DE3785226T2

DE3785226T2 - Kontinuierliches verfahren zur herstellung von leiterplatten.

Info

Publication number: DE3785226T2
Application number: DE87100003T
Authority: DE
Inventors: Eugene A Eggers; William J Summa
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1986-02-03
Filing date: 1987-01-02
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2007-01-03
Also published as: EP0231737B1; US4659425A; EP0231737A2; JPS62179931A; JPH0262385B2; DE3785226D1; EP0231737A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Verbundleiterplatte.

Stand der Technik

Bei der Herstellung von elektronischen Geräten wie Computern sind gedruckte Leiterplatten weit verbreitet, um einzelne elektronische Bauteile zu tragen und die elektrische Verschaltung zwischen den Bauteilen herzustellen. Kommerzielle elektronische Rechner wurden seit ihrer Einführung leistungsfähiger, und sie wurden in den physischen Abmessungen von Raumgröße auf Schreibtischgröße verkleinert. Da ihre Größe verringert wurde und die Anzahl der Verbindungen infolge der leistungsfähigeren Logik erhöht wurde, wurden die verwendeten gedruckten Leiterplatten dichter und komplexer. Heutige gedruckte Leiterplatten können extrem dicht sein, mit kleinen Geometrien und vielen Schichten.
Die gedruckten Leiterplatten sind eine Verbundstruktur, die einen zentralen Kern, typischerweise ein dielektrisches Material, wie ein aus einem Material wie Glasfaser gebildetes Verstärkungsgewebe und ein warmhärtbares Harz, wie ein Epoxidharz, aufweist und der in der Technik als "Prepreg" bezeichnet wird. Der Begriff "Prepreg" ist von der Tatsache abgeleitet, daß das Verstärkungsgewebe, zum Beispiel ein Glasfasergewebe, mit einer flüchtigen Lösung vorimprägniert ist, die in erster Linie ein warmhärtbares Harz, wie ein Epoxidharz, Katalysatoren und/oder Härtungsagenzien für das Harz enthält. Auf den Prepreg sind auf beiden Seiten metallisierte Schaltungen aufgebracht, die üblicherweise aus einer Metallfolie wie einer Kupferfolie gebildet sind. Die Metallfolie wird geätzt oder auf eine andere Art bearbeitet, um Schaltungen einer vorbestimmten geometrischen Konfiguration zu erhalten. Die gedruckte Leiterplatte kann eine doppelseitige Verbundplatte sein, die Schaltungen auf der Ober- und Unterseite der dielektrischen Schicht hat, oder sie kann eine laminierte Mehrschichtplatte sein, die auch interne Signalleitungen und Stromversorgungsebenen aufweist, die durch ein dielektrisches Material getrennt werden, welche in der Technik als eine "2s, 2p"-Struktur bezeichnet wird. Die gedruckten laminierten Mehrschicht-2s,2p-Leiterplatten sind aus einzelnen Verbundleiterplatten präpariert, die laminiert werden, um die Mehrschichtstruktur zu bilden, bei der zwischen den Prepreg-Schichten geätzte Metall-Leitungsführungen vorhanden sind. Die laminierten Mehrschichtplatten sind mit Durchgangs-Kontaktlöchern und Zwischenkontaktlöchern versehen, um die verschiedenen Schaltungsleitungen und Stromversorgungsebenen zu verbinden.
Bei der Herstellung des in der gedruckten Leiterplatte verwendeten Prepregs wird das Verstärkungsgewebe, geeigneterweise ein Glasfasergewebe, mit der Lösung des warmhärtbaren Harzes imprägniert, indem das Gewebe durch ein Bad der Harzlösung hindurchgeführt wird. Nach Entnahme aus dem Imprägnierungsbad wird der Prepreg erwärmt, um das Lösungsmittel zu entfernen. Wenn das Harz ein Epoxidharz ist, wird der Prepreg auf etwa 100 bis 150ºC erwärmt, um das Lösungsmittel zu entfernen und ihn teilweise zu härten, d. h. das Epoxidharz in die B-Stufe zu überführen. Danach wird der Prepreg diskontinuierlich auf beiden Seiten mit einem leitenden Material - etwa einer dünnen, z. B. 0,02-0,05 mm dicken Kupferfolie - laminiert, um eine einzelne Leiterplatte zu bilden, und die einzelnen Platten können, wenn die Schaltung definiert ist, weiter laminiert werden, wobei der Prepreg als Laminierungsschicht verwendet wird, um Mehrschichtstrukturen zu bilden.
Ein Nachteil der für die Herstellung der gedruckten Leiterplatten verwendeten Verfahren nach dem Stand der Technik ist es, daß unter Herstellungsbedingungen das Prepreg-Scheibenprodukt eine große Anzahl von Löchern aufweist, die bei dem Herstellungsverfahren infolge des Eindringens von Luft in den Prepreg während des Schrittes der Entfernung des Lösungsmittels gebildet werden. Die Anwesenheit von Löchern in der Leiterplatten-Laminatstruktur begünstigt die Verschlechterung des Laminat-Zusammenhalts an den Grenzflächen zwischen benachbarten Schichten und führt zur Metall-, z. B. Kupfer-Migration und der Bildung von Kurzschlüssen zwischen plattierten Durchgangslöchern und Stromversorgungsebenen, die in der gedruckten Leiterplatte vorliegen.
Ein beim Stand der Technik zur Vermeidung von Löchern oder Lufteinschlüssen in der gedruckten Leiterplatte eingesetztes Verfahren ist es, die Laminatstruktur unmittelbar nach der Bildung sowohl Wärme, z. B. 125 bis 140ºC, als auch einem beträchtlichen Grad an Verdichtung, z. B. 1,4 bis 4,8·10&sup6; Pa für längere Zeitspannen bis zu mehreren Stunden auf diskontinuierlicher Basis auszusetzen. Neben dem Umstand, daß dieses Verfahren zeitaufwendig ist, bringt es für den Herstellungsprozeß wesentliche zusätzliche Kosten mit sich.
Ein weiteres Verfahren zur Beseitigung von Löchern in Leiterplatten ist in den US-Patentschriften 4 372 800 und 4 451 317 offenbart. Diese Patentschriften beschreiben ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Leiterplattenlaminaten, wobei die Formulierung des warmhärtbaren Harzes, das im Herstellungsverfahren verwendet wird, ein flüssiges ungesättigtes Polyesterharz ist, das frei von flüchtigen Lösungsmitteln und zur Härtung ohne Erzeugung flüssiger oder gasförmiger Nebenprodukte in der Lage ist.
Ein Nachteil des in den US-Patentschriften 4 372 880 und 4 451 317 beschriebenen Verfahrens ist jedoch, daß zur Gewährleistung einer gründlichen Haftung der Metall-, z. B. Kupfer- Folienschicht auf der Prepreg-Schicht des Laminats die Verwendung von Klebern wie Epoxidharzen erforderlich ist. Dieses Erfordernis hat den Nachteil einer weiteren Harz-Harz-Grenzfläche, sowie den Nachteil zusätzlicher Beschichtungsstationen während der Herstellung.
Es gibt daher in der Technik ein Bedürfnis, über ein Verfahren zu verfügen, um die Löcher in Leiterplatten zu beseitigen oder wesentlich zu reduzieren, das kontinuierlich ist und die Verwendung einer Klebeschicht zum Aufbinden der Metallfolienschicht auf die imprägnierte Prepreg-Schicht vermeidet.
Die EP-A-0 048 491 offenbart die Herstellung von blasen- oder löcherfreien elektrischen Laminaten, wie etwa unplattierten oder metallplattierten Laminaten, durch Imprägnieren eines porösen Fasersubstrates mit einem lösungsmittelfreien flüssigen Harz, das zum Erhärten in einen starren Zustand ohne Erzeugung eines flüchtigen Nebenprodukts in der Lage ist, Kombinieren einer Vielzahl von imprägnierten Substraten zur Bildung eines einheitlichen Teils, Veranlassen, daß im wesentlichen alle in der Kombination verbliebenen eingeschlossenen Luftblasen durch Auflösen im flüssigen Harz verschwinden, und anschließendes Aushärten der Kombination.
DE-A-3 307 057 offenbart ein Verfahren für die kontinuierliche Herstellung von kupferplattierten Laminaten und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Die Vorrichtung weist eine Zwei- Bänder-Drucklaminierungsvorrichtung auf, die sich über eine Erwärmungs- und eine Abkühlungszone erstreckt.

Zusammenfassung der Erfindung

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird - wie beansprucht - ein Verfahren für die kontinuierliche Herstellung einer Verbundleiterplatte bereitgestellt, das die kontinuierlichen Schritte des (1) Beschichtens (22) der Oberfläche einer Metallfolie (17) mit einer Schicht eines von einem flüchtigen Lösungsmittel freien warmhärtbaren Harzes, (2) Erwärmens (21) der Folie auf eine Temperatur unterhalb der Härtungstemperatur des Harz es zur weiteren Verflüssigung des Harzes, (3) Vorschiebens der erwärmten, harzbeschichteten Folie in Kontakt mit einer Lage (19) eines Verstärkungsgewebes zur Bildung eines Folien-/Gewebe-Aufbaus, (4) kontinuierlichen Förderns des Aufbaus zwischen einem Paar von rotierenden endlosen Bändern (10, 11) mit einander zugewandten Oberflächen (10a, 11a), die in einer Erwärmungszone (23), die auf die Härtungstemperatur des Harzes aufgeheizt ist, gegeneinander preßbar sind, (5) Pressens der einander zugewandten Oberflächen der Bänder gegen den Aufbau zum gleichzeitigen Zusammendrücken des Aufbaus und Imprägnieren des Aufbaus mit dem Harz, (6) Härtens des Harzes in der Erwärmungszone (23), wodurch dort eine Verbundstruktur (16), die mit dem gehärteten Harz zusammengebunden ist, gebildet wird, und dann (7) Abkühlens (24) der Verbundstruktur, während die Bänder gegen die Verbundstruktur gepreßt bleiben, womit die Leiterplatte erhalten wird, aufweist.
Bei dem Prozeß gemäß der vorliegenden Erfindung ist kein zusätzlicher Klebstoff erforderlich. Da durch die Druckwirkung der rotierenden Bänder das warmhärtbare Harz gleichförmig durch das Verbundprodukt verteilt wird, wirkt das Harz als Klebemittel für die verschiedenen Schichten des Verbundprodukts. Beim Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung beseitigt die Verwendung einer flüssigen, warmhärtbaren Harzzusammensetzung, die von flüchtigen Lösungsmitteln frei ist, die Notwendigkeit eines Trocknungsschritts und verringert wesentlich das Vorhandensein von Löchern im Verbundleiterplattenprodukt, wodurch die Effizienz des Verfahrens erhöht und die Qualität des Plattenprodukts verbessert wird. Eine höhere Verfahrenseffizienz wird durch die Tatsache erreicht, daß infolge der kontinuierlichen, gleichförmigen Wirkung der Zwei-Bänder-Kompression der zusammengefügten Plattenbestandteile eine Vorimprägnierung des Verstärkungsgewebes unnötig ist. Die Eliminierung des Prepreg-Präparationsschrittes trägt wesentlich zur Effizienz der Herstellung der Leiterplatten ebenso wie zur Verringerung der Kosten bei, die mit der erfindungsgemäßen Handhabung von Prepregs gegenüber derjenigen bei den Verfahren nach dem Stand der Technik verbunden sind.
Beim Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Druckkraft vorzugsweise kontinuierlich und gleichförmig während des Warmhärtens der Baugruppe auf den Plattenaufbau ausgeübt. Die auf den Plattenaufbau ausgeübte Druckkraft während des Warmhärtschrittes kann in der Größenordnung von etwa 140 bis 700 kPa sein und vorzugsweise etwa 200 bis 350 kPa betragen. Infolge der vorzugsweise begrenzten Druckkraft, die auf den Plattenaufbau ausgeübt wird, wird im Plattenprodukt ein Minimum von Spannungen erzeugt, wodurch ein Produkt mit überlegener Formstabilität erzeugt wird, was die Verwendung von nichtgewebten oder anderen preisgünstigen Verstärkungsmaterialien mit niedriger Zugfestigkeit bei der Herstellung des Leiterplattenprodukts erlaubt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird mittels ihrer Ausführungsbeispiele dargestellt, die in der Zeichnung gezeigt sind und in der nachfolgenden Beschreibung erklärt werden. Zur Zeichnung:
Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Zwei- Bänder-Drucklaminierer, der bei der Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer Verbundleiterplatte verwendet wird.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil des Zwei-Bänder-Drucklaminierers nach Fig. 1, nämlich des Plattenzuführ- und Harzbeschichtungsabschnitts des Laminierers, durch den eine Mehrschicht-Laminatleiterplatte vom 2s,2p-Aufbau unter Verwendung des entsprechend Fig. 1 hergestellten Verbundmaterials hergestellt wird.

Genaue Beschreibung der Erfindung

In Fig. 1 ist eine Zwei-Bänder-Drucklaminiervorrichtung 5 gezeigt, die aus zwei kontinuierlich rotierenden rostfreien Stahlbändern 10, 11 aufgebaut ist, welche in übereinanderliegender Lage zueinander einer über dem anderen mit einander zugewandten Oberflächen 10a, 11a angeordnet und durch zugeordnete Spannrollen 12, 13 und durch angetriebene Walzen 14, 15 geführt sind. Der nicht gezeigte Antrieb wird synchron auf bekannte Weise bewirkt, so daß die einander zugewandten Seiten 10a, 11a der Bänder 10, 11 mit der gleichen Geschwindigkeit in Richtung der Pfeile der angetriebenen Walzen 14, 15 laufen und zwischen sich eine Lücke oder Klemmstelle bilden, die es in bekannter Weise ermöglicht, eine Metallfolie und ein Verstärkungsgewebe aufzunehmen, um das Leiterplattenprodukt 16 zu bilden.
Im Betrieb werden, um die Leiterplatte 16 herzustellen, einzelne Metallfolienbögen 17, 18 mit einer Dicke von etwa 0,012 bis 0,075 mm und einzelne Verstärkungsgewebelagen 19, 20 mit einer Dicke von etwa 0,04 bis 0,18 mm gleichzeitig und kontinuierlich von ihren entsprechenden Vorratsrollen 17a, 18a, 19a und 20a abgewickelt und unter den Führungsrollen 12, 13 des Zwei-Bänder- Drucklaminierers 5 hindurchgeführt. Vor ihrem Hindurchführen unter den Führungsrollen des Zwei-Bänder-Drucklaminierers wird eine der Metallfolien, nämlich die Metallfolie 17, über die Heizplatte 21 geführt.
Nachdem die Metallfolie 17 von der Rolle 17a abgewickelt wurde und vor dem Passieren der Heizplatte 21 wird auf die obere Oberfläche der Metallfolie 17 aus einer Beschichtungsvorrichtung 22 ein Strom von flüssigem, warmhärtbarem Harz geleitet, um auf der Folie eine etwa 0,05 bis 0,25 mm dicke Schicht zu erzeugen. Die Beschichtungsvorrichtung 22 kann ein Messerbeschichter, ein Tiefdruckbeschichter, ein Umkehrwalzenbeschichter oder eine hydropneumatische Beschichtungseinrichtung sein, die eine vorbestimmte Menge von flüssigem warmhärtbarem Harz auf die obere Oberfläche der Metallfolie liefert. Durch wahlweises Einstellen der Dicke der aufgebrachten Harzbeschichtung auf diejenige, die zum vollständigen Befeuchten und Imprägnieren der Gewebelagen erforderlich ist, wird das Entfernen überschüssiger Mengen von Harz von den zusammengefügten Metallfolien- und Gewebeschichten vermieden. Wenn beispielsweise zwei Glasfaserverstärkungsgewebebögen von 0,075 - Dicke bei der Herstellung des Leiterplattenprodukts 16 verwendet werden, ist das Aufbringen einer flüssigen Epoxidharzschicht von etwa 0,125 mm Dicke auf die Oberfläche der Kupferfolie angemessen, um die Gewebe während ihres Durchgangs durch den Zwei-Bänder-Laminierer 5 vollständig zu befeuchten und zu imprägnieren. Das Erwärmen der mit flüssigem warmhärtbarem Harz beschichteten Metallfolie 17, wenn sie über die Heizplatte 21 geführt wird, verflüssigt das flüssige Harz, d. h. verringert seine Viskosität, so daß der Harz bereitwillig die Verstärkungsgewebelagen 19, 20 befeuchten, durchdringen und imprägnieren wird, da die Gewebelagen in Kontakt mit der mit flüssigem warmhärtbarem Harz beschichteten Metallfolie gepreßt werden und die Folien und Gewebe lagen während ihres Durchgangs durch den Doppeldrucklaminierer kontinuierlich zwischen den Bändern 10, 11 gepreßt werden. Beispielsweise können Zusammensetzungen flüssigen, warmhärtbaren Harzes - wie etwa von Epoxidharz - so formuliert werden, daß sie Viskositäten im Bereich von 0,05 bis 5 Pa·s bei 25ºC haben. Beim Aufheizen auf etwa 80ºC bis etwa 125ºC wird die Viskosität von 5 auf etwa 0,05 Pa·s verringert, womit die erwärmte Harzzusammensetzung bereitwillig mehrere Schichten von Verstärkungsgewebe, wie die aus Glasfasern aufgebauten, durchdringen wird. Wenn sie mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,9 bis 3,6 m/min bewegt wird, wird eine 0,125-mm-Schicht von flüssigem warmhärtbarem Harz, wie etwa Epoxidharz, die auf die Oberfläche der Metallfolie aufgebracht und auf 80ºC bis 125ºC erwärmt wurde, zwei 0,075 mm dicke Glasfaserverstärkungsgewebe, die innerhalb 15 bis 45 Sekunden in Kontakt mit der beschichteten Metallfolienoberfläche gepreßt werden, befeuchten und vollständig durchdringen.
Da für die Entfernung des Lösungsmittels aus den imprägnierten Verstärkungsgewebeschichten keine Zeit erforderlich ist, kann der Aufbau aus Metallfolie und Verstärkungsgewebeschichten, der unter den Walzen 12, 13 hindurchgeführt wird, direkt in eine Erwärmungszone weitergeführt werden, um das Harz auf seine Härtungstemperatur zu bringen. Wie in Fig. 1 gezeigt, werden die mit flüssigem warmhärtbarem Harz beschichtete Metallfolie 17, die Verstärkungsgewebelagen 19, 20 und die zweite Metallfolie 18 kontinuierlich parallel zueinander zwischen die frei laufenden Walzen 12, 13 geführt und mit einander zugewandten Oberflächen durch das Paar der endlosen Bänder 10, 11 zusammengedrückt, wodurch die Verstärkungsgewebeschichten 19, 20 gleichzeitig aufeinandergeschichtet und zwischen die Metallfolien 17 und 18 gepreßt werden. Die Druckkraft, mit der die Metallfolien und Gewebelagen gegeneinander gepreßt werden, wenn sie in den Doppelpressenlaminierer 5 zwischen den Walzen 12 und 13 eintreten, reicht allgemein von 140 bis 700 kPa und vorzugsweise von 200 bis 350 kPa.
Der Metallfolien-/Gewebe-Aufbau wird von zwischen den Walzen 12, 13 zur Wärmehärtungszone 23 geführt. Innerhalb der Wärmehärtungszone 23 ist eine - nicht gezeigte - Einrichtung zum Aufheizen der Bänder 10, 11 auf die zur Laminierung des Aufbaus erforderliche Temperatur vorhanden, und - nicht gezeigte - Preßvorrichtungen sind auf bekannte Weise mit jedem Band 10, 11 verbunden. Die Preßvorrichtung bewirkt, daß die einander gegenüberliegenden Seiten 10a, 11a der Bänder 10, 11 gegeneinander und gegen den Metallfolien-/Gewebe-Aufbau gepreßt werden, wodurch der Aufbau weiter zusammengedrückt wird, um sicherzustellen, daß das flüssige warmhärtbare Harz durch den gesamten Aufbau fließt, um voll alle Schichten des Aufbaus zu kontaktieren. Die Druckkraft, mit der der Metallfolien-/Gewebe-Aufbau innerhalb der Heizzone 23 durch die Bänder 10, 11 gepreßt wird, reicht allgemein von etwa 140 bis 700 kPa und vorzugsweise von etwa 200 bis 350 kPa. Gleichzeitig mit der Preßwirkung der Bänder wird in der Erwärmungszone die Temperatur des Aufbaus auf die Härtungstemperatur des flüssigen warmhärtbaren Harzes erhöht. Jede der Metallfolienschichten 17, 18 wird auf die gegenüberliegenden Oberflächen der harzimprägnierten Verstärkungsgewebe 19, 20 durch das gehärtete Harz unter der Wirkung der in der Heizzone 23 erzeugten Wärme und des darauf durch die Bänder 10, 11 ausgeübten Drucks aufgebunden.
Wenn das zur Imprägnierung der Verstärkungsgewebe 19, 20 verwendete flüssige warmhärtbare Harz ein Epoxidharz ist, variiert die Härtungstemperatur von etwa 150 bis etwa 200ºC, mit einer bevorzugten Härtungstemperatur von etwa 160 bis 170ºC.
Die auf den Metallfolien-/Gewebe-Aufbau innerhalb der Heizzone durch die Bänder 10, 11 ausgeübte Druckkraft ist der Minimaldruck, der erforderlich ist, um einen Harzfluß durch den Aufbau zu bewirken, und variiert allgemein von 140 bis 700 kPa und vorzugsweise von etwa 200 bis 350 kPa. Das Durchlaufen der Heizzone 23 durch den Metallfolien-/Gewebe-Aufbau erfolgt mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,9 bis 3,6 m/min für eine Gesamtverweilzeit in der Heizzone von etwa 120 bis 480 Sekunden.
Nach Durchgang durch die Heizzone 23 wird der Metallfolien-/ Gewebe-Aufbau in eine Abkühlzone 24 geführt.
Die Anordnung der Heizzone 23 ist im Prinzip auch in der Abkühlzone 24 vorgesehen, außer daß eine Vorkehrung getroffen wird, um eine Abkühl- anstelle einer Erwärmungsfunktion auszuführen. So sind innerhalb der Abkühlzone 24 - nicht gezeigte - Einrichtungen zum Pressen vorgesehen, die, wie in der Erwärmungszone, auf bekannte Weise mit jedem Band 10, 11 verbunden sind. Die Preßvorrichtung bewirkt, daß die einander gegenüberliegenden Seiten 10a, 11a der Bänder gegeneinander und gegen die Metallfolien 17, 18 gepreßt werden, so daß der Aufbau unter dem gleichen Druck verbleibt, wie er ihm vorher in der Erwärmungszone 23 auferlegt wurde, wenn der Aufbau in der Zone 24 einer Abkühlung unterliegt.
Die in der Zone 24 vorgesehene - nicht gezeigte - Wärmeübertragungsvorrichtung bewirkt ein Abkühlen der Bänder über Wärmeleitung, wodurch das Verbundprodukt 16, das die Erwärmungszone 23 in erwärmtem Zustand verläßt, in der Zone 24 abrupt auf eine Temperatur von etwa 40 bis 50ºC abgekühlt wird. Die in der Abkühlzone 24 vorgesehene Wärmeübertragungseinrichtung kann durch einen Strom von Kühlluft in der Kammer der Abkühlzone ergänzt werden, welcher mittels erzwungener Konvektion die Abkühlung des Verbundprodukts 16 durch die Bänder 10, 11 unterstützt.
Nach Verlassen der Abkühlungszone 24 kann das abgekühlte Verbundprodukt 16, wenn es relativ dick ist, z. B. 0,4 bis 1,5 mm, unter Verwendung einer Schneidvorrichtung 25 in vorbestimmte Längen oder Tafeln geschnitten werden, oder das Verbundprodukt 16 kann auf Walze 26 zur Aufbewahrung aufgewickelt werden, wenn es ein relativ dünnes Material ist, z. B. 0,1 bis 0,3 mm dick.
Obwohl die Kurzzeit-Laminierungsschritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung dem Verbundprodukt 16 jene grundsätzlichen Eigenschaften verleihen, die für Leiterplatten gefordert sind, ist es doch vorzuziehen, das erhaltene Verbundprodukt einer Nachtemperbehandlung zu unterziehen. Durch eine solche Behandlung wird das Verbundprodukt bezüglich der Wärmebeständigkeit ebenso wie der Formstabilität infolge der Entfernung von Spannungen weiter verbessert. So wird das Verbundprodukt 16, wenn das im kontinuierlichen Laminierungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendete flüssige warmhärtbare Harz ein Epoxidharz ist, für etwa 0,5 bis 3 Stunden in einer auf eine Temperatur von etwa 150ºC bis etwa 200ºC aufgeheizten Kammer nachgetempert.
Die auf die oben in Fig. 1 beschriebene Weise erhaltenen Verbundprodukte werden nachfolgend geätzt, um eine Schaltungserzeugung vorzunehmen, um gedruckte Leiterplatten vorzubereiten.
Ein mit einer Schaltung versehenes Verbundprodukt 16 mit einer relativ geringen strukturellen Dicke kann geätzt und für kontinuierliche Schaltungserzeugung bearbeitet und dann als das Kernmaterial für eine Stromversorgungsebene bei der kontinuierlichen Herstellung von Mehrschicht-Laminatleiterplatten mit 2s, 2p-Aufbau verwendet werden. So kann das entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren präparierte Verbundprodukt 16 mit einer relativ geringen strukturellen Dicke, z. B. 0,1 bis 0,3 mm, das auf einer Rolle aufbewahrt wird, kontinuierlich von der Rolle abgewickelt, zur Präparation von Grundplatten geätzt und dann kontinuierlich mit zusätzlichen Metallfolien- und Verstärkungsgewebeschichten auf eine zu Fig. 1 ähnliche Weise laminiert werden, um äußere Signalebenen auf das Verbundprodukt aufzubringen, so daß ein laminiertes Mehrschicht-Leiterplattenprodukt mit 2s, 2p- Aufbau entsteht.
Eine Art und Weise, auf die das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf die kontinuierliche Herstellung von Leiterplatten mit laminiertem Mehrschicht-2s,2p-Aufbau angewandt werden kann, ist in Fig. 2 gezeigt.
In Fig. 2 ist der Abschnitt des Zwei-Bänder-Drucklaminierers 5 der Fig. 1 für den Bogenvorschub sowie für das Aufbringen des flüssigen warmhärtbaren Harzes gezeigt, wobei eine Vielzahl von Metallfolien- und Verstärkungsgewebeschichten auf kontinuierliche Weise unter Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung auf das Kernprodukt 16 laminiert werden, um ein laminiertes Mehrschichtprodukt 55, das für die Präparation gedruckter Leiterplatten mit 2s, 2p-Aufbau geeignet ist, vorzubereiten.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wird ein laminiertes Mehrschicht-Leiterplattenprodukt 55 aus dem in Übereinstimmung mit dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren hergestellten Verbundprodukts 16 dadurch hergestellt, daß zuerst ein flüssiges warmhärtbares Harz von einer Beschichtungsvorrichtung 30 auf die obere Oberfläche einer Metallfolie 32 aufgebracht wird, wenn die Folie von der Vorratsrolle 32a abgewickelt wird. Die bedeckte Metallfolie 32 und die Verstärkungsgewebe 34 und 35, die von Vorratsrollen 34a, 35a abgewickelt werden, werden zusammengefügt, wenn sie über die Walze 36 laufen, um einen Aufbau 37 zu bilden. Der Aufbau 37 wird gleichzeitig mit dem bedeckten Verbundprodukt 16 über die Heizplatte 38 geführt und läuft unter der Führungsrolle 40 hindurch. Wenn das beschichtete Verbundprodukt 16 und der Aufbau 37 unter der Führungsrolle 40 hindurchgehen, wird die unbedeckte untere Oberfläche des Verbundprodukts 16 in Kontakt mit der oberen Verstärkungsgewebeoberfläche des Aufbaus 37 gebracht. Außerdem werden unter die Führungsrolle 40 gleichzeitig Verstärkungsgewebe 41, 42, die von Vorratsrollen 41a, 42a abgewickelt werden, hindurchgeführt, wodurch die untere Oberfläche des Gewebes 41 in Kontakt mit der beschichteten Oberfläche des Verbundprodukts 16 gebracht wird, wenn sie unter der Rolle 40 hindurchgeht und über die Heizplatte 38 läuft. Wenn die zusammengefügten Metallfolien- und Verstärkungsgewebeschichten in den Spalt zwischen den einander gegenüberliegenden Seiten 10a, 11a der Doppeldruckbänder 10, 11 eintreten, wird eine Metallfolie 43 von der Vorratsrolle 43a abgewickelt und ebenfalls in den Spalt in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Verstärkungsgewebes 42 geführt, wodurch die einzeln zugeführten Metallfolien und Verstärkungsgewebe unter der Wirkung von Wärme und Druck in der gleichen Weise, wie es oben beschrieben und in Fig. 1 gezeigt wurde, zusammen mit dem Verbundprodukt 16 verbunden werden.
Wenn die harzbeschichtete Metallfolie 32 und das harzbeschichtete Verbundprodukt 16 über die Heizplatte 38 laufen, werden diese Substrate auf eine Temperatur unterhalb der Härtungstemperatur des flüssigen warmhärtbaren Harzes aufgeheizt, wodurch das durch die Wärme dünnflüssig gemachte, auf die Oberflächen der Folie 32 und des Verbunds 16 aufgebrachte Harz die hinzugefügten Verstärkungsschichten 34, 35 und 41, 42 durchdringt und imprägniert, wenn sie in Kontakt mit der harzbeschichteten Metallfolie 32 und dem Verbundprodukt 16 kommen. Die aufgebrachte harzbeschichtete Metallfolie 32 und das harzbedeckte Verbundprodukt 16 zusammen mit den Verstärkungsgeweben 34, 35, 41 und 42 und der Metallfolie 43 gehen durch den Zwei-Bänder-Drucklaminierer 5 auf die Art und Weise hindurch, wie es zuvor beschrieben wurde, um ein laminiertes Mehrschicht-Leiterplattenprodukt herzustellen. Das laminierte Produkt 55 wird in gewünschte, vorbestimmte Plattenlängen geschnitten oder auf eine Rolle 56 aufgewickelt und dort aufbewahrt.
Wenn gewünscht, kann das laminierte Mehrschichtprodukt 55 einer Wärmebehandlung nach der Laminierung unterzogen werden, um eine vollständigere Härtung des Laminats zu bewirken. Danach wird ein äußeres Schaltungsmuster in die äußeren Metallfolienschichten geätzt, um eine gedruckte Leiterplatte mit 2p, 2s-Aufbau zu präparieren.
Die bei der Vorbereitung der Leiterplatten der vorliegenden Erfindung verwendeten Verstärkungsgewebe werden aus gewebten oder nichtgewebten Fäden formstabiler Fasern, wie etwa Fasern aus Glas, Bornitrid, Kohlenstoff (einschließlich karbonierten, graphitierten und feuerbeständigen Fasern) und Siliciumkarbid gewonnen. Glasfasergewebe sind zur Verwendung bei der Präparation von für die Herstellung von Leiterplatten verwendeten Laminaten vorzuziehen. Die verstärkenden Glasfasergewebe werden normalerweise vor dem Zusammenfügen mit einer Metallfolie mit einem Haftungsmittel, wie etwa Aminosilan, bedeckt, das die Haftung der flüssigen warmhärtbaren Harzverbindung auf der Oberfläche des Gewebes fördert.
Der Begriff "flüssige warmhärtbare Harzzusammensetzung", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine solche, die keinen Lösungsmittelbestandteil enthält, sondern nur Bestandteile, die durch eine Warmhärtungsreaktion ohne Erzeugung von Wasser, Kohlendioxid o. ä. als Nebenprodukte vollständig in ein festes Harz umwandelbar sind. Die Zusammensetzung ist daher aus Harzen vom Radikalpolymerisations- oder Additionspolymerisations-Typ aufgebaut, z. B. aus ungesättigtem Polyesterharz, Vinylesterharz (oder Epoxy-Acrylat-Harz) und Epoxidharz.
Außerdem kann die flüssige warmhärtbare Harzzusammensetzung andere Bestandteile enthalten, die ihre Härtung bewirken oder beschleunigen. Zum Beispiel kann ein flüssiger und gesättigter Polyester Bestandteile wie vernetzungspolymerisierbare Monomere und Härtungsbeschleuniger enthalten; Epoxidharz kann Härtungsmittel enthalten.
Epoxidharze sind für die praktische Ausführung der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Allgemein gesprochen, verwendet die Technologie der Mehrschicht-Leiterplatten heutzutage hauptsächlich Epoxidharze in Kombination mit Glasfaserverstärkungsgeweben für die Herstellung von Prepreg-Bögen. Epoxidharzsysteme zeigen hohe dielektrische Stabilität, gute Feuchtigkeitsbeständigkeit, gute chemische Widerstandsfähigkeit und gute Widerstandsfähigkeit sowohl gegenüber mechanischen als auch elektrischen Stößen, und Epoxid/Glasgewebelaminate stellen die effizientesten derzeit existierenden Aufbauten bezüglich des Verhältnisses Stabilität zu Gewicht dar. Epoxidharze können aliphatische, zykloaliphatische, aromatische, heterozyklische o. ä. sein und können solche inerten Bestandteile wie Chlor u. a. enthalten, die bekannt sind und denen man in der Technik allgemein begegnet. Bei der Bildung von Epoxidharzen, die für die Ausführung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, kann im Grunde genommen jedes Epoxid, das aus mehrwertigem Alkohol oder Phenol und einem Epihalohydrin erzeugt wird, verwendet werden. Typisch für die Epoxide, die erfolgreich verwendet werden können, sind diejenigen, die aus Epichlorhydrin und einem mehrwertigen Phenol oder Alkohol wie Resorcin, Catechol, 1,2,6-Hexantriol, Sorbit, Mannit, Pentaerythritol, Trimethylolpropan und Glycerolallylethern erzeugt werden. Ähnlich können Polymermaterialien, die mehrwertige Hydroxyle, wie geeignet substituierte Polyether und Polyester, enthalten, verwendet werden. Beispielsweise können Vinylcyclohexandioxid, epoxidierte Mono-, Di- und Triglyzeride, Butadiendioxid, 1,4-Bis(2,3-epoxypropoxy)benzol, 1,3-Bis(2,3-epoxypropoxy)benzol, 4,4,-Bis(2,3-epoxypropoxy)diphenylether, 1,8- Bis(2,3-epoxypropoxy)oktan, 1,4-Bis(2,3-epoxypropoxy)cyclohexan, 4,4'-Bis(2-hydroxy-3,4-epoxybutoxy)diphenyldimethylmethan, 1,3- Bis(4,5-epoxypentoxy)-5-chlorbenzol, 1,4-Bis(3,4-epoxybutoxy)-2- chlorcyclohexan, Diglycidylthioether, Diglycidylether, Ethylenglykoldiglycidylether, Resorcindiglycidylether, 1,2,5,6-Diepoxyhexen-3, 1,2,5,6-Diepoxyhexan und 1,2,3,4-Tetra(2-hydroxy-3,4- epoxybutoxy)butane verwendet werden.
Besonders zu bevorzugen sind aus Bisphenol-A(2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan)-Phenolen oder -Kresolen und Epichlorhydrin präparierte Epoxide. Besonders geeignet sind Bisphenol-A-epichlorhydrin-Polyepoxidharze der Formel
und epoxidierte Poly(o-Kresole) der Formel
worin n und b nichtnegative Zahlen sind und R Chlorhydrine, Glykole, Polymerether-Glieder o. ä. sind.
Härtungskatalysatoren werden in das Epoxidharzsystem einbezogen, um das endgültige Härten des Harzes zu bewirken. Die in den Epoxidharzen enthaltenen Katalysatoren sind solche, die üblicherweise in der Technik verwendet werden, um die Polymerisation von Epoxidharz durch Reaktion des Oxiran-Rings zu bewerkstelligen. Härtungskatalysatoren, die für die Ausführung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, schließen Amine oder Amide, wie primäre, sekundäre und tertiäre aliphatische, zykloaliphatische oder aromatische Amine, z. B. Monoethanolamin, Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Trimethylhexamethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, N,N-Dimethylpropylendiamin-1,3, N,N-Diethylpropylendiamin-1,3, 2.2-Bis(4- aminocyclohexyl)propan, 3,5,5-Trimethyl-3-(Aminomethyl)-cyclohexylamin, 2,4,6-Tris(Dimethylaminomethyl)-phenol, Benzyldimethylamin, Di-Cyandiamid, Benzoguanamin, Imidazol, Isoniazid, Tetramethylendiamin, Metaphenolendiamin und N,N,N',N'-Tetramethyl-1,3-Butadiamin.
Der Härtungskatalysator ist im Epoxidharzsystem mit einer Konzentration von etwa 0,5 bis 10 Gew.-% und vorzugsweise von etwa 1 bis 3 Gew.-% enthalten.
Eine in der Praxis der vorliegenden Erfindung als flüssiges warmhärtbares Harz bevorzugt einsetzbare Epoxidharzformulierung ist eine Epoxid-Styrol-Zusammensetzung, die aus einer Mischung von etwa 50 bis 90 Gewichtsteilen Polyepoxid, etwa 10 bis 50 Gewichtsteilen eines Styrolmonomers, etwa 0,25 bis 2,0 stöchiometrischen Äquivalenten (auf der Basis von Polyepoxyd) eines Säureanhydrids, wie etwa Trimellitanhydrid, 3,3',4,4'-Benzophenon- Tetrakarboxylanhydrid oder chlorendischem Anhydrid, einer beschleunigenden Menge einer Beschleunigungs-Verbindung, wie einer Onium-Verbindung, etwa einem quarternären Ammoniumhalid oder Phosphoniumhalid, und einer Härtungsmenge eines Härtungsagens mit freien Radikalen- etwa eines Peroxids wie tertiärem 2,5-Dimethyl-2,5-Bis(butylperoxy)hexan besteht. Diese bevorzugten Epoxidharzformulierungen werden genauer in der US-Patentschrift 4 284 753 offenbart und sind von der Shell Chemical Company unter der Produktbezeichnung EPON RSL 941 erhältlich.
Epoxidharze werden, wenn sie als flüssige warmhärtbare Harzzusammensetzung bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, so formuliert, daß eine flüssige Zusammensetzung mit bequem handhabbarer Viskosität bereitgestellt wird, die allgemein eine Brookfield-Viskosität bei 21ºC von etwa 3 bis 5 Pa·s hat.
Das folgende, nicht einschränkende Beispiel wird vorgestellt, um die vorliegende Erfindung weiter zu illustrieren.

Beispiel

Unter Verwendung eines Zwei-Bänder-Drucklaminierers des in Fig. 1 gezeigten Typs wurde ein flüssiges warmhärtbares Epoxidharz, das unter der Produktbezeichnung EPON RSL 941 von der Shell Chemical Company erhältlich ist, kontinuierlich mit einer Schichtdicke von 0,25 mm auf die obere Oberfläche einer 0,035 mm dicken elektrolytischen Kupferfolie aufgebracht, die kontinuierlich von einer Vorratsrolle abgewickelt wurde. Die epoxidharzbeschichtete Kupferfolie wurde kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 2,5 in/min über eine auf 85ºC aufgeheiztem Heizplatte geleitet, um das Harz zu verflüssigen. Eine zweite, identische Kupferfolie und ein Paar von Glasfasergeweben mit einer Dicke von 0,075 mm wurden kontinuierlich von ihren entsprechenden Vorratsrollen abgewickelt und zusammen mit der harzbeschichteten Kupferfolie mit der Geschwindigkeit von 2,5 m/min zur Heizzone des Doppelpressenlaminierers geleitet, die bei einer Temperatur von 160ºC gehalten wurde. In der Heizzone wurden die Kupferfolien und Fasergewebe mit einem Druck von 345 kPa zusammengepreßt, wobei dieser Druck hinreichend war, um ein Hineinfließen des verflüssigten Epoxidharz es in die Glasgewebe und ein Imprägnieren und Durchdringen derselben zu bewirken, so daß es die untere Oberfläche der zweiten Kupferfolie berührte. Die Gesamtverweilzeit des Kupferfolien-/Gewebe-Aufbaus in der Heizzone war 120 Sekunden. Nach Durchlaufen der Heizzone wurde der Kupferfolien-/Glasgewebe-Aufbau kontinuierlich durch die bei 50ºC gehaltene Abkühlzone geleitet. Das gewonnene Verbundprodukt wurde für 60 Minuten bei 190ºC nachgetempert.
Das erhaltene Verbundprodukt war ein flexibles, kupferplattiertes Laminat mit einer Dicke von 0,2 mm ± 0,025 mm. Trotz des Kurzzeitbindens unter niedrigem Druck waren das Fließen und die Haftung an den Glasgeweben und der zweiten Kupferfolie nach dem Nachhärten ausgezeichnet. Das Nachhärten sorgt für eine erhöhte thermische Stabilität während der Relaminierung und nachfolgender Bauteil-Lötvorgänge.

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Verbundleiterplatte, das die kontinuierlichen Schritte des

Beschichtens (22) der Oberfläche einer Metallfolie (17) mit einer Schicht eines von einem flüchtigen Lösungsmittel freien flüssigen warmhärtbaren Harzes,

Erwärmens (21) der Folie auf eine Temperatur unterhalb der Härtungstemperatur des Harzes zur weiteren Verflüssigung des Harz es,

Vorschiebens der erwärmten harzbeschichteten Folie in Kontakt mit einer Lage (19) eines Verstärkungsgewebes zur Bildung eines Folien-/Gewebe-Aufbaus,

kontinuierlichen Förderns des Aufbaus zwischen einem Paar von rotierenden endlosen Bändern (10, 11), mit einander zugewandten Oberflächen (10a, 11a), die in einer Erwärmungszone (23), die auf die Härtungstemperatur des Harzes aufgeheizt ist, gegeneinander preßbar sind,

Pressens der einander zugewandten Oberflächen der Bänder gegen den Aufbau zum gleichzeitigen Zusammendrücken des Aufbaus und Imprägnieren des Aufbaus mit dem Harz,

Härtens des Harzes in der Erwärmungszone (23), wodurch dort eine Verbundstruktur (16), die mit dem gehärteten Harz zusammengebunden ist, gebildet wird, und dann des

Abkühlens (24) der Verbundstruktur, während die Bänder gegen die Verbundstruktur gepreßt bleiben, womit die Leiterplatte erhalten wird,

aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Metallfolie eine Kupferfolie ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verstärkungsgewebe ein Glasfasergewebe ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das flüssige warmhärtbare Harz ein Epoxidharz ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Epoxidharz eine Epoxid-Styrol-Zusammensetzung ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verbundstruktur durch die Bänder mit einem Druck von etwa 200 bis 350 kPa zusammengedrückt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine zweite Lage (20) eines Verstärkungsgewebes und/oder eine zweite Metallfolie (18) in Kontakt mit dem Folien/Gewebe-Aufbau (17, 19) vorgeschoben und zusammen mit ihm zwischen dem Paar rotierender Bänder (10, 11) gefördert, verbunden und gehärtet wird, um eine Verbundproduktstruktur (16) zu bilden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Metallfolienschicht oder -schichten (17, 18) des abgekühlten Verbunds (16) geätzt werden, um Schaltungen zu bilden, um eine gedruckte Leiterplatte zu erhalten.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem auf das Verbundplattenlaminat (16) nachfolgend eine Anzahl von Metallfolien- (32, 43) und Verstärkungsgewebeschichten (34, 35, 41, 42) beschichtet, aufgebracht, gepreßt und gehärtet werden, um eine laminierte Mehrschicht-Leiterplatte (55) zu bilden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die äußere Metallfolie (32, 43) der laminierten Mehrschichtstruktur (55) geätzt wird, um Schaltungen zu bilden, um eine mehrschichtige gedruckte Leiterplatte zu erhalten.