DE1665243A1 - Verfahren zur Herstellung elektrischer Verbindungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung elektrischer Verbindungen

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DE1665243A1 DE19671665243 DE1665243A DE1665243A1 DE 1665243 A1 DE1665243 A1 DE 1665243A1 DE 19671665243 DE19671665243 DE 19671665243 DE 1665243 A DE1665243 A DE 1665243A DE 1665243 A1 DE1665243 A1 DE 1665243A1
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North American Aviation Corp
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Description

"*" I*<tf»rtltjnw3l*·
Dr.---V. τ4- r? RUT HM
:>::'.,;. Ht .<■/, .L^ jq. Mai 196?
North American Aviation, Inc. I700 East Imperial Highway-El Segundo, California
"Verfahren zur Herstellung elektrischer Verbindungen".
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung elektrischer Verbindungen zwischen Stromkreisen, bestehend aus einer mehrschichtigen Stromkreisplatte, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, das eine abnehmbare Maske benutzt, zum Bilden eines Musters von festen Metallteilen zur Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen derartigen Stromkreisen,
Ein früheres Verfahren zur Herstellung elektrischer Verbindungen in einer 3tromkreisplatte aus mehreren Schichten verwendet eine lichtwlderstandsfähi^e üchicht, die bear-
«09846/Γβο; «oRieiNAL
beitet wird, um die Oberfläche einer Stromkreisplatte an Stellen freizulegen, wo elektrische Verbindungen erwünscht sind. Ein leitendes Material wird auf die belichteten Stellen abgelagert.
Eine lichtwiderstandsfähige Schicht ist im allgemeinen nicht dicker als ein Tausendstel Zoll« Da Zwischenverbindungen zwischen fünf und zehn Tausendstel Zoll erforderlich sein können, muss das Lichtwiderstandsverfahren mehrere Male wiederholt werden, bis die gewünschte Höhe erreicht ist»
Ein anderes Verfahren zur Herstellung elektrischer Zwischenverbindungen wird in der gleichzeitig laufenden deutschen Patentanmeldung Nr. lA-26-469 beschrieben. Dieses Verfahren umfasst im allgemeinen das. chemische Ätzen von Löchern Jn ein dielektrisches Material, das zwischen leitenden Schichten eingelegt ist, die anschliessend geätzt werden, um ein Stromkreismuster zu bilden. Die geätzten Löoher werden mit einem leitenden Material gefüllt, das beide Seiten der Stromkreisplatte verbindet. Zusätzliche dielektrische Lagen werden dann über die anfängliche Kombination gelegt, und das Verfahren wird wiederholt, bis eine Platte aus mehreren Schichten gebildet ist.
Andere Verfahren, wie etwa das eine, das im US-Patent Nr. 3,077,511 beschrieben ist, verwenden vorgeformtes
BAD
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Lötmaterial mit Isolierplatten und Verbindungsplatten, um Zwiochenverbindungen zwischen Stromkreisen einer Platte aus mehreren Schichten vorzusehen. Die Stärke der Platte wird jedoch durch die Verwendung der zusätzlichen Platten erhöht und die Dichte kann verringert werden wegen der Vielzahl von Leitern, die aus einem Stück mit der Zwischenplatte gebildet sind. Die Vielzahl der Leiter wird verwendet, unabhängig von der Anzahl der Zwischenverbindungen zwischen den Lagen.
Die vorstehenden Aufgaben werden durch ein Verfahren gelöst, das die Schritte umfasst, eine Abdeckschicht auf eine erste Isolierlage aufzubringen, bei der ein Strornkreismuster auf der Fläche angeordnet ist, wobei die genannte Abdeckschicht ein Muster von öffnungen aufweist, die Stellen für Mehrschichtenverbindungen festlegen. Danach werden die Öffnungen mit einem leitenden Material gefüllt, um die Verbindungsteile zu bilden.
Das Verfahren nach der Anmeldung schaltet viele der Nachteile der erwähnten Verfahren aus durch Füllen der öffnungen, die in einer anhaftenden und abnehmbaren Abdeckschicht vorgesehen sind, mit einem leitenden Metall. Die Abdeckung wlri auf eine Stromkreisplatte so aufgebracht, dass die öffnungen mit Teilen des Stromkreises übereinstimmen, mit dem Verbindungen gebildet werden sollen. Die
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. BAD
gefüllten Öffnungen bilden leitende Teile zum Verbinden mit anderen, später gebildeten Stromkreisschichten.
Nach dem Formen der leitenden Teile wird die Platte bearbeitet, um eine Isolierschicht über der Oberfläche der Stromkreisplatte und um die einzelnen Teile herum zubilden, wobei nur die oberen Oberflächen der freiliegenden Teile zur Verbindung mit darauffolgenden Schichten freigelassen werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels.
Fig. 1 ist eine Bausteindiagraiiimdarstellung der Verfahrensschritte, die bei der Herstellung von Vielschichtenzwischenverbindungen verwendet werden, und ,
Fig. 2 (a) bis FIg* 2(j) stellen eine Ausführungsform einer Mehrschichtenplatte während verschiedener Phasen ihrer Herstellung dar. =
In Fig. 1 ist eine allgemeine Folge von Schritten gezeigt, die das Verfahren zur Herstellung von Verbindungen zwischen Stromkreisen darstellen.
In Fig. 1 wird eine Stromkreisplatte aus einem Stromkreis-
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muster auf einer oder beiden Seiten einer dielektrischen Lage hergestellt. Bei der üblichen Ausführungsform wird der Stromkreis hergestellt durch Ätzen eines leitenden Materials, wie etwa Kupfer zu einem gewünschten Muster von Leitern und Verbindungsklemmenbereiehen. Elektrische Verbindungen können zwischen den Stromkreismustern auf beiden Seiten der Platte durch elektroplattieren der öffnungen durch das Dielektrikum mit einem leitenden Material hergestellt werden. '
In dem Schritt la wird eine Abdeckschicht hergestellt, um Bezirke des Stromkreismusters abzudecken, wo Verbindüngen zu anschliessend gebildeten Stromkreismustern nicht erwünscht sind. In anderen Worten umfasst die Abdeckung ein dielektrisches Material, wie etwa Epoxyglas, mit einem Muster von Öffnungen zum Freilegen des Teiles des Stromkreismusters an dem Verbindungen angebracht werden sollen. Die öffnungen werden in späteren Schritten mit einem leitenden Material gefüllt.
Die Folge für das Herstellen der Stromkrelsplatte und der Abdeckung ist nicht wichtig. Der eine oder der andere ieil kann zuerst, oder beide können gleichzeitig hergestellt werden»
Im Arbeitsschritt Hr. 2 wird die Abdeckung, bei 'der bei-
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spielsweise ein selbstklebender Klebstoff an der Seite angebracht ist, die an dem Stromkreismuster anliegt, zu dem Muster passend gemacht, so dass die Abdeckungsöffnungen Bereichen des Stromkreismusters entsprechen, die mit anderen Mustern verbunden werden sollen.
Mittel können vorgesehen sein, um die Vielzahl der Öffnungen gleichzeitig mit einem leitenden Material zu füllen. Wenn beispielsweise ein Elektroablagerungsverfahren verwendet wird, wird die gesamte Oberfläche mit einer dünnen, leitenden Schicht überzogen, die als eine Elektrode für alle Abdeckungsöffnungen wirkt. Die Lage wird auf der Oberfläche vor dem Aufbringen der Abdeckung abgelagert und ist in einer besonderen Ausführungsform kontinuierlich über die Stromkreisplattenoberflächen.
In anderen Ausführungsformen kann der Stromkreis so abgedeckt werden, dass die Lage an der Kante des Stromkreises anliegt, aber sie nicht bedeckt. Die leitende Schicht könnte auch so ausgebildet werden, dass sie nur die Teile des Musters abdeckt oder berührt, an dem Ablagerungen gemacht werden sollen. Wenn die Schicht von der oberen Oberfläche des Musters weggelassen wird, kann eine verhaltnismässig verbesserte Verbindung zwischen dem Muster und folgenden Ablagerungen erzielt werden.
Wenn die Abdeckung auf die Platte aufgebracht wird, werden
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die öffnungen bis zur oberen Oberfläche der Abdeckung mit einem leitenden Material gefüllt. Danach werden die Abdeckung und die Kontinuitätsschicht entfernt, wodurch nur das Stromkreismuster und die herausragenden Zwischenverbindungen verbleiben.
Im Verfahrensschritt Nr. J> wird eine Isolationsschicht hergestellt, die ähnlich der Abdeckung ist, und die ein Muster von öffnungen hat, die mit den Verbindungen übereinstimmen, die im Schritt Nr. 2 gebildet wurden. Diese Schicht hat eine Stärke, die zur Höhe der Verbindungsteile passt, so dass die obere Oberfläche der Schicht und die Oberflächen der herausragenden Teile in der gleichen Ebene liegen. Die Isolationsschicht kann zur gleichen Zeit wie die Abdeckung hergestellt werden und wird auf die Stromkreisplatte nach ihrer Ablagerung darauf aufgebracht.
Bei anderen Ausführungsformen könnte anstatt die Isolierschicht zu bilden, ein Isoliermaterial, wie etwa unvulkanisiertes Epoxyharz,über die Oberfläche der Stromkreisplatte ausgebreitet werden, bis das Material mit den oberen Oberflächen der Zwischenverbindungen in einer Ebene ausgerichtet liegt.
Anschliessend wird der Zyklus wiederholt, bis so viele Schichten, wie notwendig sind, um die Mehrschichtenplatte zu vollenden, hergestellt sind.
In Pig. 2a ist eine Querschnittsansicht der Schicht 21 dargestellt, mit einem Muster von öffnungen 22, die durch die Schicht hindurch vorgesehen sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Schicht aus einem dielektrischen Material, wie etwa einem Epoxyglasharz. Eine leitende Schicht 20 ist an einer Oberfläche der Schicht 21 angeklebt gezeigt. Bei anderen Ausführungsformen könnte eine leitende Schicht für beide Oberflächen vorgesehen werden. Sowohl in der einen als auch der anderen Ausführungsform können, nachdem die öffnungen gefüllt und ein Stromkreismuster auf beiden Seiten der Platte hergestellt ist, beide Seiten der Platte gleichzeitig behandelt werden.
Verschiedene Verfahren können verwendet werden, um das Muster der Öffnungen in der Schicht 21 herzustellen. Beispielsweise kann eine Epoxyglasplatte in einer Stärke von 0,102 mm bis zu 0,^8 mm entweder mechanisch oder chemisch gebohrt werden.
Ein Ätzmittel, das sich zum Ätzen des Kupfers eignet, ist FeCl-,, und ein Ätzmittel zum Durchbrechen des Epoxyglases ist eine Lösung aus HP und HpSO^.
Nachdem die öffnungen durch die Lage 21 gebildet sind, wird ein leitendes Material 2j5, wie etwa Kupfer, in den Öffnungen eingebracht, wie in Fig. 2b gezeigt. Das lei-
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tende Material wird mit der oberen Oberfläche des Dielektrikums beispielsweise durch Einbringen von Kupfer aus einem Elektroverkupferungsbad in eine Ebene gebracht.
In einem anderen Beispiel können die öffnungen gefüllt v/erden, indem eine flüssige Galliumlegierung hineingepresst und das Material anschliessend ausgehärtet wird.
In Fig. 2c wird die Oberfläche des Dielektrikums mit einer leitenden Schicht, wie etwa Kupfer oder Nickel, überzogen, die eine ungefähre Stärke von ein Tausendstel Zoll hat. Bei einer Ausführungsform wird die Oberfläche zunächst unelektrisch mit Kupfer plattiert, um die Schicht 25 zu bilden und dann elektroverkupfert, um eine Schicht 26 zu bilden.
Wenn das Kupfer nicht sofort an dem Dielektrikum anhaftet, kann die Oberfläche mit einer Klebstoffschicht 24 versehen werden, um einen guten Kontakt zwischen der Kupferschicht und der Plattenoberfläche herzustellen. Ein Klebstoi wie etwa B-Stadium-Epoxyharz kann zu diesem Zweck verwendet werden. Bei anderen Verfahren werden den Fachleuten bekannte Sensibilisatoren verwendet.
LVii dem näfihijton Schritt, wie in KJ ^, 2Ί geneigt, werden ii'ii ie υπ -α -? j Hchori (20 ulk! 2.6 dor i-'i-K. ί<;) mit e Lnor iiaht-
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empfindlichen Schicht überzogen und einer ultravioletten Strahlung ausgesetzt, um Stromkreismuster auf beiden Seiten der Platte zu bilden. Die nicht ausgesetzten Teile des Materials werden weggewaschen, wobei die Kupferschicht mit den belichteten Teilen bedeckt bleibt. Das nicht bedeckte Kupfermaterial wird weggeätzt, um Stromkreismuster 27 und 27' auf den Oberflächen der Platte zu bilden. Die beiden Muster werden durch das leitende Material, das die Öffnungen 22 füllt, miteinander verbunden. Nachdem das Ätzen vollendet ist, wird das verbleibende, lichtempfindliche Material von der Oberseite des Stromkreismusters entfernt. Der Klebstoff kann zu diesem Zeitpunkt ebenfalls entfernt werden.
Anstatt ein AbIageruhgsverfahren zu verwenden, auf das ein Ätzverfahren folgt, könnte ein Stromkreismuster mit dem Siebdruckverfahren oder anderen in der Technik bekannten Verfahren aufgedruckt werden.
Leiter können auf der Oberfläche der Platte angeordnet werden, um eine Elektrodenverbindung mit mindestens den Teilen des Stromkreismusters zu schaffen, mit dem Zwischenverbindungen hergestellt werden sollen. Beispielsweise könnte eine dünne Kupferschicht durch schnelles Aufschmelzen (flash plated) auf den Oberflächen abgelagert werden, worauf eine Elektroverkupferungsiblagirung während
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ungefähr einer Minute erfolgt, um die elektrische Kontinuität zu schaffen, die notwendig ist, um das Verfahren zu vollenden. Die Platte ist mit Kontinuitätsschichten j52 und 32f in Pig. 2e gezeigt.
Die elektrische Kontinuität kann wichtig sein, weil, wie in Fig. 2f und 2g gezeigt, die Verbindungsteile gleichzeitig ausgebildet werden können, indem eine einzelne Elektrodenverbindung mit der Lage hergestellt wird. Eine Elektrodenverbindung könnte jedoch für jede öffnung vorgesehen werden. Zusätzlich kann eine leitende Schicht oder Platte mit öffnungen, die zu dem Stromkreismuster passen, über der Oberfläche als eine Elektrode angeordnet werden.
Abdeckungen 28 und 28' haben selbstklebende Schichten 29 und 29', die an den Oberflächen in der Nähe der Stromkreis· plattenoberflächen angebracht sind. Die Abdeckung wird gegen die Plattenoberfläche gepresst.
Die Abdeckung kann in der gleichen Art und Weise hergestellt werden, wie für die Schicht 21 beschrieben. Bei gewissen Ausführungsformen kann die Schicht 21 identisch der Abdeckung 28 sein, mit Ausnahme des Hinzufügens der selbstklebenden Schicht 29." Der Klebstoff kann auf die Oberfläche auf eine Stärke von ungefähr 0,0254 mm aufge-
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sprüht werden. Es ist wünschenswert, die Stärke auf nicht mehr zu begrenzen als notwendig ist, um ein gutes Anhaften zwischen der Abdeckung und der Plattenoberfläche zu erzielen. Übermässige Mengen können in die Abdeckungsöffnungen gepresst werden. Beim Aufbringen des Klebstoffes muss vor-" sichtig vorgegangen werden, um zu verhüten, dass der Klebstoff in die Öffnungen eindringt. Bei einer Ausführungsform wird Luft durch die Öffnungen während des Aufbringens des Klebstoffes geblasen, um die Öffnungen von dem Klebstoff freizuhalten.
Nachdem die Abdeckungen richtig auf eine Stromkreisplatte aufgebracht sind und eine elektrische Verbindung mit jeder Kontinuitätsschieht hergestellt ist, wird die gesamte Gruppe in ein Elektroverkupferungsbad eingebracht, bis die öffnungen mit Kupfer gefüllt sind, um Teile 25 und J3J5f zu bilden, wie in Fig. 2g gezeigt.
Die Abdeckungen werden dann entfernt, wie in Fig. 2h gezeigt, und die Plattenoberflächen mit einem Lösungsmittel gereinigt, um den restlichen Klebstoff zu entfernen.
Ansohliessend wird die ganze Gruppe in einem Eisenchloridbad während ungefähr I5 bis 20 Sekunden schnell geätzt, um die Kontinuitätsschieht von den Bereichen des Stromkreises zu entfernen, die keinen Teil des Stromkreismusters dar-
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stellen. In anderen Worten ist die Lage verhältnismässig dünn, so dass das Ätzmittel das Kupfer bis zum Dielektrikum entfernt, ohne wesentliche Teile des Kupfers wegzuätzen, das das Stromkreismuster sowie die vorher gebildeten elektrischen Zwischenverbindungen darstellt.
Die Platte weist Stromkreismuster mit den Teilen 33 und 33' auf, zum Verbinden mit anderen Mustern, die als Teil der Mehrschichtenplatte gebildet werden« Die Platte ist nach Beendigung des Ätzens in Fig. 2i gezeigt.
Bei gewissen Ausführungsformen kann einer oder mehrere der Teile nicht mit einer darauf folgenden Schicht verbunden, sondern stattdessen in der Höhe vergrössert sein, indem eine darauf folgende Ablagerung erfolgt, um mit dem Stromkreis einer anderen Schicht zu verbinden. Dieses zusätzliche Merkmal verringert gewisse der Registerprobleme des Standes der Technik und schafft eine erhöhte Widerstandsfähigkeit und Zuverlässigkeit für die fertiggestellte Platte.
Ebenso, und obwohl hier Verbindungsteile gezeigt sind, ist es klar, dass mehr als die vier oder eine Vielzahl von Mustern dirch das hierin beschriebene Verfahren hergestellt werden können.
Die Isolierlagen y\ und 34' (in Pig. 2 j gezeigt), die ein
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Muster an Öffnungen haben, das identisch dem Muster der Teile ist, werden mit Schichtklebstoffen 35 und 35' überzogen, wie etwa einem Epoxyklebstoff und in Stellung auf die Platte gebracht. Wahlweise kann der Klebstoff auch direkt auf die Oberfläche der Platte aufgesprüht werden und die Isolierschichten können auf den aufgebrachten Klebstoff aufgebracht werden. Nachdem die Isolierschichten sich an Ort und Stelle befinden, wird die Kombination zusammengepresst und erhitzt, bis sie -ausgehärtet ist.
Die Isolierschicht kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt vor der Verwendung ausgebildet werden, obwohl sie bei einer bevorzugten Ausführungsform zu dem Zeitpunkt ausgebildet wird, in dem die Abdeckung und die dielektrischen Lagen hergestellt werden, und dabei erfolgt diese Ausbildung in der gleichen Weise. Bei einer Ausführungsform können die abnehmbaren Abdeckungen gereinigt und als die Isolierschichten verwendet werden.
Die fertiggestellte Platte, die die isolierten Schichten und die Oberflächen der Verbindungsteile zeigt, ist in Fig. 2j dargestellt.
In einer anderen Ausführungsform könnten die Isolierschichten durch Aufsprühen auf ein nicht vulkanisiertes Epoxyharz aufgebracht werden, bis das Material in, einer
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Ebene mit den oberen Oberflächen der Verbindungsteile liegt. Nach dem Aufbringen des Epoxyharzes erfolgt das Vulkanisieren.
Palis zusätzliche Schichten erforderlich sind, wird das Verfahren, wie beschrieben, beginnend mit Fig. 2a wiederholt, bis so viele Lagen als erwünscht sind, hergestellt wurden.
Obwohl die Erfindung im einzelnen beschrieben und dargestellt wurde, ist klar, dass sie lediglich als Illustration und Beispiel dient, und nicht als Beschränkung. Geist und Umfang der Erfindung sind nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche :
    1. Verfahren zum Herstellen von Zwischenverbindungen in einer mehrschichtigen Stromkreisplatte, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeckschicht auf eine erste Isolierschicht aufgebracht wird, die ein Stromkreismuster hat, das auf ihrer Fläche aufgebracht ist, wobei die genannte Abdeckschicht ein Muster von öffnungen aufweist, die die Stellen für die Mehrschichtverbindungen darstellen, wonach die Öffnungen mit einem leitenden Material gefüllt werden, um die Verbindungsteile zu bilden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Kontinuitätslage über mindestens den Teilen des genannten Stromkreismuster aufgebracht wird, wo Zwischenverbindungen gewünscht werdai , um eine Elektrode zu bilden, wobei diese Elektrode beim Elektroablagern des genannten Leitungsmaterials in den Öffnungen verwendet wird und die genannte Abdeckung nach dem Ablagern entfernt wird und danach die Kontinuitätsschicht entfernt wird.
    J. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeokschicht aus einem dielektris chen Material besteht, das einen Druck-empfindlichen Klebstoff auf der Oberfläche neben der Isolierschicht= aufweist.
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    4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte elektrische Kontinuitätsschicht durch elektroloses Ablagern der Schicht auf der Oberfläche der ersten Isolierschicht und des Stromkreismusters erfolgt.
    5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte elektrische Kontinuitätsschicht durch elektroloses Ablagern der Schicht über der genannten Isolierschicht erfolgt, bevor das Stromkreismuster darauf ausgebildet wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Öffnungen mit einer einzigen Elektroplattlerungsablagerung gefüllt werden»
    7. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite elektrisch Isolierende Lage auf der genannten ersten Isolationsschicht aufgebracht wird, wobei die Oberseiten der herausra^/Men Bauteile in der gleichen Ebene liegen wie die Oberseite der zweiten Isolierschicht, wonach ein zweites Stromkreismuster auf der Oberfläche der genannten zweiten Isolierschicht aufgebracht wird, die Teile hat, die elektrische Verbindungen mit gewissen der leitenden Teile herstellen.
    8. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dctdurch gekennzeichnet, dass über den genannten
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    Bauteilen eine zweite Isolierschicht abgelagert wird, die aus einem Muster von öffnungen besteht, die mit den genannten Teilen übereinstimmen, wobei die genannte zweite Schicht eine Stärke hat, die sich mit der Höhe der leitenden Teile verträgt, wodurch die Oberseiten der Teile und die obere Oberfläche der zweiten Schicht in der gleichen Ebene liegen.
    9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte leitende Schicht eine Schicht ist, die über der genannten Oberfläche angeordnet ist, um Elektrodenverbindungen mit den Teilen des genannten Stromkreises herzustellen, mit denen elektrische Verbindungen hergestellt werden sollen.
    1Q 00984S/1S04
    — Io -
DE19671665243 1966-09-06 1967-05-19 Verfahren zur Herstellung elektrischer Verbindungen Pending DE1665243A1 (de)

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