ES2181653T5 - Procedimiento para la fabricacion de una tarjeta de circuito impreso multicapa y lamina compuesta para utilizar en el mismo. - Google Patents
Procedimiento para la fabricacion de una tarjeta de circuito impreso multicapa y lamina compuesta para utilizar en el mismo.Info
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de una tarjeta de circuito impreso multicapa, que comprende las siguientes etapas: a) proporcionar una tarjeta de base (20); b) proporcionar una lámina compuesta (10) que incluye una lámina de soporte (12), una lámina de cobre funcional (16) y una capa de resina termoestable no reforzada, en la que dicha lámina de cobre funcional (16) es depositada electrolíticamente con un grosor uniforme inferior a 10µm sobre dicha lámina de soporte (12), presentando dicha lámina de cobre funcional (16) una cara frontal situada frente a dicha lámina de soporte (12) y una cara posterior cubierta con dicha resina termoestable no reforzada; c) colocar dicha lámina compuesta (10) con la cara posterior cubierta de resina sobre una cara de dicha tarjeta de base (20); d) extraer dicha lámina de soporte (12) de dicha lámina de cobre funcional (16), para dejar al descubierto dicha cara frontal de dicha lámina de cobre funcional (16), y e) utilizar una fuente de láser CO2 para perforar orificios desde dicha cara frontal descubierta de dicha lámina de cobre funcional (16) a través de dicha lámina de cobre funcional (16) y dicha resina para formar microtaladros.
Description
Procedimiento para la fabricación de una tarjeta
de circuito impreso multicapa y lámina compuesta para utilizar en el
mismo.
La presente invención se refiere de forma
general a la fabricación de una tarjeta de circuito impreso
multicapa y a una lámina compuesta para utilizar en el mismo.
El desarrollo de dispositivos electrónicos muy
compactos y potentes ha sido posible gracias a las tarjetas de
circuito impreso (PCB) de alta densidad, obtenidas mediante la
tecnología de deposición secuencial (SBU). Básicamente, un circuito
de deposición es una combinación de varias capas superpuestas de
diferentes densidades de cableado que están separadas por capas
dieléctricas e interconectadas a través de microtaladros ciegos con
diámetros que por lo general son inferiores a 100 \mum.
En la actualidad, se dispone en esencia de tres
tecnologías diferentes para fabricar microtaladros: (1) el grabado
fotoquímico de fotodieléctricos; (2) el procedimiento de grabado
mediante plasma y (3) el todavía relativamente nuevo procedimiento
de perforación por láser.
La perforación por láser parece ser la
tecnología más prometedora para la producción de microtaladros. Las
fuentes de láser excimer, Nd-YAG y CO_{2} se
utilizan actualmente para crear microtaladros, pero cada una de
estas fuentes de láser tiene sus particulares inconvenientes. Los
láseres excimer no se consideran viables económicamente para su
utilización industrial, puesto que presentan una baja tasa de
ablación por impulso y conllevan altas inversiones en seguridad
(debido a la extremadamente alta corrosividad y toxicidad de los
gases del láser excimer). Los láseres Nd-YAG se
utilizan de forma satisfactoria en volúmenes pequeños y medianos de
productos de primera calidad con microtaladros de diámetros entre 25
y alrededor de 75 \mum. Para obtener orificios más grandes, es
necesario llevar a cabo un trepanando (es decir, efectuar varios
orificios más pequeños) lo que, por supuesto, reduce
considerablemente las velocidades de perforación. Los láseres
CO_{2} están ganando cada vez más terreno a los láseres
Nd-YAG en la producción de grandes volúmenes de
microtaladros. Éstos se caracterizan por una tasa de ablación en un
polímero no reforzado que es casi veinte veces más alta que la de
los láseres excimer o Nd-YAG.
Sin embargo, aunque los láseres CO_{2} están
muy adaptados para la ablación de polímeros, no son adecuados para
la eliminación del cobre. Por consiguiente, para poder efectuar un
orificio en la capa dieléctrica con el láser CO_{2}, se necesita
una etapa de procesamiento adicional que consiste en la fabricación
de una máscara de conformación. Durante esta etapa adicional, se
graban aberturas en las posiciones del laminado de cobre donde
posteriormente debe eliminarse el dieléctrico. Con este
procedimiento es posible utilizar el láser CO_{2} para perforar
microtaladros; pero el procedimiento de fabricación es más lento
debido a la etapa de creación de la máscara de conformación que, a
su vez, representa un riesgo real de dañar la capa de cobre.
Para evitar la anterior desventaja y otras
desventajas de la tecnología de máscara de conformación, se ha
sugerido utilizar un dispositivo de dos láseres para perforar los
orificios. Dicho dispositivo de dos láseres consiste en una
combinación de una fuente de láser CO_{2} con un láser de estado
sólido. En primer lugar, se efectúa la abertura en la lámina de
cobre con el láser de estado sólido. A continuación, se extrae la
capa de resina con el láser CO_{2}. Dicho láser doble permite la
perforación de microtaladros en deposiciones cubiertas de cobre,
pero el coste de inversión es superior al correspondiente a un láser
de CO_{2} simple y la etapa lenta de perforación del cobre
ocasiona el enlentecimiento del procedimiento.
Se ha sugerido sustituir la fabricación de la
máscara de conformación por una etapa de "semigrabado".
Primeramente, se coloca una lámina fina de cobre cubierta de resina
de alrededor de 18 \mum sobre la tarjeta de base, con la lámina
de cobre situada en la parte superior. Tras el laminado, se graba
toda la superficie de la lámina de cobre de 18 \mum para reducir
su grosor hasta los 5 \mum, aproximadamente. En la siguiente
etapa, se somete la capa de cobre a un tratamiento con óxido negro
para crear una superficie adaptada para la perforación por láser. A
continuación, se utiliza el láser CO_{2} para perforar los
microtaladros directamente a través de la capa de cobre de 5 \mum
y la capa de resina subyacente. La etapa de "semigrabado" es,
por supuesto, menos compleja que la creación de una máscara de
conformación; no obstante, el procedimiento de fabricación es más
lento debido a la etapa de semigrabado y la superficie de cobre
sigue estando sujeta a daños durante la etapa de semigrabado.
Además, la perforación por láser CO_{2} en láminas de cobre
"semigrabadas" todavía no proporciona resultados
satisfactorios. Los malos resultados son debidos al hecho de que el
grabado de toda la superficie de una tarjeta de circuito impreso de
600 mm x 500 mm, por ejemplo, no es una operación homogénea ni
precisa. A los agentes de grabado y máquinas de grabado más
recientes se les atribuye una tolerancia de \pm 2 \mum. El
grosor de una lámina de cobre grabada hasta un grosor nominal de 5
\mum puede, por consiguiente, variar entre 3 \mum y 7 \mum.
Cuando se perforan los microtaladros, la energía del láser se ajusta
para un grosor nominal de cobre de 5 \mum. Si en el punto de
incidencia la capa de cobre sólo tiene un grosor de 3 \mum, la
energía del láser establecida es demasiado alta para la cantidad de
cobre que se pretende vaporizar. En consecuencia, se forman
salpicaduras de cobre en el borde del orificio y el orificio del
material dieléctrico por lo general adopta una forma incorrecta. No
obstante, si la capa de cobre tiene un grosor de 7 \mum en el
punto de incidencia, la energía de láser establecida es demasiado
baja y el orificio resultante en el material dieléctrico tendrá un
diámetro demasiado pequeño o tal vez no llegue a la capa de cobre
subyacente. Debido a los decepcionantes resultados del
procedimiento de semigrabado, la perforación por láser CO_{2}
todavía se utiliza exclusivamente en materiales depositados no
recubiertos de cobre o con grabado por máscara de conformación.
La patente US nº 3.998.601 da a conocer una
lámina compuesta y un procedimiento para la fabricación de la
misma. La lámina compuesta comprende una capa de soporte de cobre
depositado electrolíticamente y una segunda capa de cobre
depositado electrolíticamente de un grosor que no es autónomo Entre
la capa de soporte de cobre y la segunda capa de cobre, se halla
una fina capa de un agente de liberación como, por ejemplo, el
cromo. La segunda capa de cobre tiene un grosor no superior a 12
\mum. Puede crearse un laminado superponiendo esta lámina
compuesta a una fibra de vidrio impregnada con resina epoxi, de modo
que la superficie de cobre ultrafina entre contacto con el sustrato
epoxi-vidrio, y aplicando a dicho conjunto un
procedimiento de laminado convencional. Una vez que se haya
enfriado el laminado, se despega el soporte de cobre revestido con
el agente de liberación para obtener un fino laminado recubierto de
cobre adecuado para el grabado, etc., en la producción de elementos
de circuito impreso.
En el documento JP 10 190236, se describe un
procedimiento para fabricar una placa multicapa interconectada.
Según una primera etapa de este procedimiento, se coloca, apila y
lamina una tarjeta de circuito sobre la que se ha creado un esquema
de circuito deseado, una lámina de metal y una capa aislante. En la
siguiente etapa, el punto de la capa conductora donde se desea
llevar a cabo el procesamiento mediante láser se somete a un
procedimiento para aumentar la tasa de absorción del láser. En la
siguiente etapa, un haz de láser incide en el punto procesado para
fundir y sublimar la lámina metálica y la capa aislante y crear, de
ese modo, un orificio. En una etapa final, se lleva a cabo la
deposición no electrolítica para conectar eléctricamente los
conductores a través del orificio.
En el documento "Laser drilling of microvias
in epoxy-glass printed circuit boards" de A.
Kestenbaum et al., IEEE Transactions on components, hybrids
and manufacturing technology, vol.13, nº 4, diciembre de 1990
(12-1990), páginas 1055-1062,
XP000176849 IEEE Inc. Nueva York, US ISSN:
0148-6411, se da a conocer la posibilidad de llevar
a cabo perforación por láser en epoxi-vidrio
cubierto de cobre, en particular, por medio de un láser CO_{2}.
En uno de los experimentos, se utilizó un láser CO_{2} para
perforar un orificio de paso en una capa de
epoxi-vidrio de 0,254 mm (10 mil) cubierta con 4,4
\mum (1/8 oz) de cobre por ambos lados. En otro experimento, se
utilizó un láser CO_{2} para perforar un orificio ciego en una
capa de epoxi-vidrio de 0,254 mm (10 mil) cubierta
de 4,4 \mum (1/8 oz) de cobre.
El documento
DE-A-31 03 986 se refiere a un
procedimiento de perforación de orificios para la deposición
electrolítica a su través en tarjetas de circuito impreso que
constan de sustratos de materiales basados en carbón. Los orificios
de paso se perforan utilizando un láser CO_{2}. La capa de metal
situada encima de la tarjeta de circuito impreso puede estar
revestida con un material sensible a una radiación concreta para
mejorar la absorción del haz de láser. Si la capa de metal está
hecha de cobre, el material sensible puede consistir en óxido de
cobre (II).
Por consiguiente, es muy necesario disponer de
un procedimiento simple y eficaz para la fabricación de tarjetas de
circuitos impresos multicapa que permitan llevar a cabo una rápida
perforación por láser de microtaladros de alta calidad. Según la
presente invención, este objetivo se consigue mediante el
procedimiento de la reivindicación 1.
Otro de los objetivos de la presente invención
es proporcionar una lámina compuesta que permita llevar a cabo una
rápida perforación por láser de microtaladros de alta calidad,
cuando se utiliza en la fabricación de tarjetas de circuitos
impresos multicapa. Según la presente invención, este objetivo se
consigue mediante la lámina compuesta de la reivindicación 14.
Según la presente invención, un procedimiento
para la fabricación de una tarjeta de circuito impreso multicapa
comprende las siguientes etapas:
- a)
- proporcionar una tarjeta de base;
- b)
- proporcionar una lámina compuesta que incluye una lámina de soporte, una lámina de cobre funcional y una capa de resina termoestable no reforzada, en la que dicha lámina de cobre funcional es depositada electrolíticamente con un grosor uniforme inferior a 10 \mum sobre dicha lámina de soporte, teniendo dicha lámina de cobre funcional una cara frontal situada frente a dicha lámina de soporte y una cara posterior cubierta con dicha resina termoestable no reforzada;
- c)
- colocar dicha lámina compuesta con la cara posterior cubierta de resina sobre una cara de dicha tarjeta de base;
- d)
- extraer dicha lámina de soporte de dicha lámina de cobre funcional, para dejar al descubierto dicha cara frontal de dicha lámina de cobre funcional;
- e)
- perforar orificios a través de dicha lámina de cobre funcional y dicha resina para crear microtaladros.
Según un aspecto importante de la presente
invención, la lámina de cobre funcional de la lámina compuesta
tiene un grosor inferior a 10 \mum, preferentemente de alrededor
de 5 \mum, siendo posible de ese modo utilizar una fuente de
láser CO_{2} para perforar microtaladros directamente desde la
cara frontal descubierta a través de la lámina muy fina de cobre
funcional hasta la capa dieléctrica subyacente. En consecuencia, las
etapas de "semigrabado" o de "creación de una máscara de
conformación" ya no son necesarias y, por lo tanto, el
procedimiento de fabricación del PCB multicapa se simplifica. La
simplicidad del procedimiento permite un procesamiento a alta
velocidad y una alta productividad con menos equipo de procesamiento
y, por consiguiente, menos costes de inversión. Dicho de otro modo,
el procedimiento de fabricación resulta más eficaz. Asimismo, se
reduce considerablemente el consumo de agentes de grabado químico,
lo que naturalmente constituye una característica importante en
relación con la protección medioambiental. En lo que al control de
calidad se refiere, se observará que la fina lámina de cobre
funcional tiene un grosor preciso y un perfil y una rugosidad
superficiales controlados y homogéneos, para que de esta forma el
haz del láser CO_{2} se encuentre siempre con condiciones de
perforación parecidas y reproducibles. De ello se deduce que la
energía del láser puede ajustarse para perforar en cualquier lugar
del PCB microtaladros muy precisos, es decir, microtaladros que
tienen una forma, un diámetro y una altura bien determinados, sin
producir salpicadura de cobre en la superficie de cobre. Se
observará además que el soporte proporciona la rigidez necesaria
para la manipulación de la lámina de cobre funcional cubierta de
resina. Por otra parte, ésta última está protegida entre su soporte
y su revestimiento de resina contra las partículas y los agentes
químicos o atmosféricos que pueden deteriorar la integridad de la
superficie y alterar el futuro esquema de circuito. Debido a la
lámina de soporte autónoma, no sólo se protege la lámina de cobre
funcional muy fina contra desgarraduras, grietas y arrugas, sino
también el revestimiento de resina que es bastante frágil. Durante
el laminado, el soporte proporciona a la lámina de cobre funcional
muy fina una eficaz protección contra el polvo y las partículas
(p.ej., partículas de resina), que pueden dejar marcas en la
superficie, y contra la exudación de la resina. Por lo tanto, una
vez extraído el soporte, la capa de cobre funcional queda limpia y
exenta de defectos como, por ejemplo, marcas, desgarraduras, grietas
y arrugas.
La capa de cobre funcional se obtiene mediante
deposición electrolítica. De forma ventajosa, la cara frontal de la
lámina de cobre funcional se somete a una preparación superficial
que favorece la absorción de la luz del láser CO_{2}. Dicha
preparación superficial puede, por ejemplo, proporcionar una cara
frontal que tiene un perfil y rugosidad superficiales particulares
o un color que favorece la absorción de la luz del láser CO_{2},
y puede tener lugar durante la fabricación de la lámina de cobre
compuesta, quedando de esta forma la lámina de cobre funcional
preparada para la perforación por láser tras la extracción de su
soporte. La cara frontal de la lámina de cobre funcional también
puede cubrirse, antes de la perforación por láser, con un
revestimiento de conversión de óxido negro, favoreciendo de esta
forma la absorción de la luz del láser CO_{2}.
Se observará que la lámina compuesta
preferentemente incluye una capa de liberación entre la lámina de
soporte y la lámina de cobre funcional. Dicha capa de liberación
(por ejemplo, una capa de liberación delgada basada en cromo) puede
simplemente permitir la separación de la lámina de soporte. En este
caso, la extracción del soporte consiste por lo común en el
despegado mecánico de la lámina de soporte y la capa de liberación
de forma simultánea, es decir, manteniendo la capa de liberación
unida a la lámina de soporte. Sin embargo, cuando se extrae la
lámina de soporte, puede conservarse sobre la lámina de cobre
funcional otro tipo de capa de liberación que tiene un color
superficial particular que favorece la absorción de la luz del láser
CO_{2}, en vez de la lámina de soporte. Dicho tipo de capa de
liberación que tiene una función doble puede ser una capa de
material conductor de color oscuro y debe permitir la deposición
electrolítica del cobre para formar la lámina de cobre funcional
sobre la misma, presentar una fuerte adherencia a la lámina de cobre
funcional y tener un color que favorezca la absorción de la luz
infrarroja de un láser CO_{2}.
En una primera forma de realización, la resina
es una resina en estado B, que por lo tanto puede adaptarse a los
circuitos subyacentes de la tarjeta de base y finalizar su
polimeración durante el laminado.
En una segunda forma de realización, el
revestimiento de resina de la cara posterior consta de una capa de
resina en estado C aplicada a la cara posterior de la lámina de
cobre funcional, y de una capa de resina en estado B aplicada a
dicha capa de resina en estado C. Por consiguiente, la capa aislante
es más gruesa, pero aun así puede adaptarse a la capa de circuitos
subyacente.
Se observará que la presente invención
proporciona además una lámina compuesta para su utilización en un
procedimiento para fabricar una tarjeta de circuito impreso
multicapa que comprende una lámina de soporte autónoma,
preferentemente una lámina de cobre con un grosor entre 18 y 150
\mum, una capa de liberación en un lado de la lámina de soporte,
una lámina de cobre funcional depositado electrolíticamente sobre la
capa de liberación con un grosor uniforme inferior a 10 \mum, y
preferentemente de alrededor de 5 \mum, teniendo la lámina de
cobre funcional una cara frontal situada frente a la lámina de
liberación y una cara posterior, y un revestimiento de resina
termoestable semipolimerizada no reforzada sobre la cara posterior
de dicha lámina de cobre funcional.
La cara frontal de la lámina de cobre funcional
se somete preferentemente a una preparación superficial que
favorece la absorción de la luz del láser CO_{2}. Dicha
preparación superficial puede ser llevada a cabo formando una
lámina de material conductor de color oscuro entre la lámina de
liberación y la lámina de cobre funcional. En una primera forma de
realización de la lámina de cobre compuesta de la presente
invención, la lámina de material conductor de color oscuro puede
comprender negro de humo o grafito. En una segunda forma de
realización, la capa de material conductor de color oscuro puede
comprender una capa de polímero conductor de electricidad de
color
oscuro.
oscuro.
Debe observarse que la propia capa de liberación
puede ser una capa de material conductor de color oscuro y, por lo
tanto, poseer una doble función de capa de liberación y de
preparación superficial que favorece la absorción de la luz del
láser CO_{2}. La lámina compuesta comprenderá pues una lámina de
soporte, esta capa de liberación que tiene una doble función, una
lámina de cobre funcional y un revestimiento de resina. Como es
evidente, dicha capa de liberación, a diferencia de una capa de
liberación convencional como, por ejemplo, una capa de liberación
de cromo, debe adherirse a la cara frontal de la lámina de cobre
funcional cuando se extrae la lámina de soporte.
De forma ventajosa, sobre la cara posterior de
la lámina de cobre funcional se halla una capa soldante que aumenta
la fuerza de unión con su revestimiento de resina. Por otra parte,
la lámina de cobre funcional puede estar cubierta de una capa de
pasivación, preferentemente entre la capa soldante y el
revestimiento de cobre, para asegurar la estabilidad de la cara
posterior.
La presente invención se comprenderá mejor con
la siguiente descripción de una forma de realización no limitativa,
haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Fig. 1: es una vista S.E.M. en sección
transversal de una lámina compuesta utilizada para la fabricación de
una tarjeta de circuito impreso multicapa y
la Fig. 2: es un diagrama que muestra las
etapas de procesamiento de la fabricación de una tarjeta de circuito
impreso multicapa.
El presente procedimiento utiliza una lámina
compuesta 10, más particularmente, una lámina de cobre montada
sobre un soporte y cubierta de resina, para crear un PCB multicapa.
La Figura 1 muestra una vista de microscopio electrónico de barrido
de dicha lámina compuesta que será laminada sobre una tarjeta de
base. Dicha lámina compuesta comprende cuatro capas diferentes: una
lámina de soporte 12, una capa de liberación 14, una lámina de
cobre funcional 16 y un revestimiento de resina 18. Dicha lámina
compuesta se obtiene después de efectuar dos procedimientos de
fabricación sucesivos.
El primer procedimiento es parecido al
procedimiento descrito en la patente US nº 3.998.601. En primer
lugar, se crea una lámina de soporte de 70 \mum 12 a partir de un
electrolito de base ácida mediante deposición electrolítica
continua sobre un cilindro giratorio de titanio que tiene una
superficie de diseño preciso. La topografía superficial del
cilindro prescribe y controla la capa inicial de cobre depositado.
La topografía de la otra cara, la cara mate, de la capa de soporte
es controlada por aditivos del electrolito de cobre básico del
cilindro. En otra etapa, la capa de liberación 14 se aplica a una
superficie de la lámina de soporte 12, proporcionando
características de adherencia estrechamente controladas pero
relativamente bajas. La capa de liberación 14 tiene un grosor muy
fino, habitualmente inferior a 1 \mum. La capa de cobre funcional
16 se deposita electrolíticamente sobre la capa de liberación 14
con un grosor preferente de 5 \mum. La cara de la lámina de cobre
funcional 16 orientada hacia la lámina de soporte 12, denominada de
ahora en adelante cara frontal, es por lo tanto una imagen
especular de la superficie de la lámina de soporte 12 que está
cubierta por la capa de liberación 14. De ello se deriva que, si se
actúa sobre la estructura de la superficie de la lámina de soporte
12 que está cubierta por la capa de liberación 14, es posible
proporcionar un perfil y una rugosidad superficiales particulares a
dicha cara frontal de la lámina de cobre funcional 16. La otra cara
de la lámina de cobre funcional 16, denominada de ahora en adelante
cara posterior, es una cara mate. Esta cara posterior se somete a
una serie de tratamientos químicos y electroquímicos que definen
ciertas características funcionales como, por ejemplo, la fuerza de
unión en relación con el revestimiento de resina y la estabilidad en
relación con la corrosión. Por lo tanto, se forma una capa
soldante, obtenida mediante la deposición electrolítica de nódulos
de cobre, en la cara posterior de la lámina de cobre funcional. A
continuación, se aplica una capa de pasivación sobre la capa
soldante. Debe observarse que también puede aplicarse una capa de
pasivación sobre la cara expuesta de la lámina de soporte 12, es
decir, la cara que no tiene la capa de liberación 14, para evitar la
formación de un "marco de oxidación azul" durante la
fabricación del PCB, p.ej., en una prensa.
En el siguiente procedimiento, la lámina
compuesta de cobre 12, 14 y 16 se procesa en una máquina para
revestir, en la que la cara posterior de la lámina de cobre
funcional 16, que ya está cubierta por la capa soldante y la capa
de pasivación (no mostradas en las Figuras), se cubre con una resina
termoestable no reforzada, preferentemente semipolimerizada (en
estado B o semicurada). La utilización de una resina en estado B es
muy adecuada cuando la lámina compuesta se lamina sobre una tarjeta
de base. Además, puesto que la resina sólo está semipolimerizada,
puede adaptarse a la topografía subyacente de los circuitos de la
capa externa de la tarjeta de base. Además, la polimerización de la
resina en estado B puede terminarse (dando lugar a una resina en
estado C) durante el laminado, puesto que, por ejemplo, es llevada a
cabo en una prensa hidráulica o en un autoclave con ciclos de
calentamiento y
enfriamiento.
enfriamiento.
El revestimiento de resina 18 puede comprender
además dos capas superpuestas: una primera capa fina (25 a 45
\mum) de resina en estado C aplicada a la capa de cobre funcional
y una segunda capa de resina semicurada aplicada encima de la
anterior. Esta forma de procesamiento proporciona un revestimiento
de resina grueso y es mucho más fácil y seguro que aplicar una sola
capa de resina en estado B que tenga el mismo grosor. Por supuesto,
también es posible aplicar más de dos capas de resina hasta alcanzar
el grosor deseado.
La Figura 2 ilustra un procedimiento preferido
para la fabricación de una tarjeta de circuito impreso multicapa
según la presente invención.
El procedimiento empieza por la etapa A1 en la
que se proporciona una tarjeta de base acabada 20. La tarjeta de
base 20 mostrada en la Fig. 2 consta p.ej. de un material
preimpregnado cubierto de cobre por una cara 19, que ya tiene
grabados los esquemas de circuito 21 en la cubierta de cobre. Los
esquemas de circuito 21 se someten preferentemente a una
preparación superficial mediante oxidación o rugosificación, para
obtener una mayor fuerza de unión con el material dieléctrico
superpuesto subsiguiente.
En la etapa A2, se lamina sobre una cara de la
tarjeta de base 20 una lámina compuesta 10 obtenida de la forma
indicada, quedando situado el revestimiento de resina 18 de la
lámina compuesta 10 frente a los esquemas de circuitos 21 de la
tarjeta de base 20. Este laminado tiene lugar en una prensa
hidráulica e incluye preferentemente varios ciclos de enfriamiento
y calentamiento. Durante la etapa de laminado, finaliza la
polimeración de la resina termoestable en estado B. Debe advertirse
que es posible obtener un grosor superior del dieléctrico colocando
una hoja dieléctrica intralaminar entre la tarjeta de base 20 y la
lámina compuesta 10 antes del laminado.
Una vez terminado el laminado y la
polimerización completa de la resina 18, se efectúa la etapa A3, en
la que se desprenden mecánicamente la lámina de soporte 12 y la
capa de liberación 14. La capa de liberación muy fina 14 permanece
adherida a la lámina de soporte de cobre de 70 \mum 12,
proporcionando una capa de cobre funcional atómicamente limpia,
homogénea y sin defectos 16 sobre la tarjeta de base 20.
En la etapa A4, la capa de cobre funcional 16 se
somete preferentemente a un tratamiento superficial para preparar
su cara frontal para la perforación directa por láser CO_{2}. Este
tratamiento superficial puede consistir en la deposición de un
revestimiento de conversión de óxido negro 22 sobre la lámina de
cobre funcional 16. El revestimiento de conversión de óxido negro
asegura una perforación por láser CO_{2} verdaderamente eficaz,
porque reduce la reflexión de la luz del láser sobre la superficie
de cobre desprotegida. Como se sobrentenderá, el revestimiento de
conversión de óxido negro puede ser sustituido por cualquier
revestimiento de conversión de óxido adaptado para la perforación
por láser como, por ejemplo, un revestimiento de conversión de óxido
marrón.
La etapa A5 consiste en perforar microtaladros
24 en la lámina de cobre funcional 16 y la capa de resina 18, hasta
alcanzar los bloques de cobre subyacentes, para la futura
interconexión de la lámina de cobre funcional 16 y los esquemas de
circuitos 21 de la tarjeta de base 20. Se apreciará que los
microtaladros se perforan directamente con una fuente de láser
CO_{2} en una etapa a través de la lámina de cobre funcional 16 y
el revestimiento de resina 18. Las fuentes de láser CO_{2} emiten
luz del rango de los infrarrojos que tiene una longitud de onda
entre 9,4 y 10,6 \mum. Dichas longitudes de onda infrarrojas no
son muy adecuadas para la ablación del cobre, sin embargo, la
lámina de cobre funcional puede ser atravesada sin dificultad por el
haz del láser CO_{2} debido a su pequeño grosor y al tratamiento
superficial específico. Una vez extraída la capa de cobre muy fina,
el láser CO_{2} revela todas sus ventajas. Más del 90% de la
radiación del láser es absorbida luego por el material dieléctrico
subyacente, hasta una profundidad que es varias veces la longitud
de onda. Esto da por resultado tasas de ablación por impulso de
láser muy altas y, por lo tanto, una alta velocidad de perforación.
Finalmente, cabe mencionar que la ablación de material con un láser
CO_{2} se basa en un procedimiento fototérmico. La radiación
láser es absorbida por el material a extraer, que se vaporiza y
abandona la zona de interacción debido a la sobrepresión resultante.
Una vez que el bloque de destino más bajo queda al descubierto, la
radiación láser es reflejada casi por completo por este bloque de
destino y la extracción de material, por lo tanto, se detiene
automáticamente.
A continuación, en la etapa A8, se perforan
orificios de paso 26 en el PCB por medios mecánicos. Debe observarse
que esta etapa es opcional, como se describirá más adelante.
La etapa A7 es una combinación de cuatro
subetapas:
- -
- en primer lugar, se limpia el PCB con agua a alta presión;
- -
- a continuación, se somete el PCB a la extracción completa del revestimiento de conversión de óxido negro y a un procedimiento de eliminación de depósitos que asegura la eliminación de todos los residuos procedentes de la ablación del láser CO_{2},
- -
- seguidamente, se deposita el cobre mediante deposición no electrolítica en los microtaladros, los orificios de paso y encima de todo el PCB,
- -
- finalmente, se lleva a cabo el refuerzo galvánico, es decir, la deposición electrolítica del cobre, preferentemente hasta que la capa externa de cobre 16’ alcanza un grosor aproximado de 18 \mum, por ejemplo
Durante la etapa A8, la capa de cobre externa
16’, que ahora tiene un grosor de 18 \mum preferentemente, se
graba para formar esquemas de circuito 28 sobre la superficie
externa. Los esquemas de circuito pueden grabarse durante la etapa
A7, antes de la deposición no electrolítica y el refuerzo galvánico,
y el procedimiento acaba al final de la etapa A7.
Debe observarse que la etapa A4 (es decir, la
etapa de deposición del revestimiento de conversión de óxido negro)
del procedimiento de la Fig. 2 puede suprimirse cuando se utiliza
una lámina compuesta que tiene una lámina de cobre funcional, cuya
cara frontal está preparada para la perforación por láser durante la
fabricación. En realidad, la cara frontal suele ser una cara
brillante que refleja el haz de láser CO_{2}. Dado que el
revestimiento de conversión de óxido negro evita dicha reflexión, el
haz del láser CO_{2} calienta la superficie de cobre y entonces
es posible la ablación de material. Otra forma de evitar la
reflexión del haz del láser CO_{2} es obtener, durante la
fabricación de la lámina compuesta, una cara frontal no reflectante.
La cara frontal puede caracterizarse por su color y por ser mate.
En este sentido, las características de la cara frontal deben
prepararse para proporcionar un perfil y rugosidad superficiales que
favorezcan la absorción de la luz del láser CO_{2}. Asimismo, la
cara frontal debe someterse a una preparación superficial para
formar una cara frontal que tenga un color que favorezca la
absorción de la luz del láser CO_{2}.
Dicha preparación superficial que tiene lugar
durante la fabricación comprende, por ejemplo, la etapa de
proporcionar una fina capa de material conductor de electricidad de
color oscuro sobre la capa de liberación antes de la deposición
electrolítica de la lámina de cobre funcional. Una vez desprendidas
la lámina de soporte y la lámina de liberación, la fina capa de
material conductor de electricidad de color oscuro se adhiere a la
cara frontal de la lámina de cobre funcional, proporcionando de
esta forma una capa de color oscuro sobre esta cara frontal. Debe
observarse que dicha fina capa de material conductor de electricidad
de color oscuro debe adherirse a la capa de liberación, permitir la
deposición electrolítica del cobre para formar la lámina de cobre
funcional sobre la misma, poseer una adherencia a la lámina de
cobre funcional superior a la de la capa de liberación y tener un
color que favorezca la absorción de la luz infrarroja de un láser
CO_{2}.
Además, se comprenderá que la propia capa fina
de material conductor de electricidad de color oscuro puede
desempeñar el papel de capa de liberación y, naturalmente, el de
preparación superficial que favorece la absorción de la luz del
láser CO_{2}. Por lo tanto, la lámina compuesta comprenderá una
lámina de soporte, una capa de liberación de un material conductor
de electricidad de color oscuro, una lámina de cobre funcional y un
revestimiento de resina. Evidentemente, es necesario que la capa de
liberación permanezca sobre la cara frontal de la lámina de cobre
funcional cuando se despega la lámina de soporte.
Un primer candidato para formar dicha capa de
material conductor de electricidad de color oscuro es el carbón.
Puede obtenerse una capa sustancialmente continua de carbón mediante
deposición de carbón. La deposición de carbón puede comprender la
aplicación de una dispersión líquida de carbón a la cara de la
lámina de soporte, tal vez cubierta de una capa de liberación
basada en cromo, que quedará situada frente a la lámina de cobre
funcional. Por lo general, la dispersión de carbón contiene tres
ingredientes principales: el carbón, uno o más surfactantes capaces
de dispersar el carbón y un medio de dispersión líquido como, por
ejemplo, el agua. Pueden utilizarse muchos tipos de carbón,
incluidos los bloques de carbón disponibles comúnmente, negro de
horno y grafitos adecuados de partículas pequeñas. El diámetro de
partícula medio de las partículas de carbón debe ser tan pequeño
como sea posible para obtener una deposición uniforme. Las
partículas de carbón pueden ser tratadas antes o después de la
deposición para aumentar o mejorar la deposición electrolítica. Por
consiguiente, las partículas de carbón pueden tratarse con tintes
particulares, metales conductores particulares o pueden oxidarse
químicamente.
El ejemplo siguiente no forma parte de la
invención sino que se utiliza para su comprensión. Para producir
una lámina de cobre compuesta que tenga una lámina de cobre
funcional con una cara frontal preparada para la perforación por
láser, se proporciona una lámina de soporte de 35 \mum de grosor
hecha de cobre. Se deposita electrolíticamente una capa de
liberación de cromo de la forma convencional (como se describe en el
documento US nº 3 998 601) sobre una cara de la lámina de soporte.
A continuación, como se ha descrito anteriormente, se forma una
capa conductora delgada (de 15 a 25 \mum) que contiene negro de
humo o grafito, es decir, una capa de material conductor de
electricidad de color oscuro, sobre la cara revestida de cromo de la
lámina de soporte. La pasta de carbón es
Carbon-Leitlack SD 2641 HAL-IR
(Lackwerke Peters, D-47906 Kempen). La capa de
carbón se seca utilizando luz infrarroja y a continuación se
deposita electrolíticamente una lámina de cobre funcional de 5
\mum de grosor sobre la cara revestida de carbón de la lámina de
soporte. La deposición electrolítica de la lámina de cobre
funcional se lleva a cabo en un baño de deposición electrolítica que
comprende de 60 a 65 g/l de sulfato de cobre (como Cu^{2+}) y de
60 a 65 g/l de ácido sulfúrico. La densidad actual es de
11A/dm^{2} y la temperatura del baño de deposición electrolítica
es de 60ºC. A continuación, se aplica un tratamiento nodular a la
cara externa de la lámina de cobre funcional. Esta lámina se coloca
posteriormente sobre un material preimpregnado FR4
epoxi-vidrio convencional (Duraver-
E-104 de Isola werke AG, D-52348
Duren) a 175ºC, durante 80 minutos, a una presión de 20 a 25 bar.
Tras enfriamiento hasta la temperatura ambiente, la lámina de
soporte se despega de forma manual, obteniéndose un revestimiento
negro de 5 \mum de grosor, la lámina de cobre funcional, que no
necesita ser sometida a una preparación superficial adicional antes
de la perforación por láser CO_{2}.
Un segundo candidato para formar la capa de
material conductor de electricidad de color oscuro es un polímero
conductor de electricidad de color oscuro. De hecho, algunos
monómeros como, por ejemplo, los pirroles, los furanos, los
tiofenos y algunos de sus derivados, y en concreto los monómeros
funcionalizados, son capaces de ser oxidados en polímeros que son
conductores de electricidad. Dichos monómeros se aplican
preferentemente a la superficie de liberación mediante un
procedimiento en húmedo, es decir, en forma de líquido o de aerosol.
A continuación, el monómero se polimeriza, y la lámina de cobre
funcional se deposita luego sobre la capa del polímero. Se
sobrentenderá que cuando el monómero se aplica a la cara de la
lámina de soporte, que posiblemente esté cubierta de una capa de
liberación que está situada frente a la lámina de cobre funcional,
puede formar parte de una solución de precipitación que también
contenga por lo menos un disolvente. La solución de precipitación
también puede contener un aditivo que aumente la oscuridad del
monómero polimerizado.
Si la lámina compuesta tiene una capa de
liberación basada en cromo y una capa de material conductor de
electricidad de color oscuro, la capa de liberación puede tratarse
durante la fabricación de la lámina compuesta para evitar una
adhesión demasiado fuerte de la capa de carbón o la capa de polímero
conductor de electricidad de color oscuro situadas encima de la
misma. De esta forma, se asegura la adherencia de estas capas a la
cara frontal de la lámina de cobre funcional, hecho que es deseable
cuando la lámina de soporte y la capa de liberación se despegan en
la etapa A3.
Debe observarse que el procedimiento presentado
ha sido descrito en relación con una tarjeta de base de una sola
cara, aunque también es aplicable a una tarjeta de base de dos
caras, siendo efectuadas las diferentes etapas en ambas
superficies. La lámina compuesta 10 también puede comprender una
lámina de soporte 12 de 35 \mum en vez de una lámina de soporte 12
de 70 \mum.
Todavía cabe mencionar que un PCB comprende por
lo general varias capas externas. En consecuencia, el PCB de la
etapa A8 puede utilizarse como tarjeta de base en el procedimiento
de fabricación descrito anteriormente, para añadir capas externas
sobre el mismo. No obstante, se sobrentenderá que la etapa A6 no es
necesaria para pasar de la etapa A5 a la etapa A7, y por lo tanto
es opcional. En realidad, la perforación mecánica de orificios de
paso -cuando es necesaria- por lo general sólo tiene lugar cuando se
fabrica concretamente la última capa externa del PCB. Dicho de otra
forma, el PCB obtenido en la etapa A8 tras una primera ejecución del
procedimiento de fabricación tal vez no proporcione un orificio de
paso perforado mecánicamente. También es obvio que, durante la
primera ejecución del procedimiento, la tarjeta de base 20 de la
etapa A1 ya puede ser un PCB de una o dos caras que consta de varias
capas.
Claims (27)
1. Procedimiento para la fabricación de una
tarjeta de circuito impreso multicapa, que comprende las siguientes
etapas:
- a)
- proporcionar una tarjeta de base (20);
- b)
- proporcionar una lámina compuesta (10) que incluye una lámina de soporte (12), una lámina de cobre funcional (16) y una capa de resina termoestable no reforzada, en la que dicha lámina de cobre funcional (16) es depositada electrolíticamente con un grosor uniforme inferior a 10 \mum sobre dicha lámina de soporte (12), presentando dicha lámina de cobre funcional (16) una cara frontal situada frente a dicha lámina de soporte (12) y una cara posterior cubierta con dicha resina termoestable no reforzada;
- c)
- colocar dicha lámina compuesta (10) con la cara posterior cubierta de resina sobre una cara de dicha tarjeta de base (20);
- d)
- extraer dicha lámina de soporte (12) de dicha lámina de cobre funcional (16), para dejar al descubierto dicha cara frontal de dicha lámina de cobre funcional (16), y
- e)
- utilizar una fuente de láser CO_{2} para perforar orificios desde dicha cara frontal descubierta de dicha lámina de cobre funcional (16) a través de dicha lámina de cobre funcional (16) y dicha resina para formar microtaladros.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha lámina de cobre funcional (16)
presenta un grosor aproximado de 5 \mum.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó
2, caracterizado porque dicha cara frontal de dicha lámina
de cobre funcional (16) se somete a una preparación superficial que
favorece la absorción de la luz del láser CO_{2}.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque dicha preparación superficial
proporciona un perfil y una rugosidad superficiales particulares que
favorecen la absorción de la luz del láser CO_{2}.
5. Procedimiento según la reivindicación 3 ó
4, caracterizado porque dicha preparación superficial
proporciona un color superficial particular que favorece la
absorción de la luz del láser CO_{2}.
6. Procedimiento según la reivindicación 3, 4
ó 5, caracterizado porque dicha preparación superficial tiene
lugar durante la fabricación de dicha lámina compuesta (10).
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicha cara
frontal de dicha lámina de cobre funcional (16) se cubre con un
revestimiento de conversión de óxido negro antes de llevar a cabo
la perforación por láser.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha
lámina compuesta (10) incluye además una capa de liberación (14)
entre dicha lámina de soporte (12) y dicha lámina de cobre
funcional (16), y porque la extracción de dicha lámina de soporte
(12) en la etapa d) consiste en despegar con medios mecánicos la
lámina de soporte (12) y la capa de liberación (14) de forma
simultánea.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicha lámina
compuesta incluye una capa de liberación entre dicha lámina de
soporte y dicha lámina de cobre funcional, presentando dicha capa
de liberación un color superficial particular que favorece la
absorción de la luz del láser CO_{2}, y porque cuando se extrae
dicha lámina de soporte en la etapa d), dicha capa de liberación
permanece sobre dicha cara frontal de dicha lámina de cobre
funcional.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha
resina comprende una capa de resina en estado B.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha capa
de resina comprende una capa de resina en estado C aplicada a la
cara posterior de la lámina de cobre funcional (16), y una capa de
resina en estado B aplicada a dicha capa de resina en estado C.
12. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque tras la
etapa e) se deposita cobre mediante deposición no electrolítica
sobre la lámina de cobre funcional (16).
13. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado por una subsiguiente etapa de refuerzo
galvánico, en la que se deposita cobre electrolíticamente sobre la
capa de cobre funcional (16) para aumentar su grosor.
\newpage
14. Lámina compuesta para su utilización en un
procedimiento para la fabricación de una tarjeta de un circuito
impreso multicapa, que comprende:
una lámina de soporte (12);
una capa de liberación (14) sobre una cara de
dicha lámina de soporte (12);
una lámina de cobre funcional (16) depositado
electrolíticamente con un grosor uniforme inferior a 10 \mum sobre
dicha capa de liberación (14), teniendo dicha capa de cobre
funcional (16) una cara frontal situada frente a dicha capa de
liberación (14) y una cara posterior;
caracterizada porque se proporciona un
revestimiento de resina termoestable semipolimerizada no reforzada
(18) sobre dicha cara posterior de dicha lámina de cobre funcional
(16).
15. Lámina compuesta según la reivindicación
14, caracterizada porque dicha cara frontal de dicha lámina
de cobre funcional se somete a una preparación superficial que
favorece la absorción de la luz del láser CO_{2}.
16. Lámina compuesta según la reivindicación
15, caracterizada porque dicha cara frontal presenta un
perfil y una rugosidad superficiales particulares que favorecen la
absorción de la luz del láser CO_{2}.
17. Lámina compuesta según la reivindicación 15
ó 16, caracterizada porque dicha cara frontal tiene un color
superficial particular que favorece la absorción de la luz del láser
CO_{2}.
18. Lámina compuesta según la reivindicación
14, 15 ó 16, caracterizada porque dicha lámina de cobre
funcional (16) se deposita electrolíticamente sobre dicha capa de
liberación (14) y tiene un grosor de alrededor de 5 \mum.
19. Lámina compuesta según la reivindicación
17, caracterizada porque dicho color superficial se obtiene
creando una capa delgada de material conductor de electricidad de
color oscuro entre dicha capa de liberación (14) y dicha lámina de
cobre funcional (16).
20. Lámina compuesta según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 19, caracterizada porque dicha lámina
de soporte (12) tiene un grosor comprendido entre 18 y 150 \mum,
dicha capa de liberación (14) tiene un grosor inferior a 1 \mum y
dicho revestimiento de resina (18) tiene un grosor comprendido entre
5 y 150 \mum.
21. Lámina compuesta según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 20, caracterizada porque dicha capa de
liberación (14) es una capa basada en cromo.
22. Lámina compuesta según la reivindicación
17, caracterizada porque dicha capa de liberación permanece
unida a dicha cara frontal de dicha lámina de cobre funcional una
vez que se ha extraído dicha lámina de soporte, y porque dicha capa
de liberación tiene un color superficial particular que favorece la
absorción de la luz del láser CO_{2}.
23. Lámina compuesta según la reivindicación
22, caracterizada porque dicha capa de liberación es una capa
fina de material conductor de electricidad de color oscuro.
24. Lámina compuesta según la reivindicación 19
ó 23, caracterizada porque dicha capa fina de color oscuro de
material conductor de electricidad es una capa que comprende negro
de humo y/o grafito.
25. Lámina compuesta según la reivindicación 19
ó 23, caracterizada porque dicha capa fina de material
conductor de electricidad de color oscuro es una capa que comprende
un polímero conductor de electricidad de color oscuro.
26. Lámina compuesta según las reivindicaciones
14 a 25, caracterizada por una capa soldante situada sobre
dicha cara posterior de dicha lámina de cobre funcional (16).
27. Lámina compuesta según las reivindicaciones
14 a 26, caracterizada por una capa de pasivación situada
sobre dicha cara posterior de dicha lámina de cobre funcional (16),
dispuesta preferentemente entre dicha capa soldante y dicho
revestimiento de resina (18).
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