SE470277B - Förfarande vid mönsterkortstillverkning samt användning därvid - Google Patents

Description

470 277 tjocklek av 3§¿¿m, men även tjockare och tunnare folie förekommer. Ett annat vanligt förfarande är fastlimning av kopparfolie på en plastfilm under användande av värme och tryck.

Genom elektronikens snabba utveckling ökar behovet av tryckta kretsar med god dimensionsnoggrannhet i synnerhet vid liten ledarbredd och litet avstånd mellan ledarna. Redan nu erfordras i många fall tryckta kretsar med en bredd på ledarna av 0,1-0,2 mm ett ledaravstånd av samma storleksordning. Ännu mindre dimensioner kommer att behövas i framtiden. Denna utveckling har fört fram krav på laminat med tunnare kopparskikt. På senare år har laminat med 6-l%¿¿m tjock kopparfolie börjat användas i ökad utsträckning. Genom att använda tunnare kopparfolie får man fördelar bl a i form av minskad s k "underetsning". Med underetsning avses den bortetsning av koppar under etsmaskeringen som förorsakas av att etsvätskan vid bortlösningen av de icke skyddade delarna av kopparskiktet samtidigt äter sig in under maskeringen.

Underetsning är ett svårt problem som förorsakar bristande dimensionsnoggrannhet särskilt vid små ledarbredder.

Underetsningens betydelse vid olika tjocklek på kopparskiktet skall förklaras närmare i det följande. Genom riktig teknik är det möjligt att uppnå stor precision vid påförandet av själva etsmaskeringen.

På grund av underetsning uppstår emellertid svårigheter att bibehålla den goda dimensionsnoggrannheten i t ex ledarbredder och ledaravstånd som tekniken med etsmarkering i och för sig möjliggör. 470 277 Det är inte endast vid små ledarbredder och små ledaravstånd, som tunnare kopparskikt är fördelaktigt. Även vid större ledarbredd och ledaravstånd ger tunnare kopparskikt bättre dimensionsnoggrannhet, vilket är en fördel, t ex i de fall man måste ta hänsyn till elektrisk påverkan mellan ledarna vid uppbyggnaden av den elektronisk konstruktionen. Dessa krav väntas öka i framtiden bl a för elektroniska system som arbetar vid höga frekvenser.

Ytterligare fördelar med tunnare kopparskikt är att tiden för etsning avsevärt nedbringas och mängden förbrukad etslösning inte blir så stor. Dessutom blir åtgângen av koppar mindre med tunnare kopparskikt. Av de sistnämnda orsakerna kan tunt kopparskikt visa sig fördelaktigt även vid mindre höga krav på dimensionsnoggrannhet.

Om man önskar större tjocklek på kopparn i ledarna kan man öka tjockleken genom att kemiskt eller elektrolytiskt utfälla koppar enligt känd teknik. Härvid återgår endast koppar för den del av den färdiga tryckta kretsens yta som är täckt av metall, vilket i regel är en mindre del av kretsens totala yta. Ökningen av kopparns tjocklek i ledarna kan med lämplig teknik ske med god dimensionsnoggrannhet och kan vid isolerande bärare, som på båda sidorna är försett med ledningsmönster av koppar, lämpligen ske i samband med s k genomhålsplätering, som är en för tryckta kretsar ofta använd teknik, vilken ger elektriska förbindningar mellan de tryckta kretsarna på bärarens båda sidor samt ger hål för montage av elektriska komponenter. Härigenom erfordras inget extra processteg för genomhålspläteringen. Man vinner även fördelen att ledarnas huvuddel och genomhålspläteringen kommer att utgöras av homogen och samtidigt utfälld metall, vilket är fördelaktigt ur tillförlitlighetssynpunkt. 478 277 Förutom ovan beskrivna relativt enkla mönsterkort med ledningsmönster på den ena respektive båda sidorna så finns det mer komplicerade mönsterkort, s k flerlagermönsterkort på marknaden. Dessa flerlagermönsterkort är uppbyggda genom laminering av ett flertal s k ínnerlager, vart och ett bestående av en isolerande bärare av tunt laminat av härdplastimpregnerat armeringsmaterial med ett skikt av metall eller metallegering företrädesvis på båda sidorna, i vilka skikt ledningsmönster utformats, samt s k prepregark av armeringsmaterial impregnerade med härdplast, varvid plasten inte är helt sluthärdad, vilka prepregark är placerade mellan innerlagren.

Flerlagermönsterkort används i avancerade elektroniksamman- hang och är ofta uppbyggda av två eller flera innerlager av ovanstående slag med mellanliggande prepregark. Dessutom är ett ytterlager bestående av ett laminat av ovanstående typ med ett tunt skikt av metall eller metallegering på ena sidan placerat på var sida om stapeln med innerlager. Metallskiktet är riktat utåt. I vissa fall utgörs ytterlagren av en tunn folie av metall eller metallegering i stället för nämnda laminat. Prepregark är placerade också mellan det yttersta av innerlagren och ytterlagren.

Ett förfarande för framställning av mönsterkogt med tunna kopparskikt beskrivs i det svenska patentet[71l0929-Q. Där används en hjälpbärare av exempelvis aluminium på vilken ett tunt obrutet kopparskikt elektropläteras. Kopparskiktet på hjälpbäraren riktas mot en isolerande bärare och lamineras mot denna under värme och tryck. Efter lamineringssteget avlägsnas hjälpbäraren exempelvis genom etsning eller mekanisk avdragning. Vid detta förfarande liksom vid de övriga ovan beskrivna lamineringsförfarandena pressas många kopparbelagda laminat respektive flerlagerkort samtidigt i pressen. Mellan dessa olika s k presspaket placeras vx 470 277 pressplåtar för att de framställda laminaten ska få erforderlig kvalitet avseende bl a ytjämnhet och renhet.

Dessa plåtar är oftast tillverkade av stål och har en tjocklek av minst 1,5 mm. Före varje pressníng måste pressplåtarna noggrant poleras och rengöras för att antalet kassationer av de framställda produkterna ska kunna hållas nere. Hanteringen av pressplåtarna är kostsam och besvärlig men den har under årtionden betraktats som nödvändig.

Genom föreliggande uppfinning har man lyckats undvika ovanstående besvärliga och kostnadskrävande användning av konventionella pressplåtar. Uppfinningen avser således ett förfarande för framställning av ett med koppar eller kopparlegering belagt, elektriskt isolerande underlag för mönstertillverkning, varvid en folie av aluminium- eller aluminiumlegering genom elektroplätering försedd med ett 1-3%/am, företrädesvis 1-lå/dm tjockt omönstrat skikt av koppar eller kopparlegering på ena eller företrädesvis båda sidorna lamineras under värme och tryck med kopparytan mot ett elektriskt isolerande, plastinnehållande underlag, varvid kopparskikten är elektropläterade på aluminiumfolien på ett sådant sätt att dessa efter lamineringssteget får en stark vidhäftning till det isolerande underlaget, men en mycket svag vidhäftning mot aluminiumfolien, vilken lätt kan separeras från kopparskikten utan att dessa går sönder.

Uppfinningen kännetecknas av att aluminiumfolien under lamineringssteget fungerar som pressplåt varvid konventionella pressplåtar kan undvaras.

Eftersom man enligt uppfinningen hela tiden använder en ny aluminiumfolie av engångstyp på vilken skikt av koppar elektropläterats, så undviker man alla rengöringsproblem som enligt ovan föreligger vid konventionella stålfolier. Genom att aluminium leder värme bättre än stål så får man en 470 277 enhetligare och bättre kvalitet hos de framställda kopparlaminaten bl a beroende på att härdningsgraden hos härdplasten blir mer likformig.

Folíen av aluminium eller aluminiumlegering har lämpligen en tjocklek av 50-609¿¿m, företrädesvis 100-40B¿¿m och allra helst 150-400 pm. Som ovan nämnts har vanliga pressplåtar i stål normalt en tjocklek av minst 1,5 mm. Kapaciteten i pressen ökar därför också enligt uppfinningen genom att mindre utrymme upptas av pressplåtar. Dessutom kan presscykeltiden reduceras avsevärt p g a bättre värmeledningsförmåga hos aluminium än stål.

Det plastinnehållande, isolerande underlaget kan utgöras av många olika material bl a glasfíberväv impregnerad med epoxiharts eller polyimid eller av papper impregnerat med fenolformaldehydharts.

För att åstadkomma den enligt uppfinningen nödvändiga låga vidhäftningen mellan aluminiumfolien och kopparskikten efter lamineringsstegen, så kan man använda flera olika metoder.

Man kan bl a förse aluminiumfolien med ett vidhäftningsreducerande skikt bestående av oxid såsom aluminiumoxid. Ett sådant förfarande beskrivs i det svenska patentet(Ü4ÉÉÉ¿?f§.

Ett annat sätt att åstadkomma en låg vidhäftning beskrivs i det amerikanska patentet 3969199. Därvid behandlas aluminiumfolien med en alkalisk vattenlösning innehållande alkalimetallzinkat och ett vattenlösligt salt av järn, kobolt eller nickel samt en komplexbildare. Folien behandlas sedan med en syra för att ta bort den påförda beläggningen varefter koppar elektropläteras på aluminiumfolien. 470 277 Ytterligare ett sätt att nå en låg vidhäftning är att behandla aluminiumfolien strömlöst i en vattenlösning innehållande kopparpyrofosfat vid en temperatur av 30-95°C, företrädesvis 50-75°C varpå elektroplätering av koppar följer, exempelvis i samma bad, vid samma temperatur samt en strömtäthet av s-s A/dmz. Även i det amerikanska patentet RE 29820, exempel l beskrivs ett sätt att nå nämnda låga vidhäftning.

Oberoende av vilken metod som använts enligt ovan för att nå den låga vidhäftningen, så kan den efterföljande elektropläteringen av koppar ske i ett eller flera steg vid samma eller olika strömstyrka. De olika kopparpläteringsbaden kan ha flera olika sammansättningar. Elektropläteringen utförs lämpligen så att ett ytförstorande dendritliknande ytskikt erhålles, vilket ger en god vidhäftning till det isolerande underlaget efter lamineringssteget. Det ytförstorande skiktet är sedan i sin tur normalt försett med ett barriärskikt. Detta kan exempelvis påföras genom elektroplätering eller på kemisk väg. Barriärskiktet kan bl a bestå av zink och är avsett att passivera kopparytan.

Förfarandet enligt uppfinningen är speciellt lämpligt vid framställning av s k flerlagermönsterkort. Därvid placeras en folie av aluminium eller aluminiumlegering, på båda sidorna elektropläterad med ett skikt av koppar eller kopparlegering mellan samt även utanpå presspaket bestående av flera innerlager av plastlaminat försedda med ledningsmönster i koppar eller kopparlegering pâ båda sidorna samt s k prepregark placerade mellan innerlagren och mellan utsidan av det yttersta innerlagret i varje paket och den ' 470 277 8 kopparpläterade aluminiumfolien. Dessa prepregark utgörs företrädesvis av flasfiberväv impregnerad med epoxiharts i e dyl som partiellt härdats. En stapel av ett antal sådana presspaket pressas under värme och tryck utan sedvanliga 14' pressplåtar. Efter pressningen separeras presspaketen längs folierna av aluminium eller aluminiumlegering. Den frilagda kopparytan på de båda yttersidorna av de erhållna flerlagermönsterkorten kan sedan förses med ledningsmönster på vanligt sätt.

Den använda aluminiumfolien återsänds till folietillverkaren som utnyttjar den vid framställning av ny folie. Förfarandet enligt uppfinningen blir därför fördelaktigt öven ur miljö- och ekonomísynpunkt.

Uppfinningen innefattar också en användning av en folie av aluminium eller aluminiumlegering med en tjocklek av 50-600 /Mm, företrädesvis 100-409¿øm och allra helst 150-40gß~m, genom elektroplätering försedd med ett l-3§/om, företrädesvis 1-läøøm tjockt skikt av koppar eller kopparlegering på ena eller företrädesvis båda sidorna, som kombinerad pressplåt och bärare för kopparskikten vid pressning av kopparbelagda laminat för mönsterkortstillverkning, varvid kopparskikten är elektropläterade på aluminiumfolien på ett sådant sätt att dessa efter pressningen får en så svag vidhäftning mot aluminiumfolien att denna lätt kan spaltas från kopparskikten.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utförings~ formerna, då dessa kan modifieras på olika sätt inom uppfinningens ram.

Claims (11)

4: ~.:| c: |\") \~l »n Patentkrav

1. Förfarande för framställning av ett med koppar eller kopparlegering belagt, elektriskt isolerande underlag för mönsterkortstillverkning, varvid en folie av aluminium- eller aluminiumlegering genom elektroplätering försedd med ett 1-3ä¿»m, företrädesvis 1-lä/øm tjockt omönstrat skikt av koppar eller kopparlegering på ena eller företrädesvis båda sidorna lamineras under värme och tryck med kopparytan mot ett elektriskt isolerande, plastinnehâllande underlag, varvid kopparskikten är elektropläterade på aluminíumfolien på ett sådant sätt att dessa efter lamineringssteget får en stark vidhäftning till det isolerande underlaget, men en mycket svag vidhäftning mot aluminiumfolien, vilken lätt kan separeras från kopparskikten utan att dessa går sönder, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att aluminiumfolien under lamineringssteget fungerar som pressplåt varvid konventionella pressplâtar kan undvaras.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att det plastinnehållande, isolerande underlaget utgörs av glasfiberväv impregnerad med epoxiharts eller polyimid eller av papper impregnerat med fenol~formaldehydharts.

3. Förfarande enligt något av patentkraven 1 eller 2 k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att folien av aluminium eller aluminiumlegering har en tjocklek av 50-60g¿4m, företrädesvis 100-409¿Lm och allra helst 150-40g¿%m.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e- t e c k n a t d ä r a v, att folien av aluminium eller aluminiumlegering är försedd med ett vidhäftningsreducerande skikt bestående av oxid såsom aluminiumoxid. 47n 277 10

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e- t e c k n a t d ä r a v, att folien av aluminium eller aluminiumlegering behandlas strömlöst i en vattenlösning innehållande kopparpyrofosfat vid en temperatur av 30-95°C, företrädesvis 50-75°C, varpå elektroplätering av koppar följer, exempelvis i samma bad vid samma temperatur samt en strömtäthet av 3-8 A/dmz.

6. Förfarande enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e- t e c k n a t d ä r a v, att elektropläteringen sker i ett eller flera steg.

7. Förfarande enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att elektropläteringen utförs så att ett ytförstorande, dendritliknande ytskikt erhålles vilket ger en god vidhäftning till det isolerande underlaget efter lamineringssteget.

8. Förfarande enligt patentkrav 6 eller 7, k ä n n e- t e c k n a t d ä r a v, att det ytförstorande skiktet på exempelvis kemisk väg eller genom elektroplätering förses med ett barriärskikt exempelvis av zink för passivering av kopparytan.

9. Förfarande enligt något av patentkraven l-8, k ä n n e- t e c k n a t d ä r a v, att det utnyttjas för framställning av s k flerlagermönsterkort.

10. Förfarande enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att en folie av aluminium eller aluminiumlegering, på båda sidorna elektropläterad med ett skikt av koppar eller kopparlegering, placeras mellan samt även utanpå presspaket bestående av flera innerlager av plastlaminat försedda med ledningsmönster i koppar eller kopparlegering på båda sidorna 479 277 ll samt s k prepregark placerade mellan innerlagren och mellan utsidan av det yttersta innerlagret i varje paket och den kopparpläterade aluminiumfolien, vilka prepregark företrädesvis utgörs av glasfiberväv impregnerad med epoxiharts e dyl som partiellt härdats, varefter en stapel av ett antal sådana presspaket utan sedvanliga pressplåtar pressas under värme och tryck och presspaketen efter pressningen separeras längs folierna av aluminium eller aluminiumlegering.

ll. Användning av en folie av aluminium eller aluminium- legering med en tjocklek av 50-609ø0m, företrädesvis lO0~409ßøm, och allra helst 150-409¿4m, genom elektroplätering försedd med ett 1-Sä/om, företrädesvis l-18 m tjockt skikt av koppar eller kopparlegering på ena eller företrädesvis båda sidorna, som kombinerad pressplåt och bärare för kopparskikten vid pressning av kopparbelagda laminat för mönsterkortstillverkning, varvid kopparskikten är elektropläterade på aluminiumfolien på ett sådant sätt att dessa efter pressningen får en så svag vidhäftning mot aluminiumfolien att denna lätt kan spaltas från kopparskikten.