DE3240754A1

DE3240754A1 - Gedruckte schaltung mit mehreren schichten und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3240754A1
Application number: DE19823240754
Authority: DE
Inventors: Takaya Kashiwa Okazima; Ryuichi Tokyo Shishido; Morinosuke Matsudo Sono; Syozo Tokyo Yoshizumi
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1981-11-06
Filing date: 1982-11-04
Publication date: 1983-05-19
Also published as: DE3240754C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gedruckte Schaltung
aus mehreren Schichten und ein Verfahren zu deren Herstellung und stellt darauf ab, ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung mit fünf oder mehr Schaltungsschichten hervorzubringen, ohne die Form- oder Preßbarkeit bei der Mehrschichtenbildung oder die Lagegenauigkeit zwischen den Schichten zu beeinträchtigen.
Die herkömmlichen Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung aus zwei Schichten umfassen folgende zwei Arten: Bei einem Verfahren werden die Schaltungstafeln mit Schichtbildungsspannvorrichtungen und Führungsstiften lagegenau angeordnet, worauf aus der gebildeten Zusammenstellung ein Mehrschichtenlaminat gebildet wird, während bei dem anderen Verfahren aus aufeinander gestapelten Tafeln von gedruckten Schaltungen ein Mehrschichtenlaminat gebildet wird, worauf die geschichtete Schaltung mit Bohrungen versehen wird, um Führungsmarkierungen freizulegen.
Nachstehend sind die beiden Verfahren anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen Figur 1 (1) und 1 (2) sowie Figur 2 (1) bis 2 (5) Darstellungen,die die Stufen der bekannten Verfahren erläutern, und Figur 3 (1) bis 3 (4) sowie Figur 4 Darstellungen, die die Stufen der erfindungsgemäßen Verfahren erläutern.
Bei dem Verfahren, bei dem eine Schichtbildungsspannvorrichtung und Führungsstifte verwendet werden, wie es beispielsweise in Figur 1 (1) dargestellt ist, sind zwei einseitig metallplattierte Tafeln 1 als Oberflächenschichten und zwei innere Schaltungstafeln, wie die beidseitig mit gedruckten Schaltungen versehenen Tafeln 2 oder dergleichen vorgesehen, wobei ein\Prepreg oder Prepregs 3 zwischen jeweils zwei benachbarten Tafeln angeordnet werden. Es werden Führungsstifte 4 in Bohrungen zur Lagegenauigkeit in allen Tafeln eingesetzt. Die erhaltene Zusammenstellung wird zwischen den Schichtbildungsspannvorrichtungen 5 eingesetzt und dann unter Erwärmung zusammengepreßt, um eine mehrschichtige gedruckte Schaltung oder Leiterplatte 6 zu bilden, wie in Figur 1 (2) dargestellt (dieses Verfahren wird nachstehend als Stiftverfahren bezeichnet). Nach dem Stiftverfahren ist ein Satz von Führungsstiften und ein Satz von Schichtbildungsspannvorrichtungen für jede Größe von gedruckten Schaltungen erforderlich, wobei ein Satz von Schichtbildungsspannvorrichtungen lediglich 1 bis 6 Sätze von Zusammenstellungen gedruckter Schaltungen mit 1 bis 6 Mehrfachschichtenbilden kann, wobei die obere Grenze der Größe der Spannvorrichtung 500 x 600 mm beträgt. Die Schichtbildungsproduktivität ist daher niedrig. Darüber hinaus besteht aufgrund der jüngeren Entwicklung zu gedruckten Schaltungen mit Mehrschichten und zu einer höheren Dichte der gedruckten Schaltungen die Tendenz, innere Schalttafeln mit einer Dicke von lediglich 0,1 oder 0,2 mm zu verwenden. Damit werden, wenn dieselben nach dem Stiftverfahren einer Mehrschichtbildung -unterworfen werden, die Bohrungen der inneren Schaltungstafeln durch das Fließen des Kunstharzes und den Preßdruck deformiert, wodurch eine Lageänderung der Schichten hervorgerufen wird.
Bei dem letzteren Verfahren wird eine Tafel 8 mit einer gedruckten Schaltung auf beiden Seiten sowie Führungsmarkierungen 7 in Sandwich-Anordnung mit Prepregs 3 zwischen zwei Metallfolien 9 angeordnet, wie in Figur 2 (1) dargestellt, wobei die Zusammenstellunq unter Erwärmen verpreßt wird und die Metallfolien sowie die Prepregs an den Stellen der Führungsmarkierungen 7 durchbohrt werden, um die rührungsmarkierungen freizulegen, wodurch eine Viermetallschicht-Leiterplatte 10 hervorgebracht wird, wie in Figur 2 (2) dargestellt. Die mehrschichtigen Leiterplatten mit vier oder weniger Schaltun<jsschichten können nach diesem Verfahren mit einer höheren Produktivität als nach dem Stiftverfahren hergestellt werden, und zwar ohne Beschränkung der Größe der zu pressenden Platten. Um jedoch eine Leiterplatte mit fünf oder mehr Schaltungsschichten herzustellen, werden die Metallfolien der vorstehenden Viermetallschichtplatte 10 geätzt, um das gleiche Muster aufgrund der Führungsmarkierungen 7 zu bilden, wodurch eine Vierschichtleiterplatte 11 (Figur 2 (3)) erhalten wird, die auf beiden Seiten über ein Prepreg oder Prepregs 3 mit zwei Kupferfolien 9 versehen wird (Figur 2 (4)), wonach die gebildete Zusammenstellung unter Erwärmen erneut verpreßt und anschließend an den Stellen der Führungsmarkierungen 12 gebohrt wird, um die Führungsmarkierungen freizulegen, wodurch eine mehrschichtige Leiterplatte 13 mit sechs Metallschichten erhalten wird (Figur 2 (5)).
Nach diesem Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtleiterplatte mit fünf oder mehr Metallschichten muß also mindestens zweimal gepreßt werden, so daß entsprechend mehr Schritte ausgeführt werden müssen, was die Produktivität herabsetzt.
Um die vorstehend genannten Nachteile dieser beiden Verfahren zu überwinden, wurden Untersuchungen über die Herstellung einer Mehrschichtleiterplatte mit fünf oder mehr Schaltungsschichten durch ein einmaliges Pressen ohne Verwendung irgendwelcher Spannvorrichtungen oder Führungsstifte durchgeführt. Dabei hat sich herausgestellt, daß eine Mehrschichtleiterplatte mit großer Lagegenauigkeit nach dem folgenden Verfahren mit einem einzigen Pressen erhalten werden kann: Eine Vielzahl übereinander angeordneter Leitertafeln werden vor dem Pressen lagegenau angeordnet, wobei zwei benachbarte Tafeln mit einem Schweißmetall zusammengeschweißt werden, um sie miteinander zu verbinden, wonach, falls erforderlich, eine Metallfolie oder -folien über wenigstens ein Prepreg auf einer oder beiden Seiten der erhaltenen Zusammenstellung angeordnet wird.
Die gesamte Zusammenstellung wird schließlich unter Erwärmen verpreßt.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtleiterplatte mit hoher Lagegenauigkeit bereitgestellt, bei dem eine Vielzahl von Schaltungstafeln über ein Prepreg oder Prepregs übereinander angeordnet werden, die erhaltene Zusammenstellung bezüglich der Schaltungsschichten lagegenau angeordnet wird, jeweils zwei benachbarte Schaltungstafeln an mehreren Stellen mit einem Schweißmetall verschweißt werden, um sie miteinander zu verbinden, und erforderlichenfalls eine Metallfolie oder -folien über ein Prepreg odr Prepregs auf einer oder beiden Seiten der gebildeten Zusarnmenstellung angeordnet werden, worauf die gesamte Zusammenstellung unter Erwärmen verpreßt wird, um so eine Mehrschichtleiterplatte zu bilden.
Die erfindungsgemäß zum Schweißen der Tafeln verwendeten Schweißmetalle dürfen nicht schmelzen, wenn die Zusammenstellung auf die Preßtemperatur nach dem Schweißen erwärmt wird und weisen vorzugsweise einen Schmelzpunkt auf, der etwas höher als die Preßtemperatur liegt, da die Menge der angewandten Schweißwärme so klein wie möglich sein muß, um ihre Wirkung auf die Leiterplatte auf ein Minimum herabzusetzen. Ein Lot ist als Beispiel eines Schweißmetalls zu nennen, das diese Anforderungen erfüllt.
An den Stellen der Schaltungstafeln, an denen geschweißt wird, ist eine aufplattierte Metallfolie vorgesehen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, so daß ein Großteil der Wärme während des Schweißens verlorengeht, wodurch die Schweiß leistung vermindert wird. Die Metallfolie ist daher, an den Stellen, an denen geschweißt wird, vorzugsweise gegenüber der Metallfolie der gedruckten Schaltung isoliert, um diesen Wärmeverlust zu verhindern. Das heißt, das Metall soll an den Stellen, an denen geschweißt wird, in Form sogenannter Inseln vorliegen.
Das Schweißmetall, das erfindungsgemäß verwendet werden kann, kann in Form einer Stange, eines Pellets, einer Paste oder dergleichen vorliegen.
Folgende Schweißverfahren sind anwendbar: (i) Ein geschmolzenes Schweißmetall wird zwischen die Schaltungstafeln an den Stellen, an denen geschweißt werden soll, gegossen; (ii) ein Schweißmetall wird zwischen den Schaltungstafeln angeordnet und mit einem Lötkolben erhitzt, und (iii) ein Schweißmetall wird zwischen den Schaltungstafeln an den Stellen, an denen geschweißt werden soll, angeordnet und dann einer Hochfrequen z induktions erwärmung unterworfen. Von diesen Verfahren wird die Hochfrequenzinduktionserwärmung vorgezogen, wobei sich folgende Bedingungen dafür als geeignet erweisen: Spannung 2 bis 8 KV, Stromstärke 0,2 bis 5 A, Frequenz 1 bis 400 KHz und Zeitraum 2 bis 10 Sekunden. Nach diesem Erwärmungsverfahren ist das Schweißen innerhalb kurzer Zeit beendet, ohne daß direkt Wärme an den isolierenden Abschnitt der Tafeln oder die Prepretis angewendet wird, da nur das Metall schnell durch die elektromagnetische Induktion erwärmt wird.
Nach der Erfindung sind weder Führungsstifte noch Schichtbildungsspannvorrichtungen erforderlich, wobei eine Presse mit größeren Abmessungen als nach dem bekannten Verfahren (z. B. 1000 x 1200 mm) verwendet und eine größere Anzahl von Mehrschichtleiterplatten mit einem einzigen Preßvorgang hergestellt werden kann, so daß die Mehrschichtleiterplatten mit geringen Kosten produziert werden können.
Die Erfindung wird anhand der Figuren 3 und 4 sowie den nachstehenden Beispielen näher erläutert, nach denen Leiterplatten mit sechs Schichten erfindungsgemäß hergestellt werden.
Beispiel 1 Wie in Figur 3 (1) dargestellt, werden glasfaserverstärkte Epoxyharz-Prepregs 3 zwischen zwei glasfaserverstärkten Epoxyharz-Tafeln 14 mit gedruckten Schaltungen auf beiden Seiten (0,4 mm Dicke, 1000 x 1000 mm Größe) angeordnet, wobei jeweils Bohrungen zur lagegenauen Anordnung zwischen den Tafeln und Kupferfolienstücke an vorgegebenen Schweißstellen vorgesehen sind, wobei die Kupferfolienstücke gegenüber der Kupferfolie der gedruckten Schaltung isoliert sind. Die Zusammenstellung wird auf einer Einrichtung 16 zur Einstellung der genauen Lage angeordnet, wobei geschmolzenes Schweißmetall 15 an den zu verschweißenden Stellen der vorstehend erwähnten Schaltungstafeln aufgebracht wird, um die beiden Schaltungstafeln zu verschweißen, wodurch eine Zusammenstellung 17 (Figur 3 (2)) erhalten wird, in der zwei Schaltungstafeln aufeinander befestigt sind und Lagegenauigkeit zwischen den Tafeln besteht.
Diese zunächst verschweißte Zusammenstellung 17 wird von der Einrichtung 16 zur Einstellung der genauen Lage entfernt und in Sandwich-Anordnung über Prepregs 3 zwischen zwei Kupferfolien 9 angeordnet. Es werden zehn Zusammenstellungen, die mit der Zusammenstellung 17 übereinstimmen, übereinander angeordnet und mit einer Platte aus rostfreiem Stahl warm verpreßt, um zehn Sätze von Leiterplatten 18 mit sechs Schichten von 1000 x 1000 mm Größe (Figur 3 (4)) zu erhalten.
Beispiel 2 Entsprechend Figur 4 werden glasfaserverstärkte Epoxyharz-Prepregs 3 und Schweißmetallstücke 15 zwischen den gleichen beiden glasfaserverstärkten Epoxyharz-Tafeln 14 mit gedruckten Schaltungen auf beiden Seiten (0,4 mm Dicke, 1000 x 1000 mm Größe) wie im Beispiel 1 eingesetzt. Die Zusammenstellung wird in der Einrichtung 16 zur Einstellung der genauen Lage angeordnet. Es wird eine Hochfrequenzinduktionsspule 19 {StromstArke 0,9 A, Spannung 5 XV, Frequenz 200 KHz) den vorgegebenen Schweißstellen genähert, um die Schweißmetallstücke 15 4,5 Sekunden durch Induktion zu erwärmen, wodurch die beiden gedruckten Schaltungs- tafeln verschweißt werden. Es wird dadurch eine Zusammenstellung erhalten, in der zwei gedruckte Schaltungstafeln unter lagegenauer Anordnung der Tafeln miteinander verbunden werden. Es wurde anschließend so weiter vorgegangen wie im Beispiel 1, um zehn Sätze von Leitertafeln oder gedruckten Schaltungen aus sechs Schichten zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 1 Aus zwei glasfaserverstärkten Expoxyharztafeln mit gedruckten Schaltungen auf beiden Seiten (0,4 mm Dicke, 500 x 500 mm Größe) wurden drei Sätze von gedruckten Schaltungen oder Leiterplatten auf einmal nach dem vorstehend erwähnten Stiftverfahren entsprechend den Figuren 1 (1) und 1 (2) hergestellt.
Die Lagegenauigkeit der Leiterplatten mit sechs Schichten, die nach den Beispielen 1 und 2 sowie nach dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellt worden sind, ist in Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1

Beispiel Beispiel Vergleichsbeispiel

1 2 1

Lagegenauigkeit* 0,02 - 0,02 - 0,05 -

0,06 mm 0,06 mm 0,10 mm

Anmerkung:* Die Lagegenauigkeit wird wiedergegeben durch die Größe der Lageänderung zwischen gedruckten Schaltungsschichten.
Beispiele 3 und 4 Aus glasfaserverstärkten Epoxyharz-Tafeln mit gedruckten Schaltungen auf beiden Seiten (0,1 mm Dicke, 1000 x 1000 mm ~Größe) fUr die inneren Schaltungstafeln werden zehn Sätze von gedruckten Schaltungen oder#I#eiterplatLen mit zehn Schichten in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 bzw. 2 durch einen einzigen Preßvorgang hergestellt.
Vergleichsbeispiel 2 Aus glasfaserverstärkten Epoxyharz-Tafeln mit gedruckten Schaltungen auf beiden Seiten (0,1 mm Dicke, 500 x 500 mm Größe) für die inneren Schaltungstafeln werden drei Sätze von Leiterplatten oder gedruckten Schaltungen mit zehn Schichten in der gleichen Weise wie nach dem Vergleichsbeispiel 1 durch einen einzigen Preßvorgang hergestellt.
Es wurde die Lagegenauigkeit zwischen den Tafeln der Leiterplatten der Beispiele 3 und 4 sowie des Vergleichsbeispiels 2 bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 2

Beispiele Vergleichsbeispiel

3 und 4 2

0,05 - 0,20 -

Lagegenauigkeit 0,10 mm 0,30 mm

Anmerkung:* Die Definition der Lagegenauigkeit ist die gleiche wie in Tabelle 1.
Wenn die Dicke der inneren Schaltungstafeln nicht mehr als 0,2 mm beträgt, so ist die Lagegenauigkeit zwischen den Tafeln, also die Größe der Lageänderung zwischen gedruckten Schaltungsschichten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren derjenigen des Stiftverfahrens überlegen, wie aus Tabelle 2 klar hervorgeht Der Grund dafür besteht darin, daß bei dem Stiftverfahren die Führungsstiftbohrungen in den dünnen Schaltungstafeln, die auf den Führungsstiften angeordnet sind, durch die Einwirkung von Wärme und Druck sowie durch das Fließen des Kunstharzes während des Mehrschichtverpressens verformt werden, wodurch eine große Lageänderung zwischen den gedruckten Schaltungsschichten erfolgt. Auf der anderen Seite wird im wesentlichen keine Lageänderung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Schichtbildung durch die Befestigung der Tafeln aneinander hervorgerufen.
Wie vorstehend erwähnt, weisen die erfindungsgemäßen gedruckten Schaltungen mit mehreren Schichten eine hervorragende Lagegenauigkeit zwischen den gedruckten Schaltungsschichten auf.
Die verschweißten Stellen können manchmal nach dem Mehrschichtpressen erfindungsgemäß entfernt werden, um gedruckte Schaltungen mit mehreren Schichten zu erhalten, wobei dieser Fall von dem Umfang der Erfindung mitumfaßt werden soll. Leerseite

Claims

Gedruckte Schaltung mit mehreren Schichten und Verfahren zu deren Herstellung Patentansprüche fm Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung aus mehreren Schichten, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß mehrere Schaltungstafeln über ein oder mehrere Prepregs aufeinander angeordnet werden, die erhaltene Zusammenstellung in bezug auf die Schaltungsschichten lagegenau angeordnet wird, jeweils zwei benachbarte Schaltungstafeln an mehreren Stellen mit einem Schweißmetall verschweißt werden, um sie aneinander zu befestigen und gegebenenfalls eine Metallfolie oder -folien über eine oder mehrere Prepregs auf einer oder beiden Seiten der gebildeten Zusammenstellung angeordnet werden, worauf die gesamte Zusammenstellung unter Erwärmung verpreßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungstafeln Tafeln mit gedruckten Schaltungen auf beiden Seiten sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu schweißenden Tafeln als Schweißstellen Metallfolienstücke aufweisen, die gegenüber der gedruckten Schaltungsmetallfolie an den für das Schweißen vorgesehenen Stellen isoliert sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verschweißten Stellen der Tafeln nach dem Verpressen abgetrennt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der genauen Lageeinstellung zwischen den Schaltungsschichten das Schweißen durchgeführt wird, indem ein Schweißmetall auf die zu schweißenden Stellen aufgetragen wird, wobei das Schweißmetall durch Hochfrequenzinduktionserwärmung geschmolzen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißmetall einen Schmelzpunkt aufweist, der etwas höher ist als die Preßtemperatur.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißmetall ein Lot ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen auf den äußersten Metallfolien nach dem Pressen gedruckt werden.
9. Mehrschichtige gedruckte Schaltung, hergestellt nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 5, 6, 7 oder 8.