DE3639402A1 - Verfahren zur herstellung einer mehrschichtigen leiterplatte sowie danach hergestellte leiterplatte - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Leiterplatte gemäß Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Sie bezieht sich ebenfalls auf einer danach hergestellten Leiterplatte.

Mehrschichtige Leiterplatten finden oft Verwendung in Berei­ chen der Technik, in denen die hergestellten Geräte sehr klein sind. Beim Entwurf solcher Geräte werden wegen Raum­ bedarf bestückte Leiterplatten bevorzugt, die möglichst klein ausgebildet sind. Z. B. auf dem Gebiet der Hörgeräte werden Leiterplatten derart ausgebildet, daß sie samt ihren ange­ fügten Bauelementen so wenig Platz vom begrenzten Innenraum des Hörgerätes wie möglich einnehmen. Es ist ein weiterer Vorteil, die Leiterplatten flexibel auszubilden, damit sie beliebig verbogen und an den unregelmäßig gekrümmten Innen­ raum des Gerätes angepaßt werden können.

Vielseitige Bemühungen, die Leiterplatten platzsparend und verformbar zu gestalten, sind aus dem Stand der Technik be­ kannt.

So beschreibt z. B. die DE-OS 27 24 399 Leiterplatten, die drei- bis zehnschichtig und mit leicht flexiblen Anschluß­ stücken ausgebildet sind, um in den knappen Raum eines Ge­ schosses eingepaßt werden zu können. Jedoch werden die Lei­ terplatten weiterhin nach bekanntem Verfahren durchplattiert, d. h. es werden Kontaktierungslöcher, auch wenn nur innere Leiterschichten miteinander oder mit lediglich einer äußeren Leiterschicht zu kontaktieren sind, durch sämtliche Schichten des Gesamtpaketes gebohrt. Bei Montage von Bauelementen auf den Leiterplattenoberflächen führen Durchgangslöcher zu einer Platzverschwendung, da sie auf beiden Oberflächen Platz bean­ spruchen, obwohl Bauelemente z. B. nur an einem Lochende auf einer der Oberflächen kontaktiert werden. Dadurch wird eine maximale Packungsdichte von Bauteilen verhindert.

In einer Werbeschrift (Bulletin H 103d-8603CZ) der Firma Contraves für ihre DENSTRATE® Multilayer-Leiterplatten wird dieses Problem angesprochen. Bei der DENSTRATE® -Leiterplatte wird eine erhöhte Packungsdichte der Bauelemente erzeugt, in­ dem Sacklöcher neben Durchgangslöchern zur Kontaktierung der verschiedenen Schichten verwendet werden. Es ist hiermit je­ doch noch nicht die maximale Bauteilendichte erreicht, da in­ nere Schichten weiterhin miteinander mittels eines von außen gebohrten, d. h. wenigstens einseitigen, Loches kontaktiert werden müssen. Diese Lösung ist besonders bei Leiterplatten, die vier oder mehr Schichten umfassen, sogenannte "Multi­ layer", nicht befriedigend. Die Sacklochtechnik erfordert außerdem höchste Präzision bei der Bohrung. Aus Toleranzgrün­ den müssen immer relativ dicke Zwischenlagen eingesetzt wer­ den (etwa 125 µm). Diese sind dann wenig flexibel, was wie­ derum erhebliche Nachteile beim Entwurf von Kleinstgeräten mit sich bringt.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren zur Her­ stellung einer mehrschichtigen Leiterplatte anzugeben, bei dem Bauelemente noch platzsparender auf der Leiterplatte an­ geordnet werden können als auf durch bekannte Verfahren her­ gestellte Leiterplatten, ohne zur Verwendung von dicken, we­ nig flexiblen Leiterplatten-Zwischenlagen greifen zu müssen. Ferner ist es auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechend diesem Verfahren hergestellte Leiterplatte aufzubauen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 gelöst. Sie wird ebenfalls gelöst mit einer Leiterplatte gemäß den Merkmalen der An­ sprüche 3 bzw. 4.

Gemäß der Erfindung werden die Verfahrensschritte des Bohrens und des Kontaktierens nicht, wie bei herkömmlichen Herstel­ lungsverfahren von Leiterplatten, erst nach Zusammenfügen sämtlicher Lagen samt Träger usw. zu einem Gesamtpaket durch­ geführt. Stattdessen werden die einzelnen Lagen in Unterpa­ kete zusammengefaßt, die dann gebohrt und durchkontaktiert und durch Hinzufügen weiterer Lagen oder Pakete und nach wei­ terem Bohren und Kontaktieren schließlich zum Gesamtpaket aufgebaut werden. Schließlich werden, falls erforderlich, Verbindungen zwischen den beiden äußeren Leiterschichten durch das Gesamtpaket hindurchgebohrt und durchkontaktiert. Damit können also Multilayer-Leiterplatten aufgebaut werden, die wahlweise Durchgangs-, (äußerst präzise) Sack- oder Hohl­ raumkontaktierungslöcher bzw. beliebige Kombinationen davon enthalten können und die dennoch flexibel sind, da sie sehr dünn gehalten werden können.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 Leiterfolien, Zwischenlagen und Trägermaterial einer z. B. siebenschichtigen Leiterplatte im Längsschnitt,

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch eine in Fi­ gur 1 abgebildete Leiterfolie,

Fig. 3 die verschiedenen Schichten der Fig. 1, durch die entsprechend der Erfindung an vorgegebenen Stellen Kontak­ tierungslöcher gebohrt und kontaktiert worden sind,

Fig. 4 Unterpakete der mehrschichtigen Leiterplatte, die entsprechend der Erfindung kontaktierte Kontaktierungslöcher aufweisen,

Fig. 5 aus Unterpaketen zu weiteren Paketen zusammenge­ fügte und neu gebohrte Schichten,

Fig. 6 eine zum Gesamtpaket zusammengefügte Leiterplatte, die an vorgegebenen Stellen Hohlraum- und Sackkontaktierungs­ löcher und ein Durchgangskontaktierungsloch aufweist,

Fig. 7 eine mittels erfindungsgemäßen Verfahrens hergestell­ te mehrschichtige Leiterplatte, auf der Bauelemente platzspa­ rend angefügt worden sind,

Fig. 8 ein Hörgerät, worin eine entsprechend der Erfindung hergestellte, z. B. dreischichtige Leiterplatte verwendet ist und

Fig. 9 eine Modifikation der Ausführungsbeispiele der Figu­ ren 1 bis 8 im Sinne einer zusätzlichen Verdünnung der Knick­ stellen einer mehrschichtigen Leiterplatte.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt die einzelnen Schichten einer mehrschichtigen Leiterplatte, die nach erfindungsgemäßem Verfahren zusammenzufügen und zu kontaktieren sind.

In diesem Ausführungsbeispiel wird aus Gründen der übersicht­ licheren Darstellung z. B. der Aufbau einer siebenschichtigen Leiterplatte geschildert. Für Hörgeräte, bei denen die Leiter­ platten zusammen mit den aufgebrachten Bauelementen auf aller­ kleinstem Raum untergebracht werden müssen und die Leiter­ platten auch in ganz besonderem Maße flexibel sein sollen, werden bevorzugt jedoch Leiterplatten mit weniger Schichten, insbesondere drei Schichten, eingesetzt.

Die einzelnen Schichten 1 bis 7 der Leiterplatte der Fig. 1 umfassen z. B. wahlweise beidseitig mit Kupfer beschichtete Folien 1, 3, 6, eine einseitig mit Kupfer beschichtete Folie 4, unbeschichtete Folien 2, 5 und stabilisierendes Trägerma­ terial aus Epoxydharz 7. Die Folien werden nach bekanntem Verfahren hergestellt, indem Kupferbeschichtungen 8 auf eine Grundlage 9 geklebt oder gewalzt werden, und sind allgemein im Handel erhältlich.

Fig. 2 zeigt eine solche Leiterfolie 1 im vergrößerten Längsschnitt. Sie umfaßt eine z. B. 25 µm Polyimidschicht 10, auf die von beiden Seiten jeweils eine Klebeschicht 11 von etwa 25 µm aufgetragen ist. Diese Klebeschichten verbinden die nicht leitende Polyimidschicht 10 mit den leitenden Kupferschichten 8.1 und 8.2. Die Dicke jeder Kupferbeschich­ tung beträgt z. B. 35 µm.

Zuerst werden z. B. auf zumindest einen Teil der Leiterbeschich­ tungen 8 Leiterbahnen geätzt. Dann wird durch die einzelnen Schichten 1 bis 7 an solchen Stellen gebohrt, wo Leiterbah­ nen benachbarter Kupferbeschichtungen elektrisch zu verbinden sind. Das Bohren kann z. B. auch vor dem Ätzprozeß erfolgen. Die Löcher 12 werden dann mit einem leitenden Material - üb­ licherweise mit Kupfer und Zinn - versehen. Derartige Kon­ taktierungslöcher sind in der Fig. 3 mit der Kennziffer 12′ angedeutet. Außerdem werden an erwünschten Stellen Kontaktie­ rungslöcher 13 durch das Trägermaterial 7 gebohrt und kontak­ tiert. Die kontaktierten Löcher sind mit 13′ bezeichnet. Da­ mit können die Leitfüßchen von Bauteilen über die Löcher 13′ elektrisch mit der am nächsten liegenden Leiterbeschichtung 8.7 verbunden werden.

Das Verfahren wird fortgeführt, indem die einzelnen Lagen 1 bis 7 in Unterpakete aufgebaut werden. Fig. 4 zeigt zwei derartige Unterpakete 14 und 15. Wieder werden in beliebiger Reihenfolge vorgegebene, mit Kupfer beschichtete Ober- und Unterflächen geätzt und die Unterpakete an solchen Stellen durchgebohrt und kontaktiert, wo Leiterbahnen, die auf ver­ schiedenen Folien angeordnet sind, elektrisch zu verbinden sind. Z. B. ist das Kontaktierungsloch 16.1 gemäß der Erfin­ dung durch sämtliche Schichten 8.1, 9.1, 8.2, 2 des Unterpa­ ketes 14 gebohrt und verbindet Leiterbahnen auf der Beschich­ tung 8.1 mit der Beschichtung 8.3, wenn die folgende Schicht 3 an das Unterpaket 14 gelegt wird. Falls die Leiterbeschich­ tung 8.2 nicht an dieser Stelle 16.1 mit den Beschichtungen 8.1 und 8.3 kontaktiert werden soll, werden die Leiterbahnen der Beschichtung 8.2 an dieser Stelle 16.1 vorbeigeführt. Auch das Kontaktierungsloch 16.7 ist eine derartige Bohrung.

Weitere Schichten werden an die Unterpakete gefügt und diese neuen Pakete 17, 18 werden wiederum geätzt und gebohrt, um elektrische Kontaktierungen 16.1′, 16.7′ zwischen weiteren Metallbeschichtungen zu ermöglichen (vgl. Fig. 4 und 5). Diese Verfahrensschritte werden abwechselnd so lange durchge­ führt, bis eine komplett aufgebaute Leiterplatte 20 herge­ stellt worden ist (s. Fig. 6). Falls erwünscht, können, als letzter Schritt des Verfahrens, Kontaktierungslöcher 19 an vorgegebenen Stellen durch die gesamten Leiterplattenschich­ ten gebohrt und kontaktiert (19′) werden, um die Außenbe­ schichtungen miteinander oder mit gegenüber angeordneten Bauelementen elektrisch zu verbinden.

Obwohl alle Kontaktierungslöcher ursprünglich Durchgangslö­ cher waren, ergeben sich nach dem Zusammensetzen aller Lei­ terschichten zum Gesamtpaket in der fertiggestellten Leiter­ platte unter anderem auch Hohlraumkontaktierungen (12 H) und Sackkontaktierungen (12 S, 13 S, 16 S), die höchst präzise an den jeweiligen benachbarten Schichten enden und niemals, wie z. B. beim Stand der Technik, teilweise in diese hineingebohrt sind. Außerdem können extrem dünne Polyimidschichten als Zwi­ schenlagen verwendet werden.

Fig. 7 zeigt eine Leiterplatte 20, auf der Bauelemente 21 mit ihren Leitfüßchen 22 und Lötstellen 23 platzsparend (z. B. auch gegenüberliegend) angeordnet sind. Es können z. B. auch Bauelemente verwendet werden, die statt Leitfüßchen nur An­ lötstellen aufweisen. Solche Bauelemente sind preiswert und können außerdem platzsparend, gegebenenfalls beidseitig, auf die Leiterplattenflächen angeordnet werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht extrem eng bestückte Leiterplattenanord­ nungen, da Durchgangskontaktierungen größtenteils durch Sack­ und Hohlraumkontaktierungen ersetzt sind.

Fig. 8 zeigt ein hinter dem Ohr zu tragendes Hörgerät, in dem z. B. eine dreischichtige Leiterplatte 24 gemäß vorliegen­ der Erfindung eingesetzt ist. Das Hörgerät umfaßt außerdem einen Traghaken 25 und am gegenüberliegenden Ende eine Bat­ terielade 26 mit einem Deckel 27 und einem Lautstärkeregler 28. Hinter dem Hörgerätgehäuse 29 sind am oberen Ende des Gerätes ein Schalldurchgang 30, ein Mikrofon 31, eine Schall­ leitung 32 und ein Hörer 33 angeordnet. Auf der Leiterplatte 24, die an Stellen 34, 35, 36 und 37 flexibel ausgebildet ist, sind u.a. ein Schalter 38, ein Verstärker 39, weitere Bauelemente 40 und ein Batteriekontakt 41 angeordnet.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 8 kann die Flexi­ bilität der Knickstellen, falls erwünscht, noch zusätzlich erhöht werden dadurch, daß die Anzahl der beschichteten Fo­ lien, die durch die Knickstelle laufen, an solchen Stellen verringert, gegebenenfalls auch auf eine einzelne reduziert wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Leiter­ platte, auf der wenigstens einseitig Bauteile kontaktiert werden können und die Leiterfolien und gegebenenfalls Klebe­ und Zwischenlagen und Trägermaterial, die zu einem Gesamt­ paket zusammengefaßt sind, umfaßt und Kontaktierungslöcher, die die Leiterschichten elektrisch verbinden, aufweist, wobei

• a) die Leiterfolien auf weitere Leiterfolien und gegebenen­ falls auf Zwischenschichten oder Trägermaterial gefügt und
• b) Kontaktierungslöcher durch die zusammengefügten Leiter­ folien gebohrt und mit leitfähigem Material durchkon­ taktiert werden,

dadurch gekennzeichnet,

• c) daß Kontaktierungslöcher (12, 13, 16.1, 16.7) lediglich durch Unterpakete (1, 2, 5, 7, 14, 15) von zu verbindenden Leiterfolienschichten (8.1 bis 8.3 usw.) gebohrt und kontak­ tiert werden und
• d) die Unterpakete dann zu weiteren Paketen (17, 18) zusammen­ gefaßt werden, die dann entsprechend mit kontaktierten Kon­ taktierungslöchern (16.1′, 16.7′, 19′) versehen werden, so lange, bis das Gesamtpaket (20) aufgebaut ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leiterfolien (1 bis 6) wahlweise vor oder nach der Bohrung nach bekanntem Verfahren geätzt werden.

3. Mehrschichtige Leiterplatte, hergestellt mittels des Ver­ fahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie eine vorgegebene Zahl kon­ taktierter Sacklöcher (12 S, 13 S, 16 S) umfaßt und daß sie zu­ mindest teilweise die Flexibilität und Biegsamkeit einer ent­ sprechenden, lediglich mit kontaktierten Durchgangslöchern versehenen, flexiblen Leiterplatte aufweist.

4. Mehrschichtige, gedruckte Leiterplatte, hergestellt mit­ tels des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine vorgegebene An­ zahl kontaktierter Hohlraumkontaktierungslöcher (12 H) im Inneren der Leiterplatte (20) umfaßt.

5. Mehrschichtige Leiterplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest teilweise die Flexibilität und Biegsamkeit einer entsprechenden, ledig­ lich mit kontaktierten Durchgangslöchern versehenen, flexiblen Leiterplatte aufweist.

6. Mehrschichtige Leiterplatte nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der beschichteten Folien (2), die durch die Knickstel­ len laufen, an den Knickstellen (42) reduziert ist.