DE2227701A1 - Verfahren zur Herstellung von Schal tungs Zwischenverbindungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Schal tungs Zwischenverbindungen

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DE2227701A1 DE19722227701 DE2227701A DE2227701A1 DE 2227701 A1 DE2227701 A1 DE 2227701A1 DE 19722227701 DE19722227701 DE 19722227701 DE 2227701 A DE2227701 A DE 2227701A DE 2227701 A1 DE2227701 A1 DE 2227701A1
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Description

Patentanwälte 9 O O 7 7 Π 1
Dipl. Ing.C. Wallach LLLI fö I
Dipl. Ing. G. Koch 13 755 Dr. T. Haibach
8 München 2 6. JWM 1972 Kaufingerstr. 8, Tel. 240275
International Conputers Limited,
London, England, Großbritannien
Verfahren zur Herstellung von Schaltungs-Zwischenverbindungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaltunge-Zwischenverbindungen zwischen benachbarten Schaltungen eines Mehrschichten-Sohaltungsgebildes.
Man hat bereits vorgeschlagen, zur Herstellung von Schaltungs-Zwischenverbindungen zwischen den einzelnen Schaltungen eines Mehrsohichten-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 kost ^spielige Vorrichtungen; andererseits ergeben sich 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 1 221 968 ein Verfahren beschrieben, bei welchem 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 Aufsatzstucke aufgelegt. Sodann wird eine Leiterfolie so geprägt bzw. gestanzt, daß sie nach oben gerichtete kegelstumpfförmig verlaufende Teile aufweist,
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die Ober die konischen Aufsatzstacke gelegt werden können. Diese Teile werden sodann mittels Anwendung von Wärme- und Druck miteinander verbunden. Falls gewünscht, können die Aufsatzstüeke mit einem lötbaren Material überzogen werden, das beim Erhitzen eine Lötverbindung zwischen dem Aufsatzstück und den gestanzten sich kegelstumpfförraig 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 ihrer Querschnittsflächen, da die Basis der einzelnen konischen Aufsatzstücke einen Durohmesser von etwa 0,030 Zoll besitzt, während die Aufsatzstücke voneinander Mittelpunktabstände von 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 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. Durch die Erfindung soll ein Verfahren dieser Art geschaffen werden, bei welchem die geschilderten Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden, d.h. daß keine mechanische Löoherbohrarbeitsgänge erforderlich sind und die Zwischenverbindungen mit geringen, im wesentlichen 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 vorgesehen, daß die einander entspreohen-
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_ Tf _
den Sätze von Verbindungsstellen als leitende Vorsprünge mit wenigstens einem Lötüberzug ausgebildet sind, daß zwischen den benachbarten Schaltungen eine Isolierschicht aus einem nicht-ausgehärtet en, jedoch aushärtbaren Material angeordnet ist, das zwischen seinem nicht-ausgehärteten und ausgehärteten Zustand e_aen 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 16O°C ausgehärtet wird.
Die Lötvorsprünge können entweder ganz aus Lot hergestellt sein; alternativ können sie beispielsweise aus Kupfer mit einem Lot-Überzug bestehen.
Die Verschmelzung bzw. Verlötung der Lötvorsprünge miteinander kann bei einer Temperatur von etwa 25O°C erfolgen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Herstellung von Schaltungs-Zwischenverbindungen anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:
Pig. 1 in perspektivischer Ansicht verschiedene Werkstoff-
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schichten vor der Herstellung der Schaltungs-Zwisehenverbindungen,
Fig. 2 eine erfindungsgemäft hergestellte Schaltungs-Zwischenverbindung.
In Fig. 1 ist bei IO eine Erde- bzw. Masseebene dargestellt, die aus einem geeigneten Leitermaterial, beispielsweise Kupfer, besteht. Die Maeeeebene IO ist mit einem isolierenden Substrat **■ 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 0,005 Zoll besitzen können, werden an den Enden der Leiterpfade 17 Löthöcker bzw. -stutzen 13 angebracht. Diese Löthöcker bzw. -vorsprünge 13 definieren mit ihrer jeweiligen Lage die Verbindungspunkte zwischen einem Leiterpfad 17 auf dem Substrat 11 und einem (nicht dargestellten) 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 ebebfalls aus Epoxyfaserglas bestehen kann. An (nicht dargestellten) Leiterpfaden auf dem Substrat 15 sind ebenfalls Löthöcker bzw. -vorsprünge 15 vorgesehen. Die Löthöcker 14 bilden ein Qegenmuster zu dem Muster der Löthöoker 13 auf den Leiterpfaden 17. Beide Sätze von Löthöckern bzw. -vorsprüngen 13 und 14 haben Querschnittdurchmesser in derselben Größenordnung wie die Breite der einzelnen Leiterpfade 17, beispielsweise 0,005 Zoll. Zwisohen die beiden Sätze von aufeinander ausgeriohteten LOtvoreprOngen und 14 wird eine Isolierschicht 12 eingebracht. Diese Isolierschicht besteht aus einem war ©härtbaren Material auf Kunstharzbasis, das sich in einem Ubergangszustand zwischen dem nicht gehärteten und dem ausgehärteten Zustand befindet, in welchem das
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Material verformbar wird. Auch darf dieses Material keinen nennenswerten Olasanteil erhalten. Ein Beispiel für einen derartigen Werkstoff auf Kunstharzbasis ist ein unter der Handelsbezeichnung "Permaoel" bekannter Phenol-Butynol-Trockenklebefiln.
In diesem Punkt sind die einleitenden Verfahrensschritte abgeschlossen; die verschiedenen Schichten werden in die in Fig. gezeigte gegenseitige Lage gebracht, wobei einander entsprechende Paare von Lötvorsprüngen 13 und 14 miteinander ausgerichtet sind. Die Erde- bzw. Masseebenen 10 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 LUtvorsprünge 13 und Ii die Schicht 12 durchdringen können. Wie erwähnt ist es wichtig, daß die Schicht 12 keinen nennenswerten Olasanteil enthält, da hierdurch verhindert würde, daß die LOtvorsprunge 1? und 14 die Schicht 12 durchbohren« Da die Substrate 11 und 15 vorzugsweise aus Epoxyglasfaser bestehen, erhält hierdurch das fertige Zwischenverbindungs-Qebilde ausreiohende mechanische Festigkeit.
Die zugeführte Wärme, durch welche zu Anfang die Schicht 12 verformbar gemacht und anschließend 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 16O0C die Isolierschicht 12 im wesentlichen verformbar wird, derart, daß jeweils einander entsprechende Paare von LotvorSprüngen 13 und 14 zur Berührung miteinander gelangen können, ohne daß es zu einer nennenswerten Erweichung der Lötvorsprünge kommt. Der auf das Gebilde 20 gemäß Fig. 2 in diesem Zeitpunkt ausgeübte Druck ist genügend groß, um einen innigeren Kontakt zwischen jeweils aufeinander ausgerichteten Paaren der Lötvorsprünge 13 und 14 zu gewährleisten. Nachdem die Isolierschicht 12 voll ausgehärtet ist,
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wird die Temperatur auf etwa 25O0C erhöht; bei dieser Temperatur schneiten die Lötvoreprünge 13 und 14 und bilden einen suverlässigen Verbund.
Das fertige Gebilde 20 gemäß Fig. 2 besteht aus Erde* bsw. Masseebenen 10 und 16, die «dt den entsprechenden Substraten 11 und 15 verbunden sind, wobei die Lötvoreprünge 13 und Ii die Sehaltungs-Zwischenverbindungen zwischen den (nicht dargestellt· Leiterpfaden an den Substraten 15 und 11 herstellen und die Schicht 12 die elektrische Isolation um die auf diese Weise «wischen jeweils entsprechenden Lötvorsprüngen 13 und 14 gebildeten Zwischenverbindungen herum gewährleistet.
Bs sei betont, daft während der Herstellung des Verbunds «wischen den Lötvorsprüngen 13 und 14 die beiden Sätze von Lötvorsprüngen 13 und 14 mit einem gleichmäßig verteilten Druck gegeneinander gepreßt werden. Dabei muß jedoch sorgfältig eine Abflachung der Lötvorsprünge 13 und 14 infolge eines su großen Preßdrucks vermieden werden. Die Lötvoreprünge können in einfacher Weise nach einem Elektro-Pormgebungsverfahren hergestellt werden. Um die Gefahr einer übermäßigen Abflachung während der anfänglichen Aufbringung eines Anpreßdrucks su vermeiden, können die Lötvorsprünge im wesentlichen aus mit einer verhältnismäßig dünnen Lotschicht überzogenem Kupfer hergestellt werden. Der Anpreßdruck kann mit beliebigen bekannten Mitteln, beispielsweise Laminierpressen u.dgl. auf die Außenseite der Erde- bsw. Masseebenen 10 und 1δ aufgebracht werden. Mehrschichttafeln hoher Dichte müssen, soweit es um die Zwisohenverbindung von integrierten Schaltungen hoher Geschwindigkeit geht, eine besondere Forderung erfüllen. Die Zwisohenverbindungen müssen nämlich praktisch die Eigenschaften von Übertragungeleitungen besitsen, was durch die Anbringung der Erde- bsw. Masseebenen 10 und 16 erreicht wird. Falls jedoch die elektrische Impedans der Zwischenverbindung nicht in die Auslegung der gedruckten Sohal-
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tungetafeln eingeht, können diese Erdeebenen wegfallen*
Bei des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde angegeben, daß die Isolierschicht 12 aus einem Werkstoff auf Kunstharsbasis besteht; jedoch kann diese Schicht grundsätzlich aus jeden beliebigen Isolierwerkstoff bestehen, der einen nicht ausgehärteten und einen ausgehärteten Zustand und einen während des Auehärtungsvorgangs durchlaufenen Zwischenzustand besitst, in welche» das Material verformbar ist.
Zusaaaenfassend kann festgestellt werden, daß durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von festen Leitungs-Zwischenverbindungen geschaffen wird, bei welchem die Probleme vermieden werden, die beim mechanischen Bohren von Öffnungen durch Isolierteile sum anschließenden Durchplattieren auftreten. Durch die Erfindung wird ferner gewährleistet, daß die Quersehnittsabmessungen (Durchmesser usw.) in der gleichen Größenordnung wie die Breite der Leiterpfade liegen, wodurch eine höhere Leiterpfaddichte auf einer beliebigen Isolierschicht erzielbar wird.
209852/068A Pat.nt «n.DrUoh.;

Claims (8)

13 755 PATENTANSPRÜCHE
1./Verfahren ssur Herstellung von Schaltungs-Zwischenverbindungen ^*~"^ «wischen benaohbarten Schaltungen eines Mehrschiohten-Sehaltungsgebildes, 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 benaohbarten Schaltungen (15,17) eine Isolierschicht (12) aus einem nicht-ausgehärteten, jedoch auehärtbaren 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,I1*) umgebenden und die beiden benachbarten Schaltungen (15>17) voneinander trennenden Isolierkörper überführt wird und daß sodann die einander berührenden Vorsprünge (13,14) miteinander verschmolzen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus einem wärmehärtbaren Material besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus einem Phenol-Butynol-Klebefilm besteht.
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4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungssubstrate (11,15) aua einem Epoxy-Glasfaserraaterial bestehen.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (13,14) vollständig aus Lotmaterial bestehen.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (13,14) aus Kupfer mit einem Lotüberzug bestehen.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (12) bei einer Temperatur von etwa 16O°C ausgehärtet wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspränge (13,14) miteinander bei einer Temperatur von etwa 25O0C verschmolzen b«w. verlötet werden.
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. 40 .
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