DE102020102423A1 - Component carrier with a small overhang and with a through hole with different sizes of the front and rear windows - Google Patents
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Abstract
Ein Bauteilträger (100), der eine elektrisch isolierende Schichtstruktur (102) mit einer Vorderseite (104) und einer Rückseite (106), eine erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur (108), die die Vorderseite (104) der elektrisch isolierenden Schichtstruktur (102) bedeckt, eine zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur (110), die die Rückseite (106) der elektrisch isolierenden Schichtstruktur (102) bedeckt, und ein Durchgangsloch (112), das sich durch ein erstes Fenster (114) der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (108) erstreckt, die elektrisch isolierende Schichtstruktur (102) und ein zweites Fenster (116) der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (110), wobei das zweite Fenster (116) eine Breite (118) aufweist, die kleiner ist als eine andere Breite (120) des ersten Fensters (114), und wobei ein Überhang (122) von mindestens einer von der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (108) und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur (110) über mindestens eine Seitenwand (124) der elektrisch isolierenden Schichtstruktur (102) hinaus, die das Durchgangsloch (112) begrenzt, nicht mehr als 10 µm beträgt. A component carrier (100) which has an electrically insulating layer structure (102) with a front side (104) and a rear side (106), a first electrically conductive layer structure (108) which covers the front side (104) of the electrically insulating layer structure (102) , a second electrically conductive layer structure (110) covering the rear side (106) of the electrically insulating layer structure (102), and a through hole (112) which extends through a first window (114) of the first electrically conductive layer structure (108) , the electrically insulating layer structure (102) and a second window (116) of the second electrically conductive layer structure (110), the second window (116) having a width (118) that is smaller than another width (120) of the first Window (114), and an overhang (122) of at least one of the first electrically conductive layer structure (108) and the second electrically conductive layer structure (110) over at least at least one side wall (124) of the electrically insulating layer structure (102), which delimits the through hole (112), is not more than 10 μm.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Bauteilträger und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilträgers.The invention relates to a component carrier and a method for producing a component carrier.
Im Zusammenhang mit den zunehmenden Produktfunktionalitäten von Bauteilträgern, die mit einem oder mehreren elektronischen Bauteilen bestückt sind, und zunehmender Miniaturisierung dieser Bauteile sowie einer steigenden Anzahl von auf den Bauteilträgern zu montierenden Bauteilen, wie z.B. Leiterplatten, werden immer leistungsfähigere arrayartige Bauteile oder Gehäuse mit mehreren Bauteilen eingesetzt, die eine Vielzahl von Kontakten oder Verbindungen mit immer geringerem Abstand zwischen diesen Kontakten aufweisen. Die Abfuhr von Wärme, die von solchen Komponenten und dem Bauteilträger selbst während des Betriebs erzeugt wird, wird ein zunehmendes Thema. Gleichzeitig müssen die Bauteilträger mechanisch robust und elektrisch zuverlässig sein, um auch unter rauen Bedingungen betrieben werden zu können. All diese Anforderungen gehen einher mit einer weiteren Miniaturisierung von Bauteilträgern und deren Komponenten.In connection with the increasing product functionalities of component carriers, which are equipped with one or more electronic components, and increasing miniaturization of these components as well as an increasing number of components to be mounted on the component carriers, e.g. Printed circuit boards, ever more powerful array-like components or housings with several components are used, which have a large number of contacts or connections with an increasingly smaller distance between these contacts. The removal of heat generated by such components and the component carrier itself during operation is becoming an increasing issue. At the same time, the component carriers must be mechanically robust and electrically reliable in order to be able to be operated even under harsh conditions. All of these requirements go hand in hand with a further miniaturization of component carriers and their components.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, elektrisch leitfähige Schichtstrukturen und/oder Komponenten, die in einen Bauteilträger eingebettet sind, effizient und in geeigneter Qualität zu kontaktieren. Die Bildung von mechanischen Durchkontaktierungen (vias) und Laser- Durchkontaktierungen, die mit Kupfer gefüllt sein können, kann für diesen und andere Zwecke vorteilhaft sein.In addition, it can be advantageous to contact electrically conductive layer structures and / or components which are embedded in a component carrier efficiently and in a suitable quality. The formation of mechanical vias and laser vias, which may be filled with copper, can be advantageous for these and other purposes.
Es mag die Notwendigkeit bestehen, einen Bauteilträger mit geeigneter elektrischer Zuverlässigkeit herzustellen.There may be a need to manufacture a component carrier with suitable electrical reliability.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Bauteilträger bereitgestellt, der folgendes aufweist: eine elektrisch isolierende Schichtstruktur mit einer Vorder- und einer Rückseite, eine erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur, die die Vorderseite der elektrisch isolierenden Schichtstruktur bedeckt, eine zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur, die die Rückseite der elektrisch isolierenden Schichtstruktur bedeckt, und ein Durchgangsloch (insbesondere ein Laser-Durchgangsloch), das sich durch ein erstes Fenster der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur, die elektrisch isolierende Schichtstruktur und ein zweites Fenster der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur erstreckt, wobei das zweite Fenster eine Breite aufweist, die kleiner ist als eine andere Breite des ersten Fensters, und wobei ein Überhang von mindestens einer von der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur über mindestens eine Seitenwand der elektrisch isolierenden Schichtstruktur, die das Durchgangsloch begrenzt, nicht mehr als 10 µm beträgt.According to an exemplary embodiment of the invention, a component carrier is provided which has the following: an electrically insulating layer structure with a front and a rear side, a first electrically conductive layer structure which covers the front side of the electrically insulating layer structure, a second electrically conductive layer structure which Back of the electrically insulating layer structure covered, and a through hole (in particular a laser through hole), which extends through a first window of the first electrically conductive layer structure, the electrically insulating layer structure and a second window of the second electrically conductive layer structure, wherein the second window Has width that is smaller than another width of the first window, and wherein an overhang of at least one of the first electrically conductive layer structure and the second electrically conductive layer structure over at least s a side wall of the electrically insulating layer structure that delimits the through hole is not more than 10 μm.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren des Herstellens eines Bauteilträgers bereitgestellt, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Bereitstellen einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei die Vorderseite mit einer ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und die Rückseite mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur bedeckt ist, Ausführen einer ersten Laserbohrung 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 Ausführen einer zweiten Laserbohrung durch die zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur und durch die elektrisch isolierende Schichtstruktur von der Rückseite, um dadurch das Sackloch in ein Durchgangsloch zu erweitern, wobei das erste Laserbohren mit einem Laserstrahl ausgeführt wird, der eine größere Breite aufweist als eine andere Breite eines anderen Laserstrahls, der für das zweite Laserbohren verwendet wird.According to a further exemplary embodiment of the invention, a method of producing a component carrier is provided, the method comprising the following: providing an electrically insulating layer structure with a front side and a rear side, the front side having a first electrically conductive layer structure and the rear side having a second electrically conductive layer structure is covered, performing a first laser drilling through the first electrically conductive layer structure and into the electrically insulating layer structure from the front to thereby form a blind hole in the electrically insulating layer structure, and then performing a second laser drilling through the second electrically conductive layer structure and through the electrically insulating layer structure from the rear, thereby expanding the blind hole into a through hole, the first laser drilling being carried out with a laser beam which is a has a greater width than another width of another laser beam which is used for the second laser drilling.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Bauteilträger“ (oder „Komponententräger“) insbesondere jede Stützkonstruktion bezeichnen, die in der Lage ist, ein oder mehrere Bauteile (oder Komponenten) darauf und/oder darin aufzunehmen, um eine mechanische Unterstützung und/oder elektrische Verbindungsfähigkeit zu gewährleisten. Mit anderen Worten, ein Bauteilträger kann als mechanischer und/oder elektronischer Träger für Bauteile konfiguriert sein. Insbesondere kann ein Bauteilträger eine (gedruckte) Leiterplatte, ein organischer Zwischenträger (interposer) und ein IC (integrierter Schaltkreis) -Substrat sein. Ein Bauteilträger kann auch eine Hybridplatte sein, die verschiedene der oben genannten Arten von Bauteilträgern kombiniert.In connection with the present application, the term “component carrier” (or “component carrier”) can in particular refer to any support structure that is capable of receiving one or more components (or components) thereon and / or therein in order to provide mechanical support and / or or to ensure electrical connectivity. In other words, a component carrier can be configured as a mechanical and / or electronic carrier for components. In particular, a component carrier can be a (printed) printed circuit board, an organic intermediate carrier (interposer) and an IC (integrated circuit) substrate. A component carrier can also be a hybrid plate which combines various of the types of component carriers mentioned above.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Schichtstruktur“ insbesondere eine durchgehende Schicht, eine strukturierte Schicht oder eine Vielzahl von nicht fortlaufenden Inseln innerhalb einer gemeinsamen Ebene bezeichnen.In connection with the present application, the term “layer structure” can in particular denote a continuous layer, a structured layer or a multiplicity of non-continuous islands within a common plane.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Fenster“ insbesondere ein Durchgangsloch bezeichnen, insbesondere ein kreisförmiges Durchgangsloch, das sich durch eine elektrisch leitfähige Schichtstruktur erstreckt als Ergebnis einer Behandlung dieser elektrisch leitfähigen Schichtstruktur. Anschaulich ausgedrückt kann die Energie des Laserstrahls Material der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur im Bereich des Fensters abtragen.In connection with the present application, the term “window” can in particular designate a through hole, in particular a circular through hole, which extends through an electrically conductive layer structure as a result of a treatment of this electrically conductive layer structure. Expressed vividly, the energy of the laser beam can be electrical Remove the conductive layer structure in the area of the window.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Durchgangsloch“ insbesondere ein Loch bezeichnen, das sich vollständig durch die gesamten Schichtstrukturen erstreckt und das insbesondere und vorzugsweise durch Laserbearbeitung ausgebildet werden kann. Somit kann das Durchgangsloch ein Laser-Durchgangsloch sein. Ein solches Durchgangsloch kann beispielsweise zwei entgegengesetzte, sich verjüngende Abschnitte aufweisen, die sich von den beiden entgegengesetzten Hauptoberflächen der elektrisch isolierenden Schichtstruktur aus erstrecken. Eine Durchgangsbohrung kann beispielsweise durch eine Kombination von Laserschüssen von der Vorderseite und der Rückseite, d.h. von den beiden entgegengesetzten Hauptoberflächen der Schichtstrukturen, hergestellt werden. Von jeder dieser Seiten können ein oder mehrere Laserschüsse durchgeführt werden. Die Bildung eines Durchgangslochs durch Laserbearbeitung von nur einer Hauptoberfläche aus kann auch möglich sein. Darüber hinaus kann die Bildung eines Durchgangslochs auch durch andere Verfahren als Laserbearbeitung erfolgen, z.B. durch eine Plasmabehandlung.In connection with the present application, the term “through hole” can in particular refer to a hole that extends completely through the entire layer structures and that can be formed in particular and preferably by laser processing. Thus, the through hole can be a laser through hole. Such a through-hole can have, for example, two opposite, tapering sections which extend from the two opposite main surfaces of the electrically insulating layer structure. A through hole can be, for example, by a combination of laser shots from the front and the back, i.e. from the two opposite main surfaces of the layer structures. One or more laser shots can be carried out from each of these sides. It may also be possible to form a through hole by laser machining from only one main surface. In addition, a through hole may also be formed by methods other than laser processing, e.g. through a plasma treatment.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Breite“ von einem Fenster und einem ersten bzw. zweiten Laserstrahl insbesondere einen Durchmesser (insbesondere einen maximalen Durchmesser) des vorzugsweise kreisförmigen Fensters und einen Durchmesser (insbesondere einen maximalen Durchmesser) des vorzugsweise kreisförmigen ersten oder zweiten Laserstrahls, respektive, bezeichnen.In connection with the present application, the term “width” of a window and a first or second laser beam can in particular mean a diameter (in particular a maximum diameter) of the preferably circular window and a diameter (in particular a maximum diameter) of the preferably circular first or second Laser beam, respectively, denote.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Überhang“ insbesondere eine Teillänge von einer jeweiligen der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen bezeichnen, die unmittelbar an das jeweilige Fenster angrenzen, über welche Teillänge sich die elektrisch leitfähige Schichtstruktur seitlich über die elektrisch isolierende Schichtstruktur hinaus erstreckt (oder in einer freitragenden Weise frei hängt). So kann es vorkommen, dass das überhängende Material der jeweiligen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur lokal nicht durch Material der elektrisch isolierenden Schichtstruktur entlang der Erstreckung (oder Ausdehnung) des Überhangs unterstützt wird, aufgrund des Vorhandenseins von einem Teil des Durchgangslochs in einer Tasche unterhalb der überhängenden elektrisch leitfähigen Schichtstruktur. Was die obige Aussage betrifft, dass überhängendes Material lokal nicht unterstützt sein kann, sollte gesagt werden, dass sich der Überhang auf den im Wesentlichen harzfreien Bereich unter der jeweiligen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur beziehen kann. Eine fachkundige Person wird jedoch verstehen, dass ein gewisser Rückstand von Harz sogar innerhalb einer Lücke, die mit dem Überhang zusammenhängt, vorhanden sein kann. Um den Wert (oder die Größe) des Überhangs quantitativ zu bestimmen oder zu messen, kann die Länge der im wesentlichen harzfreien (wobei sich Harz auf die elektrisch isolierende Schichtstruktur beziehen kann) Hinterschneidung (oder Hinterschnitt) direkt unter einer überhängenden elektrisch leitfähigen Schichtstruktur gemessen werden (insbesondere auch dann, wenn es nicht der am stärksten zurückweichende Punkt oder das gesamte Relief unter der überhängenden elektrisch leitfähigen Schichtstruktur, z.B. Kupferschicht, ist). Mit anderen Worten kann zum Messen des Überhangs die Hinterschneidung direkt unter der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur gemessen werden.In the context of the present application, the term “overhang” can in particular denote a partial length of a respective one of the electrically conductive layer structures that directly adjoin the respective window, over which partial length the electrically conductive layer structure extends laterally beyond the electrically insulating layer structure (or in cantilevered). It can happen that the overhanging material of the respective electrically conductive layer structure is not locally supported by material of the electrically insulating layer structure along the extension (or extension) of the overhang, due to the presence of a part of the through hole in a pocket below the overhanging electrically conductive Layer structure. With regard to the above statement that overhanging material cannot be supported locally, it should be said that the overhang can refer to the essentially resin-free area under the respective electrically conductive layer structure. However, one skilled in the art will understand that some residue of resin may be present even within an overhang gap. To quantify or measure the value (or size) of the overhang, the length of the substantially resin-free (where resin may refer to the electrically insulating layer structure) undercut (or undercut) can be measured directly under an overhanging electrically conductive layer structure (especially if it is not the most receding point or the entire relief under the overhanging electrically conductive layer structure, eg copper layer). In other words, the undercut can be measured directly under the electrically conductive layer structure in order to measure the overhang.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Versatz von der Vorderseite in Bezug zur Rückseite“ („front-side-to-back-side offset“) insbesondere eine seitliche Verschiebung zwischen den Mittelpunkten der Laserstrahlen beim vorderseitigen Bohren und beim rückseitigen Bohren bezeichnen. Folglich kann der „Versatz“ auch eine seitliche Verschiebung zwischen den Mittelpunkten von den Teillöchern des Laser-Durchgangslochs in der elektrisch isolierenden Schichtstruktur und von den Fenstern, die durch die elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen auf der Vorderseite und der Rückseite verlaufen, bezeichnen. Mit einem ausreichend kleinen Versatz-Wert (vorzugsweise unter 15 µm) kann eine hohe elektrische Zuverlässigkeit des mit elektrisch leitfähigem Material gefüllten Laser-Durchgangslochs erreicht werden.In connection with the present application, the term “offset from the front with respect to the rear” (“front-side-to-back-side offset”) can in particular refer to a lateral displacement between the centers of the laser beams when drilling from the front and from the rear . Consequently, the “offset” can also mean a lateral displacement between the center points of the partial holes of the laser through hole in the electrically insulating layer structure and of the windows which run through the electrically conductive layer structures on the front side and the rear side. With a sufficiently small offset value (preferably less than 15 μm), a high electrical reliability of the laser through hole filled with electrically conductive material can be achieved.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Bauteilträgers mit Durchgangsloch bereitgestellt, wobei die Zuverlässigkeit des Durchgangslochs (das zumindest teilweise mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt sein kann) hoch ist. Herkömmlich kann es vorkommen, dass während der Bildung des Durchgangslochs durch ein kombiniertes Laserbohren von einer Vorderseite und von einer Rückseite einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur ein signifikanter seitlicher Überhang von einer oder beiden der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen auf den entgegengesetzten Hauptoberflächen der elektrisch isolierenden Schichtstruktur über eine benachbarte Seitenwand des Durchgangslochs in der elektrisch isolierenden Schichtstruktur auftritt. Dies kann herkömmlich zu Problemen der Zuverlässigkeit führen, wenn das Durchgangsloch mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt wird. Wenn ein solcher Überhang übermäßig groß ist, kann insbesondere ein schnabelförmiger Spalt an einer Grenzfläche zwischen der jeweiligen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und der elektrisch isolierenden Schichtstruktur während eines Metallisierungsvorgangs oder ähnlichem zum Füllen des Durchgangslochs mit elektrisch leitfähigem Material teilweise ungefüllt bleiben. Als Folge davon kann die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung, die durch das metallgefüllte Durchgangsloch bereitgestellt wird, schlecht sein. Beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung beruhen jedoch auf der Erkenntnis, dass, wenn ein Laser(strahl)durchmesser beim rückseitigen Bohren kleiner gewählt wird als ein Laserstrahldurchmesser beim vorderseitigen Bohren, das entsprechend ausgebildete Fenster in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur auf der Vorderseite größer sein kann als ein Fenster in der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur auf der Rückseite. Dies wiederum kann sich positiv auf die Unterdrückung eines übermäßigen Überhangs auswirken. Dies kann entsprechend (mutatis mutandis) auch für andere Verfahren zur Bildung des Durchgangslochs, z.B. mit Hilfe eines Plasmas, gelten. Wenn außerdem das erste Fenster in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur auf der Vorderseite größer gewählt wird als das zweite Fenster in der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur auf der Rückseite, kann sich die Forderung Gemäß einer genauen Ausrichtung der Laservorrichtung in Bezug auf die Vorform des Bauteilträgers beim Laserbohren von der Vorderseite und der Rückseite entspannen. Herkömmlich ist es vorteilhaft, wenn ein seitlicher Versatz zwischen der elektrisch isolierenden Schichtstruktur und der Laservorrichtung beim vorderseitigen Bohren und rückseitigen Bohren möglichst gering ist. Andernfalls kann ein übermäßiger Überhang entstehen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, die eine Fertigungsarchitektur des Ausbildens eines größeren Vorderseitenfensters als eines Rückseitenfensters durchführt, hat sich jedoch herausgestellt, dass selbst bei einem größeren Versatzwert zwischen elektrisch isolierender Schichtstruktur und Laservorrichtung beim vorderseitigen Bohren und rückseitigen Bohren ein ausreichend kleiner Überhang von 10 µm oder weniger erreicht werden kann. Auch diese gelockerte Anforderung hinsichtlich der Steuerung des Versatzes kann die Fertigungsarchitektur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung einfach und genau machen.According to an exemplary embodiment of the invention, a production method for producing a component carrier with a through-hole is provided, wherein the reliability of the through-hole (which can be at least partially filled with electrically conductive material) is high. Conventionally, it can happen that during the formation of the through hole by a combined laser drilling from a front side and from a rear side of an electrically insulating layer structure, a significant lateral overhang of one or both of the electrically conductive layer structures on the opposite main surfaces of the electrically insulating layer structure via an adjacent side wall of the through hole occurs in the electrically insulating layer structure. Conventionally, this can lead to reliability problems when the through hole is filled with electrically conductive material. If such an overhang is excessively large, in particular a beak-shaped gap at an interface between the respective electrically conductive layer structure and the electrically insulating layer structure can be used during a metallization process or the like to fill the Through holes with electrically conductive material remain partially unfilled. As a result, the reliability of the electrical connection provided by the metal-filled through hole can be poor. Exemplary embodiments of the invention, however, are based on the knowledge that if a laser (beam) diameter when drilling on the rear is chosen to be smaller than a laser beam diameter when drilling on the front, the correspondingly configured window in the first electrically conductive layer structure on the front can be larger than one Windows in the electrically conductive layer structure on the back. This, in turn, can have a positive effect on suppressing excessive overhang. Correspondingly (mutatis mutandis), this can also apply to other methods of forming the through hole, for example with the aid of a plasma. In addition, if the first window in the first electrically conductive layer structure on the front side is chosen to be larger than the second window in the second electrically conductive layer structure on the rear side, the requirement can be met according to an exact alignment of the laser device with respect to the preform of the component carrier during laser drilling relax from the front and the back. Conventionally, it is advantageous if a lateral offset between the electrically insulating layer structure and the laser device when drilling from the front and from the rear is as small as possible. Otherwise, an excessive overhang can result. According to an exemplary embodiment of the invention, which carries out a manufacturing architecture for forming a larger front window than a rear window, it has been found, however, that even with a larger offset value between the electrically insulating layer structure and the laser device, when drilling from the front and from the rear, a sufficiently small overhang of 10 μm or less can be achieved. This relaxed requirement regarding the control of the offset can also make the manufacturing architecture simple and accurate according to an exemplary embodiment of the invention.
Anschaulich ausgedrückt, wenn das Fenster der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur auf der Rückseite kleiner ist als das Fenster der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur auf der Vorderseite, dann wird selbst ein gewisser Versatz von der Vorderseite in Bezug zu der Rückseite zwischen den Teilen der von der Vorderseite bzw. der Rückseite gebohrten Durchgangsbohrung, respektive, nicht zu einem signifikanten Überhang führen wird, insbesondere nicht zu einem signifikanten Überhang auf der Vorderseite führen (vgl. auch
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform werden zwei unterschiedliche Durchmesser der oberen und unteren Fenster, die sich durch elektrisch leitfähige Schichtstrukturen erstrecken, eingestellt. Vorzugsweise kann der Durchmesser an der Unterseite kleiner sein als der Durchmesser an der Oberseite. Durch Ergreifen dieser Maßnahme kann ein potentielles Zuverlässigkeitsrisiko aufgrund von Problemen mit einer Oberseite-zu-Unterseite-Passgenauigkeit (top-side-to-bottom-side registration) gelöst und selbst enge Spezifikationen eingehalten werden. Dies kann sogar möglich sein ohne Veränderung an einer Lasermaschine, die zum Ausbilden eines Durchgangslochs durch vorderseitiges Bohren und rückseitiges Bohren verwendet wird. Insbesondere kann durch die Verwendung von unterschiedlichen Durchmessern zwischen den Fenstergrößen an der Ober- und Unterseite eine entsprechende Fertigungsarchitektur dazu beitragen, die Auswirkungen eines Problems mit der Passgenauigkeitsverschiebung (registration shift) zu verringern. Auf diese Weise kann es möglich sein, sicherzustellen, dass ein Durchgangsloch noch innerhalb einer vordefinierten Spezifikation bleibt. Gleichzeitig kann es möglich sein, die Zuverlässigkeit des hergestellten Bauteilträgers zu verbessern. Die einfachen Maßnahmen, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ergriffen werden, können den Aufwand und die Zeit für die Herstellung eines Bauteilträgers reduzieren, da vorhandene Hardware mit einer relativ einfachen Veränderungen in Bezug auf die Verarbeitung verwendet werden kann. Vorteilhaft können beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung für im Wesentlichen jede elektronische Anmeldung implementiert werden, bei der Durchgangsbohrungen zum Erlangen einer Verbesserung der Zuverlässigkeit eines hergestellten Bauteilträgers verwendet werden.According to an exemplary embodiment, two different diameters of the upper and lower windows, which extend through electrically conductive layer structures, are set. The diameter at the bottom can preferably be smaller than the diameter at the top. By taking this measure, a potential reliability risk due to problems with top-to-bottom registration (top-to-bottom-side registration) can be solved and even tight specifications can be met. This may even be possible without modification to a laser machine that is used to form a through-hole by front and back drilling. In particular, by using different diameters between the window sizes on the top and bottom, a corresponding manufacturing architecture can help to reduce the effects of a problem with the registration shift. In this way, it may be possible to ensure that a through hole still remains within a predefined specification. At the same time, it may be possible to improve the reliability of the component carrier produced. The simple measures taken in accordance with an exemplary embodiment of the invention can reduce the effort and time for producing a component carrier, since existing hardware can be used with a relatively simple change in terms of processing. Exemplary embodiments of the invention can advantageously be implemented for essentially any electronic application in which through holes are used to achieve an improvement in the reliability of a component carrier produced.
Im Folgenden werden weitere beispielhafte Ausführungsformen des Bauteilträgers und des Verfahrens erläutert.Further exemplary embodiments of the component carrier and of the method are explained below.
In einer Ausführungsform liegt ein Unterschied zwischen den Breiten des ersten Fensters und des zweiten Fensters in einem Bereich zwischen 5 µm und 50 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 10 µm und 30 µm. Dementsprechend kann ein Unterschied zwischen den Breiten des ersten Laserstrahls, der das erste Laserbohren durchführt, und des zweiten Laserstrahls, der das zweite Laserbohren durchführt, in einem Bereich zwischen 5 µm und 50 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 10 µm und 30 µm, liegen. Wenn der Unterschied zwischen den Breiten der Fenster in den elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen auf der Vorderseite und der Rückseite zu klein wird, werden auch die Auswirkungen auf den verringerten Überhang und die reduzierten Anforderungen hinsichtlich der Ausrichtungsgenauigkeit zu gering. Wenn jedoch der Unterschied zwischen den Fenstern in den elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen auf der Vorderseite und der Rückseite zu groß wird, wird die Form des Laser-Durchgangslochs zu asymmetrisch, was die Verbesserungen in Bezug auf die elektrische Zuverlässigkeit und die geringeren Anforderungen an die Ausrichtungsgenauigkeit ebenfalls verschlechtern kann. Daher ist ein Unterschied zwischen der Fenstergröße auf der Vorderseite und der Fenstergröße auf der Rückseite von 5 µm bis 50 µm, vorzugsweise zwischen 10 µm und 30 µm, besonders vorteilhaft.In one embodiment, a difference between the widths of the first window and the second window lies in a range between 5 μm and 50 μm, in particular in a range between 10 μm and 30 μm. Accordingly, a difference between the widths of the first laser beam that performs the first laser drilling and the second laser beam that performs the second laser drilling can be in a range between 5 μm and 50 μm, in particular in a range between 10 μm and 30 μm . If the difference between the widths of the windows in the electrically conductive Layer structures on the front and the back become too small, the effects on the reduced overhang and the reduced requirements regarding alignment accuracy are too small. However, if the difference between the windows in the electroconductive layer structures on the front and the back becomes too large, the shape of the laser through hole becomes too asymmetrical, which also deteriorates the improvements in terms of electrical reliability and the lower requirements for alignment accuracy can. Therefore, a difference between the window size on the front side and the window size on the rear side of 5 μm to 50 μm, preferably between 10 μm and 30 μm, is particularly advantageous.
In einer Ausführungsform liegt die Breite des ersten Fensters in einem Bereich zwischen 50 µm und 200 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 65 µm und 120 µm. Dementsprechend kann die Breite des ersten Laserstrahls in einem Bereich zwischen 50 µm und 200 µm liegen, insbesondere in einem Bereich zwischen 65 µm und 120 µm. Die oben genannten Effekte aufgrund der Größenunterschiede zwischen dem ersten Fenster und dem zweiten Fenster sind besonders ausgeprägt, wenn der Absolutwert des ersten Fensters auf der Vorderseite in den genannten Bereichen liegt. Allgemeiner gilt, wenn das Verhältnis zwischen der Differenz der Breite des ersten Fensters und des zweiten Fensters einerseits und dem absoluten Wert der Öffnungsgröße des ersten Fensters andererseits in einem Bereich zwischen 10 % und 30 % liegt, kann ein hoher Einfluss auf die elektrische Zuverlässigkeit erzielt werden.In one embodiment, the width of the first window is in a range between 50 μm and 200 μm, in particular in a range between 65 μm and 120 μm. Accordingly, the width of the first laser beam can be in a range between 50 μm and 200 μm, in particular in a range between 65 μm and 120 μm. The above-mentioned effects due to the size differences between the first window and the second window are particularly pronounced when the absolute value of the first window on the front lies in the ranges mentioned. In general, if the ratio between the difference in the width of the first window and the second window on the one hand and the absolute value of the opening size of the first window on the other is in a range between 10% and 30%, a high influence on the electrical reliability can be achieved .
In einer Ausführungsform liegt die Breite des zweiten Fensters in einem Bereich zwischen 40 µm und 150 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 45 µm und 100 µm. Dementsprechend kann die Breite des zweiten Laserstrahls in einem Bereich zwischen 40 µm und 150 µm liegen, insbesondere in einem Bereich zwischen 45 µm und 100 µm. Vorzugsweise kann ein Verhältnis zwischen der Breite des ersten Fensters und der Breite des zweiten Fensters größer als 1 und nicht größer als 1,6 sein, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1,1 und 1,5, um sehr gute Ergebnisse zu erzielen.In one embodiment, the width of the second window is in a range between 40 μm and 150 μm, in particular in a range between 45 μm and 100 μm. Accordingly, the width of the second laser beam can be in a range between 40 μm and 150 μm, in particular in a range between 45 μm and 100 μm. A ratio between the width of the first window and the width of the second window can preferably be greater than 1 and not greater than 1.6, preferably in a range between 1.1 and 1.5, in order to achieve very good results.
In einer Ausführungsform beträgt der Überhang der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur über jede Seitenwand des Laser-Durchgangslochs in der elektrisch isolierenden Schichtstruktur jeweils nicht mehr als 20 µm, insbesondere nicht mehr als 15 µm, insbesondere nicht mehr als 10 µm. Mit anderen Worten, die genannten Werte des Überhangs können sowohl an der Grenzfläche zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und der elektrisch isolierenden Schichtstruktur als auch zwischen der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und der elektrisch isolierenden Schichtstruktur vorhanden sein, in beiden Fällen um den Umfang des Laser-Durchgangslochs herum. Eine geeignete elektrische Zuverlässigkeit des Bauteilträgers kann insbesondere dann erreicht werden, wenn alle Werte des Überhangs auf der Vorderseite und der Rückseite weniger als 20 µm betragen. Eine noch ausgeprägtere Zuverlässigkeit kann jedoch erreicht werden, wenn alle diese Werte des Überhangs unter 15 µm oder, noch bevorzugter, unter 10 µm liegen. Folglich ist es vorteilhaft, dass die Prozessparameter bei der Bildung des ersten Fensters und des zweiten Fensters entsprechend gewählt werden.In one embodiment, the overhang of the first electrically conductive layer structure and the second electrically conductive layer structure over each side wall of the laser through hole in the electrically insulating layer structure is in each case not more than 20 μm, in particular not more than 15 μm, in particular not more than 10 μm. In other words, the cited values of the overhang can be present both at the interface between the first electrically conductive layer structure and the electrically insulating layer structure and also between the second electrically conductive layer structure and the electrically insulating layer structure, in both cases around the circumference of the laser Through hole around. A suitable electrical reliability of the component carrier can be achieved in particular if all the values of the overhang on the front and the back are less than 20 μm. However, even more pronounced reliability can be achieved if all of these overhang values are below 15 µm or, more preferably, below 10 µm. It is consequently advantageous that the process parameters are selected accordingly when the first window and the second window are formed.
In einer Ausführungsform beträgt der Überhang der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur über mindestens eine, insbesondere über jede Seitenwand nicht mehr als 10 µm. Wenn der Überhang weniger als 10 µm um den gesamten Umfang des Laser-Durchgangslochs auf der Vorderseite beträgt, zeigt der erhaltene Bauteilträger eine hohe elektrische Zuverlässigkeit. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere der vorderseitige Überhang für die Zuverlässigkeit kritisch ist, insbesondere bei einem gewissen seitlichen Versatz.In one embodiment, the overhang of the first electrically conductive layer structure over at least one, in particular over each side wall is not more than 10 μm. If the overhang is less than 10 µm around the entire circumference of the laser through hole on the front side, the component carrier obtained shows high electrical reliability. It has been found that the front overhang in particular is critical for reliability, especially with a certain lateral offset.
In einer Ausführungsform besteht der Bauteilträger aus elektrisch leitfähigem Füllmaterial, das zumindest einen Teil der Laser-Durchgangsbohrung ausfüllt. Vorzugsweise kann das elektrisch leitfähige Material Kupfer aufweisen oder aus Kupfer bestehen. In einer Ausführungsform wird die gesamte Laser-Durchgangsbohrung mit Kupfer gefüllt. In einer anderen Ausführungsform wird nur ein Teil des Laser-Durchgangslochs mit Kupfer gefüllt. Das Füllen des Laser-Durchgangslochs mit elektrisch leitfähigem Material kann dadurch erreicht werden, dass zunächst eine dünne Keimschicht aus elektrisch leitfähigem Material auf den Seitenwänden der elektrisch isolierenden Schichtstrukturen, die das Laser-Durchgangsloch begrenzen, ausgebildet wird. Eine solche Keimschicht kann z.B. durch stromlose Abscheidung oder durch Sputtern gebildet werden, um das Laser-Durchgangsloch für ein nachfolgendes Metallisierungsverfahren vorzubereiten. Anschließend können ein oder mehrere Metallisierungsvorgänge durchgeführt werden, um zunächst die Seitenwandabdeckung mit elektrisch leitfähigem Material zu verdicken, gefolgt von der Bildung einer Brücke, die die gegenüberliegenden Seitenwände in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung verbindet. Danach kann wiederum ein Füllen der verbleibenden Aussparungen oberhalb und unterhalb der Brückenstruktur mit weiterem elektrisch leitfähigem Füllmedium, wie etwa Kupfer, erfolgen.In one embodiment, the component carrier consists of electrically conductive filler material that fills at least part of the laser through hole. The electrically conductive material can preferably have copper or consist of copper. In one embodiment, the entire laser through hole is filled with copper. In another embodiment, only a part of the laser through hole is filled with copper. The filling of the laser through hole with electrically conductive material can be achieved by first forming a thin seed layer made of electrically conductive material on the side walls of the electrically insulating layer structures that delimit the laser through hole. Such a seed layer can e.g. may be formed by electroless plating or sputtering to prepare the laser via for a subsequent metallization process. One or more metallizations can then be performed to first thicken the sidewall cover with electrically conductive material, followed by the formation of a bridge connecting the opposite sidewalls in a substantially horizontal direction. After that, the remaining recesses above and below the bridge structure can be filled with further electrically conductive filling medium, such as copper.
In einer Ausführungsform umfasst das elektrisch leitfähige Füllmaterial eine Brückenstruktur, die gegenüberliegende Seitenwände der elektrisch isolierenden Schichtstruktur, die das Laser-Durchgangsloch begrenzt, verbindet. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Brückenstruktur“ insbesondere eine elektrisch leitfähige Struktur bezeichnen, die sich im Wesentlichen horizontal zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden der elektrisch isolierenden Schichtstruktur erstreckt und das Laser-Durchgangsloch begrenzt, insbesondere an oder nahe bei einem schmalsten Abschnitt des Laser-Durchgangslochs. Eine solche Brückenstruktur kann zum Beispiel durch Metallisieren nach der Laser-Durchgangslochbildung gebildet werden. Gemäß einem solchen Metallisierungsverfahren wird das zuvor gebildete Laser-Durchgangsloch nur teilweise mit elektrisch leitfähigem Material, das die Brückenstruktur bildet, gefüllt, so dass die Brückenstruktur in der Richtung nach oben durch eine erste Abgrenzungsfläche und an einer anderen Seite durch eine zweite Abgrenzungsfläche begrenzt werden kann. Sowohl die erste Abgrenzungsfläche als auch die zweite Abgrenzungsfläche können eine konkave Form haben.In one embodiment, the electrically conductive filler material comprises a bridge structure that connects opposite side walls of the electrically insulating layer structure that delimits the laser through hole. In connection with the present application, the term “bridge structure” can in particular refer to an electrically conductive structure that is essentially horizontal between opposite ones Extends sidewalls of the electrically insulating layer structure and delimits the laser through hole, in particular at or near a narrowest section of the laser through hole. Such a bridge structure can be formed, for example, by metallization after the laser through-hole formation. According to such a metallization method, the previously formed laser through hole is only partially filled with electrically conductive material that forms the bridge structure, so that the bridge structure can be delimited in the upward direction by a first delimitation surface and on another side by a second delimitation surface . Both the first boundary surface and the second boundary surface can have a concave shape.
In einer Ausführungsform beträgt die schmalste vertikale Dicke der Brückenstruktur mindestens 20 µm. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere Bauteilträger mit Laserdurchgangslöchern in dünnen elektrisch isolierenden Schichtstrukturen von 100 µm Dicke oder weniger besonders anfällig für Zuverlässigkeitsprobleme sind. Dies scheint zurückzuführen zu sein auf die Form eines Laser-Durchgangslochs, das sich vollständig durch solche dünnen elektrisch isolierenden Schichtstrukturen, wie etwa dünne Kerne (cores), erstreckt. Es hat sich jedoch überraschend herausgestellt, dass, wenn die schmalste vertikale Dicke der Brückenstruktur, die gegenüberliegende Seitenwände der elektrisch isolierenden Schichtstruktur, die das Laser-Durchgangsloch begrenzt, verbindet, 20 µm oder mehr beträgt, keine derartigen Zuverlässigkeitsprobleme mehr auftreten (selbst wenn das Laser-Durchgangsloch in einer dünnen elektrisch isolierenden Schichtstruktur mit einer Dicke von nicht mehr als 100 µm ausgebildet wird). Somit verbessert die erwähnte Entwurfsregel die Zuverlässigkeit von kupfergefüllten Laser-Durchkontaktierungen erheblich, insbesondere bei dünnen Kernen, aber nicht darauf begrenzt.In one embodiment, the narrowest vertical thickness of the bridge structure is at least 20 μm. It has been found that, in particular, component carriers with laser through holes in thin electrically insulating layer structures of 100 μm thickness or less are particularly susceptible to reliability problems. This appears to be due to the shape of a laser through-hole that extends completely through such thin electrically insulating layer structures, such as thin cores. However, it has surprisingly been found that when the narrowest vertical thickness of the bridge structure connecting the opposite side walls of the electrically insulating layer structure that delimits the laser through hole is 20 μm or more, such reliability problems no longer occur (even if the laser Through hole is formed in a thin electrically insulating layer structure with a thickness of not more than 100 µm). Thus, the aforementioned design rule significantly improves the reliability of copper-filled laser vias, particularly but not limited to thin cores.
In einer Ausführungsform ist zumindest ein Teil des Laser-Durchgangslochs in einer Querschnittsansicht im Wesentlichen X-förmig. Ein im Wesentlichen X-förmiges Laser-Durchgangsloch kann durch einen einzigen Laserschuss beim Bohren der Vorderseite und einen einzigen Laserschuss beim Bohren der Rückseite erzielt werden. Während das herkömmliche Füllen eines solchen X-förmigen Laser-Durchgangslochs insbesondere im schmalsten Abschnitt eines solchen Laser-Durchgangslochs eine Herausforderung darstellte, werden solche Herausforderungen entspannter, wenn das beschriebene Laserbohren mit einem größeren Bohrfenster von der Rückseite als im Vergleich zur Vorderseite durchgeführt wird.In one embodiment, at least a part of the laser through hole is substantially X-shaped in a cross-sectional view. A substantially X-shaped laser through hole can be achieved by a single laser shot when drilling the front and a single laser shot when drilling the back. While conventional filling of such an X-shaped laser through-hole was a challenge, particularly in the narrowest section of such a laser through-hole, such challenges become more relaxed when the laser drilling described is carried out with a larger drilling window from the rear than compared to the front.
Dementsprechend kann das erste Laserbohren aus einem Laserschuss bestehen und das zweite Laserbohren ebenfalls nur aus einem Laserschuss. Das Ergreifen dieser Maßnahme kann insbesondere bei dünneren elektrisch isolierenden Schichtstrukturen (z.B. mit einer Dicke unter 100 µm) sinnvoll sein. Ein solcher Ansatz mit zwei Laserschüssen kann mit geringem Aufwand zu einer X-Form des Laser-Durchgangslochs führen (vgl.
In einer anderen Ausführungsform hat zumindest ein Teil des Laser-Durchgangslochs einen mittigen, im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt zwischen zwei entgegengesetzten, sich verjüngenden Abschnitten. Durch einen solchen alternativen Ansatz kann der schmalste Abschnitt des Laser-Durchgangslochs durch einen zusätzlichen dritten Laserschuss von der Rückseite breiter oder weiter gemacht werden. Mit anderen Worten, ein Laser-Durchgangsloch mit der beschriebenen Geometrie kann erreicht werden, indem zunächst ein Laserschuss für das vorderseitige Bohren und anschließend zwei Laserschüsse beim rückseitigen Bohren durchgeführt werden. Dieser Ansatz kann die elektrische Zuverlässigkeit weiter verbessern (vgl.
Dementsprechend kann das erste Laserbohren einen Laserschuss und das zweite Laserbohren zwei Laserschüssen umfassen. Das Ergreifen dieser Maßnahme kann insbesondere bei dickeren elektrisch isolierenden Schichtstrukturen (z.B. mit einer Dicke über 100 µm) sinnvoll sein. Ein solcher Ansatz mit drei Laserschüssen kann zu einer Geometrie mit zwei äußeren, sich verjüngenden Abschnitten führen, die durch einen geraden mittigen Abschnitt des Laser-Durchgangslochs verbunden sind. Der gerade Abschnitt kann an verschiedenen Seitenwänden unterschiedliche vertikale Längen haben.Accordingly, the first laser drilling can comprise one laser shot and the second laser drilling two laser shots. This measure can be particularly useful for thicker electrically insulating layer structures (e.g. with a thickness of more than 100 µm). Such an approach with three laser shots can result in a geometry with two outer, tapered sections, which are connected by a straight central section of the laser through hole. The straight section can have different vertical lengths on different side walls.
In einer Ausführungsform hat das Laser-Durchgangsloch einen Versatz von Vorderseite in Bezug zur Rückseite von nicht mehr als 20 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 15 µm und 20 µm. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Versatz von der Vorderseite in Bezug zur Rückseite“ („front-side-to-back-side offset“) insbesondere eine seitliche Verschiebung zwischen den Mitten (oder Zentren) der Laserstrahlen (und folglich der Teillöcher des Laser-Durchgangslochs) beim vorderseitigen Bohren und beim rückseitigen Bohren bezeichnen. Mit einem Versatz-Wert von sogar unter 20 µm kann eine hohe elektrische Zuverlässigkeit des mit elektrisch leitfähigem Material gefüllten Laser-Durchgangslochs erreicht werden, da dank des größeren Fensters, das beim vorderseitigen Bohren entsteht, als im Vergleich zum Fenster, das beim rückseitigen Bohren entsteht. Ein kleiner Versatz kann z.B. durch das Einspannen einer Vorform des Bauteilträgers (z.B. einer Platte) an einer Befestigungsbasis während des Laserbohrens gewährleistet werden.In one embodiment, the laser through hole has an offset from the front with respect to the rear of not more than 20 μm, in particular in a range between 15 μm and 20 μm. In connection with the present application, the term “offset from the front with respect to the rear” (“front-side-to-back-side offset”) can in particular mean a lateral displacement between the centers (or centers) of the laser beams (and consequently the Designate partial holes of the laser through hole) when drilling from the front and when drilling from the rear. With an offset value of even less than 20 µm, a high electrical reliability of the laser through hole filled with electrically conductive material can be achieved, because thanks to the larger window that arises when drilling from the front than compared to the window that arises when drilling from the rear . A small offset can e.g. by clamping a preform of the component carrier (e.g. a plate) on a mounting base during laser drilling.
Insbesondere bei der Einbettung von Komponenten (wie z.B. HalbleiterChips mit Lötkissen (pads)) sind die Anforderungen an die elektrische Zuverlässigkeit des Bauteilträgers besonders ausgeprägt, da solche eingebetteten Komponenten möglicherweise eine elektrische Verbindung von der Vorderseite und/oder von der Rückseite benötigen. Die erwähnten, mit elektrisch leitfähigem Material gefüllten Laser-Durchgangslöcher können zu einer solchen elektrischen Verbindung beitragen. Daher führt die verbesserte Genauigkeit und Zuverlässigkeit des elektrisch leitfähigen Füllens des Laser-Durchgangslochs zu einer verbesserten Zuverlässigkeit bei der Einbettung von Komponenten in den Bauteilträger. Particularly when embedding components (such as semiconductor chips with solder pads), the requirements for the electrical reliability of the component carrier are particularly pronounced, since such embedded components may require an electrical connection from the front and / or from the rear. The aforementioned laser through holes filled with electrically conductive material can contribute to such an electrical connection. Therefore, the improved accuracy and reliability of the electrically conductive filling of the laser through hole leads to an improved reliability in the embedding of components in the component carrier.
In einer Ausführungsform wird das erste Laserbohren mit einer geringeren Laserleistung als das zweite Laserbohren durchgeführt. Es hat sich herausgestellt, dass wenn die Laserleistung beim vorderseitigen Bohren (mit größerer Fenstergröße) niedriger gewählt wird als eine Laserleistung, die bei der Bildung eines kleineren Fensters auf der Rückseite verwendet wird, der Einfluss auf die Verringerung des Überhangs und damit die Verbesserung der elektrischen Zuverlässigkeit besonders hoch ist. Mit anderen Worten, eine Ausbildung eines großen Fensters kann vorteilhaft mit einer kleineren Laserleistung durchgeführt werden als eine Ausbildung eins kleineren Fensters. Überraschenderweise kann diese Parameterkombination (d.h. größere Laserstrahlgröße mit geringerer Leistung beim Bohren auf der Vorderseite im Vergleich zu einer höheren Laserleistung mit einer kleineren Laserstrahlgröße beim Bohren auf der Rückseite) zu einer weiteren Verbesserung der elektrischen Zuverlässigkeit durch eine Verringerung des Überhangs führen.In one embodiment, the first laser drilling is carried out with a lower laser power than the second laser drilling. It has been found that if the laser power when drilling from the front (with a larger window size) is chosen to be lower than the laser power that is used when a smaller window is formed on the rear, the influence on the reduction of the overhang and thus the improvement of the electrical power Reliability is particularly high. In other words, the formation of a large window can advantageously be carried out with a smaller laser power than the formation of a smaller window. Surprisingly, this combination of parameters (i.e. larger laser beam size with lower power when drilling on the front compared to higher laser power with a smaller laser beam size when drilling on the rear) can lead to a further improvement in electrical reliability by reducing the overhang.
In einer Ausführungsform kann ein lateral schmalster Abschnitt der Durchgangsbohrung vertikal asymmetrisch zu der Vorderseite und der Rückseite angeordnet sein, insbesondere näher an der Vorderseite als an der Rückseite oder näher an der Rückseite als an der Vorderseite. Dementsprechend können das erste Laserbohren und das zweite Laserbohren so ausgeführt werden, dass ein lateral schmalster Abschnitt des Durchgangslochs vertikal asymmetrisch zu der Vorderseite und der Rückseite liegt. Somit kann der schmalste Abschnitt des Durchgangslochs asymmetrisch sein, nämlich nicht in der Mitte des Durchgangslochs, sondern eher an der Oberseite oder der Unterseite. Dies kann durch entsprechende Konfiguration der Laserenergie, des Laserdurchmessers und der Anzahl der Schüsse von der Vorderseite und der Rückseite eingestellt werden:
- - In einer Ausführungsform wird das erste Laserbohren mit einer geringeren Laserenergie als das zweite Laserbohren durchgeführt, so dass der lateral schmalste Abschnitt des Durchgangslochs näher an der Vorderseite als an der Rückseite liegt. So kann sich der schmalste Abschnitt des Durchgangslochs näher an der oberen Hauptoberfläche befinden bei einem weichen ersten Schuss von der oberen Hauptoberfläche mit größerem Durchmesser, gefolgt von einem stärkeren zweiten Schuss von der unteren Hauptoberfläche mit kleinerem Durchmesser. Infolgedessen kann ein mittiger oder schmalster Abschnitt des Durchgangslochs nach unten verschoben werden.
- - In einer anderen Ausführungsform wird das erste Laserbohren mit einem ersten Laserschuss von der Vorderseite mit einer kleineren Energie und einem größeren Laserdurchmesser als ein nachfolgender zweiter Laserschuss von der Vorderseite durchgeführt, gefolgt von dem zweiten Laserbohren von der Rückseite mit einem weiteren Laserschuss mit einem kleineren Laserdurchmesser als dem des ersten Laserschusses und größer als dem des zweiten Laserschusses, so dass der lateral schmalste Abschnitt der Durchgangsbohrung näher an der Rückseite als an der Vorderseite liegt. So kann einem ersten oberseitigen Schuss mit großem Durchmesser und niedriger Energie ein zweiter oberseitiger Schuss mit kleinerem Durchmesser und höherer Energie folgen (der tiefer geht, ohne die Seitenwände des geöffneten Hohlraums zu entgraten und ohne einen größeren Überhang zu erzeugen). Anschließend kann ein dritter Schuss als erster unterseitiger Schuss mit kleinerem Durchmesser erfolgen, um mit dem zuvor geformten Sackloch zu verbinden. Auf diese Weise kann ein mittiger oder schmalster Abschnitt des Durchgangslochs nach unten verschoben werden.
- In one embodiment, the first laser drilling is carried out with a lower laser energy than the second laser drilling, so that the laterally narrowest section of the through hole is closer to the front than to the rear. For example, the narrowest portion of the through hole may be closer to the upper major surface with a soft first shot from the larger diameter upper major surface, followed by a stronger second shot from the smaller diameter lower major surface. As a result, a central or narrowest section of the through hole can be shifted downward.
- In another embodiment, the first laser drilling with a first laser shot from the front is carried out with a smaller energy and a larger laser diameter than a subsequent second laser shot from the front, followed by the second laser drilling from the rear with a further laser shot with a smaller laser diameter than that of the first laser shot and larger than that of the second laser shot, so that the laterally narrowest section of the through hole is closer to the rear than to the front. Thus, a first top shot with a large diameter and low energy can be followed by a second top shot with a smaller diameter and higher energy (which goes deeper without deburring the side walls of the open cavity and without creating a larger overhang). A third shot can then be made as the first underside shot with a smaller diameter in order to connect to the previously formed blind hole. In this way, a central or narrowest section of the through hole can be moved downward.
Eine solche Geometrie des Durchgangslochs kann, wenn ein Metallisierungsvorgang ausgeführt wird, auch zur Bildung einer Brückenstruktur führen, die gegenüberliegende Seitenwände der elektrisch isolierenden Schichtstruktur, die das Durchgangsloch begrenzt, lateral verbindet in einer vertikalen Ebene, in der der Abstand zur ersten Hauptoberfläche sich von dem Abstand zur zweiten Hauptoberfläche unterscheidet. Dies kann die Bildung einer frei hängenden, asymmetrischen Brückenstruktur fördern, die sich außerhalb einer vertikalen Mitte des Durchgangslochs befindet.Such a geometry of the through hole, when a metallization process is carried out, can also lead to the formation of a bridge structure which laterally connects opposite side walls of the electrically insulating layer structure which delimits the through hole in a vertical plane in which the distance to the first main surface is different from that Distance to the second main surface differs. This can promote the formation of a free hanging, asymmetrical bridge structure that is located outside a vertical center of the through hole.
In einer Ausführungsform wird das erste Laserbohren mit einer zeitlich kürzeren Laserbestrahlung durchgeführt als das zweite Laserbohren. In einer solchen Ausführungsform ist es auch möglich, die Laserleistung während des vorderseitigen Bohrens und des rückseitigen Bohrens gleich zu halten, aber die Zeiteinstellung durch das Einstellen der zeitlichen Länge des Laserpulses, der auf die Vorform des Bauteilträgers gestrahlt wird, anzupassen.In one embodiment, the first laser drilling is carried out with a shorter time period than the second laser drilling. In such an embodiment, it is also possible to keep the laser power constant during the front-side drilling and the rear-side drilling, but to adjust the time setting by adjusting the time length of the laser pulse that is radiated onto the preform of the component carrier.
In einer Ausführungsform besteht der Bauteilträger aus einem Stapel von mindestens einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur und mindestens einer elektrisch leitfähigen Schichtstruktur. Der Bauteilträger kann beispielsweise ein Laminat aus der/den genannten elektrisch isolierenden Schichtstruktur/en und der/den elektrisch leitfähigen Schichtstruktur/en sein, was insbesondere durch Anmeldung von mechanischem Druck und/oder thermischer Energie gebildet wird. Der genannte Stapel kann einen plattenförmigen Bauteilträger bereitstellen, der eine große Befestigungsfläche für weitere Bauteile bietet und trotzdem sehr dünn und kompakt ist. In one embodiment, the component carrier consists of a stack of at least one electrically insulating layer structure and at least one electrically conductive layer structure. The component carrier can be, for example, a laminate of the electrically insulating layer structure (s) mentioned and the electrically conductive layer structure (s), which is formed in particular by registering mechanical pressure and / or thermal energy. The stack mentioned can provide a plate-shaped component carrier which offers a large fastening surface for further components and is nevertheless very thin and compact.
In einer Ausführungsform ist der Bauteilträger als Platte ausgebildet. Dies trägt zu der kompakten Bauweise bei, wobei der Bauteilträger dennoch eine große Basis zum Befestigen von Bauteilen darauf bietet. Darüber hinaus kann insbesondere ein freiliegender Chip (naked die) als Beispiel für ein eingebettetes elektronisches Bauteil, dank seiner geringen Dicke, in geeigneter Weise in eine dünne Platte, wie z.B. eine Leiterplatte, eingebettet werden.In one embodiment, the component carrier is designed as a plate. This contributes to the compact design, the component carrier nevertheless providing a large base for fastening components thereon. In addition, in particular an exposed chip (naked die), as an example of an embedded electronic component, can, due to its small thickness, be suitably inserted into a thin plate, such as e.g. a circuit board to be embedded.
In einer Ausführungsform wird der Bauteilträger konfiguriert als einer aus der Gruppe, die aus einer Leiterplatte und einem Substrat (insbesondere einem IC-Substrat) besteht.In one embodiment, the component carrier is configured as one of the group consisting of a printed circuit board and a substrate (in particular an IC substrate).
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Leiterplatte“ (PCB) insbesondere einen plattenförmigen Bauteilträger bezeichnen, der durch Laminieren mehrerer elektrisch leitfähiger Schichtstrukturen mit mehreren elektrisch isolierenden Schichtstrukturen gebildet wird, beispielsweise durch Beaufschlagen von Druck und/oder durch Zufuhr von Wärmeenergie. Als bevorzugte Materialien für die Leiterplattentechnik bestehen die elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen aus Kupfer, während die elektrisch isolierenden Schichtstrukturen aus Harz und/oder Glasfasern, so genannten Prepreg, wie etwa FR4-Material, bestehen können. Die verschiedenen elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen können in gewünschter Weise miteinander verbunden werden, indem Durchgangslöcher durch das Laminat gebildet werden, z.B. durch Laserbohren oder mechanisches Bohren, und diese mit elektrisch leitfähigem Material (insbesondere Kupfer) gefüllt werden, wodurch Durchkontaktierungen als Durchgangslochverbindungen entstehen. Abgesehen von einem oder mehreren Bauteilen, die in eine Leiterplatte eingebettet sein können, ist eine Leiterplatte in der Regel so konfiguriert, dass sie eines oder mehrere Bauteile auf einer oder beiden entgegengesetzten Oberflächen der plattenförmigen Leiterplatte aufnehmen kann. Sie können durch Löten mit der jeweiligen Hauptoberfläche verbunden werden. Ein dielektrischer Teil einer Leiterplatte kann aus Harz mit Verstärkungsfasern (wie etwa Glasfasern) bestehen.In connection with the present application, the term “printed circuit board” (PCB) can in particular refer to a plate-shaped component carrier which is formed by laminating a plurality of electrically conductive layer structures with a plurality of electrically insulating layer structures, for example by applying pressure and / or by supplying thermal energy. As preferred materials for printed circuit board technology, the electrically conductive layer structures consist of copper, while the electrically insulating layer structures can consist of resin and / or glass fibers, so-called prepreg, such as FR4 material. The various electrically conductive layer structures can be interconnected as desired by forming through holes through the laminate, e.g. by laser drilling or mechanical drilling, and these are filled with electrically conductive material (in particular copper), whereby vias are formed as through-hole connections. Aside from one or more components that can be embedded in a printed circuit board, a printed circuit board is usually configured such that it can receive one or more components on one or both opposite surfaces of the plate-shaped printed circuit board. They can be connected to the respective main surface by soldering. A dielectric part of a circuit board can be made of resin with reinforcing fibers (such as glass fibers).
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Substrat“ insbesondere einen kleinen Bauteilträger bezeichnen, der im Wesentlichen die gleiche Größe wie ein darauf zu montierendes Bauteil (insbesondere ein elektronisches Bauteil) aufweist. Genauer gesagt kann ein Substrat als Träger für elektrische Verbindungen oder elektrische Netzwerke sowie als Bauteilträger, der mit einer Leiterplatte (PCB) vergleichbar ist, verstanden werden, jedoch mit einer wesentlich höheren Dichte von lateral und/oder vertikal angeordneten Verbindungen. Laterale (oder seitliche) Verbindungen sind z.B. Leiterbahnen, wohingegen vertikale Verbindungen z.B. Bohrungen sein können. Diese lateralen und/oder vertikalen Verbindungen sind innerhalb des Substrats angeordnet und können dazu verwendet werden, elektrische und/oder mechanische Verbindungen von eingehausten Komponenten oder nicht-eingehausten Komponenten (wie z.B. freiliegende Chips), insbesondere von IC-Chips, mit einer Leiterplatte oder Zwischenleiterplatte herzustellen. Der Begriff „Substrat“ schließt somit auch „IC-Substrate“ ein. Ein dielektrischer Teil eines Substrats kann aus Harz mit Verstärkungskugeln (wie etwa Glaskugeln) bestehen.In connection with the present application, the term “substrate” can in particular denote a small component carrier which is essentially the same size as a component to be mounted thereon (in particular an electronic component). More specifically, a substrate can be understood as a carrier for electrical connections or electrical networks and as a component carrier that is comparable to a printed circuit board (PCB), but with a much higher density of laterally and / or vertically arranged connections. Lateral (or lateral) connections are e.g. Conductor tracks, whereas vertical connections e.g. Holes can be. These lateral and / or vertical connections are arranged within the substrate and can be used to make electrical and / or mechanical connections between housed components or non-housed components (such as exposed chips), in particular IC chips, with a circuit board or intermediate circuit board to manufacture. The term “substrate” therefore also includes “IC substrates”. A dielectric part of a substrate can be made of resin with reinforcing balls (such as glass balls).
In einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine elektrisch isolierende Schichtstruktur mindestens eines aus der Gruppe, die besteht aus: Harz (wie etwa verstärkte oder nicht-verstärkte Harze, z.B. Epoxidharz oder Bismaleimid-Triazin-Harz), Cyanatester, Polyphenylenderivat, Glas (insbesondere Glasfasern, mehrschichtiges Glas, glasähnliche Materialien), Prepreg-Material (wie etwa FR-4 oder FR-5), Polyimid, Polyamid, Flüssigkristallpolymer (LCP), Aufbau-Schicht (Build-Up film) auf Epoxidbasis, Polytetrafluorethylen (Teflon), eine Keramik und ein Metalloxid. Auch können Verstärkungsmaterialien, wie etwa Gewebe, Fasern oder Kugeln, z.B. aus Glas (mehrschichtiges Glas), verwendet werden. Obwohl Prepreg, insbesondere FR4, in der Regel für starre Leiterplatten bevorzugt wird, können auch andere Materialien, insbesondere epoxidbasierte Aufbau-Schichten (Build-Up films) für Substrate, verwendet werden. Für Hochfrequenzanwendungen können Hochfrequenzmaterialien, wie etwa Polytetrafluorethylen, Flüssigkristallpolymer- und/oder Cyanatesterharze, niedertemperaturgebrannte Keramiken (LTCC, low temperature cofired ceramics) oder andere nieder-, sehr nieder- oder ultra-niedrige DK-Materialien als elektrisch isolierende Schichtstruktur in den Bauteilträger eingebracht werden.In one embodiment, the at least one electrically insulating layer structure comprises at least one from the group consisting of: resin (such as reinforced or non-reinforced resins, for example epoxy resin or bismaleimide-triazine resin), cyanate ester, polyphenylene derivative, glass (in particular glass fibers, multi-layer glass, glass-like materials), prepreg material (such as FR-4 or FR-5), polyimide, polyamide, liquid crystal polymer (LCP), build-up film (build-up film) based on epoxy, polytetrafluoroethylene (Teflon), a ceramic and a metal oxide. Reinforcing materials such as fabrics, fibers or spheres, e.g. made of glass (multilayer glass) can be used. Although prepreg, in particular FR4, is generally preferred for rigid printed circuit boards, other materials, in particular epoxy-based build-up films for substrates, can also be used. For high-frequency applications, high-frequency materials, such as polytetrafluoroethylene, liquid crystal polymer and / or cyanate ester resins, low-temperature fired ceramics (LTCC, low temperature cofired ceramics) or other low, very low or ultra-low DK materials can be incorporated into the component carrier as an electrically insulating layer structure .
In einer Ausführungsform umfasst mindestens eine der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen mindestens eines aus der Gruppe, die besteht aus: Kupfer, Aluminium, Nickel, Silber, Gold, Palladium und Wolfram. Obwohl Kupfer in der Regel bevorzugt wird, sind auch andere Materialien oder beschichtete Versionen davon möglich, insbesondere beschichtet mit supraleitfähigem Material, wie etwa Graphen.In one embodiment, at least one of the electrically conductive layer structures comprises at least one from the group consisting of: copper, aluminum, nickel, silver, gold, palladium and tungsten. Although copper is usually preferred, other materials are also coated Versions of these are possible, in particular coated with superconducting material, such as graphene.
Das mindestens eine Bauteil kann aus einer Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus: einer elektrisch nicht-leitfähigen Einlage, einer elektrisch leitfähigen Einlage (wie z.B. einer Metalleinlage, vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium), einer Wärmeübertragungseinheit (z.B. einem Wärmerohr), einem lichtleitenden Element (z.B. einem optischen Wellenleiter oder einer Lichtleiterverbindung, einer elektronischen Komponente oder Kombinationen davon). Das Bauteil kann beispielsweise eines der folgenden sein: ein aktives elektronisches Bauteil, ein passives elektronisches Bauteil, ein elektronischer Chip, eine Speichervorrichtung (beispielsweise ein DRAM oder ein anderer Datenspeicher), ein Filter, ein integrierter Schaltkreis, ein Signalverarbeitungsbauteil, ein Leistungsverwaltungsbauteil, ein optoelektronisches Schnittstellenelement, eine Leuchtdiode, ein Photokoppler, ein Spannungswandler (z.B. ein DC/DC-Wandler oder ein AC/DC-Wandler), eine kryptographische Komponente, ein Sender und/oder Empfänger, ein elektromechanischer Wandler, ein Sensor, ein Aktor, ein mikroelektromechanisches System (MEMS), ein Mikroprozessor, ein Kondensator, ein Widerstand, eine Induktivität, eine Batterie, ein Schalter, eine Kamera, eine Antenne, ein Logik-Chip und eine Energiegewinnungseinheit. Jedoch können andere Komponenten in den Bauteilträger eingebettet sein. Beispielsweise kann ein magnetisches Element als ein Bauteil verwendet werden. Ein solches magnetisches Element kann ein permanentmagnetisches Element sein (z.B. ein ferromagnetisches Element, ein antiferromagnetisches Element, ein multiferroisches Element oder ein ferrimagnetisches Element, z.B. ein Ferritkern) oder kann ein paramagnetisches Element sein. Das Bauteil kann aber auch ein Substrat, ein Zwischenträger (interposer) oder ein weiterer Bauteilträger sein, zum Beispiel in einer Board-in-Board-Konfiguration. Das Bauteil kann oberflächenmontiert auf dem Bauteilträger und/oder in einem Innenraum des Bauteilträgers eingebettet sein.The at least one component can be selected from a group consisting of: an electrically non-conductive insert, an electrically conductive insert (such as a metal insert, preferably made of copper or aluminum), a heat transfer unit (eg a heat pipe), a light-conducting element (e.g. an optical waveguide or a light guide connection, an electronic component or combinations thereof). The component can be, for example, one of the following: an active electronic component, a passive electronic component, an electronic chip, a memory device (for example a DRAM or another data storage device), a filter, an integrated circuit, a signal processing component, a power management component, an optoelectronic component Interface element, a light emitting diode, a photocoupler, a voltage converter (e.g. a DC / DC converter or an AC / DC converter), a cryptographic component, a transmitter and / or receiver, an electromechanical converter, a sensor, an actuator, a microelectromechanical System (MEMS), a microprocessor, a capacitor, a resistor, an inductor, a battery, a switch, a camera, an antenna, a logic chip and a power generation unit. However, other components can be embedded in the component carrier. For example, a magnetic element can be used as a component. Such a magnetic element can be a permanent magnetic element (e.g. a ferromagnetic element, an antiferromagnetic element, a multiferro element or a ferrimagnetic element, e.g. a ferrite core) or can be a paramagnetic element. The component can also be a substrate, an intermediate carrier (interposer) or another component carrier, for example in a board-in-board configuration. The component can be surface-mounted on the component carrier and / or embedded in an interior of the component carrier.
In einer Ausführungsform ist der Bauteilträger ein Bauteilträger vom Laminattyp. In einer solchen Ausführungsform ist der Bauteilträger ein Verbund aus mehreren Schichtstrukturen, die gestapelt und durch Anmeldung von Druckkraft und/oder Wärme miteinander verbunden sind.In one embodiment, the component carrier is a laminate-type component carrier. In such an embodiment, the component carrier is a composite of a plurality of layer structures which are stacked and connected to one another by registering pressure force and / or heat.
Das Substrat oder der Zwischenträger können aus mindestens einer Schicht Glas, Silizium (Si) oder einem photobildgebenden oder trockenätzbaren organischen Material, wie Aufbau-Schichten (Build-Up films) auf Epoxidbasis oder Polymerverbindungen wie Polyimid, Polybenzoxazol oder Benzocyclobuten bestehen.The substrate or the intermediate carrier can consist of at least one layer of glass, silicon (Si) or a photo-imaging or dry-etchable organic material, such as build-up films based on epoxy or polymer compounds such as polyimide, polybenzoxazole or benzocyclobutene.
Die oben definierten Aspekte und weitere Aspekte der Erfindung sind offensichtlich aus den nachfolgend zu beschreibenden Beispielen Ausführungsformen und werden mit Verweis auf diese Beispiele von Ausführungsformen erläutert.
- Die
1 bis4 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, die erhalten werden bei der Durchführung von Verfahren des Herstellens eines Bauteilträgers mit einem metallisierten Laser-Durchgangsloch, wie in4 dargestellt, durch eine Behandlung mit mehrfachen Laserschüssen von entgegengesetzten Seiten und durch nachfolgende Verfahren des Füllens des Laser-Durchgangslochs mit elektrisch leitfähigem Material entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. -
5 zeigt eine Querschnittsansicht von Bauteilträgern mit Laserdurchgangslöchern, die bei der Durchführung herkömmlicher Fertigungsverfahren erhalten werden. -
6 zeigt eine Querschnittsansicht von Bauteilträgern mit Laser-Durchgangslöchern, die bei der Durchführung eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens und eines Herstellungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung erhalten werden.
- The
1 to4th show cross-sectional views of structures obtained when performing methods of manufacturing a component carrier with a metallized laser through hole, as in4th shown by treatment with multiple laser shots from opposite sides and by subsequent methods of filling the laser through hole with electrically conductive material according to an exemplary embodiment of the invention. -
5 shows a cross-sectional view of component carriers with laser through holes, which are obtained in the implementation of conventional manufacturing processes. -
6 FIG. 14 shows a cross-sectional view of component carriers with laser through holes that are obtained by performing a conventional manufacturing method and a manufacturing method according to an exemplary embodiment of the invention.
Die Darstellungen in den Zeichnungen sind schematisch. In verschiedenen Zeichnungen sind ähnliche oder identische Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The illustrations in the drawings are schematic. In different drawings, similar or identical elements are provided with the same reference symbols.
Bevor unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen näher beschrieben werden, werden einige grundsätzliche Überlegungen zusammengefasst, auf deren Grundlage beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung entwickelt worden sind.Before exemplary embodiments are described in more detail with reference to the drawings, some fundamental considerations are summarized, on the basis of which exemplary embodiments of the invention have been developed.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann eine Verbesserung der Zuverlässigkeit durch die Form eines lasergebohrten Durchgangslochs erreicht werden, was es ermöglicht, ein Problem mit einer Passgenauigkeit zwischen der Oberseite und der Unterseite (top-to-bottom registration) zu lösen. Letzteres kann herkömmlich infolge einer seitlichen (oder lateralen) Fehlanpassung zwischen den Mittelpunkten der Teillöcher entstehen, die zusammen das Laser-Durchgangsloch bilden. Eine solche seitliche Fehlanpassung kann auch als Versatz bezeichnet werden. Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, einen kleinen mittleren Durchmesser aufzulösen, der herkömmlich durch ein Problem der Verschiebung von oben nach unten (top-to-bottom via shift) verursacht wird und herkömmlich zu einem Zuverlässigkeitsrisiko des fertig hergestellten Bauteilträgers führen kann.According to an exemplary embodiment of the invention, an improvement in reliability can be achieved by the shape of a laser-drilled through hole, which makes it possible to solve a problem with a registration between the top and the bottom (top-to-bottom registration). The latter can conventionally arise as a result of a lateral (or lateral) mismatch between the center points of the partial holes, which together form the laser through hole. Such a lateral mismatch can also be referred to as an offset. An exemplary embodiment of the invention essentially consists in resolving a small average diameter, which is conventionally caused by a problem of shifting from top to bottom (top-to-bottom via shift) and can conventionally lead to a reliability risk of the finished component carrier.
Im Allgemeinen ist der Durchmesser eines Fensters in einer elektrisch leitfähigen Schichtstruktur auf der Unterseite einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur herkömmlich gleich dem entsprechenden Durchmesser eines entsprechenden Fensters in einer entsprechenden elektrisch leitfähigen Schichtstruktur auf der Oberseite. Es wurde herkömmlich angenommen, dass eine solcher Entwurf bei der Verkupferung zu einer perfekten X-Brückenbildung führen kann. Dies erfordert jedoch eine sehr hohe Passgenauigkeit zwischen der Oberseite und der Unterseite. In general, the diameter of a window in an electrically conductive layer structure on the underside of an electrically insulating layer structure is conventionally equal to the corresponding diameter of a corresponding window in a corresponding electrically conductive layer structure on the top side. It has been conventionally believed that such a design can result in perfect X-bridging in copper plating. However, this requires a very high accuracy of fit between the top and the bottom.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Durchmesser des Fensters, das sich durch die elektrisch leitfähige Schichtstruktur auf der Unterseite erstreckt, kleiner gewählt werden als der Durchmesser des Fensters, das sich durch die andere elektrisch leitfähige Schichtstruktur auf der Oberseite erstreckt. Es hat sich herausgestellt, dass eine solche Herstellungsarchitektur es ermöglichen kann, ein breiteres Fenster der Anforderung der Passgenauigkeit zu erhalten. Selbst bei einem Versatz zwischen oben und unten zwischen der Mitte des konischen Abschnitts des Laser-Durchgangslochs auf der Oberseite und des konischen Abschnitts des Laser-Durchgangslochs auf der Unterseite von beispielsweise 15 µm kann die Ausbildung des Laser-Durchgangslochs immer noch in einer geeigneten Form erfolgen, ohne das Risiko von Einschlüssen oder Hohlräumen innerhalb eines elektrisch leitfähigen Füllmediums (wie etwa Kupfer), welches das Laser-Durchgangsloch ausfüllt aufgrund eines großen Überhangs oder eines kleinen mittigen (oder mittleren) Durchmessers. Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung führt daher einen unterseitigen Öffnungsdurchmesser des genannten Fensters ein, der selektiv kleiner (insbesondere außerhalb von Toleranzen) ist als ein oberseitiger Öffnungsdurchmesser. Eine solche Fertigungsarchitektur kann anschaulich ausgedrückt als nicht zentriertes X-förmiges Loch (non-centre X-shaped hole) bezeichnet werden.According to an exemplary embodiment of the invention, the diameter of the window that extends through the electrically conductive layer structure on the underside can be selected to be smaller than the diameter of the window that extends through the other electrically conductive layer structure on the top side. It has been found that such a manufacturing architecture can make it possible to obtain a wider window of the fit requirement. Even with an offset between the top and bottom between the center of the conical portion of the laser through hole on the top and the conical portion of the laser through hole on the bottom, for example, 15 µm, the laser through hole can still be formed in a suitable shape without the risk of inclusions or voids within an electrically conductive filling medium (such as copper) which fills the laser through hole due to a large overhang or a small central (or medium) diameter. An exemplary embodiment of the invention therefore introduces an opening diameter on the underside of said window that is selectively smaller (in particular outside tolerances) than an opening diameter on the top side. Such a manufacturing architecture can be described clearly as a non-center X-shaped hole.
Es hat sich herausgestellt, dass solche breiteren Betriebsfenster für die Passgenauigkeit (oder Überdeckung) das Risiko unerwünschter Einschlüsse deutlich verringern und die elektrische Zuverlässigkeit erheblich verbessern können. Vorteilhaft kann dies im Wesentlichen ohne schwerwiegende Hardware-Änderungen oder Software-Änderungen an bestehenden Maschinen erreicht werden.It has been found that such wider operating windows for accuracy of fit (or coverage) significantly reduce the risk of undesired inclusions and can significantly improve electrical reliability. This can advantageously be achieved essentially without serious hardware changes or software changes to existing machines.
Insbesondere können beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung für HDI (High Density Integration) beliebige Schicht-Entwürfe (anylayer designs) mit Kern verwendet werden. Nach dem Laserbohren kann ein Füllen des Durchgangslochs mit einer Verkupferung durchgeführt werden. Mit Vorteil kann jede herkömmliche Lasermaschine eingesetzt werden, um die Laser-Durchgangslochtechnologie ohne Hardware-Aufrüstung durchzuführen. Darüber hinaus können beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung eine höhere Anzahl von Laserbohrungen pro Platte ermöglichen, ohne eine Erhöhung des Risikos der Zuverlässigkeit.In particular, exemplary embodiments of the invention can be used for HDI (High Density Integration) any layer designs (anylayer designs) with a core. After laser drilling, the through hole can be filled with copper plating. Any conventional laser machine can be used to advantage to implement laser through hole technology without hardware upgrade. In addition, exemplary embodiments of the invention can enable a higher number of laser holes per plate without increasing the risk of reliability.
Mit der Einführung der Laser-Durchgangslochtechnologie in die Herstellung von Bauteilträgern war das Problem des Versatzes zwischen oben und unten ein kritischer Faktor, der sich auf die Qualität der hergestellten Leiterplatten oder anderer Arten von Bauteilträgern auswirkte. Die Anforderung, den Versatz zwischen oben und unten innerhalb von 10 µm oder weniger zu kontrollieren, war mit herkömmlich verfügbaren Geräten (oder Ausrüstungen) eine Herausforderung. Das Ergreifen von Maßnahmen, wie etwa eine mechanische Einspannvorrichtung, die eine Platte während des Laserbohrens auf der Vorderseite einspannt, und/oder versetztes Laserbohren zum Vermeiden von Verzug und damit zur Verringerung des Versatzes zwischen oben und unten können dazu beitragen, das erwähnte Problem zu reduzieren. Mit der Weiterentwicklung der Technologie zur Herstellung von Bauteilträgern, mit einer weiteren Reduzierung der Kerndicke und der Erhöhung der Anzahl der erforderlichen Laserdurchgangsbohrungen pro Platte, kann die Kontrolle des Versatzes zwischen oben und unten jedoch schwieriger werden, da die Platten beim Laserbohrprozess kleiner werden. Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung können größere Betriebsfenster ermöglichen und die elektrische Zuverlässigkeit der hergestellten Bauteilträger mit oder ohne mechanische Einspannung erhöhen. Der Wert (oder die Größe) des Überhangs auf der Oberseite und/oder der Unterseite kann durch beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung deutlich verringert werden.With the introduction of laser through hole technology in component carrier manufacturing, the problem of top to bottom misalignment was a critical factor affecting the quality of printed circuit boards or other types of component carriers. The requirement to control the top to bottom offset within 10 µm or less has been a challenge with conventionally available equipment (or equipment). Taking measures, such as a mechanical chuck that clamps a plate on the front during laser drilling, and / or offset laser drilling to avoid warping and thereby reduce top to bottom misalignment can help reduce the problem mentioned . However, with the advancement of component carrier technology, with a further reduction in core thickness and an increase in the number of laser through holes required per plate, controlling the offset between top and bottom can become more difficult as the plates become smaller in the laser drilling process. Exemplary embodiments of the invention can enable larger operating windows and increase the electrical reliability of the component carriers produced, with or without mechanical clamping. The value (or size) of the overhang on the top and / or the bottom can be significantly reduced by exemplary embodiments of the invention.
Die
Mit Verweis auf
So wird eine elektrisch isolierende Schichtstruktur
Eine vertikale Dicke D der elektrisch isolierenden Schichtstruktur
Ein Stapel
Wie in
Mit Verweis auf
Obwohl dies in den Figuren nicht dargestellt ist, kann der Stapel
Durch den zweiten Laserschuss wird ein zweites Fenster
Mit Vorteil kann das erste Laserbohren (beschrieben mit Verweis auf
Als Ergebnis des beschriebenen Herstellungsverfahrens kann auch an einer Grenzfläche zwischen der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur
Außerdem kann ein seitlicher Versatz (vgl. Bezugszeichen
Es hat sich herausgestellt, dass wenn das zweite Fenster
Überraschenderweise hat sich bei dem Versuch, den Überhang
Nachdem das erste Laserbohren mit einem Laserschuss von der Vorderseite (siehe
Alternativ kann ein zweiter Laserschuss von der Unterseite durchgeführt werden, wodurch die in
Mit Verweis auf
Somit unterscheidet sich die Ausführungsform von
Um dies zu erreichen, ist es vorzuziehen, zunächst ein stromloses Abscheideverfahren durchzuführen, um dadurch eine dünne Keimschicht
Anschließend kann weiteres elektrisch leitfähiges Material (z.B. Kupfer) auf der Keimschicht
Während des beschriebenen Metallisierungsverfahrens des Bildens Bildung der Metallisierungsschicht
Vorzugsweise beträgt die schmalste vertikale Dicke w der Brückenstruktur
Darüber hinaus werden eine erste elektrisch leitfähige Volumenstruktur (bulk structure) 186, die einen Großteil zwischen der ersten Abgrenzungsfläche
So kann der Bauteilträger
Der als Ergebnis des beschriebenen Herstellungsverfahrens erhaltene und in
Als Ergebnis des beschriebenen Herstellungsverfahrens kann der Überhang
So wie das auf der linken Seite von
Ein mittlerer Teil von
Die rechte Seite von
Auf der linken Seite von
Mit Vorteil kann das Verfahren gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung, die im mittleren Teil und auf der rechten Seite von
So wie das in einem mittleren Teil von
Die rechte Seite von
Um eine angemessene Zuverlässigkeit zu erreichen, ist es bevorzugt, dass ein Verhältnis zwischen dem maximalen Überhang
Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „aufweisend“ andere Elemente oder Schritte nicht ausschließt und das „ein“ oder „eine“ eine Mehrzahl nicht ausschließt. Auch Elemente, die im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben worden sind, können kombiniert werden.It should be noted that the term "having" does not exclude other elements or steps, and that "a" or "an" does not exclude a plurality. Elements that have been described in connection with various embodiments can also be combined.
Es sollte beachtet werden, dass Bezugszeichen in den Patentansprüchen nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Ansprüche ausgelegt werden sollen.It should be noted that reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.
Die Implementierung der Erfindung ist nicht auf die in den Figuren gezeigten und oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten möglich, die die gezeigten Lösungen und das erfindungsgemäße Prinzip auch bei grundlegend verschiedenen Ausführungsformen nutzen.The implementation of the invention is not limited to the preferred embodiments shown in the figures and described above. Rather, a large number of variants are possible which use the solutions shown and the principle according to the invention even in fundamentally different embodiments.
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