DE102020102363A1 - Herstellen einer trapezförmigen Durchgangsöffnung in einem Komponententräger Material - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Komponententrägers, wobei das Verfahren ein Bereitstellen einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur, welche eine Vorderseite und eine Rückseite hat, wobei die Vorderseite mit einer ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur bedeckt ist und die Rückseite mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur bedeckt ist, ein Ausführen eines ersten Öffnungsvorgangs, insbesondere eines ersten Laserbohrens, durch die erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur und in die elektrisch isolierende Schichtstruktur von der Vorderseite, um dadurch ein Sackloch in der elektrisch isolierenden Schichtstruktur zu bilden, und danach ein Ausführen eines zweiten Öffnungsvorgangs aufweist, insbesondere eines zweiten Laserbohrens, durch die zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur und durch die elektrisch isolierende Schichtstruktur von der Rückseite, um dadurch das Sackloch zu einer Durchgangsöffnung zu erweitern, insbesondere einer Laser Durchgangsöffnung mit einer im Wesentlichen trapezförmigen Form.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Komponententrägers und auf einen Komponententräger.
  • Technologischer Hintergrund
  • Im Kontext von wachsenden Produktfunktionalitäten von Komponententrägern, welche mit einer oder mehreren elektronischen Komponenten versehen sind, und steigender Miniaturisierung solcher Komponenten sowie einer steigenden Anzahl von Komponenten, welche auf Komponententräger, beispielsweise gedruckte Leiterplatten, zu montieren sind, werden zunehmend leistungsstärkere Array-artige Komponenten oder Packages mit vielen Komponenten verwendet, welche eine Mehrzahl von Kontakten oder Verbindungen haben, mit immer kleinerem Abstand zwischen diesen Kontakten. Das Ableiten von Wärme, die von solchen Komponenten und dem Komponententräger selbst während des Betriebs erzeugt wird, wird zu einer zunehmenden Problematik. Gleichzeitig sollen Komponententräger mechanisch robust und elektrisch zuverlässig sein, um selbst unter rauen Bedingungen betriebsfähig zu sein. Alle diese Anforderungen gehen Hand in Hand mit einer fortschreitenden Miniaturisierung von Komponententräger und ihren Bestandteilen.
  • Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, elektrisch leitfähige Schichtstrukturen und/oder Komponenten, welche in einem Komponententräger eingebettet sind, effizient mit guter Qualität zu kontaktieren. Das Bilden von mechanischen Vias und Laser Vias, welche mit Kupfer gefüllt werden können, kann für diese und weitere Zwecke vorteilhaft sein. Allerdings ist es wünschenswert, dass die elektrischen Verbindungen in einem Komponententräger zuverlässig sind.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es mag ein Bedarf für eine elektrische Verbindung in einem Komponententräger mit einer hohen elektrischen Zuverlässigkeit bestehen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Komponententrägers bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Bereitstellen einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur aufweist, die eine Vorderseite und eine Rückseite hat, wobei die Vorderseite mit einer ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur bedeckt ist und die Rückseite mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur bedeckt ist; ein Ausführen eines ersten Öffnungsvorgangs (insbesondere eines ersten Laserbohrens) durch die erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur und in die elektrisch isolierende Schichtstruktur von der Vorderseite aufweist, um dadurch ein Sackloch in der elektrisch isolierenden Schichtstruktur zu bilden; und danach ein Ausführen eines zweiten Öffnungsvorgangs (insbesondere eines zweiten Laserbohrens) durch die zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur und durch die elektrisch isolierende Schichtstruktur von der Rückseite aufweist, um dadurch das Sackloch zu einer Durchgangsöffnung (insbesondere einer Laser Durchgangsöffnung) mit einer im Wesentlichen trapezförmigen Form zu erweitern.
  • Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Komponententräger bereitgestellt, welcher eine elektrisch isolierende Schichtstruktur aufweist, die eine Vorderseite und eine Rückseite hat; eine erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur aufweist, welche die Vorderseite der elektrisch isolierenden Schichtstruktur bedeckt; eine zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur aufweist, welche die Rückseite der elektrisch isolierenden Schichtstruktur bedeckt; eine Durchgangsöffnung (insbesondere eine Laser Durchgangsöffnung) aufweist, welche eine im Wesentlichen trapezförmige Form hat, welche sich durch die erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur, die elektrisch isolierende Schichtstruktur und die zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur erstreckt, und ein elektrisch leitfähiges Füllmaterial aufweist, welches zumindest einen Teil der Durchgangsöffnung (insbesondere der Laser Durchgangsöffnung) füllt (d. h. nur einen Teil der Durchgangsöffnung füllt, während ein anderer Teil frei von dem Füllmaterial bleibt, oder die gesamte Durchgangsöffnung mit dem Füllmaterial füllt), wobei Materialschnittstellen in Schnittstellenbereichen zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial und zwischen der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial gebildet werden.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Komponententräger“ insbesondere jede Stützstruktur bezeichnen, welche geeignet ist, eine oder mehrere Komponenten darauf und/oder darin aufzunehmen, um eine mechanische Stütze und/oder elektrische Konnektivität bereitzustellen. In anderen Worten kann ein Komponententräger als ein mechanischer und/oder elektronischer Träger für Komponenten konfiguriert sein. Insbesondere kann ein Komponententräger eines sein von einer gedruckten Leiterplatte, einem organischen Interposer, und einem IC (integrierter Schaltkreis) Substrat. Ein Komponententräger kann auch ein Hybrid-Board sein, welches verschiedene der oben genannten Typen von Komponententräger kombiniert.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Schichtstruktur“ insbesondere eine durchgehende Schicht, eine strukturierte Schicht oder eine Mehrzahl von nicht-zusammenhängenden Inseln in einer gemeinsamen Ebene bezeichnen.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Laserbohren“ insbesondere ein Entfernen von Material einer elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und/oder einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur bezeichnen, indem ein Laserstrahl auf die jeweilige Schichtstruktur gerichtet wird. Die Energie des Laserstrahls entfernt dann das Material der jeweiligen Schichtstruktur, um dadurch ein korrespondierendes Bohrloch zu bilden.
  • Im Kontext der vorliegenden Erfindung kann der Begriff „Sackloch“ insbesondere ein Loch bezeichnen, welches einen geschlossenen Boden hat. Spezifischer kann sich ein Sackloch in der elektrisch isolierenden Schichtstruktur auf ein Loch beziehen, welches bis zu einer bestimmten Tiefe gebildet ist, ohne zu der anderen Seite der elektrisch isolierenden Schichtstruktur durchzubrechen.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Durchgangsöffnung“ insbesondere ein Loch bezeichnen, welches einen offenen Boden hat. Spezifischer kann sich eine Durchgangsöffnung, welche sich durch die elektrisch isolierende Schichtstruktur und die elektrisch leitfähige Schichtstrukturen erstreckt, auf ein Loch beziehen, welches derartig gebildet ist, dass es sich vollständig durch das Material der elektrisch isolierenden Schichtstruktur und der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen erstreckt, und welches insbesondere und vorzugsweise mittels Laserbearbeitung gebildet ist. Somit kann die Durchgangsöffnung eine Laser Durchgangsöffnung sein. Eine Durchgangsöffnung kann beispielsweise durch eine Kombination von Laserschüssen von der Vorderseite und der Rückseite hergestellt werden, d. h. von den zwei entgegengesetzten Hauptoberflächen der Schichtstrukturen. Ein oder mehrere Laserschüsse können von jeder dieser Seiten ausgeführt werden. Das Bilden einer Durchgangsöffnung mittels Laserbearbeitung von nur einer Hauptoberfläche ist ebenfalls möglich. Ferner kann das Bilden einer Durchgangsöffnung auch mittels anderer Verfahren als Laserbearbeitung ausgeführt werden, beispielsweise mittels einer Plasmabehandlung.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Durchgangsöffnung mit im Wesentlichen trapezförmiger Form“ insbesondere eine Durchgangsöffnung bezeichnen, welche sich durch die elektrisch isolierende Schichtstruktur und die elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen erstreckt und in einem Querschnitt rechtwinklig zu den Hauptoberflächen der Schichtstrukturen die Form eines Trapezes hat. Ein Trapez kann als ein konvexes Viereck mit einem Paar paralleler Seiten bezeichnet werden, wobei die verbleibenden zwei Seiten nicht parallel zueinander sein mögen. Die parallelen Seiten können auch zu den Schichtstrukturen parallel sein, wobei die nicht-parallelen Seiten sich in einer geneigten Weise durch die elektrisch isolierende Schichtstruktur erstrecken können. In einer dreidimensionalen Ansicht kann die Durchgangsöffnung (wenn sie mit elektrisch leitfähigem Füllmaterial gefüllt ist) im Wesentlichen die Form eines Kegelstumpfs (truncated cone) haben (in anderen Worten eines Stumpfs (frustum) eines Kegels). Allerdings versteht es sich für den Fachmann, dass eine im Wesentlichen trapezförmige Form geringe Abweichungen von einer streng trapezförmigen Form haben kann, und beispielsweise als ein leicht asymmetrisches Trapez geformt sein kann. Ein Grund für eine solche geringe Abweichung kann ein leichter Versatz (Offset) zwischen der Laserbearbeitung der Vorderseite und der Laserbearbeitung der Rückseite der elektrisch isolierenden Schichtstruktur sein. Ein derartiger Versatz kann wiederum von Ungenauigkeiten in der Ausrichtung, etc. verursacht sein.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Materialschnittstelle“ insbesondere einen Bereich bezeichnen, an welchem die Oberfläche einer Materialstruktur gegen die Oberfläche einer anderen Materialstruktur anstößt. Die anstoßenden Materialien können verschiedene Materialien sein oder können dasselbe Material (beispielsweise Kupfer) sein. Allerdings ist eine Kupfer/Kupfer Schnittstelle verschiedener Kupferstrukturen in einer Querschnittsansicht des Komponententrägers dennoch sichtbar. Beispielsweise kann eine der Kupferstrukturen eine strukturierte Kupferfolie sein, wobei die andere Kupferstruktur beschichtetes Kupfer (plated copper) (insbesondere mittels galvanischer Beschichtung gebildet) sein kann. Wie dem Fachmann bekannt ist, kann das Bilden von beschichtetem Kupfer weiter gefördert werden, indem vorher eine sehr dünne Impfschicht gebildet wird (beispielsweise mittels stromloser Abscheidung). Selbst wenn eine solche extrem dünne Impfschicht zwischen den zwei beschriebenen Kupferstrukturen vorhanden ist - als Beispiel für die Materialstrukturen, welche eine Materialschnittstelle dazwischen haben - wird ein Fachmann dennoch berücksichtigen, dass die zwei beschriebenen Kupferstrukturen (in dem Beispiel eine strukturierte Kupferfolie und Kupfer, welches mittels galvanischer Beschichtung gebildet ist) eine Materialschnittstelle dazwischen haben.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Durchgangsöffnung mit einer im Wesentlichen trapezförmigen Querschnittsform in einem Stapel gebildet, welcher aus einer zentralen elektrisch isolierenden Schichtstruktur zusammengesetzt ist, die mit zwei elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen auf entgegengesetzten Hauptoberflächen bedeckt ist. Zum Herstellen einer derartigen Durchgangsöffnung kann zuerst ein Fenster in eine der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen mittels eines ersten Öffnungsvorgangs (insbesondere einem ersten Laserstrahl) geöffnet werden, welcher nur einen kleinen Teil des Materials der elektrisch isolierenden Schichtstruktur unter dem Fenster zusätzlich entfernt. Auf diesen ersten Öffnungsvorgang (insbesondere die erste Laserbehandlung) kann ein zweiter Öffnungsvorgang (insbesondere eine zweite Laserbehandlung mit einem zweiten Laserstrahl) von einer Rückseite folgen, welcher das Bilden der trapezförmigen Durchgangsöffnung vervollständigt. Vorzugsweise kann der erste Öffnungsvorgang ein Laserverfahren sein (kann aber auch ein anderes Materialentfernungsverfahren sein), während der zweite Öffnungsvorgang bevorzugt ebenfalls ein Laserverfahren sein kann (aber auch ein anderes Materialentfernungsverfahren sein kann).
  • Ein nachfolgendes Verfahren zum Füllen der hergestellten Durchgangsöffnungen mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise beschichtetem Kupfer, kann mit einer hohen Effizienz ausgeführt werden und ohne das Risiko, große Leerstellen (voids) in der Öffnung zu bilden. Allerdings können charakteristische Materialschnittstellen zwischen den elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen (beispielsweise strukturierten Kupferfolien) einerseits und dem elektrisch leitfähigen Füllmedium (beispielsweise Kupfer, das mittels galvanischer Beschichtung gebildet ist) andererseits der Fingerabdruck des beschriebenen Verfahrens sein.
  • Mittels Einstellens des ersten Laserstrahls als eine bevorzugte Ausführungsform des ersten Öffnungsvorgangs mit einer ausreichend kleinen Energie oder Leistung, um sicherzustellen, dass der erste Laserschuss nicht bis zu der entgegengesetzten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur reicht, kann eine unerwünschte Reflexion des Laserstrahls an der entgegengesetzten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und ein unerwünschtes Schmelzen der entgegengesetzten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur als Folge der Energieeinwirkung des Laserstrahls verhindert werden. Indem verhindert wird, dass der erste Laserstrahl die entgegengesetzte elektrisch leitfähige Schichtstruktur erreicht, können Probleme in der Zuverlässigkeit der gebildeten Laser Durchgangsöffnung zuverlässig vermieden werden.
  • Im Allgemeinen können beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung verschiedene Laserstrahlen zum Bohren von der Vorderseite und der Rückseite in einem günstig gesteuerten Verhältnis verwenden, um eine Laserreflexion und/oder ein laserinduziertes Schmelzen unter der Öffnung in der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (insbesondere einer Kupferöffnung) zu verhindern. Ganz allgemein können beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung eine andere Materialentfernungstechnologie als Laserbestrahlung für den ersten Öffnungsvorgang und/oder für den zweiten Öffnungsvorgang verwenden. Besonders bevorzugt ist im Wesentlichen kein zusätzlicher Aufwand in Bezug auf die Hardware und die Verarbeitungsressourcen zum Ausführen des beschriebenen Verfahrens notwendig.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung stellt einen Komponententräger mit einer trapezförmigen Öffnung in einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur bereit, um eine zuverlässige Laser Durchgangsöffnung zu erhalten. Dies kann insbesondere für dünne Kerne (d. h. für elektrisch isolierende Schichtstrukturen, welche eine Dicke von kleiner als 100 µm, insbesondere kleiner als 60 µm, haben) vorteilhaft sein. Das hergestellte Laservia hat eine trapezförmige Form mit einer unteren Breite, die größer als die obere Breite ist. Eine derartige trapezförmige Laser Durchgangsöffnung kann insbesondere mittels eines zweistufigen Laserbohrverfahrens gebildet werden: Zuerst ein Laserbohren von der Vorderseite zum Bilden eines flachen Sacklochs. Anschließend ein Laserbohren von der Rückseite, um das Sackloch zu einer Durchgangsöffnung zu erweitern. Optional ist es nachfolgend möglich, die Laser Durchgangsöffnung teilweise oder vollständig mit elektrisch leitfähigem Material zu füllen. Beispielsweise kann dies mittels einer zweistufigen Metall Füllprozedur (insbesondere mittels Beschichtens) bewerkstelligt werden. Zuerst kann eine im Wesentlichen horizontale elektrisch leitfähige Brücke gebildet werden, welche zwei entgegengesetzte konkave Oberflächen hat. Auf diese Prozedur kann ein Füllen von konkaven Vertiefungen über und unter der Brücke folgen, zum Beispiel in einer oder mehreren weiteren Beschichtungsprozeduren.
  • Vorteilhafterweise bildet die beschriebene Herstellungsarchitektur keine Engstelle (bottle hole), wenn die elektrisch isolierende Schichtstruktur (insbesondere wenn sie als ein dünner Kern verkörpert ist) gebohrt wird. Darüber hinaus kann eine X-Form der Laser Durchgangsöffnung vermieden werden, was zu einer besseren Belastungsverteilung in dem Laservia führt. Ferner kann eine höhere Zuverlässigkeit erzielt werden, da die Gefahr einer Bodenabtrennung zuverlässig vermieden werden kann. Darüber hinaus kann eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ein einfacheres und schnelleres Laserverfahren bereitstellen als beispielsweise Sackloch Ansätze. Ferner kann ein Füllverfahren zum Füllen der Laser Durchgangsöffnung mit elektrisch leitfähigem Material einfacher sein, da das Via nach dem Überbrücken durch ein Sackloch auf der Unterseite und eine Vertiefung auf der Vorderseite dargestellt wird. Die Zuverlässigkeit des Verfahrens zum Bilden eines derartigen Laservias ist hoch.
  • Ausführliche Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden weitere beispielhafte Ausführungsformen des Verfahrens und des Komponententrägers erläutert.
  • In einer Ausführungsform können das erste Laserbohren und das zweite Laserbohren derartig ausgeführt werden, dass die Laser Durchgangsöffnung mit der im Wesentlichen trapezförmigen Form sich von der Rückseite zu der Vorderseite hin verjüngt. Beispielsweise kann die Verjüngung zwischen der Vorderseite und der Rückseite kontinuierlich konisch sein. Der schmalste Teil der Laser Durchgangsöffnung kann sich an der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur befinden.
  • In einer Ausführungsform wird das erste Laserbohren ohne eine konforme Maske (conformal mask) auf der Vorderseite ausgeführt. Entsprechend kann das zweite Laserbohren ohne eine konforme Maske auf der Rückseite durchgeführt werden. Insbesondere kann das erste Laserbohren ohne ein vorheriges Bilden eines Fensters in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur ausgeführt werden. Dementsprechend kann das zweite Laserbohren ohne ein vorheriges Bilden eines Fensters in der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur ausgeführt werden. Auf das Bilden einer Maske und eines Fensters auf/in der jeweiligen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur vor dem Laserverfahren kann verzichtet werden, beispielsweise wenn die äußere Oberfläche der jeweiligen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur vor dem Laserverfahren eine Oberflächenbehandlung (beispielsweise dem Bilden von schwarzem Oxid) erhalten hat. Derartiges schwarzes Oxid kann die Tendenz von Laserlicht unterdrücken, an der äußeren Oberfläche der jeweiligen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur reflektiert zu werden. Daher kann das Verfahren vorzugsweise das Bilden von schwarzem Oxid an einer äußeren Oberfläche von zumindest einer der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur vor dem Laserbohren durch die erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur bzw. die zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur aufweisen. Allerdings kann auch jede andere Oberflächenbehandlungsprozedur ausgeführt werden, beispielsweise indem ein Bondfilmverfahren oder ein Z-Verfahren ausgeführt wird. Jede Vorbehandlung für ein Laserverfahren kann verwendet werden. Alternativ ist auch ein direktes Laserbohren einer ausreichend dünnen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur möglich. Beispielsweise ist ein direktes Bohren möglich, wenn die Dicke der jeweiligen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur ausreichend dünn ist, beispielsweise 2 µm.
  • In einer Ausführungsform kann das erste Laserbohren mit einem schmaleren Laserstrahl als das zweite Laserbohren ausgeführt werden. Eine Konsequenz eines derartigen Verfahrens kann die trapezförmige Form der Laser Durchgangsöffnung sein. Dies kann das Bilden von Belastungszentren verhindern, welche in herkömmlichen Verfahren auftreten, die zu X-förmigen Laser Durchgangsöffnungen führen. Was die verschiedenen Größen der Laserstrahlen während des Bohrens der Vorderseite und des Bohrens der Rückseite betrifft, kann der Effekt eines Vorderseite-zu-Rückseite-Versatzes berücksichtigt werden. Falls die Differenz der Größen nicht den Versatz abdeckt, kann ein großer Überhang auf einer Seite entstehen, und ein Defekt kann in der Form auftreten, welche dann nicht mehr trapezförmig ist. Daher sollte der Versatz so klein wie möglich gehalten werden. In einer Ausführungsform wird das erste Laserbohren mit einer geringeren Laserenergie durchgeführt als das zweite Laserbohren. Ein weicher und ausreichend niederenergetischer erster Laserschuss von der Vorderseite kann sicherstellen, dass der erste Laserschuss sich nicht bis zu der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur erstreckt. Dies kann ein unerwünschtes Erwärmen und eine Verringerung der Belastbarkeit verhindern. Im Gegensatz dazu kann ein nachfolgender harter und ausreichend hochenergetischer zweiter Laserschuss von der Rückseite sicherstellen, dass das vorher gebildete flache Sackloch erweitert werden kann, um eine Durchgangsöffnung zu erhalten.
  • In einer Ausführungsform wird das erste Laserbohren ausgeführt zum Fördern einer Wärmeübertragung in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur in eine horizontale Richtung und zum Inhibieren der Wärmeübertragung in eine vertikale Richtung. Dies kann vorteilhaft die vertikale Ausdehnung des Sacklochs nach dem ersten Laserschuss von der Vorderseite begrenzen. Als Folge können Probleme in der Zuverlässigkeit vermieden werden.
  • Insbesondere kann das Verfahren das Fördern der Wärmeübertragung in die horizontale Richtung und das Inhibieren der Wärmeübertragung in die vertikale Richtung aufweisen, mittels Betreibens eines Laserstrahls während des ersten Laserbohrens an einem instabilen Verarbeitungspunkt (instable processing point). Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Konfigurieren eines Laserstrahls zum Fördern der Wärmeübertragung in die horizontale Richtung und Inhibieren der Wärmeübertragung in die vertikale Richtung“ insbesondere bedeuten, dass zumindest ein Parameter, welcher den Laserstrahl charakterisiert, insbesondere seine Energie und/oder sein Betriebspunkt, derartig eingestellt ist, dass die Wärme der Laserenergie zu einem größeren oder wesentlichen Anteil in eine horizontale Richtung entlang der Ausdehnung der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur propagiert als vertikal in das Material der elektrisch isolierenden Schichtstruktur darunter. Somit kann nur ein kleinerer oder geringfügiger Anteil der Laserenergie vertikal propagieren. Ein sehr geeigneter Designparameter zum Steigern der horizontalen Wärmeübertragung und zum gleichzeitigen Reduzieren der vertikalen Wärmeübertragung ist das Einstellen der Energie des ersten Laserstrahls, wie im Folgenden ausführlicher mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben wird.
  • In einer Ausführungsform weist zumindest eines von dem ersten Laserbohren und dem zweiten Laserbohren nur einen einzigen Laserschuss auf. Alternativ weist zumindest eines des ersten Laserbohrens und des zweiten Laserbohrens eine Mehrzahl von Laserschüssen auf.
  • In einer Ausführungsform weist das Verfahren ein zumindest teilweises Füllen der Laser Durchgangsöffnung mit einem elektrisch leitfähigen Füllmaterial auf, vorzugsweise Kupfer. Beispielsweise weist das Füllen der Laser Durchgangsöffnung mit dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial zuerst das Bilden einer Impfschicht, beispielsweise mittels stromlosen Beschichtens (electroless plating), gefolgt von dem Abscheiden von zusätzlichem elektrisch leitfähigen Material auf, beispielsweise galvanisch.
  • In einer Ausführungsform weist das Füllen der Laser Durchgangsöffnung mit dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial das Bilden von Beschichtungsstrukturen (lining structures) auf, welche geneigte Seitenwände der im Wesentlichen trapezförmigen Laser Durchgangsöffnung mit elektrisch leitfähigem Füllmaterial beschichten, welches mit der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur verbindet. Entsprechend kann das elektrisch leitfähige Füllmaterial der Laser Durchgangsöffnung des Komponententrägers Beschichtungsstrukturen aufweisen, welche geneigte Seitenwände der im Wesentlichen trapezförmigen Laser Durchgangsöffnung mit elektrisch leitfähigem Füllmaterial beschichten, welches mit der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur verbindet. Die trapezförmige Form der Laser Durchgangsöffnung ist mit dem Bilden von Beschichtungsstrukturen perfekt kompatibel, ohne unerwünschte Leerstellen in einem Inneren davon. Dies kann eine hohe elektrische Zuverlässigkeit der mit Kupfer gefüllten Laser Durchgangsöffnung sicherstellen.
  • In einer Ausführungsform weist das Füllen der Laser Durchgangsöffnung mit elektrisch leitfähigem Material das Bilden einer im Wesentlichen horizontalen Brückenstruktur auf, welche die Beschichtungsstrukturen auf den geneigten Seitenwänden verbindet. Entsprechend kann das elektrisch leitfähige Füllmaterial der Laser Durchgangsöffnung des Komponententrägers eine im Wesentlichen horizontale Brückenstruktur aufweisen, welche die Beschichtungsstrukturen auf den geneigten Seitenwänden verbindet. Die sich verjüngende Konfiguration der Beschichtungsstrukturen kann beim Fortsetzen eines Beschichtungsverfahrens zum Bilden einer Brückenstruktur führen, welche entgegengesetzte Beschichtungsstrukturen in einer vertikalen Ebene seitlich verbindet, in welcher der Abstand zwischen den Beschichtungsstrukturen relativ klein ist. Dies kann das Bilden einer freihängenden Brückenstruktur mit hoher Zuverlässigkeit fördern. Insbesondere kann eine frei hängende, asymmetrische Brückenstruktur erzielt werden, welche sich außerhalb eines vertikalen Zentrums der Durchgangsöffnung befindet.
  • In einer Ausführungsform weist das Füllen der Laser Durchgangsöffnung mit elektrisch leitfähigem Material ein zumindest teilweises Füllen von verbleibenden Lücken über und/oder unter der Brückenstruktur und seitlich zwischen den Beschichtungsstrukturen mit weiterem elektrisch leitfähigen Füllmaterial auf. Nachdem die Beschichtungsstrukturen und die Brückenstruktur eine im Wesentlichen H-förmigen Struktur (allerdings mit geneigten langen Beinen des H) gebildet haben, kann ein Fortsetzen einer Kupferbeschichtungsprozedur zuverlässig die verbleibenden Lücken über und unter der Brückenstruktur und seitlich zwischen entgegengesetzten Beschichtungsstrukturen füllen.
  • In einer anderen Ausführungsform weist das Verfahren das Ausführen eines ersten Öffnungsvorgangs als ein Plasmaverfahren oder als ein Strukturieren eines fotostrukturierbaren Dielektrikums auf. Somit kann der erste Öffnungsvorgang auch mit einem Plasma- oder einem PID Verfahren als Alternative zu einem Laserverfahren durchgeführt werden.
  • In einer Ausführungsform kann zumindest eine der Materialschnittstellen zwischen der elektrisch leitfähigen Füllstruktur und der jeweiligen der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen im Wesentlichen schnabelförmig sein. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „schnabelförmig“ insbesondere eine Struktur bezeichnen, welche so ähnlich wie ein Dreieck oder ein „V“ geformt ist. Sie kann eine Form haben, die so ähnlich wie der Schnabel eines Vogels ist. Insbesondere können die schmalen Spitzen der schnabelförmigen Materialschnittstellen nach innen ausgerichtet sein, während die breiteren Abschnitte der schnabelförmigen Materialschnittstellen nach außen ausgerichtet sein können (siehe 6). Eine im Wesentlichen schnabelförmigen Materialschnittstelle kann insbesondere im Wesentlichen V-förmig oder im Wesentlichen U-förmig sein. Eine derartige Form kann durch einen Überhang von einem oder von beiden Enden von einer oder beiden der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen nach dem Bilden eines Fensters mittels Laserbohrens gefördert werden.
  • In einer Ausführungsform sind die Materialschnittstellen zwischen der elektrisch leitfähigen Füllstruktur und der jeweiligen von den elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen an oder in der Nähe von Ecken der elektrisch isolierenden Schichtstruktur zwischen der elektrisch leitfähigen Füllstruktur einerseits und einer jeweiligen von der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur andererseits angeordnet. Sie können allerdings in der Ebene der jeweiligen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur nach innen oder nach außen verschoben sein, abhängig von bestimmten Herstellungsfaktoren (beispielsweise abhängig von einem Überhang einer jeweiligen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur über die elektrisch isolierende Schichtstruktur hinaus neben der Laser Durchgangsöffnung und/oder abhängig von einem seitlichen Versatz zwischen dem Vorderseitenlaserstrahl und dem Rückseitenlaserstrahl).
  • In einer Ausführungsform sind die Materialschnittstellen Kupfer/Kupfer Schnittstellen. Insbesondere Kupfermaterial, welches mittels einer Kupferfolie bereitgestellt ist, und Kupfermaterial, welches mittels Beschichtens (insbesondere mittels stromlosen Beschichtens und/oder galvanischen Beschichtens) bereitgestellt ist, können eindeutig unterschieden werden, wenn ein Querschnitt eines Komponententrägers experimentell analysiert wird. Selbst Abschnitte der elektrisch leitfähigen Füllstruktur, welche in verschiedenen Beschichtungsstufen gebildet werden, können beim experimentellen Analysieren eines Querschnitts eines Komponententrägers unterschieden werden.
  • In einer Ausführungsform weist das elektrisch leitfähige Füllmaterial der Laser Durchgangsöffnung lückenfüllende Strukturen auf. Diese können eine erste lückenfüllende Struktur, welche eine verbleibende Lücke über der Brückenstruktur zumindest teilweise füllt, und/oder eine zweite lückenfüllende Struktur enthalten, welche eine verbleibende Lücke unter der Brückenstruktur zumindest teilweise füllt. In anderen Worten kann die entsprechende Lücke vollständig mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt sein. In einem solchen Szenario kann eine obere Oberfläche der elektrisch leitfähigen Füllstruktur planar sein und mit einer oberen Oberfläche der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur fluchten. Entsprechend kann eine untere Oberfläche der elektrisch leitfähigen Füllstruktur planar sein und mit einer unteren Oberfläche der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur fluchten. Allerdings ist es alternativ auch möglich, dass die jeweilige Lücke nur teilweise mit metallischem Material der elektrisch leitfähigen Füllstruktur gefüllt ist. In einem solchen Szenario kann eine Aussparung an einer oberen Oberfläche und/oder einer unteren Oberfläche der elektrisch leitfähigen Füllstruktur verbleiben.
  • Die obere Lücke kann an einer Unterseite durch eine obere konkave Oberfläche der Brückenstruktur definiert sein. Die untere Lücke kann an einer Oberseite durch eine untere konkave Oberfläche der Brückenstruktur definiert sein. Somit kann eine Oberfläche der Brückenstruktur auf der Vorderseite konkav sein. Es ist auch möglich, dass eine Oberfläche der Brückenstruktur auf der Rückseite konkav ist. Angesichts der trapezförmigen Form und der korrespondierenden sich verjüngenden Geometrie kann die konkave Oberfläche der Brückenstruktur auf der Rückseite eine größere Krümmung als die konkave Oberfläche der Brückenstruktur auf der Vorderseite haben.
  • In einer Ausführungsform weist der Komponententräger zumindest eine weitere Materialschnittstelle zwischen den Beschichtungsstrukturen und zumindest einer der lückenfüllenden Strukturen und/oder zwischen der Brückenstruktur und zumindest einer der lückenfüllenden Strukturen auf. Da die Beschichtungsstrukturen, die Brückenstruktur und die lückenfüllenden Strukturen in verschiedenen, aufeinanderfolgenden Beschichtungsstufen hergestellt werden können, können Sie durch experimentelles Analysieren eines Querschnitts des Komponententrägers unterschieden werden.
  • In einer Ausführungsform hat eine seitliche äußere Oberfläche des elektrisch leitfähigen Füllmaterials eine geneigte, im Wesentlichen gerade Form. Die Seitenwand des elektrisch leitfähigen Füllmaterials kann daher frei von Kanten und Engstellen sein, die herkömmlicherweise Belastungszonen darstellen. Folglich kann die Zuverlässigkeit des Komponententrägers verbessert werden.
  • In einer Ausführungsform ist ein kleinster äußerer Durchmesser des elektrisch leitfähigen Füllmaterials auf der Vorderseite angeordnet. Von dieser Vorderseite kann sich der Durchmesser des elektrisch leitfähigen Füllmaterials kontinuierlich bis zu der Rückseite vergrößern. Diese Geometrie kann die Tendenz unterdrücken, unerwünschte materialfreie Leerstellen in einem Inneren der elektrisch leitfähigen Füllstruktur zu bilden (wie sie bei einer Laser Durchgangsöffnung mit einer X-Form auftreten können).
  • In einer Ausführungsform ist eine vertikale Dicke der elektrisch isolierenden Schichtstruktur kleiner als 110 µm, insbesondere kleiner als 60 µm. Somit ist das beschriebene Verfahren insbesondere vorteilhaft zum Bilden von Laser Durchgangsöffnungen in relativ dünnen Kernen.
  • In einer Ausführungsform kann ein Verhältnis zwischen einer kleineren Seitenlänge des Trapezes an der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und einer größeren Seitenlänge des Trapezes an der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur in einem Bereich zwischen 0,6 und 0,8 sein. Die zwei Seiten mit kleinerer und größerer Seitenlänge können parallel zueinander sein. Insbesondere wenn der genannte Wert 0,6 oder größer ist, kann dies zuverlässig einen übermäßigen Überhang verhindern und zu einer geeigneten Zuverlässigkeit führen. Um Defekte, wie beispielsweise Überreste und einen Überhang, zu vermeiden, sollte der genannte Wert nicht zu hoch sein, beispielsweise kann er bis zu 0,8 betragen.
  • In einer Ausführungsform weist der Komponententräger einen Stapel von zumindest einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur und zumindest zwei elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen auf. Beispielsweise kann der Komponententräger ein Laminat der genannten elektrisch isolierenden Schichtstruktur(en) und der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur(en) sein, insbesondere gebildet, indem mechanischer Druck und/oder thermische Energie aufgebracht werden. Der genannte Stapel kann einen plattenförmigen Komponententräger bereitstellen, welcher zum Bereitstellen einer großen Montageoberfläche für weitere Komponenten geeignet ist und welcher dennoch sehr dünn und kompakt ist. Der Begriff „Schichtstruktur“ kann insbesondere eine zusammenhängende Schicht, eine strukturierte Schicht, oder eine Mehrzahl von nicht zusammenhängenden Inseln in einer gemeinsamen Ebene bezeichnen.
  • In einer Ausführungsform ist der Komponententräger plattenförmig. Dies trägt zu dem kompakten Design bei, wobei der Komponententräger dennoch eine große Basis zum Montieren von Komponenten darauf bereitstellt. Ferner kann insbesondere ein nackter Chip, als Beispiel für eine eingebettete elektronische Komponente, aufgrund seiner geringen Dicke in eine dünne Platte, wie beispielsweise eine gedruckte Leiterplatte, leicht eingebettet werden.
  • In einer Ausführungsform ist der Komponententräger als eines aus der Gruppe konfiguriert, bestehend aus einer gedruckten Leiterplatte und einem Substrat (insbesondere einem IC Substrat).
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „gedruckte Leiterplatte“ (PCB) insbesondere einen Komponententräger (welcher plattenförmig (d. h. planar), dreidimensional gebogen (beispielsweise wenn er unter Verwendung von 3D Drucken hergestellt ist), oder welcher irgendeine andere Form haben kann) bezeichnen, welcher mittels Laminierens von mehreren elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen mit mehreren elektrisch isolierenden Schichtstrukturen gebildet ist, beispielsweise mittels Aufbringens von Druck, falls gewünscht begleitet von der Zufuhr thermische Energie. Als bevorzugte Materialien für die PCB Technologie sind die elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen aus Kupfer, wohingegen die elektrisch isolierenden Schichtstrukturen Harz und/oder Glasfasern aufweisen können, sogenanntes Prepreg oder FR4 Material. Die verschiedenen elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen können miteinander auf gewünschte Weise mittels Bildens von Durchgangsöffnungen durch das Laminat verbunden werden, beispielsweise mittels Laserbohrens oder mechanischen Bohrens, und mittels Füllens derselben mit elektrisch leitfähigem Material (insbesondere Kupfer), wobei dadurch Vias als Durchgangsöffnung-Verbindungen gebildet werden. Neben einer oder mehreren Komponenten, welche in einer gedruckten Leiterplatte eingebettet sein können, ist eine gedruckte Leiterplatte typischerweise zum Aufnehmen von einer oder mehreren Komponenten auf einer oder beiden entgegengesetzten Oberflächen der plattenförmigen gedruckten Leiterplatte konfiguriert. Diese können mit der jeweiligen Hauptoberfläche mittels Lötens verbunden sein. Ein dielektrischer Teil einer PCB kann aus Harz mit verstärkenden Fasern (beispielsweise Glasfasern) zusammengesetzt sein.
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Substrat“ insbesondere einen kleinen Komponententräger bezeichnen, welcher im Wesentlichen dieselbe Größe wie eine Komponente (insbesondere einer elektronischen Komponente) hat, die darauf zu montieren ist. Insbesondere kann ein Substrat als ein Träger für elektrische Verbindungen oder elektrische Netzwerke verstanden werden, sowie als Komponententräger, der mit einer gedruckten Leiterplatte (PCB) vergleichbar ist, allerdings mit einer beträchtlich höheren Dichte von seitlichen und/oder vertikal angeordneten Verbindungen. Seitliche Verbindungen sind zum Beispiel leitfähige Pfade, wohingegen vertikale Verbindungen beispielsweise Bohrlöcher sein können. Diese seitlichen und/oder vertikalen Verbindungen sind in dem Substrat angeordnet und können zum Bereitstellen von elektrischen und/oder mechanischen Verbindungen von eingehäusten Komponenten oder nicht eingehäusten Komponenten (beispielsweise nackten Chips), insbesondere von IC Chips, zu einer gedruckten Leiterplatte oder einer Zwischen-gedruckten Leiterplatte (intermediate printed circuit board) verwendet werden. Somit beinhaltet der Begriff „Substrat“ auch „IC Substrate“. Ein dielektrischer Teil eines Substrats kann aus Harz mit verstärkenden Partikeln (beispielsweise verstärkende Kugeln, insbesondere Glaskugeln) aufgebaut sein.
  • Ein Substrat oder Interposer kann aufweisen oder bestehen aus zumindest einer Schicht aus Glas, Silizium, Keramik und/oder organischem Material (zum Beispiel Harz). Ein Substrat oder Interposer kann auch ein fotostrukturierbares oder trockenätzbares organisches Material aufweisen, beispielsweise Epoxid-basierte Aufbaufolien (build-up films) oder Polymerverbindungen wie Polyimid, Polybenzoxazol, oder Benzocyclobuten.
  • In einer Ausführungsform weist die zumindest eine elektrisch isolierende Schichtstruktur zumindest eines aus der Gruppe auf, bestehend aus Harz (beispielsweise verstärktes oder nicht-verstärktes Harz, beispielsweise Epoxidharz oder Bismaleinimid-Triazin Harz, insbesondere FR-4 oder FR-5), Cyanatester, Polyphenylen Derivat, Glas (insbesondere Glasfasern, Glaskugeln, mehrschichtigem Glas, Glas-artigen Materialien), Prepreg Material, fotostrukturierbarem dielektrischen Material, Polyimid, Polyamid, flüssigkristallinem Polymer (LCP), Epoxid-basierter Aufbaufolie, Polytetrafluorethylen (Teflon), einer Keramik, und einem Metalloxid. Verstärkende Materialien, beispielsweise Netze, Fasern oder Kugeln, beispielsweise aus Glas (mehrschichtiges Glas) können ebenfalls verwendet werden. Obwohl Prepreg, FR4, oder Epoxid-basierte Aufbaufolie oder fotostrukturierbare Dielektrika typischerweise bevorzugt sind, können auch andere Materialien verwendet werden. Für Hochfrequenzanwendungen können Hochfrequenzmaterialien wie Polytetrafluorethylen, flüssigkristallines Polymer und/oder Cyanatester Harze in dem Komponententräger als elektrisch isolierende Schichtstruktur implementiert sein.
  • In einer Ausführungsform weist die zumindest eine elektrisch leitfähige Schichtstruktur zumindest eines aus der Gruppe auf bestehend aus Kupfer, Aluminium, Nickel, Silber, Gold, Palladium, und Wolfram. Obwohl Kupfer typischerweise bevorzugt ist, sind auch andere Materialien oder beschichtete Versionen davon möglich, insbesondere beschichtet mit einem supraleitfähigen Material wie Graphen.
  • Es ist auch möglich, den Komponententräger mit zumindest einer oberflächenmontierten und/oder eingebetteten Komponente bereitzustellen. Die zumindest eine Komponente kann ausgewählt sein aus einer Gruppe bestehend aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Inlay, einem elektrisch leitfähigen Inlay (beispielsweise ein Metallinlay, welches vorzugsweise Kupfer oder Aluminium aufweist), einer Wärmeübertragungseinheit (beispielsweise einem Heizrohr), einem lichtleitenden Element (zum Beispiel einem optischen Wellenleiter oder einer Lichtleiter Verbindung), einer elektronischen Komponente, oder Kombinationen daraus. Beispielsweise kann die Komponente eine aktive elektronische Komponente, eine passive elektronische Komponente, ein elektronischer Chip, eine Speichervorrichtung (zum Beispiel ein DRAM oder ein anderer Datenspeicher), ein Filter, ein integrierter Schaltkreis, eine Signalverarbeitungskomponente, eine Leistungsmanagement Komponente, ein optoelektronisches Schnittstellenelement, ein Spannungswandler (zum Beispiel ein DC/DC Wandler oder ein AC/DC Wandler), eine kryptographische Komponente, ein Sender und/oder Empfänger, ein elektromechanischer Transducer, ein Sensor, ein Aktuator, ein mikroelektromechanisches System (MEMS), ein Mikroprozessor, ein Kondensator, ein Widerstand, eine Induktanz, eine Batterie, ein Schalter, eine Kamera, eine Antenne, ein Logik Chip, und eine Energy Harvesting Einheit sein. Allerdings können andere Komponenten in dem Komponententräger eingebettet sein. Beispielsweise kann ein magnetisches Element als Komponente verwendet werden. Ein derartiges magnetisches Element kann ein permanentmagnetisches Element (beispielsweise ein ferromagnetisches Element, ein antiferromagnetisches Element, ein multiferroisches Element oder ein ferrimagnetisches Element, beispielsweise ein Ferritkern) sein oder kann ein paramagnetisches Element sein. Allerdings kann die Komponente auch ein weiterer Komponententräger sein (zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte, ein Substrat, oder ein Interposer) in einer Board-in-Board Konfiguration. Die Komponente kann auf dem Komponententräger oberflächenmontiert sein und/oder kann in einem Inneren davon eingebettet sein. Darüber hinaus können auch andere Komponenten, insbesondere solche, welche elektromagnetische Strahlung erzeugen und emittieren und/oder empfindlich in Bezug auf elektromagnetische Strahlung sind, welche aus einer Umgebung propagiert, als Komponente verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform ist der Komponententräger ein Laminat-Typ Komponententräger. In einer derartigen Ausführungsform ist der Komponententräger ein Verbund von mehreren Schichtstrukturen, welche gestapelt sind und miteinander mittels Aufbringens einer Anpresskraft und/oder Wärme verbunden sind.
  • Die vorangehend definierten Aspekte und weitere Aspekte der Erfindung sind aus den Beispielen von Ausführungsformen ersichtlich, welche im Folgenden beschrieben werden und mit Bezug auf diese Beispiele von Ausführungsformen erläutert sind.
    • 1 und 4 bis 6 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, die während des Ausführens eines Verfahrens zum Herstellen eines Komponententrägers mit einer Laser Durchgangsöffnung erzielt werden, wie in 6 gezeigt, mittels einer Doppellaserschuss Behandlung von entgegengesetzten Seiten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
    • 2 zeigt ein Diagramm, welches eine Abhängigkeit zwischen der Energie eines Laserstrahls und einem Öffnungsdurchmesser eines Fensters in einer elektrisch leitfähigen Schichtstruktur in einem Betriebsmodus mit einem stabilen Verarbeitungspunkt zeigt.
    • 3 zeigt ein Diagramm, welches eine Abhängigkeit zwischen der Energie eines Laserstrahls und einem Öffnungsdurchmesser eines Fensters in einer elektrisch leitfähigen Schichtstruktur in einem Betriebsmodus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit einem instabilen Verarbeitungspunkt zeigt.
  • Die Darstellungen in den Zeichnungen sind schematisch. In verschiedenen Zeichnungen sind ähnliche oder identische Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Bevor mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen ausführlicher beschrieben werden, sollen einige grundsätzliche Überlegungen zusammengefasst werden, auf welchen basierend beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung entwickelt wurden.
  • Ein herkömmliches Defizit beim Bilden von Laservias bezieht sich auf eine Engstelle (bottle hole oder bottle neck), welche insbesondere auftreten kann, wenn ein dünner Kern (insbesondere mit einer Dicke kleiner als 110 µm, weiter insbesondere kleiner als 60 µm) als elektrisch isolierende Schichtstruktur verwendet wird, welche zu laserbohren ist. Die Wärme von einem ersten Laserschuss auf die Vorderseite, welche durch eine elektrisch leitfähige Schichtstruktur der Vorderseite und in die elektrisch isolierende Schichtstruktur verläuft, kann eine Beschädigung der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (insbesondere einer unteren Kupferfolie) der Rückseite induzieren. Ein solcher beschädigter Bereich kann auf der unteren Seite nicht mit einer hohen Genauigkeit gebohrt werden, was zu einem großen Risiko in Bezug auf die Zuverlässigkeit führt.
  • Ein Kerngedanke einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist es, ein Laservia Bildungsverfahren zuverlässig zu machen, insbesondere in Bezug auf das Bilden einer Laser Durchgangsöffnung mit einer Dicke von kleiner als 110 µm, insbesondere kleiner als 60 µm). Tatsächlich besteht beim Bilden einer herkömmlichen Laser Durchgangsöffnung mit X-Form mit einem CO2 Laser in einem dünnen Kern ein hohes Risiko von Engstellen (bottle holes), welche mittels des ersten Schusses (welcher auch mehrere erste Schüsse sein kann) von der Vorderseite induziert werden, welcher unerwünschterweise bis zu dem unteren Kupfer reichen kann. Eine solche Engstelle kann die Struktur modifizieren und kann ein präzises Bohren der anderen Seite verhindern. Derartige Engstellen können ein äußerst kritisches Zuverlässigkeitsproblem involvieren. Eine unerwünschte Engstellenbildung kann zu einer Trennung, zu Einschlüssen, Rissen oder anderen elektrischen Defekten führen.
  • Um zumindest einen Teil der genannten und/oder anderen Defiziten zu vermeiden, bildet eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung die obere Öffnung, welche sich durch die obere elektrisch leitfähige Schichtstruktur und einen Teil der elektrisch isolierenden Schichtstruktur erstreckt, mit einem weichen (in Bezug auf die Energieeinwirkung) Laserschuss. Auf sehr vorteilhafte Weise kann ein beabsichtigt instabiler Laserschuss eingestellt werden, so dass die Laserenergie dazu tendiert, mehr Kupfer der oberen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur auf der Vorderseite zu öffnen, als zu der Unterseite zu streuen und das Kupfer der unteren elektrisch leitfähigen Schichtstruktur zu beschädigen. Anschließend können auf der unteren Seite ein oder mehrere aufeinanderfolgende Laserschüsse eingestellt werden, auf eine Weise, dass verbleibendes dielektrisches Material (insbesondere Harz und Glas) der elektrisch isolierenden Schichtstruktur entfernt wird und eine stabile und gut definierte Öffnung in Form der Laser Durchgangsöffnung mit trapezförmiger Form bereitgestellt wird. Somit kann eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung eine herkömmliche X-Form vermeiden, welche insbesondere bei dünnen Kernen unerwünscht sein kann, da die X-Form eine höhere Belastungskonzentration in der Engstelle (neck) der Laser Durchgangsöffnung induzieren kann und daher eine mechanische Schwäche darstellt, welche die Zuverlässigkeit der Vias reduzieren kann.
  • Zusätzlich besteht zum Füllen eines derartigen Vias in dünnen Kernen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung keine Notwendigkeit für ein spezielles Brückenbeschichtungsverfahren. Tatsächlich kann ein galvanisches Kupferbeschichtungsverfahren mit günstig gesteuerten Parametern ausreichend sein, um die obere Öffnung zu schließen und den Rest des Vias oder einen Teil davon zu füllen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann die trapezförmige Laser Durchgangsöffnung eine Form haben, welche gekennzeichnet ist durch ein Verhältnis zwischen dem oberen und dem unteren Durchmesser von mindestens 0,7, vorzugsweise mindestens 0,8, um zuverlässig Engstellen zu vermeiden. In vorteilhafter Weise kann die trapezförmige Laser Durchgangsöffnung eine kontinuierliche Verjüngung zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende haben, d. h. mag keine X-Form haben. Dies kann zur Vermeidung einer Belastungskonzentration in der Engstelle der X-Form beitragen, welche herkömmlich zu einem hohen Glas Überstand führen kann. In Bezug auf eine Beschichtungsprozedur zum Füllen der Laser Durchgangsöffnung kann es vorteilhaft sein, zuerst die obere Seite zu füllen, um ein Sackloch zu erzeugen. Vorteilhafterweise kann der erste Laserschuss (die ersten Laserschüsse) als weicher (d. h. sich nicht bis zur entgegengesetzten zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur erstreckender) instabiler Laserschuss konfiguriert sein, um Engstellen zu vermeiden.
  • Indem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine trapezförmige Durchgangsöffnung anstelle einer X-förmigen Durchgangsöffnung gebildet wird, kann ein kleinerer Durchmesser auf einer Seite und eine Verjüngung von oben nach unten erzielt werden. Dies kann die Qualität der Laser Durchgangsöffnung verbessern, da unerwünschte Engstellen vermieden werden können und eine bessere Zuverlässigkeit erzielt werden kann. Ferner kann ein einfaches und schnelles Füllen der trapezförmigen Laser Durchgangsöffnung möglich sein.
  • Die folgende Figurenbeschreibung zeigt ein Beispiel für das Bilden einer Laser Durchgangsöffnung mittels Laserbohrens durch einen dünnen Kern.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Struktur, die während des Ausführens eines Verfahrens zum Herstellen eines Komponententrägers 100 mit einem Laservia mittels einer Doppellaserschuss Behandlung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde.
  • Vor dem Beginn des Laserverfahrens wird eine elektrisch isolierende Schichtstruktur 102 bereitgestellt, die eine Vorderseite 104 und eine Rückseite 106 hat. Beispielsweise kann die elektrisch isolierende Schichtstruktur 102 aus vollständig ausgehärtetem dielektrischen Material (zum Beispiel ein vollständig ausgehärtetes Harz wie ein Epoxidharz mit verstärkenden Partikeln, beispielsweise Glasfasern oder Glaskugeln) sein. Beispielsweise kann die elektrisch isolierende Schichtstruktur 102 als (insbesondere relativ dünner) Kern aus Prepreg oder FR4 Material verkörpert sein. Eine vertikale Dicke, D, der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 kann beispielsweise 80 µm sein.
  • Wie in 1 gezeigt, ist die Vorderseite 104 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 mit einer ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 bedeckt. Die erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur 108 kann beispielsweise eine Metallschicht, beispielsweise eine Kupferfolie, sein. Entsprechend ist die Rückseite 106 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110 bedeckt. Die zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur 110 kann beispielsweise eine Metallschicht, beispielsweise eine Kupferfolie, sein.
  • Um ein nachfolgendes Laserbearbeiten der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen 108, 110 effizienter zu gestalten, kann die jeweilige äußere Hauptoberfläche der Schichtstrukturen 108, 110 vor dem Laserbohren mit einer äußeren schwarzen Oxidschicht (nicht gezeigt) versehen werden. Das schwarze Oxid kann die Reflexion eines Laserstrahls an der jeweiligen Schichtstruktur 108, 110 unterdrücken und kann daher ein direktes Entfernen des Kupfermaterials der jeweiligen Schichtstruktur 108, 110 ohne das Bilden eines Fensters in der jeweiligen Schichtstruktur 108, 110 vor dem Laserbearbeiten ermöglichen. Somit kann das erste Laserbohren ohne konforme Maske auf der Vorderseite 104 ausgeführt werden.
  • Folglich kann eine erste Laserbohren Prozedur ausgeführt werden, indem ein erster Laserstrahl (schematisch durch einen Pfeil 111 angedeutet) von der Vorderseite 104 direkt durch die erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur 108 und in die elektrisch isolierende Schichtstruktur 102 gerichtet wird, um dadurch ein Fenster 113 in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 und ein Sackloch 112 in der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 zu bilden.
  • Die Energie des ersten Laserstrahls kann so niedrig sein, dass nur ein flaches Sackloch 112 in der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 gebildet wird, um zu vermeiden, dass der erste Laserstrahl die zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur 110 erreicht. Wie im Folgenden ausführlicher mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben ist, kann das erste Laserbohren zum Fördern einer Wärmeübertragung in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 in eine horizontale Richtung und zum Inhibieren der Wärmeübertragung in eine vertikale Richtung ausgeführt werden. Dies kann bewerkstelligt werden mittels Betreibens des ersten Laserstrahls während des ersten Laserbohrens an einem instabilen Verarbeitungspunkt, siehe Bezugsziffer 222 in 3. Anschaulich kann das Bohren der Vorderseite gemäß 1 einen instabilen Laserschuss verwenden.
  • Die erste Laserbohren Prozedur, welche in 1 gezeigt ist, kann mittels nur eines einzelnen Laserschusses oder mittels einer Sequenz aus einer Mehrzahl von Laserschüssen ausgeführt werden. Für das beschriebene Laserverfahren ist es beispielsweise möglich, einen CO2 Laser, einen Excimer Laser oder einen UV Laser zu verwenden.
  • Als Ergebnis des Verfahrens gemäß 1 können eine Durchgangsöffnung, welche sich nur durch die erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur 108 erstreckt, und das damit verbundene Sackloch 112, welches sich nur durch einen oberen Teil der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 erstreckt, geöffnet werden. Während dieses Verfahrens wird Glas und Harz der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 entfernt, während gleichzeitig eine Verjüngung gebildet wird und eine X-Form vermieden wird.
  • Wie 1 entnommen werden kann, kann nach dem ersten Laserschuss ein leichter Überhang 115 der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 seitlich über die elektrisch isolierende Schichtstruktur 102 hinaus verbleiben. In anderen Worten kann die seitliche Breite des Fensters 113 geringfügig kleiner als die maximale seitliche Breite des Sacklochs 112 sein. Allerdings kann, aufgrund des beschriebenen Verfahrens mit einem weichen Laserschuss, vorzugsweise in einem instabilen Betriebszustand, die Größe des Überhangs 115 sehr klein gehalten werden.
  • 2 zeigt ein Diagramm 200, welches eine Abhängigkeit zwischen der Energie (entlang einer Abszisse 202 geplottet) eines Laserstrahls und einem Öffnungsdurchmesser (entlang einer Ordinate 204 geplottet) oder Größe des Fensters 113 in einem Betriebsmodus mit einem stabilen Verarbeitungspunkt 210 zeigt. Die genannte Abhängigkeit ist mittels einer Kurve 208 angedeutet.
  • Die Kurve 208 des Diagramms 200 zeigt, dass, wenn die Energie zunimmt, die Größe oder der Öffnungsdurchmesser des Fensters 113 ebenfalls zunimmt. In einem Niederenergiebereich nimmt die Kurve 208 mit einer signifikanten Steigung zu. Ab einer bestimmten Energie aufwärts gilt die beschriebene Abhängigkeit nicht mehr: im Gegensatz dazu nähert sich die Kurve 208 bei höheren Energiepegeln einem Plateau oder Asymptote, welche als Zielöffnung 206 in 2 angedeutet ist.
  • In diesem Bereich führt eine weitere Zunahme der Laserenergie nicht zu einer signifikanten weiteren Zunahme des Öffnungsdurchmessers des Fensters 113. Anschaulich führt die zusätzliche Energie in diesem System zu einem signifikanten Verbrennen des Harzmaterials der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102.
  • Während des Öffnens des Kupfers (allgemeiner während des Öffnens des Fensters 113 in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 mittels eines ersten Laserstrahls) ist die Laser Energie hoch und beim Verarbeiten in der stabilen Zone um den stabilen Verarbeitungspunkt 210 herum (maximale Kupferöffnung für eine gegebene Öffnung oder Maske), wird die Wärme in die Tiefen des Vias abgeleitet, um mehr Harz zu entfernen und die Unterseite zu erreichen oder auf die Wand des Vias, um mehr Harz zu entfernen und zu verbrennen und anschließend einen ausgeprägten Überhang 115 zu erzeugen, da die Kupferöffnung nicht größer wird. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Überhang“ insbesondere eine Länge der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur bezeichnen, welche direkt an das Fenster angrenzt, über welche Länge der jeweilige Teil der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur frei hängt, auf die Art und Weise eines Auslegers (cantilever), beabstandet in Bezug auf die elektrisch isolierende Schichtstruktur und entlang der Ausdehnung des Überhangs nicht von unten von Material der elektrisch isolierenden Schichtstruktur gestützt. Soweit es die oben genannte Aussage betrifft, dass überhängendes Material lokal nicht gestützt wird, sollte erwähnt werden, dass der Überhang sich auf die im Wesentlichen harzfreie Fläche unter der jeweiligen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur bezieht. Allerdings versteht es sich für den Fachmann, dass sich etwas restliches Harz in einer Lücke befinden kann, die sich auf den Überhang bezieht. Um den Wert des Überhangs quantitativ zu bestimmen oder zu messen, kann die Länge der im Wesentlichen harzfreien (wobei das Harz sich auf die elektrisch isolierende Schichtstruktur bezieht) Hinterschneidung direkt unter einer überhängenden elektrisch leitfähigen Schichtstruktur gemessen werden (insbesondere selbst dann, wenn es sich nicht um den am stärksten zurücktretenden Punkt oder total relief unter der überhängenden elektrisch leitfähigen Schichtstruktur, beispielsweise der Kupferschicht handelt). In anderen Worten kann zum Messen des Überhangs die Hinterschneidung direkt unterhalb der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur gemessen werden.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Überhang aufgrund des beschriebenen Verfahrens und auch aufgrund der Auswirkung des Vorderseite-zu-Rückseite Versatzes leicht asymmetrisch sein.
  • Es kann somit aus 2 geschlossen werden, dass die reine Zunahme der Laserenergie es nicht ermöglicht, das gewünschte Ergebnis eines reduzierten Überhangs 115 zu erreichen.
  • 3 zeigt ein weiteres Diagramm 220, welches eine Abhängigkeit zwischen der Energie (wieder entlang der Abszisse 202 geplottet) des ersten Laserstrahls gemäß 1 und dem Öffnungsdurchmesser (wieder entlang der Ordinate 204 geplottet) oder Größe des Fensters 113 in einem Betriebsmodus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit einem instabilen Verarbeitungspunkt 222 zeigt. Anschaulich ist es bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung nicht beabsichtigt, die Energie des ersten Laserstrahls derartig einzustellen, dass der Laser bei dem stabilen Verarbeitungspunkt 210 so nah wie möglich an der maximalen Öffnung für die gegebene Aussparung (aperture) oder Maske betrieben wird. Im Gegensatz dazu betreibt eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung den Laser und stellt die Laserenergie entsprechend ein, um den ersten Laserstrahl bei dem instabilen Verarbeitungspunkt 222 zu betreiben.
  • Indem das Fenster 113 mittels des ersten Laserstrahls geöffnet wird, der an dem instabilen Verarbeitungspunkt 222 eingestellt ist, ist es in sehr vorteilhafter Weise möglich, eine horizontale Wärmeableitung zu fördern, indem mehr Raum zum Öffnen des Fensters 113 in dem Kupfermaterial der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 bereitgestellt wird, anstatt ein tieferes Via zu bohren.
  • An dem oben genannten instabilen Verarbeitungspunkt 222 kann die bereitgestellte Laserstrahlenergie größtenteils verwendet werden und auf das Öffnen des Fensters 113 in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 fokussiert werden und erzeugt ein größeres Via, während nur ein Teil des dielektrischen Materials der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 entfernt wird. In diesem Fall kann der Überhang 115 vorteilhaft kleiner sein. Als Ergebnis besteht somit kein Risiko für Engstellen während des Bildens der Laser Durchgangsöffnung.
  • In Anbetracht des vorstehend genannten bildet eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung das Fenster 113 in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 und entfernt Material der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 unter dem Fenster 113 mittels des ersten Laserstrahls, welcher konfiguriert ist zum Fördern der Wärmeübertragung in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 in die horizontale Richtung und zum Inhibieren der Wärmeübertragung in die vertikale Richtung (was nur mehr Material der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 entfernen würde). Insbesondere kann das Verfahren das Fördern der Wärmeübertragung in die horizontale Richtung und das Inhibieren der Wärmeübertragung in die vertikale Richtung aufweisen, mittels Einstellens des Energieeinflusses (energy impact) des ersten Laserstrahls auf die erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur 108 und die elektrisch isolierende Schichtstruktur 102 in Übereinstimmung mit dem instabilen Verarbeitungspunkt 222.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform und wieder bezugnehmend auf 3, weist das Verfahren ein Einstellen der Energie des ersten Laserstrahls derartig auf, dass die Größe L des Fensters 113 (siehe Ziel-Fensterdurchmesser 224) erzielt wird, welche ausreichend kleiner als eine maximale Öffnungsgröße A für eine gegebene Aussparung ist.
  • Die Größe L des Fensters 113 korrespondiert zu dem instabilen Verarbeitungspunkt 222, wohingegen die maximale Öffnungsgröße A im Wesentlichen zu einem stabilen Verarbeitungspunkt 210 korrespondiert, der in 2 gezeigt ist. In einem solchen Szenario kann ein besonders kleiner Überhang 115 erzielt werden.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Struktur, die beim Ausführen des Verfahrens zum Herstellen des Komponententrägers 100 mit dem Laservia mittels der Doppellaserschuss Behandlung gemäß der gegenwärtig beschriebenen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wird. Insbesondere zeigt 4 das Ergebnis der zweiten Laserbohren Stufe, welche der ersten Laserbohren Stufe aus 1 nachfolgt.
  • Auch das zweite Laserbohren wird ohne konforme Maske auf der Rückseite 106 und ohne ein vorheriges Bilden eines Fensters in der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110 ausgeführt. Vorzugsweise nachdem schwarzes Oxid auf einer äußeren Oberfläche der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110 gebildet wurde, kann die zweite Laserbohren Prozedur von der Rückseite 106 ausgeführt werden.
  • Somit kann von der Rückseite 106 ein zweiter Laserstrahl, wie mit einem Pfeil 119 angedeutet, gerichtet sein auf und propagieren durch die zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur 110 und nachfolgend durch die elektrisch isolierende Schichtstruktur 102. Der zweite Laserstrahl ist derartig konfiguriert, dass das vorher gebildete Sackloch 112 erweitert wird, um in eine Laser Durchgangsöffnung 114 mit einer im Wesentlichen trapezförmigen Form konvertiert zu werden, wie in 4 gezeigt. Das zweite Laserbohren wird derartig ausgeführt, dass sich die Laser Durchgangsöffnung 114 mit einer im Wesentlichen trapezförmigen Form von der Rückseite 106 zu der Vorderseite 104 verjüngt.
  • Um die trapezförmige Form zu erhalten, welche in der Querschnittsansicht von 4 gezeigt ist (korrespondierend zu einer kegelstumpfförmigen Form in drei Dimensionen), wird das erste Laserbohren mit einem räumlich seitlich schmaleren Laserstrahl ausgeführt als das zweite Laserbohren. Das Bohren der Rückseite kann mit einem größeren Laserstrahldurchmesser als das Bohren der Vorderseite ausgeführt werden. Darüber hinaus wird das weichere erste Laserbohren mit einer niedrigeren Laserenergie als das härtere zweite Laserbohren ausgeführt. Das beschriebene zweite Laserbohren kann ausgeführt werden, indem nur ein einziger Laserschuss oder eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Laserschüssen verwendet wird.
  • Weiterhin bezugnehmend auf 4 kann ein Verhältnis zwischen einer kleineren Seitenlänge, D1, des Trapezes an der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 und einer größeren Seitenlänge, D2, des Trapezes an der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110 beispielsweise 0,7 sein. Diese Designregel hat sich als sehr vorteilhaft zum Verhindern eines übermäßigen Überhangs herausgestellt. Folglich kann ein hoher Grad an Zuverlässigkeit der gebildeten Laser Durchgangsöffnung und folglich ein hoher Grad an elektrischer Zuverlässigkeit des Komponententrägers 100 erzielt werden, welcher nach dem Füllen der Laser Durchgangsöffnung mit Kupfermaterial erhalten wird.
  • Vorzugsweise sollte ein seitlicher Versatz zwischen dem Zentrum des ersten Laserstrahls, welcher die Vorderseite 104 bestrahlt, und dem Zentrum des zweiten Laserstrahls, welcher die Rückseite 106 bestrahlt, klein sein. Vorzugsweise kann dieser Versatz derartig eingestellt werden, dass er kleiner als 15 µm ist, um einen großen Überhang zu vermeiden (siehe Bezugsziffer 115 in 1) auf der Oberseite. 5 zeigt einen kleinen Versatz 115 nur auf der Vorderseite 104, d. h. der Seite der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108. Allerdings kann ein kleiner Versatz auch auf der Rückseite 106 auftreten, d. h. der Seite der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110.
  • 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Struktur, die während des Ausführens des Verfahrens zum Herstellen des Komponententrägers 100 mit dem Laservia mittels der Doppellaserschuss Behandlung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wird. Ein Kupferbeschichten wurde gemäß 5 bereits teilweise ausgeführt.
  • Genauer zeigt 5 das Ergebnis eines ersten teilweisen Füllens der Laser Durchgangsöffnung 114 mit elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise Kupfer. Obwohl dies nicht in den Figuren gezeigt ist, kann das Füllen der Laser Durchgangsöffnung 114 mit elektrisch leitfähigem Füllmaterial 118 zuerst das Bilden einer sehr dünnen Impfschicht aus Kupfer mittels stromlosen Beschichtens aufweisen. Diese Impfschicht kann anschließend zum Anlegen eines elektrischen Stroms für ein nachfolgendes galvanisches Abscheiden von zusätzlichem elektrisch leitfähigen Material verwendet werden. Es ist möglich, dass die Impfschicht eine Dicke größer als 1 µm hat und/oder dass mehrere kumulative Impfschichten bereitgestellt werden. Beispielsweise kann eine Dicke einer Impfschicht oder eine kumulative Dicke einer Mehrzahl von Impfschichten in einem Bereich zwischen 0,5 µm und 5 µm sein. Wenn mehrere Impfschichten bereitgestellt sind, können diese eine organische (zum Beispiel Polymer) Schicht, eine Palladiumschicht, und/oder eine Kupferschicht aufweisen.
  • Wie in 5 gezeigt und vorzugsweise nachdem die oben genannte Impfschicht gebildet wurde, kann die Prozedur anschließend das Füllen der Laser Durchgangsöffnung 114 mit Beschichtungsstrukturen 116 des elektrisch leitfähigen Füllmaterials 118 aufweisen, welches geneigte Seitenwände der im Wesentlichen trapezförmigen Laser Durchgangsöffnung 114 mit Kupfer oder einem anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material beschichten. Wie in 5 gezeigt, sind die Beschichtungsstrukturen 116 mit der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110 verbunden.
  • Ferner weist das Füllen der Laser Durchgangsöffnung 114 mit dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial 118 mittels Kupferbeschichtens das Bilden einer im Wesentlichen horizontalen Brückenstruktur 120 auf, welche die Beschichtungsstrukturen 116 auf den geneigten Seitenwänden verbindet. Angesichts der im Wesentlichen trapezförmigen Form der Laser Durchgangsöffnung 114 ist ein vertikales Zentrum der Brückenstruktur 120 näher an der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 angeordnet als an der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110. Somit kann das Überbrücken der Beschichtungsstrukturen 116 mittels der Brückenstruktur 120 eine vertikal nach oben verschobene Verengung (neck) bilden. Somit zeigt 5 eine frei hängende, asymmetrische Brückenstruktur 120, welche außerhalb eines vertikalen Zentrums der Durchgangsöffnung 114 angeordnet ist.
  • Wie ebenfalls aus 5 ersichtlich ist, ist eine obere Oberfläche der Brückenstruktur 120 konkav und bildet somit eine Vertiefung 121 auf der Vorderseite 104, d. h. auf der Seite, welche der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 zugewandt ist. Auch die untere Oberfläche der Brückenstruktur 120 ist konkav. Somit bildet die beschriebene Beschichtungsprozedur auch ein Sackloch 123 (welches auch als weitere Vertiefung bezeichnet werden kann) auf der Unterseite der Brückenstruktur 120, d. h. auf der Seite, welche der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110 zugewandt ist. Wie 5 entnommen werden kann, hat die konkave Oberfläche der Brückenstruktur 120 auf der Rückseite 106 eine größere Krümmung als die konkave Oberfläche der Brückenstruktur 120 auf der Vorderseite 104. Darüber hinaus hat eine seitliche äußere Oberfläche des elektrisch leitfähigen Füllmaterials 118 eine geneigte, im Wesentlichen gerade Form.
  • 6 zeigt eine Querschnittsansicht des hergestellten Komponententrägers 100 mit dem Laser Via gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • 6 zeigt das finale Ergebnis des Beschichtungsverfahrens der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform, in welcher die Laser Durchgangsöffnung 114 vollständig mit elektrisch leitfähigem Füllmaterial 118 (in der beschriebenen Ausführungsformen Kupfer) gefüllt wurde. Es sollte allerdings angemerkt werden, dass es als Alternative zu der Darstellung von 6 auch möglich sein kann, verbleibenden Lücken 122 der Struktur gemäß 5 nur teilweise mit elektrisch leitfähigem Füllmaterial 118 zu füllen. Beispielsweise kann eine ungefüllte Aussparung auf einer oder beiden Seiten der Brückenstruktur 120 verbleiben, beispielsweise in der Form von Senken (dips) in dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial 118 an der vertikalen Höhe von einer oder beiden der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen 108, 110.
  • Insbesondere kann das Füllen der Laser Durchgangsöffnung 114 mit dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial 118 fortgesetzt werden zum Füllen der verbleibenden Lücken 122 über und unter der Brückenstruktur 120 mit weiterem elektrisch leitfähigen Füllmaterial 118. In anderen Worten, die Vertiefung 121 und das Sackloch 123 können ebenfalls mittels fortgesetzten Beschichtens mit Kupfer gefüllt werden.
  • Beispielsweise kann das beschriebene Füllverfahren zu derselben Form als Sackloch führen, jedoch mit zwei Kupferfolienöffnungen.
  • Als Ergebnis des beschriebenen Herstellungsverfahrens kann der Komponententräger 100 gemäß 6 erhalten werden. Beispielsweise kann der Komponententräger 100 eine Laminat-artige plattenförmige gedruckte Leiterplatte (PCB) sein.
  • Insbesondere und als Ergebnis oder Fingerabdruck des beschriebenen Herstellungsverfahrens sind schnabelförmige Materialschnittstellen 124 in Schnittstellenbereichen zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 und dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial 118 und zwischen der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110 und dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial 118 gebildet. Die Materialschnittstellen 124 sind in 6 mit gepunkteten oder gestrichelten Linien dargestellt. Beispielsweise können die schnabelförmigen Materialschnittstellen 124 im Wesentlichen eine V-Form oder eine U-Form haben, wenn man die Querschnittsansicht eines tatsächlich hergestellten Komponententrägers 100 des Typs betrachtet, der in 6 gezeigt ist. In der gezeigten Ausführungsform sind die schnabelförmigen Materialschnittstellen 124 direkt benachbart zu Ecken 127 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 angeordnet, zwischen der elektrisch leitfähigen Füllstruktur 118 einerseits und einer jeweiligen von der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 108 und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110 andererseits. Obwohl die Materialschnittstellen 124 Kupfer/Kupfer Schnittstellen sind, ist dem Fachmann klar, dass die Materialschnittstellen 124 sichtbar sind, wenn ein Querschnitt eines Komponententrägers 100 experimentell analysiert wird. Kupferfolien, welche die elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen 108, 110 darstellen, können durch experimentelle Analyse eindeutig von galvanisch abgeschiedenem Kupfer unterschieden werden, welcher das elektrisch leitfähige Füllmaterial 118 bildet.
  • Entsprechend können weitere Materialschnittstellen 126, 128 zwischen den Beschichtungsstrukturen 116 und den lückenfüllenden Strukturen 130, 132 und zwischen der Brückenstruktur 120 und den lückenfüllenden Strukturen 130, 132 mittels einer routinemäßigen experimentellen Analyse klar detektiert werden. Eine erste lückenfüllende Struktur 130, welche eine verbleibende Lücke (siehe Vertiefung 121) über der Brückenstruktur 120 füllt, und eine zweite lückenfüllende Struktur 132, welche eine verbleibende Lücke (siehe weitere Vertiefung oder Sackloch 123) unter der Brückenstruktur 120 füllt, sind in 6 gezeigt.
  • Wie ebenfalls in 6 gezeigt, ist ein kleinster äußerer Durchmesser, d, des elektrisch leitfähigen Füllmaterials 118 auf der Vorderseite 104 angeordnet.
  • Es sollte angemerkt werden, dass die Form und die Position der ersten Materialschnittstellen 124 von der genauen Verarbeitung abhängig sein können. Beispielsweise können die schnabelförmigen ersten Materialschnittstellen 124 nach innen verschoben sein, wenn ein größerer Wert des Überhangs 115 vorliegt. Die ersten Materialschnittstellen 124 können auch seitlich verschoben sein, wenn ein größerer Versatz vorliegt, wie vorangehend erläutert. Es ist auch möglich, dass die Konkavität an den weiteren Materialschnittstellen 126, 128 von der Darstellung aus 6 abweichen kann, wenn der exakte Verfahrensablauf unterschiedlich ist.
  • Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „ein“ oder „eine“ keine Mehrzahl ausschließen. Es können auch Elemente kombiniert werden, welche in Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind.
  • Es soll zusätzlich angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als einschränkend für den Schutzbereich der Ansprüche auszulegen sind.
  • Die Implementierung der Erfindung ist nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen beschränkt, die in den Figuren gezeigt und vorangehend beschrieben sind. Stattdessen ist eine Vielzahl von Varianten möglich, welche die gezeigten Lösungen und das erfindungsgemäße Prinzip verwenden, selbst im Fall von grundlegend verschiedenen Ausführungsformen.

Claims (20)

  1. Ein Verfahren zum Herstellen eines Komponententrägers (100), wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur (102), welche eine Vorderseite (104) und eine Rückseite (106) hat, wobei die Vorderseite (104) mit einer ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (108) bedeckt ist und die Rückseite (106) mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (110) bedeckt ist; Ausführen eines ersten Öffnungsvorgangs, insbesondere eines ersten Laserbohrens, durch die erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur (108) und in die elektrisch isolierende Schichtstruktur (102) von der Vorderseite (104), um dadurch ein Sackloch (123) in der elektrisch isolierenden Schichtstruktur (102) zu bilden; danach Ausführen eines zweiten Öffnungsvorgangs, insbesondere eines zweiten Laserbohrens, durch die zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur (110) und durch die elektrisch isolierende Schichtstruktur (102) von der Rückseite (106), um dadurch das Sackloch (123) zu einer Durchgangsöffnung (114) zu erweitern, insbesondere einer Laser Durchgangsöffnung (106), mit einer im Wesentlichen trapezförmigen Form.
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: wobei das erste Laserbohren und das zweite Laserbohren derartig ausgeführt werden, dass sich die Durchgangsöffnung (106) mit der im Wesentlichen trapezförmigen Form von der Rückseite (106) in Richtung zu der Vorderseite (104) verjüngt; wobei das erste Laserbohren ohne konforme Maske auf der Vorderseite (104) ausgeführt wird; wobei das zweite Laserbohren ohne konforme Maske auf der Rückseite (106) ausgeführt wird; wobei das erste Laserbohren ohne ein vorheriges Bilden eines Fensters in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (108) ausgeführt wird; wobei das zweite Laserbohren ohne ein vorheriges Bilden eines Fensters in der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (110) ausgeführt wird; wobei das erste Laserbohren mit einem schmaleren Laserstrahl ausgeführt wird als das zweite Laserbohren; wobei das erste Laserbohren zum Fördern einer Wärmeübertragung in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (108) in eine horizontale Richtung und zum Inhibieren der Wärmeübertragung in eine vertikale Richtung ausgeführt wird, wobei das Verfahren insbesondere das Fördern der Wärmeübertragung in die horizontale Richtung und das Inhibieren der Wärmeübertragung in die vertikale Richtung mittels Betreibens eines Laserstrahls während des ersten Laserbohrens an einem instabilen Verarbeitungspunkt aufweist; wobei zumindest eines des ersten Laserbohrens und des zweiten Laserbohrens nur einen einzelnen Laserschuss aufweist; wobei zumindest eines des ersten Laserbohrens und des zweiten Laserbohrens eine Mehrzahl von Laserschüssen aufweist; wobei das Verfahren das Ausführen einer Oberflächenbehandlung, insbesondere ein Bilden eines schwarzen Oxids oder ein Bereitstellen einer Bondfolie, auf einer äußeren Oberfläche von zumindest einer der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (108) und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (110) aufweist, jeweils vor dem Laserbohren durch die erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur (108) oder die zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur (110); wobei das Verfahren das Ausführen des ersten Öffnungsvorgangs als ein Plasmaverfahren oder als ein Verfahren zum Strukturieren eines fotostrukturierbaren Dielektrikums aufweist.
  3. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren ein zumindest teilweises Füllen der Durchgangsöffnung (106) mit einem elektrisch leitfähigen Füllmaterial (118) aufweist.
  4. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Füllen der Durchgangsöffnung (106) mit dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial (118) aufweist zunächst Bilden einer Impfschicht, beispielsweise mittels stromlosen Beschichtens, gefolgt von einem Abscheiden von zusätzlichem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise galvanisch.
  5. Das Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei das Füllen der Durchgangsöffnung (106) mit dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial (118) aufweist Bilden von Beschichtungsstrukturen (116), welche geneigte Seitenwände der im Wesentlichen trapezförmigen Durchgangsöffnung (106) mit elektrisch leitfähigem Füllmaterial (118) beschichten, welches mit der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (108) und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (110) verbindet.
  6. Das Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Füllen der Durchgangsöffnung (106) mit dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial (118) ein Bilden einer im Wesentlichen horizontalen Brückenstruktur (120) aufweist, welche die Beschichtungsstrukturen (116) verbindet.
  7. Das Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Füllen der Durchgangsöffnung (106) mit dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial (118) aufweist zumindest teilweises Füllen von verbleibenden Lücken über und unter der Brückenstruktur (120) und seitlich zwischen den Beschichtungsstrukturen (116) mit weiterem elektrisch leitfähigen Füllmaterial (118).
  8. Ein Komponententräger (100), wobei der Komponententräger (100) aufweist: eine elektrisch isolierende Schichtstruktur (102), welche eine Vorderseite (104) und eine Rückseite (106) hat; eine erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur (108), welche die Vorderseite (104) der elektrisch isolierenden Schichtstruktur (102) bedeckt; eine zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur (110), welche die Rückseite (106) der elektrisch isolierenden Schichtstruktur (102) bedeckt; eine Durchgangsöffnung (106), insbesondere eine Laser Durchgangsöffnung (106), welche eine im Wesentlichen trapezförmige Form hat, welche sich durch die erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur (108), die elektrisch isolierende Schichtstruktur (102) und die zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur (110) erstreckt; ein elektrisch leitfähiges Füllmaterial (118), welches zumindest einen Teil der Durchgangsöffnung (106) füllt, insbesondere der Laser Durchgangsöffnung (106); wobei Materialschnittstellen (124) in Schnittstellenbereichen zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (108) und dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial (118) und zwischen der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (110) und dem elektrisch leitfähigen Füllmaterial (118) gebildet sind.
  9. Der Komponententräger (100) gemäß Anspruch 8, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: wobei zumindest eine der Materialschnittstellen (124) schnabelförmig ist; wobei sich zumindest ein Teil der Materialschnittstellen (124) neben Ecken (127) der elektrisch isolierenden Schichtstruktur (102) zwischen der elektrisch leitfähigen Füllstruktur einerseits und einer der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (108) und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (110) andererseits befindet; wobei die Materialschnittstellen (124) Kupfer/Kupfer Schnittstellen, insbesondere Kupferfolie/plattiertes Kupfer Schnittstellen sind.
  10. Der Komponententräger (100) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei das elektrisch leitfähige Füllmaterial (118) Beschichtungsstrukturen (116) aufweist, welche geneigte Seitenwände der im Wesentlichen trapezförmigen Durchgangsöffnung (106) mit elektrisch leitfähigem Füllmaterial (118) beschichten, welches mit der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (108) und mit der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (110) verbindet.
  11. Der Komponententräger (100) gemäß Anspruch 10, wobei das elektrisch leitfähige Füllmaterial (118) eine im Wesentlichen horizontale Brückenstruktur (120) aufweist, welche die Beschichtungsstrukturen (116) auf den geneigten Seitenwänden verbindet.
  12. Der Komponententräger (100) gemäß Anspruch 11, wobei das elektrisch leitfähige Füllmaterial (118) eine erste lückenfüllende Struktur aufweist, welche eine verbleibende Lücke über der Brückenstruktur (120) füllt und/oder eine zweite lückenfüllende Struktur aufweist, welche eine verbleibende Lücke unter der Brückenstruktur (120) füllt.
  13. Der Komponententräger (100) gemäß Anspruch 12, aufweisend zumindest eine weitere Materialschnittstelle (124) zwischen den Beschichtungsstrukturen (116) und zumindest einer von den lückenfüllenden Strukturen und/oder zwischen der Brückenstruktur (120) und zumindest einer der lückenfüllenden Strukturen.
  14. Der Komponententräger (100) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei eine Oberfläche der Brückenstruktur (120), welche der Vorderseite (104) zugewandt ist, konkav ist.
  15. Der Komponententräger (100) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei eine Oberfläche der Brückenstruktur (120), welche der Rückseite (106) zugewandt ist, konkav ist.
  16. Der Komponententräger (100) gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei eine Oberfläche der Brückenstruktur (120), welche der Rückseite (106) zugewandt ist, konkav ist, und wobei die konkave Oberfläche der Brückenstruktur (120), welche der Rückseite (106) zugewandt ist, eine größere Krümmung als die konkave Oberfläche der Brückenstruktur (120) hat, welche der Vorderseite (104) zugewandt ist.
  17. Der Komponententräger (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei eine seitliche äußere Oberfläche des elektrisch leitfähigen Füllmaterials (118) eine geneigte, im Wesentlichen gerade Form hat, wobei sich insbesondere ein kleinster äußerer Durchmesser des elektrisch leitfähigen Füllmaterials (118) auf der Vorderseite (104) befindet.
  18. Der Komponententräger (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei eine Dicke der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur kleiner als 110 µm, insbesondere kleiner als 60 µm, ist.
  19. Der Komponententräger (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 18, wobei ein Verhältnis zwischen einer kleineren Seitenlänge des Trapezoids an der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (108) und einer größeren Seitenlänge des Trapezoids an der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (110) in einem Bereich zwischen 0,6 und 0,8 liegt.
  20. Der Komponententräger (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 19, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: ferner aufweisend eine Komponente, welche montiert ist auf und/oder eingebettet ist in die elektrisch isolierende Schichtstruktur (102) und/oder zumindest eine der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen, wobei die Komponente insbesondere ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer elektronischen Komponente, einem elektrisch nicht leitfähigen und/oder elektrisch leitfähigen Inlay, einer Wärmeübertragungseinheit, einem lichtleitenden Element, einer Energy Harvesting Einheit, einer aktiven elektronischen Komponente, einer passiven elektronischen Komponente, einem elektronischen Chip, einer Speichervorrichtung, einem Filter, einem integrierten Schaltkreis, einer Signalverarbeitungskomponente, einer Leistungsmanagementkomponente, einem optoelektronischen Schnittstellenelement, einem Spannungswandler, einer kryptographischen Komponente, einem Sender und/oder Empfänger, einem elektromechanischen Transducer, einem Aktuator, einem mikroelektromechanischen System, einem Mikroprozessor, einem Kondensator, einem Widerstand, einer Induktanz, einem Akkumulator, einem Schalter, einer Kamera, einer Antenne, einem magnetischen Element, einem weiteren Komponententräger und einem Logik Chip; wobei zumindest eine der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen zumindest eines aus der Gruppe aufweist bestehend aus Kupfer, Aluminium, Nickel, Silber, Gold, Palladium und Wolfram, wobei jedes der genannten Materialien optional mit einem supraleitenden Material wie Graphen beschichtet ist; wobei die elektrisch isolierende Schichtstruktur (102) zumindest eines aus der Gruppe aufweist bestehend aus Harz, insbesondere verstärktem oder nicht-verstärktem Harz, beispielsweise Epoxidharz oder Bismaleinimid-Triazin Harz, FR-4, FR-5, Cyanatester, Polyphenylen Derivat, Glas, Prepreg Material, Polyimid, Polyamid, flüssigkristallinem Polymer, Epoxid-basierter Aufbaufolie, Polytetrafluorethylen, einer Keramik, und einem Metalloxid; wobei der Komponententräger (100) plattenförmig ist; wobei der Komponententräger (100) als eines aus der Gruppe konfiguriert ist bestehend aus einer gedruckten Leiterplatte und einem Substrat; wobei der Komponententräger (100) als ein Laminat-Typ Komponententräger konfiguriert ist.
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