DE202018006640U1 - Circuit board - Google Patents
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Abstract
Mehrlagige Leiterplatte (1), die derart konfiguriert ist, dass Isolierschichten (30) und leitfähige Metallschichten (20) alternierend gestapelt und zu einem Leiterplattenverbund (10) laminiert sind, wobei zumindest eine innenliegende leitfähige Metallschicht (20) beidseitig an Isolierschichten (30) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenlage (40, 44) zumindest eine leitfähige Metallschicht (21) umfasst, welche unstrukturiert (21) und somit frei von Ätzstrukturen eines photochemischen Ätzverfahrens ist sowie über ihre gesamte Schichtenlage (23) eine einheitliche Schichtdicke (22) aufweist.Multi-layer circuit board (1) which is configured in such a way that insulating layers (30) and conductive metal layers (20) are stacked alternately and laminated to form a circuit board assembly (10), with at least one inner conductive metal layer (20) lying on both sides of insulating layers (30) , characterized in that an inner layer (40, 44) comprises at least one conductive metal layer (21) which is unstructured (21) and thus free from etching structures of a photochemical etching process and has a uniform layer thickness (22) over its entire layer layer (23) .
Description
Offenbart wird ein Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Leiterplatte, die derart konfiguriert ist, dass Isolierschichten und leitfähige Metallschichten alternierend gestapelt sind, wobei zumindest eine innenliegende leitfähige Metallschicht beidseitig an Isolierschichten anliegt.Disclosed is a method for producing a multilayer printed circuit board which is configured in such a way that insulating layers and conductive metal layers are stacked alternately, with at least one inner conductive metal layer resting on both sides against insulating layers.
Weiters werden im Rahmen der Erfindung Varianten einer verfahrensgemäß hergestellten Leiterplatte angegeben. Die mehrlagige Leiterplatte ist derart konfiguriert, dass Isolierschichten und leitfähige Metallschichten alternierend gestapelt und zu einem Leiterplattenverbund laminiert sind, wobei zumindest eine innenliegende leitfähige Metallschicht beidseitig an Isolierschichten anliegt.Furthermore, variants of a printed circuit board produced according to the method are specified within the scope of the invention. The multi-layer circuit board is configured in such a way that insulating layers and conductive metal layers are stacked alternately and laminated to form a circuit board assembly, with at least one inner conductive metal layer resting on both sides against insulating layers.
Aus dem Stand der Technik sind bereits unterschiedliche Ausführungen an mehrlagigen Leiterplatten bekannt. Solche mehrlagige Leiterplatten werden im Englischen meist als Multilayer Printed Circuit Board (PCB) bezeichnet.Different designs of multilayer printed circuit boards are already known from the prior art. Such multi-layer circuit boards are usually referred to in English as a multilayer printed circuit board (PCB).
Leiterplatten der hier betrachteten Art werden in der Elektronikindustrie weithin verwendet. Sie dienen meist als Trägerplatte für eine Anzahl von elektronischen Komponenten, die im Folgenden „elektronische Bauteile“ oder kurz „Bauteile“ genannt sind. In der Regel werden diese elektronischen Bauteile auf einer Seite der Trägerplatte angeordnet. Der Begriff „elektronischer Bauteil“ ist dahingehend zu verstehen, dass er jegliche elektronischen Komponenten umfassen soll, die mit Leiterbahnen in elektrischer Verbindung stehen können, wie beispielsweise Chips, die integrierte Schaltungen beinhalten, digitale oder analoge Prozessoren, aber auch einfachere Bauelemente, wie beispielsweise LEDs, Widerstände und dergleichen mehr.Printed circuit boards of the type under consideration are widely used in the electronics industry. They usually serve as a carrier plate for a number of electronic components, which are referred to below as “electronic components” or “components” for short. As a rule, these electronic components are arranged on one side of the carrier plate. The term “electronic component” is to be understood to include any electronic components that can be in electrical connection with conductor tracks, such as chips that contain integrated circuits, digital or analog processors, but also simpler components such as LEDs , Resistors and the like.
Die die Bauteile tragende Seite der Leiterplatte bzw. Trägerplatte wird im Rahmen dieser Offenbarung als „Oberseite“ bezeichnet; die dieser gegenüberliegende Seite wird als „Unterseite“ bezeichnet. Ebenso wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Innenlage der mehrlagigen Leiterplatte, die aus einer oder aus mehreren Schichten aufgebaut ist, während des Herstellungsverfahrens ebenfalls in Bezug zur Oberseite bzw. zur Unterseite der Leiterplatte gesetzt. Das bedeutet, dass die Oberseite einer Innenlage zur Oberseite der mehrlagigen Leiterplatte hin orientiert ist bzw. entsprechend ausgerichtet wird.The side of the printed circuit board or carrier plate carrying the components is referred to as the “top side” in the context of this disclosure; the side opposite this is referred to as the "underside". Likewise, within the scope of the present disclosure, an inner layer of the multi-layer circuit board, which is composed of one or more layers, is also set in relation to the top side or the bottom side of the circuit board during the manufacturing process. This means that the top of an inner layer is oriented towards the top of the multilayer printed circuit board or is aligned accordingly.
Üblicherweise werden mehrlagige Leiterplatten in einem aufwendigen Herstellungsverfahren schichtweise aufgebaut, wobei jede einzelne leitfähige Metallschicht meist mit einem photochemischen Ätzverfahren unter Bildung von entsprechenden Leiterbahnen einzeln strukturiert wird. Als elektrisch leitfähige Metallschichten können jedwede elektrisch leitfähigen Materialien in Reinform oder als Mischungen eingesetzt werden. Im Allgemeinen sind sie jedoch aus Kupfer hergestellt. Als isolierendes Material wird beispielsweise faserverstärkter Kunststoff eingesetzt.Multi-layer printed circuit boards are usually built up in layers in a complex manufacturing process, with each individual conductive metal layer usually being individually structured using a photochemical etching process with the formation of corresponding conductor tracks. Any electrically conductive materials in pure form or as mixtures can be used as electrically conductive metal layers. However, they are generally made from copper. Fiber-reinforced plastic, for example, is used as an insulating material.
Um während des anschließenden Laminierens, also des Verpressens unter Druck bei erhöhter Temperatur, ein unbeabsichtigtes Verschieben der übereinander gestapelten Einzelschichten oder Lagenpakete zu verhindern, müssen entsprechende Referenzbohrungen in den vorbereiteten einzelnen Schichten oder Lagen angeordnet werden. Dadurch können die einzelnen Schichten oder vorbereiteten Lagenpakete über Referenzstifte in der Presseinrichtung, welche während des Pressvorgangs mit den Referenzbohrungen in Eingriff stehen, in ihren Lagen fixiert werden. Damit kann auch ein unerwünschter Lagenversatz vermieden werden.In order to prevent unintentional shifting of the stacked individual layers or bundles of layers during the subsequent lamination, i.e. pressing under pressure at elevated temperature, appropriate reference holes must be arranged in the prepared individual layers or layers. As a result, the individual layers or prepared bundles of layers can be fixed in their positions via reference pins in the pressing device, which are in engagement with the reference bores during the pressing process. An undesired layer misalignment can thus also be avoided.
All diese vorgenannten Schritte sind einem Fachmann auf dem Gebiet der Leiterplattenherstellung hinlänglich vertraut, weshalb hier auf weitere Detailangaben hinsichtlich der exakten Durchführung und Reihenfolge zur Herstellung einer durchgehend strukturierten mehrlagigen Leiterplatte verzichtet wird.All of these aforementioned steps are sufficiently familiar to a person skilled in the field of circuit board production, which is why further details regarding the exact implementation and sequence for producing a continuously structured multilayer circuit board are dispensed with here.
Für jene Fälle und Anwendungen, in denen eine mehrlagige Leiterplatte im Wesentlichen nur als Kühlkörper zur thermischen Kühlung der darauf angeordneten elektronischen Bauteile dienen soll, ist der Einsatz einer gemäß dem vorgenannten, hinlänglich bekannten aufwendigen Herstellungsverfahren hergestellten strukturierten mehrlagigen Leiterplatte allerdings zu aufwendig. Als mögliches Anwendungsszenario kommen hierzu beispielsweise mehrlagige Leiterplatten für den Einsatz in Fahrzeugscheinwerfern in Frage. Abweichend von den Vorgaben, die mehrlagige Leiterplatten beispielsweise in Mobiltelefonen oder vergleichbaren portablen elektronischen Geräten wie Laptop-Computern hinsichtlich der effizienten Platzausnutzung erfüllen müssen, steht beim Einsatz von Leiterplatten in Fahrzeugscheinwerfern meist ausreichend Platz für den Einbau zur Verfügung. In diesem Anwendungsgebiet steht die robuste und ausfallsichere Gestaltung der Leiterplatten im Vordergrund, wobei die ausreichende thermische Kühlung der elektronischen Bauteile, beispielsweise von LEDs, die in SMT (kurz für Surface-mounted-Technology)-Bauweise auf derartigen Leiterplatten befestigt sind, wesentlich ist.For those cases and applications in which a multi-layer circuit board is essentially only intended to serve as a heat sink for thermal cooling of the electronic components arranged on it, the use of a structured multi-layer circuit board produced according to the aforementioned, well-known, complex manufacturing process is too expensive. As a possible application scenario, for example, multi-layer printed circuit boards for use in vehicle headlights come into question. In contrast to the requirements that multi-layer printed circuit boards, for example in cell phones or comparable portable electronic devices such as laptop computers, have to meet with regard to efficient use of space, when using printed circuit boards in vehicle headlights, there is usually sufficient space available for installation. In this area of application, the focus is on the robust and fail-safe design of the circuit boards, with sufficient thermal cooling of the electronic components, for example LEDs, which are attached to such circuit boards in SMT (short for surface-mounted technology).
Die vorliegende Erfindung setzt sich daher zum Ziel, für die eingangs genannten mehrlagigen Leiterplatten sowie Verfahren zum Herstellen von mehrlagigen Leiterplatten die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden. Angegeben wird zudem ein kostengünstiges sowie einfaches Herstellungsverfahren, um mehrlagige Leiterplatten, welche als Kühlkörper für die darauf angeordneten elektronischen Bauteile dienen, herzustellen. Außerdem sollen mit der vorliegenden Erfindung mehrlagige Leiterplatten sowie entsprechend hergestellte mehrlagige Leiterplatten angegeben werden, welche einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweisen und die beispielsweise als Kühlkörper für die darauf bestückten elektronischen Bauteile dienen können.The aim of the present invention is therefore to avoid the disadvantages known from the prior art for the multilayer printed circuit boards mentioned at the beginning and for methods for producing multilayer printed circuit boards. In addition, a cost-effective and simple manufacturing process for multi-layer To produce printed circuit boards, which serve as heat sinks for the electronic components arranged on them. In addition, the present invention is intended to provide multi-layer printed circuit boards and correspondingly produced multi-layer printed circuit boards which have a simple and inexpensive structure and which can serve, for example, as heat sinks for the electronic components fitted thereon.
Im Rahmen der Erfindung wird eine mehrlagige Leiterplatte mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Fortbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung dargelegt.In the context of the invention, a multilayer printed circuit board with the features of
Das Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Leiterplatte, die derart konfiguriert ist, dass Isolierschichten und leitfähige Metallschichten alternierend gestapelt sind, wobei zumindest eine innenliegende leitfähige Metallschicht beidseitig an Isolierschichten anliegt, umfasst die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen zumindest einer Innenlage, welche zumindest eine leitfähige Metallschicht umfasst, welche unstrukturiert und somit frei von Ätzstrukturen eines photochemischen Ätzverfahrens ist sowie über ihre gesamte Schichtenlage eine einheitliche Schichtdicke aufweist;
- - Anordnen einer oberen Außenlage an einer Oberseite der zumindest einen Innenlage, wobei die obere Außenlage zumindest eine Isolierschicht sowie zumindest eine leitfähige Metallschicht, welche Metallschicht beispielsweise bereits unter Bildung von Leiterbahnen strukturiert ist, umfasst, wobei die obere Außenlage derart ausgerichtet wird, dass die zumindest eine Isolierschicht der oberen Außenlage auf einer unstrukturierten Metallschicht der zumindest einen Innenlage aufliegt;
- - Anordnen einer unteren Außenlage an einer Unterseite der zumindest einen Innenlage, wobei die untere Außenlage zumindest eine Isolierschicht sowie zumindest eine leitfähige Metallschicht aufweist, wobei die untere Außenlage derart ausgerichtet wird, dass die zumindest eine Isolierschicht der unteren Außenlage auf einer unstrukturierten Metallschicht der zumindest einen Innenlage aufliegt;
- - Laminieren des Lagenstapels, der aus der zumindest einen Innenlage, der oberen Außenlage sowie der unteren Außenlage gebildet wird, zu einem mehrlagigen Leiterplattenverbund.
- - Providing at least one inner layer which comprises at least one conductive metal layer which is unstructured and thus free of etching structures of a photochemical etching process and has a uniform layer thickness over its entire layer layer;
- Arranging an upper outer layer on an upper side of the at least one inner layer, the upper outer layer comprising at least one insulating layer and at least one conductive metal layer, which metal layer is already structured, for example, to form conductor tracks, the upper outer layer being aligned in such a way that the at least an insulating layer of the upper outer layer rests on an unstructured metal layer of the at least one inner layer;
- Arranging a lower outer layer on an underside of the at least one inner layer, the lower outer layer having at least one insulating layer and at least one conductive metal layer, the lower outer layer being aligned in such a way that the at least one insulating layer of the lower outer layer is on an unstructured metal layer of the at least one Inner layer rests;
- - Laminating the stack of layers, which is formed from the at least one inner layer, the upper outer layer and the lower outer layer, to form a multilayer circuit board assembly.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass mehrlagige Leiterplatten, die im Wesentlichen als Kühlkörper für eine ausreichende thermische Kühlung der darauf bestückten elektronischen Bauteile, beispielsweise von LEDs, dienen sollen, wesentlich einfacher und kostengünstiger hergestellt werden können, wenn die innerhalb der Leiterplatte angeordnete zumindest eine leitfähige Metallschicht unstrukturiert ist. Vorteilhaft wird demnach bei der Fertigung der mehrlagigen Leiterplatte zumindest eine Innenlage bereitgestellt, welche zumindest eine leitfähige Metallschicht umfasst, die unstrukturiert und somit frei von Ätzstrukturen eines photochemischen Ätzverfahrens ist. Aufgrund der fehlenden photochemischen Ätzung und Strukturierung weist diese unstrukturierte Metallschicht über ihre gesamte Schichtenlage, also ihre Schichtfläche, vorteilhaft eine einheitliche Schichtdicke auf.According to the invention, it was recognized that multi-layer circuit boards, which are intended to serve essentially as heat sinks for adequate thermal cooling of the electronic components fitted on them, for example LEDs, can be produced much more easily and cost-effectively if the at least one conductive metal layer arranged within the circuit board is unstructured is. Accordingly, during the manufacture of the multilayer printed circuit board, at least one inner layer is advantageously provided which comprises at least one conductive metal layer which is unstructured and thus free from etching structures of a photochemical etching process. Due to the lack of photochemical etching and structuring, this unstructured metal layer advantageously has a uniform layer thickness over its entire layer layer, that is to say its layer surface.
Im einfachsten Fall wird eine Innenlage bereitgestellt, welche genau eine leitfähige, unstrukturierte Metallschicht ist, welche frei von Ätzstrukturen eines photochemischen Ätzverfahrens ist sowie die über ihre gesamte Schichtenlage eine einheitliche Schichtdicke aufweist.In the simplest case, an inner layer is provided which is precisely a conductive, unstructured metal layer which is free of etching structures from a photochemical etching process and which has a uniform layer thickness over its entire layer layer.
Je nach Verfahrensweise kann eine obere Außenlage, die an der Oberseite der zumindest einen Innenlage angeordnet und mit dieser verpresst bzw. laminiert wird, wahlweise eine leitfähige Metallschicht an deren Außenseite bzw. Oberseite der Leiterplatte tragen, die während des Laminierens noch unstrukturiert ist. Somit muss also nach dem Laminieren des Lagenstapels, der aus der zumindest einen Innenlage, der oberen Außenlage sowie der unteren Außenlage gebildet wird, zu einem mehrlagigen Leiterplattenverbund, die obere Außenschicht des Leiterplattenverbunds noch beispielsweise mit einem photochemischen Ätzverfahren unter Bildung von Leiterbahnen strukturiert werden.Depending on the procedure, an upper outer layer, which is arranged on the upper side of the at least one inner layer and pressed or laminated with this, can optionally carry a conductive metal layer on the outer side or upper side of the circuit board, which is still unstructured during lamination. Thus, after the stack of layers, which is formed from the at least one inner layer, the upper outer layer and the lower outer layer, has been laminated to form a multilayer circuit board assembly, the upper outer layer of the circuit board assembly still has to be structured, for example with a photochemical etching process, with the formation of conductor tracks.
Alternativ dazu kann die außenliegende Metallschicht der oberen Außenlage bereits vor dem Laminieren zu einem Leiterplattenverbunds unter Bildung von Leiterbahnen strukturiert worden sein. Jedenfalls wird die obere Außenlage derart ausgerichtet, dass die zumindest eine Isolierschicht der oberen Außenlage vor dem Verpressen auf einer unstrukturierten Metallschicht der zumindest einen Innenlage aufliegt.As an alternative to this, the outer metal layer of the upper outer layer can already have been structured before lamination to form a printed circuit board assembly with the formation of conductor tracks. In any case, the upper outer layer is aligned in such a way that the at least one insulating layer of the upper outer layer rests on an unstructured metal layer of the at least one inner layer before pressing.
Nach dem gegebenenfalls noch erforderlichen Strukturieren der außenliegenden Metallschicht der oberen Außenlage unter Bildung von Leiterbahnen erfolgt noch ein entsprechendes Bestücken der Leiterbahnen mit einem oder mit mehreren elektronischen Bauteilen, woraufhin mit dem Herstellungsverfahren eine einsatzfähige mehrlagige Leiterplatte erhalten wird. Die strukturierten Leiterbahnen befinden sich bei einer derartigen Leiterplatte nur an der Oberseite der Leiterplatte. Die zumindest eine innenliegende Metallschicht ist definitionsgemäß unstrukturiert und somit frei von photochemischen Ätzstrukturen. Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus der mehrlagigen Leiterplatte wird das Herstellungsverfahren im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wesentlich vereinfacht. Einerseits entfällt das aufwendige photochemische Ätzen der zumindest einen innenliegenden Metallschicht. Da beim Verfahren eine oder mehrere Innenlagen miteinander verpresst werden, deren innenliegende leitfähige Metallschichten unstrukturiert sind und die keine Leiterstrukturen bzw. Leiterzüge sowie weiters über ihre gesamte Schichtenlage jeweils eine einheitliche Schichtdicke aufweisen, kann hier vorteilhaft auch das Anordnen von Referenzbohrungen in den Lagen des Lagenstapels entfallen.After structuring the outer metal layer of the upper outer layer with the formation of conductor tracks, the conductor tracks are fitted with one or more electronic components, whereupon a usable multi-layer circuit board is obtained with the manufacturing process. In such a circuit board, the structured conductor tracks are only located on the upper side of the circuit board. The at least one inner metal layer is by definition unstructured and thus free of photochemical etching structures. Due to the structure of the multilayer circuit board according to the invention, the Manufacturing process is significantly simplified compared to conventional processes. On the one hand, the complex photochemical etching of the at least one inner metal layer is no longer necessary. Since one or more inner layers are pressed together in the process, the inner conductive metal layers of which are unstructured and which do not have any conductor structures or conductor tracks and furthermore each have a uniform layer thickness over their entire layer layer, the arrangement of reference bores in the layers of the layer stack can advantageously be dispensed with here .
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens kann die zumindest eine bereitgestellte Innenlage weiterhin zumindest eine Isolierschicht umfassen, wobei die zumindest eine Isolierschicht mit der zumindest einen unstrukturierten Metallschicht zu einem Innenlagenverbund laminiert ist.In an advantageous embodiment of the method, the at least one provided inner layer can furthermore comprise at least one insulating layer, the at least one insulating layer being laminated with the at least one unstructured metal layer to form an inner layer composite.
In dieser Ausführung ist die zumindest eine bereitgestellte Innenlage beispielsweise ein Prepreg-Material, welches auf einer Seite mit einer Metallschicht, beispielsweise einer Kupferschicht, laminiert ist.In this embodiment, the at least one provided inner layer is, for example, a prepreg material which is laminated on one side with a metal layer, for example a copper layer.
In einer weiteren zweckmäßigen Variante des Verfahrens kann die zumindest eine bereitgestellte Innenlage zumindest zwei unstrukturierte Metallschichten umfassen, die jeweils frei von Ätzstrukturen eines photochemischen Ätzverfahrens sind sowie über ihre gesamte Schichtenlage jeweils eine einheitliche Schichtdicke aufweisen, wobei die zumindest zwei unstrukturierten Metallschichten mit zumindest einer dazwischen angeordneten innenliegenden Isolierschicht zu einem Innenlagenverbund laminiert sind.In a further expedient variant of the method, the at least one provided inner layer can comprise at least two unstructured metal layers, which are each free of etching structures of a photochemical etching process and each have a uniform layer thickness over their entire layer layer, the at least two unstructured metal layers with at least one in between inner insulating layer are laminated to form an inner layer composite.
In dieser Ausführung ist die zumindest eine bereitgestellte Innenlage beispielsweise ein Prepreg-Material, welches auf beiden Außenseiten jeweils mit einer Metallschicht, beispielsweise einer Kupferschicht, laminiert ist.In this embodiment, the at least one provided inner layer is, for example, a prepreg material which is laminated on both outer sides with a metal layer, for example a copper layer.
In einer alternative Variante des Verfahrens kann es von Vorteil sein, dass zumindest zwei oder mehrere Innenlagen bereitgestellt und wahlweise direkt übereinander oder aber unter Zwischenlegen zumindest einer weiteren Isolierschicht übereinander gestapelt werden, wobei jede der Innenlagen zumindest eine unstrukturierte Metallschicht umfasst, welche frei von Ätzstrukturen eines photochemischen Ätzverfahrens ist sowie über ihre gesamte Schichtenlage jeweils eine einheitliche Schichtdicke aufweist.In an alternative variant of the method, it can be advantageous that at least two or more inner layers are provided and optionally stacked directly on top of one another or with the interposition of at least one further insulating layer, each of the inner layers comprising at least one unstructured metal layer which is free of etched structures photochemical etching process and has a uniform layer thickness over its entire layer layer.
Zweckmäßig können demnach zumindest zwei Innenlagen separat vorbereitet und bereitgestellt werden, um rasch und kostengünstig einen mehrlagigen Lagenstapel zum anschließenden Laminieren bereitstellen zu können. Für den Fall, dass beispielsweise zwei oder mehr vorbereitete Innenlagen jeweils aus zweiseitig beschichtetem Prepreg-Material aufgebaut sind, würden außenseitig gelegene Metallschichten der Innenlagen beim Stapeln aneinander grenzen. In diesem Fall wird einfach eine weitere Isolierschicht, beispielsweise eine unbeschichtete Prepreg-Schicht, zwischen zwei vorbereitete Innenlagen gestapelt.Accordingly, at least two inner layers can expediently be prepared and provided separately in order to be able to provide a multilayer stack of layers for subsequent lamination quickly and inexpensively. In the event that, for example, two or more prepared inner layers are each made up of prepreg material coated on both sides, metal layers of the inner layers located on the outside would adjoin one another during stacking. In this case, another insulating layer, for example an uncoated prepreg layer, is simply stacked between two prepared inner layers.
In einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante kann jede im mehrlagigen Leiterplattenverbund innenliegende Metallschicht unstrukturiert und somit frei von Ätzstrukturen eines photochemischen Ätzverfahrens sein und über ihre gesamte Schichtenlage jeweils eine einheitliche Schichtdicke aufweisen.In a further preferred variant of the method, each inner metal layer in the multilayer printed circuit board assembly can be unstructured and thus free from etching structures of a photochemical etching process and each have a uniform layer thickness over its entire layer layer.
In dieser Ausführung wird das Herstellungsverfahren weiter vereinfacht, da jede der innenliegenden Metallschichten unstrukturiert ist.In this embodiment, the manufacturing process is further simplified, since each of the inner metal layers is unstructured.
Vorteilhaft kann bei einem Verfahren jede im mehrlagigen Leiterplattenverbund innenliegende unstrukturierte Metallschicht jeweils dieselbe einheitliche Schichtdicke aufweisen.In one method, each unstructured metal layer on the inside in the multilayer circuit board assembly can advantageously have the same uniform layer thickness.
Vorteilhaft können in dieser Ausführung beispielsweise sämtliche innenliegende unstrukturierte Metallschichten aus demselben Kupfermaterial mit einer einheitlichen Schichtdicke gefertigt werden, wodurch die Herstellungskosten weiter reduziert werden können.In this embodiment, for example, all internal, unstructured metal layers can advantageously be manufactured from the same copper material with a uniform layer thickness, as a result of which the manufacturing costs can be further reduced.
In einer alternativen Verfahrensvariante kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest eine im mehrlagigen Leiterplattenverbund innenliegende unstrukturierte Metallschicht eine Schichtdicke aufweist, welche von der Schichtdicke einer weiteren innenliegenden unstrukturierten Metallschicht unterschiedlich ist.In an alternative variant of the method, it can be advantageous if at least one unstructured metal layer on the inside in the multilayer circuit board assembly has a layer thickness which is different from the layer thickness of a further inside unstructured metal layer.
Ebenso können ein Material oder auch unterschiedliche Materialien in unterschiedlichen Schichtdicken zur Herstellung der innenliegenden unstrukturierten Metallschichten verwendet werden. Beispielsweise können mehrere Kupferfolien in unterschiedlichen Schichtdicken als Metallschichten in den mehrlagigen Leiterplattenverbund einlaminiert werden. Die einzelnen unstrukturierten Metallschichten weisen allerdings definitionsgemäß jeweils eine einheitliche Schichtdicke über ihre Schichtfläche hinweg auf.Likewise, one material or also different materials in different layer thicknesses can be used to produce the unstructured metal layers on the inside. For example, several copper foils in different layer thicknesses can be laminated into the multilayer circuit board assembly as metal layers. However, by definition, the individual unstructured metal layers each have a uniform layer thickness over their layer surface.
Zweckmäßig kann bei einem Verfahren sein, wenn die zumindest eine bereitgestellte Innenlage vor dem Anordnen zu einem Lagenstapel gereinigt wird.In the case of a method, it can be expedient if the at least one provided inner layer is cleaned before it is arranged to form a stack of layers.
In einer weiteren zweckmäßigen Variante kann bei einem Verfahren die zumindest eine unstrukturierte Metallschicht der bereitgestellten Innenlage vor dem Anordnen der Innenlage zu einem Lagenstapel chemisch und/oder mechanisch aufgeraut werden.In a further expedient variant, in a method, the at least one unstructured metal layer of the provided inner layer can be combined into one before the inner layer is arranged Layer stacks are chemically and / or mechanically roughened.
Die Oberflächen der unstrukturierten Metallschichten der zumindest einen Innenlage sowie die strukturierten oder auch unstrukturierten Metallschichten der Außenlagen können erforderlichenfalls chemisch aufgeraut werden, um später eine verbesserte Haftung der Metallschichten zwischen den einzelnen Multilayer-Schichten des Leiterplattenverbunds zu erzielen. Diesen chemischen Prozess nennt man auch Braunoxidieren. Je glatter die Oberfläche der Metallschichten ist, umso schlechter ist die Haftung zwischen den einzelnen Schichten der Leiterplatte. Es kann erforderlich sein, die an sich unstrukturierten Metallschichten, die ohne photochemische Ätzstrukturen sind, dennoch durch Braunoxidieren entsprechend aufzurauen, um eine verbesserte Schichtenhaftung beim Laminieren zu erzielen. Auch entsprechend chemisch aufgeraute Metallschichten sind definitionsgemäß frei von Ätzstrukturen eines photochemischen Ätzverfahrens und weisen über ihre gesamte Schichtenlage jeweils eine einheitliche Schichtdicke auf. Alternativ zum chemischen Aufrauen oder in Ergänzung dazu können die an sich unstrukturierten Metallschichten, die frei von photochemischen Ätzstrukturen sind, auch mechanisch aufgeraut werden, um deren Haftungsvermögen beim Laminieren zu verbessern.The surfaces of the unstructured metal layers of the at least one inner layer and the structured or unstructured metal layers of the outer layers can, if necessary, be chemically roughened in order to later achieve improved adhesion of the metal layers between the individual multilayer layers of the circuit board assembly. This chemical process is also called brown oxidation. The smoother the surface of the metal layers, the worse the adhesion between the individual layers of the circuit board. It may be necessary to roughen the essentially unstructured metal layers, which are without photochemical etching structures, by brown oxidation in order to achieve improved layer adhesion during lamination. Also, correspondingly chemically roughened metal layers are by definition free from etching structures of a photochemical etching process and each have a uniform layer thickness over their entire layer layer. As an alternative to chemical roughening or in addition to this, the essentially unstructured metal layers, which are free of photochemical etching structures, can also be mechanically roughened in order to improve their adhesion during lamination.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann nach dem Laminieren des Lagenstapels zu einem mehrlagigen Leiterplattenverbund zumindest eine metallische Durchkontaktierung angeordnet werden, welche zumindest zwei benachbarte Metallschichten miteinander wärmeleitend verbindet. Zur metallischen Durchkontaktierung können beispielsweise eine oder mehrere Thermal Vias und/oder Plated-Trough-Holes (PTH) dienen. Thermal Vias verbessern den Wärmetransport senkrecht zur Leiterplatte. Die Wärmeleitung von kostengünstigen Basismaterialien für Isolierschichten wie beispielsweise ein FR-4 Basismaterial zur Herstellung eines Prepregs ist oftmals zur Wärmeableitung für thermisch hochbelastete elektronische Bauteile zu gering. Metallische Durchkontaktierungen haben primär die Aufgabe, die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Dabei wird meist der hohe Wärmeleitwert von etwa 300 W / (m.K) von Kupfer als bevorzugtem Material für eine derartige Durchkontaktierung genutzt. Vorzugsweise werden metallische Durchkontaktierungen dort gesetzt, wo später die elektronischen Bauteile bestückt werden. Somit kann im Bereich der Grundflächen der Bauteile eine verbesserte Wärmeableitung durch die mehrlagige Leiterplatte erzielt werden. Da die innenliegenden Metallschichten unstrukturiert und damit frei von Leiterbahnen sind, müssen bei den metallischen Durchkontaktierungen vorteilhaft keine Freistellungen zur Kurzschlussabschirmung gegenüber den durchgebohrten Metallschichten beachtet werden.In a further development of the method, after lamination of the stack of layers to form a multilayer printed circuit board assembly, at least one metallic through-hole connection can be arranged, which connects at least two adjacent metal layers to one another in a thermally conductive manner. For example, one or more thermal vias and / or plated through holes (PTH) can be used for the metallic through-hole plating. Thermal vias improve the heat transport perpendicular to the circuit board. The heat conduction of inexpensive base materials for insulating layers such as an FR-4 base material for the production of a prepreg is often too low for heat dissipation for thermally highly stressed electronic components. Metallic vias are primarily used to improve thermal conductivity. The high thermal conductivity of around 300 W / (m.K) of copper is usually used as the preferred material for such a through-hole plating. Metallic vias are preferably placed where the electronic components will later be fitted. In this way, improved heat dissipation can be achieved through the multilayer printed circuit board in the area of the base areas of the components. Since the inner metal layers are unstructured and thus free of conductor tracks, there is advantageously no need to consider any clearances for short-circuit shielding with respect to the metal layers drilled through in the metallic vias.
Bei einem Verfahren kann vorteilhaft sein, wenn die zumindest eine metallische Durchkontaktierung von einer Außenseite der oberen Außenlage bis zu zumindest einer innenliegenden unstrukturierten Metallschicht reicht.In one method, it can be advantageous if the at least one metallic plated-through hole extends from an outside of the upper outer layer to at least one unstructured metal layer on the inside.
In dieser Ausführungsvariante kann die vom elektronischen Bauteil abgegebene Abwärme vorteilhaft direkt von der Außenseite der oberen Außenlage der Leiterplatte in die innenliegenden Metallschichten abgeleitet werden.In this embodiment variant, the waste heat given off by the electronic component can advantageously be diverted directly from the outside of the upper outer layer of the circuit board into the inner metal layers.
In einer weiteren vorteilhaften Verfahrensvariante kann nach dem Laminieren des Lagenstapels zu einem mehrlagigen Leiterplattenverbund die leitfähige Metallschicht an der Außenseite der oberen Außenlage unter Bildung von Leiterbahnen strukturiert werden, wobei vorzugsweise die Strukturierung der Leiterbahnen mit einem photochemischen Ätzverfahren erfolgt, woraufhin die strukturierten Leiterbahnen mit zumindest einem elektronischen Bauteil bestückt werden.In a further advantageous variant of the method, after the stack of layers has been laminated to form a multilayer circuit board assembly, the conductive metal layer on the outside of the upper outer layer can be structured with the formation of conductor paths, the conductor paths preferably being structured with a photochemical etching process, whereupon the structured conductor paths with at least one electronic component can be fitted.
Wie bereits vorhin erwähnt kann die Ausbildung von strukturierten Leiterbahnen an der Außenseite der Leiterplatte je nach Verfahren vor oder nach dem Laminieren des Lagenstapels zu einem mehrlagigen Leiterplattenverbund durchgeführt werden.As already mentioned above, the formation of structured conductor tracks on the outside of the circuit board can be carried out, depending on the method, before or after the lamination of the stack of layers to form a multilayer circuit board assembly.
Weiters können die eingangs genannten Nachteile des Stands der Technik auch mit einer erfindungsgemäßen mehrlagigen Leiterplatte zumindest verringert werden. Sämtliche zuvor genannten Vorteile des Herstellungsverfahrens gelten gleichermaßen auch für die hergestellten Leiterplatten.Furthermore, the disadvantages of the prior art mentioned at the beginning can also be at least reduced with a multilayer printed circuit board according to the invention. All of the aforementioned advantages of the manufacturing process also apply equally to the printed circuit boards produced.
Eine gattungsgemäße mehrlagige Leiterplatte umfasst eine Innenlage mit zumindest einer leitfähigen Metallschicht, welche unstrukturiert und somit frei von Ätzstrukturen eines photochemischen Ätzverfahrens ist sowie über ihre gesamte Schichtenlage eine einheitliche Schichtdicke aufweist. Eine solche Leiterplatte kann besonders einfach und kostengünstig gefertigt werden, da innenliegende strukturierte Leiterbahnen fehlen. Auch ein Verrutschen der Lagen während des Verpressens ist aufgrund der hier bewusst fehlenden Ätzstrukturen bzw. fehlenden Leiterbahnen unkritisch. Die mehrlagige Leiterplatte kann nach dem Verpressen entsprechend seitlich beschnitten werden. Eine einsatzfähige Leiterplatte ist weiters an ihrer Außenseite mit Leiterbahnen strukturiert sowie mit zumindest einem elektronischen Bauteil, beispielsweise einem LED-Bauteil, bestückt.A generic multi-layer printed circuit board comprises an inner layer with at least one conductive metal layer, which is unstructured and therefore free of etching structures from a photochemical etching process and has a uniform layer thickness over its entire layer layer. Such a printed circuit board can be manufactured in a particularly simple and cost-effective manner, since there are no internal structured conductor tracks. Slipping of the layers during pressing is also uncritical due to the deliberately missing etching structures or missing conductor tracks. The multilayer circuit board can be trimmed laterally after pressing. A usable printed circuit board is also structured on its outside with conductor tracks and equipped with at least one electronic component, for example an LED component.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung kann bei einer Leiterplatte mit zwei oder mehreren innenliegenden Metallschichten jede im mehrlagigen Leiterplattenverbund innenliegende Metallschicht unstrukturiert und somit frei von Ätzstrukturen eines photochemischen Ätzverfahrens sein und über ihre gesamte Schichtenlage jeweils eine einheitliche Schichtdicke aufweisen.In an advantageous embodiment variant of the invention, in the case of a circuit board with two or more internal metal layers each inner metal layer in the multilayer printed circuit board assembly must be unstructured and thus free from etching structures of a photochemical etching process and each have a uniform layer thickness over their entire layer layer.
In einer weiteren Variante der Erfindung kann bei einer Leiterplatte jede im mehrlagigen Leiterplattenverbund innenliegende unstrukturierte Metallschicht jeweils dieselbe einheitliche Schichtdicke aufweisen.In a further variant of the invention, in the case of a printed circuit board, each unstructured metal layer on the inside in the multilayer printed circuit board assembly can each have the same uniform layer thickness.
In einer alternativen Variante kann bei einer erfindungsgemäßen Leiterplatte zumindest eine im mehrlagigen Leiterplattenverbund innenliegende unstrukturierte Metallschicht eine Schichtdicke aufweisen, welche von der Schichtdicke einer weiteren innenliegenden unstrukturierten Metallschicht unterschiedlich ist.In an alternative variant, in a circuit board according to the invention, at least one unstructured metal layer on the inside in the multilayer circuit board assembly can have a layer thickness which is different from the layer thickness of a further inside unstructured metal layer.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leiterplatte kann zumindest eine metallische Durchkontaktierung angeordnet sein, welche zumindest zwei benachbarte Metallschichten miteinander wärmeleitend verbindet. Wie vorhin bereits hinsichtlich des Verfahrens erwähnt wird damit die Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte weiter erhöht. Als metallische Durchkontaktierungen können beispielsweise Thermal Vias oder PTH's dienen. Vorzugsweise sind die metallischen Durchkontaktierungen unterhalb oder zumindest in wärmeleitender Nähe zu den außenseitig bestückten elektronischen Bauteilen angeordnet. Die metallischen Durchkontaktierungen ragen senkrecht in die Leiterplatte und verbinden zumindest zwei oder mehrere leitfähige Metallschichten miteinander.In an expedient development of the circuit board according to the invention, at least one metallic through-contact can be arranged which connects at least two adjacent metal layers to one another in a thermally conductive manner. As mentioned above with regard to the method, this further increases the thermal conductivity of the circuit board. Thermal vias or PTHs, for example, can serve as metallic vias. The metallic vias are preferably arranged below or at least in heat-conductive proximity to the electronic components fitted on the outside. The metallic vias protrude vertically into the circuit board and connect at least two or more conductive metal layers to one another.
Besonders vorteilhaft kann bei einer Leiterplatte gemäß der Erfindung die zumindest eine metallische Durchkontaktierung von der Außenseite der oberen Außenlage bis zu zumindest einer innenliegenden unstrukturierten Metallschicht reichen.In the case of a circuit board according to the invention, the at least one metallic plated-through hole can particularly advantageously extend from the outside of the upper outer layer to at least one unstructured metal layer on the inside.
Zweckmäßig ist bei einer einsatzfertigen Leiterplatte die leitfähige Metallschicht an einer Außenseite der oberen Außenlage mit Leiterbahnen strukturiert, wobei die strukturierten Leiterbahnen mit zumindest einem elektronischen Bauteil bestückt sind.In the case of a ready-to-use printed circuit board, the conductive metal layer is expediently structured with conductor tracks on an outside of the upper outer layer, the structured conductor tracks being equipped with at least one electronic component.
Zusammenfassend erzielt die Erfindung die folgenden Vorteile:
- - einfache und günstige Herstellung von robusten wärmeleitenden mehrlagigen Leiterplatten ohne aufwendiges Ätzverfahren zur Strukturierung der inneren Metallschichten
- - Flexibilität der Strukturierung der außenseitigen Leiterbahnen vor oder nach dem Laminieren des mehrlagigen Leiterplattenverbundes
- - Laminieren des mehrlagigen Leiterplattenverbundes ohne Referenzbohrungen
- - Optional kann eine weitere Verbesserung der Wärmeableitung durch Anordnen von metallischen Durchkontaktierungen erzielt werden.
- - Simple and inexpensive production of robust, thermally conductive multilayer printed circuit boards without a complex etching process for structuring the inner metal layers
- - Flexibility of the structuring of the outside conductor tracks before or after the lamination of the multilayer circuit board assembly
- - Laminating the multi-layer circuit board assembly without reference holes
- - Optionally, a further improvement of the heat dissipation can be achieved by arranging metallic vias.
Die Erfindung samt weiterer Vorzüge wird im Folgenden anhand beispielhafter Ausführungsformen erläutert, die in den schematischen Zeichnungen dargestellt sind.The invention together with further advantages is explained below with reference to exemplary embodiments, which are shown in the schematic drawings.
Es zeigen:
- -
1 in Schnittansichten den schrittweisen Aufbau bzw. die Strukturierung einer an sich aus dem Stand der Technik bereits bekannten Außenlage einer mehrlagigen Leiterplatte; - -
2 in Schnittansichten den schrittweisen Aufbau bzw. die Strukturierung einer an sich aus dem Stand der Technik bereits bekannten Innenlage einer mehrlagigen Leiterplatte; - -
3 in Schnittansichten den erfindungsgemäßen Aufbau einer mehrschichtigen Innenlage einer mehrlagigen Leiterplatte; - -
4 in einer teilweisen Explosionsdarstellung einen Ausschnitt des neuartigen Herstellungsverfahrens einer mehrlagigen Leiterplatte mit einem Lagenstapel vor dem Laminieren; - -
5 den in4 veranschaulichten Aufbau des Lagenstapels in bereits verpresster Anordnung nach dem Laminieren; - -
6 eine erfindungsgemäße Ausführung einer fertigen mehrlagigen Leiterplatte in einer Schnittansicht bereits mit strukturierten Leiterzügen sowie mit einem elektronischen Bauteil (LED) bestückt; - -
7 eine weitere erfindungsgemäße Ausführung einer fertigen mehrlagigen Leiterplatte in einer Schnittansicht, wobei die Leiterplatte bereits mit strukturierten Leiterzügen sowie mit einem elektronischen Bauteil (LED) bestückt ist und weiters metallische Durchkontaktierungen aufweist.
- -
1 in sectional views the step-by-step construction or structuring of an outer layer of a multi-layer printed circuit board already known per se from the prior art; - -
2 in sectional views the step-by-step construction or structuring of an inner layer of a multi-layer printed circuit board already known per se from the prior art; - -
3 in sectional views the structure according to the invention of a multilayer inner layer of a multilayer printed circuit board; - -
4th a partial exploded view of a section of the novel manufacturing process for a multilayer printed circuit board with a stack of layers prior to lamination; - -
5 the in4th Illustrated structure of the stack of layers in an already pressed arrangement after lamination; - -
6th an embodiment according to the invention of a finished multilayer printed circuit board in a sectional view already equipped with structured conductor tracks and with an electronic component (LED); - -
7th Another embodiment according to the invention of a finished multilayer printed circuit board in a sectional view, the printed circuit board already being equipped with structured conductor tracks and an electronic component (LED) and also having metallic vias.
Schritt (A) zeigt die Außenlage
Schritt (B) zeigt die Außenlage
Schritt (C) zeigt die Belichtung der Photoresist-Schicht
Schritt (D) zeigt das Aushärten der belichteten Anteile
Schritt (E) zeigt die Entwicklung nach dem Entfernen der unbelichteten Anteile der Photoresist-Schicht
Schritt (F) zeigt die Außenlage
Schritt (G) zeigt die Außenlage
Schritt (H) zeigt die obere Außenlage
Die Schritte (B) bis (G) in
Als Ausgangsmaterial ist in Schritt (A) ein beidseitig beschichtetes Prepreg-Material gezeigt, welches in der Mitte eine Isolierschicht
Schritt (I) in
Die Schritte (B) bis (G) in
In
In
In
Die in
Anschließend wird die obere Außenlage
Ebenso wird die untere Außenlage
Das Laminieren
Nach dem Laminieren
Üblicherweise werden nach dem Stand der Technik beim Verpressen eines Multilayerkerns für die Innenlagen mit weiteren äußeren Lagen entsprechende Referenzbohrungen in den vorbereiteten Lagen angeordnet, damit die einzelnen Schichten oder vorbereiteten Lagenpakete über Referenzstifte in der Presseinrichtung in ihren Lagen fixiert werden können. Somit kann ein unbeabsichtigtes Verschieben der übereinander gestapelten Einzelschichten oder Lagenpakete während des Pressens verhindert werden. Damit kann auch ein unerwünschter Lagenversatz vermieden werden.According to the prior art, when pressing a multilayer core for the inner layers with further outer layers, corresponding reference bores are usually arranged in the prepared layers so that the individual layers or prepared layer packages can be fixed in their positions using reference pins in the pressing device. In this way, unintentional displacement of the stacked individual layers or bundles of layers during pressing can be prevented. An undesired layer misalignment can thus also be avoided.
Da beim Verfahren eine oder mehrere Innenlagen
Durch das Verpressen entsteht bei jedem Multilayer ein unsauberer Rand, der vor der Weiterverarbeitung beispielsweise durch Besäumen bzw. durch Fräsen wieder in ein brauchbares Format gebracht werden kann.The pressing creates an unclean edge on every multilayer, which can be brought back into a usable format before further processing, for example by trimming or milling.
Vorteilhaft sind für die Ausrichtung der in
Die Leiterbahnen
Die Thermal Vias können wahlweise nach dem in
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- mehrlagige Leiterplattemultilayer printed circuit board
- 1010
- mehrlagiger Leiterplattenverbundmultilayer circuit board composite
- 2020th
- leitfähige Metallschichtconductive metal layer
- 2121
- unstrukturierte leitfähige Metallschichtunstructured conductive metal layer
- 2222nd
- einheitliche Schichtdicke der unstrukturierten Metallschichtuniform layer thickness of the unstructured metal layer
- 2323
- flächige Schichtenlage der unstrukturierten Metallschichtflat layer of the unstructured metal layer
- 3030th
- IsolierschichtInsulating layer
- 3535
- Prepreg-SchichtPrepreg layer
- 4040
- InnenlageInner layer
- 4141
- Oberseite der InnenlageTop of the inner layer
- 4242
- Unterseite der InnenlageUnderside of the inner layer
- 4444
- weitere Innenlagefurther inner layer
- 4545
- InnenlagenverbundInner layer composite
- 5050
- obere Außenlageupper outer layer
- 5151
- (obere) Außenseite der oberen Außenlage(upper) outside of the upper outer layer
- 6060
- untere Außenlagelower outer layer
- 7070
- gereinigte Oberflächecleaned surface
- 7575
- chemisch aufgeraute Oberflächechemically roughened surface
- 8080
- Photoresist-SchichtPhotoresist layer
- 8282
- BelichtungsschabloneExposure template
- 8585
- UV-Licht (Pfeil)UV light (arrow)
- 8686
- ausgehärtete Photoresist-Schichtcured photoresist layer
- 8888
- strukturierte Leiterbahnstructured conductor path
- 9090
- ReferenzbohrungReference hole
- 100100
- LagenstapelStack of layers
- 110110
- Laminieren (Pfeil)Lamination (arrow)
- 120120
- elektronischer Bauteilelectronic component
- 130130
- metallische Durchkontaktierungmetallic through-hole plating
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE202018006640.0U DE202018006640U1 (en) | 2018-01-04 | 2018-01-04 | Circuit board |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE202018006640.0U DE202018006640U1 (en) | 2018-01-04 | 2018-01-04 | Circuit board |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE202018006640U1 true DE202018006640U1 (en) | 2021-09-27 |
Family
ID=78267808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE202018006640.0U Active DE202018006640U1 (en) | 2018-01-04 | 2018-01-04 | Circuit board |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE202018006640U1 (en) |
-
2018
- 2018-01-04 DE DE202018006640.0U patent/DE202018006640U1/en active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification | ||
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |