DE602004005598T2

DE602004005598T2 - Verfahren zur herstellung einer midplane

Info

Publication number: DE602004005598T2
Application number: DE602004005598T
Authority: DE
Inventors: Gerald A. Hermkens; Roger Theelen; Marcel Smeets; Frank Speetjens; Peter J. Thoolen
Original assignee: Viasystems Group Inc
Current assignee: Viasystems Group Inc
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: ES2284031T3; US7172805B2; CN100475012C; ATE358411T1; EP1647170A1; CN1820557A; JP2007516593A; US20060278430A1; PL1647170T3; AU2004300569A1; DE602004005598D1; US20050109532A1; EP1647170B1; WO2005004570A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Midplane und auf einen starren Multilayer, der ein Zwischenprodukt des genannten Verfahrens darstellt.
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung ein vereinfachtes und zuverlässiges Verfahren zur Ausbildung eines Anschlussbereichs in einer Midplane zur Verfügung zu stellen. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen eine Mehrlagenplatine mit einer Schicht, in welcher ein Kanal ausgebildet ist, zu verbinden, um ein Umfeld eines Anschlussbereichs zu bilden. Dieser Kanal verhindert, dass Verbindungsmaterial in den Anschlussbereich fliesst und erleichtert die Entfernung eines Teils der Schicht, die den Anschlussbereich abdeckt, da die Tiefentoleranz, wenn die Schicht entlang des Kanals geschnitten wird, nicht kritisch ist.
Keines der Dokumente US-A-2002/0181217 , EP-A-0 438 012 , GB-A-2 101 411 und US-A-5 869 356 , welche den technologischen Hintergrund widerspiegeln, offenbaren oder geben eine Anregung zur spezifischen Lösung der vorliegenden Erfindung. US-A-2002/0181217 und EP-A-0 438 012 beziehen sich beide auf Mehrschichten-Midplanes, offenbaren jedoch kein Verfahren für die Bereitstellung eines Anschlussbereichs. GB-A-2 101 411 , welche auf ein Verfahren zur Herstellung einer flexibel-starren Schaltkreis-Platine gerichtet ist, offenbart (Seite 1, Zeilen 76-84) die Laminierung einer starren Schicht, die auf ihrer inneren Seite Nuten aufweist, um eine Mehrschichtenstruktur zu erzeugen, wobei die Schicht entlang der Nuten geschnitten wird, um einen Teil davon zu entfernen. GB-A-2 101 411 lehrt jedoch, dass die Verwendung solcher Nuten Nachteile aufweist und schlägt ein alternatives Verfahren vor. EP-A-0 438 012 offenbart ein Verfahren, das unter anderem den Schritt der Entfernung eines Teils der äusseren Schicht durch einen gesteuertes Tiefenfräsen zur Freilegung eines Anschlussbereichs offenbart.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren zur Herstellung einer Midplane. Im Verfahren werden eine Mehrlagenplatine und eine Schicht vorgelegt. Die Schicht ist vorzugsweise eine dielektrische Schicht. Die Mehrlagenplatine hat einen Anschlussbereich. Die Schicht ist derart mit der Mehrlagenplatine verbunden, dass der Anschlussbereich der Mehrlagenplatine und der Kanal an einer Seite, welche der Mehrlagenplatine gegenüberliegt, vorgesehen werden. Dann wird zumindest ein Teil des Anschlussbereichs in der Schicht entfernt, um die Anschlussanordnung der Mehrlagenplatine freizulegen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine starre Mehrfachschicht. Die starre Mehrfachschicht umfasst eine Mehrlagenplatine und eine Schicht. Die Schicht ist vorzugsweise eine dielektrische Schicht. Die Mehrlagenplatine besitzt eine Anschlussanordnung. Die Schicht weist einen darin ausgebildeten Kanal auf um das Umfeld eines Anschlussbereichs zu definieren. Die Schicht ist mit der Mehrlagenplatine so verbunden, dass der Anschlussbereich mit der Anschlussanordnung der Mehrlagenplatine überlappt. Der Anschlussbereich kann dann entfernt werden, wie beispielsweise durch tiefengesteuertes Fräsen, um die Anschlussanordnung der Mehrlagenplatine frei zu legen. Es ist für Fachpersonen leicht zu verständlich, dass die Tiefentoleranz nicht kritisch ist, da die Schicht mit dem Kanal vor der Bildung der starren Mehrfachschicht vorgeformt wird.
Die Schicht wird vorzugsweise mit der Mehrlagenplatine durch einen nicht-fliessbaren Klebstoff oder durch einen schwach fliessbaren Klebstoff verbunden. Der nicht-fliessbare Klebstoff oder der schwach fliessbare Klebstoff können gewissen Arten von auf dem Fachgebiet bekannten Prepreg sein. Der in der Schicht vorgeformte Kanal verhindert jedes Fliessen von Klebstoff und sein Eindringen in den Anschlussbereich. Der Klebstoff tritt somit weder in Wechselwirkung mit der Mehrlagenplatine, noch beschädigt er ihre Anschlussanordnung.
Andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind für eine Fachperson ersichtlich, wenn die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und den angefügten Patentansprüchen gelesen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht einer Midplane, die gemäss der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
2 ist eine Schnittansicht von zwei Mehrlagenplatinen, die gemäss der vorliegenden Erfindung konstruiert sind.
3 ist eine Schnittansicht einer ersten und zweiten Metallfolie und von Verbindungsmaterialien, die für die Konstruktion der Midplane, die in 1 dargestellt ist, verwendet werden.
4 ist eine Schnittansicht eines Laminatstapels, der aus den Mehrlagenplatinen gemäss 2 gebildet ist, kombiniert mit den Metallfolien und Verbindungsmaterialien, die in 3 dargestellt sind
5 ist eine Schnittansicht des Laminatstapels, der in 4 dargestellt ist, der so laminiert ist, dass er ein starres Mehrschichtenprodukt bildet, das für die Fertigstellung bereit ist.
6 ist eine Schnittansicht einer andern Ausführungsform eines Laminatstapels, der ähnlich ist, wie derjenige nach 5, mit der Ausnahme, dass die leitende Schicht entfernt wurde und ein elektrischer Leiter hinzugefügt wurde.
7 ist eine Schnittansicht der fertig gestellten Midplane.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, und insbesondere auf 1, wird eine gemäss der vorliegenden Erfindung konstruierte Midplane gezeigt, die mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Midplane 10 besitzt eine erste Seite 12 und eine zweite Seite 14. Die Midplane 10 ist auch mit zwei Mehrlagenplatinen 16 versehen, die der Klarheit halber mit den Bezugszeichen 16a und 16b bezeichnet sind. Jede der Mehrlagenplatinen 16 definiert mindestens einen, und vorzugsweise mehr als einen Anschlussbereich 20. Die Anschlussbereiche 20 sind der Klarheit halber mit den Bezugszeichen 20a, 20b, 20c, and 20d bezeichnet. Die Anschlussbereiche 20a und 20b sind an die erste Seite 12 angrenzend positioniert. Die Anschlussbereiche 20c und 20d sind an die zweite Seite 14 angrenzend positioniert. Wie nachstehend im Einzelnen diskutiert wird, sind die Anschlussbereiche 20 so konstruiert, dass sie eine Verbindung mit den Anschlüssen 22 erlauben, derart, dass die Anschlusse auf beiden Seiten montiert werden können, d.h. an der ersten Seite 12 und der zweiten Seite 14 der Midplane 10. Der Klarheit halber sind die Anschlüsse 22 mit den Bezugszeichen 22a, 22b, 22c und 22d bezeichnet. Die Anschlusse 22 sind mit den Mehrlagenplatinen 16 durch irgend eine zweckmässige Anschlussanordnung angeschlossen, wie in 1 dargestellt, beispielsweise durch Einpressanschlüsse. Der Klarheit halber sind nur drei Einpressanschlüsse in 1 ausgezeichnet.
Die Midplane 10 ist auch mit einer ersten und zweiten Metallfolie 30, 32 versehen. Die erste Metallfolie 30 ist mit der Mehrlagenplatine 16a über ein Verbindungsmaterial 36 verbunden. Die Mehrlagenplatine 16a ist mit der Mehrlagenplatine 16b über ein Verbindungsmaterial 38 verbunden. Die Verbindungsmaterialien 34, 36, und 38 können irgend ein zweckmässiges Material sein, das fähig ist die metallischen Folien 30 und 32 und die Mehrlagenplatinen 16a und 16b starr zu verbinden, unter Bildung der Midplane als starre Struktur. Zum Beispiel können die Bindungsmaterialien 34, 36 und 38 ein nicht gehärtetes Prepreg-Material sein. Die Bindungsmaterialien 34 und 36 sind vorzugsweise langsam fliessbare Klebstoffe oder nicht fliessbare Klebstoffe, sowie gewisse Arten von Prepregs, wie sie im Fachgebiet bekannt sind.
Es sollte beachtet werden, dass die erste und die zweite Metallfolie 30 und 32 mit vorbestimmten Mustern darauf einschliesslich Vias (Durchgangskontaktierungen) oder andern Arten von elektrischen Verbindungen vorgesehen werden können für den Anschluss der ersten und zweiten Metallfolie 30 und 32 an die entsprechenden Mehrlagenplatinen 16a und 16b, damit mindesten zwei unabhängige Schaltkreise auf jeder Seite der Midplane 10 gebildet werden. In andern Worten, wird die erste Metallfolie 30 elektrisch mit der Mehrlagenplatine 16b verbunden um mindestens eine unabhängigen Schaltkreis zu bilden. Desgleichen wird die zweite Metallfolie 32 mit der Mehrlagenplatine 16b verbunden, unter Bildung mindestens eines unabhängigen Schaltkreises. Es sollte beachtet werden, dass die Schaltkreise der Mehrlagenplatinen 16a und 16b miteinander verbunden werden können, gewünschtenfalls mit Vias oder andern zweckmässigen leitenden Pfaden, die in der Midplane 10 gebildet werden.
Die 2-5 erläutern ein Verfahren zu Bildung einer Midplane. Die 2-5 werden nun mit mehr Einzelheiten beschrieben. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass auch andere Arten der Konstruktion der Midplanes verwendet werden können.
In 2 sind die Mehrlagenplatinen 16a und 16b gezeigt. Die Anschlussanordnung 24 der Mehrlagenplatine 16a umfasst eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen 40, welche eine Vielzahl von Löchern 42 definieren. Ebenso ist die Anschlussanordnung 42 der Mehrlagenplatine 16b mit einer Vielzahl von elektrischen Anschlüssen versehen, die eine Mehrzahl von Löchern 48 bilden. Die elektrischen Anschlüsse 40 und 46 sind so dimensioniert, dass die Löcher 42 und 48 die Einpress-Anschlüsse 26 eingepasst werden können. Die elektrischen Anschlüsse 40 und 46 bilden in der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform einen Teil der Anschlussanordnung 24, auf welche oben Bezug genommen wird. Die Grössen der Löcher 42 und 48 sind vorzugsweise gleich wie die Einpress-Grössen.
Die Mehrlagenplatinen 16a und 16b können als verborgene Durchgangskontaktprodukte charakterisiert werden, die mit einer Oberflächenbehandlung (nicht dargestellt), wie mit einem ENIG-Finish vervollständigt sind.
In 3 dargestellt sind die erste und zweite Metallfolie 30 und 32, ebenso wie die Verbindungsmaterialien 34 und 36. Die erte und zweite Metallfolie 30 und 32 sind bezüglich Konstruktion und Funktion im wesentlichen identisch. Der Kürze halber wird nachstehend nur die erste Metallfolie 30 im Einzelnen beschrieben Die erste Metallfolie 30 ist mit einer leitenden Schicht 50 und einer dielektrischen Schicht 52 versehen. Die leitende Schicht 50 ist aus irgend einem leitenden Material zusammengesetzt, wie aus Aluminium, Kupfer oder dergleichen. Typischerweise ist die leitende Schicht 50 aus Kupfer zusammengesetzt. Die leitende Schicht wird geätzt oder anderweitig in die Form von vorbestimmten Mustern gebracht, für die elektrische Verbindung einer Vielzahl von Komponenten und/oder Schaltkreisen, die auf der Mehrlagenplatine 16a vorgelegt sind. Die dielektrische Schicht 52 kann aus jedem Typ von dielektrischem Material bestehen, wie aus FR4. Die Anschlussbereiche 20 sind in der dielektrischen Schicht 52 definiert, indem ein Kanal 54 geschaffen wird, etwa im Bereich einer Anschlussanordnung 20. Der Kanal 54 ist in der 3 der Klarheit halber durch die Bezugszeichen 54a, 54b, 54c, und 54d bezeichnet. Die Kanäle 54a, 54b, und 54c dienen mindestens zwei Zwecken. Der erste Zweck ist die Verhinderung, dass Verbindungsmaterialien 34 und 36 ausbluten oder in die Anschlussbereiche 20a, 20b, 20c und 20d fliessen. Der andere Zweck ist die Entfernung der ersten und zweiten Metallfolie 30 und 32 in den Anschlussbereichen 20a, 20b, 20c und 20d in einem anschliessenden Herstellungsschritt zu erlauben, was mit mehr Einzelheiten in 7 diskutiert wird. Die Kanäle 54a, 54b, 54c, und 54d können auf jede zweckmässige Weise erfolgen, wie durch eine Fräse oder einen Laser. Die Bindungsmaterialien 34 und 36 sind vorzugsweise durch Aussparungen vorgeformt, so dass die Bindungsmaterialien 34 und 36 die Kanäle 54a, 54b, 54c, und 54d umgeben. In einer Ausführungsform (nicht dargestellt) können die Kanäle 54a, 54b, 54c und 54d in einer leitenden Schicht statt in der dielektrischen Schicht gebildet werden.
Die Bindungsmaterialien 34 und 36 werden an die dielektrische Schicht 52 anliegend vorgelegt, mit der Ausnahme der Teile der dielektrischen Schicht 52, die in den Anschlussbereichen 20a, 20b, 20c und 20d vorgesehen sind.
In 4 ist ein Laminatstapel 60 gezeigt, der aus Mehrlagenplatinen 16a und 16b, ersten und zweiten Metallfolien 30 und 32 und aus Bindungsmaterialien 34, 36 und 38 gebildet ist. Der Laminatstapel 60 wird dann Bedingungen unterworfen, welche bewirken, dass die Bindungsmaterialien 34, 36 und 38 die erste und zweite Metallfolien 30 und 32 und die Mehrlagenplatinen 16a und 16b zusammen verbinden, im wesentlichen wie in 5 gezeigt. Beispielsweise wird, wenn die Bindungsmaterialien 34, 36 und 38 aus Prepreg hergestellt sind, der Laminatstapel einer Wärme- und Druckbehandlung unterworfen um eine starre Mehrfachschicht zu bilden, die zweckmässig für die Endbehandlung ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine starre Mehrfachschicht 62a hergestellt werden, wie in 6 dargestellt. Die starre Mehrfachschicht 62a ist ähnlich wie die starre Mehrfachschicht 62a, mit der Ausnahme, dass die leitende Schicht 50 entfernt worden ist und ein elektrischer Anschluss 40a beigefügt worden ist. Die starre Mehrfachschicht 62a ist bereit, um normal fertig gestellt zu werden. Zum Beispiel können Bohren, Beschichten, Musterschichtauftrag und Oberflächenfinish verwendet werden um die starre Mehrfachschicht 62a fertig zu stellen.
Wie in 7 gezeigt, kann die starre Mehrfachschicht 62 in bekannter Weise profiliert werden, aber zuerst werden die Anschlussbereiche 22a, 22b, 22c geöffnet, um das Einfügen der Anschlüsse 22a-b zu erlauben, durch Schneiden oder Entfernen der an die Kanäle 54a-d angrenzenden Materialien. Wie eine Fachperson weiss, ist die Tiefentoleranz nicht kritisch, da die erste und zweite Metallfolie 30 und 32 mit den Kanälen 54a-d vorgeformt sind, vor der Bildung der starren Mehrfachschicht 62. In einer Ausführungsform werden die Anschlussbereiche 22a-d durch die Verwendung von tiefengesteuertem Fräsen der Wölbungen geöffnet.
Die Midplane kann dann in bekannter Weise verwendet werden. D.h. die Anschlüsse 22 mit Einpress-Anschlüssen 26 werden durch die starre Mehrfachschicht verbunden, indem Einpress-Anschlüsse 26 durch die Löcher 42 und 48 in die starre Mehrfachschicht 62 gepresst werden. Die Verwendung von Midplanes ist im Fachgebiet bekannt, und es wird angenommen, dass in Anbetracht der weiteren hier enthaltenen detaillierten Beschreibung, keine weiteren Kommentare erforderlich sind, um einer Fachperson zu erläutern, wie die Midplane 10 zu verwenden ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass vorgängig Beispiele der vorliegenden Erfindung dargelegt sind. Daher können Änderungen in der Konstruktion und im Betrieb der verschiedenen Komponenten, Elemente und Anordnungen vorgenommen werden und Änderungen in den Stufen oder der Abfolge der Stufen der hier beschrieben Verfahren gemacht werden, ohne dass vom Geltungsbereich der Erfindung gemäss den beiliegen Ansprüchen abgewichen wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Midplane (10) enthaltend die Schritte: a) vorlegen einer Mehrlagenplatine (16a), die eine Anschlussanordnung (24) besitzt; b) vorlegen einer Schicht mit einem darin geformten Kanal (54), um einen Umkreis eines Anschlussbereichs (20) zu bilden; c) verbinden der Schicht mit der Mehrlagenplatine, derart, dass der Anschlussbereich (20) den Teil der Anschlussanordnung der Mehrlagenplatine überlappt und an einer Seite, die gegen die Mehrlagenplatine gerichtet ist, der Kanal (54) vorgesehen ist; und d) entfernen mindestens eines Teils des Anschlussbereichs (20) in der Schicht um die Anschlussanordnung (24) der Mehrlagenplatine (16a) freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schicht so mit der Mehrlagenplatine verbunden ist, dass ein Zwischenraum zwischen der Schicht und der Anschlussanordnung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schicht so mit einer Anschlussschicht verbunden ist, dass eine metallische Folie gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, worin die metallische Folie (30, 32) ein einseitig kupferkaschiertes Laminat ist, wobei die Anschlussschicht (50) aus Kupfer gebildet wird und die Schicht nur auf einer Seite der leitenden Kupferschicht (50) aufgetragen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt der Entfernung mindestens eines Teils des Anschlussbereichs (20) weiter als Entfernung des Anschlussbereichs (20) durch tiefengesteuertes Fräsen entlang des Kanals (54) definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Mehrlagenplatine vor dem Schritt des Bindens der Schicht an die Mehrlagenplatine mit einem Oberflächenfinish beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schritte a) bis c) wiederholt werden um eine weitere Mehrlagenplatine (16b) zu bilden, die an die Schicht gebunden ist und worin das Verfahren weiter die Schritte des zusammen Verbindens der Mehrlagenplatinen (16a, 16b) umfasst um eine starre Mehrfachschicht (62) zu bilden, in welcher sich eine Schicht auf der einen Seite der starren Mehrfachschicht (62) befindet und eine andere Schicht sich auf der entgegengesetzten Seite der starren Mehrfachschicht (62) befindet; und worin Schritt d) als Entfernen mindestens eines Teils des Anschlussbereichs (20) in den Schichten definiert ist, derart, dass die entsprechende Anschlussvorrichtung (24) ausgesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin jede Schicht an die Mehrlagenplatine (16) gebunden ist, so dass ein Zwischenraum zwischen der Schicht und der Anschlussvorrichtung (24) der Mehrlagenplatine (16) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, worin die Schicht an eine leitende Schicht (50) gebunden ist um eine metallische Folie (30, 32) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, worin die metallische Folie (30, 32) ein einseitig kaschiertes Kupferlaminat ist, wobei die leitende Schicht (50) aus Kupfer gebildet ist und die Schicht nur auf der einen Seite der Kupferschicht aufgetragen ist.
Verfahren nach Anspruch 7, worin der Schritt der Entfernung mindestens eines Teils des Anschlussbereichs (20) weiter als Entfernung des Anschlussbereichs (20) durch tiefengesteuertes Fräsen entlang der Kanäle (54) definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 7 worin die Mehrlagenplatinen (16a, 16b) vor dem Schritt des Bindens der Schicht an die Mehrlagenplatine (16a, 16b) mit einem Oberflächenfinish beschichtet werden.
Starre Mehrfachschicht (62), enthaltend: eine Mehrlagenplatine (16a, 16b), die eine Anschlussvorrichtung (24) aufweist; eine Schicht, die einen darin ausgebildeten Kanal (54) aufweist um einen Umkreis eines Anschlussbereichs (20) zu definieren, die Schicht an die Mehrlagenplatine (16a, 16b) gebunden ist, so dass der Anschlussbereich (20) die Anschlussvorrichtung (24) der Mehrlagenplatine überlappt; und der Kanal (54) auf einer Seite, die gegenüber der Mehrlagenplatine (16a, 16b) liegt, vorgesehen ist.
Starre Mehrfachschicht (62) nach Anspruch 13, worin die Schicht eine erste Seite aufweist, in welcher der Kanal (54) ausgebildet ist, und worin die erste Seite der Schicht der Mehrlagenplatine (16a, 16b) gegenüber liegt.
Starre Mehrfachschicht (62) nach Anspruch 13, worin der Anschlussbereich (20) der Schicht mit einem Abstand von der Mehrlagenplatine (16a, 16b) angeordnet ist.
Starre Mehrfachschicht (62) nach Anspruch 13, enthaltend weiter eine leitende Schicht (50), die sich über der Schicht so ausdehnt, dass sich die Schicht zwischen der leitenden Schicht (50) und der Mehrlagenplatine (16a, 16b) befindet.