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Die Erfindung bezieht sich auf einen Komponententräger und ein Verfahren zum Herstellen eines Komponententrägers.
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Im Kontext von wachsenden Produktfunktionalitäten von Komponententrägern, welche mit einer oder mehreren elektronischen Komponenten versehen sind, und steigender Miniaturisierung solcher Komponenten sowie einer steigenden Anzahl von Komponenten, welche auf Komponententräger, beispielsweise gedruckte Leiterplatten, zu montieren sind, werden zunehmend leistungsstärkere Array-artige Komponenten oder Packages mit vielen Komponenten verwendet, welche eine Mehrzahl von Kontakten oder Verbindungen haben, mit immer kleinerem Abstand zwischen diesen Kontakten. Das Ableiten von Wärme, die von solchen Komponenten und dem Komponententräger selbst während des Betriebs erzeugt wird, wird zu einer zunehmenden Problematik. Gleichzeitig sollen Komponententräger mechanisch robust und elektrisch zuverlässig sein, um selbst unter rauen Bedingungen betriebsfähig zu sein. Alle diese Anforderungen gehen Hand in Hand mit einer fortschreitenden Miniaturisierung von Komponententrägern und ihren Bestandteilen.
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Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, elektrisch leitfähige Schichtstrukturen und/oder Komponenten, welche in einem Komponententräger eingebettet sind, effizient mit guter Qualität zu kontaktieren. Das Bilden von mechanischen Vias und Laser Vias, welche mit Kupfer gefüllt werden können, kann für diese und weitere Zwecke vorteilhaft sein.
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Es mag ein Bedarf bestehen, einen Komponententräger mit einer guten elektrischen Zuverlässigkeit herzustellen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Komponententräger bereitgestellt, welcher eine elektrisch isolierende Schichtstruktur aufweist, welche eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche hat, eine Durchgangsöffnung (insbesondere eine Laser Durchgangsöffnung) aufweist, welche sich durch die elektrisch isolierende Schichtstruktur zwischen der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche erstreckt, und eine elektrisch leitfähige Brückenstruktur aufweist, welche entgegengesetzte Seitenwände der elektrisch isolierenden Schichtstruktur verbindet, welche die Durchgangsöffnung begrenzen, wobei eine vertikale Dicke der elektrisch isolierenden Schichtstruktur nicht größer als 200 µm ist und eine kleinste vertikale Dicke der Brückenstruktur zumindest 20 µm ist.
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Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Komponententrägers bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bilden einer Durchgangsöffnung aufweist, welche sich zwischen einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur erstreckt, und das Bilden einer elektrisch leitfähigen Brückenstruktur aufweist, welche entgegengesetzte Seitenwände der elektrisch isolierenden Schichtstruktur verbindet, welche die Durchgangsöffnung begrenzen, wobei eine vertikale Dicke der elektrisch isolierenden Schichtstruktur nicht größer als 200 µm ist und eine kleinste vertikale Dicke der Brückenstruktur zumindest 20 µm ist.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Komponententräger“ insbesondere jede Stützstruktur bezeichnen, welche geeignet ist, eine oder mehrere Komponenten darauf und/oder darin aufzunehmen, um eine mechanische Stütze und/oder elektrische Konnektivität bereitzustellen. In anderen Worten kann ein Komponententräger als ein mechanischer und/oder elektronischer Träger für Komponenten konfiguriert sein. Insbesondere kann ein Komponententräger eines sein von einer gedruckten Leiterplatte, einem organischen Interposer, und einem IC (integrierter Schaltkreis) Substrat. Ein Komponententräger kann auch ein Hybrid-Board sein, welches verschiedene der oben genannten Typen von Komponententrägern kombiniert.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Schichtstruktur“ insbesondere eine durchgehende Schicht, eine strukturierte Schicht oder eine Mehrzahl von nicht-zusammenhängenden Inseln in einer gemeinsamen Ebene bezeichnen.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Durchgangsöffnung“ insbesondere eine Öffnung bezeichnen, welche sich vollständig durch eine gesamte elektrisch isolierende Schichtstruktur erstreckt, und welche insbesondere und bevorzugt mittels Laserbearbeitens gebildet ist. Somit kann die Durchgangsöffnung eine Laser Durchgangsöffnung sein. Eine derartige Durchgangsöffnung kann beispielsweise zwei entgegengesetzte sich verjüngende Teile haben, welche sich von den zwei entgegengesetzten Hauptoberflächen der elektrisch isolierenden Schichtstruktur erstrecken. Eine Durchgangsöffnung kann beispielsweise mittels einer Kombination von Laserschüssen von der Vorderseite und der Rückseite, d. h. von den zwei entgegengesetzten Hauptoberflächen der elektrisch isolierenden Schichtstruktur hergestellt werden. Ein oder mehrere Laserschüsse können von jeder dieser beiden Seiten ausgeführt werden. Das Bilden einer Durchgangsöffnung mittels Laserbearbeitens von nur einer Hauptoberfläche kann ebenfalls möglich sein. Ferner kann das Bilden einer Durchgangsöffnung auch mittels anderer Verfahren als Laserbearbeiten ausgeführt werden, beispielsweise mittels einer Plasmabehandlung.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Brückenstruktur“ insbesondere eine elektrisch leitfähige Struktur bezeichnen, welche sich im Wesentlichen horizontal zwischen entgegengesetzten Seitenwänden der elektrisch isolierenden Schichtstruktur erstreckt und die Durchgangsöffnung begrenzt, insbesondere an oder nahe an einem schmälsten Teil der Durchgangsöffnung. Beispielsweise kann eine solche Brückenstruktur mittels Plattierens gebildet werden, welches dem Bilden der Durchgangsöffnung folgt. Nach einer derartigen Plattierungsprozedur ist die vorher gebildete Durchgangsöffnung nur teilweise mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt, welches die Brückenstruktur darstellt, so dass die Brückenstruktur in einer Richtung nach oben mittels einer ersten Demarkationsoberfläche und an einer unteren Seite mittels einer zweiten Demarkationsoberfläche begrenzt ist. Sowohl die erste Demarkationsoberfläche als auch die zweite Demarkationsoberfläche können eine konkave Form haben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Komponententrägers bereitgestellt, bei welchem eine Durchgangsöffnung, die zumindest teilweise mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt ist, derartig hergestellt werden kann, dass der Komponententräger eine hohe Zuverlässigkeit hat. Diese Zuverlässigkeit ergibt sich in Bezug auf die elektrischer Zuverlässigkeit, so dass jede unerwünschte Unterbrechung eines elektrischen Pfads verhindert werden kann, welcher sich entlang der Durchgangsöffnung erstreckt, welche mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt ist. Die Zuverlässigkeit bezieht sich auch auf die mechanische Zuverlässigkeit, da die genannten Designregeln zum Herstellen der Durchgangsöffnung einschließlich ihrer elektrisch leitfähigen Füllung nicht zu Rissen führt, welche die Performance des Komponententrägers stören. Ferner kann mit dem hergestellten Komponententräger auch eine geeignete thermische Zuverlässigkeit erzielt werden, da selbst beim Auftreten signifikanter Temperaturänderungen die zuverlässige elektrisch leitfähige Füllung der Durchgangsöffnung erhalten bleibt. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere Komponententräger mit Durchgangsöffnungen in dünnen elektrisch isolierenden Schichtstrukturen mit einer Dicke von 200 µm oder weniger besonders anfällig für Zuverlässigkeitsprobleme sind. Dies scheint durch die Form der Durchgangsöffnung verursacht zu sein, welche sich vollständig durch solche dünne elektrisch isolierende Schichtstrukturen erstrecken, wie beispielsweise dünne Kerne. Allerdings hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass, wenn die kleinste vertikale Dicke der Brückenstruktur, welche entgegengesetzte Seitenwände der elektrisch isolierenden Schichtstruktur verbindet, welche die Durchgangsöffnung begrenzen, 20 µm oder mehr ist, keine derartigen Zuverlässigkeitsprobleme mehr auftreten, wenn die Durchgangsöffnung in einer dünnen elektrisch isolierenden Schichtstruktur mit einer Dicke von nicht mehr als 200 µm gebildet wird. Somit kann die genannte Designregel signifikant die Zuverlässigkeit von mit Kupfer gefüllten Laser Vias in dünnen Kernen verbessern.
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Im Folgenden werden weitere beispielhafte Ausführungsformen des Komponententrägers und des Verfahrens erläutert.
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In einer Ausführungsform kann der Komponententräger eine erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur auf der ersten Hauptoberfläche aufweisen, und eine zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur auf der zweiten Hauptoberfläche aufweisen. Beispielsweise können die elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen strukturierte elektrisch leitfähige Schichtstrukturen sein. Das Verfahren kann entsprechend angepasst werden.
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In einer anderen Ausführungsform weist das Verfahren ein Bilden der Durchgangsöffnung in der elektrisch isolierenden Schichtstruktur auf, während eine oder beide der Hauptoberflächen der elektrisch isolierenden Schichtstruktur nicht mit einer elektrisch leitfähigen Schichtstruktur bedeckt ist oder sind. In einer derartigen Ausführungsform (in welcher elektrisch leitfähige Schichtstrukturen auf einer oder beiden der entgegengesetzten Hauptoberflächen der elektrisch isolierenden Schichtstruktur entbehrlich sein können) kann die Durchgangsöffnung direkt durch die elektrisch isolierende Schichtstruktur allein gebohrt werden.
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In einer Ausführungsform mag eine vertikale Dicke der elektrisch isolierenden Schichtstruktur nicht größer als 140 µm, insbesondere nicht größer als 110 µm sein. Es kann sogar möglich sein, dass die vertikale Dicke der elektrisch isolierenden Schichtstruktur in einem Bereich zwischen 40 µm und 60 µm ist. Daher kann, selbst wenn die Dicke der elektrisch isolierenden Schichtstruktur, durch welche sich die Durchgangsöffnung vertikal erstreckt, extrem klein ist, wie es in modernen Komponententräger Anwendungen vorkommen kann, das Einhalten der Designregel einer minimalen vertikalen Dicke der elektrisch leitfähigen Brückenstruktur von 20 µm oder größer, dennoch die Zuverlässigkeit des Komponententrägers sicherstellen.
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In einer Ausführungsform ist eine kleinste vertikale Dicke der Brückenstruktur zumindest 25 µm. Es hat sich herausgestellt, dass, wenn die vertikale Dicke der Brückenstruktur 25 µm oder mehr ist, ein noch besseres Zuverlässigkeitsverhalten erreicht werden kann. Daher ist eine minimale vertikale Dicke von 25 µm bevorzugt, wenn auch nicht absolut notwendig.
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In einer Ausführungsform ist die kleinste vertikale Dicke der Brückenstruktur nicht größer als 40 µm. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass, wenn die vertikale Dicke der Brückenstruktur zu groß wird, Vertiefungen oder konkave Oberflächen, welche die Brückenstruktur als eine obere Demarkationsoberfläche und eine untere Demarkationsoberfläche begrenzen, übermäßig flach werden. Dies kann beim nachfolgenden Füllen von einer oder beiden Vertiefungen mit elektrisch leitfähigem Material (beispielsweise Kupfer) mittels Plattierens Probleme verursachen, da dies zur Tendenz führt, eine unerwünschte Form des mit Kupfer gefüllten Laser Vias zu verursachen. Daher ist es bevorzugt, dass eine obere Grenze der kleinsten vertikalen Dicke der Brückenstruktur nicht größer als 40 µm ist.
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In einer Ausführungsform ist eine kleinste horizontale Breite der Durchgangsöffnung nicht kleiner als 30 µm, insbesondere nicht kleiner als 45 µm. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass auch die minimale horizontale Breite der Durchgangsöffnung ein wichtiger Designparameter zum Erzielen einer geeigneten Zuverlässigkeit eines Komponententrägers ist, welcher eine Durchgangsöffnung hat, die zumindest teilweise mit elektrisch leitfähigem Füllmedium gefüllt ist. Ferner kann es einen weiteren positiven Einfluss auf die Zuverlässigkeit haben, insbesondere für dünne Kerne mit einer Dicke nicht größer als 200 µm, den kleinsten Teil der Durchgangsöffnung (und damit eine kleinste Breite der Brückenstruktur, welche in diesem kleinsten Teil der Durchgangsöffnung vorliegt, bei oder größer als 30 µm zu halten, vorzugsweise bei oder größer als 45 µm zu halten. Ein vollständiges Füllen von gerade diesem kleinsten Teil der Durchgangsöffnung kann so garantiert werden. Dies hat einen positiven Einfluss sowohl auf die elektrische als auch auf die mechanische Zuverlässigkeit des hergestellten Komponententrägers. Wenn die genannten Designregeln eingehalten werden, kann das Risiko für Risse signifikant unterbunden werden.
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In einer Ausführungsform ist eine kleinste horizontale Breite der Durchgangsöffnung nicht größer als 100 µm, insbesondere nicht größer als 75 µm. Es hat sich ebenfalls herausgestellt, dass die kleinste horizontale Breite der Durchgangsöffnung und entsprechend der Brückenstruktur, welche die Durchgangsöffnung typischerweise an dem schmälsten Teil davon füllt, 100 µm nicht überschreiten sollte für eine dünne elektrisch isolierende Schichtstruktur mit einer Dicke von nicht mehr als 200 µm. Eine obere Grenze von 75 µm für die kleinste horizontale Breite der Durchgangsöffnung ist sogar noch bevorzugter.
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Es hat sich herausgestellt, dass die Brückenbildung während einer Plattierungsprozedur gestört werden kann, wenn die genannten Werte signifikant überschritten werden.
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In einer Ausführungsform weist der Komponententräger eine erste elektrisch leitfähige Massenstruktur (bulk structure) auf, welche zumindest einen Teil eines Volumens zwischen der elektrisch leitfähigen Brückenstruktur und der ersten Hauptoberfläche füllt. Nach dem Bilden der Brückenstruktur (vorzugsweise mittels Plattierens im Anschluss an eine vorherige Impfschichtbildung) können die verbleibenden Vertiefungen oder Aussparungen über der oberen Demarkationsoberfläche der Brückenstruktur teilweise oder vollständig mit weiterem elektrisch leitfähigen Material gefüllt werden, beispielsweise Kupfer, wobei dadurch die erste elektrisch leitfähige Massenstruktur über der oberen Demarkationsoberfläche der Brückenstruktur gebildet wird. Es ist dem Fachmann bekannt, dass in einem Querschnitt eines Komponententrägers die erste Demarkationsoberfläche zwischen der Brückenstruktur und der ersten Massenstruktur gut sichtbar ist. Das zumindest teilweise Füllen des Volumens der Durchgangsöffnung über der oberen Demarkationsoberfläche der Brückenstruktur mit der ersten elektrisch leitfähigen Massenstruktur kann die elektrische Zuverlässigkeit des hergestellten Komponententrägers weiter verbessern. Beispielsweise kann die erste elektrisch leitfähige Massenstruktur mittels einer separaten Plattierungsprozedur gebildet werden, welche einer vorherigen Plattierungsprozedur zum Bilden der Brückenstruktur nachfolgt und davon getrennt ist.
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In einer Ausführungsform hat die erste elektrisch leitfähige Massenstruktur eine erste Senke, welche im Wesentlichen in der Ebene der ersten Hauptoberfläche angeordnet sein kann. Beispielsweise kann die erste Senke eine Tiefe von kleiner als 15 µm haben. Wenn die Aussparung über der ersten Demarkationsoberfläche der Brückenstruktur nur teilweise mit der ersten elektrisch leitfähigen Massenstruktur gefüllt ist, kann eine Senke oder eine Vertiefung zurückbleiben. Es hat sich herausgestellt, dass mit dem genannten dünnen Kern von kleiner als 200 µm eine maximale Tiefe dieser ersten Senke von 15 µm nicht überschritten werden sollte. Die Robustheit des mit Kupfer gefüllten Laser Vias, welches eine erste Senke mit einer Tiefe kleiner als 15 µm hat, kann in Bezug auf das Bilden von Rissen und anderen Phänomenen, welche die Zuverlässigkeit reduzieren, signifikant verbessert werden.
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In einer Ausführungsform umfasst die erste elektrisch leitfähige Massenstruktur eine Mehrzahl von ersten Plattierungsschichten, welche in aufeinanderfolgenden ersten Plattierungsstufen gebildet werden. Das Bilden der ersten elektrisch leitfähigen Massenstruktur derartig, dass die größten Teile der Vertiefung über der oberen Demarkationsoberfläche der Brückenstruktur mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt sind, kann bewerkstelligt werden, indem eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Plattierungsprozeduren ausgeführt werden. Für den Fachmann versteht es sich, dass die individuellen Plattierungsschichten, welche zusammen die erste elektrisch leitfähige Massenstruktur darstellen, eindeutig sichtbar unterschieden werden können, wenn ein Querschnitt eines Komponententrägers analysiert wird. Das Ausführen einer Sequenz von mehreren Plattierungstrukturen ist daher eine weitere Maßnahme zum Erhöhen der Zuverlässigkeit des erzielten Komponententrägers.
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In einer Ausführungsform weist der Komponententräger eine zweite elektrisch leitfähige Massenstruktur auf, welche zumindest einen Teil eines Volumens zwischen der elektrisch leitfähigen Brückenstruktur und der zweiten Hauptoberfläche füllt. Ferner kann die zweite elektrisch leitfähige Massenstruktur eine zweite Senke haben, welche im Wesentlichen in der Ebene der zweiten Hauptoberfläche angeordnet sein kann. Beispielsweise kann die zweite Senke eine Tiefe kleiner als 15 µm haben. Die zweite elektrisch leitfähige Massenstruktur kann eine Mehrzahl von zweiten Plattierungsschichten umfassen, welche in aufeinanderfolgenden zweiten Plattierungsstufen gebildet werden. Wie oben für die erste elektrisch leitfähige Massenstruktur erläutert, kann auch die zweite elektrisch leitfähige Massenstruktur den genannten Designregeln zum weiteren Erhöhen der Zuverlässigkeit des hergestellten Komponententrägers unterliegen. Das zumindest teilweise Füllen der Vertiefung unter der zweiten Demarkationsoberfläche, welche das untere Ende der Brückenstruktur definiert, mit Material der zweiten elektrisch leitfähigen Massenstruktur ist sehr vorteilhaft, insbesondere wenn eine verbleibende zweite Senke an einer Unterseite ebenfalls kleiner als 15 µm ist. Das Einstellen der Anzahl von Plattierungstrukturen zum Füllen der Vertiefung unter der zweiten Demarkationsoberfläche der Brückenstruktur ist eine weitere Maßnahme zum Verbessern der Zuverlässigkeit.
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In einer Ausführungsform ist ein Verhältnis zwischen der kleinsten vertikalen Dicke der Brückenstruktur und der vertikalen Dicke der elektrisch isolierenden Schichtstruktur in einem Bereich zwischen 20 % und 80 %, insbesondere in einem Bereich zwischen 30 % und 50 %. Mit der Designregel, welche zu dem genannten Verhältnis korrespondiert, kann einerseits sichergestellt werden, dass die Mitte der Brückenstruktur zuverlässig ohne Einschlüsse von Hohlräumen verbunden ist, und dass gleichzeitig die Form der Brückenstruktur für ein nachfolgendes, im Wesentlichen vollständiges Füllen der Vertiefungen über und unter der Brückenstruktur mit den elektrisch leitfähigen Massenstrukturen geeignet ist.
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In einer Ausführungsform ist die elektrisch leitfähige Brückenstruktur von einer ersten Demarkationsoberfläche begrenzt, welche der ersten Hauptoberfläche zugewandt ist, und von einer zweiten Demarkationsoberfläche begrenzt, welche der zweiten Hauptoberfläche zugewandt ist. Beide Demarkationsoberflächen können vorzugsweise konkav sein und können die Grenze zwischen der Brückenstruktur und den elektrisch leitfähigen Massenstrukturen definieren.
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In einer Ausführungsform ist eine Dicke der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und/oder eine Dicke der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur kleiner als 5 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 2 µm und 4 µm. Insbesondere können bei derartig kleinen Dicken die Zuverlässigkeitsprobleme eines Komponententrägers besonders ausgeprägt sein. Wenn allerdings die oben genannte Designregel in Bezug auf die minimale Dicke der Brückenstruktur erfüllt ist, kann auch mit relativ dünnen elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen eine hohe elektrische Zuverlässigkeit erzielt werden.
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In einer Ausführungsform ist die Durchgangsöffnung im Wesentlichen X-förmig. Beispielsweise kann eine solche im Wesentlichen X-Form in Bezug auf eine Querschnittsansicht des Komponententrägers oder seiner Vorform von Seitenwandlinien definiert sein, welche zu zwei entgegengesetzten vertikalen Bögen korrespondieren, deren Maxima einander in einem zentralen Teil der Durchgangsöffnung zugewandt sind. Die Form der Durchgangsöffnung kann also als die Form einer vertikalen Schleife (bow tie) oder einer gespiegelten Kegelstumpfstruktur bezeichnet werden. Wie nachfolgend ausführlicher mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben ist, kann eine im Wesentlichen X-förmige Durchgangsöffnung erzielt werden mittels Kombinierens eines ersten Laserschusses von der Vorderseite oder oberen Hauptoberfläche der elektrisch isolierenden Schichtstruktur, gefolgt von einem einzigen zweiten Schuss von der Rückseite oder zweiten Hauptoberfläche der elektrisch isolierenden Schichtstruktur. In vielen Fällen ist die nachfolgend gebildete Brückenstruktur in dem schmälsten Teil der im Wesentlichen X-förmigen Durchgangsöffnung angeordnet. Eine derartige X-förmige Durchgangsöffnung kann mit geringem Aufwand hergestellt werden, da nur zwei Laserschüsse ausreichend sind.
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In einer anderen Ausführungsform hat die Durchgangsöffnung einen ersten sich verjüngenden Teil, welcher sich von der ersten Hauptoberfläche erstreckt, einen zweiten sich verjüngenden Teil, welcher sich von der zweiten Hauptoberfläche erstreckt, und einen zentralen Verbindungsteil, welcher den ersten sich verjüngenden Teil mit dem zweiten sich verjüngenden Teil verbindet. Insbesondere kann der zentrale Verbindungsteil ein im Wesentlichen zylindrischer Teil der Durchgangsöffnung sein. Wie im Folgenden mit Bezug auf 3 erläutert ist, kann eine Durchgangsöffnung mit zwei entgegengesetzten sich verjüngenden Teilen, welche mittels einem beispielsweise im Wesentlichen kreisförmigen zylindrischen zentralen Verbindungsteil verbunden sind, mittels eines ersten Laserschusses von der Vorderseite oder ersten Hauptoberfläche der elektrisch isolierenden Schichtstruktur, gefolgt von zwei Laserschüssen von der Rückseite oder zweiten Hauptoberfläche der elektrisch isolierenden Schichtstruktur hergestellt werden. Folglich kann der schmalste Teil der Durchgangsöffnung verbreitert werden, was einen weiteren positiven Einfluss auf die Zuverlässigkeit des Komponententrägers hat.
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In einer Ausführungsform ist die elektrisch isolierende Schichtstruktur ein vollständig ausgehärteter Kern. Daher kann das Material der elektrisch isolierenden Schichtstruktur derartig vorliegen, dass das Harz nicht mehr geeignet ist, eine Vernetzung (cross-linking) auszuführen. In anderen Worten wird die elektrisch isolierende Schichtstruktur während eines Laminatverfahrens, bei welchem äußere elektrisch leitfähige Schichtstrukturen und/oder elektrische isolierende Schichtstrukturen auf den zentralen Schichtstapel mit der Durchgangsöffnung laminiert werden können, nicht erneut schmelzen oder fließfähig werden. Beispielsweise kann die elektrisch isolierende Schichtstruktur Harz (beispielsweise Epoxidharz) mit verstärkenden Partikeln (beispielsweise Glasfasern oder Glaskugeln) aufweisen, sie kann beispielsweise FR4 sein.
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In einer Ausführungsform ist die Brückenstruktur integral mit einer (insbesondere gleichzeitig gebildeten) Plattierungsschicht verbunden, welche die Seitenwände der elektrisch isolierenden Schichtstruktur bedeckt, welche die Durchgangsöffnung begrenzen. Insbesondere kann eine derartige Brückenstruktur auf einer Impfschicht zusammen mit einer Plattierungsschicht gebildet werden. Vorzugsweise wird die Brückenstruktur gebildet, indem zuerst eine Impfschichtbildung mittels stromlosen Abscheidens ausgeführt wird. Als Ergebnis kann eine dünne Schicht aus elektrisch leitfähigem Material die Seitenwände der Durchgangsöffnung bedecken. Nachfolgend kann eine Plattierungsprozedur (beispielsweise galvanisches Plattieren) ausgeführt werden, so dass die Impfschicht mit einer dicken Schicht aus elektrisch leitfähigem Material bedeckt wird, welches integral mit der im Wesentlichen horizontalen Brückenstruktur verbunden ist. Wenn die Brückenstruktur hergestellt wird, kann sie also einen im Wesentlichen horizontalen Teil bilden, welcher entgegengesetzte Seitenwände verbindet, und kann integral mit Schichtkomponenten verbunden sein, welche die Seitenwände der elektrisch isolierenden Schichtstruktur bedecken, welche die Durchgangsöffnung begrenzen. Die Brückenstruktur mit verbundener Plattierungsschicht kann dann im Wesentlichen eine H-Form haben.
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In einer Ausführungsform ist ein seitlicher Überhang von zumindest einer der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur und der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur, welcher sich zumindest über eine Seitenwand der elektrisch isolierenden Schichtstruktur hinaus erstreckt, welche die Durchgangsöffnung begrenzt, nicht größer als 20 µm, insbesondere nicht größer als 10 µm. Dies erhöht die elektrische Zuverlässigkeit und hält das Risiko für das Bilden von Rissen und Hohlräumen gering. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Überhang“ insbesondere eine partielle Länge einer jeweiligen der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen direkt benachbart zu dem jeweiligen Fenster bezeichnen, über welche partielle Länge sich die elektrisch leitfähigen Schichtstruktur seitlich über die elektrisch isolierende Schichtstruktur hinaus erstreckt (oder auslegerartig frei hängt). Somit mag das überhängende Material der jeweiligen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur lokal entlang der Ausdehnung des Überhangs aufgrund der Anwesenheit eines Teils der Laser Durchgangsöffnung in einer Tasche unter der überhängenden elektrisch leitfähigen Schichtstruktur nicht von Material der elektrisch isolierenden Schichtstruktur gestützt sein. Soweit es die oben genannte Aussage betrifft, dass überhängendes Material lokal nicht gestützt sein mag, sollte angemerkt werden, dass der Überhang sich auf die im Wesentlichen harzfreie Fläche unter der jeweiligen elektrisch leitfähigen Schichtstruktur bezieht. Allerdings versteht es sich für den Fachmann, dass sogar etwas restliches Harz in einer Lücke vorhanden sein kann, die sich auf den Überhang bezieht. Um den Wert des Überhangs quantitativ zu bestimmen oder zu messen, kann die Länge der im Wesentlichen harzfreien (wobei das Harz sich auf die elektrisch isolierende Schichtstruktur beziehen kann) Hinterschneidung direkt unter einer überhängenden elektrisch leitfähigen Schichtstruktur gemessen werden (insbesondere selbst dann, wenn dies nicht der am stärksten zurücktretenden Punkt oder total relief unter der überhängenden elektrisch leitfähigen Schichtstruktur ist, beispielsweise einer Kupferschicht). In anderen Worten kann zum Messen des Überhangs die Hinterschneidung direkt unter der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur gemessen werden.
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In einer Ausführungsform verjüngen sich verschiedene Teile der Durchgangsöffnung mit verschiedener Steilheit. Auf einen entsprechend flacheren oder leichter geneigten äußeren Teil kann auf jeder der zwei Seiten ein entsprechend steilerer innerer Teil folgen, wobei äußerer und innerer derartig verstanden werden können, dass sie sich auf jeweilige Hauptoberflächen der elektrisch isolierenden Schichtstruktur beziehen. Eine entsprechend gebildete Durchgangsöffnung, welche sich durch eine elektrisch isolierende Schichtstruktur erstreckt, kann effizient mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt werden, beispielsweise plattiertem Kupfer, um dadurch eine vertikale Verbindung durch die elektrisch isolierende Schichtstruktur mit einer hohen elektrischen Zuverlässigkeit herzustellen.
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In einer Ausführungsform ist zumindest eine der ersten elektrisch leitfähigen Massenstruktur und der zweiten elektrisch leitfähigen Massenstruktur eine Plattierungsstruktur. Nach der vorangehend beschriebenen Plattierungsprozedur zum Bilden der Brückenstruktur zusammen mit der integral verbundenen Plattierungsschicht, ist es dann möglich, zumindest teilweise eine oder beide Vertiefungen über und unter der Brückenstruktur mit weiterem elektrisch leitfähigen Material (vorzugsweise Kupfer) zu füllen, welches die erste elektrisch leitfähige Massenstruktur und/oder die zweite elektrisch leitfähige Massenstruktur bildet. Dies kann mittels einer separaten Plattierungsprozedur im Anschluss an die vorher abgeschlossene Plattierungsprozedur zum Bilden der Brückenstruktur einschließlich Plattierungsschicht bewerkstelligt werden. Als Ergebnis kann die erste elektrisch leitfähige Massenstruktur und/oder die zweite elektrisch leitfähige Massenstruktur eine oder mehrere weitere Plattierungsschichten umfassen, welche mittels einer Analyse einer Querschnittsansicht des Komponententrägers anhand einer visuellen Inspektion unterschieden werden können.
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Das Definieren der Anzahl von Plattierungsprozeduren zum Bilden der elektrisch leitfähigen Massenstrukturen ist eine einfache und zuverlässige Möglichkeit zum Füllen eines großen Teils der Vertiefungen mit weiterem elektrisch leitfähigen Material.
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In einer Ausführungsform weist der Komponententräger einen Stapel von zumindest einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur und zumindest einer elektrisch leitfähigen Schichtstruktur auf. Beispielsweise kann der Komponententräger ein Laminat aus der/den genannten elektrisch isolierenden Schichtstruktur(en) und der elektrisch leitfähigen Schichtstruktur(en) sein, insbesondere gebildet mittels Anlegens eines mechanischen Drucks und/oder thermischer Energie. Der genannte Stapel kann einen plattenförmigen Komponententräger bereitstellen, welcher geeignet ist, eine große Montageoberfläche für weitere Komponenten bereitzustellen und welcher dennoch sehr dünn und kompakt ist.
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In einer Ausführungsform ist der Komponententräger plattenförmig. Dies trägt zu dem kompakten Design bei, wobei der Komponententräger dennoch eine große Basis zum Montieren von Komponenten darauf bereitstellt. Ferner kann insbesondere ein nacktes Plättchen als Beispiel für eine eingebettete elektronische Komponente aufgrund seiner kleinen Dicke, komfortabel in eine dünne Platte eingebettet werden, beispielsweise eine gedruckte Leiterplatte.
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In einer Ausführungsform ist der Komponententräger konfiguriert als eines aus der Gruppe bestehend aus einer gedruckten Leiterplatte und einem Substrat (insbesondere einem IC Substrat).
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „gedruckte Leiterplatte“ (PCB) insbesondere einen plattenförmigen Komponententräger bezeichnen, welcher mittels Laminierens mehrerer elektrisch leitfähiger Schichtstrukturen mit mehreren elektrisch isolierenden Schichtstrukturen gebildet ist, beispielsweise mittels Anlegens von Druck und/oder mittels der Zufuhr von thermischer Energie. Als bevorzugte Materialien für die PCB Technologie sind die elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen aus Kupfer (oder aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material), wohingegen die elektrisch isolierenden Schichtstrukturen Harz und/oder Glasfasern aufweisen können, sogenanntes Prepreg, beispielsweise ein FR4 Material. Die verschiedenen elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen können miteinander in gewünschter Weise verbunden werden, mittels Bildens von Durchgangsöffnungen durch das Laminat, beispielsweise mittels Laserbohrens oder mechanischen Bohrens, und mittels Füllens derselben mit elektrisch leitfähigem Material (insbesondere Kupfer), wobei dadurch Vias als Durchgangsöffnung-Verbindungen gebildet werden. Neben einer oder mehreren Komponenten, welche in eine gedruckte Leiterplatte eingebettet sein können, ist eine gedruckte Leiterplatte typischerweise zum Aufnehmen von einer oder mehreren Komponenten auf einer oder beiden entgegengesetzten Oberflächen der plattenförmigen gedruckten Leiterplatte konfiguriert. Sie können mit der entsprechenden Hauptoberfläche mittels Lötens verbunden werden. Ein dielektrischer Teil einer PCB kann Harz mit verstärkenden Fasern (beispielsweise Glasfasern) umfassen.
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Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Substrat“ insbesondere einen kleinen Komponententräger bezeichnen, welcher im Wesentlichen dieselbe Größe wie die Komponente hat (insbesondere einer elektronischen Komponente), welche darauf zu montieren ist. Insbesondere kann ein Substrat als ein Träger für elektrische Verbindungen oder elektrische Netzwerke und als Komponententräger verstanden werden, welcher mit einer gedruckten Leiterplatte (PCB) vergleichbar ist, allerdings mit einer beträchtlich höheren Dichte von seitlich und/oder vertikal angeordneten Verbindungen. Seitliche Verbindungen sind zum Beispiel leitfähige Pfade, wohingegen vertikale Verbindungen beispielsweise Bohrlöcher sein können. Diese seitlichen und/oder vertikalen Verbindungen sind in dem Substrat angeordnet und können verwendet werden, um elektrische und/oder mechanische Verbindungen von gehäusten Komponenten oder ungehäusten Komponenten (beispielsweise nackten Plättchen), insbesondere IC Chips, mit einer gedruckten Leiterplatte oder einer Zwischen-gedruckten Leiterplatte (intermediate printed circuit board) bereitzustellen. Somit kann der Begriff „Substrat“ auch „IC Substrate“ umfassen. Ein dielektrischer Teil des Substrats kann Harz mit verstärkenden Partikeln (beispielsweise verstärkenden Kugeln, insbesondere Glaskugeln) umfassen.
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In einer Ausführungsform weist die zumindest eine elektrisch isolierende Schichtstruktur zumindest eines aus der Gruppe auf bestehend aus Harz (beispielsweise verstärkte oder nicht-verstärkte Harze, beispielsweise Epoxidharz oder Bismaleinimid-Triazin Harz), Cyanatester, Polyphenylen Derivat, Glas (insbesondere Glasfasern, mehrschichtiges Glas, glasähnliche Materialien), Prepreg Material (beispielsweise FR-4 oder FR-5), Polyimid, Polyamid, flüssigkristallines Polymer (LCP) Epoxid-basierte Aufbaufolie (build-up film), Polytetrafluorethylen (Teflon), einer Keramik, und einem Metalloxid. Verstärkende Materialien wie Netze, Fasern oder Kugeln, beispielsweise aus Glas (mehrschichtiges Glas) können ebenfalls verwendet werden. Obwohl Prepreg, insbesondere FR-4, für starre PCBs üblicherweise bevorzugt wird, können auch andere Materialien, insbesondere Epoxid-basierte Aufbaufolie für Substrate verwendet werden. Für Hochfrequenzanwendungen können Hochfrequenzmaterialien wie Polytetrafluorethylen, flüssigkristallines Polymer und/oder Cyanatester Harze, Niedertemperatur Cofired Keramik (LTCC) oder andere Materialien mit niedriger, sehr niedriger oder ultraniedriger DK (Dielektrizitätskonstante) im Komponententräger als elektrisch isolierende Schichtstruktur implementiert werden.
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In einer Ausführungsform weist zumindest eine der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen zumindest eines aus der Gruppe auf bestehend aus Kupfer, Aluminium, Nickel, Silber, Gold, Palladium und Wolfram. Obwohl Kupfer typischerweise bevorzugt ist, sind auch andere Materialien oder beschichtete Versionen davon möglich, insbesondere beschichtet mit einem supra-leitfähigen Material wie Graphen.
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In einer Ausführungsform weist der Komponententräger zumindest eine Komponente auf, welche auf dem Komponententräger oberflächenmontiert sein kann und/oder in einem Inneren davon eingebettet sein kann. Die zumindest eine Komponente kann ausgewählt sein aus einer Gruppe bestehend aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Inlay, einem elektrisch leitfähigen Inlay (beispielsweise einem Metallinlay, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium aufweisend), einer Wärmeübertragungseinheit (beispielsweise ein Wärmerohr), einem lichtleitenden Element (beispielsweise einem optischen Wellenleiter oder einer Lichtleiter Verbindung, einer elektronische Komponente, oder Kombinationen daraus). Beispielsweise kann die Komponente eine aktive elektronische Komponente, eine passive elektronische Komponente, ein elektronischer Chip, eine Speichervorrichtung (beispielsweise ein DRAM oder ein anderer Datenspeicher), ein Filter, ein integrierter Schaltkreis, eine Signalverarbeitungskomponente, eine Leistungsmanagement Komponente, ein optoelektronisches Schnittstellenelement, eine Licht emittierenden Diode, ein Fotokoppler, ein Spannungswandler (beispielsweise ein DC/DC Wandler oder ein AC/DC Wandler), eine kryptographische Komponente, ein Sender und/oder Empfänger, ein elektromechanischer Transducer, ein Sensor, ein Aktuator, ein mikroelektromechanisches System (MEMS), ein Mikroprozessor, ein Kondensator, ein Widerstand, eine Induktanz, eine Batterie, ein Schalter, eine Kamera, eine Antenne, ein Logik Chip, und eine Energy Harvesting Einheit sein. Allerdings können auch andere Komponenten in dem Komponententräger eingebettet sein. Beispielsweise kann ein magnetisches Element als Komponente verwendet werden. Ein derartiges magnetisches Element kann ein permanentmagnetisches Element (beispielsweise ein ferromagnetisches Element, ein antiferromagnetisches Element, ein multiferroisches Element oder ein ferrimagnetisches Element, beispielsweise ein Ferritkern) sein oder kann ein paramagnetisches Element sein. Allerdings kann die Komponente auch ein Substrat, ein Interposer oder ein weiterer Komponententräger sein, zum Beispiel in einer Board-in-Board Konfiguration.
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In einer Ausführungsform ist der Komponententräger ein Laminat-Typ Komponententräger. In einer derartigen Ausführungsform ist der Komponententräger ein Verbund aus mehreren Schichtstrukturen, welche gestapelt und miteinander verbunden sind, indem eine Presskraft und/oder Wärme angelegt wird.
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Das Substrat oder Interposer kann aus zumindest einer Schicht Glas, Silizium (Si) oder einem fotostrukturierbaren oder trockenätzbaren organischem Material wie Epoxid-basierten Aufbaufolien oder Polymerverbindungen wie Polyimid, Polybenzoxazol oder Benzocyclobuten bestehen.
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Die vorangehend definierten Aspekte und weitere Aspekte der Erfindung sind aus den Beispielen für Ausführungsformen ersichtlich, welche nachfolgend beschrieben werden und welche mit Bezug auf diese Beispiele für Ausführungsformen erläutert sind.
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- 1, 2 und 3 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, welche beim Ausführen von Verfahren zum Herstellen eines Komponententrägers mit einer Durchgangsöffnung hergestellt werden, gezeigt in 2 und 3, mittels einer Mehrfach-Laserschuss Behandlung von entgegengesetzten Seiten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
- 2A zeigt eine Querschnittsansicht einer Vorform eines Komponententrägers gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, welche sich auf 2 bezieht, jedoch mit dem Unterschied, dass zum Zeitpunkt des Bildens der Durchgangsöffnung keine elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen auf den entgegengesetzten Hauptoberflächen der elektrisch isolierenden Schichtstruktur vorhanden sind.
- 4 zeigt eine Struktur, ähnlich wie in 2, welche ein vorteilhaftes Dimensionieren eines kleinsten Teils der Durchgangsöffnung veranschaulicht.
- 5 zeigt eine Struktur, ähnlich wie in 3, welche ein vorteilhaftes Dimensionieren eines kleinsten Teils der Durchgangsöffnung veranschaulicht.
- 6 zeigt eine Struktur, ähnlich wie in 4, jedoch nach dem Füllen der Durchgangsöffnung mit elektrisch leitfähigem Füllmaterial, und veranschaulicht ein vorteilhaftes Dimensionieren von verschiedenen Strukturparametern der Durchgangsöffnung.
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Die Darstellungen in den Zeichnungen sind schematisch. In verschiedenen Zeichnungen sind ähnliche oder identische Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Bevor bezugnehmend auf die Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen ausführlicher erläutert werden, werden einige grundlegende Überlegungen zusammengefasst, auf welchen basierend beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung entwickelt wurden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Komponententräger mit einer Durchgangsöffnung bereitgestellt, welche mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt ist, wobei eine horizontale Brückenstruktur, welche entgegengesetzte Seitenwände einer dünnen elektrisch isolierenden Schichtstruktur verbindet, welche die Durchgangsöffnung begrenzt und welche eine vertikale Dicke nicht größer als 100 µm hat, vorzugsweise mit einer minimalen Brückendicke von 20 µm gebildet ist, vorzugsweise 25 µm oder mehr. Experimente haben gezeigt, dass die Zuverlässigkeit des erzielten Komponententrägers in diesem Fall hoch ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ein maximales und ein minimales mittlerer Durchmesser Kriterium nach dem Laserbohren der Durchgangsöffnung erhalten bleiben, und eine minimale Brückendicke nach einem Elektroplattieren, insbesondere einem Strike Plattieren oder einem Flash Plattieren, kann eingestellt werden, um ein zuverlässiges Durchgangsöffnung Überbrücken und eine gute Plattierungszuverlässigkeit sicherzustellen. Ein zuverlässiges (vorzugsweise 100 % zuverlässiges) Überbrücken vor dem Füllen des Vias hat sich als äußerst vorteilhaft herausgestellt, um die Plattierungszuverlässigkeit sicherzustellen. In einer bevorzugten Ausführungsform sollte der mittlere Durchmesser der Durchgangsöffnung nicht größer als 75 µm sein. Es hat sich ebenfalls als bevorzugt herausgestellt, wenn ein mittlerer Durchmesser der Durchgangsöffnung nicht kleiner als 25 µm ist. Auch eine minimale Brückendicke kann entsprechend spezifiziert werden, insbesondere zumindest 20 µm oder vorzugsweise zumindest 25 µm, um ein geeignetes Überbrücken (vorzugsweise zu 100 %) sicherzustellen. Anschaulich kann eine ausreichende Brückendicke eingestellt werden, um ein vollständiges Überbrücken sicherzustellen, d. h. das Bilden einer Brücke aus elektrisch leitfähigem Material, welche entgegengesetzte Seitenwände der elektrisch isolierenden Schichtstruktur verbindet, welche die Durchgangsöffnung begrenzen.
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Als Ergebnis kann ein geeigneter Komponententräger erzielt werden, welcher in Übereinstimmung mit Durchgangsöffnungstechnologie hergestellt ist. Ein derartiger Komponententräger kann insbesondere in vorteilhafter Weise für das Einbetten von einer oder mehreren Komponenten (beispielsweise einem Halbleiterchip) verwendet werden, insbesondere in einer zentraler-Kern Konfiguration.
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Sehr gute Ergebnisse in Hinblick auf die Zuverlässigkeit des hergestellten Komponententrägers können erreicht werden, wenn der mittlere Durchmesser zwischen 45 µm und 75 µm ist und die minimale Brückendicke zumindest 25 µm ist. Dies kann ein zuverlässiges und vollständiges Bilden einer Brückenstruktur mittels Plattierens sicherstellen, wobei die Brückenstruktur entgegengesetzte Seitenwände der elektrisch isolierenden Schichtstruktur verbindet, welche die Durchgangsöffnung insbesondere an einem schmälsten Teil der Durchgangsöffnung begrenzen. Indem ein vollständiges Überbrücken sichergestellt wird, kann das Risiko eines Einschlusses und/oder Hohlräumen und das Risiko eines Zuverlässigkeitsfehlers des Komponententrägers sehr klein gehalten werden.
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1 bis 3 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, welche beim Ausführen von Verfahren zum Herstellen eines Komponententrägers 100 mit einer Durchgangsöffnung 108, welcher in 2 und 3 gezeigt ist, mittels einer Mehrfach-Laserschuss Behandlung von entgegengesetzten Seiten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt werden.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist der Startpunkt des Herstellungsverfahrens ein Stapel 159 aufweisend eine erste elektrisch leitfähige Schichtstruktur 110 auf einer ersten Hauptoberfläche 104 einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102. Der Stapel 159 weist ferner eine zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur 112 auf einer zweiten Hauptoberfläche 106 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 auf.
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Beispielsweise kann die elektrisch isolierende Schichtstruktur 102 Harz (beispielsweise Epoxidharz) aufweisen, welches optional zusätzlich verstärkende Partikel wie Glasfasern, Glaspartikel oder andere Füllpartikel aufweist. Beispielsweise kann das Material der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 Prepreg sein. Die elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen 110, 112 können Kupferschichten sein, insbesondere Kupferfolien. Beispielsweise kann eine Dicke d der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 kleiner als 60 µm sein, und eine Dicke d1, d2 der elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen 110, 112 kann jeweils kleiner als 5 µm sein.
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Um die Schichtstruktur zu erhalten, welche in 1 gezeigt ist, kann die Vorderseite oder erste Hauptoberfläche 104 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102, welche mit der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110 bedeckt ist, einer ersten Laserbehandlung unterzogen werden. Zu diesem Zweck kann ein erster Laserschuss 111 ausgeführt werden, um eine Durchgangsöffnung oder ein Fenster in der ersten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110 und ein Sackloch 113 in der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 zu bilden. Das Sackloch 113 ist von Seitenwänden 116 und einer unteren Wand 161 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 begrenzt.
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Es sollte beachtet werden, dass die Laserenergie und eine Dauer des ersten Schusses 111 nicht übermäßig sind, so dass das Sackloch 113 nicht bis zu der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 112 reicht. Anderenfalls können unerwünschte Effekte, beispielsweise eine Reflexion des Laserlichts, etc. auftreten. Anschaulich kann das Sackloch 113 später einen ersten sich verjüngenden Teil 130 der Durchgangsöffnung 108 bilden, wie in 2 oder 3 gezeigt ist.
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Bezugnehmend auf 2 kann das Bilden der Durchgangsöffnung 108 vervollständigt werden, indem nach dem ersten Laserbohren von der ersten Hauptoberfläche 104 mit einem Laserschuss gemäß 1 ein zweites Laserbohren von der zweiten Hauptoberfläche 106 mit einem Laserschuss ausgeführt wird. Als Ergebnis dieses Rückseite-Laserbohrens wird eine Durchgangsöffnung oder ein Fenster in der zweiten elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 112 gebildet, und das Sackloch 113 wird erweitert, bis es die Durchgangsöffnung 108 bildet, welche sich zwischen der ersten Hauptoberfläche 104 und der zweiten Hauptoberfläche 106 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 erstreckt. Wie in 2 gezeigt ist, hat die Durchgangsöffnung 108 einen ersten sich verjüngenden Teil 130, welcher sich von der ersten Hauptoberfläche 104 erstreckt, und hat einen zweiten sich verjüngenden Teil 132, welcher sich von der zweiten Hauptoberfläche 106 erstreckt. Der erste sich verjüngende Teile 130 und der zweite sich verjüngende Teile 132 treffen sich am schmälsten Teil im Zentrum der Durchgangsöffnung 108.
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Um die Struktur zu erhalten, welche in 2 gezeigt ist, kann die Struktur, welche nach dem Ausführen der Prozedur erhalten wird, die mit Bezug auf 1 beschrieben ist, einem zweiten Laserschuss 115 von der Rückseite oder zweiten Hauptoberfläche 106 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 unterzogen werden. Als Ergebnis wird eine Durchgangsöffnung durch die zweite elektrisch leitfähige Schichtstruktur 112 gebildet und zusätzliches Material der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 wird mittels der Laserenergie entfernt, bis das vorher gebildete Sackloch 113 von der unteren Seite in die Durchgangsöffnung 108 erweitert ist. Diese Durchgangsöffnung 108 gemäß 2 hat im Wesentlichen eine X-Form und kann anschließend direkt einer Prozedur unterzogen werden, mittels welcher sie mit einem elektrisch leitfähigen Füllmedium, beispielsweise Kupfer (siehe 6) gefüllt wird. Das Bilden der Durchgangsöffnung 108 gemäß 2 ist hocheffizient und ist daher insbesondere zum Verarbeiten im industriellen Maßstab geeignet, da es ausreichend sein kann, nur zwei Laserschüsse zum Bilden zu verwenden.
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Alternativ ist es möglich, eine weitere Laserbohren Prozedur von der Rückseite auszuführen, bevor die Durchgangsöffnung 108 mit elektrisch leitfähigem Füllmedium, beispielsweise Kupfer, gefüllt wird. Die zuletzt genannte Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf 3 beschrieben.
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Bezugnehmend auf 3 wird die Form der Durchgangsöffnung 108 insbesondere im zentralen Teil davon modifiziert, indem nach dem ersten Laserbohren von der ersten Hauptoberfläche 104 mit einem Laserschuss gemäß 1 und nach dem Ausführen des zweiten Laserbohrens von der zweiten Hauptoberfläche 106 gemäß 3 ein dritter Laserschuss 117 von der Rückseite ausgeführt wird.
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Somit kann es alternativ zu der Prozedur, welche mit Bezug auf 2 beschrieben ist, auch möglich sein, einen zusätzlichen dritten Laserschuss 117 von der Rückseite oder zweiten Hauptoberfläche 106 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 auszuführen, um die Form der Durchgangsöffnung 108 zu verfeinern. Ein solcher dritter Laserschuss 117 kann Material insbesondere in dem zentralen Teil der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 entfernen, um einen im Wesentlichen zylindrischen zentralen Teil 134 zu bilden, welcher sandwichartig zwischen den zwei sich verjüngenden Teilen 130, 132 angeordnet ist. Obwohl die Herstellungsprozedur zum Bilden der Durchgangsöffnung 108 mit der Form gemäß 3 im Vergleich mit 2 einen zusätzlichen dritten Laserschuss 117 erfordert, kann diese Form die Zuverlässigkeit des hergestellten Komponententrägers 100 weiter verbessern.
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4 zeigt eine Struktur ähnlich wie die in 2 und zeigt ein vorteilhaftes Dimensionieren eines kleinsten Teils der Durchgangsöffnung 108. Wie in 4 gezeigt ist, ist das Ergebnis der Herstellungsprozedur, welche mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben ist, eine Durchgangsöffnung 108 mit einer im Wesentlichen X-Form, welche eine kleinste Breite w zwischen zwei entgegengesetzten Seitenwänden 116 der Durchgangsöffnung 108 hat. Natürlich sind verschiedene Größen und Tiefenwerte von V-förmigen oder kegelstumpfförmigen Öffnungen von jeder Seite möglich.
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5 zeigt eine Struktur ähnlich wie die in 3 und zeigt ein vorteilhaftes Dimensionieren eines schmalsten Teils der Durchgangsöffnung 108. Wie in 5 gezeigt ist, führt die Herstellungsprozedur, welche mit Bezug auf 1, 2 und 3 beschrieben ist, zu einer Durchgangsöffnung 108 mit einer im Wesentlichen kreisförmigen zylindrischen zentralen Sektion 134, welche die kleinste Breite w hat.
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6 zeigt einen Komponententräger 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, welcher basierend auf einer Struktur ähnlich wie in 4 gebildet ist, und welcher nach dem Füllen der Durchgangsöffnung 108 mit elektrisch leitfähigem Füllmaterial (umfassend verschiedene Sektionen, wie nachfolgend beschrieben) erhalten wird. Ein vorteilhaftes Dimensionieren von verschiedenen Strukturparametern der Durchgangsöffnung 108 und ihrer elektrisch leitfähigen Füllung wird ebenfalls erläutert.
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Um den Komponententräger 100 zu erhalten, welcher in 6 gezeigt ist, wird die Durchgangsöffnung 108 gemäß 2 oder 4 einer ersten Prozedur unterzogen, in welcher sie mit einem elektrisch leitfähigen Füllmedium gefüllt wird, beispielsweise Kupfer. Um dies zu bewerkstelligen, wird bevorzugt zunächst eine stromlose Abscheidungsprozedur ausgeführt, um dadurch eine dünne Impfschicht 140 aus Kupfer zu bilden, welche die dielektrischen Seitenwände 116 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 direkt bedeckt, welche die Durchgangsöffnung 108 begrenzen. Dies ist in einem Detail 119 in 6 zu sehen. Eine Dicke der Impfschicht 140 kann beispielsweise 0,5 µm sein. Allerdings ist es auch möglich, dass die Impfschicht eine Dicke über 1 µm hat und/oder dass mehrere kumulative Impfschichten bereitgestellt sind. Beispielsweise kann eine Dicke einer Impfschicht oder eine kumulative Dicke einer Mehrzahl von Impfschichten in einem Bereich zwischen 0,5 µm und 5 µm sein. Wenn mehrere Impfschichten bereitgestellt sind, können sie eine organische (beispielsweise Polymer) Schicht, eine Palladiumschicht, und/oder eine Kupferschicht aufweisen.
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Nachfolgend kann weiteres elektrisch leitfähiges Material (beispielsweise Kupfer) auf der Impfschicht 140 mittels einer Plattierungsprozedur abgeschieden werden, insbesondere mittels galvanischen Plattierens. Somit sind die Seitenwände 116 und die elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen 110, 112 mit einer dickeren Plattierungsschicht 142 aus elektrisch leitfähigem Füllmedium bedeckt, beispielsweise Kupfer. Beispielsweise kann die Plattierungsschicht 142 eine Dicke von 10 µm haben.
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Die Plattierungsprozedur wird fortgesetzt, um eine elektrisch leitfähige Brückenstruktur 114 mit einem im Wesentlichen horizontalen Teil zu bilden, welcher entgegengesetzte Seitenwände 116 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur verbindet, welche die Durchgangsöffnung 108 begrenzen. Die Plattierungsschicht 142 und die Brückenstruktur 114 können eine integrale im Wesentlichen H-förmige Struktur bilden. Wie gezeigt ist die elektrisch leitfähige Brückenstruktur 114 derartig gebildet, dass sie von einer oberen ersten Demarkationsoberfläche 136 begrenzt wird, welche nach oben ausgerichtet ist oder der ersten Hauptoberfläche 104 zugewandt ist, und von einer unteren zweiten Demarkationsoberfläche 138 begrenzt wird, welche nach unten ausgerichtet ist oder der zweiten Hauptoberfläche 106 zugewandt ist. Das Bilden der elektrisch leitfähigen Brückenstruktur 114 kann mittels galvanischen Beschichtens ausgeführt werden, bevorzugt im Anschluss an das Bilden der vorangehend beschriebenen Impfschicht 140. Die Brückenstruktur 114 bildet eine im Wesentlichen horizontale Brücke zwischen entgegengesetzten Seitenwänden 116 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102, welche die Durchgangsöffnung 108 begrenzen.
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Somit wird mittels Fortsetzens der Plattierungsprozedur die im Wesentlichen horizontale Brückenstruktur 114 in einem schmälsten Teil der Durchgangsöffnung 108 gebildet und verbindet die entgegengesetzten Seitenwänden 116. Eine konkave obere Begrenzungsoberfläche korrespondiert zu der ersten Demarkationsoberfläche 136, wohingegen eine untere konkave Begrenzungsoberfläche der Brückenstruktur 114 zu der zweiten Demarkationsoberfläche 138 korrespondiert.
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Die Durchgangsöffnung 108 ist somit mit einer im Wesentlichen H-förmigen elektrisch leitfähigen Struktur gefüllt, welche mittels der Brückenstruktur 114 in Kombination mit vier Armen gebildet ist, welche sich in der Querschnittsansicht von 6 davon ausgehend erstrecken, korrespondierend zu den Plattierungsschichten 142.
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Weiter bezugnehmend auf 6 werden eine erste elektrisch leitfähige Massenstruktur 118, welche einen Großteil zwischen der ersten Demarkationsoberfläche 136 und der ersten Hauptoberfläche 104 füllt, und eine zweite elektrisch leitfähige Massenstruktur 120, welche einen Großteil zwischen der zweiten Demarkationsoberfläche 138 und der zweiten Hauptoberfläche 106 füllt, gebildet. Dies kann erfolgen, indem eine oder mehrere weitere galvanische Plattierungsprozeduren ausgeführt werden, im Anschluss an die vorangehende Plattierungsprozedur zum Bilden der Brückenstruktur 114. Wie in einem Detail 121 gezeigt, umfasst die erste elektrisch leitfähige Massenstruktur 118 eine Mehrzahl von ersten Plattierungsschichten 126, welche in aufeinanderfolgenden ersten Plattierungsstufen gebildet werden. Wie entsprechend in einem Detail 123 dargestellt, umfasst die zweite elektrisch leitfähige Massenstruktur 120 eine Mehrzahl von zweiten Plattierungsschichten 128, welche in aufeinanderfolgenden zweiten Plattierungsstufen gebildet werden. Somit kann der Komponententräger 100 gemäß 6 hergestellt werden, indem eine oder mehrere weitere Plattierungsprozeduren ausgeführt werden.
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In der gezeigten Ausführungsform verbleibt jeweils eine kleine Senke 122, 124 an einer oberen Seite oder einer unteren Seite des gezeigten Komponententrägers 100. In anderen Ausführungsformen füllen die Massenstrukturen 118, 120 die verbleibenden Aussparungen über der ersten Demarkationsoberfläche 136 und unter der zweiten Demarkationsoberfläche 138 beinahe vollständig. Es sollte erwähnt werden, dass es dem Fachmann bekannt ist, dass die Demarkationsoberflächen 136, 138 eindeutig sichtbar sind, wenn ein Querschnitt des Komponententrägers 100 betrachtet wird.
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Als Ergebnis des beschriebenen Herstellungsverfahrens wird ein Komponententräger 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit einer hohen elektrischen Zuverlässigkeit erzielt. Die hohe Zuverlässigkeit resultiert insbesondere aus einer spezifischen Auswahl einer Kombination von Parametern, wie in 1 bis 6 gezeigt ist. Ein sehr vorteilhafter Aspekt der Parameterauswahl ist die Kombination der kleinen vertikalen Dicke d der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 von nicht mehr als 200 µm, beispielsweise sogar kleiner als 60 µm, und einer kleinsten vertikalen Dicke D der Brückenstruktur 114 von zumindest 20 µm, vorzugsweise zumindest 25 µm. Gleichzeitig ist es vorteilhaft, wenn die vertikale Dicke D der Brückenstruktur 114 nicht größer als 40 µm ist. Eine kleinste horizontale Breite w der Durchgangsöffnung 108 sollte vorzugsweise nicht größer als 75 µm sein. Es hat sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn die kleinste horizontale Breite w der Durchgangsöffnung 108 nicht kleiner als 45 µm ist. In dem Fall, dass die erste elektrisch leitfähige Massenstruktur 118 eine erste Senke 122 im Wesentlichen an der Ebene der ersten Hauptoberfläche 104 hat, ist es vorteilhaft, wenn die erste Senke 122 eine Tiefe I kleiner als 15 µm hat. Dies gilt auch für die Tiefe L der zweiten Senke 124 der zweiten elektrisch leitfähigen Massenstruktur 120.
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Im Folgenden sind die genannten mehreren Designparameter ausführlicher beschrieben, welche zu einer hohen Zuverlässigkeit des Komponententrägers beitragen können, der in 6 gezeigt ist. Eine derartig hohe Zuverlässigkeit korrespondiert zu der Tatsache, dass die Tendenz einer Rissbildung in einem Inneren der Durchgangsöffnung 108 gering ist. Auch die Tendenz zur Bildung von Hohlräumen in einem Inneren des elektrisch leitfähigen Füllmediums, welches einen Hauptteil der Durchgangsöffnung 108 füllt, ist gering, was einen positiven Einfluss auf das zuverlässige Leiten von elektrischen Signalen oder elektrischer Leistung durch die mit Kupfer gefüllte Durchgangsöffnung 108 hat. Es sollte angemerkt werden, dass Zuverlässigkeitsprobleme bei einer kleinen Dicke der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 besonders ausgeprägt sind, welche beispielsweise ein vollständig ausgehärteter Kern aus FR4 Material sein kann. Da die Dicke d in den gezeigten Ausführungsformen nicht größer als 200 µm ist, sind die Zuverlässigkeitsprobleme ausgeprägt. Allerdings können die folgenden Maßnahmen ergriffen werden, um die Zuverlässigkeitsprobleme zu überwinden, selbst mit dünnen Kernen, welche eine Dicke d kleiner gleich 100 µm haben.
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Bezugnehmend auf 6 ist es bevorzugt, dass die kleinste vertikale Dicke D der Brückenstruktur 114 zumindest 20 µm ist. Falls diese Designregel nicht erfüllt ist, besteht das Risiko, dass der mittlere Teil der Brückenstruktur 114 nicht ausreichend verbunden ist, und es besteht ein Risiko für den Einschluss von Hohlräumen in diesem Bereich. Gleichzeitig sollte die kleinste vertikale Dicke D der Brückenstruktur 114 nicht größer als 40 µm sein. Anderenfalls können die Vertiefungen über der Demarkationsoberfläche 136 und unter der Demarkationsoberfläche 138 zu flach werden, so dass eine nachfolgende Prozedur zum Füllen dieser Vertiefungen mittels Plattierens während des Bildens der elektrisch leitfähigen Massenstrukturen 118, 120 eine unerwünschte oder fehlerhafte Form erzeugen kann.
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Ferner, und nun bezugnehmend insbesondere auf 4 und 5, sollte die kleinste horizontale Breite w in einem Bereich zwischen 30 µm und 100 µm sein, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 45 µm und 75 µm sein. Falls die Breite w größer ist, kann die Brückenbildung Probleme verursachen. Falls der Wert der Breite w kleiner ist, kann ein übermäßiges Risiko für Risse bestehen. Obwohl die genauen Werte ein wenig von der Dicke d der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 abhängen, da das plattierte Kupfer sich über eine größere Entfernung bewegen muss, um sein Ziel zu erreichen, kann dies mittels einer geeigneten Auswahl von chemischen Mitteln eingestellt werden. Die genannten Bereiche sind somit im Wesentlichen unabhängig von der Dicke d der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 gültig, vorausgesetzt, dass diese ein dünner Kern ist.
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Folglich kann mit den genannten Designregeln und Parametern eine geeignete Zuverlässigkeit des Komponententrägers 100 erreicht werden.
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2A zeigt eine Querschnittsansicht einer Vorform eines Komponententrägers 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, welche sich auf 2 bezieht, allerdings mit dem Unterschied, dass sich zum Zeitpunkt des Bildens der Durchgangsöffnung 108 keine elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen 110, 112 auf den entgegengesetzten Hauptoberflächen der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 befinden.
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Ein Hauptunterschied zwischen der Ausführungsform aus 1 bis 6 und der Ausführungsform aus 2A ist, dass gemäß 2A die Hauptoberflächen 104, 106 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 zum Zeitpunkt des Bildens der Durchgangsöffnung 108 nicht mit elektrisch leitfähigen Schichtstrukturen 110, 112 bedeckt sind. Somit weist das Herstellungsverfahren in Bezug auf die Ausführungsform aus 2A das Bilden der Durchgangsöffnung 108 in der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 auf, während die Hauptoberflächen 104, 106 der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 nicht mit einer elektrisch leitfähigen Schichtstruktur 110, 102 bedeckt ist, beispielsweise einer Kupferfolie.
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Was das nachfolgende Füllen der Durchgangsöffnung 108 und das Bedecken der Hauptoberflächen 104, 106 mit einem elektrisch leitfähigen Füllmedium betrifft, kann dies ausgeführt werden mittels Bildens einer optionalen Impfschicht 104, nachfolgendem optionalen Bilden einer Plattierungsschicht (nicht gezeigt), welche zumindest einen Teil der Hauptoberflächen 104, 106 und der Seitenwände 112 der Durchgangsöffnung 108 bedeckt, nachfolgendem Bilden einer Brückenstruktur 114, welche gegenüberliegende Seitenwände 116 überbrückt und beispielsweise im Wesentlichen eine H-Form hat, und optionalem Füllen von einem oder beiden Volumen über und/oder unter der Brückenstruktur 114 mit einer oder mehreren Massenstrukturen 118, 120 (welche weitere Plattierungstrukturen oder Sequenzen von Plattierungstrukturen sein können). Es wird auf die korrespondierende Beschreibung von 6 verwiesen.
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Abgesehen von diesem Unterschied gilt die vorstehend genannte Offenbarung betreffend 1 bis 6 auch für 2A. Auch das Bilden der Durchgangsöffnung gemäß 3 kann ohne Kupferfolien auf der elektrisch isolierenden Schichtstruktur 102 ausgeführt werden.
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Es wird angemerkt, dass der Begriff „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und dass „ein“ oder „eine“ keine Mehrzahl ausschließen. Es können auch Elemente kombiniert werden, die in Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind.
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Es wird auch angemerkt, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als einschränkend für den Schutzbereich der Ansprüche auszulegen sind.
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Eine Implementierung der Erfindung ist nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen beschränkt, welche in den Figuren gezeigt und vorstehend erläutert sind. Stattdessen ist eine Vielzahl von Varianten möglich, welche von den gezeigten Lösungen und dem erfindungsgemäßen Prinzip Gebrauch machen, selbst im Fall von grundlegend verschiedenen Ausführungsformen.
