RU2603130C1

RU2603130C1 - Method of multilayer printed circuit board manufacturing

Info

Publication number: RU2603130C1
Application number: RU2015137123/07A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Васильевич Мылов; Игорь Владимирович Дрожжин; Дмитрий Викторович Левин
Original assignee: Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод"
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2016-11-20

Abstract

FIELD: manufacturing technology.

SUBSTANCE: invention relates to production of multilayer printed circuit boards (MPB) with high density of elements arrangement and can be used in assembly of microchips with low pitch. Achieved by that MPB production method comprises MPB assembly forming MPB layers, into package is performed by layer-by-layer building up of every following layer through pad onto MPB base consisting of layers, which does not contain blind transition holes. At that, before following layer building up in printed circuit boards forming MPB layers, blind transition holes are made located directly under components leads contact sites, performing their metallization, conducting photoresist application using additional photomasks and producing auxiliary technological layer, performing blind transition holes refilling with copper and removal of photoresist, followed by excess copper mechanical removal, alignment of copper thickness over entire surface of printed circuit board, application of each layer layout pattern, after package assembly and pressing performing through transition metalized holes and MPB outer layers layout application.

EFFECT: lower interconnections density in MPB production.

1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоэлектроники, в частности к производству многослойных печатных плат (МПП) с высокой плотностью размещения элементов, и может быть использовано при монтаже микросхем с малым шагом.The invention relates to the field of electronics, in particular the production of multilayer printed circuit boards (MPP) with a high density of elements, and can be used in the installation of microcircuits with a small pitch.

Из уровня техники известен способ изготовления многослойных интегральных схем и многослойных печатных плат с использованием полимерной подложки (патент RU №2186469, опубликовано 27.07.2002 г., МПК: H05K 3/46). Способ включает формирование двусторонних плат с электропереходами, в том числе через металлизированные отверстия в контактных площадках, диэлектрических прокладок с отверстиями, нанесение припоя на контактные площадки, сборку двусторонних плат с электропереходами в пакет и термическое прессование пакета. Перед соединением двусторонних плат с электропереходами в пакет создают электрически связанные с проводниками схемы контактные площадки без отверстий, расположенные над или под контактными площадками без отверстий смежной платы, наносят припой на данные контактные площадки, собирают и термически прессуют пакет двусторонних плат с электропереходами. При этом контактные площадки без отверстий смежных двусторонних плат с электропереходами соединяются между собой, образуя вертикальные электропереходы с одной двусторонней платы с электропереходами на другую.The prior art method for the manufacture of multilayer integrated circuits and multilayer printed circuit boards using a polymer substrate (patent RU No. 2186469, published July 27, 2002, IPC: H05K 3/46). The method includes forming double-sided boards with electrical junctions, including through metallized holes in the contact pads, dielectric spacers with holes, applying solder to the contact pads, assembling double-sided boards with electrical junctions into a bag and thermal pressing of the bag. Before connecting double-sided circuit boards with electrical junctions into a package, contact pads without holes located above or below the contact pads without openings of an adjacent circuit board are electrically connected with the circuitry, solder these contact pads, assemble and thermally press a package of double-sided boards with electrical junctions. In this case, the contact pads without openings of adjacent bilateral boards with electrical junctions are connected to each other, forming vertical electrical junctions from one bilateral board with electrical junctions to another.

К недостаткам данного способа изготовления многослойных печатных плат можно отнести недостаточную надежность изготовленных указанным способом многослойных печатных плат.The disadvantages of this method of manufacturing a multilayer printed circuit boards include the lack of reliability made in this way multilayer printed circuit boards.

Известен способ изготовления многослойного модуля печатных плат с высокой плотностью размещения элементов (патент RU №2279770, опубликовано 10.07.2006 г., МПК: H05K 3/46). Способ включает подготовку двусторонней подложки с печатными схемами и металлизированными сквозными отверстиями, плотное присоединение с одной стороны подложки, посредством жидкого эпоксидного клеящего материала двухэтапного отверждения дополнительного слоя, сформированного в виде пленки из полиимидной смолы, одна сторона которой содержит металлическое покрытие, причем указанный слой присоединяют неметаллизированной стороной пленки из смолы. Осуществляют избирательное вытравливание указанного металлического покрытия дополнительного слоя, для удаления металла в заданных местах для формирования микроотверстий напротив расположенных под ними металлизированных областей подложки. Производят анизотропное химическое формирование сквозных микроотверстий через указанную пленку путем погружения указанной пленки в статическую ванну водного раствора этилендиамина с добавлением гидроокиси калия в количестве, пропорциональном толщине пленки из полиимидной смолы и поперечному размеру микроотверстий, при температуре по меньшей мере 25°С, с последующей промывкой с использованием моющего средства. Удаляют слой клеящего материала, остающегося на дне микроотверстий, проходящих через пленку, путем распыления на него растворителя, так что микроотверстия проходят до расположенных под ними металлизированных областей подложки. Осуществляют металлизацию указанных микроотверстий так, что формируемый в них слой металла находится в электропроводном контакте с вышеуказанными, расположенными под ними металлизированными областями и с внешним металлическим покрытием указанного слоя. Производят избирательное вытравливание указанного металлического покрытия для формирования на нем печатных схем, находящихся в электропроводном контакте с указанными металлизированными микроотверстиями.A known method of manufacturing a multilayer module of printed circuit boards with a high density of elements (patent RU No. 2279770, published July 10, 2006, IPC: H05K 3/46). The method includes preparing a double-sided substrate with printed circuits and metallized through holes, tightly adhering on one side of the substrate, using a two-stage liquid epoxy adhesive material, curing an additional layer formed as a polyimide resin film, one side of which contains a metal coating, said layer being attached non-metallized side of the resin film. Selective etching of the indicated metal coating of the additional layer is carried out to remove the metal in predetermined places to form microholes opposite the metallized regions of the substrate located beneath them. Anisotropic chemical formation of through holes through the specified film is carried out by immersing the specified film in a static bath of an aqueous solution of ethylene diamine with the addition of potassium hydroxide in an amount proportional to the thickness of the film of polyimide resin and the transverse size of the holes at a temperature of at least 25 ° C, followed by washing with using detergent. The layer of adhesive material remaining at the bottom of the micro-holes passing through the film is removed by spraying solvent on it, so that the micro-holes pass to the metallized regions of the substrate located below them. Metallization of these microholes is carried out so that the metal layer formed in them is in electrically conductive contact with the above metallized regions located beneath them and with an external metal coating of the specified layer. Selective etching of said metal coating is performed to form printed circuits on it that are in electrical conductive contact with said metallized micro-holes.

К недостаткам данного способа изготовления многослойных печатных плат можно отнести высокую плотность межсоединений.The disadvantages of this method of manufacturing multilayer printed circuit boards include a high density of interconnects.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления многослойных печатных плат (патент RU №2474985, опубликовано 10.02.2013 г., МПК: H05K 3/46). Способ изготовления многослойных печатных плат путем сборки в пакет n одно - или двусторонних печатных плат с выполненными в них металлизированными отверстиями и n-1 слоев склеивающих прокладок между соединяемыми печатными платами, последующего вакуумного горячего прессования пакета с образованием межслойного соединения контактирующих между собой металлизированных отверстий отдельных печатных плат. При этом перед сборкой пакета металлизированные отверстия плат заполняют вулканизирующимся в процессе прессования наполнителем, который после прессования удаляют из сквозных отверстий.Closest to the proposed is a method of manufacturing a multilayer printed circuit boards (patent RU No. 2474985, published 02.10.2013, IPC: H05K 3/46). A method of manufacturing multilayer printed circuit boards by assembling n single- or double-sided printed circuit boards with metallized holes and n-1 layers of adhesive pads between connected printed circuit boards into a packet, subsequent vacuum hot pressing of the packet with the formation of an interlayer connection of the metallized holes of the individual printed contact holes circuit boards. In this case, before assembling the package, the metallized holes of the boards are filled with filler that cures during the pressing process, which, after pressing, is removed from the through holes.

К недостаткам данного способа изготовления многослойных печатных плат можно отнести невозможность его использования при изготовлении уникальной аппаратуры с высокой надежностью.The disadvantages of this method of manufacturing multilayer printed circuit boards include the impossibility of its use in the manufacture of unique equipment with high reliability.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в снижении плотности межсоединений, повышении их надежности, исключении разнотолщинности медного покрытия, обеспечении точных размеров элементов топологии при изготовлении многослойных печатных плат.The technical result, the proposed technical solution is aimed at achieving, consists in reducing the density of interconnects, increasing their reliability, eliminating the thickness of the copper coating, ensuring the exact dimensions of the topology elements in the manufacture of multilayer printed circuit boards.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления многослойной печатной платы (МПП) включает изготовление двусторонних или односторонних печатных плат, изготовление слоев склеивающих прокладок, сборку печатных плат в пакет с размещением между соединяемыми печатными платами склеивающих прокладок, последующее вакуумное горячее прессование пакета. При этом он отличается от прототипа тем, что сборку печатных плат, образующих слои МПП, в пакет осуществляют методом послойного наращивания путем напрессовки каждого последующего слоя через прокладку на основу МПП, состоящую из слоев, не содержащих глухих переходных отверстий. Причем перед наращиванием последующего слоя в печатных платах выполняют глухие переходные отверстия, размещаемые непосредственно под контактными площадками выводов элементов, выполняют их металлизацию, производят нанесение фоторезиста с использованием дополнительных фотошаблонов и получением вспомогательного технологического слоя, выполняют заращивание глухих переходных отверстий медью, производят снятие фоторезиста. После чего осуществляют механическое удаление излишков меди, выравнивание толщины меди по всей поверхности печатной платы, нанесение рисунка топологии каждого слоя, после сборки и прессования пакета выполняют сквозные переходные металлизированные отверстия и нанесение рисунка внешних слоев МПП.The technical result is achieved by the fact that the method of manufacturing a multilayer printed circuit board (MPP) includes the manufacture of double-sided or single-sided printed circuit boards, the manufacture of layers of adhesive gaskets, the assembly of printed circuit boards in a bag with the placement of adhesive gaskets between the connected printed circuit boards, followed by vacuum hot pressing of the bag. Moreover, it differs from the prototype in that the assembly of the printed circuit boards forming the MPP layers into a package is carried out by the method of layer-by-layer growth by pressing each subsequent layer through a gasket onto the MPP base, which consists of layers that do not contain blind vias. Moreover, before building up the next layer in the printed circuit boards, blind vias are made, located directly under the contact pads of the terminals of the elements, they are metallized, photoresist is applied using additional photomasks and an auxiliary technological layer is produced, copper blinds are sealed with copper, photoresist is removed. After that, the mechanical removal of excess copper is carried out, the thickness of the copper is aligned over the entire surface of the printed circuit board, a topology drawing of each layer is applied, after assembly and pressing of the bag, through transitional metallized holes and a drawing of the outer layers of the MPP are made.

При изготовлении современных сложных электронных устройств с высокой надежностью основной задачей разработчиков многослойных печатных плат является снижение плотности межсоединений при их изготовлении, что дает возможность разместить электрическую схему на печатной плате с меньшими габаритными размерами, использовать микросхемы BGA с меньшим шагом, снизить слойность печатной платы, повысить надежность межсоединений, избежать замыканий при установке планарных микросхем и микросхем BGA с использованием поверхностного монтажа, исключение разнотолщинности медного покрытия, обеспечение точных размеров элементов топологии при изготовлении многослойных печатных плат.In the manufacture of modern complex electronic devices with high reliability, the main task of developers of multilayer printed circuit boards is to reduce the density of interconnects during their manufacture, which makes it possible to place an electrical circuit on a printed circuit board with smaller overall dimensions, use BGA microcircuits with a smaller pitch, reduce the layer layer of the printed circuit board, increase reliability of interconnects, avoid short circuits when installing planar and BGA microcircuits using surface mounting, except polythickness of copper plating, ensuring accurate dimensions topology elements in the manufacture of multilayer printed circuit boards.

Решение поставленной задачи в данном изобретении достигается за счет смещения переходных отверстий непосредственно под контактные площадки выводов микросхем, с последующим заращиванием их медью. При использовании данного способа изготовления многослойных печатных плат применяется технология послойного наращивания на печатную плату (основу) последующих слоев. Причем, чтобы исключить неравномерность толщины медного покрытия перед операцией гальванического заращивания глухих отверстий медью производят нанесение фоторезиста с использованием дополнительного фотошаблона и получением вспомогательных технологических слоев, после чего выполняют заращивание глухих переходных отверстий медью и осуществляют удаление фоторезиста.The solution of the problem in this invention is achieved by shifting the vias directly under the contact pads of the terminals of the microcircuits, followed by overgrowing them with copper. When using this method of manufacturing multilayer printed circuit boards, the technology of layer-by-layer extension to the printed circuit board (base) of subsequent layers is applied. Moreover, in order to eliminate the unevenness of the thickness of the copper coating before the operation of galvanic overgrowing of blind holes with copper, a photoresist is applied using an additional photo mask and obtaining auxiliary technological layers, after which blind blind vias are copper-coated and photoresist is removed.

Сущность полезной модели поясняется рисунками Фиг. 1 - Фиг. 7The essence of the utility model is illustrated by the drawings of FIG. 1 - FIG. 7

На Фиг. 1 изображена многослойная печатная плата для размещения микросхемы BGA с переходными отверстиями (вид сверху).In FIG. 1 shows a multilayer printed circuit board for hosting a BGA chip with vias (top view).

На Фиг. 2 изображена многослойная печатная плата для размещения микросхемы BGA с переходными отверстиями (в разрезе).In FIG. 2 shows a multilayer printed circuit board for placing a BGA chip with vias (in section).

На Фиг. 3 изображена предлагаемая многослойная печатная плата для размещения микросхемы BGA с глухими отверстиями под контактными площадками (вид сверху).In FIG. 3 shows the proposed multilayer printed circuit board for placing a BGA chip with blind holes under the pads (top view).

На Фиг. 4 изображена предлагаемая многослойная печатная плата для размещения микросхемы BGA с глухими отверстиями под контактными площадками (в разрезе).In FIG. 4 shows the proposed multilayer printed circuit board for placing a BGA chip with blind holes under the contact pads (sectional view).

На Фиг. 5 изображена последовательность сборки пакета четырехслойной печатной платы с глухими межслойными переходными отверстиями с первого на третий слой и сквозными отверстиями с первого на четвертый слой.In FIG. 5 shows the assembly sequence of a package of a four-layer printed circuit board with blind interlayer vias from the first to the third layer and through holes from the first to the fourth layer.

На Фиг. 6 изображен разрез четырехслойной печатной платы с глухими межслойными переходными отверстиями с первого на третий слой и сквозными отверстиями с первого на четвертый слой.In FIG. 6 shows a section of a four-layer printed circuit board with blind interlayer vias from the first to the third layer and through holes from the first to the fourth layer.

На Фиг. 7 изображена заготовка печатной платы с вспомогательным фотошаблоном.In FIG. 7 shows a blank of a printed circuit board with an auxiliary photomask.

Способ изготовления многослойных печатных плат включает следующие этапы. Сначала изготавливают основу многослойной печатной платы (например, известным способом фотолитографии, в виде двусторонней печатной платы), содержащей слои диэлектрического материала 1, на двух сторонах которого расположены слои проводящего материала 2, а также контактные площадки 3 выводов элементов для осуществления электрических соединений между элементами печатной схемы, расположенные в заданных координатах на поверхности основы МПП. Изготавливают последующие слои МПП в виде печатных плат, каждая из которых содержит слой диэлектрического материала 1, на одной стороне которого расположен слой проводящего материала 2. Подготавливают прокладки 4 для разделения соседних слоев с рисунками печатных схем МПП. Осуществляют сборку печатных плат в пакет методом послойного наращивания на основу 8 последующих слоев 9 с размещением между соединяемыми печатными платами прокладок 4, с последующим вакуумным горячим прессованием МПП. После чего выполняют сквозные переходные металлизированные отверстия 5 для создания межслойных электрических соединений в контактных площадках всех слоев. Наносят рисунок внешних слоев.A method of manufacturing a multilayer printed circuit board includes the following steps. First, the base is made of a multilayer printed circuit board (for example, in a known photolithography method, in the form of a double-sided printed circuit board) containing layers of dielectric material 1, on both sides of which are layers of conductive material 2, as well as contact pads 3 of the leads of the elements for making electrical connections between the elements of the printed circuit schemes located in given coordinates on the surface of the MPP base. Subsequent layers of MPP are made in the form of printed circuit boards, each of which contains a layer of dielectric material 1, on one side of which a layer of conductive material is located 2. Prepare gaskets 4 for separating adjacent layers with drawings of printed MPP circuits. Assemble the printed circuit boards in a package by the method of layer-by-layer building up on the basis of 8 subsequent layers 9 with placement of gaskets 4 between the connected printed circuit boards, followed by vacuum hot pressing of the MPP. Then perform through transition metallized holes 5 to create interlayer electrical connections in the contact pads of all layers. Put a picture of the outer layers.

При изготовлении МПП класса высокой плотности, как в печатной плате основы 8 (в соответствии со схемой), так и в печатных платах последующих слоев 9, наращиваемых на основу МПП, производят сверление глухих переходных отверстий 6. Глухие переходные отверстия 6 предназначены для соединения наружного слоя с одним или несколькими внутренними слоями МПП.In the manufacture of MPP high-density class, both in the printed circuit board of the base 8 (in accordance with the scheme), and in the printed circuit boards of the subsequent layers 9, stacked on the base of the MPP, the blind vias are drilled 6. The blind vias 6 are designed to connect the outer layer with one or more inner layers of the MPP.

Устанавливать переходные отверстия можно разными способами, но наиболее эффективным и часто используемым является установка переходных отверстий по диагонали от контактных площадок для выводов элементов (Фиг. 1, Фиг. 2). Причем для больших BGA микросхем (>600 выводов) рекомендуется выводить переходные отверстия с каждой стороны платы в разные стороны для уменьшения дефектов при монтаже (Технологии в производстве электроники. Часть III. Гибкие печатные платы / Под общ. ред. A.M. Медведева и Г.В. Мылова - М.: "Группа ИДТ", 2008 - 488 с.).You can install vias in different ways, but the most effective and often used is to install vias diagonally from the pads for the findings of the elements (Fig. 1, Fig. 2). Moreover, for large BGA microcircuits (> 600 pins), it is recommended that the vias on each side of the board be routed in different directions to reduce installation defects (Technologies in electronics manufacturing. Part III. Flexible printed circuit boards / Ed. By the general editor of AM Medvedev and G.V. Mylova - M .: IDT Group, 2008 - 488 p.).

В предлагаемом способе изготовления многослойной печатной платы глухие переходные отверстия 6 в печатных платах слоев в соответствии со схемой выполняют непосредственно под контактными площадками 3 выводов элементов (Фиг. 3, Фиг. 4). Осуществляют химическое меднение глухих переходных отверстий 6. Выполняют нанесение фоторезиста с использованием дополнительного фотошаблона и получением вспомогательного технологического слоя. Производят заращивание глухих переходных отверстий медью 7 с использованием операции гальванического меднения. Удаляют слой фоторезиста. Осуществляют механическое удаление излишков меди с поверхности печатной платы на установке механической зачистки поверхности, выравнивание толщины меди по всей поверхности заготовки. Получают токопроводящий рисунок схемы в каждом слое. Осуществляют сборку и прессование печатных плат через склеивающие прокладки в пакет. После чего выполняют сквозные переходные металлизированные отверстия и нанесение рисунка внешних слоев МПП.In the proposed method for manufacturing a multilayer printed circuit board, blind vias 6 in the printed circuit boards of the layers in accordance with the diagram are performed directly under the contact pads 3 of the conclusions of the elements (Fig. 3, Fig. 4). Carry out chemical copper plating of the blind vias 6. Apply the photoresist using an additional photomask and obtain an auxiliary technological layer. The deaf vias are coppered with copper 7 using a galvanic copper plating operation. Remove the photoresist layer. Carry out the mechanical removal of excess copper from the surface of the printed circuit board on the installation of mechanical surface cleaning, alignment of the thickness of copper over the entire surface of the workpiece. A conductive circuit pattern is obtained in each layer. Assemble and extrude printed circuit boards through adhesive pads into a bag. After that, through transitional metallized holes and a drawing of the outer layers of the MPP are performed.

На Фиг. 7 представлена заготовка печатной платы с дополнительным фотошаблоном, гдеIn FIG. 7 shows the workpiece of the printed circuit board with an additional photomask, where

10 - заготовка печатной платы,10 - the procurement of the printed circuit board,

11 - технологическое поле,11 - technological field,

12 - печатная плата с дополнительным фотошаблоном,12 - printed circuit board with an additional photo mask,

13 - контактные площадки на поверхности печатной платы,13 - pads on the surface of the printed circuit board,

14 - контактные площадки в области заращиваемых медью отверстий.14 - contact pads in the area of holes overgrown with copper.

Для качественного производства МПП необходимо избежать гальваническое меднение всей поверхности заготовки при заполнении глухих отверстий медью.For high-quality production of MPP, it is necessary to avoid galvanic copper plating of the entire surface of the workpiece when filling blind holes with copper.

Поставленная задача решается введением дополнительного технологического шаблона и получением вспомогательного слоя перед операцией гальванического меднения.The problem is solved by introducing an additional technological template and obtaining an auxiliary layer before the operation of galvanic copper plating.

В результате введения дополнительного фотошаблона гальваническое меднение происходит только в местах, открытых в фотошаблоне. Операция выравнивания поверхности заготовки сводится к удалению излишков меди в местах, открытых на фотошаблоне, до уровня медной фольги. Это облегчает и снижает временные затраты на процесс механической подготовки поверхности, исключает появление разнотолщинности медного покрытия, гарантирует соблюдение точных размеров элементов топологии при последующем травлении.As a result of the introduction of an additional photomask, galvanic copper plating occurs only in places open in the photomask. The operation of leveling the surface of the workpiece is reduced to removing excess copper in places open on the photomask to the level of copper foil. This facilitates and reduces the time spent on the process of mechanical preparation of the surface, eliminates the appearance of thickness variations of the copper coating, and ensures that the exact dimensions of the topology elements are observed during subsequent etching.

Структуру дополнительного фотошаблона определяют следующие элементы:The structure of the additional photo mask is determined by the following elements:

- участки поверхности в местах заполнения глухих отверстий для выполнения их заращивания медью. Наилучшей формой с точки зрения механической планаризации является круг. Поэтому в местах расположения глухих отверстий на фотошаблоне позиционируют круглые контактные площадки, диаметр которых превышает диаметр сверла;- surface areas in the places of filling blind holes to perform their overgrowing with copper. The best form in terms of mechanical planarization is a circle. Therefore, in the locations of blind holes on the photomask, round contact pads are positioned, the diameter of which exceeds the diameter of the drill;

- участки по всей площади поверхности печатной платы для равномерного распределения плотности тока по всей заготовке и стабилизации процесса планаризации (отсутствие задиров и царапин).- sections over the entire surface area of the printed circuit board for uniform distribution of current density throughout the workpiece and stabilization of the planarization process (no scoring and scratches).

Требования к данным элементам на фотошаблоне диктуются размером рисунка шлифовального диска установки планаризации, а также процентным соотношением заращиваемой поверхности к площади общей поверхности печатной платы, исходя из токовых режимов установки гальванического меднения.The requirements for these elements on the photomask are dictated by the size of the pattern of the grinding disk of the planarization unit, as well as the percentage of the surface to be grown to the total surface area of the printed circuit board, based on the current modes of the installation of galvanic copper plating.

Проведенные опытные работы показали, что наилучшие результаты достигаются при соотношении площади заращиваемой поверхности к площади общей поверхности 1:5, при использовании круглых контактных площадок диаметром 0,7 мм с шагом 1,4 мм.The experimental work showed that the best results are achieved when the ratio of the area to be grown on the surface to the area of the total surface is 1: 5, when using round contact pads with a diameter of 0.7 mm in increments of 1.4 mm.

Таким образом, за счет смещения переходных отверстий непосредственно под контактные площадки выводов элементов (например, микросхем BGA) и заращивания их медью полностью устранены короткие замыкания между токоведущими элементами МПП в процессе пайки, снижена плотность межсоединений, повышена их надежность. Предлагаемый способ изготовления многослойных печатных плат позволяет значительно снизить плотность межсоединений и повысить их надежность, что в свою очередь дает возможность уменьшить габариты и число слоев многослойных печатных плат, избежать замыканий при установке с использованием поверхностного монтажа микросхем с планарными выводами и микросхем с малым шагом. Использование метода послойного наращивания позволяет получить высокую плотность размещения проводников во всех слоях печатной платы и очень высокую плотность монтажа.Thus, by shifting the vias directly beneath the contact pads of the terminals of the elements (for example, BGA microcircuits) and overgrowing them with copper, the short circuits between the current-carrying elements of the MPP during soldering are completely eliminated, the density of the interconnects is reduced, and their reliability is increased. The proposed method for manufacturing multilayer printed circuit boards can significantly reduce the density of interconnects and increase their reliability, which in turn makes it possible to reduce the size and number of layers of multilayer printed circuit boards, to avoid short circuits when installing surface-mounted microcircuits with planar leads and microcircuits with a small pitch. Using the method of layer-by-layer extension allows to obtain a high density of conductors in all layers of the printed circuit board and a very high density of installation.

Операция выравнивания поверхности заготовки сводится к удалению излишков меди в местах, открытых на фотошаблоне, до уровня медной фольги. Это облегчает и снижает временные затраты на процесс механической подготовки поверхности, исключает появление разнотолщинности медного покрытия, гарантирует соблюдение точных размеров элементов топологии при последующем травлении.The operation of leveling the surface of the workpiece is reduced to removing excess copper in places open on the photomask to the level of copper foil. This facilitates and reduces the time spent on the process of mechanical preparation of the surface, eliminates the appearance of thickness variations of the copper coating, and ensures that the exact dimensions of the topology elements are observed during subsequent etching.

Предлагаемый способ может быть использован в экспериментальном и мелкосерийном производстве для установки микросхем с малым шагом, при изготовлении многослойных печатных плат (МПП).The proposed method can be used in experimental and small-scale production for the installation of microcircuits with a small pitch, in the manufacture of multilayer printed circuit boards (MPP).

В качестве примера рассмотрим способ изготовления четырехслойной печатной платы для установки микросхемы BGA, с глухими межслойными переходами с первого на третий слой и сквозными переходными отверстиями с первого на последний слой. Формирование данной печатной платы осуществляют методом фотолитографии на фольгированных подложках. На начальном этапе изготавливают основу 8 многослойной печатной платы, состоящую из слоев, не содержащих глухих переходных отверстий (третий и четвертый слои на Фиг. 5). Затем изготавливают второй слой МПП, включающий диэлектрический материал 1 и проводник 2. Осуществляют сборку в пакет путем напрессовки второго слоя через прокладку 4 на основу МПП 8 методом послойного наращивания. Во втором слое выполняют глухие переходные отверстия 6 на глубину, непосредственно под контактными площадками 3 для распайки микросхем BGA. Осуществляют химическое меднение глухих переходных отверстий 6. Выполняют нанесение фоторезиста с использованием дополнительного фотошаблона и получением вспомогательного технологического слоя (Фиг. 7). Производят заращивание глухих переходных отверстий медью 7 с использованием операции гальванического меднения (Фиг. 6). Удаляют слой фоторезиста. Осуществляют механическое удаление излишков меди с поверхности печатной платы на установке механической зачистки поверхности, выравнивание толщины меди по всей поверхности заготовки. Осуществляют нанесение рисунка топологии второго слоя.As an example, consider a method of manufacturing a four-layer printed circuit board for installing a BGA chip, with dull interlayer transitions from the first to the third layer and through vias from the first to the last layer. The formation of this printed circuit board is carried out by photolithography on foil substrates. At the initial stage, the base 8 of a multilayer printed circuit board is made up of layers that do not contain blind vias (the third and fourth layers in Fig. 5). Then, a second MPP layer is made, including dielectric material 1 and conductor 2. Assemble into a package by pressing the second layer through a gasket 4 onto the MPP 8 base by the method of layer-by-layer growth. In the second layer, blind vias 6 are made to a depth directly below the pads 3 for desoldering BGA microcircuits. Chemical copper plating of the blind vias is carried out 6. The application of photoresist is carried out using an additional photomask and obtaining an auxiliary technological layer (Fig. 7). The blind deaf vias are overgrown with copper 7 using the galvanic copper plating operation (Fig. 6). Remove the photoresist layer. Carry out the mechanical removal of excess copper from the surface of the printed circuit board on the installation of mechanical surface cleaning, alignment of the thickness of copper over the entire surface of the workpiece. The topology of the second layer is applied.

Аналогично второму слою изготавливают первый слой и через прокладку 4 напрессовывают его на заготовку, содержащую второй, третий и четвертый слои. Выполняют во втором слое глухие переходные отверстия 6 на глубину в области размещения контактных площадок 3. Осуществляют химическое меднение глухих переходных отверстий 6. Выполняют нанесение фоторезиста с использованием дополнительного фотошаблона и получением вспомогательного технологического слоя. Производят заращивание глухих переходных отверстий 6 медью 7 с использованием операции гальванического меднения. Удаляют слой фоторезиста. Осуществляют механическое удаление излишков меди с поверхности печатной платы на установке механической зачистки поверхности, выравнивание толщины меди по всей поверхности заготовки. Осуществляют подготовку участков в областях контактных площадок 3 микросхем на установке лазерной подготовки поверхности. Производят вакуумное горячее прессование пакета собранных печатных плат. Осуществляют сверление сквозных переходных отверстий 5 в собранной МПП, их металлизацию и нанесение рисунка внешних слоев (первого и четвертого).Similarly to the second layer, the first layer is made and, through the gasket 4, it is pressed onto a workpiece containing the second, third and fourth layers. In the second layer, blind vias 6 are carried out to a depth in the area of the contact pads 3. Chemical copper plating of the vias vias 6 is carried out. Photoresist is applied using an additional photomask and an auxiliary process layer is obtained. Deaf vias 6 are fused with copper 7 using a plating operation. Remove the photoresist layer. Carry out the mechanical removal of excess copper from the surface of the printed circuit board on the installation of mechanical surface cleaning, alignment of the thickness of copper over the entire surface of the workpiece. They prepare sites in the areas of contact pads of 3 microcircuits on a laser surface preparation unit. Vacuum hot pressing of a package of assembled printed circuit boards is carried out. Drilling through vias 5 in the assembled MPP is carried out, their metallization and drawing the pattern of the outer layers (first and fourth).

Результатом использования данного технического решения является заполнение освобожденных от переходных отверстий мест между контактными площадками выводов микросхемы BGA элементами токопроводящего рисунка. Зарощенное переходное отверстие будет выполнять роль контактирующего элемента с выводом элемента (микросхемы BGA) и одновременно обеспечивать межслойную связь с другими элементами схемы.The result of the use of this technical solution is the filling of the spaces freed from vias between the contact pads of the terminals of the BGA chip with elements of a conductive pattern. Overgrown vias will act as a contact element with the output element (BGA) and at the same time provide interlayer communication with other elements of the circuit.

Таким образом, снижение плотности межсоединений многослойной печатной платы, за счет смещения переходных отверстий под контактные площадки выводов элементов (микросхем BGA) и заращивания их медью, дает возможность разместить электрическую схему на печатной плате с меньшими габаритными размерами, использовать микросхемы BGA с меньшим шагом, снизить слойность печатной платы, повысить надежность межсоединений, избежать замыканий при установке планарных микросхем и микросхем BGA с использованием поверхностного монтажа, полностью устранить короткие замыкания между токоведущими элементами МПП в процессе пайки. Использование дополнительного фотошаблона облегчает и снижает временные затраты на процесс механической подготовки поверхности, исключает появление разнотолщинности медного покрытия, гарантирует соблюдение точных размеров элементов топологии при последующем травлении.Thus, a decrease in the density of interconnects of a multilayer printed circuit board, due to the displacement of vias for contact pads of element outputs (BGA microcircuits) and their overgrowing with copper, makes it possible to place an electrical circuit on a printed circuit board with smaller overall dimensions, use BGA microcircuits with a smaller step, reduce PCB layer, increase interconnect reliability, avoid short circuits when installing planar and BGA microcircuits using surface mounting, completely eliminate short circuits between the conductive elements of the MPP during soldering. The use of an additional photomask facilitates and reduces the time spent on the process of mechanical preparation of the surface, eliminates the appearance of thickness variations of the copper coating, and ensures that the exact dimensions of the topology elements are observed during subsequent etching.

Claims

A method of manufacturing a multilayer printed circuit board (MPP), including the manufacture of double-sided or single-sided printed circuit boards, the manufacture of layers of adhesive pads, the assembly of printed circuit boards in a package with the placement of adhesive pads between the connected printed circuit boards, the subsequent vacuum hot pressing of the package, characterized in that the assembly of printed circuit boards, forming the MPP layers, the package is carried out by the method of layer-by-layer build-up by pressing each subsequent layer through a gasket onto the MPP base, consisting of layers not containing holding deaf vias, while before building up the next layer in the printed circuit boards, deaf vias are placed directly under the contact pads of the leads of the elements, they are metallized, photoresist is applied using additional photo templates and auxiliary technological layers are produced, copper deaf vias are grown remove the photoresist, and then carry out the mechanical removal of excess copper, alignment the thickness of copper over the entire surface of the printed circuit board, the drawing of the topology of each layer, after assembly and pressing of the bag, through transitional metallized holes and the drawing of the outer layers of the MPP are performed.