DE68920607T2 - Verfahren zum Aufbau einer Leiterplatten-Anordnung von hoher Leistungsfähigkeit. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbau einer Leiterplatten-Anordnung von hoher Leistungsfähigkeit.
• Leiterplatten mit hoher Packungsdichte bestehen im allgemeinen aus mehreren elektrisch leitenden Lagen, die durch dielektrische Lagen voneinander getrennt sind. Einige der leitenden Lagen werden für die Zuführung von Speise- und Erdspannungen benutzt. Die übrigen leitenden Lagen sind für elektrische Signalverbindungen zwischen integrierten Schaltkreischips strukturiert. Verbindungen zwischen einzelnen Lagen werden mit Hilfe von Durchgangsbohrungen erreicht, die mit elektrisch leitendem Material beschichtet sind. Bei Leiterplatten mit hoher Packungsdichte war es bisher üblich, Verbindungen zwischen benachbarten leitenden Lagen herzustellen, wobei die Verbindungen im allgemeinen als "Durchverbindungen" bekannt waren.
• In der am 19. Juni 1963 erteilten US Patentschrift Nr. 3,740,678 mit dem Titel "Strip Transmission Line Structures", wird eine Dreiplatten-Leiterplattenkonstruktion gezeigt, bei der die X-Y-Signalebenen eine sich wiederholende Grundkernstruktur in einer mehrschichtigen Leiterplatte mit hoher Pakkungsdichte bilden.
• Eine derartige Leiterplattenkonstruktion hat sich bei der Übertragung von Hochfrequenzsignalen bewährt und benötigt zur Realisierung ihrer vielen Vorzüge alternierende dielektrische Medien.
• Die vorstehend erwähnte Dreiplatten-Konstruktion hat mehrere Nachteile: (1) Sie ist keine echte Dreiplatten-Konfiguration, in der die X-Y-Signalebenen über einer leitenden Stromversor-
• gungs- oder Bezugsebene angeordnet sind; (2) die oben erwähnten Patentschrift lehrt nicht, wie Durchverbindungen zwischen einzelnen Signalebenen hergestellt werden können, die als ein Kern in der mehrschichtigen Plattenstruktur liegen; (3) wenn es in einem der Kerne der Anordnung zu einem elektrischen Kurzschluß kommen sollte, muß die ganze Anordnung ausgesondert werden. Derartige elektrische Kurzschlüsse treten, da die Lagen dünner werden und die Signalleitungsdichte sich erhöht, häufiger in Leiterplatten von hoher Leistungsfähigkeit auf.
• Mit der beanspruchten Erfindung sollen diese Nachteile beseitigt werden. Sie löst das Problem des Aufbaus von Leiterplatten-Anordnungen von hoher Leistungsfähigkeit, die mindestens zwei laminierte, mit Schaltkreisen versehene Stromversorgungsebenen-Unterbaugruppen umfassen. Die mit Schaltkreisen versehenen Stromversorgungsebenen-Unterbaugruppen sind insofern modular, als sie in einem Vormontageprozeß hergestellt und dann an andere Anordnungselemente als fertige Kerneinheit laminiert werden.
• Einer der Vorteile, den die Verwendung dieser Art von Herstellungsmethoden bietet, ist der, daß bei jeder modularen Einheit vor ihrem Einbau in die endgültige Anordnung geprüft werden kann, ob sie elektrisch intakt ist. Defekte Unterbaugruppen der Leiterplatten können ausgesondert werden, anstatt daß man die fertiggestellte Anordnung aussondern muß, wie es bei den gegenwärtig angewandten Verfahren der Fall ist. Mit der Erfindung wird somit der Ausschuß reduziert und die Zuverlässigkeit verbessert.
• Die Anordnung der Erfindung ist eine echte Dreiplatten-Konstruktion, die aus zwei laminierten Unterbaugruppen besteht, die durch räumlich getrennte X-Y-Signalebenen, die um eine innere Stromversorgungsebene herum angeordnet sind, gekennzeichnet sind. An den Stellen, an denen dies notwendig ist, führen Durchverbindungen durch den Kern, um eine Verbindung zwischen den X- und Y-Signalebenen herzustellen.
• Der Dreiplattenkern wird wie folgt vorgefertigt:
• (I) Eine erste leitende Schicht wird mit einer Stromversorgungsebenen-Konfiguration perforiert;
• (II) eine zweite leitende Schicht wird zur Bildung eines Kerns auf jede Seite der ersten perforierten, leitenden Schicht laminiert;
• (III) jede der äußeren leitenden Schichten des Kerns wird dann zur Bildung einer ersten Unterbaugruppe mit Schaltkreisen versehen;
• (IV) eine zweite Unterbaugruppe wird in ähnlicher Weise wie die erste Unterbaugruppe hergestellt, indem die Schritte (I), (II) und (III) wiederholt werden; und
• (V) die erste und die zweite Unterbaugruppe werden dann zusammenlaminiert, um eine Dreiplatten-Konstruktion zu erzeugen.
• Die endgültige Leiterplatten-Anordnung umfaßt eine Reihe laminierter Unterbaugruppen.
• In den Unterbaugruppen werden dort, wo es notwendig ist, beschichtete Durchverbindungen hergestellt.
• Ein weiterer Vorteil des modularen Verfahrens der Erfindung ist die größere Auswahl an Laminierungsmaterialien. Es besteht zum Beispiel die Absicht, die dielektrische Natur der endgültigen Anordnung insgesamt zu vermindern, indem man die Unterbaugruppen mit Hilfe von Klebefilmen oder eines bromierten Phenoxyharzes und nicht mit Hilfe eines Glasharzes zusammenlaminiert.
• Eine hohe Leistungsfähigkeit wird durch die Verwendung der Dielektrika mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante erreicht, wodurch wiederum die Verwendung dünnerer Lagen und einer höheren Verdrahtungsdichte ermöglicht wird.
• Die Erfindung wird weiter unten detailliert anhand der Zeichnungen beschrieben, bei denen:
• Figur 1 eine teilweise Schnittansicht einer rohen leitenden Schicht ist, die zur Herstellung der modularen Unterbaugruppe der Erfindung verwendet wird;
• Figur 2 eine teilweise Schnittansicht der rohen leitenden Schicht von Figur 1 nach Perforierung mit einer Stromversorgungsstruktur zeigt;
• Figur 3 eine teilweise Schnittansicht einer nicht mit Schaltkreisen versehenen Unterbaugruppe zeigt, die durch Laminierung zweier leitender Schichten um die in Figur 2 gezeigte perforierte, leitende Schicht herum gebildet wird;
• Figur 4 eine teilweise Schnittansicht einer fertigen Unterbaugruppe ist;
• Figur 5 eine teilweise Schnittansicht einer typischen Dreiplatten-Leiterplatten-Konstruktion zeigt, die zwei laminierte Unterbaugruppen von Figur 4 umfaßt;
• Figur 6 eine teilweise Schnittansicht einer fertigen Leiterplatten-Anordnung zeigt, die in ihrer Konstruktion eine Vielzahl der Unterbaugruppen von Figur 4, die zusammenlaminiert worden sind, verwendet; und
• Figur 7 eine teilweise Schnittansicht eines typischen Stands der Technik zeigt.
• Im allgemeinen werden für den Bau der Leiterplatte dieser Erfindung viele der gleichen Materialien und Prozesse verwendet, die in der am 15. Mai 1984 erteilten US Patentschrift Nr. 4,448,804, von Amelio et al., die ein Verfahren zum Aufbringen von Kupfer auf nichtleitende Oberflächen, wie zum Beispiel dielektrische Materialien, lehrt; in der am 21. Juni 1977 erteilten US Patentschrift Nr. 4,030,190 von Varker, die ein Verfahren zur Bildung von mehrlagigen LeiterPlatten beschreibt; und der am 4. August 1970 erteilten US Patentschrift Nr. 3,523,037, von Chellis, die ein Verfahren für die Herstellung von Laminatplatten beschreibt, die zum Aufbau mehrlagiger Anordnungen verwendet werden, dargestellt und beschrieben worden sind.
• Der Kürze wegen ist beabsichtigt, die Erklärungen und die Beschreibung dieser Materialien und Prozesse aus den vorstehend erwähnten Patentschriften, die hiermit alle durch Verweisung zum Bestandteil gemacht werden, zum Bestandteil dieser Patentschrift zu machen.
• Im allgemeinen gesagt betrifft die Erfindung eine modulare Methode für die Herstellung von Leiterplatten-Anordnungen von hoher Leistungsfähigkeit.
• Die Anordnung hat eine Dreiplatten-Geometrie und umfaßt modulare Einheiten mit X- und Y-Signalebenen, die auf jeder Seite einer zentralisierten Stromversorgungsebene angeordnet sind.
• Jede Unterbaugruppe hat ihre eigenen Durchverbindungen, die die Verbindung zwischen den X- und Y-Signalebenen herstellen, so daß diese Durchverbindungen, wenn diese modularen Einheiten in die endgültige Leiterplatten-Anordnung laminiert werden, innere Verbindungskanäle bilden.
• Der Übersichtlichkeit halber tragen gleiche Elemente in allen Figuren dieselben Bezugszeichen.
• In Figur 1 zeigt Pfeil 2 eine Rohkupferschicht in einer teilweisen Schnittansicht. Die Rohkupferschicht 2 wird durchbohrt, damit man eine Stromversorgungsebenen-Konfiguration erhält, wie sie in Figur 2 gezeigt wird. Auf beiden Seiten der Kupferschlcht 2 bilden die Kupferschichten 4 bzw. 5, die durch einen Klebefilm oder ein bromiertes Phenoxyharz daran laminiert werden, eine Lage, wie in Figur 3 dargestellt ist. Diese Laminatstruktur bildet einen Rohkern 7. Um eine modulare Unterbaugruppe 10 herzustellen, wie sie in Figur 4 gezeigt wird, wird der Rohkern 7 zur Bildung der X- und Y-Signalstruktur 8 auf den beiden Kupferseiten 4 beziehungsweise 5 geätzt, wie dies in Figur 4 gezeigt wird. Dort, wo es notwendig ist, werden Durchverbindungen 13 (typisch) gebohrt und beschichtet, um Verbindungskanäle zwischen den Signalebenen zu bilden.
• Dieser Ätzschritt wird für einen weiteren ähnlichen Rohkern 7 wiederholt. Zwei Unterbaugruppen 10 werden zusammenlaminiert, um mit Hilfe einer Kleberschicht 9 eine in Figur 5 gezeigte Dreiplatten-Konstruktion 11 zu bilden. Schicht 9 kann einen Klebefilm oder ein Epoxidharz umfassen. Es wird ein Klebematerial mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante ausgewählt, um die dielektrische Natur der Unterbaugruppe 10 insgesamt zu vermindern.
• Die Schichten 4 und 5 werden mit Hilfe von additiven oder subtraktiven Methoden, die den Fachleuten bekannt sind, mit Schaltkreisen versehen.
• In Figur 6 zeigt Pfeil 20 eine fertige Leiterplatten-Anordnung.
• Die Leiterplatten-Anordnung 20 umfaßt mindestens zwei Unterbaugruppen 10, wie zu sehen ist. Die Unterbaugruppen 10 können durch eine Kleberschicht 9 aus einem Klebematerial mit niedriger dielektrischer Festigkeit zusammenlaminiert werden.
• Die Bezugsebenen 12 können um die zusammengefügten Unterbaugruppen 10 herum laminiert werden, und die entsprechenden beschichteten Durchgangsbohrungen 17 werden hinzugefügt, um die Anordnung 20 zu vervollständigen.
• In Figur 7 wird eine dem Stand der Technik entsprechende Dreiplatten-Konstruktion 15 gezeigt. Bei dieser Konstruktion muß der dielektrische Kern 16 eine beträchtliche Dicke aufweisen.
• Einer der Vorteile der modular hergestellten, erfindungsgemäßen Dreiplatten-Konstruktion 11 besteht darin, daß das dielektrische Laminat 9 im Vergleich mit der Dicke des Kerns 16 eine geringere Dicke aufweist.
• Einer der anderen Vorteile, den der Aufbau einer Anordnung 20 mit Hilfe des erfindungsgemäßen, modularisierten Verfahrens bietet, besteht darin, daß jede Unterbaugruppe 10 elektrisch geprüft werden kann, bevor sie in die endgültige Leiterplatten-Anordnung 20 laminiert wird. Auf diese Weise werden nur defekte Unterbaugruppen 10, und nicht die gesamte Anordnung 20, ausgesondert.
• Abgesehen von der speziellen Verfahrensweise der erfindungsgemäßen, modularisierten Methode entsprechen alle Aufbauschritte, die hier verwendet werden, dem Stand der Technik.

Claims (10)

1. Verfahren zum Aufbau einer Leiterplatten-Anordnung von hoher Leistungsfähigkeit mit Hilfe einer modularen Aufbaumethode, das die folgenden Schritte umfaßt:

(a) das Anfertigen einer Reihe von Unterbaugruppen (10) mit Schaltkreise enthaltenden Stromversorgungsebenen, wobei jede entsprechende Unterbaugruppe eine Signalebene (4, 5) umfaßt, die auf gegenüberliegenden Seiten einer inneren Stromversorgungsebene (2) angeordnet sind und elektrisch dort, wo dies notwendig ist, durch beschichtete Durchverbindungen (13) verbunden sind; und

(b) das Zusammenlaminieren von mindestens zwei Unterbaugruppen zur Bildung eines Dreiplatten-Konstruktions-Schichtkörpers (11); und

(c) das Aufbauen einer Leiterplatten-Anordnung (20) durch das Herstellen einer mehrschichtigen Struktur mit Hilfe des Schichtkörpers.

2. Verfahren zum Aufbau einer Leiterplatten-Anordnung von hoher Leistungsfähigkeit nach Anspruch 1, das im weiteren folgenden Schritt umfaßt:

(d) das Prüfen jeder entsprechenden Unterbaugruppe (10) auf elektrische Intaktheit vor dem Laminierungsschritt (b).

3. Verfahren zum Aufbau einer Leiterplatten-Anordnung hoher Leistungsfähigkeit nach Anspruch 1, bei dem die Herstellung jeder Unterbaugruppe von Schritt (a) im weiteren folgende Schritte umfaßt:

(I) das Perforieren einer ersten leitenden Schicht (2) mit zwei Außenflächen mit einer Stromversorgungsebenen-Konfiguration;

(II) das Laminieren einer zweiten leitenden Schicht (4, 5) auf jeder der Außenflächen der ersten perforierten, leitenden Schicht zur Bildung eines Kerns (7);

(III) das Aufbringen von Schaltkreisen auf die äußeren leitenden Schichten des Kerns zur Bildung einer ersten Unterbaugruppe (10);

(IV) das Anfertigen einer zweiten Unterbaugruppe durch Wiederholung der Schritte (I), (II) und (III); und

(V) das Zusammenlaminieren der ersten und zweiten Unterbaugruppe zur Bildung einer Dreiplatten-Konstruktion (11).

4. Verfahren zum Aufbau einer Leiterplatten-Anordnung von hoher Leistungsfähigkeit nach Anspruch 3, das im weiteren folgenden Schritt umfaßt:

(VI) das Anfertigen von beschichteten Durchverbindungen (13) in jeder der Unterbaugruppen an den Stellen, wo dies notwendig ist.

5. Verfahren zum Aufbau einer Leiterplatten-Anordnung von hoher Leistungsfähigkeit nach Anspruch 4, das im weiteren folgenden Schritt umfaßt:

(VII) das Prüfen jeder der Unterbaugruppen auf elektrische Intaktheit.

6. Verfahren zum Aufbau einer Leiterplatten-Anordnung von hoher Leistungsfähigkeit nach Anspruch 3, bei dem das Zusammenlaminieren der ersten und der zweiten Unterbaugruppe in Schritt (V) die Verwendung eines Klebefilms (9) beinhaltet.

7. Verfahren zum Aufbau einer Leiterplatten-Anordnung von hoher Leistungsfähigkeit gemäß Anspruch 3, bei dem das Zusammenlaminieren der ersten und der zweiten Unterbaugruppe in Schritt (V) die Verwendung eines Epoxidharzes beinhaltet.

8. Verfahren zum Aufbau einer Leiterplatten-Anordnung von hoher Leistungsfähigkeit mit Hilfe einer modularen Aufbaumethode, das die folgenden Schritte umfaßt:

(a) das Anfertigen einer ersten mit Schaltkreisen versehenen Stromversorgungskern-Unterbaugruppe (10), die X-Y-Signalebenen (8) besitzt, die um eine innere Stromversorgungsebene (2) herum angeordnet und durch eine dielektrische Lage (6) von dieser getrennt sind;

(b) das Wiederholen des Schritts (a) zur Bildung einer Reihe von Unterbaugruppen;

(c) das Zusamrnenlaminieren von mindestens zwei Unterbaugruppen zur Bildung eines Schichtkörpers (11); und

(d) das Aufbauen einer Leiterplatten-Anordnung (20) durch das Herstellen einer mehrschichtigen Struktur mit Hilfe des Schichtkörpers.

9. Verfahren zum Aufbau einer Leiterplatten-Anordnung von hoher Leistungsfähigkeit nach Anspruch 8, das im weiteren folgenden Schritt umfaßt:

(e) das Prüfen jeder entsprechenden Unterbaugruppe (10) auf elektrische Intaktheit vor dem Laminierungsschritt (c).

10. Verfahren zum Aufbau einer Leiterplatten-Anordnung von hoher Leistungsfähigkeit nach Anspruch 8, bei dem die Anfertigung einer jeden Unterbaugruppe von Schritt (a) im weiteren folgende Schritte umfaßt:

(I) das Perforieren einer ersten leitenden Schicht (2), die zwei Außenflächen mit einer Stromversorgungsebenen-Konfiguration hat;

(II) das Laminieren einer zweiten leitenden Schicht (4, 5) auf jeder der Außenflächen der ersten perforierten, leitenden Schicht zur Bildung eines Kerns (7);

(III) das Aufbringen von Schaltkreisen auf den äußeren leitenden Schichten des Kerns zur Bildung einer ersten Unterbaugruppe (10);

(IV) das Anfertigen einer zweiten Unterbaugruppe (10) durch Wiederholung der Schritte (I), (II) und (III); und

(V) das Zusammenlaminieren der ersten und der zweiten Unterbaugruppe (10) zur Bildung einer Dreiplatten-Konstruktion (11)