DE1540512C3 - Verfahren zur Herstellung einer Mehrschicht-Letterplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Durchverbindungen unter Verwendung einer an der Stelle der Durchverbindungen vorgelochten Isolierplatte.

Zur Herstellung von Mehrschicht-Leiterplatten mit Durchverbindungen ist es bekannt, auf einen mit einer leitenden Schicht versehenen Isolierstoffträger eine Isolierschicht in der Weise aufzubringen, daß sie mindestens diejenigen Teile eines ersten Stromkreises bedeckt, die vom zweiten Stromkreis zu isolieren sind, und diejenigen Bereiche des ersten Stromkreises frei läßt, die mit dem zweiten Stromkreis zu verbinden sind. Danach wird auf die frei liegenden Bereiche des ersten Stromkreises zunächst eine dünne Schicht aus einem elektrisch leitenden Material und anschließend durch Elektroplattierung eine weitere Schicht elektrisch leitenden Materials aufgebracht, so daß die frei liegenden Bereiche bis auf die Höhe der Isolierschicht mit Metall aufgefüllt werden. Danach wird eine weitere leitende Schicht in einem dem zweiten Stromkreis entsprechenden Muster aufgebracht (französische Patentschrift 1 345 163). Die nach diesem Verfahren hergestellten Schaltungsanordnungen weisen mindestens einen eine öffnung der Isolierschicht ausfüllenden und die Verbindungsabschnitte der beiden Stromkreise miteinander verbindenden, galvanisch erzeugten Metallstöpsel auf. Zur Herstellung von Mehrschicht-Leiterplatten mit Durchverbindungen ist es ferner bekannt, auf eine Isolierplatte, die an den Stellen der späteren Durchverbindung bereits gelocht ist, zunächst den gewünschten Leiterzug auf jeder Seite der Isolierplatte aufzubringen, indem zunächst einmal diejenigen Stellen, welche in der Schaltung nicht leitend sein sollen, mit einem isolierenden Schutzüberzug versehen werden und anschließend die frei gelassenen Flächen einschließlich der Lochungen in einem mehrere Verfahrensschritte umschaffenden Verfahren unter Verwendung chemischer Abscheidung und elektrischer Abscheidung von Metall mit dem stromleitenden Überzug zu versehen (französische Patentschrift 1 276 972).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Mehrschicht-Leiterplatten mit Durchverbindungen zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Fläche einer Isolierplatte mit einer Metallfolie verklebt wird und sodann die andere noch freie Fläche der Isolierplatte mit einer leitenden Schicht vollständig unter Ausfüllung der Lochungen überzogen wird, worauf die Leitungsmuster sowohl aus der leitenden Schicht (28) als auch der Metallfolie (16) geätzt werden. Das Verfahren nach der Erfindung ist äußerst einfach und gestattet es, hochwertige und äußerst beständige elektrische Verbindungen zwischen den beiden Schichten herzustellen. Das Verfahren der Erfindung eignet sich in gleicher Weise zur Herstellung von Mehrschicht-Leiterplatten als Hartplatten wie als flexible Platten. Zur Herstellung der Verbindungen zwischen den Schaltungsebenen der Mehrschicht-Leiterplatte brauchen keine Löcher durch die Platte gestanzt, gebohrt oder anderweitig gebildet zu werden. Die erfindungsgemäße Leiterplatte bietet die Möglichkeit einer hohen Leitungsmusterdichte, ohne die Gesamtschaltung in ihrer Vollkommenheit zu beeinträchtigen. Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine oberhalb einer Metallfolie angeordnete Isolierplatte,

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine typische Isolierplatte aus Kunststoff mit behandelter Metallfolie, F i g. 3 einen Querschnitt durch eine aus Dielektrikum und Metallfolie bestehende Schichtplatte,

Fig.4 einen Querschnitt durch eine Mehrschichtplatte gemäß der Erfindung,

F i g. 5 einen Querschnitt durch eine geätzte Mehrschichtplatte der Erfindung,

F i g. 6 einen Querschnitt durch eine eingekapselte Mehrschichtplatte der Erfindung,

F i g. 7 einen Querschnitt durch eine mehrfach geätzte, vollständig gekapselte Mehrschichtplatte der . Erfindung,

Fig. 8 eine räumliche Darstellung einer Art Leitungsanordnung, wie sie nach der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann,

F i g. 9 einen Querschnitt durch eine Mehrschichtplatte der Erfindung, bei welcher der Ätzvorgang abgewandelt wird,

Fig. 10 einen Querschnitt durch eine in einem Arbeitsgang geätzte Mehrschichtplatte vor der endgültigen Einkapselung,

F i g. 11 einen Querschnitt durch eine aus Dielektrikum und Metallfolie bestehende Schichtplatte mit aktivierten Löchern im Dielektrikum und

Fig. 1? ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit unabhängig aufgebauten Durchverbindungen.

Fig. 1 zeigt eine Platte aus Metallfolie 16 sowie eine darüber angeordnete Isolierplatte 11, in der Löcher 12, 13 und 14 vorgesehen sind. Diese Figur dient lediglich zur Veranschaulichung der benutzten Materialien und der Tatsache, daß die Isolierplatte 11 und die Metallfolie 16 einen Raum einnehmen oder einnehmen können, dessen Größe von der herzustellenden Schaltung sowie deren Verwendungszweck abhängt.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine typische Isolierplatte 21 aus Kunststoff mit Löchern 22, 23. Diese Löcher lassen sich durch Perforieren, Bohren, Stanzen oder sogar durch chemisches Ätzen herstellen. Die Löcher sind in der Platte so angeordnet, daß sie einen freien Durchgang zur Herstellung von nachstehend noch im einzelnen beschriebenen Durchverbindungen bilden.

Direkt unterhalb der Isolierplatte 21 ist eine Platte aus Metallfolie 24 dargestellt. Ober- und Unterseite der Metallfolie sind vorbehandelt, wie schematisch bei 26 und 27 angedeutet ist. Diese Vorbehandlung ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Sie kann sich auf das Aufbringen einer Kleberschicht beziehen, um die Verklebung der Metallfolie 24 mit der Isolierplatte 21 zu unterstützen. Die Behandlung der Fläche 26 kann so erfolgen, daß sich ein Kupferoxydbelag ergibt, wie er in der USA.-Patentschrift 2 997 521 dargestellt ist.

Von der Oberflächenbehandlung der Metallfolie 24 hängt es ab, wie die Isolierplatte 21 aus Kunststoff auf der Metallfolie 24 haftet. Bei Kupferoxyd genügen Wärme und Druck, um die erforderliche Haftung an der Metallfolie 24 zu bewerkstelligen. Bei Klebern wird dagegen unter Umständen nur Druck benötigt, je nachdem, was für ein Kleber benutzt wird.

F i g. 3 zeigt eine Schichtplatte, die durch Zusammenpressen der Isolierplatte 21 und der Metallfolie 24 gebildet wurde. An dieser Stelle des Verfahrens sollen einige bestimmte Materialien angegeben werden, die zur Herstellung von Leiterplatten der einen Ausführungsform benutzt werden können. Beispielsweise kann die Isolierplatte 21 aus H-Film-Kunststoff bestehen, der beidseitig mit einer dünnen Schicht aus Teflon beschichtet ist, damit er am Kupfer oder an der Metallfolie 24 besser haftet. Chemisch betrachtet ist Teflon fluorisiertes Aethylen und Propylen und der H-FiIm ein Polyamid. Teflon und H-FiIm sind Warenzeichen der Du Pont Company, Delaware. Die Auswahl von mit Teflon überzogenem H-FiIm beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ergibt bestimmte Vorteile. Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die Verwendung von irgendwelchen thermo- oder duroplastischen Kunststoffen. Da der beidseitig mit Teflon überzogene H-FiIm eine höhere Schmelztemperatur als das Teflon hat, kann das Aufbringen der nachstehend beschriebenen, zur Einkapselung dienenden Deckschichten unter Wärme und Druck erfolgen, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß der H-FiIm beim Verkleben der Deckschicht mit dem Teflon aufweicht. Der hochschmelzende H-FiIm ermöglicht außerdem die Herstellung der mehrlagigen Schaltung und bietet die Möglichkeit, die ganze Leiterplatte in ein Lötbad zu tauchen. Durch die Verwendung mehrerer Isolierschichten wird außerdem erreicht, daß die Gesamtisolierung mechanisch stabil ist, da Teflon die Eigenheit aufweist, ständig zu schrumpfen, insbesondere bei Erwärmung.

Als Metallfolie 24 kann Kupfer, Nickel oder ein anderes geeignetes leitendes Material verwendet werden, das sich zur Herstellung von Folien eignet. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Abmessungen in den Figuren zwecks Veranschaulichung

ίο und Beschreibung der Erfindung stark übertrieben dargestellt sind. Tatsächlich sind die einzelnen Schichten in der Praxis äußerst dünn. So beträgt beispielsweise die Dicke der aus Kunststoff bestehenden Isolierplatte 21 im allgemeinen etwa 0,125 mm und die Dicke der Metallfolie etwa 0,0125 bis 0,25 mm.

Ist die Isolierplatte 21 mit der Metallfolie verklebt, so wird die gesamte Oberfläche der Isolierplatte behandelt, so daß man die aktivierten Flächen 28, 29 und 31 erhält. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht in dem Gedanken, die Isolierfläche zwecks Anfertigung eines Leitungsmusters wahlweise zu aktivieren, um später eine Leitschicht aufzubringen. In den Fällen, in denen Kupferoxyd oder ein Kleber verwendet wird, muß von den Folienflächen am Boden der Löcher 22, 23 das Kupferoxyd oder der Kleber entfernt werden. Das Kupferoxyd kann mit einer Salzsäurelösung und der Kleber mit einem geeigneten Lösemittel entfernt werden. Nach dieser Methode läßt sich das gesamte Kupferoxyd der Fläche 27 entfernen.

Durch das Aktivieren der Oberfläche des Kunststoffes und der Wände der Löcher 22 und 23 soll der nächste Verfahrensschritt intensiviert werden. Dieser Verfahrensschritt besteht in dem Aufbringen einer Schicht aus geeignetem, elektrisch leitendem Material auf die aktivierten Flächen 28,29 und 31. Handelt es sich um Teflon, so wird zum Aktivieren dieser Flächen eine Lösung aus einer Fluorverbindung aufgetragen, um das Teflon zu ätzen. Danach kann das Teflon dann stromlos mit einer Kupferlösung behandelt werden. Diese Leitschicht, durch welche sich der Aufbau von Fig. 4 ergibt, kann alternativ auch durch Aufdampfen, Elektroplattieren oder nach einem anderen geeigneten, herkömmlichen Verfahren zum Aufbringen von elektrisch leitendem Material auf die aktivierte Fläche der oben beschriebenen Isolierplatte 21 aufgebracht werden.

Wie F i g. 4 zeigt, ergibt sich nach Durchführung des Plattier- oder Niederschlagschrittes eine Leitschicht 32, weiche die gesamte Isolierplatte 21 abdeckt und darüber hinaus infolge der aktivierten Flächen der Löcher 22 und 23 in diesen gleichstoffige, massive Durchverbindungen 33, 34 bildet, welche die aufgebrachte Leitschicht 32 mit der Metallfolie 24 verbinden.

Wie F i g. 4 zeigt, erscheinen auf der Oberseite der Leitschicht 32 kleine Vertiefungen 36, 37, die zur Veranschaulichung stark vergrößert dargestellt sind. Diese Vertiefungen ergeben sich infolge der gleichmäßigen Geschwindigkeit, mit der das Material auf die aktivierte Oberfläche der Isolierplatte aufgetragen wird. Da das Beschichten mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt, ergeben sich somit naturgemäß die Eintiefungen 36, 37 an den Stellen, an denen elektrische Durchverbindungen vorzusehen sind. Diese Eintiefungen üben keinerlei Funktion aus, sondern ergeben sich lediglich zwangläufig bei der Herstellung der Leitschicht 32. Nachstehend wird noch

ein alternatives Verfahren beschrieben, bei dem diese Eintiefungen nicht auftreten.

F i g. 4 zeigt nicht das zum Aktivieren der Oberfläche und der Löcher benutzte Material. An dieser Stelle des Verfahrens hat man also zwei Metallschichten erhalten, zwischen denen sich die Isolierplatte 21 befindet und die durch die gleichstoffigen, massiven Durchverbindungen 33, 34 miteinander verbunden sind bzw. von diesen zusammengehalten werden. Im nächsten Verfahrensschritt wird unter Anwendung der Photoätztechnik ein vorbestimmtes Leitunpsbild auf der Leitschicht 32 angefertigt, indem die Oberfläche der Leitschicht 32 mit einem Photoabdecker behandelt und anschließend geätzt wird, so daß sich — wie Fig. 5 zeigt — auf der Oberseite der Isolierplatte 21 ein offenliegendes Leitungsbild ergibt. Alternativ kann das Kupfer auch nur auf die obenbeschriebenen, aktivierten Flächen aufgebracht werden. Diese in F i g. 5 schematisch angedeutete Leiterplatte weist einen elektrischen Anschluß-Stützpunkt 39 und rechts von der Figur einen geätzten Schaltungsteil 38 auf.

An dieser Stelle ließe sich die Schaltung ohne weitere den Anschluß-Stützpunkt 39 betreffende Verfahrensschritte venvenden. Auf ihrer Oberfläche ließe sich eine Zuleitung anbringen oder anschweißen, und der gesetzte Schaltungsteil 38 könnte mit einem anderen elektrischen Bauelement des Systems verbunden werden.

Zur weiteren Verstärkung der Mehrschicht-Leiterplatte kann je nach den vorherrschenden Umgebungsbedingungen auf das Leitungsbild noch eine isolierende Deckplatte 41 aufgepreßt werden, wodurch das durch den soeben erwähnten Ätzschritt freigelegte Leitungsmuster vollständig eingekapselt wird, wie F i g. 6 zeigt. Zur besseren Haftung der zum Einkapseln benutzten Deckplatte 41 können die zu verklebenden Flächen des Leitungsmusters mit einem geeigneten Kleber oder Aufrauhmittel behandelt werden. Bei Kupfer kann zu diesem Zweck Kupferoxid gebildet werden, wie es in der zuvor erwähnten USA.-Patentschrift beschrieben ist.

F i g. 5, 6 und 7 zeigen links ein Loch 42, das eine Öffnung für einen Anschluß-Stützpunkt bildet und benötigt wird, um Bauelemente, die in die Mehrschicht-Leiterplatte miteinbezogen werden sollen, mit dem Anschluß-Stützpunkt zu verbinden.

F i g. 7 veranschaulicht in Wirklichkeit zwei Verfahrensschritte, die eine vollständig fertige und eingekapselte Mehrschicht-Leiterplatte ergeben. Wie zu erkennen ist, ist die Metallfolie 24 mit einem Photoabdecker behandelt und ein Verbindungszug 43 herausgeätzt worden, der die beiden massiven Durchverbindungen 33 und 34 miteinander verbindet, so daß der Anschluß-Stützpunkt 39 mit dem geätzten Schaltungsteil 38 elektrisch verbunden ist. Auf den Verbindungszug 43 wird eine zur Einkapselung dienende Isolierplatte 44 gepreßt, die wie die Isolierplatte 21 aus Kunststoff bestehen kann und in diesem Fall unter Anwendung von Druck und Wärme aufgebracht wird. Durch diese Isolierplatte wird der betreffende Teil der Schaltung vollständig eingekapselt. Stehen dagegen geeignete Kleber zur Verfügung, so kann der Verbindungszug 43 mit einem Kleber bestrichen und anschließend die Isolierplatte 44 aufgepreßt werden. Die Verwendung der oberen und unteren zur Einkapselung der Leiterplatte dienenden Isolierplatten 41, 44 kann je nach den Umständen zur Anfertigung einer brauchbaren elektrischen Schaltung erforderlich sein oder auch nicht.

Fig. 8 zeigt in dreidimensionaler Darstellung eine Schaltung der Art, wie sie sich nach dem bis hier beschriebenen Verfahren anfertigen läßt. Sie zeigt eine Anzahl von elektrischen Anschluß-Stützpunkten 51, 52 und 53, die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurden. Die Anschluß-Stützpunkte 53 und 51 sind durch die gleichstoffige, massive Durchverbindung 56 miteinander verbunden, die ihrerseits mechanisch und elektrisch mit einem Verbindungszug 58 des Leitungsmusters. und von dort über eine zweite gleichstoffige, massive Durchverbindung 57 schließlich mit dem elektrischen Anschluß-Stützpunkt 51 verbunden ist.

Fig. 8 dient zur Veranschaulichung einer von verschiedenen Herstellungsmöglichkeiten, die das erfindungsgemäße Verfahren bietet. Obwohl bis hier nur die Verbindung von zwei Leitschichten mit Hilfe der aufgebrachten Durchverbindungen beschrieben wurde, lassen sich erfindungsgemäß selbstverständlich noch weitere mitverbundene Leitschichten vorsehen. Zu diesem Zweck brauchen in den thermoplastisehen Abdeckplatten lediglich Löcher vorgelocht oder vorgesehen zu werden, worauf auf diese Abdeckplatten weiteres elektrisch leitendes Material aufgebracht wird und anschließend Leitungsmuster vorbestimmter Gestalt unter Anwendung von Schablonen angefertigt und diese Muster geätzt werden, um mit fortschreitendem Verfahren eine dritte, vierte oder fünfte Leitschicht zu bilden. Bei der Anfertigung solcher vielschichtigen Schaltungen beliebiger Dicke und Schichtzahl muß der Schaltungskonstrukteur darauf achten, daß an den Stellen, an denen eine elektrische Durchverbindung zwischen zwei von einer Kunststoffplatte getrennten Leitungsmustern herzustellen ist, lediglich eine öffnung vorgesehen werden muß, die mit dem aufgebrachten, elektrisch leitenden Material ausgefüllt wird. Solange diese Öffnungen in den aufeinanderfolgenden Schichten übereinander auftreten, läßt sich eine elektrische Durchverbindung von der unteren Leitschicht zu irgendeinem Zwischenverbindungszug durch die gesamte Schaltung in der gewünschten Weise herstellen. Es versteht sich, daß an den Stellen, an denen keine Verbindung zwischen den Leitungszügen erfolgen soll, durch die bloße Anwesenheit von ungelochtem, isolierendem Kunststoffmaterial eine solche elektrische Verbindung verhindert wird.

Es wird nunmehr auf F i g. 9 und 10 Bezug genommen, in denen eine Abwandlung des bereits beschriebenen Verfahrens veranschaulicht ist. Diese Figuren dienen zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, das für die Massenfabrikation von Mehrschicht-Leiterplatten gedacht ist, bei denen beispielsweise nur zwei Leitschichten angefertigt werden sollen. Selbstverständlich können in der Praxis beliebig viele Schichten nach den beschriebenen Verfahren hergestellt werden.

Fig.9 zeigt eine Anordnung der gleichen Art, wie sie F i g. 4 veranschaulicht. Hier ist auf einer aus Kunststoff bestehenden Isolierplatte 61 eine Leitschicht 62 mit massiven, gleichstoffigen Durchverbindungen zur Metallfolie 66 in der gleichen Weise aufgebracht, wie in Verbindung mit F i g. 2 bis 4 beschrieben wurde. Diese Schichtplatte wird dann nach der zuvor beschriebenen Photoätztechnik behandelt, d. h., auf die Leitschicht 62 wird mit Photoabdecker

das Leitungsbild durch eine Schablone aufgetragen, während gleichzeitig auf die gleiche Weise die Metallfolie 66 ein Leitungsmuster erhält. Die Schichtplatte wird dann in eine Ätzlösung gegeben, um die auf beiden Seiten der Isolierplatte auftretenden Leitungszüge gleichzeitig zu ätzen und so in einem Schritt das herzustellen, was zuvor in zwei Schritten beschrieben wurde.

Fig. 10 zeigt zwei Abdeckplatten 71, 72, die auf den Anschluß-Stützpunkt 67 die Isolierplatte 61 und den geätzten Schaltungsteil 68 gepreßt werden, um die Mehrschicht-Leiterplatte in der in Fig. 7 dargestellten Weise vollständig einzukapseln.

F i g. 11 zeigt eine Anordnung, bei der die Isolierplatte 21 ähnlich wie in F i g. 3 mit der Metallfolie 24 verklebt worden ist. Jedoch ist bei diesem Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, die Innenseiten der Löcher 22 und 23 nur bei 73 und 74 zu aktivieren. Im nächsten Schritt kann dann das elektrisch leitende Material aufgebracht werden, das — wie Fig. 12 zeigt — gleichstoffige, massive Säulen bildet, welche fluchtgerechte Durchverbindungen zu weiteren Leitschichten oder elektrische Anschlüsse bilden. Der weitere Verfahrensablauf erfolgt dann wie zuvor beschrieben, um eine Schaltung ohne Eintiefungen herzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 509 683/358

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Durchverbindungen unter Verwendung einer an der Stelle der Durchverbindungen vorgelochten Isolierplatte, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fläche der Isolierplatte (11) mit einer Metallfolie (16) verklebt wird und sodann die andere noch freie Fläche der Isolierplatte (11) mit einer leitenden Schicht (28) vollständig unter Ausfüllung der Lochungen (22, 23) überzogen wird, worauf die Leitungsmuster sowohl aus der leitenden Schicht (28) als auch der Metallfolie (16) geätzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsmuster gleichzeitig in die Leitschicht und die Metallfolie geätzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatte aus einem isolierenden Material besteht, das zwischen zwei Isolierschichten aus einem bei niedrigerer Temperatur als das dazwischenliegende Material schmelzende Material angeordnet und fest mit diesen Isolierschichten verklebt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Fläche der Isolierplatte und des Loches aktiviert wird, um das Aufbringen eines anschließenden Überzuges zu unterstützen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur das Innere des Loches und die durch das Loch freigelegte Fläche der Metallfolie aktiviert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geätzte Leitungsbild mit einer Isolierplatte eingekapselt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geätzten Leitungsbilder der Leitschicht und der Metallfolie gleichzeitig eingekapselt werden.