DE102006018731B4 - Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit Durchkontaktierungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit Durchkontaktierungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDFInfo
- Publication number
- DE102006018731B4 DE102006018731B4 DE200610018731 DE102006018731A DE102006018731B4 DE 102006018731 B4 DE102006018731 B4 DE 102006018731B4 DE 200610018731 DE200610018731 DE 200610018731 DE 102006018731 A DE102006018731 A DE 102006018731A DE 102006018731 B4 DE102006018731 B4 DE 102006018731B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- paste
- production
- powder
- carrier material
- vias
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/102—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by bonding of conductive powder, i.e. metallic powder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
- C23C26/02—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/40—Forming printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
- H05K3/4038—Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections
- H05K3/4053—Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections by thick-film techniques
- H05K3/4069—Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections by thick-film techniques for via connections in organic insulating substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/01—Tools for processing; Objects used during processing
- H05K2203/0104—Tools for processing; Objects used during processing for patterning or coating
- H05K2203/0126—Dispenser, e.g. for solder paste, for supplying conductive paste for screen printing or for filling holes
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/01—Tools for processing; Objects used during processing
- H05K2203/0104—Tools for processing; Objects used during processing for patterning or coating
- H05K2203/0139—Blade or squeegee, e.g. for screen printing or filling of holes
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/04—Soldering or other types of metallurgic bonding
- H05K2203/0425—Solder powder or solder coated metal powder
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/08—Treatments involving gases
- H05K2203/081—Blowing of gas, e.g. for cooling or for providing heat during solder reflowing
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/10—Using electric, magnetic and electromagnetic fields; Using laser light
- H05K2203/105—Using an electrical field; Special methods of applying an electric potential
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/11—Treatments characterised by their effect, e.g. heating, cooling, roughening
- H05K2203/1105—Heating or thermal processing not related to soldering, firing, curing or laminating, e.g. for shaping the substrate or during finish plating
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
Abstract
Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten Leiterplatten, insbesondere für die Prototypenherstellung, durch direktes Aufbringen von Durchkontaktierungen („Vias") und Leiterbahnen auf ein Trägermaterial, wobei ein in Form einer Paste gebundenes Pulvergemisch auf die Oberfläche des Trägermaterials zur Herstellung der Leiterbahnen und Rillen eines hierzu vorgesehenen Bohrlochs in dem Trägermaterial mit der Paste zur Herstellung der Durchkontaktierungen aufgetragen wird, mit den Verfahrensschritten:
– auf der der Befüllseite gegenüberliegenden Seite des Bohrlochs ein Gegendruckstempel rotierend in Kontakt bringen mit der hindurch tretenden Paste, wobei mit einem ersten Ende des Gegendruckstempels überschüssige Paste entfernt wird und dann ein zweites Ende unter dem Bohrloch positioniert wird, um es zu verschließen,
– punktuelles Beaufschlagen der Oberfläche des Trägermatetrials im Bereich der aufgetragenen Paste mit Wärme unter so hoher Erwärmung derselben, dass das Zinnpulver schmilzt,
wobei das in einer Paste gebundene Pulvergemisch aus einem großen Anteil von 90% oder mehr sehr feinkörnigem Kupferpulver, einem entsprechend...
– auf der der Befüllseite gegenüberliegenden Seite des Bohrlochs ein Gegendruckstempel rotierend in Kontakt bringen mit der hindurch tretenden Paste, wobei mit einem ersten Ende des Gegendruckstempels überschüssige Paste entfernt wird und dann ein zweites Ende unter dem Bohrloch positioniert wird, um es zu verschließen,
– punktuelles Beaufschlagen der Oberfläche des Trägermatetrials im Bereich der aufgetragenen Paste mit Wärme unter so hoher Erwärmung derselben, dass das Zinnpulver schmilzt,
wobei das in einer Paste gebundene Pulvergemisch aus einem großen Anteil von 90% oder mehr sehr feinkörnigem Kupferpulver, einem entsprechend...
Description
- Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur direkten Herstellung von Leiterplatten mit Durchkontaktierungen durch maschinelles Aufbringen von Kupferbahnen und Durchkontaktierungen, insbesondere für die Prototypenherstellung von Leiterplatten. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
- Das am häufigsten bisher verwendete Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten ist das Ätzverfahren. Auch sind in der Industrie Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten durch Aufbringen von leitfähigen Pasten bekannt. Dies wird häufig in der so genannten Dickfilmtechnik angewendet. Durch die verwendeten Verfahren und Materialien ist die Herstellung in Dickfilmtechnik jedoch teuer und deshalb wird bei normalen Leiterplatten meist das Ätzverfahren eingesetzt.
- Obwohl das Ätzverfahren das am meisten verwendete Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten ist, ist es durch den Einsatz von Umwelt gefährdenden Chemikalien nicht vorteilhaft. Auch sind viele Prozessschritt notwendig, um Mehrlagen-Leiterplatten herzustellen. Als besonders kompliziert stellt sich die Herstellung von Durchkontaktierungen heraus, die nach aktuellem Stand der Technik mit teuren und giftigen Palladiumsalzen und anderen Chemikalien realisiert werden müssen.
- Um mit dem Ätzverfahren eine Mehrlagen-Leiterplatte mit Durchkontaktierungen herzustellen, sind folgende Schritte notwendig:
- 1. Filmerstellung
- 2. Beschichten des Trägermaterials mit photosensitivem Material
- 3. Belichten
- 4. Spülen (das Spülen ist nach vielen Prozessschritten erforderlich)
- 5. Ätzen, um Leiterbahnen freizulegen
- 6. Bohren der Löcher für die Durchkontaktierungen
- 7. chemisches Aufrauen (aufquellen) der Bohrlöcher für den nachfolgenden Prozess
- 8. Aufbringen einer elektrisch leitenden Haftschicht, in der Regel durch Eintauchen in Palladiumsalzlösung
- 9. chemisches Entfernen der Rückstände, beispielsweise Braunstein bei Palladium
- 10. chemisches oder elektrochemisches verkupfern der Bohrlöcher
- Bei mehr als 2 Lagen einer Mehrlagen-Leiterplatte sind die einzelnen Lagen anschließend noch mechanisch zu verbinden, beispielsweise durch Verkleben oder Verschmelzen.
- Um mit Dickfilmtechnik eine Mehrlagen-Leiterplatte mit Durchkontaktierungen herzustellen, sind folgende Schritte notwendig:
- 1. Filmerstellung
- 2. Beschichten des Siebs für Siebdruck mit photosensitivem Material
- 3. Belichten des Siebs
- 4. Aufbringen der Dickfilmpaste mittels Siebs auf Trägermaterial
- 5. Härtung der Paste im Ofen bei hohen Temperaturen
- 6. Bohren und Einbringen der Durchkontaktierungen wie beim oben genannten Ätzprozess unter Punkt 6–10 beschrieben.
- Der Einsatz von leitfähigen Pasten, die beispielsweise durch Siebdruck Verfahren auf ein Substrat bzw. Trägermaterial aufgebracht werden, ist durch die komplizierten verfahrenstechnischen Prozesse und den teuren Materialien bis heute zwar möglich, aber aufgrund der hohen Kosten nur für Spezialfälle in der Leiterplattentechnik einsatzfähig.
- Bei der Herstellung größerer Stückzahlen werden auch Schablonen eingesetzt, um die Herstellung zu vereinfachen. Der Einsatz von Schablonen verteuert jedoch den Prozess nochmals und lohnt sich nur bei entsprechenden Stückzahlen.
- Speziell für die Prototypenherstellung ist das Konturfräsverfahren bekannt, dass Leiterbahnen durch ausfräßen der Konturen aus beschichtetem Trägermaterial erzeugt. Es ergeben sich aber die gleichen Probleme bei der Herstellung von Durchkontaktierungen wie bei den anderen Verfahren.
- Aus der
DE 10324489 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnen bekannt, bei dem eine Pulvermischung mit einer Hauptkomponente aus Kupfer-Pulver auf ein Substrat aufgetragen und anschließend mittels punktueller thermischer Beaufschlagung ein Schmelzen/Aufschmelzen der Metallpulver bewirkt. Ein ähnliches Verfahren ist aus derDE 19810809 C1 bekannt geworden. - Die Verwendung von Metall-Pulvermischungen auf dem Gebiet der Leiterplattentechnik sind aus der
DE 19511553 A1 sowie derDE 10325118 A1 bekannt. - Aus der
EP 1109430 A2 ist eine doppelseitig bestückte Leiterplatte bekannt, bei dem vorgeschlagen ist, dass ein Pulver gemischt in eine Bohrung einer Durchkontaktierung gefüllt, darauf zunächst gepresst wird und überschüssiges Pulver von der Oberfläche vor Erhitzung und Aufschmelzen entfernt wird. - Aus der
US 6519824 B2 ist eine Anlage zur Herstellung von Leiterplatten bekannt geworden, bei dem Vermittels einer Schneckenpresse ein Metall-Brei auf die Oberfläche einer Leiterplatte gebracht wird, wobei überschlüssig aus der Ausgabeöffnung der Schneckenpresse austretender Metall-Brei vermittelst eines Abstreifers entfernbar ist. - Aus der
DE 102 06 440 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten Leiterplatten durch direktes gleichzeitiges Aufbringen von Leiterstrukturen und Ausbilden von Durchkontaktierungen unter Verwendung von Leitkleber auf ein Trägermaterial bekannt, wobei diese Leitkleber üblicherweise einem thermischen Prozess (Trocknen/Härten) unterzogen werden. - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Leiterplatten durch direktes Aufbringen von Durchkontaktierungen und Leiterbahnen auf ein Substrat bzw. Trägermaterial zur Verfügung zu stellen, wobei überschüssiges Material entfernt wird.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
- Erfindungsgemäß ist zur Herstellung von durchkontaktierten Leiterplatten, insbesondere für die Prototypenherstellung, vorgeschlagen, durch direktes Aufbringen von Durchkontaktierungen („Vias") und Leiterbahnen auf ein Trägermaterial, wobei ein in Form einer Paste gebundenes Pulvergemisch auf die Oberfläche des Trägermaterials zur Herstellung der Leiterbahnen und Füllen eines hierzu vorgesehenen Bohrlochs in dem Trägermaterial mit der Paste zur Herstellung der Durchkontaktierungen auftragen wird, mit den Verfahrensschritten:
- – auf der der Befüllseite gegenüberliegenden Seite des Bohrlochs ein Gegendruckstempel rotierend in Kontakt bringen mit der hindurch tretenden Paste, wobei mit einem ersten Ende des Gegendruckstempels überschüssige Paste entfernt wird und dann ein zweiten Ende unter dem Bohrloch positioniert wird, um es zu verschließen,
- – punktuelles Beaufschlagen der Oberfläche des Trägermatetrials im Bereich der aufgetragenen Paste mit Wärme unter so hoher Erwärmung derselben, dass das Zinnpulver schmilzt,
- Ein großer Vorteil gegenüber den bisher bekannten Verfahren stellt die Einsparung vieler Prozessschritte dar.
- Das hier beschriebene Verfahren reduziert die Prozessschritte zur Herstellung von Mehrlagen-Leiterplatten auf einen einzigen Prozessschritt, in dem sowohl gebohrt, die Leiterbahnen aufgebracht als auch die Durchkontaktierungen hergestellt werden. Das stellt gegenüber den bekannten Verfahren eine hohe Effizienzsteigerung und Kostenersparnis dar.
- Die Hinzunahme von Flussmittel kann je nach Gegebenheit, Eigenschaften und Anforderungen erfolgen oder auch weggelassen werden.
- Die Zusammensetzung der Paste kann im Sinne der Erfindung um weitere Bestandteile erweitert werden, um das Prozessverhalten gezielt zu beeinflussen, die die prinzipielle Funktionsweise jedoch nicht ändern.
- Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zum Auftragen der Paste durch ein Piezo-elektromechanisches oder thermo-elektrisches Verfahren verwendet wird.
- Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von leitenden Strukturen auf der Oberfläche eines Trägermaterials, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, vorgeschlagen, bei der eine Ausgabevorrichtung vorgesehen ist, die einer Paste, die aus die aus einem großen Anteil Kupferpulver, einem kleinen Anteil Zinnpulver und Flussmittel besteht, gezielt auf die Oberfläche eines Trägermaterials aufbringt, und dass eine. Erwärmungsvorrichtung vorgesehen ist, zur einer direkten anschließenden Wärmebehandlung, die das Zinn zum Schmelzen bringt, wobei auf der der Befüllseite gegenüberliegenden Seite des Bohrlochs ein Gegendruckstempel vorgesehen ist, welcher rotierend in Kontakt mit der hindurch tretenden Paste verbringbar ist, wobei mit einem ersten Ende des Gegendruckstempels überschüssige Paste entfernbar ist und dann ein zweites Ende unter dem Bohrloch positionierbar ist, um es zu verschließen.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht die gleichzeitige Aufbringung von Kleber auf das Trägermaterial vor, um die einzelnen Lagen anschließend sofort zum Mehrlagen Endprodukt zu verkleben.
- Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, gleichzeitig auch das Ausschneiden beziehungsweise Ausfräßen der Leiterplatten Außenkontur aus einem größeren Nutzen in den Prozessschritt zu integrieren.
- Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass durch punktuelle Erhitzung des Trägermaterials dessen Oberfläche gerade eben soweit angeschmolzen wird, um mit der aushärtenden Paste eine chemische Verbindung einzugehen. Damit lässt sich der Einsatz von Klebemittel zur Verbindung von Trägermaterial und Kupferbahnen eliminieren.
- Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, den mechanischen Auftragungsprozess durch ein Piezo- elektromechanisches oder termo-elektrisches Verfahren, wie es bei Tintenstrahldruckern eingesetzt wird, zu ersetzen.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Im Einzelnen zeigt die schematische Darstellung in:
-
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung der Leiterbahnen durch Aufbringung der Paste und Härtung, -
2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung der Durchkontaktierungen, -
3 eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der die mechanischen Aufbringung der Paste durch Ausdrücken aus dem Vorratsbehälter erreicht wird und ein thermomechanischer Druckkopf Verwendung findet, und -
4 zeigt eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, bei der die Aufbringung der Kupfer/Zinn Mischung durch ein elektrostatisches Verfahren vollzogen wird. - Die in den Figuren gleichen Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder gleich wirkende Elemente.
-
1 zeigt eine Maschine zur Aufbringung der Leiterbahnen auf ein Trägermaterial. Auf einen Rahmen1 ist eine Trans portwalze2 montiert, die durch Rotation das Trägermaterial4 in X-Richtung positioniert. Ebenfalls auf den Rahmen1 ist ein Schlitten3 beweglich montiert, der die an den Schlitten angebrachten Elemente in Y-Richtung positioniert. Sinnvollerweise werden die motorischen Antriebseinheiten (nicht gezeigt) für Walze und Schlitten als Schritt- oder Servomotoren oder motorische Linearführungen zum Antrieb montiert. Ein Vorratsbehälter5 enthält die Kupfer-Zinn-Flussmittel Paste. Ein Stempel6 wirkt auf diesen Vorratsbehälter, um eine vor berechnete Menge von Paste auf das Trägermaterial auszugeben, wobei dieser Stempel mechanisch (beispielsweise durch ein Excenter), pneumatisch oder elektromagnetisch angesteuert werden kann. Durch die gleichzeitig zur Ausgabe von Paste erfolgende Bewegung in X und/oder Y Richtung (durch Transportwalze/Schlitten) erfolgt die Erzeugung der Leiterbahnen. Durch die thermischen Elemente7 (beispielsweise ausgebildet durch Heißluftdüsen) erfolgt eine punktuelle Erhitzung der Paste, die das enthaltene Zinn schmelzen lassen. Sobald die geschmolzene Paste den Hitzebereich der thermischen Elemente verlässt, erkaltet es sofort und bildet die festen Leiterbahnen. - Die thermischen Elemente
7 können dahingehend wirken, dass das in Bewegungsrichtung zuerst wirksame Element soviel Hitze erzeugt, dass die Oberfläche das Trägermaterials punktuell anschmilzt, um mit der direkt danach aufgetragenen Paste eine feste Verbindung einzugehen. Dadurch wird der Einsatz von Klebemittel für die Verbindung von Leiterbahnen und Trägermaterial vermieden. Bohrungen, wie sie unter anderem für Durchkontaktierungen benötigt werden, werden von der Bohreinheit8 eingebracht. Da die Bohreinheit8 ebenfalls Schlitten3 mon tiert ist, kann sie in gleicher Weise wie der Vorratsbehälter positioniert werden. -
2 zeigt die automatische Durchkontaktierungseinheit. Der Vorratsbehälter5 wird über dem Bohrloch positioniert und mittels geeigneter Vorrichtung (nicht gezeigt) abgesenkt. Die Öffnung des Vorratsbehälters ist größer als das Bohrloch und umschließest dieses vollständig. Durch eine vor berechnete Auslenkung des Stempels6 wird dann Paste durch das Bohrloch gedrückt. - Der Gegendruckstempel
10 ist drehbar gelagert und motorisch angetrieben und erfüllt 2 Funktionen: Die eine Seite des Stempels entfernt überschüssige Paste, die aus dem Bohrloch herausragt. Die andere Seite dient dem Verschließen des Bohrlochs während der Schmelzphase. - Der Ablauf für die Herstellung einer Durchkontaktierung ist folgender:
- – Positionieren des Vorratsbehälters über dem Bohrloch
- – Ausdrücken einer Menge von Paste in das Bohrloch
- – Rotation des Gegendruckstempels, wobei mit dem einen Ende überschüssige Paste entfernt wird und dann das andere Ende unter dem Bohrloch positioniert wird, um es zu verschließen
- – Verschieben
des Schlittens
3 , ohne den Vorratsbehälter anzuheben und In-Position-Bringen des Thermoelements7 . - – Kurzzeitige Aktivierung des Thermoelements, um die Paste im Bohrloch zum Schmelzen und anschließenden Erkalten zu bringen
- – Anhebung des Vorratsbehälters und Positionierung über dem nächsten Bohrloch.
- Dadurch, dass der Vorratsbehälter nach dem Ausdrücken ein Stück ohne Anheben wegbewegt wird, kann ein ebener Übergang der Paste zur Leiterbahn erreicht werden.
- Das Material des Gegendruckstempels ist sinnvoller Weise temperaturbeständig und verbindet sich nicht mit der geschmolzenen Paste, beispielsweise gefertigt aus Silikon oder silikonbeschichtetem Material.
- Weiterhin kann ein optionaler Auffangbehälter bzw. Bad
10a montiert werden. In der Funktion als Auffangbehälter nimmt es die überschüssige Paste auf, die durch die Rotation des Gegendruckstempels vom Bohrloch entfernt wurde. In der Funktion als Bad kann es eingesetzt werden, um mit geeigneten Flüssigkeiten (beispielsweise Öle) die Funktion des Gegendruckstempels durch Benetzung dieses Gegendruckstempels zu unterstützen. So kann beispielsweise durch ein geeignetes Öl die unerwünschte Haftung von Paste auf dem Gegendruckstempel verringert werden. - Der optionale Abstreifer
11 entfernt Paste vom Gegendruckstempel. Damit ist auch eine Selbstreinigung des Gegendruckstempels durch dessen Rotation möglich, sinnvoller Weise unterstützt durch eine geeignete Flüssigkeit im Auffangbehälter bzw. Bad10a . -
3 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung. Anstelle der mechanischen Aufbringung der Paste durch Ausdrücken aus dem Vorratsbehälter wird ein thermomechanischer Druckkopf verwendet. Ein Heizelement12 ist über einem Pastenkanal13 angebracht. Durch anlegen einer Spannung erhitzt sich das Heizelement schlagartig und bringt ein Teil der Paste im Pastenkanal zum Verdampfen, es entsteht eine Dampfblase. Als Folge der Ausdehnung der Paste beim Verdampfen wird explosionsartig ein Tropfen15 aus der Druckdüse14 geschleudert. Analog kann anstatt des thermischen Heizelements12 ein Piezoelement eingesetzt werden, dass bei Anlegen einer elektrischen Spannung durch Verformung die Druckänderung erzeugt. - Der Vorteil dieser Weiterbildung ist die preiswerte Verfügbarkeit von hochwertigen Tintenstrahl Druckköpfen, die mit geringen Modifikationen für diesen Zweck eingesetzt werden können.
-
4 zeigt eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung. Ein Laser22 wird über einen Umlenkspiegel23 auf eine elektrisch negativ geladene Fotoleiter Trommel18 geleitet, um auf dieser Fotoleiter Trommel die zu druckenden Bereiche elektrostatisch zu entladen. Im Vorratsbehälter19 befindet sich ein Gemisch aus Kupfer- und Zinnpulver, dass ebenfalls elektrostatisch geladen ist. Durch Rotation der Walze20 wird dieses Pulvergemisch auf die Stellen der Fotoleiter Trommel18 aufgetragen, die zuvor per Laser22 belichtet worden sind. Die elektrisch positiv geladene Walze24 lädt das Trägermaterial elektrisch positiv auf, wodurch das auf der Fotoleiter Trommel18 befindliche Pulvergemisch auf das Trägermaterial übergeht. Mit der Heizwalze17 und der Andruckwalze16 wird das Pulvergemisch geschmolzen und härtet anschießend zu den Leiterbahnen aus. - Überschüssiges Pulver wird im Auffangbehälter
21 aufgefangen. Das Bohrloch-Vorheizelement25 (beispielsweise ausgeführt als Heißluftdüse, Infrarotstrahler, etc) heizt das Bohrloch so weit auf, dass dessen Oberfläche zu schmelzen beginnt. Durch den Aufschmelz-Prozess durch die Heizwalze17 und die Andruckwalze16 wird flüssiges Kupfer-Zinn-Gemisch in das Bohrloch gedrückt, verbindet sich dort mit der angeschmolzenen Oberfläche des Trägermaterials und härtet dann aus. - In der hier beschriebenen Ausführung sind die damit erstellten Leiterbahnen und Durchkontaktierungen unter Umständen noch nicht für hohe thermische Belastungen, wie das Wellenlöten, geeignet. Dies kann aber mit einer nachfolgenden galvanischen oder elektrogalvanischen Metallisierung erreicht werden.
Claims (13)
- Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten Leiterplatten, insbesondere für die Prototypenherstellung, durch direktes Aufbringen von Durchkontaktierungen („Vias") und Leiterbahnen auf ein Trägermaterial, wobei ein in Form einer Paste gebundenes Pulvergemisch auf die Oberfläche des Trägermaterials zur Herstellung der Leiterbahnen und Rillen eines hierzu vorgesehenen Bohrlochs in dem Trägermaterial mit der Paste zur Herstellung der Durchkontaktierungen aufgetragen wird, mit den Verfahrensschritten: – auf der der Befüllseite gegenüberliegenden Seite des Bohrlochs ein Gegendruckstempel rotierend in Kontakt bringen mit der hindurch tretenden Paste, wobei mit einem ersten Ende des Gegendruckstempels überschüssige Paste entfernt wird und dann ein zweites Ende unter dem Bohrloch positioniert wird, um es zu verschließen, – punktuelles Beaufschlagen der Oberfläche des Trägermatetrials im Bereich der aufgetragenen Paste mit Wärme unter so hoher Erwärmung derselben, dass das Zinnpulver schmilzt, wobei das in einer Paste gebundene Pulvergemisch aus einem großen Anteil von 90% oder mehr sehr feinkörnigem Kupferpulver, einem entsprechend kleinen Anteil von bis zu 9% sehr feinkörnigem Zinnpulver und insbesondere einem geringen Anteil Flussmittel und/oder anderen Hilfsstoffen besteht.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial dergestalt an dessen Oberfläche punktuell mit Hitze beaufschlagt wird, dass dieses hierdurch angeschmolzen wird, um mit der aushärtenden Paste zusammen eine chemische Verbindung einzugehen.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auftrag der Paste die Oberfläche des Trägermaterials wenigstens stellenweise unter dieser mit einer Klebeschicht beschichtet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner des Kupferpulvers an deren Außenseite mit den Zinnanteilen des Pulvergemischs verzinnt sind.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auftragen der Paste ein Piezo-elektromechanisches oder thermo-elektrisches Verfahren verwendet wird.
- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von leitenden Strukturen auf der Oberfläche eines Trägermaterials insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Ausgabevorrichtung vorgesehen ist, die einer Paste, die aus die aus einem großen Anteil Kupferpulver, einem kleinen Anteil Zinnpulver und Flussmittel besteht, gezielt auf die Oberfläche eines Trägermaterials aufbringt, und dass eine Erwärmungsvorrichtung vorgesehen ist, zur einer direkten anschließenden Wärmebehandlung, die das Zinn zum Schmelzen bringt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Befüllseite gegenüberliegenden Seite des Bohrlochs ein Gegendruckstempel vorgesehen ist, welcher rotierend in Kontakt mit der hindurch tretenden Paste verbringbar ist, wobei mit einem ersten Ende des Gegendruckstempels überschüssige Paste entfernbar ist und dann ein zweites Ende unter dem Bohrloch positionierbar ist, um es zu verschließen.
- Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Vorrichtungen für einen Klebemittelauftrag integriert werden.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Vorrichtungen zum Ausschneiden oder Ausfräsen der Konturen integriert werden.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Vorrichtungen zum Bedrucken der Platine (beispielsweise Bestückungsdruck oder Lötstoplack) oder zur anderweitigen Kennzeichnung der Platine (beispielsweise RIFD) integriert werden.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Vorrichtungen zum Aufbringen gedruckten Widerständen integriert werden.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Vorrichtungen zum automatischen Bestücken von Bauteilen („Pick and Place") integriert werden.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Vorrichtungen zum Verlöten bestückter Bauteile und/oder gedruckter Widerstände integriert werden.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Vorrichtungen zur galvanischen oder elektrogalvanischen Metallisierung der Leiterbahnen und/oder Durchkontaktierungen integriert werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200610018731 DE102006018731B4 (de) | 2006-04-20 | 2006-04-20 | Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit Durchkontaktierungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200610018731 DE102006018731B4 (de) | 2006-04-20 | 2006-04-20 | Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit Durchkontaktierungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102006018731A1 DE102006018731A1 (de) | 2007-11-08 |
DE102006018731B4 true DE102006018731B4 (de) | 2009-07-23 |
Family
ID=38564658
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200610018731 Expired - Fee Related DE102006018731B4 (de) | 2006-04-20 | 2006-04-20 | Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit Durchkontaktierungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102006018731B4 (de) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0359867A1 (de) * | 1988-09-23 | 1990-03-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Herstellen von elektrischen Flachbaugruppen |
DE19511553A1 (de) * | 1995-03-29 | 1996-10-24 | Litton Precision Prod Int | System und Verfahren zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Verbindungsstrukturen sowie Verfahren zur Herstellung von Schaltungen und von bestückten Schaltungen |
DE19810809C1 (de) * | 1998-03-12 | 1999-12-16 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer flexiblen Leiterbahnfolie, die eine Trägerfolie aufweist, auf deren Oberseite eine vorgegebene Leiterstruktur aufgebracht wird |
EP1109430A2 (de) * | 1999-12-14 | 2001-06-20 | Nitto Denko Corporation | Doppelseitige Leiterplatte und diese enthaltende mehrschichtige Leiterplatte und Verfahren zur Herstellung einer doppelseitigen Leiterplatte |
DE10206440A1 (de) * | 2001-04-30 | 2002-11-14 | Isa Conductive Microsystems Gm | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen elektrisch leitender Verbindungen |
US6519824B2 (en) * | 2000-03-24 | 2003-02-18 | Olympus Optical Co., Ltd. | Electric wiring forming system |
DE10324489A1 (de) * | 2003-05-30 | 2004-12-16 | Pösl, Rudolf | Verfahren zum Herstellen elektrisch leitender Markierungen, insbes. von Kupferbahnen auf einem isolierenden Substrat |
DE10325118A1 (de) * | 2003-06-04 | 2004-12-23 | Pösl, Rudolf | Verfahren zum Aufbringen elektrisch leitender Strukturen auf einem isolierenden Substrat |
-
2006
- 2006-04-20 DE DE200610018731 patent/DE102006018731B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0359867A1 (de) * | 1988-09-23 | 1990-03-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Herstellen von elektrischen Flachbaugruppen |
DE19511553A1 (de) * | 1995-03-29 | 1996-10-24 | Litton Precision Prod Int | System und Verfahren zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Verbindungsstrukturen sowie Verfahren zur Herstellung von Schaltungen und von bestückten Schaltungen |
DE19810809C1 (de) * | 1998-03-12 | 1999-12-16 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer flexiblen Leiterbahnfolie, die eine Trägerfolie aufweist, auf deren Oberseite eine vorgegebene Leiterstruktur aufgebracht wird |
EP1109430A2 (de) * | 1999-12-14 | 2001-06-20 | Nitto Denko Corporation | Doppelseitige Leiterplatte und diese enthaltende mehrschichtige Leiterplatte und Verfahren zur Herstellung einer doppelseitigen Leiterplatte |
US6519824B2 (en) * | 2000-03-24 | 2003-02-18 | Olympus Optical Co., Ltd. | Electric wiring forming system |
DE10206440A1 (de) * | 2001-04-30 | 2002-11-14 | Isa Conductive Microsystems Gm | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen elektrisch leitender Verbindungen |
DE10324489A1 (de) * | 2003-05-30 | 2004-12-16 | Pösl, Rudolf | Verfahren zum Herstellen elektrisch leitender Markierungen, insbes. von Kupferbahnen auf einem isolierenden Substrat |
DE10325118A1 (de) * | 2003-06-04 | 2004-12-23 | Pösl, Rudolf | Verfahren zum Aufbringen elektrisch leitender Strukturen auf einem isolierenden Substrat |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102006018731A1 (de) | 2007-11-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0528350B1 (de) | Verfahren zum Beloten und Montieren von Leiterplatten mit Bauelementen | |
DE60030743T2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte | |
EP0063347B1 (de) | Prägefolie zum Aufbringen von Leiterbahnen | |
DE102007058497B4 (de) | Mehrschichtige Leiterplatte und Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Leiterplatte | |
EP0487782B1 (de) | Verfahren zum Beloten von Leiterplatten | |
DE2610283A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines schaltkreises | |
DE2852753B2 (de) | Verfahren zum Befestigen von Bauelementen mit flächigen Anschlußkontakten auf einer Leiterplatte | |
DE3020477A1 (de) | Heiss-siebdruckmaschine und verfahren zur siebherstellung | |
EP0781186B1 (de) | Verfahren zur belotung von anschlussflächen, sowie verfahren zur herstellung einer lotlegierung | |
EP3399546A1 (de) | Elektronische baugruppe mit einem zwischen zwei substraten eingebauten bauelement und verfahren zu dessen herstellung | |
DE102006033702B3 (de) | Herstellungsverfahren für eine elektronische Schaltung in einer Package-on-Package-Konfiguration und elektronisches Bauelement in einer solchen Konfiguration | |
DE102005013599A1 (de) | Verfahren zum Reparaturlöten vielpoliger Miniatur-Steckverbinder | |
DE602005003318T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats | |
DE10064629B4 (de) | Verfahren zum Verbinden von Leiterplatten | |
DE69530698T2 (de) | Verfahren zur herstellung einer leiterplatte | |
DE19622971A1 (de) | Halbleitereinrichtung zur Oberflächenmontage und Halbleitereinrichtungs-Montagekomponente sowie Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE102006018731B4 (de) | Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit Durchkontaktierungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens | |
WO2008012165A9 (de) | Verfahren und wellenlötanlage zum löten von bauteilen auf ober- und unterseite einer leiterplatte | |
DE3827473A1 (de) | Leiterplatte zum bestuecken mit smd-bausteinen | |
DE19824225B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltungsplatte | |
DE4103098C1 (de) | ||
DE4327560A1 (de) | Verfahren zum Kontaktieren von Leiterbahnanordnungen und Kontaktanordnung | |
DE3010610A1 (de) | Verfahren zur selektiven verzinnung der loetaugen von gedruckten schaltungen | |
DE10347035B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen elektrisch leitender Strukturen auf einem Substrat für einen elektronischen Datenträger | |
DE3231056A1 (de) | Verfahren zum aufbringen von unbedrahteten bauelementen auf leiterplatten |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20111101 |