DD223326A1

DD223326A1 - Verfahren zum beschichten von loechern in substraten

Info

Publication number: DD223326A1
Application number: DD26217784A
Authority: DD
Inventors: Joerg Thieme
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1984-04-23
Filing date: 1984-04-23
Publication date: 1985-06-05

Abstract

DIE ERFINDUNG BEZIEHT SICH AUF DAS GEBIET DER ELEKTRONIK. ZIEL IST ES, DEN GROSSEN AUSWAND UND DIE BEGRENZTE ANWENDBARKEIT BEKANNTER VERFAHREN ZU BESEITIGEN. DIE AUFGABE BESTEHT DARIN, DIE ANWENDUNG BEKANNTER VERFAHREN NICHT MEHR NOTWENDIG ZU MACHEN, DABEI ABER GLEICHE ODER BESSERE SCHICHTEIGENSCHAFTEN DER METALLISIERUNGSSCHICHT ZU ERREICHEN. ERFINDUNGSGEMAESS WIRD IN EINEM LOCH IN EINEM ABSTAND VON DEN LOCHKANTEN ODER UNTERHALB DES LOCHES UND AUCH IN DIESEM ABSTAND DAS BESCHICHTUNGSMATERIAL BEREITGESTELLT. OBERHALB DES JEWEILS ZU BESCHICHTETEN LOCHES WIRD EINE LASEREINRICHTUNG ANGEORDNET, DIE EINEN LASERSTRAHL IM JET-BETRIEB AUSSENDET. BEI NORMALUMGEBUNGSDRUCK WIRD DER LASERSTRAHL SO GELENKT, DASS DESSEN BRENNFLECK IM ZENTRUM DES BESCHICHTUNGSMATERIALS LIEGT ODER DASS DIESER BEI DYNAMISCHEN BETRIEB AUF EINEM KREISRING BEWEGT WIRD, DESSEN DURCHMESSER KLEINER ALS DER LOCHDURCHMESSER IST. ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG IST DIE HERSTELLUNG VON MEHREBENENSCHALTUNGEN.

Description

Dr. Jörg Thieme · P 1029

, Int.Cl. : H 05 K, 3/42, 11.4.1984

Titel der Erfindung

Verfahren zum· Beschichten von Löchern in Substraten

Anwendungsgebiet der Erfindung; . '

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektronik:» Sie betrifft ein "Verfahren zum Beschichten von Löchern in Substraten. Die Löcher, werden hergestellt, .um elektrisch leitende Verbindungen zwischen den einseinen Ebenen von Mehrebenenschaltungen zu realisieren«

Charakteristik, der bekannten technischen Lösungen

Zur.Herstellung von elektrisch leitenden Verbindungen zwi— sehen der Vorder- und Rückseite von Schaltkreissubstraten bzw, .zwischen der Vorder— und/oder der Rückseite und innenliegenden Leiterebenen ist es bekannt, Bohrungen in den.Substraten anzubringen, die metallisiert werden müssen* Zur Beschichtung der'Lochwände .sind eine Vielzahl von"Verfahren •bekannt. . . . .' . ...

Das Verfahren der stromlosen Metallabscheidung in Bohrungen mit anschließender- galvanischer Verstärkung ist auf Grund

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der geringen Haftfestigkeit der so abgeschiedenen Schichten und der eingeschränkten Werkstoffpalette nur begrenzt anwendbar (DE 2059 425).

'Desweiteren ist- die Vakuumbedampfung von senkrecht zur Oberfläche, eingebrachten Bohrungen bekannt, wobei zur allseitigen Bedampfung der Lochwände das Substrat während der Beschichtung gleichzeitig um mindestens zwei verschiedene Rotationsachsen bewegt werden muß. Auch diese Durchkontak-.tierungen müssen nachträglich galvanisch verstärkt werden (DE 2147 573,DE 2443 287).

·.· " .- · · . < Weiterhin sind Durchkontaktierungsverf ahren bekannt, 'bei denen man die Bohrungen mit einer leitfähigen Siebdruckpaste überdruckt und anschließend mittels Unterdruck die Siebdruckpaste durch die Bohrungen saugt und somit .die..Metallisierung" der Bohrungen realisiert (DS 2926. 335)·

Aus der DE 255s 361 ^³* ein Verfahren zur Herstellung metallisierter Bohrungen bekannt, bei dem zunächst eine leitfähige " Paste auf die Substratoberflache und in die Bohrungen gedruckt wird* Nach einem Sihterverfahren verflüchtigt sich die Paste teilweise, so 'daß nur eine Metallschicht auf den Innenwänden > verbleibt. ' . >

Außerdem ist ein.Verfahren bekannt, bei dem die.Wände der Bohrungen metallisiert werden, in dem zunächst.die Bohrungen mit einer metallischen Paste ausgefüllt werden, wobei anschließend das Substrat geschleudert wird, so daß durch'die

' '..'' . · · ' ^:. ' - . Zentrifugalkräfte-einerseits überschüssige Me tall paste entfernt und, andererseits die Wände der Bohrungen gleichförmig mit Metallpaste überzogen werden* Danach muß das Substrat zur Verfestigung der Paste gebrannt werden (DS 2538 454)» ,

In der Druckschrift DE 314-5 584 wird ein Verfahren zum Durchkontaktieren einer Leiterplatte beschrieben, bei dem ein elastisch verformbarer Druckstempel die leitfähige Siebdruckpaste in die Bohrung druckt. Bei kleinen Bohrungsdurchmessern

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. ist dieses Verfahren nicht; anwendbar.

Zur Metallisierung der genannten 'Bohrungen ist außerdem ein Gaszerstäubungsverfahren bekannt, bei dem ein Aufdampfen der Metallisierungsschicht im Vakuum in der Nähe der Bohrungen bei so hohen Drücken vorgenommen wird, daß der Einfall der Teilchen aus allen Winkeln des Halbraumes erfolgt und somit eine Beschichtung" der Bohrungen erreicht wird.

Eine ähnliche Wirkung ist zu erwarten,,, wenn man die bekannten Zerstäubungsverfahren in hohen Druckbereichen für die Metallisierung von Bohrungen anwendet.

w Alle die genannten Verfahren haben technische und ökonomische Nachteile, insbesondere hinsichtlich der elektrischen Belastbarkeit und der Zuverlässigkeit solcher Verbindungen* Außerdem ist die Anwendungsbreite-verfahrensseitig und werkstoffseitig stark begrenzt. _y

Ziel der Erfindung; '

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Beschichten von . Löchern in Substraten zu schaffen, das die genannten"Nachteile der bekannten technischen Lösungen, insbesondere den relativ großen Aufwand und die begrenzte Anwendbarkeit'beseitigt«

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Die Aufgäbe der Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren. zum Beschichten.von Löchern in Substraten zu finden, das die Anwendung aller bisher bekannten Verfahren zum Beschichten . (Metallisieren) dieser Löcher nicht mehr notwendig· macht, dabei aber gleiche oder bessere Schichteigenschäften der Metallisierungsschicht erreicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zunächst in einem Loch in einem Abstand von den Lochkanten oder unter-

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. . halb des Loches und auch in diesem Abstand das Beschichtungsmaterial bereitgestellt wird« Oberhalb des jeweils zu beschichteten Loches wird eine Lasereinrichtung angeordnet. . Der von dieser Lasereinrichtung ausgesendete Laserstrahl wird in ;einem 'Gasstrom. (Jet-Betrieb) und bei" einem Normalumgebungsdruck:, also keinem Vakuum, so gelenkt, daß dessen . ' Brennfleck im Zentrum des Beschichtungsmaterials liegt oder daß der Brenhfieck bei dynamischem Betrieb des Lasers auf einen Sireisring bewegt wird,, dessen Durchmesser kleiner, als der Lochdurchmesser,ist,

^Ύ ^Λ Zweckmäßigerweise wird der Abstand des Beschichtungsmaterials von den Lochkanten im. Bereich von einem Zwölftel bis zu einem ; '.' Sechstel der Lochtiefe eingestellt.

.In weiterer^Ausgestaltung der Erfindung wird der Laserstrahl ; .. in Abhängigkeit vom Lochdurchmesser fokussiert» .

/Ss ist weiterhin zweckmäßig, das Beschichtungsmaterial in '.- ' festem Zustand bereitzustellen· Soll es im Loch angeordnet l· ^:, werden, ,kann es .dort als Stift eingepaßt werden. . ·

Ss sei hier ausdrücklich--darauf'hingewiesen, daß es zwar '..'. bekannt ist, mit Laserstrahlen Löcher-in Substrate -zu-bohren.

und dabei leitende Lochwänae zu erzeugen, aber dabei., keine y - Schicht auf'die Lochwände aufgetragen wird,- sondern nur chemische Reaktionen des Lochwandmateriäis durch Vorhandensein .· . eines Vakuums verhindert werden (DS 3103 '

Natürlich ist ,die Anwendung eines Lasers zur Verdampfung' von Materialien, die. auf flächigen Substraten niedergeschlagen werden-soll,.--.auch bekannt» Die vorliegenden Verhältnisse und Probleme beim Aufbringen einer dünnen Schicht in siner feinen Bohrung, (Loch) sind aber'wesentlich komplizierter. So ist aus den physikalischen Gesetzmäßigkeiten, insbesondere aus den Erkenntnissen für die Abhängigkeit der freien Weglänge von Dampfteilchen von der Srzeugnung einer gleichmäßigen Schicht, keinesfalls zu erwarten,''das bei einer beim erfindungsgemäßen

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Verfahren· erreichten freien Weglänge von kleiner 1 .Aim. die benötigte gleichmäßige, durchgehende Metallisierungsschicht für die Lochwand erreicht werden.kann.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Die dazugehörigen Zeichnungen ; zeigen:

Tig. 1: eine Schnittdarstellung durch ein Substrat mit ¹^/ - Loch, wobei das Beschichtungsmaterial im Loch

angeordnet ist '

, Fig. 2: eine Schnittdarstellung durch ein Substrat mit Loch, wobei das Beschichtungsmaterial unterhalb des Loches angeordnet ist.

Zur Herstellung einer Mehrebenenstruktur, die, wie hier beschrieben werden soll, im einfachsten Tail aus einem auf beiden Seiten metallisierten Keramiksubstrat besteht, werden in diesem eine oder mehrere Bohrungen, z.B. mit einem Laserstrahl, eingebracht. Zur Realisierung einer leitenden Verbindung zwischen den beiden Leiterebenen 3>5 muß die Bohrung (Loch) metallisiert v^erden.

Gemäß der Erfindung wird in ein Keramiksubstrat 4 mit einer Dicke von 630 /am ein Loch 7 sit einem Durchmesser von SuQ /um gebohrt, das 'insbesondere eine konische Form aufweist.

Innerhalb des Loches 7 (Fig. 1) wird nun das Beschichtungsmaterial .6 angeordnet und zwar in einem Abstand a von 100 /um von den Lochkanten. Als Beschichtungsmaterial 6,kann beispielsweise ein Metall in Stiftform verwendet werden. Zur weiteren Realisierung des Verfahrens wird oberhalb des Loches 7 eine Lasereinrichtung 1 angeordnet. Diese kann

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nach der Erfindung ein COp-Laser im Jet-Betrieb sein. An den . Umgebungsdruck: werden keine besonderen Anforderungen (kein Vakuum) gestellt. Lediglich eine Argon- oder Stickstoffatmosphäre mit einem Druck kleiner 2 · 10-^ Pa sollte vorhanden sein»⁷Der Laserstrahl 2'-wird entsprechend dem vorhandenen ;' .." Lochdurohmesser fokussiert und gelenkt, so daß sein Brennfleck im Zentrum des BeSchichtungsmaterials 6 liegt. Bei dynamischen . Betrieb des Lasers (Verfahren des Laserkopfes) wird der Brenn- : fleck auf .einem Kreisring auf dem/Beschichtungsmaterial 6 bewegt, dessen Durchmesser,kleiner als der Lochdurchmesser

>--^Λ In Fig. 2 ist. das Beschichtungsmaterial 6 unterhalb des Loches 7 auf einem Träger 8 angeordnet, unter dem Begriff "Träger" kann dabei auch ein Verdampfertiegel verstanden werden. Der Abstand a des BeSchichtungsmaterials 6 von der Lochkante . beträgt auch hier beispielsweise 100 ,,um. Beim Auf treffen; des . Laserstrahls .2 auf dem Beschichtungsmaterial 6 wird .dieses . explosionsartig verdampft und schlägt sich als eine dünne : Schicht (0,1yum). auf-der Loch(innen)wand nieder· Senkrecht zu dieser beschichteten Fläche, d«iu auf der Substratober— fläche, findet keine Materialablagerung statt. Die durch die selektive Beschichtung der Lochwand entstandene elektrisch leitfähige Schicht weist einen .Übergangswiderstand kleiner ' 1 0hm auf» ' ^v . '

• Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine breite Anwend-· . barkeit für, die verschiedensten Beschichtungsmateriälien und Substrätwerkstoffe. Die hergestellte Metallisierungsschicht auf der Lochwand besitzt eine gleichmäßige Dicke auf ihrer gesamten Fläche und gute Haftbarkeit zur Keramik. Ihre. Bigen— ^: schäften sind mit denen einer gesputterten Schicht vergleich- b.ar. ; . ' · -

Auf Grund der Tätsache, daß die Lasereinrichtung sowohl zum Bohren der Löcher als auch zum Beschichten dieser verwendet ;.·.' .. . wird, ist der. Aufwand gering.

· ' · ... .· ' ζ ' - 7 -

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Das Verfallren läßt sich natürlich auch anwenden, wenn mehr als zwei Leiterebenen auf bzw» in einem oder mehreren Substraten elektrisch leitend verbunden werden sollen·

Claims

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Brf indunffsanspruch

Ί. Verfahren zum Beschichten von Löchern.in Substraten, wie sie insbesondere für elektrisch leitende Yerbindungen zwischen den einzelnen Leiterebenen von Mehrebenenschaltungen hergestellt werden, gekennzeichnet dadurch, daß zunächst'ih einem Loch (7) in einem

. ;.-Abstand'(.a) von den Lochkanten oder unterhalb des Loches. (7) u£<i auch in diesem Abstand Ca) das Beschich- i tungsmateriai (6) bereitgestellt wird, daß anschließend oberhalb des Loches C7) eine Lasereinrichtung (1) angeordnet wird, wobei : ein von. dieser ausgesendez'ter Laserstrahl C2). in einem Gasstrom und bei-üormalumgebungs- · druck so gelenkt wird,- daß dessen Brennfleck is Zentrum des Beschichtungsmaterials, C6) liegt oder daß der Brenn- ' ' fleck bei dynamischen Betrieb: des Lasers-auf-einem Kreisring bewegt vsird, dessen Durchmesser kleiner als der Lochdurchmesser ist* . · :
2. Yerfahren nach_vPunkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der^; Abstand Ca) des Beschichtungsmaterials C5). von den Lochkanten im Bereich von einem Zwölftel bis zu einem Sechstel .der Lochtiefe realisiert wird. . .·
3« ^erfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Laserstrahl C2). in Abhängigkeit von dem Lochdurchmesser

/fokussiert ..-wird*. V. ' ^;
4. Verfahren nach.Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das "Beschichtungsmaterial (6) im festen Zustand bereitgestellt wird-, -.
5· Verfahren nach Punkt A, gekennzeichnet dadurch, daß das ' Beschichtungsmaterial C6) als Stift in das Loch C?) einge-

^;- paßt' wird* , '...' : ·

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