬ samte Oberfläche des Substrats 1.The circuit board is essentially formed from an insulating substrate 1. This substrate can be an epoxy resin optionally containing glass fibers, polyimide, PTFE, a metal core carrier with an electrophoretically applied and baked ceramic insulating layer or the like. A copper metallization 2 and a first photoresist layer 3 are applied to the surface of the substrate 1. Copper metallization 2 and first photoresist layer 3 essentially cover the entire surface of the substrate 1.
Zur Bildung von Anschlußbereichen (Pads) 4 und Verbindungsboh¬ rungen 5 wird die erste Photoresistschicht 3 durch eine ent¬ sprechende erste Maske belichtet und die belichteten Bereiche dieser Schicht werden entfernt, wobei die Entfernung in üblicher Weise durch entsprechende chemische Lösungsmittel, Säuren, Plas¬ maätzen oder dergleichen erfolgt. In den Bereichen auf der Kupfermetallisierung 2, in denen die belichtete, erste Photo¬ resistschicht 3 entfernt ist, wird später galvanisch eine Löt¬ schicht aus PbSn aufgetragen. Zuerst wird die Verbindungsbohrung 5 eingestanzt oder gebohrt, siehe Figur 2.To form connection areas (pads) 4 and connection bores 5, the first photoresist layer 3 is exposed through a corresponding first mask and the exposed areas this layer is removed, the removal being carried out in the usual way by means of appropriate chemical solvents, acids, plasma etching or the like. In the areas on the copper metallization 2 in which the exposed, first photoresist layer 3 has been removed, a solder layer made of PbSn is later applied galvanically. First, the connection hole 5 is punched or drilled, see Figure 2.
Um mittels der Verbindungsbohrung 5 eine leitende Verbindung von auf beiden Seiten des Substrats 1 beziehungsweise der Leiter¬ platte angeordneten Schaltungen und Bauelementen herzustellen, wird innerhalb der Bohrung eine Kupfermetallisierung 2 aufge¬ bracht, die mit den entsprechenden Kupfermetallisierungen auf den Oberflächen des Substrats 1 in Verbindung steht. Zusätzlich wird die Lötschicht 6 auf der Kupfermetallisierung 2 innerhalb der Verbindungsbohrung 3 aufgetragen, wobei sie zusätzlich die Bohrung auf der Oberfläche des Substrates 1 umrandet.In order to establish a conductive connection of circuits and components arranged on both sides of the substrate 1 or the printed circuit board by means of the connecting bore 5, a copper metallization 2 is applied within the bore, which is connected to the corresponding copper metallizations on the surfaces of the substrate 1 stands. In addition, the solder layer 6 is applied to the copper metallization 2 within the connection hole 3, wherein it additionally frames the hole on the surface of the substrate 1.
Nach dem galvanischen Auftragen der Lötschicht 6 im Bereich der Pads 4 und der Verbindungsbohrung 5 wird die restliche erste Photoresistschicht 3 entfernt und auf der gesamten Oberfläche der Leiterplatte eine zweite Photoresistschicht 7 aufgetragen, siehe Figur 3. Die zweite Photoresistschicht 7 kann auch inner¬ halb der Verbindungsbohrung 5 auf der Lötschicht 6 aufgetragen sein.After the galvanic application of the solder layer 6 in the area of the pads 4 and the connecting bore 5, the remaining first photoresist layer 3 is removed and a second photoresist layer 7 is applied to the entire surface of the printed circuit board, see FIG. 3. The second photoresist layer 7 can also be applied within the Connection hole 5 may be applied to the solder layer 6.
Mittels einer zweiten Maske wird die zweite Photoresistschicht 7 belichtet und insbesondere von den Lötschichten 6 von Pads 4 und Verbindungsbohrungen 5 entfernt. Die zweite Photoresistschicht 7 verbleibt zur Strukturierung von Leiterbahnen zwischen den Pads, zwischen zu verbindenden Verbindungsbohrungen 5 und zwischen zu verbindenden Pads 4 und Verbindungsbohrungen 5, siehe Figur 4. Darauffolgend wird die Kupfermetallisierung 2 in allen Bereichen auf der Oberfläche der Leiterplatte entfernt, in denen sie nicht von der zweiten Photoresistschicht 7 oder der Lötschicht 6 be- deckt ist. Folglich verbleibt die Kupfermetallisierung unter den Pads, innerhalb der Verbindungsbohrung 5 und zur Bildung von Leiterbahnen unterhalb der verbliebenen zweiten Photoresist¬ schicht 7. Schließlich wird auf der gesamten Oberfläche der Lei¬ terplatte eine Schicht 8 aus Lötstopplack aufgetragen, wobei der Lötstopplack nicht die Lötschicht 6 im Bereich der Pads 4 und der Verbindungsbohrung 5 bedeckt, siehe Figur 4.The second photoresist layer 7 is exposed by means of a second mask and in particular removed from the solder layers 6 of pads 4 and connecting bores 5. The second photoresist layer 7 remains for structuring conductor tracks between the pads, between connecting holes 5 to be connected and between pads 4 to be connected and connecting holes 5, see FIG. 4. Subsequently, the copper metallization 2 is removed in all areas on the surface of the printed circuit board in which it not covered by the second photoresist layer 7 or the solder layer 6 is covered. Consequently, the copper metallization remains under the pads, within the connection bore 5 and, to form conductor tracks, under the remaining second photoresist layer 7. Finally, a layer 8 of solder mask is applied to the entire surface of the circuit board, the solder mask not the solder layer 6 covered in the area of the pads 4 and the connecting bore 5, see FIG. 4.
In Figur 5 ist eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der nach den Figuren 1 bis 4 hergestellten Leiterplatte dargestellt. Figur 4 entspricht einem Schnitt entlang der Linie IV-IV, wobei in Figur 5 zur Vereinfachung die Schicht 8 aus Lötstopplack weggelassen wurde.FIG. 5 shows a plan view of a section of the printed circuit board produced according to FIGS. 1 to 4. FIG. 4 corresponds to a section along the line IV-IV, the layer 8 of solder mask being omitted in FIG. 5 for simplification.
Die Pads 4 weisen eine im wesentlichen quadratische Form auf, wobei sie mit der Lötschicht 6 bedeckt sind. Zwischen den beiden dargestellten Pads verläuft auf dem Substrat 1 eine vom verblie¬ benen Rest der zweiten Photoresistschicht 7 überdeckte Kupferme¬ tallisierung 2. Diese ist ebenfalls unterhalb der Lötschicht 6 zur Bildung der Pads und innerhalb der Verbindungsbohrung 5 an¬ geordnet. Die zweite Photoresistschicht 7 ist mit ihren Enden 9 beabstandet von den Pads 4 ausgebildet. Unterhalb von Endstücken der zweiten Photoresistschicht 7 erstrecken sich in einem Über¬ lappbereich 10 durch die Lötschicht 6 gebildete Anschlußstücke. Diese stehen von den im wesentlichen quadratischen Pads in Rich¬ tung der Leiterbahnen ab und decken zusammen mit der zweiten Photoresistschicht 7 die die Leiterbahnen bildende Kupferme¬ tallisierung 2 ab, siehe Figur 4. Der Abstand der beiden aufein- anderzuweisenden Anschlußstücke der benachbarten Pads 4 ist ge¬ ringer als der Abstand der Enden 9 der zweiten Photoresist¬ schicht 7, so daß diese die Lötschicht 6 im Überlappbereich 10 überdeckt.The pads 4 have an essentially square shape, wherein they are covered with the solder layer 6. A copper metallicization 2, which is covered by the remainder of the second photoresist layer 7, runs between the two pads shown on the substrate 1. This is also arranged below the solder layer 6 to form the pads and inside the connecting bore 5. The ends of the second photoresist layer 7 are formed at a distance from the pads 4. Below end pieces of the second photoresist layer 7, connecting pieces formed by the solder layer 6 extend in an overlap region 10. These protrude from the essentially square pads in the direction of the conductor tracks and, together with the second photoresist layer 7, cover the copper metallicization 2 which forms the conductor tracks, see FIG. 4. The distance between the two connecting pieces of the adjacent pads 4 which are to be pointed towards one another is less than the distance between the ends 9 of the second photoresist layer 7, so that it covers the solder layer 6 in the overlap region 10.
In analoger Weise ist zwischen der Verbindungsbohrung 5 und dem einen Pad 4 eine zweite Photoresistschicht 7 mit entsprechendem Überlappbereich 10 zu durch die Lötschicht 6 gebildeten An¬ schlußstücken von Pad 4 und Verbindungsbohrung 5 aufgetragen.In an analogous manner, a second photoresist layer 7 with a corresponding one is between the connection bore 5 and the one pad 4 Overlap area 10 is applied to the connection pieces of pad 4 and connecting bore 5 formed by solder layer 6.
Die Verbindungsbohrung 5 ist ringförmig auf dem Substrat 1 von einer Lötschicht 6 umgeben, wobei von dieser das Anschlußstuck in Richtung Pad 4 absteht.The connection hole 5 is surrounded in a ring on the substrate 1 by a solder layer 6, the connector projecting from this in the direction of the pad 4.
In den Figuren 6 bis 11 ist die Herstellung der ersten und zwei¬ ten Maske zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte dargestellt. Zur Vereinfachung weist die auf den Masken dargestellte Schaltungsstruktur nur zwei voneinander beabstandete Pads 14 und 15 und eine zwischen diesen geradlinig verlaufende Leiterbahn 18 auf. Die Pads 14 und 15 sind im wesentlichen kreisförmig. Eine erste Grundmaske 17 mit der vereinfachten Schaltungsanordnung ist in Figur 9 darge¬ stellt. Die erste Grundmaske 17 ist als Negativmaske ausgebil¬ det. Zur genauen Ausrichtung relativ zu anderen Masken und zur Leiterplatte weist jede der in den Figuren 6 bis 11 dargestell¬ ten Maske ein Indexloch 16 an der gleichen Stelle auf.FIGS. 6 to 11 show the production of the first and second mask for use in the method according to the invention for producing a printed circuit board. For simplification, the circuit structure shown on the masks has only two pads 14 and 15 spaced apart from one another and a conductor track 18 running straight between them. The pads 14 and 15 are substantially circular. A first basic mask 17 with the simplified circuit arrangement is shown in FIG. 9. The first basic mask 17 is designed as a negative mask. For precise alignment relative to other masks and to the printed circuit board, each of the masks shown in FIGS. 6 to 11 has an index hole 16 at the same location.
In Figur 6 ist eine zweite Grundmaske 11 dargestellt, bei der nur die in der ersten Grundmaske 17 dargestellten Pads 14 und 15 vorhanden sind.FIG. 6 shows a second basic mask 11, in which only the pads 14 and 15 shown in the first basic mask 17 are present.
In Figur 7 ist eine erste Hilfsmaske 13 dargestellt, .bei der die Pads 14 und 15 der zweiten Grundmaske 11 um einen ersten Ver¬ größerungsfaktor vergrößert dargestellt sind. Dabei ist zu be¬ achten, daß Flächenschwerpunkte der Pads 14 und 15 bei beiden Masken 11 und 12 den gleichen Abstand aufweisen.FIG. 7 shows a first auxiliary mask 13 in which the pads 14 and 15 of the second basic mask 11 are shown enlarged by a first magnification factor. It should be noted that the centroids of the pads 14 and 15 have the same distance in both masks 11 and 12.
Die erste Hilfsmaske 13 ist eine Negativmaske, wobei durch diese Masken nur Bereiche außerhalb der Pads 14 und 15 belichtet wer¬ den. In Figur 8 ist eine zweite Hilfsmaske 12 dargestellt, bei der die Pads 14 und 15 der zweiten Grundmaske 11 um einen zweiten Vergrößerungsfaktor vergrößert sind. Der zweite Vergrößerungs- faktor ist kleiner als der erste Vergrößerungsfaktor. Die zweite Hilfsmaske 12 ist als Positivmaske ausgebildet.The first auxiliary mask 13 is a negative mask, only areas outside the pads 14 and 15 being exposed through these masks. FIG. 8 shows a second auxiliary mask 12 in which the pads 14 and 15 of the second basic mask 11 are enlarged by a second enlargement factor. The second enlargement factor is smaller than the first enlargement factor. The second auxiliary mask 12 is designed as a positive mask.
Werden die erste Hilfsmaske 13 und die erste Grundmaske 17 über¬ einander angeordnet und zur Herstellung einer weiteren Maske verwendet, so ergibt sich die in Figur 10 dargestellte erste Maske 19. Die erste Hilfsmaske 13 wird dabei so relativ zur ersten Grundsmaske 17 angeordnet, daß die Flachenschwerpunkte der Pads 14 und 15, in diesem Fall die Mittelpunkte, übereinan-, der angeordnet sind. Dadurch weist die erste Maske 19 in der Um¬ gebung der Pads 14 und 15 Anschlußstücke 21 und 22 auf, die durch die Enden der Leiterbahn 18 aus Figur 9 gebildet werden, die innerhalb der Pads 14 und 15 der dersten Hilfsmaske 13 lie¬ gen.If the first auxiliary mask 13 and the first basic mask 17 are arranged one above the other and used to produce a further mask, the first mask 19 shown in FIG. 10 results. The first auxiliary mask 13 is arranged relative to the first basic mask 17 such that the Center of gravity of the pads 14 and 15, in this case the center points, one above the other, which are arranged. As a result, the first mask 19 in the vicinity of the pads 14 and 15 has connecting pieces 21 and 22, which are formed by the ends of the conductor track 18 from FIG. 9, which lie within the pads 14 and 15 of the first auxiliary mask 13.
Zur Herstellung der zweiten Maske 20 aus Figur 11 werden die zweite Hilfsmaske 12 und die erste Grundmaske 17 übereinander angeordnet. Wiederum sind die Flächenschwerpunkte der Pads 14 und 15 der zweiten Hilfsmaske 12 über beziehungsweise unterhalb der Flächenschwerpunkte der Pads 14 und 15 aus erster Grundmaske 17 angeordnet.To produce the second mask 20 from FIG. 11, the second auxiliary mask 12 and the first basic mask 17 are arranged one above the other. Again, the centroids of the pads 14 and 15 of the second auxiliary mask 12 are arranged above or below the centroids of the pads 14 and 15 from the first basic mask 17.
Da der erste Vergrößerungsfaktor zur Herstellung der zweiten Hilfsmaske 12 kleiner als der zweite Vergrößerungsfaktor zur Herstellung der ersten Hilfsmaske 13 ist, weisen die Pads 14 und 15 dieser beiden Masken unterschiedliche Radien auf. Entsprech¬ end wird bei Überlagerung der zweiten Hilfsmaske mit der ersten Grundmaske 17 ein Leiterbahnverbindungsstück 24 erzeugt, dessen Länge 25 größer als ein Abstand 23, siehe Figur 10, der An¬ schlußstücke 21 und 22 ist. Folglich ergibt sich bei Überlage¬ rung der ersten Maske 19 mit der zweiten Maske 20 ein Überlapp zwischen Leiterbahnverbindungsstück 24 und Anschlußstücken 21 und 22. Die erste Maske 19 wird zum Belichten der ersten Photoresist¬ schicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet. Da die erste Maske 19 eine Positivmaske ist, wird nach Belichtung der unbelichtete Teil der ersten Photoresistschicht entfernt, um auf den Pads 4, siehe Figur 2, die Lötschicht 6, siehe Figur 3, auf¬ zutragen. Die zweite Maske 20 ist eine Negativmaske. Daher wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Leiter¬ platte der unbelichtete Teil der zweiten Photoresistschicht ent¬ fernt, wodurch sich die Anordnung der zweiten Photoresistschicht 7 nach Figur 4 ergibt. Durch den Überlapp von Leiterbahnverbindungsstück 24 nach Figur 11 und der Anschluß- stücke 21 und 22 nach Figur 10 ergeben sich die in Figur 4 mit "X" gekennzeichneten Überlappbereiche beziehungsweise die in Fi¬ gur 5 durch "10" gekennzeichneten Überlappbereiche.Since the first magnification factor for producing the second auxiliary mask 12 is smaller than the second magnification factor for producing the first auxiliary mask 13, the pads 14 and 15 of these two masks have different radii. Correspondingly, when the second auxiliary mask is superimposed on the first basic mask 17, a conductor track connecting piece 24 is produced, the length 25 of which is greater than a distance 23, see FIG. 10, of the connecting pieces 21 and 22. Consequently, when the first mask 19 is overlaid with the second mask 20, there is an overlap between the conductor track connecting piece 24 and connecting pieces 21 and 22. The first mask 19 is used to expose the first photoresist layer using the method according to the invention. Since the first mask 19 is a positive mask, the unexposed part of the first photoresist layer is removed after exposure in order to apply the solder layer 6, see FIG. 3, to the pads 4, see FIG. 2. The second mask 20 is a negative mask. Therefore, in the method according to the invention for producing the printed circuit board, the unexposed part of the second photoresist layer is removed, which results in the arrangement of the second photoresist layer 7 according to FIG. 4. Due to the overlap of conductor track connector 24 according to FIG. 11 and the connecting pieces 21 and 22 according to FIG. 10, the overlap areas marked with "X" in FIG. 4 or the overlap areas marked with "10" in FIG. 5 result.
Die in den Figuren 10 und 11 dargestellen Masken 19 und 20 sind vereinfachte Prinzipdarstellungen der tatsächlich verwendeten Masken bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.The masks 19 and 20 shown in FIGS. 10 and 11 are simplified basic representations of the masks actually used in the method according to the invention.
Ein komplexerer Schaltungsaufbau ist in den Figuren 12 und 13 dargestellt. Dieser wird in analoger Weise durch entsprechende erste und zweite Masken hergestellt.A more complex circuit structure is shown in FIGS. 12 and 13. This is produced in an analogous manner using corresponding first and second masks.
In Figur 12 ist ein Ausschnitt 26 einer auf einer Leiterplatte angeordneten Schaltung dargestellt. Dieser umfaßt eine Vielzahl von Pads 29, 30 und 31. Die Pads 29 weisen einen kreisförmigen Querschnitt, die Pads 30 einen rechteckförmigen Querschnitt und die Pads 31 einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt auf. Einige der kreisförmigen Pads 29 können beispielsweise mit einer Verbindungsbohrung ausgebildet sein, so daß sich eine Ver¬ bindungsbohrung 32 ergibt. Neben relativ feinen Leiterbahnen 27 sind gröbere Leiterbahnen 28 ausgebildet. Jeweils im Kontaktbe¬ reich zwischen Leiterbahnen 27, 28 und Pads beziehungsweise Ver¬ bindungsbohrung 29, 30, 31 und 32 findet der in Figuren 4 und 5 dargestellte Überlapp von Lötschicht 6 und zweiter Photoresist¬ schicht 7 statt. In Figur 13 ist ein weiterer Ausschnitt 26 von einer auf der Leiterplatte dargestellten Schaltung dargestellt. Auch in diesem Fall sind entsprechende Leiterbahnen 27, 28 und Pads beziehungs¬ weise Verbindungsbohrungen 29, 30, 31 und 32 ausgebildet. Zur Verbindung von den feinen Leiterbahnen 27 mit den Pads be¬ ziehungsweise Verbindungsbohrungen ist in deren Kontaktbereich, das heißt in dem Bereich, wo der Überlapp nach Figuren 4 und 5 stattfindet, ein sogenannter "Teardrop" angeordnet. Dieser weist eine im Vergleich zu den feinen Leiterbahnen größere Breite auf, wodurch ein entsprechender Überlapp von beispielsweise auf Pad 29 und "Teardrop" 34 aufgetragener Lötschicht mit einer auf der Leiterbahn 27 aufgetragenen zweiten Photoresistschicht erleich¬ tert wird. Die Überlagerung von "Teardrop" und zweiter Photore¬ sistschicht zur STrukturierung der Leiterbahnen zur korrekten Verbindung von Pads/Verbindungsbohrungen und Leiterbahnen ist in diesem Fall weniger kritisch als bei den in Figur 12 dargestell¬ ten feinen Leiterbahnen 27 und zugehörigen Pads ohne "Teardrop".FIG. 12 shows a section 26 of a circuit arranged on a circuit board. This comprises a plurality of pads 29, 30 and 31. The pads 29 have a circular cross section, the pads 30 have a rectangular cross section and the pads 31 have a substantially square cross section. Some of the circular pads 29 can, for example, be formed with a connection bore, so that a connection bore 32 results. In addition to relatively fine conductor tracks 27, coarser conductor tracks 28 are formed. The overlap of solder layer 6 and second photoresist layer 7 shown in FIGS. 4 and 5 takes place in each case in the contact area between conductor tracks 27, 28 and pads or connecting bore 29, 30, 31 and 32. FIG. 13 shows a further section 26 of a circuit shown on the circuit board. In this case too, corresponding conductor tracks 27, 28 and pads or connecting bores 29, 30, 31 and 32 are formed. A so-called "teardrop" is arranged in their contact area, that is to say in the area where the overlap according to FIGS. 4 and 5 takes place, for connecting the fine conductor tracks 27 to the pads or connecting bores. This has a greater width than the fine conductor tracks, which facilitates a corresponding overlap of solder layer applied, for example, to pad 29 and teardrop 34 with a second photoresist layer applied to conductor track 27. The superimposition of "teardrop" and second photoresist layer for structuring the conductor tracks for the correct connection of pads / connecting bores and conductor tracks is less critical in this case than in the case of the fine conductor tracks 27 and associated pads without "teardrop" shown in FIG.
Gemäß der Erfindung ergibt sich zusammenfassend, daß durch die Überlagerung von Lötschicht und zweiter Photoresistschicht eine Unterbrechung zwischen Pads/Bohrungspunkten und Leiterbahnen beim Entfernen der nicht notwendigen Metallisierungsschicht von der Leiterplatte ausgeschlossen ist. Die Überlagerung wird durch Anordnung sogenannter "Teardrops" bei sehr dünnen Leiterbahnen erleichtert. Kleine Ungenauigkeiten beim Strukturieren der Lei¬ terbahnen werden auf diese Weise toleriert.According to the invention, it can be summarized that the overlap of the solder layer and the second photoresist layer means that an interruption between pads / bore points and conductor tracks when the unnecessary metallization layer is removed from the circuit board is excluded. The superimposition is facilitated by arranging so-called "teardrops" with very thin conductor tracks. Small inaccuracies when structuring the conductor tracks are tolerated in this way.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind mehrere aufwendige Ver¬ fahrensschritte der bekannte Herstellungsverfahren von Leiter¬ platten nicht mehr notwendig, wie Entfernen der Lötschicht von Leiterbahnen und Pads, das H.A.L.-Verfahren und alle damit ver¬ bundenen chemischen und mechanischen Behandlungen der Leiter¬ platte. Weiterhin ist die Lötschicht auf den Pad mit kon¬ trollierter Schichtdicke und mit ebener Oberfläche auftragbar. Die bei dem H.A.L.-Verfahren zusätzlich verwendete flüssige Löt- schicht zum Wiederauftragen der Lötschicht auf den Pads ist nicht mehr erforderlich, wodurch gleichzeitig die Umweltbe¬ lastungen durch Bleidämpfe, entsprechende Ätzlösungen und der¬ gleichen wegfallen. Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfah¬ ren im Vergleich zu dem mit dem H.A.L.-Verfahren arbeitenden Herstellungsverfahren erheblich kostengünstiger, da die teuren H.A.L.-Geräte nicht mehr notwendig sind. In the method according to the invention, a number of complex process steps of the known manufacturing method of printed circuit boards are no longer necessary, such as removing the solder layer from conductor tracks and pads, the HAL process and all associated chemical and mechanical treatments of the printed circuit board. Furthermore, the solder layer can be applied to the pad with a controlled layer thickness and with a flat surface. The additional liquid solder used in the HAL process Layer for reapplying the solder layer on the pads is no longer necessary, which means that the environmental pollution caused by lead vapors, corresponding etching solutions and the like is eliminated at the same time. Finally, the method according to the invention is considerably less expensive than the manufacturing method using the HAL method, since the expensive HAL devices are no longer necessary.

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit einer ersten und eine zweiten Oberfläche, wobei wenigstens auf der ersten Oberfläche eine Vielzahl von Anschlußkontakten (Pads) (6; 29, 30, 31) zum Auflöten von elektronischen Bauelementen und eine Vielzahl von die Pads verbindenden Leiterbahnen (27, 28) aufgebracht wird, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:1. A method for producing a printed circuit board with a first and a second surface, wherein at least on the first surface a plurality of connection contacts (pads) (6; 29, 30, 31) for soldering electronic components and a plurality of interconnects connecting the pads (27, 28) is applied, characterized by the following process steps:
i) Auftragen einer ersten Photoresistschicht (3) auf wenigstens einer ersten metallisierten Oberfläche (2) der Leiterplatte;i) applying a first photoresist layer (3) on at least a first metallized surface (2) of the printed circuit board;
ii) Belichten der ersten Photoresistschicht (3) mittels einer ersten Maske (19) und Entfernen von Bereichen der ersten Photoresistschicht (3) zum Strukturieren der Pads (4; 29, 30, 31);ii) exposure of the first photoresist layer (3) by means of a first mask (19) and removal of regions of the first photoresist layer (3) for structuring the pads (4; 29, 30, 31);
iii) Auftragen einer Lötschicht (6) auf die Pads und Entfernen der verbliebenen, ersten Photoresist¬ schicht (3) ;iii) applying a solder layer (6) to the pads and removing the remaining, first photoresist layer (3);
iv) Auftragen einer zweiten Photoresistschicht (7) auf der ersten Oberfläche;iv) applying a second photoresist layer (7) on the first surface;
v) Belichten der zweiten Photoresistschicht (7) mittels einer zweiten Maske (20) zum Strukturieren der Leiterbahnen, wobei auf den Leiterbahnen und zumindest teilweise auf den Pads die die Lötschicht (6) überlappende zweite Photoresistschicht (7) verbleibt;v) exposure of the second photoresist layer (7) by means of a second mask (20) for structuring the conductor tracks, the second photoresist layer (7) overlapping the solder layer (6) remaining on the conductor tracks and at least partially on the pads;
vi) Entfernen der freiliegenden Metallisierung (2) der Leiterplatte und Auftragen einer Lötstoppschicht (8) auf der Leiterplatte außerhalb der Pads (4; 29, 30, 31).vi) removing the exposed metallization (2) of the printed circuit board and applying a solder stop layer (8) on the circuit board outside the pads (4; 29, 30, 31).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Pads (4; 29, 30, 31) im Schritt ii) mit im wesentlichen in Richtung der Leiterbahnen weisenden Anschlußstücken (10; 21, 22) strukturiert werden, wobei im Schritt v) die zweite Photo¬ resistschicht (7) außer auf den Leiterbahnen wenigsteens teil¬ weise auf den Anschlußstücken verbleibt.2. The method of claim 1, characterized in / that the pads (4; 29, 30, 31) in step ii) substantially in the direction of the conductor tracks facing terminal pieces (10; 21, are structured 22), where v in step) the second photo-resist layer (7) remains at least partly on the connecting pieces except on the conductor tracks.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch3. The method according to claim 2, characterized by
Strukturieren zusätzlicher Bohrungspunkte mit entsprechenden Anschlußstücken im Schritt ii) , Bohren oder Stanzen von Ver¬ bindungsbohrungen (5, 32) zumindest in den Bohrungspunkten zur Verbindung beider Oberflächen der Leiterplatte und Auftragen von einer Metallisierung (2) zumindest innerhalb der Verbin¬ dungsbohrungen.Structuring additional bore points with corresponding connection pieces in step ii), drilling or punching connection bores (5, 32) at least in the bore points for connecting both surfaces of the printed circuit board and applying a metallization (2) at least within the connection bores.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein galvanisches Auftragen der Lötschicht (6) im Schritt iii) .4. The method according to any one of the preceding claims, characterized by a galvanic application of the solder layer (6) in step iii).
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß in den Schritten ii) und v) als erste Maske (19) eine Posi- tivmaske und als zweite Maske (20) eine Negativmaske verwendet wird, wobei die erste Photoresistschicht (3) außerhalb der Pads/Bohrungspunkte und . zugehörigen Anschlußstücke und die zweite Photoresistschicht (7) auf den Leiterbahnen belichtet wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in / that ii in steps) and v) as the first mask (19) tivmaske a positioning and a negative mask is used as the second mask (20), wherein the first photoresist layer (3) outside the pads / hole points and. associated connectors and the second photoresist layer (7) is exposed on the conductor tracks.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch6. The method according to at least one of the preceding claims, characterized by
Aufschmelzen der Lötschicht (6) auf Pads mit Anschlußstücken und/oder Verbindungsbohrungen mit Anschlußstuckeh nach Schritt vi) .Melt the solder layer (6) on pads with connectors and / or connecting holes with connectors after step vi).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet/ daß das Aufschmelzen durch Infrarotbestrahlung erfolgt.7. The method according to claim 6, characterized in / that the melting is performed by infrared irradiation.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß der Lötstopplack (8) photografisch oder durch Siebdruck aufgetragen wird.8. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in / that the solder resist (8) is applied photographically or by screen printing.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung der Anschlußstücke (10, 21, 22) mit einer im Vergleich zu den Leiterbahnen größeren Breite im Schritt ii) erfolgt.9. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the structuring of the connecting pieces (10, 21, 22) with a larger width in comparison to the conductor tracks in step ii).
10. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß die Metallisierung der Leiterplatte durch Auftragen einer10. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in / that the metallization of the circuit board by applying a
Kupferschlicht (2) erfolgt.Copper finishing (2) takes place.
11. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ daß eine PbSn-Schicht als Lötschicht (6) aufgetragen wird. 11. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in / that a PbSn layer is applied as a solder layer (6).
12. Verfahren zur Herstellung von Masken (19, 20) zur Belich¬ tung von Photoresistschichten (3, 7) zur Verwendung bei dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:12. A method for producing masks (19, 20) for the exposure of photoresist layers (3, 7) for use in the method according to one of the preceding claims, characterized by the following method steps:
a) Herstellen einer ersten Grundmaske (17) mit einem Gesamt- Lay-out aller auf einer Leiterplatte zu bildenden Pads (4; 14, 15, 29, 30, 31) und/oder Bohrungspunkte (5, 32) und/oder Leiterbahnen (18, 24, 27, 28);a) producing a first basic mask (17) with an overall layout of all pads (4; 14, 15, 29, 30, 31) and / or bore points (5, 32) and / or conductor tracks (4, 14, 15, 29) 18, 24, 27, 28);
b) Herstellen einer zweiten Grundmaske (11) mit einem Lay-out zum Bilden von Pads und/oder Bohrungspunkten;b) producing a second basic mask (11) with a layout for forming pads and / or bore points;
c) Herstellen einer ersten Hilfsmaske (13) mit einer um einen ersten Vergrößerungsfaktor vergrößerten Darstellung von Pads und/oder Bohrungspunkten der ersten Hilfsmaske;c) producing a first auxiliary mask (13) with a representation of pads and / or bore points of the first auxiliary mask enlarged by a first enlargement factor;
d) Herstellen der ersten Maske (19) durch Überlagerung von erster Hilfsmaske (13) und erster Grundmaske (17);d) producing the first mask (19) by superimposing the first auxiliary mask (13) and the first basic mask (17);
e) Herstellen einer zweiten Hilfsmaske (12) mit einer um einen im Vergleich zum ersten Vergrößerungsfak- tor kleineren zweiten Vergrößerungsfaktor vergrößer¬ ten Darstellung von Pads und/oder Bohrungspunkten der zweiten Grundmaske (11);e) producing a second auxiliary mask (12) with a representation of pads and / or bore points of the second basic mask (11) which is enlarged by a second enlargement factor which is smaller than the first enlargement factor;
f) Herstellen der zweiten Maske (20) durch Überlage¬ rung von zweiter Hilfsmaske (12) und erster Grund¬ maske (17) .f) producing the second mask (20) by superimposing the second auxiliary mask (12) and the first basic mask (17).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet/ daß bei Überlagerung von erster und zweiter Hilfsmaske (12, « ft 13. The method according to claim 12, characterized in / that, upon superposition of first and second auxiliary mask (12 «Ft
13) mit der ersten Grundmaske (17) Flachenschwerpunkte von Pads und/oder Bohrungspunkten von Hilfsmasken (12, 13) und erster Grundmaske (17) übereinander liegen.13) with the first basic mask (17), centroids of pads and / or bore points of auxiliary masks (12, 13) and first basic mask (17) lie one above the other.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet/ daß der Entwurf von Grundmasken (11, 17) und Hilfsmasken (12, 13) , Vergrößerung der Strukturen der ersten Grundmaske und die Überlagerung von erster und zweiter Hilfsmaske (12, 13) mit der ersten Grundmaske (17) durch ein CAD-Verfahren erfolgt.14. The method of claim 12 or 13, characterized in / that the draft of basic masks (11, 17) and auxiliary masks (12, 13), enlargement of the structures of the first base mask and the superposition of the first and second auxiliary mask (12, 13) with the first basic mask (17) is carried out by a CAD method.
15. Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet/ daß die erste Maske (19) an einer Verbindungsstelle von Leiter¬ bahn und Pad und/oder Bohrungspunkt an diesen ein gegenüber der Leiterbahn verbreitertes Anschlußstück aufweist.15. The method according to claim 12 to 14, characterized in / that the first mask (19) at a junction of the conductor track and pad and / or bore point there has a widened connector compared to the conductor track.
16. Leiterplatte mit auf wenigstens auf einer ersten Ober¬ fläche angeordneten Pads (4, 29, 30, 31) und Leiterbahnen (27, 28) aus einem auf einem isolierenden Substrat (1) der Leiter¬ platte aufgetragenen Metall (2) , mit zumindest auf den Pads aufgetragener Lötschicht (6) und mit einer auf der Leiter¬ platte außer den Pads aufgetragenen Lötstoppschicht (8) dadurch gekennzeichnet/ daß in einem Kontaktbereich (10) von Pads (4, 29, 30, 31) und Leiterbahnen (27, 28) die Lötschicht (6) auf diesen aufgetra¬ gen ist.16. Printed circuit board with pads (4, 29, 30, 31) arranged on at least one first surface and conductor tracks (27, 28) made of a metal (2) applied to an insulating substrate (1) of the printed circuit board at least on the pad-applied solder layer (6) and having a plate on the printed conductor except the pads coated solder resist layer (8), characterized in / that in a contact region (10) of pads (4, 29, 30, 31) and conductor tracks (27 , 28) the solder layer (6) is applied thereon.
17. Leiterplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktbereich durch ein zur Verbindung von Pad und zu¬ geordneter Leiterbahn ausgebildetes Anschlußstuck (10, 21, 22, 34) gebildet ist, auf welchem die Lötschicht (6) und auf dieser zumindest teilweise die Photoresistschicht (7) aufgetragen ist. 17. Printed circuit board according to claim 6, characterized in that the contact area is formed by a connecting piece (10, 21, 22, 34) designed to connect the pad and assigned conductor track, on which the solder layer (6) and on it at least partially the photoresist layer (7) is applied.
18. Leiterplatte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet/ daß das Anschlußstück (10, 21, 22, 34) von einem Endabschnitt der Leiterbahn (27, 28) gebildet ist.18. Printed circuit board according to claim 17, characterized in / that the connecting piece (10, 21, 22, 34) is formed by an end portion of the conductor track (27, 28).
19. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet/ daß das Anschlußstück eine im Vergleich zur Leiterbahn größere Breite aufweist.19. Printed circuit board according to any one of claims 16 to 18, characterized in / that the connecting piece has a larger in comparison with the track width.
20. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoresistschicht (7) im Vergleich zur Lötstoppschicht (8) in einem größeren Abstand vom Pad (4, 14, 15, 29, 30, 31) endet.20. Printed circuit board according to one of claims 16 to 19, characterized in that the photoresist layer (7) compared to the solder stop layer (8) ends at a greater distance from the pad (4, 14, 15, 29, 30, 31).
21. Leiterplatte mit wenigstens teilweise durch Leiterbahnen verbundenen Verbindungsbohrungen (5, 32) zur Verbindung von ge¬ genüberliegenden Oberflächen der Leiterplatte nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einer Innenfläche einer Verbindungsbohrung (5, 32) ein Metall (2) und die Lötschicht (6) aufgetragen sind und zumindest auf der ersten Oberfläche der Leiterplatte von der Verbindungsbohrung das Anschlußstück (10, 21, 2-2, 34) mit Lötschicht (6) und Photoresistschicht (7) absteht.21. Printed circuit board with at least partially interconnected connecting bores (5, 32) for connecting ge opposite surfaces of the printed circuit board according to one of claims 16 to 20, characterized in that at least on an inner surface of a connecting hole (5, 32) is a metal ( 2) and the solder layer (6) are applied and at least on the first surface of the printed circuit board from the connecting bore the connector (10, 21, 2-2, 34) with solder layer (6) and photoresist layer (7) protrudes.
22. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötschicht (6) aus PbSn und das Metall (2) Kupfer ist. 22. Printed circuit board according to one of claims 15 to 20, characterized in that the solder layer (6) made of PbSn and the metal (2) is copper.
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