DE1690274A1 - Verfahren zur Herstellung von mehr als zwei Leitungsebenen aufweisende Verdrahtungsplatten (Mehrschichtleiterplatten) - Google Patents

Description

IELEFUNKIN Patentverwertungsge Seilschaft

m« b» H* Ulm (Donau), Elisabethenstr.3

Ulm (Donau), 22. Juni 1967 ΪΈ/PT-Ka/Eg - U 81/67

"Verfahren zur Herstellung von mehr als zwei Leitungsebenen aufweisende Verdrahtungeplatten (Hehrschichtleiterplatten)"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mehr als zwei Leitungeebenen aufweisende Verdrahtungsplatten (Mehrschichtleiterplatten), die aus aufeinander geschichteten und miteinander verklebten, flächenhaften Leitungezüge für die einzelnen Leiterebenen tragende Trägerplatten aus Isoliermaterial zusammengesetzt sind und die mit Metallbelägen ausgekleidete, die gesamte Verdrahtungsplatte durchsetzende Ausnehmungen aufweisen; Leitungszüge der Leiterebenen stehen mit diesen Metal1-belägen in den Ausnehmungen in leitender Verbindung und außerdem sind an diese Metallbeläge in den Ausnehmungen die Bauelemente angeschlossen.

Derartige Mehrechichtititerplatten konmen deshalb immer mehr sum Einsatz, weil die Verbindungsmöglichkeiten, die

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eine doppelkaschierte leiterplatte bietet, bei der heutigen Technik oft nicht ausreichen. Bei derartigen Mehrschichtleiterplatten werden die Bauelemente beispielsweise unmittelbar auf der Oberfläche der Hehrschichtleiterplatte aufgebracht» wobei die Anschlüsse der Bauelemente Bit den metallisierten Ausnehmungen elektrisch leitend verbunden sind. Derartige Mehrschichtleiterplatten können aber auch zur Herstellung der Verbindungen, zwischen Steckkarten benutzt werden, auf denen die Bauelemente aufgebracht sind. In diesem Falle werden die Metallisierungen in den Ausnehmungen über Eontakte mit den Leitungsbahnen auf den Steckkarten leitend verbunden.

Se ist bekannt, Mehrschichtleiterplatten nach folgendem Verfahren herzustellen: Ss wird von Trägerplatten ausgegangen, die nur eine Metallisierung auf einer ihrer Oberflächen aufweisen. Durch Einsatz üblicher Verfahren (Siebdruck oder Aufbringen des negativen Leitungsbildes mit fototechnischen Mitteln und Ätzen) wird dann aus den Metallisierungen das gewünschte Leitungsmueter erzeugt, allerdings mit Ausnahme der Leitungsmuster, die bei der fertigen Mehrsohichtleiterplatte an der Oberfläche liegen· Die Trägerplatten mit dem Leitungsmuster für die einzelnen Leiterebenen werden danach miteinander verklebt, was bei dem bisher bekannten Verfahren durch Einlegen einer

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Prepreg-SOlie und durch Erhitzen und Zusammenpressen der gestapelten Trägerplatten in einem besonderen Werkzeug geschieht· Bei diesem Vorgang erweicht die Prepreg-Folie und verklebt die aufeinanderliegenden Trägerplatten miteinander. Danach werden in die zusammengeklebten Mehrschichtplatten die benötigten Ausnehmungen z. B. durch Bohren eingebracht· Hierauf werden diese Bohrungen durch- ^ verkupfert. Wegen dieser Durchverkupferung konnten auf den Oberflächen der Mehrschichtleiterplatte die Leitungsmuster noch nicht aufgebracht werden. Schließlich wird dann auch das Leitungsmuster auf der Oberfläche der Mehrschichtleiterplatte aufgebracht.

Das bekannte Herstellungsverfahren für derartige Mehrschichtleiterplatten hat verschiedene Nachteile. So ist das für die Verklebung benötigte Werkzeug sehr teuer, da es notwendig ist, die Mehrschichtleiterplatte auf eine ganz bestimmte Temperatur zu erhitzen, und weil außerdem ein hoher Druck erzeugt werden muß. Außerdem entsteht bei dem bekannten Verfahren ein hoher Prozentsatz an Ausschuß. Dieser hohe Prozentsatz kommt insbesondere deshalb zustande, weil der Kontakt der Leiter der einzelnen Leiterebenen mit den durch Durchverkupferung erzeugten Kupferbelägen der Ausnehmungen sehr kritisch ist. Im Zeitpunkt der Durchver-

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kupferung umgibt nämlich der einzelne Leitungssug eine Bohrung nur mit der sehr kleinen Innenfläche eines sehr dünnen Rings· Schließlich ist es auch nachteilig, daß beim Zustandekommen einer ungenauen Bohrung ein nahezu fertiges und damit bereits teueres Teil zu Ausschuß wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgäbe besteht darin, ein Herstellungsverfahren für derartige Leiterplatten zu schaffen, das die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist, bei dem also keine sehr teuren Werkzeuge benötigt werden, bei dem der Ausschuß bei der Herstellung sehr gering ist und bei dem bei Zustandekommen einer unexakten Bohrung nicht bereite ein sehr teures, weil nahezu fertiges Bauteil weggeworfen werden muß-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von Trägerplatten mit beidseitiger Metallisierung ausgegangen wird, daß in diese Trägerplatten vorzugsweise gleichzeitig für all· Trägerplatten einer Verdrahtung «platt θ die Ausnehmungen eingebracht werden, daß danach diese Ausnehmungen mit einer ersten Metallschicht ausgekleidet werden, und mit Ausnahme an den beiden Oberflächen der fertigen Verdrahtungsplatte aus den Metallisierungen der Trägerplatten in an sich bekannter Weise der geforderten Leitungemuster erzeugt werden,

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daß danach die Trägerplatten vorzugsweise unter Zwischenlegung einer Isolierfolie miteinander verklebt werden, daß nach Entfernen von KLeberresten in den Ausnehmungen und gegebenenfalls der, die Ausnehmungen durchsetzenden Isolierstoff-Folienteile eine zweite Metallisierung der durchgehenden Ausnehmungen durchgeführt wird und daß schließlich die benötigten Leitungsmuster auf der Oberfläche der Verdrahtungsplatte hergestellt werden.

Da von Trägerplatten mit zweiseitiger Metallisierung ausgegangen wird, ist die Dicke der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Leiterplatte gegenüber den nach dem bekannten Verfahren hergestellten Leiterplatten außerdem noch weniger groß.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem gemeinsamen Einbringen der Ausnehmungen in alle Trägerplatten das Leiterbild auf einer der späteren Oberflächen der Verdrahtungsplatte aufgebracht« Dieses beispielsweise fototeohnisch aufgebrachte Leiterbild erleichtert das Einbringen der Ausnehmungen, also beispielsweise das Bohren. Zur Erleichterung der Herstellung der Verdrahtungeplatten ist es außerdem günstig, an den Trägerplatten über die Sollplattengröße hinausragende Teile vorzusehen. Beispieleweise können

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die Trägerplatten einen ringsherum gehenden Band von z. B, 15 nun aufweisen. In diese über die Sollplattengröße hinausragenden Teile werden Führungsöffnungen eingebracht, z. B_- eingestanzt. Bei der gemeinsamen Herstellung der Ausnehmungen und gegebenenfalls auch beim Verkleben der Platten werden diese öffnungen in Führungsstifte eines fialtewerkzeugs eingeführt. Hierdurch ist gewährleistet, daß die übereinander zu stapelnden Platten Immer exakt aufeinander liegen, daß also beim Verkleben die Bohrungen in den einzelnen Platten miteinander fluchten. Nach dem Verkleben werden dann die überstehenden Teile mit den FührungBÖ'ffnungen abgetrennt. Stellt man auch in den Teilen, mit denen das Leitungsmuster aufgebracht wird, also die Filmnegative, bzw» Drucksiebe entsprechende Führungsöffnungen her, die beispielsweise gemeinsam mit den Führungsöffnungen in den Trägerplatten eingebracht werden können, so ist auch bei der Herstellung des Leitungsnrueters einer Trägerplatte sichergestellt, daß Filmnegativ, bzw· Drucksieb und die zugehörige Leiterplatte die richtige Lage zueinander haben. Hierzu werden die Führungeöffnungen in den Trägerplatten und den Filmnegativen, bzw. Drucksieben in Führungsstifte eingeführt.

Das Werkzeug zum Einbringen der Führungs öffnungen in die

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Trägerplatten und gegebenenfalls die Filmnegative oder Drucksiebe ist äußerst einfach« Es besteht aus zwei Platten, z. B. Metallplatten, von denen die eine Führungsstifte für die aweite Platte und diese entsprechende Bohrungen aufweist. Biese Führungsetifte bewirken, daß die Platten bei jedem Arbeitsgang in gleicher Stellung ubereinanderliegen. Zwischen diesen beiden Platten werden die aufgestapelten Trägerplatten und gegebenenfalls die Filmnegative oder Drucksiebe eingepreßt. Die beiden Metallplatten weisen an den Stellen, an denen die Führungsöffnungen in diesen Trägerplatten einzubringen sind, Löcher auf, durch die hindurch mit Hilfe eines eingedrückten Stempels die Führungsöffnungen hergestellt werden. Beim. Herstellen der Ausnehmungen in den Trägerplatten werden diese Führungsöffnungen in Führungsstifte in einem entsprechenden Werkzeug eingeführt.

Zum Verkleben kann das oben beschriebene Werkzeug ebenfalls eingesetzt werden« Es muß dann an den Stellen der einen Metallplatte, wo die Führungeöffnungen in den Trägerplatten liegen, lediglich mit Führungsstiften versehen sein. Natürlich kann für diesen Arbeitsgang auch ein zweites Werkzeug vorgesehen sein. Auch beim Kleben werden die aufgestapelten Trägerplatten zusammengedrückt. 2»um Kleben wird ein flüssiger Kleber, z. B. Araldit, auf die Trägerplatten aufgebracht, z. B.

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auf ge strichen· um die Antrocknung dee Klebers zu beschleunigen, können die im oben beschriebenen Werkzeug zusammengepreßten Trägerplatten erwärmt werden.

Der flüssige Kleber dringt auch in die durchgehenden Bohrungen der Mehrschichtleiterplatte ein. Außerdem sind die Bohrungen bei Verwendung einer Isolierfolie zur Isolierung der Leitungszüge zweier aneinandergrenzender Trägerplatten nicht mehr durchgehend. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden diese störenden Teile aus den durchgehenden Bohrungen dadurch entfernt» daß ein zweiter Bohrvorgang mit einem in seinem Durchmesser gegenüber dem vordem benutzten Bohrer etwas kleineren (z. B« 0,05 && kleiner) Bohrer durchgeführt wird. Dieser Bohrvorgang gewährleistet, daß die metallisierten Wände der durchgehenden öffnungen vom Kleber befreit werden, und daß auch die störenden Isolierfolienteile beseitigt werden. Dieser Bohrvorgang ist unkritisch, da sich der Bohrer selbst zentriert. Die zweite Durchverkupferung, die wiederum durch stromloses Abscheiden von Kupfer und elektrolytisches Nachverkupfern erzeugt wisd, verstärkt die ursprünglichen Durchverkupferungen der Trägerplatten und verbindet derartige benachbarte Durchverkupferungen durch Überkupfern des die Bohrung umgebenden, durch die durchbohrte

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Isolierstoffolie gebildeten Rings. Durch die doppelte Verkupferung ist dabei sichergestellt, daß die Verbindungen »wischen den Leitungszügen und den Durchverkupferungen unkritisch sind, wodurch die Ausschußquote sehr gering wird. Schließlich kann man die Leitungszüge an den Oberflächen der Mehrschichtplatte auch noch mit einem Zinnbelag versehen.

Anhand der Zeichnung soll das erfindungsgemäße Verfahren sowie der durch das erfindungsgemäße Verfahren zustande kommende Gegenstand noch näher erläutert werden.

Wie bereits erwähnt, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Trägerplatten ausgegangen, die beidseitig metallisiert sind. Eine derartige Trägerplatte ist in Figur 1a dargestellt und mit 1 bezeichnet. Die beiden Metallisierungen tragen die Bezugszeichen 2 und 3» Zur Erleichterung des Fertigungsablaufs weisen die Trägerplatten über ihre Sollgröße hinausragende Teile auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Trägerplatten allseitig ein Übermaß von z. B. 15 mm aufweisen. Diese Teile liegen in der Zeichnung oberhalb bzw. unterhalb der gestrichtelt eingezeichneten Linien. Sie sind mit 1a und 1b bezeichnet. Mit Hilfe des oben be-

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schriebenen. Werkzeuges werden an die überstehenden Teile 1a und 1b Pührungsöffnungen eingebracht, und zwar vorzugsweise für alle Trägerplatten einer Mehrschichtleiterplatte gleichzeitig« Außerdem können gleichzeitig auch Führungsöffnungen in die für das Aufbringen der Leitungsmuster benötigten Drucksiebe bzw. Filmnegative eingebracht werden. Die Führungsöffnungen sind in der Figur 1b erkennbar und mit 4· bezeichnet. Beim Ausführungsbeispiel der Zeichnung wurde angenommen, daß eine Sechsschichtleiterplatte hergestellt werden soll· Zum Einbringen der Ausnehmungen in die Trägerplatten werden die für eine Verdrahtungsplatte benötigten Trägerplatten mit ihren Führungsöffnungen in. Führungsstifte 6 eingefädelt (siehe Schnittdarstellung der Figur 1b). Dann werden die durchgehenden Ausnehmungen 5 ζ. Β. durch Bohrung eingebracht. Zur Erleichterung des Bohrvorgangs kann auf einer der Oberflächen der Trägerplatten das Leiterbild aufgebracht werden, z. B. auf fototechnische Weise. Hierauf werden, wie in Figur 1c (Schnittdarstellung) dargestellt, die Ausnehmungen 5 in den einzelnen Trägerplatten in bekannter Weise mit einem Metallbelag 6 versehen, z. B. durch das bekannte Verfahren der Durohverkupferung. Die Stärke des in die Ausnehmungen eingebrachten Belags kann z. B. 35/um betragen. Hierauf werden auf den Oberflächen der einzelnen Leiterplatten nach den bekannten Verfahren die Leitungs-

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muster erzeugt, allerdings nicht auf den. Oberflächen, die bei der fertigen Mehrschichtleiterplatte außen liegen. Hierauf werden die Trägerplatten einer Mehrschichtleiterplatte miteinander verklebt. Hiereu können die einzelnen Trägerplatten mit ihren Führungsöffnungen wiederum auf Führungsstifte 7 (siehe Schnittdarstellung der Figur 1d) eines Hilfewerkeeuges aufgefädelt werden. Zwischen aneinandergrenzende Trägerplatten 1 werden zur Isolierung der Leitungßzüge benachbart liegender Trägerplatten gegeneinander Isolierstoffolien 8 eingelegt. Vor dem Auffädeln der einzelnen Trägerplatten 1 auf die Führungsstifte 7 werden die Trägerplatten auf beiden Seiten mit einem Kleber bestrichen. Als Kleber kann beispielsweise Araldlt verwendet werden. Während der Auetrocknung des Klebers sind die aufeinandergeschichteten Trägerplatten 1 zwischen die Platten 9 und 10 einer Klebepresse eingespannt* Zur Beschleunigung der Austrocknung kann die Klebepresse mit den aufeinandergestapelten eingespannten Trägerplatten in einen Ofen mit einer Temperatur von z. B- 100° gebracht werden. Die vergrößert dargestellten Kleberschichten sind in der Figur 1d mit 11 bezeichnet.

Bei der Verklebung gelangt Kleber auch in die durchgehenden Ausnehmungen 5« Die dort eingedrungene Klebemasse 1st in Figur 1d mit 12 bezeichnet. Biese Klebemasse In den durch-

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gehenden Ausnehmungen 5 sowie die die Ausnehmungen 5 durchsetzenden Teile 13 der Isolierstoffolien 3 müssen nunmehr beseitigt werden. Dies geschieht am günstigsten durch eine aweite Bohrung, und zwar mit einem Bohrer, der einen etwas kleineren Durchmesser hat als der bei der ersten Bohrung benutzte Bohrer, War beispielsweise der Durchmesser des zuerst benutzten Bohrers 1 mm, so benutzt man nunmehr einen Bohrer von z, B, 0,95 nm· Durch diesen zweiten Bohrvorgang werden die Klebermasse 12 sowie die Folienteile 13 in den Bohrungen 5 beseitigt. Bei einer Stärke der Metallisierung in den Bohrungen von z, B. 35/um bleibt bei diesem zweiten Bohrvorgang von dieser Metallisierung noch 25/Um erhalten. Durch den zweiten Bohrvorgang wird jedoch gewährleistet, daß die Metallisierung überall vom Kleber gereinigt ist. Die durchbohrte Mehrschichtleiterplatte ist in Figur 1e im Schnitt dargestellt. Nunmehr wird eine zweite Durchverkupferung vorgenommen, durch die der Metallbelag 6 in den einzelnen Trägerplatten verstärkt wird und gleichzeitig die Metallbeläge 6 benachbarte Leiterplatten miteinander verbunden werden. Hierbei werden also die zwischenliegenden Isolierstoffolien 8 in den durchgehenden Bohrungen metallisch überbrückt. Die durchverkupferten Bohrungen sind in der Figur 1f gezeigt. Nunmehr werden auf den Oberflächen der Mehrschichtleiterplatte die benötigten Leitungsmuster aufgebracht, die ge-

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gebenenf alls noch stromlos verzinnt werden können. Danach werden die überstehenden feile, also die oberhalb und unterhalb der gestrichelten Linien (Figur 1) dargestellten Teile abgeschnitten. Die Mehrschichtleiterplatte ist damit fertiggestellt.

Die Figur 1f der Zeichnung zeigt praktisch den durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Gegenstand, der aus Trägerplatten mit doppelter Metallisierung erzeugt wird, wobei diese Trägerplatten miteinander verklebt werden
gegebenenfalls unter Zwischenlage von Isolierstoffolien. Außerdem weist der Gegenstand durchgehende Öffnungen mit Metallbelägen auf. In den einzelnen Leiterebenen befinden sich die benötigten Leitungsmuster·

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Claims (10)

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   Patentansprüche

   1· Verfahren zur Herstellung von mehr als zwei Leitungsebenen aufweisende Verdrahtungsplatten (Mehrschichtplatten), die aus aufeinandergeschichteten und miteinander verklebten, flächenhafte Leitungszüge für die einzelnen Leiterebenen tragenden Trägerplatten aus Isoliermaterial zusammengesetzt sind und mit Metallbelägen ausgekleidete, die gesamte Verdrahtungsplatte durchsetzende Ausnehmungen auf· weisen, wobei Leitungszüge der Leiterebenen mit diesen Metallbelägen in leitender Verbindung stehen und außerdem an diese Metallbeläge in den Ausnehmungen Bauelemente angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß von Trägerplatten sit beidseitiger Metallisierung ausgegangen wird, daß in diese Trägesplatten vorzugsweise gleichzeitig für alle Trägerplatten einer Verdrahtungsplatte die Ausnehmungen eingebracht werden, daß danach diese Ausnehmungen mit einer ersten Metallschicht ausgekleidet werden, und mit Ausnahme an den beiden Oberflächen der fertigen Verdrahtungsplatte aus den Metallisierungen der Trägerplatten in an sich bekannter Weise die geforderten Leitungsmuster erzeugt werden, daß danach die Trägerplatten vorzugsweise unter Zwischenlegung einer Isolierfolie miteinander verklebt werden, daß nach Ent-

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   fernen von Kleberresten in den Ausnehmungen und gegebenenfalls der die Ausnehmungen durchsetzenden Isollerstoffolienteile eine zweite Metallisierung der durchgehenden Ausnehmungen durchgeführt wird und daß schließlich die benötigten Leitungsmuster auf den Oberflächen der Verdrahtungsplatte hergestellt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem gemeinsamen Einbringen der Ausnehmungen in allen Trägerplatten das Leiterbild auf einer der Oberflächen der Verdrahtungsplatte aufgebracht wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet« daß die Trägerplatten mit beidseitiger Metallisierung zur Erleichterung der Herstellung der Verdrahtungsplatten über ihre Sollplattengröße hinausragende Teile aufweisen, daß in diese Teile Führungsöffnungen eingebracht, ζ. Β· eingestanzt,werden, daß die Platten zur gemeinsamen Herstellung der Ausnehmungen und/oder beim Verkleben mit diesen Öffnungen in Führungsstifte eingeführt sind und daß die überstehenden Teile nach dem Verkleben entfernt werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

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   auch in den Filmnegativen "bzw. den Drucksieben für Herstellung der Leitungsmuster entsprechende Führungsöffnungen vorzugsweise gemeinsam mit den Führungsöffnungen in den Trägerplatten eingebracht, z. B. eingestanzt, werden und daß für die Herstellung der Leitungsmuster eine Trägerplatte und ein Filmnegativ bzw. ein Drucksieb mit diesen Führungsöffnungen in Führungsstifte eingeführt werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber durch Hitzeeinwirkung ausgehärtet wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Kleber Araldit verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entfernen der Kleberreste und gegebenenfalls von Isolierstoffolienteilen aus den als Bohrungen ausgebildeten Ausnehmungen ein zweiter Bohrvorgang mit einem gegenüber dem ersten Bohrvorgang etwas kleineren Bohrerdurchmesser durchgeführt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 t dadurch gekennzeichnet, daß die die Ausnehmungen auskleidende Metall-

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   schicht durch stromloses Verkupfern und durch elektrolytisches Nachverkupfern erzeugt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungszüge auf den Oberflächen mit einem Zinnbelag versehen werden.
10. 10. Vorrichtung zum Einbringen der Fübrungsöffnungen in die Trägerplatten und gegebenenfalls in die Filmnegative oder Drucksiebe nach Anspruch 3 und 4·, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Platten, insbesondere Stahlplatten, mit Fübrungsstiften in der einen und entsprechende öffnungen in der anderen Platte übereinander angeordnet sind, zwischen die die mit Führungsöffnungen zu versehenden Trägerplatten usw. eingeklemmt werden, daß diese Platten an den Stellen, an denen die Führungsöffnungen an den Trägerplatten usw. anzubringen sind, Offnungen aufweisen, und daß ein Stempel

    zum Einbringen der Führungsöffnungen vorge#ehen ist, der durch diese öffnungen durchgepreßt wird.

    11« Vorrichtung zum Verkleben der mit Führungsöffnungen versehenen Trägerplatten nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10 verwendet wird, bei der anstelle der öffnungen in der einen Platte Führungeetifte für die Aufnahmeöffnungen der Trägerplatten vorgesehen sind·

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