NO821424L - Montasjearrangement samt fremgangsmaate og utstyr for fremstilling av samme. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår mellomliggende forbindelses-lag for overflatemontering av kretselementer i form av uinnkapslede (bare) integrerte kretsbrikker (chips) for automatisk trådmontering, i form av brikker festet til strimmel eller bånd for automatisk båndmontering, og for innkapslede brikker på ikke ledende bærere av keramikk eller plast, idet alle de ovennevnte typer heretter benevnes som komponenter.

Det er tidligere kjent at man kan oppnå øket systemeffektivi-tet i elektroniske systemer, noe som indikeres av reduserte størrelser på kretsene og reduserte forsinkelsestider, ved å benytte en øket integrering på brikkenivå. Det er også kjent at økningen i integreringsnivået henger sammen med økningen i kravene som stilles til utgangssignalene fra signalstiftene. Den domine-rende form for brikkemontasje er i øyeblikket "to komponenter på linje" konfigurasjonen, hvor signalstiftene som representerer utgangene er formet slik at de kan innsettes i komponentenes montasjehull i de velkjente gjennompletterte hull i kretskortene. Denne konfigurasjonen medfører alvorlige begrensninger på system-ef f ektiviteten både på grunn av de store inngrep det fører til i det tilgjengelige arealet som foreligger for gjensidige forbindelser på substratet og p.g.a. den elektriske ydelsen til kretsen. Utviklingen av storskalaintegrerte kretser (LSI) og ekstra storskalaintegrerte kretser (VLSI), samt integrerte kretser med svært høy hastighet (VHSIC) krever i sin tur et økende antall signalstiftutganger og fordrer således en utvikling henimot stadig mer avanserte teknikker når det gjelder brikkemonteringen og festet til overflaten på det innbyrdes forbindende substrat.

Keramiske substrater for ett-lags og fler-lags tykkfilm-hybrid-forbindelser for gjensidig forbindelse mellom komponenter i form av nakne brikker og for overflatemontering av keramiske, ikke ledende brikkebærere, er allerede i bruk på grunn av den tilsynelatende fordel med tilpasning av termisk utvidelseskoeffi-sient mellom silikon og aluminiumoksyd (som vil bli mer detaljert beskrevet nedenfor). Keramiske substrater har imidlertid en del ulemper slik som en høy dielektrisitetskonstant, et begrenset areal for interne forbindelser, en begrenset lederbredde og avstand mellom ledere (forårsaket av den nøyaktighet som er oppnåelig med silketrykk-teknikk (screen printing)), samt høye kostnader for enkelte av materialene som benyttes, f.eks. gullet i de ledende blekktyper som benyttes.

Betraktes påkjenningene ved grenseflaten mellom komponentene og substratet på grunn av ulike termiske nivåer, så skyldes denne en kraft F uttrykt ved følgende ligning:

hvor A er tverrsnittarealet til forbindelsene,

ac er varmetuvidelseskoeffisienten til komponenten, a s er varmeutvidelseskoeffisienten til substratet, AT er temperaturforskjellen,

Es er elastisitetsmodulen til substratet,

Ec elastisitetsmodulen til komponenten, og

Disse uttrykkene gjenfinnes også i andre ligninger for på-kjenninger av mekanisk natur eller andre belastningsbetingelser. Derfor gjelder følgende forhold:

For en endelig temperaturdifferanse mellom komponentene og substratet og for et endelig areal vil kreftene som foreligger ved forbindelsen være svært små dersom én eller begge nedenstående betingelser er tilfredsstilt.

Betingelsen (1) kan tilfredsstilles ved å benytte materialer som er tilpasset slik at de har omtrent samme termiske utvidelses-koeffisient, noe som er tilfelle med keramiske substrater opp-bygget som tykke filmer, som nevnt ovenfor.

Betingelsen (2) kan tilfredsstilles ved å benytte et substrat med en meget lav elastisitetsmodul.

En annen kilde for stresspåkjenninger mellom direkte monterte komponenter og den trykte kretsen som komponenten er montert på, er bøyninger eller vridninger i det trykte kretssub-stratet på grunn av ytre belastninger. Dette er særlig relevant der hvor substratet er fremstilt av materialer som f.eks. papir-baserte laminater innsatt med epoxy-harpikser. Én metode for å eliminere disse ulemper som skriver seg fra den direkte montasje av ikke-ledende komponenter på fleksible trykte kretsplater, er beskrevet i britisk patent nr. 1.565.748, som anviser en spesiell form og reduksjon av arealet i kontaktflatene hvor komponentene er fastloddet.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt

en fremgangsmåte for overflatemontering av komponenter hvor det mellom en basisplate av et stivt substrat og et overflatelag som omfatter et ledende mønster, til hvilket overflatelag komponenter blir festet ved hjelp av elektriske forbindelser mellom komponentene og mønsteret, tilveiebringes et mellomliggende lag av et fleksibelt, isolerende materiale.

Oppfinnelsen angår også en komponentmontasje som omfatter minst én stiv grunnplate som bærer minst ett fleksibelt isolerende belegg på minst én av sine sideflater, hvilket fleksibelt belegg på den side som vender bort fra den stive grunnplaten er forsynt med et mønster av elektriske ledere, samt én eller flere komponenter anbragt på denne fjerntliggende overflate, idet komponentene er festet til ledermønsteret ved elektriske forbindelser mellom komponentene og ledningsmønsteret.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse vises til nedenstående detaljerte beskrivelse av utførelses-eksempler, samt til de ledsagende tegninger, hvor:

- Fig. 1 viser en fremgangsmåte for montasje av en komponent på

et fleksibelt underlag,

- Fig. 2 viser en alternativ konstruksjon for et fleksibelt underlag, og - Fig. 3 viser en konstruksjon for et dobbeltsidig fleksibelt underlag.

I fremgangsmåten som er vist i fig. 1 har grunnplaten 1, som består av et egnet stivt materiale (enten isolerende eller ledende), avleiret på sin overflate et tynt belegg 2 av en isolerende elastomer med en lav elastisitetsmodul. Den stive grunnplaten 1 kan være av metall, f.eks. kobber eller aluminium, for å gi god termisk ledningsevne, eller kan bestå av en isolator som f.eks. keramikk, glassforsterket plast, epoxy, polyamid eller polytetrafluoretylen (PTFE). Det kan foretas en konvensjonell overflate-behandling på grunnplaten for å bedre adhesjonen mellom denne og det elastomere belegget. Det elastomere belegget 2 blir påført ved dypping, påsprøyting, laminering, overtrekking eller på en annen måte, idet det påføres som et belegg på overflaten til grunnplaten. Det elastomere belegget 2 består fortrinnsvis av en ikke-herdet termoherdende polymer som, når den deretter blir herdet, får egnede egenskaper for mottagelse av det deretter deponerte mønster av metalledere. Polymerer med kjente elektriske egenskaper og egnet for denne bruk omfatter bl.a. epoxy-harpikser, polyamider, akrylonitriske butadiener osv. Den på-førte polymer blir deretter oppvarmet, f.eks. til 160 - 250°C slik at den herdes, og temperaturen kan opprettholdes i 1 til 3 timer, avhengig av hvilken polymertype som benyttes. Overflaten til den herdede polymer blir deretter bearbeidet på en konvensjonell måte før den påfølgende ikke-elektriske påføring av metallbelegg, f.eks. kopper. Et mønster av metalledere 3 blir deretter på en ikke-elektrisk måte avsatt på den forut preparerte overflate, og mønsteret omfatter ledere som avsluttes i større ledende områder eller øyer 3a, hvor elektriske forbindelser kan opprettes med en dertil montert komponent. Det metalliske ledermønster blir deretter påført ytterligere ledende belegg ved elektrolyse, hvorved det endelige ledermønster dannes. Komponenten 4, som er utstyrt med egnede metalliske kontaktområder, anbringes deretter i posisjon på mønsteret av ledere, og mellomliggende forbindelser 5 dannes v.hj.a. lodding. På grunn av fleksibiliteten til det elastomere belegg vil ikke strekkpåkjenninger som skyldes mistilpasning mellom den termiske utvidelse til belegget og grunnplaten overføres til loddeforbindelsene. Det er klart at den stive grunnplaten kan forberedes for montasje av komponenter på begge sider av grunnplaten.

Når flere kompliserte innbyrdes forbindelser er nødvendig, f.eks. mellom flere komponenter montert på et felles substrat eller grunnplate, kan det bli nødvendig å tilveiebringe to eller flere innbyrdes forbindende belegg på samme side av substratet. Et slikt arrangement er vist i fig. 2. Grunnplaten eller sub- stråtet 1 er her først belagt med et første tynt elastomert belegg 2, på hvilket et første mønster av ledere 3 er tildannet som tidligere omtalt. "Vertikale" innbyrdes forbindelser eller veier (søyler) 6 blir deretter dannet v.hj.a. velkjent såkalt søylebeleggingsteknikk (pilar plating). Et annet elastomert belegg 7 avleires deretter og lar toppen av søylene eller veiene 6 være blottlagt. En ytterligere avsetting av metall utføres deretter for å tilveiebringe et andre ledende mønster 8 som er isolert fra det første mønsteret. Samtidig kan det dannes ekstra ledermønstre 3b som er utvidelser av det opprinnelige leder-mønsteret 3 og elektrisk forbundet med dette over veiene eller søylene 6. Kontaktarealer 9 dannes deretter, og endelig påføres et tynt elastomert belegg 10, som dekker det hele bortsett fra kontaktarealene 9, som er blottlagt for montasje av komponentene på den måte som tidligere er omtalt.

Hvis to gjensidig forbindende belegg kreves på begge sider av grunnplaten, kan en konstruksjon som vist i fig. 3 benyttes. Dersom den stive grunnplaten 1 er fremstilt av et ledende materiale, f.eks. kobber eller aluminium, blir først "søyle"-hull 11 stanset ut eller boret ut i grunnplaten, og et første tynt elastomert belegg 2 påføres slik at innsiden av hullene 11 og også de flate områder rundt hullene på siden av platen blir dekket. Ledningsmønstrene 3 dannes deretter slik at deler av mønsteret 3c utgjør gjennompletterte hull som representerer "vertikale" ledningsveier eller søyler som omtalt ovenfor. Kontaktarealene 9 tilveiebringes på samme måte som tidligere nevnt, og substratet fullstendiggjøres ved påføring av et endelig elastomert belegg 12. For stive grunnplater fremstilt av et isolerende materiale kan det første lag med elastomer påføres og herdes før "søyle"-hullene dannes og før den påfølgende avleiring av det metalliske mønster. Når to eller flere lag kreves, kan de ekstra nødvendige lag påføres på én eller begge sider av grunnplaten under bruk av de fremgangsmåtetrinn som er beskrevet i forbindelse med fig. 2.

Som et alternativ til ikke-elektrisk avleiring av metalliske ledere er det mulig å tildanne mønsteret av ledende polymerer som kan være egnet som lederveier i seg selv uten ytterligere me-tallisering eller som deretter kan pålegges et tykkere metallbelegg ad elektrolyttisk vei. Når påføring av ledermønster på ikke-elektrisk måte skal benyttes, kan det velges mellom flere metoder for å frembringe ledermønsteret. Det elastomere belegget kan behandles- selektivt for å akseptere den ikke-elektriske avleiring, og deretter kan ytterligere metallbelegg påføres ved elektrolyse ved en ekstra tilleggsprosess. Alternativt kan hele den elastomere overflate behandles og belegges på en ikke-elektrisk måte, hvorpå et fotoresistent belegg<p>åføres, eksponeres selektivt og behandles slik at det elektriske belegg fjernes, hvoretter det ikke-eksponerte fotoresistente belegg sammen med det underliggende og uønskede metallbelegg som er påført på en ikke-elektrisk måte, fjernes. Videre er det mulig å inkorporere en metallsaltdetektor, f.eks. kobbersaltdetektor, i elastomeren, og denne kan, når den selektivt eksponeres med ultrafiolett stråling, bli omdannet så den utgjør en reseptor for ikke-elektrisk avleiring.

Det skal bemerkes at tykkelsen til det elastomere belegg avhenger av kravene som stilles til det endelige produkt. Jo tykkere belegget er, jo større vil stresspåkjenningene være mellom komponenten og den stive grunnplaten. Omvendt gjelder at jo tynnere belegget er desto bedre vil varmeutstrålingen fra kom<p>onentene være via substratet, særlig dersom substratet har en stiv metallkjerne.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for overflatemontering av komponenter, karakterisert ved at det mellom en basisplate (1) av et stivt substrat og et overflatelag (3) som omfatter et ledende mønster, til hvilket overflatelag komponenter (4) blir festet ved hjelp av elektriske forbindelser mellom komponentene og mønsteret, tilveiebringes et mellomliggende lag (2) av et fleksibelt, isolerende materiale.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at ekstra lag (7> av et fleksibelt, isolerende materiale og leder-mønstre (8) er tilveiebragt mellom overflatelaget (3) og det mellomliggende lag (2), og at de ekstra ledermønstre (8) er elektrisk forbundet med overflatelaget (3) v.hj.a. vertikale innbyrdes forbindelser eller søyler (6). tildannet gjennom de mellomliggende lagene (7)_ av fleksibelt'materiale.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de(t) fleksible lag (2, 7) er fremstilt av et varmeherdende, elastomert materiale.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at ledermønstrene opprinnelig dannes uten anvendelse av elektrisitet, v.hj.a. et avleiret (deposited) metall og deretter eléktropletteres.

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at den stive basisplaten består av metall.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at den stive basisplaten består av et isolerende materiale.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at basisplaten er fremstilt av aluminiumoksyd-keramikk, glassforsterket epoxy, polymid eller PTFE (polytetrafluoretylen).

8. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den stive basisplaten på begge sider er dekket med et fleksibelt materiale og har (et) lednings-mønster(re) på begge sider.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at ledningsmønstrene på begge sider er gjensidig forbundet med hverandre av gjennompletterte hull i den stive basisplaten.

10. Komponentsammenstilling (montasje) fremstilt i henhold til fremgangsmåten ifølge ett av de ovenstående krav og omfattende en stiv basisplate, karakterisert ved at den på minst én av sine sideflater er forsynt med minst ett fleksibelt isolerende lag som på den side som vender bort fra den stive substratplaten er forsynt med et mønster av metalliske ledere, samt én eller flere komponenter lokalisert på den bortvendende sideflate, idet komponentene er festet til ledermønsteret ved gjensidige, elektriske forbindelser mellom komponenten(e) og ledermønsteret.

11. Komponentsammenstilling ifølge krav 10, karakterisert ved at den på hver sideflate har et fleksibelt lag anbragt på den siden som vender bort fra den stive substratplaten med et mønster av metalliske ledere til hvilket det er festet elektriske komponenter ved hjelp av gjensidige elektriske forbindelser mellom komponentene og ledermønsteret, idet sammen-stillingen omfatter ett eller flere hull gjennom den stive substratplaten, hvilke hull rommer de metalliske forbindelser mellom de metalliske ledermønstre på de to sider av substratet.

12. Komponentsammenstilling ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at det på minst én av sideflatene er tilforordnet ett eller flere tilleggslag av fleksibelt materiale, samt metalliske, ledende mønstre mellom overflatelaget og det førstnevnte fleksible lag, idet de(t) ekstra tilleggslag er koblet til overflatens leder-lag ved hjelp av "vertikale" innbyrdes forbindelsesveier eller søyler (6) som er tildannet gjennom de(t) mellomliggende lag av fleksibelt materiale.

13. Et trykt krets-kort omfattende en stiv grunnplate som på én side bærer et ledende mønster, karakterisert ved at det mellom grunnplaten og det ledende mønster befinner seg minst ett mellomliggende, fleksibelt og isolerende lag, at det ledende mønster er utformet med tanke på at det skal kunne motta overflatemonterte komponenter som er direkte tilkoblet mønsteret, idet det mellomliggende sjikt er utformet slik at det vil absor-bere ulik termisk utvidelse som måtte oppstå mellom monterte komponenter og grunnplaten.