WO2005107348A1 - Verfahren zur herstellung von durchkontaktierungen bei leiterplattengebilden - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing vias according to the preamble of claim 1.
  • plated-through holes in general and in particular micro-plated-through holes in a small space with a pad diameter of less than 200 ⁇ m are a problem ⁇ m and a pad diameter of 250 to 300 ⁇ m.
  • document WO 2004/015161 A1 discloses a method and an arrangement for processing carrier material by heavy ion irradiation and subsequent etching process, which are used to roughen the surface of a carrier means of a printed circuit board structure or of the carrier material of the printed circuit board structure, so that a subsequently applied copper layer holds securely on the appropriately machined surface of the carrier or the carrier material.
  • the roughening of the surface is particularly important if the copper layer is applied to the carrier or carrier material without adhesive and if the carrier or carrier material is plastic, such as polyimide.
  • Polyimide (PI) is used for high-quality printed circuit board structures that are bendable, that is, flexible.
  • Other examples of such carriers are polyethylene naphthalate (PEN) or polyester (PET).
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyester
  • CEM1, FR2 or FR4 can be used as the carrier.
  • the object of the present invention is therefore to specify a method for producing printed circuit board structures of the type mentioned at the outset, which has a simplified production process, which enables the production of very small vias, and which can also be used in printed circuit board structures which are produced without adhesive and are flexible.
  • At least one hole is produced at a point in the later printed circuit board structure intended for through-plating using a hole production method for producing at least one hole in each case at a respective point.
  • the method of drilling, lasering or shooting heavy ions can be used as the hole production method.
  • the latter has the particular advantage that the smallest vias can be implemented.
  • the fabricated holes can be etched to a desired size. If the hole production process used means that more than a single hole is created at the same time next to one another, as is possible, for example, when bombarding heavy ions, holes that are close together are melted together to form a single hole of the desired size. Such an end hole then has, for example, a hole diameter of 1 to 3 ⁇ m, which is currently the possible smallest hole for a via.
  • the thickness of the copper cladding was minimal. The finest conductor track structures can thus be produced with these copper claddings.
  • the small diameters of the vias have the advantage that they are completely filled with copper when the electrical vias are being made. This is advantageous for a possible maximum current density that can flow through these plated-through holes and is advantageous with regard to a flat surface of the carrier.
  • the through-contacts therefore do not have to be filled in a further process step in order to obtain a flat surface.
  • plated-through holes are very small, plated-through holes can be provided accordingly on a predetermined area of the carrier means or the printed circuit board structure. This is particularly “advantageous if the circuit board structure is to be used, for example, for displays in which it is necessary to be able to control a large number of control points, and this in increasing numbers.
  • the heavy ion bombardment can be used as the hole production process. As already mentioned above, this enables the smallest realizing stanchions. If such small vias are not required, the holes can also be created using a laser method. If the plated-through holes can be coarser, the holes can also be made using a conventional drilling method.
  • Another advantage is the possibility of using flexible materials such as polyimide as a carrier, because it can be used to produce flexible printed circuit boards. Even with the smallest vias and the finest conductor structures.
  • the process step of roughening the surface of the carrier means to ensure the adhesive strength with respect to the copper cladding does not have to be carried out in advance if the bombardment method with the heavy ions is selected for hole formation for the plated-through holes.
  • the bombardment method can be used in addition to the production of the holes for the plated-through holes with appropriate control of the heavy ion radiation at the same time for roughening the surfaces of the carrier.
  • the heavy ion radiation is set accordingly less intensely. At points where through holes are desired, a correspondingly increased bombardment is carried out so that the heavy ions penetrate through the entire thickness of the carrier at these points. This saves costs and production times.
  • the possibility of roughening the surfaces of the carrier means has the advantage that the circuit board structure can be realized without adhesive.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Leiterplattengebil­den vorgeschlagen, die unter anderem auch kleberlos, flexibel und mit kleinsten Durchkontaktierungen mit Durchmessern in der Grössenordnung von 1 bis 3 µm realisiert werden können. Das Verfahren geht von einem Trägermittel für das Leiter­plattengebilde aus, das noch ohne jegliche Kupferkaschierung ist. In das so bereitgestellte Material werden insbesondere für die kleinsten Durchkontaktierungen mit Hilfe von Schweri­onen die Durchgangslöcher geschossen. Anschliessend erst er­folgt das Kupferkaschieren der Oberflächen des Trägermittels. Dabei werden gleichzeitig die elektrischen Durchkontaktierun­gen hergestellt. Ist das Trägermittel beispielsweise flexib­les Polyimid und für das Kupferkaschieren noch nicht vorbe­handelt, kann insbesondere die Schwerionenmethode neben dem Schiessen der Löcher gleichzeitig auch zum Aufrauen der Ober­flächen eingesetzt werden. Anschliessend wird das gewünschte Leiterplattengebilde nach herkömmlichen Methoden fertig ge­stellt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von Durchkontaktierungen bei Leiterplattengebilden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Durchkontaktierungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Verfahren für die Herstellung von zwei- oder mehrlagigen Leiterplattengebilden stellen Durchkontaktierungen im Allgemeinen und insbesondere Mikro-Durchkontaktierungen auf kleinstem Raum mit einem Pad-Durchmesser kleiner 200 μm ein Problem dar. Nach derzeitigem Technologiestand können beispielsweise Mikro-Vias mit einem Lochdurchmesser von 75 bis 100 μm und einem Pad-Durchraesser von 250 bis 300 μm gefertigt werden.
Entsprechende Angaben gehen aus den Unterlagen beispielsweise der Firma P.C.M. GmbH, Hattsteiner Allee 17, 61250 Usingen, URL: http://www.p-m-c.de/Produkte/Standardleiterplatten/tech- rdllp_d.htm hervor.
Daneben ist aus dem Dokument WO 2004/015161 AI ein Verfahren und eine Anordnung zur Bearbeitung von Trägermaterial durch Schwerionenbestrahlung und nachfolgendem Ätzprozess bekannt, die dazu verwendet werden, die Oberfläche eines Trägermittels eines Leiterplattengebildes bzw. des Trägermaterials des Leiterplattengebildes aufzurauen, damit eine nachfolgend aufzubringende Kupferschicht auf der entsprechend bearbeiteten 0- berflache des Trägermittels bzw. des Trägermaterials sicher dort hält.
Das Aufrauen der Oberfläche ist insbesondere dann wichtig, wenn die Kupferschicht kleberlos auf das Trägermittel bzw. Trägermaterial aufgebracht wird und wenn es sich bei dem Trägermittel bzw. Trägermaterial um Kunststoff wie zum Beispiel Polyimid handelt. Polyimid (PI) wird für hochwertige Leiterplattengebilden verwendet, die biegbar, das heißt -flexibel sind. Andere Beispiele für solche Trägermittel sind Polyethylennaphtalat (PEN) oder Polyester (PET) . Für starre Leiterplattengebilden kann als Trägermittel beispielsweise CEM1, FR2 oder FR4 eingesetzt werde .
Bei bisherigen Herstellungsprozessen für die Herstellung von Leiterplattengebilden werden zum Zeitpunkt der Realisierung der Durchkontaktierungen Trägermittel verwendet, die schon kupferbeschichtet sind. Dies hat zur Folge, dass beim Herstellen der elektrischen Durchkontaktierung zumindest an einigen Stellen eine weitere Kupferschichtlage aufgebracht wird, durch die die Dicke des letztlich erhaltenen Leiterplattengebildes erhöht wird. Außerdem ist der Aufwand für das Aufbringen der ersten Kupferschichtlage quasi redundant erfolgt. Ein weiterer Nachteil ist, dass die insgesamt erhaltene dickere Kupferschicht nur eine gröbere Leiterbahnstruktur als eine dünnere Gesaratkupferschicht zulässt. Im übrigen soll versucht werden, eine weitere Reduzierung des Platzbedarfs für die Durchkontaktierungen zu erreichen, damit beispielsweise mehr als bisher auf einer vorgegebenen Fläche des Leiterplattengebildes untergebracht werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Herstellung von Leiterplattengebilden der eingangs genannten Art anzugeben, das einen vereinfachten Herstel- lungsprozess hat, das die Herstellung kleinster Durchkontak- tierungen ermöglicht, und das auch bei Leiterplattengebilden verwendbar ist, die kleberlos hergestellt werden und flexibel sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren ge- löst, das die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritte aufweist. Danach werden zum Zeitpunkt der Herstellung der Durchkontaktierungen Trägermittel verwendet, die noch keine Kupferschicht auf den Oberflächen haben. Damit entfallen 'bis zu diesem Zeitpunkt bereits solche Herstellungsschritte, die notwendig sind, um diese Schichten auf das Trägermittel zu montieren. Damit wird das Gesamtverfahren zur Herstellung des Leiterplattengebildes letztlich vereinfacht.
Vor dem Montieren irgendwelcher Schichten wird an für Durch- kontaktierungen vorgesehenen Stellen des späteren Leiterplattengebildes mit einem Lochherstellungsverfahren zum Herstellen jeweils wenigstens eines einzigen Lochs an einer jeweils betreffenden Stelle wenigstens jeweils ein einziges Loch erzeugt.
Als Lochherstellungsverfahren kann beispielsweise das Verfahren des Bohrens, des Laserns oder des Durchschießens von Schwerionen eingesetzt werden. Letzteres hat insbesondere den Vorteil, dass kleinste Durchkontaktierungen realisiert werden können.
Mit Hilfe eines sich anschließenden Ätzprozesses können die fabrizierten Löcher auf ein gewünschtes Maß aufgeätzt werden. Dabei werden, falls das verwendete Lochherstellungsverfahren es mit sich bringt, dass an einer Stelle gleichzeitig mehr als ein einziges Loch nebeneinander erzeugt werden, wie das beispielsweise beim Beschuss von Schwerionen möglich ist, nah beieinander liegende Löcher zu einem einzigen Loch gewünschter Größe zusammengeschmolzen. Ein solches Endloch hat dann beispielsweise einen Lochdurchmesser von 1 bis 3 μm, was derzeit das mögliche Kleinstloch für eine Durchkontaktierung darstellt.
Erst im nachfolgenden Verfahrensschritt erfolgt die Kupferka- schierung der Oberflächen des Trägermittels bzw. des Trägermaterials des Leiterplattengebildes. Dabei wird gleichzeitig die elektrische Durchkontaktierung zwischen den Kupferka- schierungen durch die im vorherigen Verfahrensschritt hergestellten Löcher bewerkstelligt.
Da bisher noch keine Kupferschichten vorhanden waren sind die Dicken der Kupferkaschierungen minimal. Es lassen sich somit mit diesen Kupferkaschierungen feinste Leiterbahnstrukturen herstellen.
Außerdem haben die kleinen Durchmesser der Durchkontaktierun- gen den Vorteil, dass diese beim Herstellen der elektrischen Durchkontaktierungen vollständig mit Kupfer gefüllt werden. Dies ist vorteilhaft für eine mögliche maximale Stromdichte, die über diese Durchkontaktierungen fließen kann, und ist vorteilhaft im Hinblick auf eine plane Oberfläche des Träger- mittels. Es müssen daher die Durchkontaktierungen nicht in einem weiteren Verfahrensschritt extra befüllt werden, um eine plane Oberfläche zu erhalten.
Schließlich können die weiteren, an sich bekannten Verfah- rensschritte durchgeführt werden, um letztlich ein vollständiges gewünschtes Leiterplattengebilde zu erhalten.
Da die Durchkontaktierungen sehr klein sind, können auf einer vorgegebenen Fläche des Trägermittels bzw. des Leiterplatten- gebildes entsprechend vermehrt Durchkontaktierungen vorgesehen werden. Dies ist insbesondere" von Vorteil, wenn das Leiterplattengebilde beispielsweise für Displays verwendet werden soll, bei denen es notwendig ist eine, und das in stetig steigender Zahl, Vielzahl von Ansteuerungspunkten ansteuern zu können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Danach kann als Lochherstellungsverfahren, wie oben schon angesprochen, der Schwerionenbeschuss angewendet werden. Damit lassen sich, wie oben schon gesagt, kleinste Durchkontaktie- rungen realisieren. Werden keine so kleinen Durchkontaktierungen benötigt, können die Löcher auch mittels einer Laser- methöde erzeugt werden. Können die Durchkontaktierungen noch gröber sein, können die Löcher auch mittels eines herkömmli- chen Bohrverfahrens bewerkstelligt werden.
Weiter vorteilhaft ist die Möglichkeit der Verwendung von flexiblen Materialien wie Polyimid als Trägermittel, weil damit flexible Leiterplattengebilden hergestellt werden können. Dies sogar mit kleinsten Durchkontaktierungen und feinsten Leiterbahnstrukturen.
Ein anderer Vorteil ist, dass der Verfahrensschritt des Aufrauens der Oberfläche des Trägermittels zur Sicherstellung der Haftfestigkeit bezüglich der Kupferkaschierungen nicht vorab erfolgen muss, wenn zur Lochbildung für die Durchkontaktierungen die Beschussmethode mit den Schwerionen gewählt wird. Die Beschussmethode lässt sich neben der Herstellung der Löcher für die Durchkontaktierungen bei entsprechender Steuerung der Schwerionenabstrahlung gleichzeitig zum Aufrau- en der Oberflächen des Trägermittels verwenden. An Stellen, an denen nur ein Aufrauen der Oberfläche des Trägermittels gewünscht wird, wird entsprechend weniger intensiv die Schwerionenabstrahlung eingestellt. An Stellen, an denen Durch- gangslöcher gewünscht sind, erfolgt ein entsprechend verstärkter Beschuss, so dass die Schwerionen an diesen Stellen durch die ganze Dicke des Trägermittels dringen. Damit werden Kosten und Fertigungszeiten eingespart.
Mit der Möglichkeit des Aufrauens der Oberflächen des Trägermittels ist der Vorteil verbunden, dass das Leiterplattengebilde kleberlos realisiert werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Durchkontaktierungen bei Leiterplattengebilden, die aus einem Trägermittel bestehen, auf dem letztlich alle weiteren Mittel angeordnet werden, mit denen im Zusammenwirken mit dem Trägermittel das Leiterplattengebilde realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich das Trägermittel selbst vor dem Aufbringen der weiteren Mittel an für Durchkontaktierungen vorgesehenen Stellen des späteren Leiterplattengebildes mit einem Lochherstellungsverfahren zum Herstellen jeweils wenigstens eines einzigen Lochs an einer jeweils betreffenden Stelle beaufschlagt wird, dass nachfolgend ein Ätzprozess durchgeführt wird mit dem das oder die an den jeweiligen mit dem Lochherstellungsverfahren beaufschlagten Stellen erzeugte Loch oder Löcher jeweils insgesamt jeweils zu einem einzigen gemeinsamen Loch einer gewünschten Gesamtgröße aufgeätzt wird oder werden, dass ein Kupferkaschierungsprozess durchgeführt wird bei dem eine vorhandene Ober- und Unterseite des Träger- mittels, auf denen die weitere Anordnung der weiteren Mittel zur Bildung des Leiterplattengebildes in späteren Schritten vorgenommen wird, kupferkaschiert und gleichzeitig die elektrisch leitenden Durchkontaktierungen durch die im vorherigen Verfahrensschritt erzeugten Löcher fabriziert werden, und dass anschließend alle weiteren Schritte zur Realisierung des vollständigen Leiterplattengebildes realisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Lochherstellungsverfahren ein Schwerio- nenbeschuss durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermittel eine Polyimidfolie verwendet wird.
4 . Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Schwerionenbeschuss gleichzeitig ein Aufrauen der dem Beschuss zugewandten Seite der Oberfläche des Trägermittels mit einem jeweils entsprechend angepassten •Schwerionenbeschuss durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterplattengebilde als kleberloses Leiterplattengebilde realisiert wird.
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