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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Herstellen
einer Leiterplatte (PCB – printed
circuit board) mit darin eingebetteten Elektronikkomponenten und
insbesondere ein Verfahren, bei dem eine Kernschicht mit darin eingebetteten Elektronikkomponenten
ausgebildet wird durch Stapeln von mit Elektronikkomponenten bestückten Platinen,
gefolgt vom Aufbau von Schaltungsschichten darauf, wodurch die Anzahl
der Prozesse signifikant reduziert wird und die PCB mit minimalen
Kosten produziert wird.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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In
jüngster
Zeit entwickelte kleine tragbare Elektronikgeräte wie etwa Mobiltelefone,
digitale Camcorder, digitale Kameras, PDAs (Personal Digital Assistants),
tragbare Computer usw. erfordern und basieren auf Technologien zum
Montieren einer hohen Dichte von Elektronikkomponenten. Zur Erfüllung der
Anforderung werden Leiterplatten im allgemeinen in einer mehrschichtigen
Struktur gestapelt.
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In
der Regel weisen mit Glas-Epoxidharz imprägnierte Leiterplatten mehrschichtige
Strukturen mit darin gebohrten Durchgangslöchern auf. Die Leiterplatten
sind höchst
zuverlässig,
sind aber schwierig für
eine hochdichte Kapselung zu verwenden. Als alternativer Ansatz,
um eine hohe Schaltungsdichte zu erzielen, werden Zwischenverbindungen über Durchkontakte
verwendet, um mehrschichtige Leiterplatten zu konstruieren.
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Solche
Durchkontakte gestatten die Herstellung der kürzesten Zwischenverbindungen
zwischen LSIs und Komponenten und nur dazwischen zu verbindenden
erforderlichen Schichten, wodurch ein großer Beitrag zur hochdichten
Kapselung geleistet wird.
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In
jüngster
Zeit wurde viel Aufmerksamkeit auf Leiterplatten mit darin eingebetteten
Komponenten aufgewendet, und zwar aufgrund ihrer Vorteile gegenüber herkömmlichen.
Beispielsweise sind PCBs mit darin eingebetteten Komponenten multifunktional
sowie klein relativ zu ihrer Kapazität, hochfunktional gemacht zu
werden. Außerdem
gestatten PCBs mit darin eingebetteten Komponenten die kürzesten
Zwischenverbindungen bei hohen Frequenzen und bieten in einigen
Fällen
Lösungen
zu den Zuverlässigkeitsproblemen,
die bei W/B oder Lötkugeln aus
FC oder BGA angetroffen werden.
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1 ist eine Querschnittsansicht,
die eine PCB mit darin eingebetteten Komponenten zeigt, hergestellt
gemäß einem
herkömmlichen
SIMPACT-Prozess.
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Wie
in 1 gezeigt umfasst
ein Modul mit eingebetteten Komponenten eine Stromisolationsschicht 101,
eine Zwischenverbindungsstruktur 102, ein Durchgangsloch 103 und
ein Lot 105 zusätzlich zu
einem einseitigen Substrat 109 mit Zwischenverbindungsstrukturen 106, 108 und
einem inneren Durchgangsloch 107.
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Um
das Problem der Wärmeableitung
zu lösen,
das auftritt, wenn Komponenten auf einer Seite des Substrats montiert
sind, umfassen die PCBs mit darin eingebetteten Komponenten zusätzlich ein
inneres Durchgangsloch 107, das durch Laser- oder mechanisches
Bohren separat ausgebildet wird.
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Weil
die PCB mit darin eingebetteten Komponenten durch einen Laminierungsprozess
nach der Ausbildung von Schaltungsstrukturen auf dem Substrat hergestellt
wird, können
zudem Defekte in einem frühen
Stadium nicht detektiert werden.
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2 ist eine Querschnittsansicht,
die eine PCB mit in beiden Seiten davon eingebetteten Komponenten
zeigt, hergestellt gemäß einem
herkömmlichen
SIMPACT-Prozess.
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Wie
in 2 gezeigt umfasst
ein. Modul mit eingebetteten Komponenten eine Isolationsschicht 212 mit
darin eingebetteten Elektronikkomponenten (aktiven Komponenten 214a und
passiven Komponenten 214b), auf deren beiden Seiten eine
Leiterplatte 211 angeordnet ist. Die Leiterplatte 211 weist ein
Isolationssubstrat 211a mit darin ausgebildeten mehrschichtigen
Zwischenverbindungsstrukturen auf. Außerdem sind die in der Isolationsschicht 212 eingebetteten
Elektronikkomponenten 214a und 214b mit den darauf
und darin ausgebildeten Zwischenverbindungsstrukturen elektrisch
mit den auf der Leiterplatte 211 ausgebildeten Zwischenverbindungsstrukturen 217 verbunden.
Innere Durchgangslöcher 213,
die sich durch die Isolationsschicht 212 in einer vertikalen
Richtung erstrecken, verbinden die auf einem Paar einander zugewandter
Leiterplatten 211 ausgebildeten Zwischenverbindungsstrukturen 217 elektrisch.
Die aktiven Komponenten 214a kommunizieren elektrisch mit
den Zwischenverbindungsstrukturen 217 durch einen Bump 215,
wobei die Kontakte mit Harz 218 versiegelt sind. Auch die
passiven Komponenten 214b kommunizieren elektrisch über ein
Verbindungsglied 216 mit den Zwischenverbindungsstrukturen 217.
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Das
Modul mit eingebetteten Komponenten von 2 leidet, wie das von 1, unter dem Problem der Wärmeableitung,
da Komponenten auf dem Substrat mit einer ausgebildeten Schaltungsstruktur montiert
sind. Weil die PCB mit darin eingebetteten Komponenten durch einen
Laminierungsprozess nach der Ausbildung von Schaltungsstrukturen
auf dem Substrat hergestellt wird, können außerdem Defekte nicht früh detektiert
werden.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung
eines Verfahrens zum Herstellen einer PCB mit eingebetteten Elektronikkomponenten,
das wirtschaftlich vorteilhaft und einfach ist.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Verfahrens zum Herstellen einer PCB mit eingebetteten Elektronikkomponenten,
das in einem frühen
Stadium nach dem Montieren der Elektronikkomponenten fehlerhafte
Platinen aufspüren
kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung könnten die
obigen Aufgaben durch die Bereitstellung eines Verfahrens zum Herstellen
einer Leiterplatte mit eingebetteten Komponenten gelöst werden,
umfassend: Montieren von Elektronikkomponenten auf einer Seite einer
ersten Metallfolie; Anordnen eines Laminierungsglieds zwischen der
ersten Metallfolie und einer zweiten Metallfolie, wobei die Oberfläche mit
montierten Elektronikkomponenten der ersten Metallfolie dem Laminierungsglied
zugewandt ist; Andrücken der
ersten Metallfolie und der zweiten Metallfolie an das Laminierungsglied,
um eine Kernschicht auszubilden, bei der Elektronikkomponenten in
das Laminierungsglied eingebettet sind; und Ausbilden von Schaltungsstrukturen
auf der ersten Metallfolie und der zweiten Metallfolie.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung lassen sich anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen klarer verstehen. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht, die eine PCB mit in einer Seite davon eingebetteten
Elektronikkomponenten zeigt, hergestellt gemäß einem herkömmlichen
SIMPACT-Prozess
(System in module using passive and active component embedding technology);
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2 eine
Querschnittsansicht, die eine PCB mit in beiden Seiten davon eingebetteten
Elektronikkomponenten zeigt, hergestellt gemäß einem herkömmlichen
SIMPACT-Prozess;
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3A bis 3O Querschnittsansichten, die
ein Verfahren zum Herstellen einer PCB mit eingebetteten Komponenten
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen; und
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4A bis 4N Querschnittsansichten, die
ein Verfahren zum Herstellen einer PCB mit eingebetteten Komponenten
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine ausführliche
Beschreibung der vorliegenden Erfindung gegeben.
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Unter
Bezugnahme auf die 3A bis 3O werden
Querschnittsansichten bereitgestellt, um ein Verfahren zum Herstellen
einer PCB mit eingebetteten Komponenten gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
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Zuerst
werden Elektronikkomponenten 320 wie in 3A gezeigt
auf einer ersten Metallfolie 310a mit einer elektrischen
Verbindung zwischen den Elektronikkomponenten 320 und der
ersten Metallfolie 310a montiert.
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Als
die erste Metallfolie 310a könnte eine Kupferfolie bevorzugt
werden. Um ausreichend Steifheit aufzuweisen, kann die Kupferfolie
dick sein oder sie kann mit einer Versteifung verstärkt sein.
In diesem Fall kann die Versteifung über Band an der Kupferfolie
angebracht sein. Bevorzugt kann das Band vom wärme- oder UV-ablösbaren Typ
sein, um die Laminierung zu erleichtern.
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Im
Gegensatz zu herkömmlichen
PCBs mit eingebetteten Elektronikkomponenten, die zur Hohlraumausbildung
Laser- oder mechanisches Bohren erfordern, gestattet der Einsatz
der Kupferfolie als der ersten Metallfolie 310a, daß Elektronikkomponenten
ohne Laser- oder mechanisches Bohren eingebettet werden. Zudem kann
durch die Kupferfolie ein BVH-Ausbildungsprozess (BVH – Blind
Via Hole – nicht
durchgehendes Kontaktloch) entfallen, der als unverzichtbar erkannt
worden ist, wodurch die Produktionskosten signifikant reduziert
werden.
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Die
Elektronikkomponenten 320 können aktive Komponenten (z.B.
Transistoren, Operationsverstärker
(OPAMPs) usw.) umfassen, die Eingänge und Ausgänge aufweisen
und konstante Beziehungen zwischen Eingängen und Ausgängen selbst
einfach bei elektrischer Anwendung darauf aufweisen, und/oder passive
Komponenten (z.B. Widerstände, Induktionsspulen,
Kondensatoren usw.), die von sich aus nicht arbeiten können, sondern
nur in Verbindung mit aktiven Komponenten funktionieren.
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Unter
Verwendung einer Siebdrucktechnik kann eine stromleitende Paste,
ein anisotroper leitender Film (ACF) oder Lot oder eine nichtleitende
Paste (NCP) durch Dispensieren usw. im voraus auf einer Seite der
Kupferfolie aufgebracht werden.
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Die
Elektronikkomponenten verwenden Kupfer, einen ACF oder ein Lot als
Elektrode dafür.
In dem Fall von Kupfer ist ein Gruppenbonden möglich. Alternativ wird eine
FC-Verbindung auf der Elektrode der Elektronikkomponenten aufgebracht.
Nach dem Gruppenbonden oder der FC-Verbindung ist möglicherweise
eine Unterfüllung
erforderlich. Es ist schwierig, das beste Design zu erzielen. In
der Praxis ist eine Unterfüllung üblicherweise
aufgrund ihrer hohen physikalischen Beständigkeit erforderlich, wie etwa
Beständigkeit
gegenüber
Fallaufschlag, PCB-Versetzungsaufschlag (PCB-Verziehung bei PCB-Montage
mit Elementen oder Verwendung durch Verbraucher) usw. und hoher
chemischer Beständigkeit,
wie etwa Wärmeschock,
aufgrund einer Temperaturänderung
bei Gebrauch, Fehlfunktionen aufgrund von aus Blei emittierten α-Strahlen
usw.
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3B ist
eine Querschnittsansicht nach der Plazierung eines Laminierungsglieds 330 zwischen
der ersten Metallfolie 310a und einer zweiten Metallfolie 310b derart,
daß die
Oberfläche
der ersten Metallfolie 310a, auf der die Elektronikkomponenten 320 montiert
sind, dem Laminierungsglied 330 zugewandt ist. Je nach
den Umständen
ist das Laminierungsglied 330 bevorzugt aus einem wärmehärtbaren
Harz vom B-Zustand hergestellt. Die wärmehärtbare Schicht vom B-Zustand überwindet
das Problem der Delamination in dem Substrat oder der Platine bei
Unterdrucksetzung, wie später
zu beschreiben ist.
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3C ist
eine Querschnittsansicht nach dem Integrieren der ersten Metallfolie 310a und
der zweiten Metallfolie 310b in das Laminierungsglied durch
Drücken
beider von ihnen gegen das Laminierungsglied 330, um eine
Kernschicht 340 auszubilden. Das Drücken erfolgt durch Aufbringen
externer Wärme
auf das Laminierungsglied. Bei Vorliegen von Wärme erweicht die wärmehärtbare Schicht
des B-Zustands, so dass das Laminierungsglied 330 eng an
der ersten Metallfolie 310a und der zweiten Metallfolie 310b haften
kann, ohne irgendeinen Hohlraum dazwischen zurückzulassen. Die erweichte wärmehärtbare Schicht
im B-Zustand kann als Puffer gegen das Drücken dienend das Problem der
Delaminierung des Substrats und der Platine lösen.
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Typische
wärmehärtbare Schichten
im B-Zustand werden mit Glasfasern verstärkt, so dass wahrscheinlich
ist, daß sie
beim Pressen Elektronikkomponenten beschädigen. Das in der vorliegenden
Erfindung verwendete Laminierungsglied hat jedoch einen hohen Harzgehalt
oder kann im voraus verarbeitet werden, so dass es Hohlräume an Stellen
aufweist, wo beim Pressen Schäden
erwartet werden.
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Nach
der Ausbildung der Kernschicht 340 kann eine Schaltung
so strukturiert werden, damit in erster Linie Defekte detektiert
werden. Somit kann die vorliegende Erfindung fehlerhafte Platinen
früh aufspüren, im
Vergleich zu herkömmlichen
Techniken, die Defekte erst nach der Ausbildung der endgültigen Schaltungsschicht
finden können.
Diese frühe
Detektion von fehlerhaften Platinen unmittelbar nach der Ausbildung
der Kernschicht 340 weit vor der Ausbildung der endgültigen Schaltungsschicht
erfreut sich des Vorteils, daß die
Produktionskosten stark reduziert werden, weil die Platinen, falls
fehlerhaft, entsorgt werden, ohne dass zusätzliche Schaltungsschichten
aufgebaut werden.
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3D ist
eine Querschnittsansicht, nachdem lichtempfindliche Schichten 350 zum
Ausbilden von Schaltungsstrukturen bereitgestellt worden sind.
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Ein
photolithographisches Verfahren oder ein Siebdruckverfahren können verwendet
werden, um Schaltungen auszubilden. Bei der vorliegenden Erfindung
wird ein photolithographisches Verfahren bevorzugt. Das photolithographische
Verfahren kann entsprechend des verwendeten empfindlichen Materials
unterklassifiziert werden: trockener Film und flüssiges sensibilisiertes Material.
Bei der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt ein trockener Film
verwendet. Somit bestehen die lichtempfindlichen Schichten aus einem
trockenen Film 350, der aus einem Photolackfilm, einem
Mylar-Film zur Bereitstellung von Flexibilität und einem Deckfilm besteht.
Der Deckfilm wird in einem Laminierungsprozess abgezogen, während der
Mylar-Film dahingehend fungiert, den Photolackfilm in dem Laminierungsprozess zu
schützen,
und er wird unmittelbar vor einem Entwicklungsprozess abgezogen.
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3E ist
eine Querschnittsansicht nach dem Ätzen des auf die Kernschicht 340 ausgerichteten
trockenen Films 350, um eine Zwischenverbindungsstruktur 351 auszubilden.
Die Ausbildung der Zwischenverbindungsstruktur 351 wird
durch Belichtung und Entwicklung (in dieser Reihenfolge) bewirkt.
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Hinsichtlich
der Belichtung wird ein nicht gezeigter Vorlagenfilm in Gestalt
der auszubildenden Zwischenverbindungsstruktur 351 eng
auf den trockenen Film 350 gelegt, der dann mit UV-Licht
belichtet wird, um das lichtempfindliche Material zu einer chemischen Änderung
zu induzieren. Weil er UV-Licht blockiert, schützt der an dem trockenen Film 350 fest
haftende Vorlagenfilm das Gebiet der Zwischenverbindungsstruktur 351 gegenüber dem UV-Licht,
während
er gestattet, daß das
andere Gebiet des trockenen Films mit dem UV-Licht belichtet wird.
Das belichtete Gebiet des trockenen Films 350 wird gehärtet, wohingegen
das nicht belichtete Gebiet unverändert bleibt.
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Eine
Entwicklung wird durchgeführt,
um das nicht belichtete Gebiet aufzulösen, wodurch das gehärtete Gebiet
des trockenen Films 350 zurückbleibt, was zu der Zwischenverbindungsstruktur 351 führt. Eine
Lösung
aus 1% Natriumcarbonat (Na2CO3)
oder Kaliumcarbonat (K2CO3)
wird üblicherweise
als Entwickler verwendet.
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Sicherlich
sollte jeder Zwischenverbindungspunkt jeder Elektronikkomponente,
in dieser Patentdokumentation dargestellt, anders in ein getrenntes Pad
auf einer Platine geschaltet werden. Aus Gründen der Zweckmäßig keit
jedoch wird die detaillierte Zwischenverbindungsgestalt gründlich abgekürzt.
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3F ist
eine Querschnittsansicht nach dem Ausbilden einer inneren Zwischenverbindungsstruktur 352 der
Kernschicht 340, wobei die Zwischenverbindungsstruktur
des trockenen Films 350 als ein Ätzlack dient. Es versteht sich,
dass die durch Photolithographie ausgebildete Trockenfilm-Zwischenverbindungsstruktur
nicht für
die Zwischenverbindung verantwortlich ist, sondern die resultierende Zwischenverbindungsstruktur
der Kupferfolie wirkt effektiv als ein Zwischenverbindungsmittel.
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Für die Ausbildung
der Zwischenverbindungsstruktur der Kupferfolie kann ein Ätzverfahren, ein
additives Verfahren oder ein Siebdruckverfahren unter Verwendung
leitender Paste angewendet werden, wobei das Ätzverfahren bevorzugt wird.
Wenn ein Ätzverfahren
angewendet wird, kann als Ätzmittel eine
Eisenchloridlösung,
eine Kupfer(II)-chlorid-Lösung
(CuCl2), eine alkalische Lösung oder
eine Wasserstoffperoxid-Schwefelsäure-Lösung
verwendet werden.
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3G ist
eine Querschnittsansicht nach dem Abziehen des Ätzlacks des trockenen Films 350, um
die innere Zwischenverbindungsstruktur 352 der Metallfolien 310a und 310b zu
offenbaren.
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Als
eine Entlaminierungslösung
zum Abziehen des Ätzlacks
kann bevorzugt eine Natriumhydroxidlösung oder Kaliumhydroxidlösung verwendet werden.
Wenn die Hydroxidgruppe der Entlaminierungslösung mit der Carboxylgruppe
des trockenen Films reagiert, löst
sich dieser Film vom Substrat ab.
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3H ist
eine Querschnittsansicht nach dem Abscheiden einer Decke einer Isolationsschicht 360 über der
Kernschicht 340, in der die Zwischenverbindungsstruktur
der Metallfolien freigelegt ist.
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Für den Laminierungsprozess
kann im allgemeinen üblicherweise
ein Prepreg mit Cu-Folie oder harzbeschichteter Cu-Folie verwendet
werden. Der allgemeine Prozess kann in diesem Prozeß angepaßt werden.
Aber als zweckmäßigerer
und weniger stressiger Prozeß wäre eine
derartige Laminierung vom Filmtyp eine bessere Wahl. In diesem Patent werden
wir den Laminierungsprozess vom Filmtyp zeigen.
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Die
Isolationsschicht 360 verhindert den direkten Kontakt der
Zwischenverbindungsstruktur der Metallfolien 310a und 310b mit
einer stromlos plattierten Kupferschicht 380a und einer
elelktroplattierten Kupferschicht 380b, was später beschrieben wird.
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3I ist
eine Querschnittsansicht nach dem Ausbilden von Durchgangslöchern 370 durch die
mit der Isolationsschicht 360 bedeckte Kernschicht 340.
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Die
Durchgangslöcher 370 fungieren
dahingehend, die erste Metallfolie 310a mit der zweiten Metallfolie 310b zu
verbinden, und werden durch Bohren ausgebildet. Nach dem Bohren
werden ein Entgratungsprozess und ein Entschmierungsprozess durchgeführt, um
verschiedene, während
des Bohrens erzeugte Verunreinigungen oder Kontaminierungen zu entfernen.
Im allgemeinen gibt es zwei Arten von durch die Platine ausgebildeten
Löchern:
in eine sollen Komponenten so eingesetzt werden, dass sie elektrisch
mit den auf der gegenüberliegenden
Seite ausgebildeten Zwischenverbindungen kommunizieren; und die
andere Seite ist nur gedacht für
eine elektrische Verbindung zwischen zwei Schichten. In der vorliegenden
Erfindung werden nur Löcher
für eine
elektrische Verbindung zwischen zwei Schichten verwendet.
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Der
Entgratungsprozess erfolgt, um während des
Bohrens erzeugte Kupferfoliengrate, Staub auf den Innenwänden der
Löcher
und Staub und Fingerabdrücke
auf den Kupferfolien zu entfernen. Außerdem verleiht der Entgratungsprozess
der Oberfläche der
Kupferfolien Rauheit, um die Haftung von Kupfer daran in einem später zu beschreibenden
Plattierungsprozess zu erhöhen.
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Was
den Entschmierungsprozess angeht, so soll er Schmiere entfernen,
die aus dem Schmelzen des Substratharzes aufgrund der beim Bohren
erzeugten Wärme
herrührt.
Da sie bei der Qualitätsverschlechterung
des auf den inneren Seitenwänden der
Löcher
plattierten Kupfers eine entscheidende Rolle spielt, muss solche
Schmiere entfernt werden.
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3J ist
eine Querschnittsansicht nach dem Verkupfern der inneren Seitenwände der
Durchgangslöcher 370,
gefolgt von einem Einfüllen
eines Füllmittels 371 in
die Durchgangslöcher 370.
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Zum
Verkupfern der inneren Seitenwände der
Durchgangslöcher 370 werden
sequentiell ein stromloser Plattierungsprozess (380a) und
ein elektroplattierender Plattierungsprozess (380b) durchgeführt. Allgemein
ist ein stromloser Plattierungsprozess der einzige Prozess, mit
dem man Leitfähigkeit für Oberflächen von
Nichtleitern wie etwa Harzen, Keramiken, Glas und dergleichen erhalten
kann. In der vorliegenden Erfindung werden die inneren Seitenwände der
Durchgangslöcher 370 auf
stromlose Plattierungsweise verkupfert, um Zwischenschichtzwischenverbindungen
elektrisch in Verbindung zu setzen.
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Aufgrund
des Vorliegens der stromlos plattierten Kupferschicht 380a kann
Elektroplattieren mit Kupfer durchgeführt werden. In der Regel kann
ein Elektroplattierungsprozeß dickere
und qualitativ hochwertigere plattierte Schichten ausbilden als
ein stromloser Plattierungsprozess. Infolgedessen ist die elektroplattierte
Kupferschicht 380b dicker und von höherer Qualität als die
stromlos plattierte Kupferschicht 380a.
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Das
Füllmittel 371 ist
bevorzugt eine leitende Paste.
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3K ist
eine Querschnittsansicht nach dem Abscheiden einer Decke aus einem
trockenen Film 350 für
eine äußere Zwischenverbindungsstruktur über dem
resultierenden Aufbau, in der die Kernschicht 340 verkupfert
ist.
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3L ist
eine Querschnittsansicht nach dem Durchführen eines photolithographischen
Prozesses zum Ausbilden einer äußeren Zwischenverbindungsstruktur 390,
wobei der trockene Film 350 als Maske dient. Dieser Prozess
ist ähnlich
dem für die
Ausbildung der inneren Zwischenverbindungsstruktur 352,
oben beschrieben.
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3M ist
eine Querschnittsansicht nach dem Entfernen des trockenen Films 350,
um die äußere Zwischenverbindungsstruktur
der stromlos plattierten Kupferschicht 380a und der elektroplattierten Kupferschicht 380b zu
offenbaren. Dieser Entlaminierungsprozeß kann auf die gleiche Weise
wie oben beschrieben durchgeführt
werden.
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3N ist
eine Querschnittsansicht nach dem Abscheiden der Isolationsschichten 391a und 391b über der
ganzen Oberfläche
des Aufbaus, in dem die äußere Zwischenverbindungsstruktur 390 ausgebildet
ist, gefolgt von der Ausbildung einer Schaltungsstruktur 392 auf
jeder der Isolationsschichten.
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3O ist
eine Querschnittsansicht einer mehrschichtigen PCB, nachdem durch
mehrschichtigen Druck wie oben beschrieben ein Aufbau bewerkstelligt
worden ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 4A bis 4N werden
Querschnittsansichten angegeben, um ein Verfahren zum Herstellen
einer PCB mit eingebetteten Komponenten gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen. Das in 4A bis 4N dargestellte Verfahren
ist ähnlich
dem in 3A bis 3O dargestellten
mit der Ausnahme, dass anstelle der zweiten Metallfolie 310b eine
zweite Metallfolie 410, auf der Elektronikkomponenten montiert
sind, verwendet wird, um eine PCB mit in beiden Seiten davon eingebetteten
Elektronikkomponenten herzustellen.
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Im
Detail werden wie in 4A gezeigt Elektronikkomponenten 320 auf
einer ersten Metallfolie 410a und einer zweiten Metallfolie 410b montiert,
mit elektrischen Verbindungen zwischen den Elektronikkomponenten 420 und
der ersten Metallfolie 410a und zwischen den Elektronikkomponenten 420 und der
zweiten Metallfolie 410b, und ein Laminierungsglied 410 ist
zwischen der ersten Metallfolie 410a und der zweiten Metallfolie 410b derart
plaziert, dass die mit Komponenten bestückten Oberflächen jeder
der ersten Metallfolie 410a und der zweiten Metallfolie 410b dem
Laminierungsglied 410 zugewandt sind.
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Sowohl
die erste Metallfolie 410a als auch die zweite Metallfolie 410b sind
bevorzugt aus Kupferfolie hergestellt. Um ausreichend Steifheit
aufzuweisen, kann die Kupferfolie dick sein oder sie kann mit einer
Versteifung verstärkt
sein. In diesem Fall kann die Versteifung über Band an der Kupferfolie angebracht
sein. Bevorzugt kann das Band vom wärme- oder UV-ablösbaren Typ
sein, um die Laminierung zu erleichtern.
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Im
Gegensatz zu herkömmlichen
Verfahren, bei denen Elektronikkomponenten 420 auf Leiterplatten
montiert werden, auf denen bereits Schaltungsstrukturen ausgebildet
worden sind, kann durch den Einsatz der Kupferfolie Wärme ohne
weiteres selbst dann von dort abgeleitet werden, wenn Durchgangslöcher für die Wärmeableitung
nicht vorgesehen sind. Deshalb kann die vorliegende Erfindung das
Problem der Wärmeableitung,
das beim Montieren einer hohen Dichte integrierter Schaltungen auftritt,
sogar ohne zusätzliche
Laser- oder Bohrprozesse
stark reduzieren.
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Die
Elektronikkomponenten 420 können aktive Komponenten (z.B.
Transistoren, Operationsverstärker
(OPAMPs) usw.) umfassen, die Eingänge und Ausgänge aufweisen
und konstante Beziehungen zwischen Eingängen und Ausgängen selbst
einfach bei elektrischer Anwendung darauf aufweisen, und/oder passive
Komponenten (z.B. Widerstände, Induktionsspulen,
Kondensatoren usw.), die von sich aus nicht arbeiten können, sondern
nur in Verbindung mit aktiven Komponenten funktionieren.
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Unter
Verwendung einer Siebdrucktechnik kann eine stromleitende Paste,
ein anisotroper leitender Film (ACF) oder Lot oder eine nichtleitende
Paste (NCP) durch Dispensieren usw. im voraus auf einer Seite der
Kupferfolie aufgebracht werden.
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Je
nach den Umständen
ist das Laminierungsglied 410 bevorzugt aus einem wärmehärtbaren
Harz vom B-Zustand hergestellt. Die wärmehärtbare Schicht vom B-Zustand überwindet
das Problem der Delamination in dem Substrat oder der Platine bei
Unterdrucksetzung, wie später
zu beschreiben ist.
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4B ist
eine Querschnittsansicht nach dem Integrieren der ersten Metallfolie 410a und
der zweiten Metallfolie 410b in das Laminierungsglied durch
Drücken
beider von ihnen gegen das Laminierungsglied 410, um eine
Kernschicht 440 auszubilden. Das Drücken erfolgt durch Aufbringen
externer Wärme
auf das Laminierungsglied. Bei Vorliegen von Wärme erweicht die wärmehärtbare Schicht
des B-Zustands, so dass das Laminierungsglied 410 eng an
der ersten Metallfolie 410a und der zweiten Metallfolie 410b haften
kann, ohne irgendeinen Hohlraum dazwischen zurückzulassen. Die erweichte wärmehärtbare Schicht
im B-Zustand kann als Puffer gegen das Drücken dienend das Problem der
Delaminierung des Substrats und der Platine lösen.
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Typische
wärmehärtbare Schichten
im B-Zustand werden mit Glasfasern verstärkt, so dass wahrscheinlich
ist, dass sie beim Pressen Elektronikkomponenten beschädigen. Das
in der vorliegenden Erfindung verwendete Laminierungsglied hat jedoch
einen hohen Harzgehalt oder kann im voraus so verarbeitet werden,
dass es Hohlräume
an Stellen aufweist, wo beim Pressen Schäden erwartet werden.
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Nach
der Ausbildung der Kernschicht 440 kann eine Schaltung
so strukturiert werden, damit in erster Linie Defekte detektiert
werden. Somit kann die vorliegende Erfindung fehlerhafte Platinen
früh detektieren,
im Vergleich zu herkömmlichen
Techniken, die Defekte erst nach der Ausbildung der endgültigen Schaltungsschicht
finden können.
Diese frühe
Detektion von fehlerhaften Platinen unmittelbar nach der Ausbildung
der Kernschicht 440 weit vor der Ausbildung der endgültigen Schaltungsschicht
erfreut sich des Vorteils, daß die
Produktionskosten stark reduziert werden, weil die Platinen, falls
fehlerhaft, entsorgt werden, ohne dass zusätzliche Schaltungsschichten
aufgebaut werden.
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4C ist
eine Querschnittsansicht, nachdem lichtempfindliche Schichten 450 zum
Ausbilden von Schaltungsstrukturen bereitgestellt worden sind. Zum
Ausbilden von Schaltungen kann ein photolithographisches Verfahren
oder ein Siebdruckverfahren verwendet werden. In der vorliegenden
Erfindung wird ein photolithographisches Verfahren bevorzugt.
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4D ist
eine Querschnittsansicht nach dem Ätzen des auf die Kernschicht 440 ausgerichteten
trockenen Films 450, um eine Zwischenverbindungsstruktur 451 auszubilden.
Die Ausbildung der Zwischenverbindungsstruktur 451 wird
durch Belichtung und Entwicklung (in dieser Reihenfolge) bewirkt.
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4E ist
eine Querschnittsansicht nach dem Ausbilden einer inneren Zwischenverbindungsstruktur 452 der
Kernschicht 440, wobei die Zwischenverbindungsstruktur
des trockenen Films 450 als ein Ätzlack dient.
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4F ist
eine Querschnittsansicht nach dem Abziehen des Ätzlacks des trockenen Films 450, um
die innere Zwischenverbindungsstruktur 452 der Metallfolien 410a und 410b zu
offenbaren.
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4G ist
eine Querschnittsansicht nach dem Abscheiden einer Decke einer Isolationsschicht 460 über der
Kernschicht 440, in der die Zwischenverbindungsstrukturen
der Metallfolien freigelegt sind.
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Die
Isolationsschicht 460 fungiert dahingehend, den direkten
Kontakt der Zwischenverbindungsstruktur der Metallfolien 410a und 410b mit
einer stromlos plattierten Kupferschicht 380a und einer elektroplattierten
Kupferschicht 380b zu verhindern, die später beschrieben
werden.
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4H ist
eine Querschnittsansicht nach dem Ausbilden von Durchgangslöchern 470 durch die
mit der Isolationsschicht 460 bedeckte Kernschicht 440.
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4I ist
eine Querschnittsansicht nach dem Verkupfern der inneren Seitenwände der
Durchgangslöcher 470,
gefolgt von einem Einfüllen
eines Füllmittels 371 in
die Durchgangslöcher 470.
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Zum
Verkupfern der inneren Seitenwände der
Durchgangslöcher 470 werden
sequentiell ein stromloser Plattierungsprozess (480a) und
ein elektroplattierender Plattierungsprozess (480b) durchgeführt.
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Das
Füllmittel 371 ist
bevorzugt eine leitende Paste.
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4J ist
eine Querschnittsansicht nach dem Abscheiden einer Decke aus einem
trockenen Film 450 für
eine äußere Zwischenverbindungsstruktur über dem
resultierenden Aufbau, in der die Kernschicht 440 verkupfert
ist.
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4K ist
eine Querschnittsansicht nach dem Durchführen eines photolithographischen
Prozesses zum Ausbilden einer äußeren Zwischenverbindungsstruktur 490,
wobei der trockene Film 450 als Maske dient. Dieser Prozess
ist ähnlich
dem für die
Ausbildung der inneren Zwischenverbindungsstruktur 452 oben
beschrieben.
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4L ist
eine Querschnittsansicht nach dem Entfernen des trockenen Films 450,
um die äußere Zwischenverbindungsstruktur 490 der
stromlos plattierten Kupferschicht 480a und der elektroplattierten
Kupferschicht 480b zu offenbaren. Dieser Entlaminierungsprozess
kann auf die gleiche Weise wie oben beschrieben durchgeführt werden.
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4M ist
eine Querschnittsansicht nach dem Abscheiden der Isolationsschichten 491a und 491b über der
ganzen Oberfläche
des Aufbaus, in dem die äußere Zwischenverbindungsstruktur 490 ausgebildet
ist, gefolgt von der Ausbildung einer Schaltungsstruktur 492 auf
jeder der Isolationsschichten.
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4N ist
eine Querschnittsansicht einer mehrschichtigen PCB, nachdem durch
mehrschichtigen Druck wie oben beschrieben ein Aufbau bewerkstelligt
worden ist.
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Wie
hier oben beschrieben kann das Verfahren zum Herstellen einer PCB
mit eingebetteten Komponenten gemäß der vorliegenden Erfindung fehlerhafte
Platinen früh
detektieren, wie etwa unmittelbar nach der Ausbildung der Kernschicht,
im Vergleich zu herkömmlichen
Techniken, die Defekte erst nach der Ausbildung der letzten Schaltungsschicht finden
können.
Diese frühe
Detektion von fehlerhaften Platinen unmittelbar nach der Ausbildung
der Kernschicht weit vor der Ausbildung der endgültigen Schaltungsschicht erfreut
sich des Vorteils, daß die Produktionskosten
stark reduziert werden, weil die Platinen, falls fehlerhaft, entsorgt
werden, ohne daß zusätzliche
Schaltungsschichten aufgebaut werden.
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Im
Gegensatz zu herkömmlichen
PCBs mit eingebetteten Elektronikkomponenten, die Laser- oder mechanisches
Bohren zur Ausbildung von Hohlräumen
erfordern, erfordert die vorliegende Erfindung keine derartigen
Laser- oder mechanischen Bohrprozesse
für die
Ausbildung von eingebetteten Komponenten. Zudem entfällt bei
der vorliegenden Erfindung ein BVH-Ausbildungsprozess (Blind Via Hole),
der zuvor als unabdingbar erkannt wurde, wodurch die Produktionskosten
signifikant reduziert werden.
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Außerdem dient
die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete erweichte
wärmehärtende Schicht
im B-Zustand als Puffer gegen das Pressen zum Einbetten der auf
den Metallfolien montierten Komponenten und kann somit das Problem
der Entlaminierung des Substrats und der Platine beim Pressen lösen.
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Wenngleich
die Erfindung in Verbindung mit spezifischen Ausführungsformen
davon beschrieben worden ist, ist offensichtlich, dass sich für den Fachmann
viele Alternativen, Modifikationen und Variationen ergeben. Dementsprechend
sollen alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Variationen
eingeschlossen sein, die innerhalb des Gedankens und breiten Schutzbereichs
der beigefügten
Ansprüche fallen.