DE102008003372A1

DE102008003372A1 - Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen zwei- oder dreidimensionalen Schaltungsträgern

Info

Publication number: DE102008003372A1
Application number: DE102008003372A
Authority: DE
Inventors: Thomas Leneke; Dirk Kaden; Sören Hirsch; Bertram Schmidt
Original assignee: Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Current assignee: Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2028-01-09
Also published as: DE102008003372B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen zwei- oder dreidimensionalen Schlatungsträgers, der einen spritzgegossenen Grundkörper 1 aufweist, auf den elektrische Leiterbahnen 2, 6, 10 aufgebracht sind, welche durch dielektrische Schichten 4, 8 isoliert und an gewünschten Stellen durch Kontaktlöcher 5, 9 elektrisch untereinander verbunden sind. Für den Erfolg eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wichtig, dass der Haftverbund zwischen den im Spritzgießverfahren aufgebrachten dielektrischen Isolationsschichten entscheidend verbessert wird, indem die jeweils oberste dielektrische Schicht vor dem Überspritzen mit einer weiteren dielektrischen Isolationsschicht durch partielles Aufschmelzen oder partiellen Materiaflächennah aufgeraut wird. Durch die Bestrahlung der nicht metallisierten Bereiche der jeweiligen dielektrischen Schicht entstehen an deren Oberfläche Mikroporösitäten und Hinterschneidungen, sodass die Oberflächenrauheit als Vorraussetzung für einen verbesserten Haftverbund in definierter Weise zunimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen zwei- oder dreidimensionalen Schaltungsträgers.
Spritzgegossene dreidimensionale Schaltungsträger, sogenannte Molded Interconnect Devices (MID), finden zunehmend Anwendung in der Automobilindustrie, der Medizintechnik oder auch der Kommunikationstechnik. Um auch komplexe elektronische Halbleiterbauelemente mit einer hohen Anzahl von elektrischen Ein- und Ausgängen auf spritzgegossenen dreidimensionalen Schaltungsträgern platzieren und verdrahten zu können, sind mehrere Verdrahtungsebenen nötig.
In der DE 19755398A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen dreidimensionalen Schaltkreises beschrieben. Bei diesem Verfahren wird der spritzgegossene, dreidimensionale Grundkörper zunächst mit der ersten Leiterbahnschicht ausgestattet. Anschließend wird eine dielektrische Isolationsschicht mithilfe eines Tauchprozesses hergestellt. Durch Wiederholen des Metallisierungsprozesses und des Tauchprozesses wird der endgültige mehrlagige dreidimensionale Schaltkreis hergestellt. Dieser Aufbauprozess ist kompliziert, weist eine geringe Reproduzierbarkeit auf und kann Anwendungen bei erhöhten Temperaturen nicht widerstehen.
In der EP 1 209 959 A2 ist die JP 7249873 als Stand der Technik für die Herstellung eines mehrlagigen, spritzgegossenen Schaltungsträgers zitiert, der durch das vollständige Umspritzen eines Grundkörpers hergestellt wird. Bei dieser Methode wird das Harzinjektionsverfahren verwendet. Dadurch ist die Materialauswahl für dieses System stark eingeschränkt. Insbesondere moderne Polymerwerkstoffe können nicht verwendet werden. Weiterhin muss der Grundkörper vollständig umspritzt werden, um eine ausreichende Verbindung zwischen Grundkörper und umspritzter Schicht zu gewährleisten, wodurch die Gestaltungsfreiheit eingeschränkt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen zwei- oder dreidimensionalen Schaltungsträgers anzugeben, mit dem bestehende Probleme bekannter Herstellungsverfahren derartiger Schaltungsträger weitgehend reduziert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es charakteristisch, dass ausgehend von einem nahezu beliebig zweidimensional oder dreidimensional geformten Grundkörper durch Wiederholung der beiden Verfahrensschritte "Metallisieren einer dielektrischen Schicht" und "Aufspritzen einer dielektrischen Isolationsschicht im Spritzgießverfahren" ein mehrlagiger zwei- oder dreidimensionaler Schaltungsträger hergestellt wird. Für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wichtig, dass der Haftverbund zwischen den dielektrischen Isolationsschichten entscheidend verbessert wird, indem die jeweils oberste dielektrische Isolationsschicht vor dem Überspritzen mit der folgenden dielektrischen Isolationsschicht durch partielles Aufschmelzen oder partiellen Materialabtrag mittels elektromagnetischer Strahlung mindestens bereichsweise aufgeraut wird. Durch die Bestrahlung der nicht metallisierten Bereiche der jeweiligen dielektrischen Isolationsschicht entstehen an deren Oberfläche Mikroporösitäten und Hinterscheidungen, sodass die Oberflächenrauheit als Voraussetzung für einen verbesserten Haftverbund in definierter Weise zunimmt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die nicht metallisierte Oberfläche der dielektrischen Isolationsschicht durch partielles Aufschmelzen und/oder partiellen Materialabtrag mittels elektromagnetischer Strahlung eines Infrarotlasers aufgeraut.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine der im Spritzgießverfahren aufgebrachten dielektrischen Isolationsschichten eine thermoplastische Polymerschicht. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die im Spritzgießverfahren aufgebrachten thermoplastischen Polymerschichten aus dem gleichen Material bestehen, insbesondere aus dem gleichen Material wie der zwei- oder dreidimensionale Grundkörper. Dadurch werden thermische Deformationen, wie sie bei der Verwendung von unterschiedlichen Materialien aufgrund von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auftreten, wirksam vermieden.
Weitere Vorteile der Verwendung von Polymermaterialien im erfindungsgemäßen Verfahren sind insbesondere deren Kosteneffizienz und hohe Reproduzierbarkeit sowie die Resistenz der gefertigten Schaltungsträger gegen Chemikalien bzw. Umwelteinflüsse und deren thermische Stabilität bei erhöhten Prozesstemperaturen. Durch Verwendung hochtemperaturbeständiger Polymere wird der Schaltungsträger für bleifreie Lötprozesse mit benötigten Löttemperaturen von 250°C verwendbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen in den beigefügten Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. 1 zeigt die Struktur eines Schaltungsträgers mit drei Schichten elektrischer Leiterbahnen. Die Abfolge der im erfindungsgemäßen Verfahren angewendeten Prozessschritte wird in den 2A bis 2J veranschaulicht. Dabei zeigen im Einzelnen:
2A einen spritzgegossenen dreidimensionalen Grundkörper
2B die Erzeugung elektrischer Leiterbahnen auf dem Grundkörper
2C das Aufrauen der nicht metallisierten Oberfläche des Grundkörpers
2D die Erzeugung der ersten aufgespritzten dielektrischen Isolationsschicht
2E die Erzeugung der Kontaktlöcher
2F die Erzeugung der elektrischen Leiterbahnen auf der aufgespritzten dielektrischen Isolationsschicht und die Metallisierung der Kontaktlöcher
2G das Aufrauen der nicht metallisierten Oberfläche der aufgespritzten dielektrischen Isolationsschicht
2H die Erzeugung der zweiten aufgespritzten dielektrischen Isolationsschicht
2I die Erzeugung der Kontaktlöcher in der zweiten aufgespritzten dielektrischen Isolationsschicht
2J die Erzeugung elektrischer Leiterbahnen auf der aufgespritzten dielektrischen Isolationsschicht und die Metallisierung der Kontaktlöcher
Entsprechend 1 weist ein dreilagiger dreidimensionaler Schaltungsträger, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, einen spritzgegossenen dreidimensionalen Grundkörper 1 aus einem thermoplastischen Polymer auf. Auf den Grundkörper 1 sind drei Schichten elektrischer Leiterbahnen 2, 6 und 10 aufgebracht, zwischen denen sich eine erste und eine zweite dielektrische Isolationsschicht 4 und 8 befinden. Außerhalb des Bereichs der elektrischen Leiterbahnen weisen der Grundkörper 1 und die erste dielektrische Isolationsschicht 4 definiert aufgeraute Oberflächenschichten 3 und 7 auf. Kontaktlöcher 5 und 9 ermöglichen den Kontakt zu den Leiterbahnen.
Gemäß 2A wird ein geformter Grundkörper 1 vorzugsweise aus einem thermoplastischen Polymer spritzgießtechnisch hergestellt. Wie in 2B und den nachfolgenden Zeichnungsfiguren schematisch dargestellt ist, werden anschließend auf der Oberfläche des Grundkörpers mit bekannten Metallisierungsverfahren elektrische Leiterbahnen 2 aufgebracht. Die nicht metallisierten Oberflächen 3 des Grundkörpers 1 müssen im Folgenden aufgeraut werden, um eine formschlüssige Haftung der im Spritzgießverfahren aufgebrachten Isolationsschicht 4 aus einem thermoplastischen Polymer zu ermöglichen. Das Aufrauen der nicht metallisierten Oberflächen 3 erfolgt mittels eines Infrarotlasers, dessen Strahlung die nicht metallisierten Oberflächen 3 so verändert, dass sich Mikroporösitäten und Hinterscheidungen bilden, und somit die Oberflächenrauheit zunimmt. Im folgenden Prozessschritt wird der wie beschrieben behandelte Grundkörper in ein geeignetes Spritzgießwerkzeug eingelegt und mit einer dünnen Isolationsschicht 4 überspritzt. Diese aufgespritzte Isolationsschicht 4 kann sich aufgrund der vorbehandelten Oberfläche 3, der Temperatur während des Einspritzvorgangs und des flüssigen Zustandes des eingespritzten Materials während des Einspritzvorgangs mit der Oberfläche 3 des Grundkörpers 1 vereinigen, sodass eine haftfeste Verbindung zwischen Grundkörper 1 und Isolationsschicht 4 entsteht. Die Isolationsschicht 4 besteht vorteilhaft aus dem gleichen Material wie der Grundkörper 1, wodurch sich Vorteile im thermischen Verhalten des Schaltungsträgers ergeben. Alternativ sind auch verschiedene Materialkombinationen möglich, wobei Isolationsschicht jedoch aus einem dielektrischen Material bestehen muss. Um den elektrischen Kontakt zu den nun verdeckten elektrischen Leiterbahnen 2 zu ermöglichen, werden Kontaktlöcher 5 vorzugsweise durch Laserbohren hergestellt. Hierfür kann beispielsweise der gleiche Laser wie für die Aufrauung der Oberfläche 3 verwendet werden, wobei die Laserparameter entsprechend angepasst werden müssen. Nachfolgend wird mit bekannten Metallisierungsverfahren eine zweite Schicht mit elektrischen Leiterbahnen 6 sowie die Metallisierung der Kontaktlöcher 5 erzeugt.
Durch Wiederholen der beschriebenen Prozessschritte kann nun wiederum die nicht metallisierte Oberfläche 7 der Isolationsschicht 4 aufgeraut und mit einer zweiten dünnen Isolationsschicht 8 überspritzt werden. Es werden erneut Kontaktlöcher 9 gebohrt und mit bekannten Metallisierungsverfahren kann eine weitere Schicht mit elektrischen Leiterbahnen 10 sowie die Metallisierung der Kontaktlöcher 9 erzeugt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19755398 A1 [0003]
- EP 1209959 A2 [0004]
- JP 7249873 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen zwei- oder dreidimensionalen Schaltungsträgers mittels folgender Schritte: a) auf die Oberfläche eines zwei- oder dreidimensionalen Grundkörpers (1), bei dem mindestens eine oberste Schicht aus einem dielektrischen Material besteht, werden mittels eines an sich bekannten Metallisierungsverfahrens erste elektrische Leiterbahnen (2) aufgebracht, b) die nicht metallisierte Oberfläche des Grundkörpers (1) wird durch partielles Aufschmelzen und/oder partiellen Materialabtrag mittels elektromagnetischer Strahlung mindestens in den Bereichen aufgeraut, in denen im nachfolgenden Schritt c) eine erste dielektrische Schicht (4) aufgebracht wird, c) auf vorbestimmte Bereiche der ersten elektrischen Leiterbahnen (2) und der Oberfläche des Grundkörpers (1) wird im Spritzgießverfahren die erste dielektrische Schicht (4) aufgebracht, in der sodann Kontaktlöcher (5) zur elektrischen Kontaktierung der nun verdeckten ersten elektrischen Leiterbahnen (2) erzeugt werden, d) auf die Oberfläche der ersten dielektrischen Schicht (4) werden mittels eines an sich bekannten Metallisierungsverfahrens zweite elektrische Leiterbahnen (6) aufgebracht und sodann die Schritte b) und c) in analoger Weise auf die erste dielektrische Schicht (4) und die zweiten elektrischen Leiterbahnen (6) angewendet, e) wahlweise wird auf die oberste dielektrische Schicht mindestens eine weitere Lage einer Leiterbahn und eine diese überdeckende dielektrische Schicht in analoger Anwendung des Schritts d) aufgebracht oder das Verfahren beendet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht metallisierte Oberfläche der dielektrischen Schicht durch partielles Aufschmelzen und/oder partiellen Materialabtrag mittels der elektromagnetischen Strahlung eines Infrarotlasers aufgeraut wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der im Spritzgießverfahren aufgebrachten dielektrischen Schichten eine thermoplastische Polymerschicht (4, 8) ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Spritzgießverfahren aufgebrachten thermoplastischen Polymerschichten (4, 8) aus dem gleichen Material bestehen.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Spritzgießverfahren aufgebrachten thermoplastischen Polymerschichten (4, 8) aus dem gleichen Material wie die oberste Schicht des zwei- oder dreidimensionalen Grundkörpers (1) bestehen.