DE102014200967A1 - Method for producing an electrically conductive via on a circuit carrier and assembly with a circuit carrier - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer elektrisch leitenden Durchkontaktierung (1) an einem Schaltungsträger (10), wobei der Schaltungsträger (10) zumindest im Wesentlichen aus Kunststoff mit in dem Kunststoff angeordneten metallischen Teilchen besteht, und wobei in einem ersten Schritt (30) ein Schaltungsträger (10) mit einer Durchgangsöffnung (11) mit einem ersten Querschnitt (13) mit einer Längsachse (12) erzeugt wird, wobei die Durchgangsöffnung (11) in einem zweiten Schritt (40) mittels eines Laserstrahls (101) unter Ausbildung eines zweiten Querschnitts (17) bearbeitet wird, um die metallischen Teilchen an der Oberfläche des Schaltungsträgers (10) im Bereich der Durchgangsöffnung (11) freizulegen, und dass in einem dritten Schritt (50) die Durchgangsöffnung (11) mit dem zweiten Querschnitt (13) durch ein Beschichtungsverfahren zumindest bereichsweise metallisiert wird.The invention relates to a method for producing an electrically conductive via (1) on a circuit carrier (10), wherein the circuit carrier (10) consists at least substantially of plastic with metallic particles arranged in the plastic, and wherein in a first step (30) a circuit carrier (10) having a through opening (11) with a first cross section (13) having a longitudinal axis (12) is produced, wherein the through opening (11) in a second step (40) by means of a laser beam (101) to form a second Cross-section (17) is processed to expose the metallic particles on the surface of the circuit substrate (10) in the region of the through hole (11), and in that in a third step (50), the through hole (11) with the second cross section (13) a coating process is metallized at least in certain areas.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer elektrisch leitenden Durchkontaktierung an einem Schaltungsträger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Baugruppe, die einen nach einem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildeten Schaltungsträger aufweist. The invention relates to a method for producing an electrically conductive via on a circuit carrier according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an assembly having a formed by a method according to the invention circuit carrier.
Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Praxis bereits bekannt, und lässt sich beispielsweise bei Bauteilen anwenden, wie diese in der
Während sich an der Oberfläche des Schaltungsträgers angeordnete Leiterbahnen mittels einer Bearbeitung durch einen Laserstrahl als vorbereitenden Prozess relativ einfach erzeugen lassen, besteht bei der Ausbildung von Durchkontaktierungen die Problematik, dass üblicherweise konisch ausgebildete, vorgefertigte Durchgangsöffnungen im Bereich der späteren Kontaktierungen verwendet werden, derart, dass der Laserstrahl auf die konischen Flächen der Durchgangsöffnung auftritt, und dort den Kunststoff teilweise verdrängt bzw. verdampft. Mittels einer derartigen Technologie lassen sich in der Regel jedoch keine zylindrischen, d.h. einen zumindest im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweisende Durchkontaktierungen erzeugen. Darüber hinaus ist es aufgrund der konischen Durchgangsöffnung (beispielsweise mit einem Winkel von 30° gegenüber der Längsachse) bei dicken Bauteilen nicht möglich, Durchkontaktierungen in geringen Abständen zueinander anzuordnen, so dass eine viele Durchkontaktierung benötigende Schaltung einen relativ großen Bauraum benötigt. While it is relatively easy to produce conductor tracks arranged on the surface of the circuit carrier by means of a laser beam as a preparatory process, the problem arises in the formation of plated-through holes that usually conical, prefabricated through holes are used in the area of the later contacts such that the laser beam on the conical surfaces of the passage opening occurs, and there the plastic partially displaced or evaporated. By virtue of such technology, however, generally no cylindrical, i. produce a vias having at least substantially constant cross-section. In addition, due to the conical passage opening (for example, with an angle of 30 ° relative to the longitudinal axis) with thick components, it is not possible to arrange plated-through holes at short distances from one another, so that a circuit requiring many plated-through holes requires a relatively large installation space.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung einer elektrisch leitenden Durchkontaktierung an einem Schaltungsträger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass zumindest im Wesentlichen einen konstanten Querschnitt aufweisende Durchgangsöffnungen auf relativ einfache Art und Weise erzeugt werden können. Based on the illustrated prior art, the invention has the object, a method for producing an electrically conductive via on a circuit substrate according to the preamble of claim 1 such that at least substantially generates a constant cross-section having through holes in a relatively simple manner can be.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der erste Querschnitt der Durchgangsöffnung vorzugsweise als zylindrischer Querschnitt ausgebildet wird, und dass der Laserstrahl zumindest im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Durchgangsöffnung auf die dem Laserstrahl zugewandte Stirnseite des Schaltungsträgers zumindest teilweise auf einen unmittelbar dem ersten Querschnitt der Durchgangsöffnung benachbarten Bereich ausgerichtet wird, so dass zur Ausbildung des zweiten Querschnitts Material außerhalb des ersten Querschnitts der Durchgangsöffnung aufgeschmolzen wird.This object is achieved in a method with the features of claim 1, characterized in that the first cross section of the through hole is preferably formed as a cylindrical cross section, and that the laser beam at least substantially parallel to the longitudinal axis of the through hole on the laser beam facing end side of the circuit substrate at least is partially aligned with an immediately adjacent to the first cross section of the through hole adjacent region, so that is melted to form the second cross section material outside the first cross section of the through hole.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird somit der Laserstrahl nicht auf die konisch bzw. kegelig ausgebildete Durchgangsöffnung gerichtet, sondern zumindest teilweise auf einen Bereich neben der Durchgangsöffnung, was bewirkt, dass das dort vorhandene (Kunststoff-)Material aufgeschmolzen wird, so dass der Querschnitt der ursprünglichen, vorgefertigten Durchgangsöffnung erweitert wird. Es hat sich dabei herausgestellt, dass in dem Randbereich bzw. der Begrenzung des Laserstrahls, die die Wand der endgültigen Durchgangsöffnung bzw. des zweiten Querschnitts ausbildet bei einem derartigen Verfahren die metallischen Partikel in gewünschter Art und Weise freigelegt werden können, so dass nach der Bearbeitung des Schaltungsträgers dieser einem nachfolgenden Beschichtungsprozess unterzogen werden kann, bei dem innerhalb der Durchgangsöffnung eine Metallisierung erfolgt. In contrast to the prior art, the laser beam is thus not directed to the conical or conical through-opening, but at least partially to a region adjacent to the passage opening, which causes the (plastic) material present there to be melted, so that the cross-section the original prefabricated passage opening is widened. It has been found that in the edge region or the boundary of the laser beam forming the wall of the final passage opening or the second cross section in such a method, the metallic particles can be exposed in the desired manner, so that after processing of the circuit substrate of this can be subjected to a subsequent coating process in which a metallization takes place within the passage opening.
Vorzugsweise ist der Schaltungsträger in der Form eines sogenannten MID-(Moulded Interconnect Device)-Schaltungsträgers ausgebildet. Unter einem MID-Schaltungsträger wird ein aus Kunststoff bestehender Schaltungsträger verstanden, der insbesondere als Spritzgussteil ausgebildet ist, wobei metallische Leitbahnen bzw. leitende Bereiche durch einen nachträglichen Prozess an der Oberfläche des Schaltungsträgers erzeugt werden. Hierbei finden dabei Schaltungsträger Verwendung, deren Material neben dem Kunststoff metallische Partikel enthält, die als Keimzellen zur nachfolgenden Beschichtung, beispielsweise durch einen galvanischen Beschichtungsprozess, zur Ausbildung der Leiterbahnen dienen. Dabei werden die Bereiche, in denen die Leiterbahnen ausgebildet werden, mittels eines Laserstrahls bearbeitet, so dass der Kunststoff des Schaltungsträgers in diesem Bereich die metallischen Partikel zumindest bereichsweise freigibt.The circuit carrier is preferably in the form of a so-called MID (Molded Interconnect Device) circuit carrier. An MID circuit carrier is understood to mean a circuit carrier made of plastic, which is designed in particular as an injection-molded part, wherein metallic interconnects or conductive regions are produced by a subsequent process on the surface of the circuit carrier. In this case, circuit carriers are used whose material contains metallic particles in addition to the plastic, which serve as germ cells for the subsequent coating, for example by a galvanic coating process, for the formation of the conductor tracks. In this case, the regions in which the interconnects are formed, processed by means of a laser beam, so that the plastic of the circuit substrate in this area, the metallic particles at least partially releases.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung einer elektrisch leitenden Durchkontaktierung an einem Schaltungsträger sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Advantageous developments of the method according to the invention for producing an electrically conductive via on a circuit carrier are listed in the subclaims.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei der der von dem Laserstrahl erzeugte zweite Querschnitt der (erweiterten) Durchgangsöffnung bereichsweise innerhalb des ersten Querschnitts der (ursprünglichen) Durchgangsöffnung angeordnet ist. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, dass aufgeschmolzenes Material in Teilbereiche des ersten Querschnitts verdrängt wird und somit es üblicherweise auch nicht erforderlich ist den Kunststoff zu verdampfen, was ansonsten für einen nachfolgenden Beschichtungsprozess insofern nachteilhaft wäre, als dass der Bereich der Durchgangsbohrung anschließend ggf. gereinigt werden müsste. Particularly preferred is a method in which the generated by the laser beam second cross section of the (enlarged) passage opening in regions within the first cross section of (original) through hole is arranged. Such a design has the advantage that the molten material is displaced into subregions of the first cross section and thus it is usually not necessary to evaporate the plastic, which would otherwise be disadvantageous for a subsequent coating process in that then the area of the throughbore is optionally cleaned would have to be.
Wie bereits erläutert, ist es insbesondere vorgesehen, dass der Laserstrahl derart eingestellt wird, dass das Material zumindest im Wesentlichen nur aufgeschmolzen wird. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass zumindest im Wesentlichen keine Verdampfung von Kunststoffmaterial stattfindet. Eine derartige Ausbildung lässt sich fertigungstechnisch besonders einfach realisieren, da beispielsweise Absaug- und Reinigungseinrichtungen nicht oder nur in geringerem Maße vorgesehen werden müssen.As already explained, it is provided in particular that the laser beam is adjusted such that the material is at least substantially only melted. In other words, this means that at least substantially no evaporation of plastic material takes place. Such a design can be particularly easy to realize in terms of manufacturing technology since, for example, extraction and cleaning devices do not have to be provided or only to a lesser extent.
Dadurch, dass das Material des Schaltungsträgers zumindest im Wesentlichen nur aufgeschmolzen wird, ist es von besonderem Vorteil, wenn das aufgeschmolzene Material teilweise in den ersten Querschnitt der Durchgangsöffnung verdrängt wird. Dadurch ist es bei geschickter Wahl der Querschnittsfläche bzw. der Form des ersten Querschnitts nicht erforderlich, beispielsweise Kunststoff von dem Schaltungsträger wegzuführen, wenn dieser zumindest im Wesentlichen im Bereich des ersten Querschnitts verdrängt wird. Because the material of the circuit carrier is at least substantially only melted, it is particularly advantageous if the molten material is partially displaced into the first cross section of the through opening. As a result, it is not necessary, if the cross-sectional area or the shape of the first cross-section is chosen skillfully, to lead plastic away from the circuit carrier, for example, if it is displaced at least substantially in the area of the first cross-section.
Gewünscht sind insbesondere Durchgangsöffnungen für die Durchkontaktierung, die einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisen. Daher ist es von Vorteil, wenn durch den Laserstrahl ein zumindest im Wesentlichen zylindrischer, runder zweiter Querschnitt erzeugt wird. In particular, passage openings for the through-connection which have a substantially round cross-section are desired. Therefore, it is advantageous if an at least substantially cylindrical, round second cross-section is generated by the laser beam.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Laserstrahls erwiesen, bei der der Laserstrahl einen Strahl- bzw. Kerndurchmesser von etwa 300µm aufweist. Ein derartiger Durchmesser hat den Vorteil, dass der Laserstrahl beispielsweise nicht in einer Ebene parallel zur Ebene des Schaltungsträgers bewegt werden muss, um eine Durchgangsöffnung mit einem gewünschten Durchmesser zu erzeugen. Dadurch wird insbesondere der steuerungstechnische Aufwand für den Laserstrahl zusätzlich verringert. Particularly advantageous is the use of a laser beam has proven in which the laser beam has a beam or core diameter of about 300μm. Such a diameter has the advantage that, for example, the laser beam does not have to be moved in a plane parallel to the plane of the circuit carrier in order to produce a passage opening with a desired diameter. As a result, in particular the control engineering effort for the laser beam is additionally reduced.
Wie oben erläutert ist es von Vorteil, wenn das durch den Laserstrahl aufgeschmolzene (Kunststoff-)Material des Schaltungsträgers teilweise in dem ersten Querschnitt der Durchgangsöffnung verdrängt wird. Als besonders geeignet hat sich dabei die Verwendung eines sternförmigen Querschnitts als erster Querschnitt herausgestellt. Hierbei wird das aufgeschmolzene Material im Bereich der Spitzen des sternförmigen Querschnitts verdrängt, während der Bereich zwischen den Spitzen durch den Laserstrahl aufgeschmolzen wird, so dass insgesamt ein zumindest im Wesentlichen runder zweiter Querschnitt erzeugbar ist. As explained above, it is advantageous if the (plastic) material of the circuit carrier melted by the laser beam is partially displaced in the first cross section of the passage opening. The use of a star-shaped cross section as the first cross section has proven to be particularly suitable. Here, the molten material is displaced in the region of the tips of the star-shaped cross-section, while the region between the tips is melted by the laser beam, so that an overall at least substantially round second cross-section can be generated.
Die Erfindung umfasst auch Baugruppe, insbesondere eine MID-Baugruppe, umfassend einen Schaltungsträger, der nach einem Verfahren erzeugt ist. The invention also includes an assembly, in particular an MID assembly, comprising a circuit carrier, which is produced by a method.
Insbesondere findet die Baugruppe Verwendung als Bestandteil einer Kraftfahrzeugkomponente.In particular, the assembly is used as part of a motor vehicle component.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.
Diese zeigt in:This shows in:
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen. The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.
In den
Der so vorgefertigte Schaltungsträger
Bei der Bearbeitung des Schaltungsträgers
In der
Das soweit beschriebene Verfahren bzw. der Schaltungsträger
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007016473 A1 [0002] DE 102007016473 A1 [0002]
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