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DE2227701C3 - Verfahren zur Herstellung von Schal tungs-Zwischenverbindungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Schal tungs-Zwischenverbindungen

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DE2227701C3
DE2227701C3 DE2227701A DE2227701A DE2227701C3 DE 2227701 C3 DE2227701 C3 DE 2227701C3 DE 2227701 A DE2227701 A DE 2227701A DE 2227701 A DE2227701 A DE 2227701A DE 2227701 C3 DE2227701 C3 DE 2227701C3
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insulating
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Fujitsu Services Ltd
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaltungs-Zwischenverbindungen zwischen benachbarten Schaltungen eines Mehrschichten-Schaltungsgebildes.
Man hat bereits vorgeschlagen, zur Herstellung von Schaltungs-Zwischenverbindungen zwischen den einzelnen Schaltungen eines Mehrschichten-Schaltungsgebildes das Gebilde an denjenigen Stellen, wo Leiterpfade auf verschiedenen Niveaus innerhalb des Gebildes miteinander verbunden werden sollen, mit Löchern zu durchbohren. Die Wandungen dieser Löcher werden sodann zur Herstellung der elektrischen Zwischenverbindungen metallisiert.
Das Bohren von Löchern erfordert einerseits kostspielige Vorrichtungen; andererseits ergeben sich
ίο schwierige Probleme hinsichtlich der genauen Ausrichtung eines Bohrwerkzeuges bezüglich einer Isolierschicht; man hat daher bereits verschiedene Techniken zur Herstellung von Zwischenverbindungen ins Auge gefaßt, bei denen ein Bohren von Löchern nicht erforderlich ist Beispielsweise ist in der britischen Patentschrift 12 21 968 ein Verfahren beschrieben, bei weichem eine Formgebungsfolie mit darauf befindlichen konischen Teilen mit einem Film aus einem leitenden Material überzogen wird. Eine Schicht aus einem dielektrischen Material, das entsprechend dem Muster der konischen Aufsatzstücke ausgestanzt ist wird über diese Aufsatzstücke aufgelegt Sodann wird eine Leiterfolie so geprägt bzw. gestanzt, daß sie nach oben gerichtete kegelstumpfförmig verlaufende Teile aufweist, die über die konischen Aufsatzstücke gelegt werden können. Diese Teile werden sodann mittels Anwendung von Wärme- und Druck miteinander verbunden. Falls gewünscht, können die /ufsatzstücke mit einem lötbaren Material überzogen werden, das
so beim Erhitzen eine Lötverbindung zwischen dem Aufsatzstück und den gestanzten sich kegelstumpfförmig erweiternd verlaufenden Teilen ergibt.
Bei diesem vorstehend beschriebenen Verfahren werden zwar die mit dem mechanischen Bohren von
« Isolierschichten verbundenen Probleme vermieden; jedoch müssen hierbei drei Teile vor den eigentlichen Arbeitsgängen zur Herstellung der Zwischenverbindung vorgestanzt bzw. vorgeprägt werden. Außerdem sind die Zwischenverbindungen noch groß hinsichtlich
m ihrer Querschnittsflächen, da die Basis der einzelnen konischen Aufsatzstücke einen Durchmesser von etwa 0,762 mm (0,0JO Zoll) besitzt, während die Aufsatzstückc voneinander Mittelpunktabstände von 1,27 mm (0,050 Zoll) besitzen müssen. Somit lassen sich nach diesem bekannten Verfahren nur verhältnismäßig geringe Leiterpfaddichten erzielen.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von Schaltungs-Zwischenverbindungen /wischen benachbarten Schaltungen eines Mehrschich-
oo ten-Schaltungsgebildes, bei welchem einander entsprechende Sätze von Verbindungsstellen an den benachbarten Schaltungen durch eine Isolierschicht hindurch miteinander zur Berührung gebracht und anschließend mite-nander verlötet werden. Durch die Erfindung soll
« ein Verfahren dieser Art geschaffen werden, bei welchem die geschilderten Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden, d. h. daß keine mechanischen Löcherbohrarbeitsgänge erforderlich sind und die Zwischenverbindungen mit geringen, im wesentlichen
mi den Abmessungen der Leiterpfade entsprechenden Querschnittsabmessungen herstellbar sind, um eine hohe Leiterpfaddichte zu gewährleisten.
Zu diesem Zweck ist bei einem Verfahren der vorstehend genannten Art gemäß der Erfindung
'.ί vorgesehen, daß die einander entsprechenden Sätze von Verbindungsstellen al? leitende Vorsprünge mit wenigstens einem Lötüberz'ig ausgebildet sind, daß zwischen den benachbarten Schaltungen eine Isolierschicht aus
einem nicht ausgehärteten, jedoch aushfirtbaren Material angeordnet ist, das zwischen seinem nicht ausgehärteten und ausgehärteten Zustand einen Übergangszustand besitzt, in welchem das Material verformbar ist, daß die benachbarten Schaltungen während der Aushärtung der Isolierschicht, in deren Verlauf das Material der Isolierschicht den erwähnten verformbaren Zwischenzustand durchläuft, gegeneinander gepreßt werden, derart, daß die· einander entsprechenden Vorsprünge die Isolierschicht durchdringen und in innige Berührung miteinander gebracht werden, daß bei der anschließenden Endaushärtung der Isolierschicht die Schicht in einen die Vorsprünge umgebenden und die beiden benachbarten Schaltungen voneinander trennenden Isolierkörper überführt wird und daß sodann die einander berührenden Vorsprünge miteinander verschmolzen werden.
Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, daß die Isolierschicht aus einem wärmehärtbaren Material besteht, insbesondere einem Phenol-Butynol-Klebefilm und daß die Isolierschicht bei einer Temperatur von etwa 1600C ausgehärtet wird.
Die Lötvorgänge können entweder ganz aus Lot hergestellt sein; alternativ können sie beispielsweise aus Kupfer mit einem Lotüberzug bestehen.
Die Verschmelzung bzw. Verlötung der Lötvorsprünge miteinander kann bei einer Temperatur von etwa 2500C erfolgen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Herstellung von Schaltungs-Zwiselenverbindungen anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
Fig. I in perspektivischer Ansicht verschiedene Werkstoffschichten vor der Herstellung der Schaltungs-Zwischenverbindungen,
F i g. 2 eine erfindungsgemäß hergestellte Schaltungs-Zwischenverbindung.
In Fig. 1 ist bei 10 eine Erde- bzw. Masseebene dargestellt, die aus einem geeigneten Leitermaterial, beispielsweise Kupfer, besteht. Die Masseebene 10 ist mit einem isolierenden Substrat 11 verbunden, das beispielsweise aus einem Epoxyfaserglas bestehen kann. Auf dem Substrat 11 ist nach einem beliebigen herkömmlichen Verfahren, beispielsweise durch Ätzung, im Siebdruck ein Muster elektrischer Leiterpfade 17 hergestellt. Nach der Herstellung der Leiterpfade 17, die eine Breite in der Größenordnung von 0,127 mm (0,005 Zoll) besitzen können, werden an den Enden der Leiterpfade 17 Löthöcker bzw. -stutzen 13 angebracht. Diese Löthöcker bzw. -vorspränge 13 definieren vnil ihrer jeweiligen Lage die Verbindungspunkte zwischen einem Leiterpfad 17 auf dem Substrat 11 und einem (nichtdargestellten) anderen Leiterpfad auf einem Substrat 15.
Eine zweite Erde- bzw. Masseebene 16 von ähnlicher Art wie die erste Ebene 10 ist mit einem Substrat 15 verbunden, das ebenfalls aus Epoxyfaserglas bestehen kann. An (nicht dargestellten) Leiterpfaden auf dem Substrat 15 sind ebenfalls Löthöcker bzw. -vorsprünge 15 vorgesehen. Die Löthöcker 14 bilden ein Gegenmuster zu dem Muster der Löthöcker 13 auf den Leiterpfaden 17. Beide Sätze von Löthöckern bzw, -vorsprüngen 13 und 14 haben Querschnittsdurchmesser in derselben Größenordnung wie die Breite der einzelnen Leiterpfade 17, beispielsweise 0,127 mm (0,005 Zoll). Zwischen die beiden Sätze von aufeinander ausgerichteten Lötvorsprüngen 13 und 14 wird eine Isolierschicht 12 eingebracht. Diese Isolierschicht besteht aus einem wärmehärtbaren Material auf Kunstharzbasis, das sich in einem Übergangszuntand zwischen dem nicht gehärteten und dem ausgehärteten Zustand befindet, in welchem das Material verformbar
•j wird. Auch darf dieses Material keinen nennenswerten Glasanteil erhalten. Ein Beispiel für einen derartigen Werkstoff auf Kunstharzbasis ist ein unter der Handelsbezeichnung »Permacel« bekannter Phenol-Butynol-Trockenklebefilm.
in In diesem Punkt sind die einleitenden Verfahrensschritte abgeschlossen; die verschiedenen Schichten werden in die in Fig. 1 gezeigte gegenseitige Lage gebracht, wobei einander entsprechende Paare von Lötvorsprüngen 13 und 14 miteinander ausgerichtet
π sind. Die Erde- bzw. Masseebene JO und 16 mit ihren zugehörigen Substratschichten und. Leiterpfaden werden nunmehr in Richtung aufeinander zu bewegt, unter gleichzeitiger Wärmezufuhr, um die Isolierschicht 12 verformbar zu machen, derart, daß die Lölvorsprünge
2i) 13 und 14 die Schicht 12 durchdringen können. Wie erwähnt ist es wichtig, daß die Schicht 12 keinen nennenswerten Gläsanteil enthält, da werdurch verhindert würde, daß die Lötvorsprünge 13 und .4 die Schicht 12 durchbohren. Da die Substrate 11 und 15
2"> vorzugsweise aus Epoxyglasfaser bestehen, erhält hierdurch das fertige Zwischenverbindungs-Gebilde ausreichende mechanische Festigkeit.
Die zugeführte Wärme, durch welche zu Anfang die Schicht 12 verformbar gemacht und anschließend
i'i ausgehärtet werden soll, darf nicht so groß sein, daß sie eine Erweichung der Lötvorsprünge 13 und 14 hervorrufen würde. Es hat sich ergeben, daß bei einer Temperatur von etwa 1600C die Isolierschicht 12 im wesentlichen verformbar wird, derart, daß jeweils
>~> einander entsprechende Paare von Lötvorsprüngen 13 und 14 zur Berührung miteinander gelangen können, ohne daß es zu einer nennenswerten Erweichung der Lötvorsprünge kommt. Der auf das Gebilde 20 gemäß F i g. 2 in diesem Zeitpunkt ausgeübte Druck ist
in genügend groß, um einen innigeren Kontakt zwischen jeweils aufeinander ausgerichteten Paaren der Löl:vorsprünge 13 und 14 zu gewährleisten. Nachdem die Isolierschicht 12 voll ausgehärtet ist, wird die Temperatur auf etwa 2500C erhöht; bei dieser Temperatur
·*'< schmelzen die Lötvorsprünge 13 und 14 und bilden einen zuverlässigen Verbund.
Das fertige Gebilde 20 gemäß Fig. 2 besteht aus Erde- bzw. Masseebenen 10 und 16, die mit den entsprechenden Substraten 11 und 15 verbunden sind,
■ίο wobei die Lötvorsprünge 13 und 14 die Schaltungs-Zwischenverbindungen zwischen den (nicht dargestellte) Leiterpfaden an den Substraten 15 und 11 herstellen und die Schicht die elektrische Isolation um die auf diese Weise zwischen jeweils entsprechenden Lötvorsprün-
Vt gen 13 ".ηΛ 14 gebildeten Zwischenverbindungen herum gewährleistet.
Es sei betont, daS während der Herstellung des Verbunds zwischen den Lötvorsprüngen 13 und 14 die beiden Sätze von Lötvorsprüngen 13 und 14 mit einem
wi gleichmäßig verteilten Druck gegeneinander gepreßt werden. Dabei muß jedoch sorgfältig eine Abflachung der Lötvorsprünge 13 und 14 infolge eines zu großen Preßdrucks vermieden werden. Die Lötvorsp/ünge können in einfacher Weise nach einem Elektro-Formge-
>■>'< bungsverfahren hergestellt werden. Um die Gefahr einer übermäßigen Abflachung während der anfänglichen Aufbringung eines Anpreßdrucks zu vermeiden, können die LötvorsDrünBC im wesentlichen aus mit
einer verhältnismäßig dünnen Lotschicht überzogenem Kupfer hergestellt werden. Der Anpreßdruck kann mit beliebigen bekannten Mitteln, beispielsweise Laminier· pressen u. dgl. auf die Außenseite der Erde- bzw. Masseebenen 10 und 16 aufgebracht werden. Mehrschichtentafcln hoher Dichte müssen, soweit es um die /.wischcnvcrbindungen von integrierten Schaltungen hoher Geschwindigkeit geht, eine besondere Forderung erfüllen. Die Zwischenverbindungen müssen nämlich praktisch die Eigenschaften von Übertragungsleitungcn besitzen, was durch die Anbringung der Erde- bzw. Mimeebenen 10 und 16 erreicht wird. Falls jedoch die elektrische Impedanz der Zwischenverbindung nicht in die Auslegung der gedruckten Sehaltungstafeln eingeht, können diese Erdebenen wegfallen.
Hui dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde angegeben, daß die Isolierschicht 12 aus einem Werkstoff auf Kunsthar/basis besieht; jedoch k-inn diese Schicht grundsätzlich aus jedem bcliebigci Isolicrwcrkstofl bestehen, der einen nicht ausgchärtctci Zustand und einen ausgehärteten Zustand und einci während des Aushärtevorgangs durchlaufenen Zwi sehenzustand besitzt, in welchem das Material verform bar ist.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dal durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung voi festen I.eitungs-Zwischenverbindungen geschaffe wird, bei welchem die Probleme vermieden werden, di beim mechanischen Bohren von Offnungen durc Isolierteile zum anschließenden Durchplattiercn auftre ten. Durch die Erfindung wird ferner gewährleistet, dal die Querschnitlsabmessungen (Durchmesser usw.) ii der gleichen Größenordnung wie die Breite de Leiterpfade liegen, wodurch eine höhere Leiterpfad dichte auf einer beliebigen Isolierschicht crzielbar wird.

Claims (8)

  1. Patentansprüche:
    t. Verfahren zur Herstellung von Schaltungs-Zwischenverbindungen zwischen benachbarten Schaltungen eines Mehrschichten-Schaltungsgebildes, bei welchem einander entsprechende Sätze von Verbindungsstellen an den benachbarten Schaltungen durch eine Isolierschicht hindurch miteinander zur Berührung gebracht und anschließend miteinander verlötet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die einander entsprechenden Sätze von Verbindungsstellen als leitende Vorsprünge (13,14) mit wenigstens einem Lotüberzug ausgebildet sind, daß zwischen den benachbarten Schaltungen (15,17) eine Isolierschicht (12) aus einem nicht ausgehärteten, jedoch aushärtbaren Material angeordnet ist das zwischen seinem nichtausgehärteten und ausgehärteten Zustand einen Übergangszustand besitzt in welchem das Material verformbar ist daß die benachbarten Schaltungen (15, 17) während der Aushärtung der Isolierschicht (12), in deren Verlauf das Material der Isolierschicht den erwähnten verformbaren Zwischenzustand durchläuft, gegeneinander gepreßt werden, derart daß die einander entsprechenden Vorsprünge (13, 14) die Isolierschicht durchdringen und in innige Berührung miteinander gebracht werden, daß bei der anschließenden Endaushärtung der Isolierschicht (12) die Schicht in einen die Vorsprünge (13, 14) umgebenden und die beiden benachbarten Schaltungen (15, 17) voneinander trennenden Isolierkörper überführt wird und daß sodann die einander berührenden Vorsprünge (1.Ί 14) miteinander verschmölzet; werden.
  2. 2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aiw einem wärmehärtbaren Material besteht
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Isolierschicht aus einem Phenol-Butynol-KIebcfilm besteht.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungssubstrate (11, 15) aus einem Epoxy-Glasfasermaterial bestehen.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (13, 14) vollständig aus Lotmaterial bestehen.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (13, 14) aus Kupfer mit einem Lotüberzug bestehen.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (12) bei einer Temperatur von etwa 1600C ausgehärtet wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (13, 14) miteinander bei einer Temperatur von etwa 2500C verschmolzen bzw. verlötet werden.
DE2227701A 1971-06-10 1972-06-07 Verfahren zur Herstellung von Schal tungs-Zwischenverbindungen Expired DE2227701C3 (de)

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