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 PDF

Info

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
Application number
DE200610018731
Other languages
English (en)
Other versions
DE102006018731A1 (de
Inventor
Michael Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE200610018731 priority Critical patent/DE102006018731B4/de
Publication of DE102006018731A1 publication Critical patent/DE102006018731A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102006018731B4 publication Critical patent/DE102006018731B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus 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
    • H05K3/102Apparatus 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • C23C26/02Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/40Forming printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K3/4038Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections
    • H05K3/4053Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections by thick-film techniques
    • H05K3/4069Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections by thick-film techniques for via connections in organic insulating substrates
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/01Tools for processing; Objects used during processing
    • H05K2203/0104Tools for processing; Objects used during processing for patterning or coating
    • H05K2203/0126Dispenser, e.g. for solder paste, for supplying conductive paste for screen printing or for filling holes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/01Tools for processing; Objects used during processing
    • H05K2203/0104Tools for processing; Objects used during processing for patterning or coating
    • H05K2203/0139Blade or squeegee, e.g. for screen printing or filling of holes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/04Soldering or other types of metallurgic bonding
    • H05K2203/0425Solder powder or solder coated metal powder
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/08Treatments involving gases
    • H05K2203/081Blowing of gas, e.g. for cooling or for providing heat during solder reflowing
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/10Using electric, magnetic and electromagnetic fields; Using laser light
    • H05K2203/105Using an electrical field; Special methods of applying an electric potential
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/11Treatments characterised by their effect, e.g. heating, cooling, roughening
    • H05K2203/1105Heating or thermal processing not related to soldering, firing, curing or laminating, e.g. for shaping the substrate or during finish plating
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus 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
    • H05K3/12Apparatus 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...

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 der DE 19810809 C1 bekannt geworden.
  • Die Verwendung von Metall-Pulvermischungen auf dem Gebiet der Leiterplattentechnik sind aus der DE 19511553 A1 sowie der DE 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,
    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.
  • 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 Rahmen 1 ist eine Trans portwalze 2 montiert, die durch Rotation das Trägermaterial 4 in X-Richtung positioniert. Ebenfalls auf den Rahmen 1 ist ein Schlitten 3 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 Vorratsbehälter 5 enthält die Kupfer-Zinn-Flussmittel Paste. Ein Stempel 6 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 Elemente 7 (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 Bohreinheit 8 eingebracht. Da die Bohreinheit 8 ebenfalls Schlitten 3 mon tiert ist, kann sie in gleicher Weise wie der Vorratsbehälter positioniert werden.
  • 2 zeigt die automatische Durchkontaktierungseinheit. Der Vorratsbehälter 5 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 Stempels 6 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 Thermoelements 7.
    • – 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. Bad 10a.
  • 3 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung. Anstelle der mechanischen Aufbringung der Paste durch Ausdrücken aus dem Vorratsbehälter wird ein thermomechanischer Druckkopf verwendet. Ein Heizelement 12 ist über einem Pastenkanal 13 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 Tropfen 15 aus der Druckdüse 14 geschleudert. Analog kann anstatt des thermischen Heizelements 12 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 Laser 22 wird über einen Umlenkspiegel 23 auf eine elektrisch negativ geladene Fotoleiter Trommel 18 geleitet, um auf dieser Fotoleiter Trommel die zu druckenden Bereiche elektrostatisch zu entladen. Im Vorratsbehälter 19 befindet sich ein Gemisch aus Kupfer- und Zinnpulver, dass ebenfalls elektrostatisch geladen ist. Durch Rotation der Walze 20 wird dieses Pulvergemisch auf die Stellen der Fotoleiter Trommel 18 aufgetragen, die zuvor per Laser 22 belichtet worden sind. Die elektrisch positiv geladene Walze 24 lädt das Trägermaterial elektrisch positiv auf, wodurch das auf der Fotoleiter Trommel 18 befindliche Pulvergemisch auf das Trägermaterial übergeht. Mit der Heizwalze 17 und der Andruckwalze 16 wird das Pulvergemisch geschmolzen und härtet anschießend zu den Leiterbahnen aus.
  • Überschüssiges Pulver wird im Auffangbehälter 21 aufgefangen. Das Bohrloch-Vorheizelement 25 (beispielsweise ausgeführt als Heißluftdüse, Infrarotstrahler, etc) heizt das Bohrloch so weit auf, dass dessen Oberfläche zu schmelzen beginnt. Durch den Aufschmelz-Prozess durch die Heizwalze 17 und die Andruckwalze 16 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)

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner des Kupferpulvers an deren Außenseite mit den Zinnanteilen des Pulvergemischs verzinnt sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auftragen der Paste ein Piezo-elektromechanisches oder thermo-elektrisches Verfahren verwendet wird.
  6. 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.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Vorrichtungen für einen Klebemittelauftrag integriert werden.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Vorrichtungen zum Ausschneiden oder Ausfräsen der Konturen integriert werden.
  9. 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.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Vorrichtungen zum Aufbringen gedruckten Widerständen integriert werden.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Vorrichtungen zum automatischen Bestücken von Bauteilen („Pick and Place") integriert werden.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Vorrichtungen zum Verlöten bestückter Bauteile und/oder gedruckter Widerstände integriert werden.
  13. 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.
DE200610018731 2006-04-20 2006-04-20 Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit Durchkontaktierungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired - Fee Related DE102006018731B4 (de)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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