NL8120453A - Plaat met meerlaagse bedrading. - Google Patents

Description

. - --'··· - > j 81 20 4 5 3

Br/lh/1454

Plaat met meerlaagse bedrading.

De uitvinding heeft betrekking op een plaat met meerlaagse bedrading.

Bij het maken van een gebruikelijke plaat met meerlaagse bedrading, zoals bijvoorbeeld weergegeven in 5 fig. IA en 1B, gaat men uit van een starre bedradingsplaat 3, die een eerste bedradingspatroon 2 van koperfoelie op een dik isolerend substraat 1 van bijvoorbeeld met fenolhars of epoxyhars geïmpregneerd papier of dergelijke, en een flexibele bedradingsplaat 6 met een tweede bedradingspatroon 10 5 van koperfoelie op een film 4 van bijvoorbeeld polyimide- hars, polyesterhars of dergelijke. De starre bedradingsplaat 3 wordt door middel van een isolerende kleefstoflaag 7 (bijvoorbeeld een epoxykleefstof) op de flexibele bedradingsplaat 6 gelamineerd, waarna de bedradingspatronen 5 en 2 15 door geleidend materiaal 8 met elkaar worden verbonden ter vorming van de meerlaagse bedradingsplaat 9. Het cijfer 10 wijst op een elektrisch toestel dat door middel van soldeer 11 aan de plaat 9 is bevestigd.

De zo gevormde plaat 9 heeft het nadeel dat 20 de afstand tussen de bedradingspatronen 2 en 5 zo groot is, dat de verbinding tussen deze patronen met behulp van het geleidende materiaal 8 weinig betrouwbaar wordt. Op de verbindingsplaats 12 van de elektrische component 10 kunnen de bedradingspatronen 2 en 5 niet tegelijk met het monteren 25 van de component 10 door hetzelfde soldeer 11 worden samengesoldeerd. Ook kunnen kleine openingen met een diameter kleiner dan 1 mm moeilijk in de flexibele bedradingsplaat 6 worden aangebracht, hetgeen betekent dat een plaat van uitstekende kwaliteit of een plaat met hoge integratiedicht-30 heid niet kan worden geleverd. Wordt bovendien, tijdens het maken van de plaat, het bedradingspatroon 5 van de bovenste laag door een selectieve etsing gevormd, waarbij onbedekte delen van de koperfoelie worden verwijderd en de door een opgedrukte beschermingsinkt 13 bedekte delen blijven staan, .-ν,ΟΓΛΓ.

8120453 ' ; -2- (zie fig. 2) dan loopt men de kans dat ook het bedradings-patroon van de onderste laag, dat zich onder een venster 14 bevindt, op de door het getal 15 weergegeven plaat door etsmiddel wordt geerodeerd of weggeetst. Het is dan ook 5 noodzakelijk om het venster 15 vooraf met een beschermende inkt te bedekken of te vullen, zodat het fabrikageproces gecompliceerd wordt.

In overeenkomstig met de uitvinding gaat men nu uit van een eerste bedradingsplaat met daarop een vooraf-10 bepaald eerste bedradingspatroon en ook een isolerende harslaag die tenminste de verbindingsplaatsen vrijlaat. Op deze plaat wordt een geleidende foelie aangebracht en tot één geheel daarmee gelamineerd door heet walsen, heetpersen of dergelijke. Uit deze geleidende foelie wordt een tweede 15 bedradingspatroon gevormd, terwijl een opening in de foelie, die totaan het eerste bedradingspatroon (het verbindingsdeel) reikt, met geleidend materiaal wordt gevuld teneinde het bovenste en het onderste bedradingspatroon met elkaar te verbinden. In de plaat volgens de uitvinding is de afstand 20 tussen het eerste en het tweede bedradingspatroon bij het verbindingsgedeelte sterk verminderd (circa 5 jim tot 20 pn) . Bovendien zal men aan de binnenzijde van de genoemde opening een randgedeelte van het tweede bedradingspatroon vinden, zodat de geleiding tussen het eerste en het tweede bedradings-25 patroon door het beschreven geleidende materiaal wordt verbeterd. Hierdoor kan een door de plaat heengaande verbinding met grote betrouwbaarheid worden geschapen. Aangezien verder de afstand tussen het eerste en het tweede bedradingö-patrooft gering is, kan bij de patroonvorming in de beschreven 30 koperfoelie de beschermende inkt in de beschreven opening worden afgedrukt, zodat het selectieve etsproces gemakkelijker wordt. Wordt verder de elektrische component door dompelen in een soldeerbad aan de plaat bevestigd, dan kunnen de beschreven bedradingspatronen door hetzelfde dompelproces 35 op de verbindingsplaats van de aansluitdraad van de elektrische component met elkaar worden verbonden. Verder kan de opening in het tweede bedradingspatroon door middel van een chemische etsing worden aangebracht zodat een opening van 8120453 ·*)' V.'. ' " -3- kleine diameter (circa 0,4 mm) kan worden gevormd en ook een zeer fijn bedradingspatroon. Wordt een gallLumlegering als het geleidende materiaal gebruikt, dan heeft men het voordeel dat een elektrische migratie als bij zilververf nooit 5 zal optreden en dat naburige schakelingen geen kortsluiting vertonen zodat de uitvinding geschikt is voor een schakeling van hoge dichtheid. Andere voordelen van de galliumlegering zijn dat de geleidbaarheid bevredigend en de hoogfrequent eigenschappen goed zijn, dat de aangebrachte pasta geen 10 volumecontractie vertoont zodat de betrouwbaarheid van de verbinding beter wordt, en dergelijke. Verder kan de isolatielaag tussen de eerste en de tweede bedrading met behulp van de isolerende hars en de kleefstof op een geschikte dikte worden ingesteld, waarbij een uitstekende elektrische 15 isolatie ontstaat. Zoals gezegd, kan de uitvinding een meer-laagse bedradingsplaat leveren, die weinig kostbaar is, een goede kwaliteit heeft en een bedrading met hoge dichtheid bevat.

Korte omschrijving van de tekeningen.

20 Fig. IA en 1B zijn schematische dwarsdoorsneden, die een voorbeeld van een bekende roeerlaagse bedradingsplaat in twee stadia van het fabrikageproces weergeeft.

Fig. 2 is een schematische dwarsdoorsnede, gebruikt ter verklaring van de stand der techniek.

25 Fig. 3 toont schematisch in perspectief een voorbeeld van een lamineerinrichting met walsen, die bij het maken van een meerlaagse bedradingsplaat volgens de uitvinding wordt gebruikt.

Fig. 4A tot 4G zijn schematische dwarsdoor-30 sneden die het fabrikageproces van een uitvoeringsvoorbeeld van de huidige uitvinding in volgorde laten zien.

Fig. 5 is een schematische dwarsdoorsnede die gebruikt wordt ter verklaring van de huidige uitvinding.

Fig. 6A tot 6E tonen schematisch een uitvoer 35 ringsvoorbeeld van een fabrikagemethode volgens de uitvinding in volgorde van de bewerkingen.

Fig. 7A tot 7E tonen schematisch in perspectief een ander uitvoeringsvoorbeeld van de fabrikagemethode volgens de uitvinding, in volgorde 'van de bewerkingen.

.. 8 1 2 0 4 5 3 -4-

Fig. 8 toont in perspectief een essentieel onderdeel van een ander uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding.

Fig. 9A en 9B tonen in perspectief voorbeel-5 den van de verbindingsdelen volgens de uitvinding.

Fig. 10 en 11 zijn schematische dwarsdoorsneden die elk een volgende uitvoeringsvorm van de uitvinding laten.

Fig. 12 is een dwarsdoorsnede die gebruikt 10 wordt ter verklaring van de uitvinding.

Fig. 13 is een dwarsdoorsnede die nog een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding toont.

Diverse uitvoeringsvormen van een meerlaagse bedradingsplaat volgens de uitvinding zullen thans, onder 15 verwijzing naar de tekeningen, in detail worden beschreven.

Fig. 3 en 4 geven een voorbeeld, waarbij de bedradingsplaat volgens de uitvinding wordt gemaakt met een lamineringsmethode met walsen. Volgens de uitvinding (fig.

4A) wordt eerst een met koper gelamineerde plaat gemaakt, 20 door een isolerend substraat 21 van bijvoorbe'eld met fenol-hars of epoxyhars geïmpregneerd papier (dikte 1,6 tot 0,8 mm) aan één zijde te bekleden met een koperfoelie 22 van 15 tot 35 um dikte. De koperfoelie 22 wordt daarna onderworpen aan een selectief etsproces ter vorming van een eerste bedradings-25 patroon 23, zodat een starre bedradingsplaat 24 ontstaat.

Op deze bedradingsplaat 24 wordt door bedrukken (fig. 4B) een laag isolerende hars 25 van 10 tot 100 jam en bij voorkeur 20 tot 70 μια dikte aangebracht, zodanig dat een verbindingsdeel 23a van het eerste bedradingspatroon 23 vrijblijft. 30 De isolerende hars is bijvoorbeeld van het type dat door ultraviolette stralen wordt uitgehard, zoals een epoxyacry-laathars, spiroacetalhars, urethanacrylaathars of dergelijke. Als de isolerende laag 25 van dit type geen oplosmiddel bevat, kan hieruit een dikke laag zonder poriën worden ge-35 vormd. Wordt een epoxy-acrylaathars als isolerende hars 25 gebruikt, dan is het wel gewenst om het oppervlak van de harslaag een behandeling te geven teneinde de hechting daarvan aan de later op te brengen koperfoelie te verbeteren.

8120453 -5-

Voor deze oppervlaktebehandeling kunnen dienen: een zand-straalmethode waarbij een fijn poeder zoals ijzerpoeder van 325 mesh op het hele oppervlak wordt geblazen, een borstel-methode waarbij het geheel met schuurpapier wordt geborsteld, 5 een oppervlakteruwing door corona- of plasma-ontladingen, en verder een etsmethode met gebruik van methyleenchloride, trichlooretheen, cellosolve of dergelijke als etsmiddel.

In plaats van een door ultraviolet licht hardende hars kan voor de isolerende hars 25 ook een polybutadieenhars, een 10 epoxyhars, een epoxymelaminehars of dergelijke worden gebruikt, die als "verf" wordt opgebracht.

Volgens fig. 4C en 4D wordt op de plaat 24 met de isolerende harslaag 25 vervolgens een koperföelie 27 van circa 15 tot 35 /im dikte met aan de achterzijde een 15 laag kleefstof 26 gelegd, teneinde daarmee gelamineerd te worden en één geheel te vormen. Als kleefstof 26 kan een thermohardende hars, zoals een epoxy-acrylhars, een epoxy-nitrilehars of dergelijke, een thermoplastische hars (ver-wekingspunt 80 tot 200°C) zoals een polyamidehars, een 20 ethyleen-vinylacetaathars of dergelijke, of een door elek-tronenstralen uithardende hars zoals een epoxy-acrylaat of dergelijke worden gebruikt. Voor het lamineren van de koper-fóelie 27 op de plaat 24 kan ter verhoging van de produktivi-teit een met walsen uitgeruste lamineerinrichting 28 volgens 25 fig. 3 worden gebruikt. Deze inrichting 28 heeft een transportband 29 voor het achtereenvolgens toevoeren van delen van de meerlaagse bedradingsplaat, en een aantal langs de baan van deze transportband geplaatste walsenparen. Men ziet hier een paar walsen 30 van silicoonrubber die bijvoorbeeld 30 op 165°C worden verhit en een paar walsen 31 van metaal, waarvan het oppervlak met roestvrijstaal of chroom is bekleed en die eveneens op circa 165°C worden verhit. De inrichting 28 werkt zodanig dat als een starre bedradingsplaat 24 met een daarop gedrukte isolerende laag 25 door de 35 transportband 29 wordt aangevoerd en zich in een stand bevindt,de koperfoelie 27 met de kleefstof 26 aan één zijde daarvan op de plaat 24 wordt gelegd. Vervolgens gaan zij te zamen door de kneep tussen de walsen 30 van silicoonrubber 8120453 .-6- en ook door de kneep tussen de metalen walsen 31 heen, waardoor de koperfoelie 27 op de plaat 24 wordt gelamineerd en verder één geheel daarmee vormt. De plaat 24 in de stand X£ van fig. 3 komt overeen met fig. 4C, terwijl de plaat 24 5 in de stand X^ met fig. 4D overeenkomt. Dit betékent dat het bovenoppervlak van de koperfoelie 27 als gevolg van een aantal walsbewerkingen vlak wordt gemaakt.

Volgens fig. 4E wordt de koperfoelie 27 vervolgens selectief weggeetst ter verwijdering van het gedeelte 10 dat op het verbindingsdeel 23a van hét bedradingspatroon 23 van de onderliggende laag rust. Ook de kleefstof wordt op die plaats verwijderd zodat een opening 32 ontstaat die totaan het verbindingsdeel 23a reikt. Volgens fig. 4F wordt de koperfoelie 27 daarna selectief weggeetst ter vorming van 15 een tweede bedradingspatroon 33. Zoals fig. 5 laat zien is bij deze bewerking de (stapsgewijze) afstand tussen het eerste bedradingspatroon 23 en de koperfoelie 27 of het tweede bedradingspatroon 33 zo klein dat de beschermende inkt 13 bij het opdrukken daarvan tegelijkertijd ook in de 20 opening 32 terechtkomt. Daardoor zal het eerste bedtadings-patroon 23 nooit door het etsmiddel worden weggeetst.

Vervolgens wordt de beschermende inktlaag 13 verwijderd en wordt de opening 32 met een geleidend materiaal 34 gevuld teneinde de beide bedradingspatronen 23 en 33 met 25 elkaar te verbinden. Het resultaat is een plaat met meerlaagse bedrading zoals getekend in fig. 4G.

Het geleidende materiaal 34 in de opening 32 kan bestaan uit een galliumlegering, een soldeer, een zilver-pasta, een vlamspuitmetaal met laag ;smeltpunt, zoals CuZn of 30 Sn (aan te brengen met een plasmabrander of een vlamboog).

Verder kan ook een soldeer worden opgebracht en gladgestreken.

Wat betreft de galliumlegering, deze kan worden gevormd door een smélt van gallium te vermengen met een metaal dat met gallium beneden 30°C (kamertemperatuur) 35 een eutecticum vormt, en met een metaalpoeder (van een enkel metaal of legering) dat met het gallium legeert en het smeltpunt verhoogt. Het geleidende materiaal uit deze galliumlegering heeft bij de eerste werktemperatuur het uiterlijk 8120453 -7- van een pasta waarna het met verloop van tijd legeert en hardt. Voor het metaal dat een eutecticum met het gallium kan vormen, staat een combinatie van twee of meer metalen uit de groep van indium In, tin Sn, zink Zn, bismusth Di 5 en dergelijke ter beschikking, waarbij indium en tin de voorkeur genieten. Voor het met het gallium te legerèn metaalpoeder staan enkelvoudige metalen zoals nikkel Ni, cobalt Co, goud Au, koper Cu, maar ook legeringen daarvan zoals een Ni-Cu-legering, en verder cobaltlegeringen zoals 10 een Co-Sn-legering, koperlegeringen zoals een Cu-Sn-legering (met meer dan 40 gew.% Cu), een Cu-Sn-legering (met meer dan 60 gew.% Cu), een Cu-Be-legering (met meer dan 98 gew.% Cu) en dergelijke ter beschikking. Bij dit metaalpoeder is het gewenst dat het poederoppervlak moeilijk geoxideerd 15 wordt; daarom genieten Sn, Zn, Be en dergelijke vooral in een bovenbeschreven koperlegering de voorkeur met het oog op het vermijden van de oxidatie van koper. De deeltjesgrootte van deze metaalpoeders ligt meestal tussen 0,5 jam en 500 jam, en bij voorkeur tussen 1,0 jam en 100 jam. Gebruikt 20 men een galliumlegering, dan wordt het probleem van zilver-migratie, zoals optreedt bij een zilververf, vermeden en wordt de geleidbaarheid gelijk aan die van èlektrolytisch opgebracht koper, zodat een schakeling van goede kwaliteit en hoge dichtheid mogelijk wordt. Bij het maken van de plaat 25 met meerlaagse bedrading volgens de hierboven beschreven lamineringsmethode zijn twee uitvoeringsvormen mogelijk. Bij de ene uitvoeringsvorm is de koperfoelie 27 reeds vooraf van de verbindingsopening 32 voorzien, terwijl bij de andere uitvoeringsvorm (vrijwel gelijk aan die van fig. 4) de 30 opening 32 pas wordt aangebracht nadat de koperfoelie 27 op het substraat 24 is gelamineerd. Fig. 6 laat het eerstgenoemde geval en fig. 7 het laatstgenoemde geval zien.

In de uitvoeringsvorm van fig. 6A tot 6E wordt eerst het eerste bedradingspatroon 23 gevormd, waarna 35 op het gehele oppervlak, behalve het verbindingsdeel 23a, de laag van isolerende hars 25 wordt opgedrukt. Vervolgens wordt de koperfoelie 27 opgebracht, waarin de opening 32 reeds is aangebracht, waarna deze koperfoelie door walsen 8120453 O'A'jWi.'".

-8- niet de plaat wordt gelamineerd. Vervolgens wordt de koper-foelie 27 geetst ter vorming van het tweede bedradings-patroon 33 en daarna wordt de opening 32 met geleidend materiaal/ bijvoorbeeld de galliumlegering 34, gevuld teneinde 5 de beide patronen 23 en 33 met elkaar te verbinden. Bovendien wordt den doorboring 36 aangebracht, waar de aansluitdraad van de elektrische component 10 kan worden bevestigd.

In de uitvoeringsvorm van fig. 7A tot 7E wordt eerst het eerste bedradingspatroon 23 gevormd, waarna 10 op het gehele oppervlak, met uitzondering van het verbindingsdeel 23a, de laag 25 van isolerende hars wordt opgedrukt. Vervolgens wordt de koperfoelie 27 op de plaat gelegd en door walsen met de plaat gelamineerd. Daarna worden'de opening 32 en het tweede bedradingspatroon 33 door etsen 15 gevormd. Ook is het mogelijk dat eerst de opening 32 door boren wordt aangebracht, waarna het tweede bedradingspatroon 33 op dezelfde wijze als in fig. 6 wordt gevormd. Als op de opening nog een kleefstoflaag ligt wordt deze kleefstof vervolgens door organisch oplosmiddel verwijderd. Daarna 20 wordt de opening 32 met bijvoorbeeld de galliumlegering 34 gevuld en wordt de doorboring 36 voor de elektrische component 10 aangebracht. Hier kan tegelijk met het vast solderen van de aansluitdraad van het elektrische onderdeel 10 in het verbindingsdeel 37 ook de verbinding tussen de beide 25 bedradingspatronen 23, 33 worden bewerkstelligd (zie fig. 8). In het geval dat geen montage van een elektrische component 10 in de bedoeling ligt, zoals in fig. 9B, kan de elektrische verbinding door het geleidende materiaal 34 toch sterk worden verbeterd door het maken van een doorboring 38 door het 30 substraat 24 op de plaats van het verbindingsdeel. Daarom kan het verbindingsdeel tussen de beide bedradingspatronen 23,33 de vorm hebben die in figT 9 A of 9B is weergegeven.

Fig. 10 laat een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding zien, waarin de bedradingsplaat geschikt is 35 voor het verwerken van hoogfrequent signalen. In deze uitvoeringsvorm is op de isolerende harslaag 25 een metaallaag 40 (afschermingslaag) uit geleidend materiaal aangebracht, waarna op de laag 40 een isolerende harslaag 25 is gedrukt 8120453 ' * -9- en later daarop een tweede bedradingspatroon 33 uit koper-foelie is gevormd. Het aanbrengen van de metaallaag 40 kan bijvoorbeeld geschieden door vlamspuiten van een zilver-pasta of een koperpasta of door een laag aluminium, nikkel, 5 koper of dergelijke in vacuum af te zetten. De bedradings-patronen 23,33 worden door deze metaallaag 40 afgeschermd, hetgeen bijzonder geschikt is voor een bedradingsplaat die hoogfrequentsignalen moet verwerken.

Volgens de uitvinding (zie bijvoorbeeld fig.

10 ïi) kan ook een meerlaagse bedradingsstructuur worden gevormd, waarin een zogenaamd eerste bedradingssubstraat 21 aan beide zijden van een bedradingspatroon 23 wordt voorzien en vervolgens op beide zijden met een isolerende harslaag 25 wordt bedrukt, waarna daarop koperfoelies worden aangebracht 15 ter vorming van de tweede bedradingspatronen 33.

Volgens de uitvinding is het ook mogelijk (zie bijvoorbeeld fig. 13) om een meerlaagse bedradingsstructuur te maken waarin diverse lagen zijn gelamineerd op een plaat met doorboringen. Zoals de fig. laat zien, wordt 20 het isolerende substraat 21, zoals met fenolhars of epoxyhars geïmpregneerd papier, met epoxyhars geïmpregneerd glasweefsel en dergelijke (met een dikte van 1,6 tot 0,8 mm) op soortgelijke wijze als in het bovenstaande voorbeeld aan beide zijden van een eerste bedradingspatroon 23Ά, 23B 25 voorzien, elk bestaande uit een koperfoelie van 15 pm tot 35 jam dikte. Daarna worden beide bedradingspatronen 23A, 23B met elkaar verbonden door een geleidende plateringslaag 51 die in de doorboring 50 is aangebracht. Zo ontstaat een dubbelzijdig substraat 52, waarop (met uitzondering van het 30 verbindingsdeel) de isolerende harslaag 25 uit verf zoals polybutadieenhars, epoxyhars, epoxy-melaminehars en dergelijke wordt opgedrukt. Daarna wordt een koperfoelie, die aan de achterzijde met een kleefstof 26 is bedekt, op de plaat bevestigd en wordt deze koperfoelie geetst ter vorming van 35 het tweede bedradingspatroon 33. In de opening wordt een geleidend materiaal 34 aangebracht ter verbinding van de beide bedradingspatronen 23A en 33. Verder worden de bovenstaande handelingen herhaald ter vorming van een derde en 812045? * * -10- vierde bedradingspatroon 53,54, zodat een meerlaagse structuur ontstaat. Bij de zo gevormde plaat met meerlaagse bedrading ontstaan geen complicaties bij het lamineren omdat het geheel uit dunne gelamineerde lagen bestaat, en daardoor 5 kan een dergelijke plaat met hoge betrouwbaarheid, met grote dichtheid en tegen lage kostprijs worden gemaakt zonder dat verschijnselen zoals uitsmering en dergelijke optreedt. Wordt een galliumlegering als geleidend materiaal gebruikt, dan kunnen nadelen zoals het verschijnsel van elektrische 10 migratie van zilver, slechte hoogfrequent eigenschappen, een uitzonderlijk grote elektrische weerstand en dergelijke worden ondervangen. De meerlaagse bedradingsplaat van de zo verkregen constructie kan zodanig worden gebruikt dat de plaat met bedradingspatronen aan weerszijden wordt ge-15 bruikt voor hoogfrequent schakelingen en dat de gelamineerde bedradingsplaat voor signaallijnen worden gebruikt. Wat betreft de starre bedradingsplaat, kan de elektrische verbinding van de bedradingspatronen aan weerszijden van het substraat geschieden door middel van doorboringen voorzien 20 van een geplatteerde metaallaag en van zilververf, galliumlegering en dergelijke.

Indien de isolerende harslaag 25 in het bovenstaande uit zichzelf klevende eigenschappen heeft, kan de kleefstof 26 aan de achterzijde van de koperfoelie 27 worden 25 weggelaten.

8120453

Claims (1)

1. -11- Meerlaagse bedradingsplaat, bestaande uit een isolerende substraat met aan één zijde een eerste bedradingspatroon, op dit eerste patroon (met uitzondering van een verbindingsdeel) een isolerende harslaag, op de isolerende 5 harslaag een geleidende foelie ter vorming van een tweede bedradingspatroon, en ter plaatse van het verbindingsdeel een door de geleidende foelie geboorde opening die het eerste bedradingspatroon ter plaatse van het verbindingsdeel vrij-legt, met het kenmerk, dat het eerste en het tweede bedra-10 dingspatroon met elkaar zijn verbonden door middel van een geleidend materiaal dat in de genoemde opening is aangebracht. 8120453