ES2346891T3 - Placa de circuito impreso multicapa, asi como procedimiento para su fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de una placa de circuito impreso multicapa sobre la cual pueden ser montados componentes electrónicos, que comprende las etapas de: - Aplicación de un motivo conductor de la electricidad que corresponde a un trazado de pistas conductoras (12, 16, 20), con un espesor de capa < 100 micrómetros y está hecho de una pasta que contiene metal soldable sobre un substrato de soporte (10) no conductor por medio de un proceso de serigrafía, - Llenado de los espacios intermedios no conductores en el motivo definidos por el trazado de las pistas conductoras aplicando un material de relleno (14, 18, 22) con dicho espesor de capa por medio de un proceso de serigrafía, - Aplicación selectiva de un material de máscara (24) que tenga propiedades aislantes y/o detenga el flujo de soldadura por medio de un proceso de serigrafía sobre el motivo que está lleno con el material de relleno para formar una superficie plana sin cavidades para la fabricación de una máscara de detención de la soldadura, siendo elegido el material de relleno de manera que éste se adhiera tanto al substrato de soporte como al material de máscara, y que las etapas de aplicación del motivo y llenado de los espacios intermedios del mismo sean realizadas sucesivamente para la fabricación de una placa de circuito impreso multicapa o que presenta una pluralidad de trazados de pistas conductoras situados una sobre otro.
Description
Placa de circuito impreso multicapa, así como
procedimiento para su fabricación.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la fabricación de una placa de circuito impreso
multicapa en la que pueden ser montados componentes electrónicos,
así como a una placa de circuito impreso de este tipo fabricada de
acuerdo con tal procedimiento.
Desde hace décadas para la realización de
circuitos electrónicos son empleadas placas de circuito impreso de
todo tipo, estando formadas de un material de soporte (substrato)
que lleva un motivo de una o varias capas en forma de un trazado de
pistas conductoras metálicas, sobre el que a su vez son puestos en
contacto componentes electrónicos adecuados típicamente por un
procedimiento de soldadura. Así, es práctica de fabricación
establecida realizar este motivo por medio de una máscara de
grabado aplicada en particular fotográficamente, de tal modo que se
proporcione una capa de metal plana universal (típicamente cobre)
sobre el substrato en la zona del trazado de las pistas conductoras
previstas con una máscara de detención del grabado; tras la
aplicación y eventual fijación de esta máscara las zonas del
recubrimiento metálico que quedan (es decir que están libres) son
eliminadas por medio de un procedimiento de grabado y, por tanto,
tras el desgaste de la capa de freno de la corrosión queda el
motivo para el montaje y para la soldadura.
Los procedimientos de este tipo son empleados
para placas de circuito impreso o substratos recubiertos
prácticamente de todos los órdenes de magnitud, desde placas de
circuito impreso de gran formato de la electrónica de radio o de
potencia con componentes en su mayor parte discretos montados a
menudo de forma manual, hasta placas de circuito impreso SMD y
disposiciones de electrónica de alta frecuencia y/o
microelectrónica, donde son empleados substratos de coeficiente
dieléctrico determinado y/o presentan longitudes y espesores de
pistas conductoras de dimensiones ya críticas debido a motivos de
frecuencia.
El documento US 5,314,788 da a conocer un
procedimiento para la fabricación de una placa de circuito impreso
multicapa en la que pueden ser montados componentes electrónicos, en
el que por medio de serigrafía es aplicado sobre un substrato de
soporte un motivo conductor de la electricidad correspondiente al
trazado de las pistas conductoras y los espacios intermedios no
conductores en el motivo definidos por el trazado de las pistas
conductoras son rellenos por aplicación de un material de relleno.
Sobre el material de relleno es aplicada después otra capa de
aislamiento que después sobre su superficie superior es dotada de
otra estructura de pistas conductoras por erosión catódica
(Sputtering).
Los documentos JP 03 157 990A, JP 02 156 596 A,
así como el US-A-5 316 894 dan a
conocer otros procedimientos para la fabricación de una placa de
circuito impreso multicapa en la que se pueden montar componentes
electrónicos, en los que también son realizadas etapas de
procedimiento individuales por medio de procedimientos de
serigrafía.
No obstante, los procedimientos de fabricación
de este tipo, debido a las diferentes etapas y los dispositivos
necesarios para ello, previstos en cada caso de forma especializada,
son costosos y en realidad tanto en lo que atañe a las inversiones
necesarias como al tiempo de procesamiento. A ello hay que añadir
que los procedimientos de grabado son contaminantes y por tanto son
cada vez más criticados abiertamente.
El objeto de la presente invención es, por
tanto, conseguir un procedimiento para la fabricación de placas
electrónicas de circuito impreso que salve los inconvenientes
mencionados, sea más sencillo y más barato en particular que en lo
que atañe al consumo de tiempo para la producción y la inversión en
instalaciones de fabricación y además evite la formación de
contaminación nociva, por ejemplo por baños ácidos o similares.
El objeto se lleva a cabo por el procedimiento
con las características de la reivindicación principal;
perfeccionamientos ventajosos de la invención están descritos en
las reivindicaciones subordinadas.
De forma ventajosa según la invención el motivo
no es generado por grabado del trazado de las pistas conductoras a
partir de un recubrimiento conductor de la electricidad de toda la
superficie, sino por impresión del motivo (limitada localmente
respecto a la superficie) directamente sobre el substrato de soporte
en correspondencia al trazado real de las pistas conductoras.
Además según la invención se genera una
superficie superior plana sin cavidades de modo que junto al motivo
en los espacios intermedios generados por la aplicación de las
pistas conductoras es llevado un material de relleno no conductor
de la electricidad, y en realidad con el mismo espesor de capa que
el espesor del motivo conductor de la electricidad. En este sentido
se dispone con ello de una superficie superior homogénea en su
mayor parte plana para otras aplicaciones de capa.
Se realiza entonces el recubrimiento de esta
superficie superior homogénea por la máscara de detención de la
soldadura prevista según la invención, de manera que con ello una
placa de circuito impreso de una capa puede ser fabricada de forma
fácil y por únicamente tres etapas de proceso que además son
realizadas todas como procesos de serigrafía.
Así, en el marco de la invención es importante
que el material de relleno, que en estado aplicado es colindante al
motivo y se ocupa de una homogeneización de la estructura de las
pistas conductoras, sea elegido de un material que a su vez
posibilite una adherencia favorable sobre el substrato de soporte
situado por debajo, y que no obstante por otro lado se realice
adicionalmente también una buena unión con el material de
máscara.
Según una forma de realización preferida de la
invención esto se lleva a cabo empleando el mismo material como
material de relleno y como material de máscara, de manera que en
este sentido se puede simplificar aún más el procedimiento de
fabricación.
También está en el marco de un perfeccionamiento
preferido de la invención emplear para la realización del motivo
conductor de la electricidad una pasta conductora de cobre o una
mezcla (preferiblemente que se endurezca térmicamente) que contenga
metal, así como una resina y/o un plástico. De esta forma no sólo
por la configuración adecuada del espesor de capa y del ancho de
las pistas conductoras se pueden optimizar los valores de
conductancia de la estructura conductora que se produce, también
puede reaccionar fácilmente en particular a otros parámetros de
conmutación predeterminados discrecionales.
La posibilidad de endurecimiento térmico
prevista en un perfeccionamiento, preferiblemente de todos los
materiales que se pueden imprimir, hace además que por radiación
infrarroja simple o tratamiento térmico similar la estructura que
se produce se endurezca rápidamente y de forma segura y duradera y
con ello pueda fijarse.
Mientras que en principio cada motivo conductor
fino es comprendido por la presente invención, se ha demostrado no
obstante en la práctica que es especialmente adecuado realizar un
espesor de capa entre aproximadamente 18 y aproximadamente 70
\mum para el motivo, y según un perfeccionamiento para ello son
favorables conductividades en el rango entre 3 y 7 m\Omega x
cm.
Por ello es adecuada la superficie superior
plana generada de forma sencilla en el marco de la presente
invención para construir las llamadas estructuras multicapa
eventualmente con intercalación de capas de aislamiento adecuadas,
es decir disposiciones formadas por una pluralidad de motivos de
pistas conductoras dispuestas una sobre otra y típicamente en
contacto selectivo entre sí. Precisamente la tecnología multicapa
impone requisitos especiales en la producción de placas de circuito
impreso convencionales y el presente procedimiento según la
invención salva estas dificultades provocadas por el principio con
simplicidad y elegancia particulares.
Una ventaja particular de la presente invención
consiste además en que las superficies superiores del substrato
curvadas o de otra forma no planas pueden de forma fácil y segura
ser dotadas de una estructura de pistas conductoras. También esto
crea típicamente grandes dificultades en los procesos de exposición
y grabado tradicionales, mientras que por la provisión
correspondiente de una disposición de serigrafía adecuada son
asequibles formas de superficie superior aptas para serigrafía en
principio discrecionales de la presente invención para la
realización de los motivos conductores de la electricidad.
Finalmente dentro del marco de la presente
invención está mejorar con plateado o dorado de forma adecuada los
sectores de las pistas conductoras que quedan libres en el marco de
la máscara de detención de la soldadura dispuesta por arriba que
van a contactar. En particular para aplicaciones de alta frecuencia
u otras aplicaciones críticas en cuanto a conductancia o contacto
esta medida adicional debería tener sentido y también en general
están dentro de la presente invención perfeccionamientos en los que
por galvanizado o medidas similares (por ejemplo con cobre o zinc)
se mejora la calidad superficial o de contacto eléctrico.
Mientras que los productos del procedimiento de
la presente invención, concretamente la placa de circuito impreso
producida según la invención, son adecuados en principio para
aplicaciones de circuitos electrónicos discrecionales, es apropiado
especialmente en el marco de la invención realizar los productos de
este tipo para el montaje SMD. Se muestra concretamente que las
placas de circuito impreso fabricadas según la invención deben ser
integrables de forma fácil en instalaciones automáticas para la
fabricación de placas de circuito impreso montadas y soldadas, de
manera que en este sentido un dispositivo automatizado para la
realización de la presente invención pudiera ser conectado
directamente antes de una instalación de montaje SMD por lo demás
cono-
cida.
cida.
Otras ventajas, características y peculiaridades
de la invención resultan de la siguiente descripción de formas de
realización preferidas, así como en virtud de la única figura.
En la Fig. 1 se muestra una vista en sección
lateral esquemática del producto fabricado con el procedimiento
según la invención de acuerdo con una primera forma de realización
preferida como placa de circuito impreso multicapa.
En la Fig. 1 el símbolo de referencia 10
describe un material base de substrato conocido; materiales típicos
conocidos que pueden ser aplicados aquí de forma adecuada son por
ejemplo FR 1, FR 2, FR 3, FR 4, CEM 1, CEM 3, poliimida,
polisulfona, polietersulfona o polipropileno.
Por medio de serigrafía sobre este substrato de
material base 10 es aplicado un motivo 12, que en la vista en
sección transversal mostrada está indicado por las interrupciones,
que forma una estructura de pistas conductoras y es realizado por
serigrafía de una pasta conductora soldable con un espesor entre 18
y 70 \mum. En el caso concreto la pasta conductora de cobre ASAHI
ACP051 fue comprimida como material para el motivo 12 sobre un
material base 10 FR 4.
Como etapa siguiente son llenados los espacios
intermedios entre las pistas conductoras del motivo 12 por
serigrafía con una laca de detención de la soldadura TAMURA USR 2G,
designada por el símbolo de referencia 14, para la que es elegido
igualmente un espesor de capa (correspondiente al motivo 12) en el
rango entre 18 y 70 \mum, de manera que por encima de la primera
capa de recubrimiento 12, 14 que se forma por las dos etapas
sucesivas de serigrafía se consigue una superficie superior
plana.
Estas etapas son repetidas para una posición
siguiente y en realidad es aplicado de nuevo un motivo 16 de la
pasta conductora sondable mencionada anteriormente sobre la
superficie superior plana y los espacios intermedios formados en su
interior son llenados por la laca de detención de soldadura como
material de relleno 18. Nuevamente esta posición recibe por esta
medida una superficie superior en su gran parte plana.
En otra etapa de serigrafía es aplicada una
tercera capa de pistas conductoras (motivo) 20. El espesor de capa
empleado corresponde a los espesores de capa mencionados
anteriormente. También aquí se realiza un llenado de los espacios
intermedios por un material de relleno aislante (por ejemplo laca de
detección de soldadura o laca de aislamiento), designado por el
símbolo de referencia 22.
Una capa de cubierta de laca de detección de
soldadura como máscara de detección de soldadura 24 constituye la
capa superior de la disposición mostrada en la Fig. 1. Ésta presenta
un espesor en el rango entre aproximadamente 14 y 20 \mum y en
los lugares no enmascarados (superficies de abertura) forma zonas de
contacto 26 para la capa superior 20 de pistas conductoras para la
soldadura directa de componentes electrónicos, para otras mejoras
de la calidad de superficie superior o de contacto por plateado o
dorado o para otras tareas de contacto.
Sobre la estructura así formada (según el curso
del proceso empleado se realiza un endurecimiento de las capas
individuales capa a capa o en conjunto) son aplicables tipos
discrecionales de componentes electrónicos por procedimientos de
soldadura manual o automatizada o de otra forma, habiendo resultado
la presente invención especialmente ventajosa en particular para
tecnologías SMD.
Igualmente la presente tecnología es adecuada no
sólo para placas de circuito impreso en el sentido tradicional, en
particular son también ámbitos de aplicación habituales el mercado
creciente de etiquetas de seguridad sobre prendas de ropa, las
etiquetas de control e identificación para logística o aplicaciones
similares, la realización de circuitos de telecomunicaciones (en
particular también circuitos de transpondedores) sobre superficies
superiores planas o curvadas, también la fabricación a gran escala
de antenas activas, por ejemplo para sistemas GPS, o también la
realización de circuitos y antenas de redes LAN sobre superficies
como por ejemplo el interior de la carcasa de impresoras, escáneres
etc.
Claims (10)
1. Procedimiento para la fabricación de una
placa de circuito impreso multicapa sobre la cual pueden ser
montados componentes electrónicos, que comprende las etapas de:
- -
- Aplicación de un motivo conductor de la electricidad que corresponde a un trazado de pistas conductoras (12, 16, 20), con un espesor de capa < 100 micrómetros y está hecho de una pasta que contiene metal soldable sobre un substrato de soporte (10) no conductor por medio de un proceso de serigrafía,
- -
- Llenado de los espacios intermedios no conductores en el motivo definidos por el trazado de las pistas conductoras aplicando un material de relleno (14, 18, 22) con dicho espesor de capa por medio de un proceso de serigrafía,
- -
- Aplicación selectiva de un material de máscara (24) que tenga propiedades aislantes y/o detenga el flujo de soldadura por medio de un proceso de serigrafía sobre el motivo que está lleno con el material de relleno para formar una superficie plana sin cavidades para la fabricación de una máscara de detención de la soldadura,
siendo elegido el material de relleno de manera
que éste se adhiera tanto al substrato de soporte como al material
de máscara, y que las etapas de aplicación del motivo y llenado de
los espacios intermedios del mismo sean realizadas sucesivamente
para la fabricación de una placa de circuito impreso multicapa o que
presenta una pluralidad de trazados de pistas conductoras situados
una sobre otro.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque como la pasta que contiene metal es
seleccionada una pasta conductora de cobre y/o una mezcla que se
endurezca térmicamente de un metal, así como una resina y/o un
material plástico.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la pasta que contiene metal es fabricada
de manera que la conductividad del motivo se sitúe entre 1 y 10
m\Omega x cm, en particular entre 3 y 7 m\Omega x cm.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque como material de
relleno es empleada una laca aislante y/o que detenga la
soldadura.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque el material de relleno está formado de
manera que se endurezca térmicamente.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque para el material
de relleno (22) es empleado el mismo material que para el material
de máscara (24).
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el espesor de
capa del motivo está dentro de un rango entre 18 y 70 micrómetros
y/o el espesor de capa de la máscara de detección de la soldadura
está dentro de un rango entre 14 y 20 micrómetros.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque una placa de
material que presenta una superficie superior curva para la
aplicación del motivo es utilizada como substrato de soporte.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el plateado o
dorado de los sectores de contacto del motivo que han quedado
libres en la máscara de detección de la soldadura.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por un montaje SMD con
componentes electrónicos.
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