DE102021121491A1 - Komponententrägerstruktur, verbindbar durch elektrisch leitendes verbindungsmedium in aussparung mit hohlraum mit oberflächenprofil - Google Patents

Komponententrägerstruktur, verbindbar durch elektrisch leitendes verbindungsmedium in aussparung mit hohlraum mit oberflächenprofil Download PDF

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Abstract

Ein Komponententräger mit einer ersten Komponententrägerstruktur mit einem ersten Stapel, der mindestens eine erste elektrisch leitende Schichtstruktur und mindestens eine erste elektrisch isolierende Schichtstruktur aufweist, wird offenbart. Die mindestens eine erste elektrisch leitende Schichtstruktur weist ein erstes Kontaktelement auf, das sich bis zu einer ersten Kontaktfläche des ersten Stapels erstreckt. An der ersten Kontaktfläche ist ein elektrisch leitendes Verbindungsmedium direkt mit dem ersten Kontaktelement verbunden, indem es mindestens eine Aussparung des ersten Kontaktelements füllt. Die mindestens eine Aussparung weist einen größer dimensionierten Hohlraum auf, der durch ein kleiner dimensioniertes Oberflächenprofil begrenzt ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Komponententräger. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Komponententrägers.
  • Technologischer Hintergrund
  • Im Zusammenhang mit wachsenden Produktfunktionalitäten von Komponententrägern, die mit einer oder mehreren elektronischen Komponenten (Bauelementen, Bauteilen) ausgestattet sind, und der zunehmenden Miniaturisierung dieser Komponenten sowie einer steigenden Anzahl von auf den Komponententrägern, wie zum Beispiel Leiterplatten (printed circuit boards, PCBs), zu montierenden Komponenten werden immer leistungsfähigere arrayartige Komponenten oder Packages (Packungen, Baugruppen, Gehäuse), die mehrere Komponenten aufweisen, eingesetzt, die eine Mehrzahl von Kontakten oder Anschlüssen mit immer geringerem Abstand zwischen diesen Kontakten aufweisen. Die Abfuhr von Wärme, die von solchen Komponenten und dem Komponententräger selbst während des Betriebs erzeugt wird, wird immer schwieriger. Gleichzeitig sollen die Komponententräger mechanisch robust und elektrisch zuverlässig sein, um auch unter rauen Bedingungen betrieben werden zu können.
  • Ein Nachteil von laminierten Komponententrägern ist, dass sie anfällig für Delamination, Verzug und/oder andere Phänomene sind, die die Zuverlässigkeit des Komponententrägers beeinträchtigen können.
  • Zusammenfassung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen einfach herstellbaren Komponententräger mit hoher Zuverlässigkeit bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Komponententräger bereitgestellt, der eine erste Komponententrägerstruktur, die einen ersten Stapel aufweist, der mindestens eine erste elektrisch leitende (leitfähige) Schichtstruktur und mindestens eine erste elektrisch isolierende Schichtstruktur aufweist, wobei die mindestens eine erste elektrisch leitende Schichtstruktur ein erstes Kontaktelement aufweist, das sich bis zu einer ersten Kontaktfläche des ersten Stapels erstreckt, und ein elektrisch leitendes Verbindungsmedium (Anschlussmedium), das direkt mit dem ersten Kontaktelement an der ersten Kontaktfläche verbunden ist, indem es mindestens eine Aussparung (Ausnehmung) des ersten Kontaktelements (aus)füllt, wobei die mindestens eine Aussparung einen größer dimensionierten Hohlraum umfasst, der durch ein kleiner dimensioniertes Oberflächenprofil begrenzt ist, aufweist.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung eines Komponententrägers bereitgestellt, wobei das Verfahren das Bilden einer ersten Komponententrägerstruktur, die einen ersten Stapel aufweist, der mindestens eine erste elektrisch leitende Schichtstruktur und mindestens eine erste elektrisch isolierende Schichtstruktur aufweist, wobei die mindestens eine erste elektrisch leitende Schichtstruktur ein erstes Kontaktelement aufweist, das sich bis zu einer ersten Kontaktfläche des ersten Stapels erstreckt, und das direkte Verbinden des ersten Kontaktelements an der ersten Kontaktfläche mit einem elektrisch leitenden Verbindungsmedium durch Füllen mindestens einer Aussparung des ersten Kontaktelements mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium, wobei die mindestens eine Aussparung einen größer dimensionierten Hohlraum umfasst, der durch ein kleiner dimensioniertes Oberflächenprofil begrenzt ist, aufweist.
  • Übersicht der Ausführungsformen
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Komponententräger“ insbesondere jede beliebige Träger- oder Stützstruktur bezeichnen, die in der Lage ist, eine oder mehrere Komponenten darauf und/oder darin unterzubringen zum Bereitstellen von sowohl mechanischem Halt und/oder elektrischer Konnektivität. Mit anderen Worten kann ein Komponententräger als ein mechanischer und/oder elektronischer Träger für Komponenten konfiguriert sein. Insbesondere kann ein Komponententräger eine (gedruckte) Leiterplatte (PCB), ein organischer Zwischenträger (Interposer) oder ein IC (integrierte Schaltung) Substrat sein. Ein Komponententräger kann auch eine Hybridplatte bzw. -platine sein, die verschiedene der oben genannten Komponententrägertypen kombiniert.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Komponententrägerstruktur“ insbesondere eine Folie oder Platte bezeichnen, die bei der Herstellung von Komponententrägern bearbeitet wird, beispielsweise eine gestapelte Schichtsequenz, ein Panel oder ein Array. Es ist auch möglich, dass es sich bei einer Komponententrägerstruktur um eine Leiterplatte (PCB) oder einen Teilstapel einer zu erstellenden Leiterplatte handelt. Insbesondere kann ein Komponententräger durch Verbinden einer Mehrzahl von Komponententrägerstrukturen hergestellt werden.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Stapel“ insbesondere eine Anordnung von mehreren planaren Schichtstrukturen bezeichnen, die parallel übereinander angeordnet sind. Die Schichtstrukturen des Stapels können durch Laminierung, d. h. durch Anwendung von Wärme und/oder Druck, verbunden werden.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Schichtstruktur“ insbesondere eine durchgehende Schicht, eine strukturierte Schicht oder eine Mehrzahl von nicht aufeinanderfolgenden Inseln innerhalb einer gemeinsamen Ebene bezeichnen.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Kontaktfläche“ insbesondere eine Hauptfläche einer Komponententrägerstruktur, insbesondere mindestens eines Kontaktelements davon, bezeichnen, an der die Komponententrägerstruktur mit einer entsprechenden Kontaktfläche eines weiteren Körpers (wie einer anderen Komponententrägerstruktur oder einer Komponente), insbesondere mindestens eines weiteren Kontaktelements davon, verbunden werden soll.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Kontaktelement“ insbesondere ein Abschnitt oder Teil mindestens einer elektrisch leitenden Schichtstruktur eines Stapels einer Komponententrägerstruktur bezeichnen, der an einer Stapeloberfläche freiliegt, um geeignet zu sein, mittels eines dazwischen liegenden elektrisch leitenden Verbindungsmediums eine elektrisch leitende Verbindung mit einem anderen Kontaktelement herzustellen.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Aussparung“ insbesondere jedes Hohlvolumen, jede Vertiefung oder jedes Sackloch an einem Kontaktflächenabschnitt eines elektrisch leitenden Kontaktelements bezeichnen.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „größer dimensionierter Hohlraum, der durch ein kleiner dimensioniertes Oberflächenprofil begrenzt ist“ insbesondere bedeuten, (i) dass der Hohlraum größere strukturelle Abmessungen (wie Tiefe und Breite des Hohlraums) als kleinere Strukturen (wie Breiten und Abstände von oben nach unten von abwechselnden Erhebungen und Vertiefungen des Oberflächenprofils), die das Oberflächenprofil definieren, aufweist. Es kann ferner bedeuten (ii), dass die strukturellen oder räumlichen Grenzen des Hohlraums durch das Oberflächenprofil definiert sind, so dass die Wände des Hohlraums das Oberflächenprofil aufweisen. Während der Hohlraum hauptsächlich die Form und Größe der Aussparung bestimmt, kann das Oberflächenprofil den Rändern des Hohlraums eine Wellenstruktur, Schwingungen, Wellen, ausgeprägte Rauheit oder Unebenheiten hinzufügen, die dem Hohlraum überlagert oder moduliert werden können. Das Oberflächenprofil kann ein regelmäßiges Oberflächenprofil mit einer sich wiederholenden Abfolge von Vertiefungen und Erhebungen mit einer bestimmten Breite und Höhe sein. Alternativ kann das Oberflächenprofil ein unregelmäßiges Oberflächenprofil mit einer zufälligen oder nicht geordneten Abfolge von Vertiefungen und Erhebungen sein, die unterschiedliche Werte für Breite und Höhe aufweisen. Insbesondere kann der Hohlraum konkav geformt sein. Das Oberflächenprofil kann eine Abfolge von kleinen Hügeln und Tälern sein, die sich entlang einer gekrümmten Oberfläche, die den Hohlraum begrenzt, abwechseln. Insbesondere kann es sich bei dem Hohlraum um einen hohlen Raum handeln, dessen Volumen oder dessen charakteristische Abmessungen größer sind als (insbesondere mindestens das Doppelte, insbesondere mindestens das Dreifache) der Hohlvolumina oder charakteristischen Abmessungen der Strukturen des Oberflächenprofils.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Komponententräger bereitgestellt, der eine stapelartige Komponententrägerstruktur mit geeigneter Haftung und einer zuverlässigen elektrischen Verbindung an einer Verbindungsschnittstelle zwischen der Komponententrägerstruktur und einem weiteren Körper (wie einer weiteren Komponententrägerstruktur oder einer Komponente) umfasst. Dies kann durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmedium, wie zum Beispiel eine metallische Paste, erreicht werden, das einen hohlen Raum zwischen dem an seiner Kontaktfläche freiliegenden elektrisch leitenden Kontaktelement der Komponententrägerstruktur und dem Körper überbrückt. Sehr vorteilhaft kann eine oder beide der gegenüberliegenden Kontaktflächen des Kontaktelements und des weiteren Körpers mit einer Aussparung versehen sein, die durch einen (eher makroskopischen) Hohlraum definiert ist, der durch ein (eher mikroskopisches) Oberflächenprofil mit ausgeprägten Unebenheiten begrenzt ist. Während der Verbindung der Komponententrägerstruktur und des weiteren Körpers können die eine oder die mehreren Aussparungen mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium gefüllt werden, um dadurch eine zuverlässige elektrische Kopplung und eine starke mechanische Verbindung zwischen der Komponententrägerstruktur und dem Körper herzustellen. Vorteilhafterweise kann der Komponententräger deutlich robuster gegen Scherkräfte gemacht werden, die eine gegenseitige seitliche Bewegung der miteinander verbundenen Komponententrägerstruktur und des weiteren Körpers begünstigen. Somit kann eine Tendenz zur Delamination von Bestandteilen des Komponententrägers stark unterdrückt werden. Anschaulich ausgedrückt kann die beschriebene Geometrie der Aussparung(en) als stark aufgeraute Vertiefung bezeichnet werden, die die Verbindungsfestigkeit des Komponententrägers als Ganzes verbessert.
  • Im Folgenden wird der erwähnte Effekt im Zusammenhang mit Scherkräften anhand eines Beispiels für die seitliche Ausrichtung von Vias (Durchkontaktierungen) zwischen der Komponententrägerstruktur und dem Körper, der als weitere Komponententrägerstruktur ausgeführt ist, näher beschrieben (siehe zum Beispiel 1 und 1A): Es ist sehr vorteilhaft, dass zwei gegenüberliegende Vias richtig ausgerichtet sind, um den Verlust von Via-Via-Verbindungen zu vermeiden. Scherspannungsbedingtes Verrutschen der beiden Stapel kann zu falsch ausgerichteten Vias führen, was den Transport von Strom und/oder Signalen beeinträchtigen kann. Dieses Problem kann insbesondere bei der Laminierung auftreten und das Verrutschen der Verbindungsflächen gegenüberliegender Stapel (oder dergleichen) zueinander beschreiben. Infolgedessen können Vias auf herkömmliche Weise nicht richtig ausgerichtet sein und verschiedene Schichten können ihre Verbindung untereinander verlieren. Durch die Bereitstellung des Hohlraums (der vorzugsweise rund sein kann) können Spannungskonzentrationen vermieden und die Ausrichtung verbessert werden.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung sieht daher eine aufgeraute Vertiefung an einer mit einem elektrisch leitenden Füllmedium zu füllenden Verbindungsschnittstelle einer Komponententrägerstruktur zur Herstellung einer zuverlässigen und kurzwegigen z-Verbindung zwischen der Komponententrägerstruktur und dem weiteren Körper vor. Insbesondere kann die Erzeugung einer aufgerauten Via-Pad-Oberfläche vorteilhaft sein, die zum Beispiel durch Ätzen mittels einer Fotomaske hergestellt werden kann. Vorteilhafterweise kann so eine sehr zuverlässige Haftung zwischen Kupferpads und leitender Paste hergestellt werden. Anschaulich ausgedrückt kann die raue Vertiefung eine inverse Geometrie für eine Verkapselung von leitender Paste oder anderen Arten von elektrisch leitenden Verbindungsmedien definieren.
  • Im Folgenden werden weitere beispielhafte Ausführungsformen des Komponententrägers und des Verfahrens erläutert.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Komponententräger einen weiteren Körper, wobei das elektrisch leitende Verbindungsmedium das erste Kontaktelement an der ersten Kontaktfläche mit dem weiteren Körper direkt verbindet, indem es mindestens eine Aussparung des ersten Kontaktelements und optional des weiteren Körpers füllt. Entsprechend kann das Verfahren das direkte Verbinden des ersten Kontaktelements an der ersten Kontaktfläche mit dem weiteren Körper durch Füllen mindestens einer Aussparung des ersten Kontaktelements und optional des weiteren Körpers mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium umfassen.
  • In einer Ausführungsform ist der weitere Körper eine zweite Komponententrägerstruktur, die einen zweiten Stapel aufweist, der mindestens eine zweite elektrisch leitende Schichtstruktur und mindestens eine zweite elektrisch isolierende Schichtstruktur aufweist, wobei die mindestens eine zweite elektrisch leitende Schichtstruktur ein zweites Kontaktelement aufweist, das sich bis zu einer zweiten Kontaktfläche des zweiten Stapels erstreckt. Das elektrisch leitende Verbindungsmedium kann das erste Kontaktelement an der ersten Kontaktfläche mit dem zweiten Kontaktelement an der zweiten Kontaktfläche direkt verbinden, indem es die mindestens eine Aussparung des ersten Kontaktelements und optional des zweiten Kontaktelements füllt (vgl. beispielsweise 1 und 1A). Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „elektrisch leitendes Verbindungsmedium, das Kontaktelemente direkt verbindet“ insbesondere bedeuten, dass nur oder im Wesentlichen nur das elektrisch leitende Verbindungsmedium (zum Beispiel eine metallische Paste) einen Raum zwischen gegenüberliegenden Kontaktflächenbereichen der Kontaktelemente (aus)füllt. Beispielsweise können zwei Leiterplatten (PCBs) auf die beschriebene Weise zuverlässig verbunden werden, ohne dass die Gefahr einer durch Scherkräfte ausgelösten Delamination besteht.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst der weitere Körper eine Komponente (vgl. zum Beispiel 9). Beispielsweise kann ein Kühlkörper oder ein Chip als eine solche Komponente mit einer Komponententrägerstruktur, wie zum Beispiel einer PCB, verbunden werden. Somit kann auch eine Verbindung zwischen einer Komponente und einer Komponententrägerstruktur auf die beschriebene Weise hergestellt werden. Bei einer solchen Konfiguration kann die Komponente auf der Komponententrägerstruktur oberflächenmontiert oder in die Komponententrägerstruktur eingebettet sein.
  • In einer Ausführungsform hat der Hohlraum eine (vertikale) Tiefe von mindestens 10 µm, insbesondere von mindestens 15 µm. Mit solchen Abmessungen des Hohlraums kann der Komponententräger robust gegen Scherkräfte gemacht werden, die dazu neigen, die miteinander verbundenen Komponententrägerstrukturen ungewollt zu trennen. Die Tiefe des Hohlraums kann zum Beispiel weniger als 50 µm betragen. Eine (horizontale) Breite des Hohlraums kann mindestens 20 µm, insbesondere mindestens 30 µm betragen. Diese Breite kann weniger als 80 µm betragen.
  • In einer Ausführungsform hat das Oberflächenprofil einen durchschnittlichen Abstand von oben nach unten von mindestens 2 µm, insbesondere von mindestens 4 µm. Insbesondere kann der Begriff „durchschnittlicher Abstand von oben nach unten“ des Oberflächenprofils einen gemittelten vertikalen Abstand zwischen einem Vorsprung und einer direkt angrenzenden Vertiefung des Oberflächenprofils bezeichnen. Der Abstand von oben nach unten kann durch Mittelung mehrerer Werte des vertikalen Abstands des Oberflächenprofils entlang des Hohlraums in einer Querschnittsansicht des Komponententrägers bestimmt werden. Insbesondere können mindestens fünf, insbesondere alle Paare von Vorsprüngen und benachbarten Vertiefungen des Hohlraums für die Ermittlung des Durchschnittswerts berücksichtigt werden. Anschaulich ausgedrückt kann ein solches Oberflächenprofil eine ausgeprägte mechanische Verzahnung zwischen dem Material des jeweiligen Kontaktelements und dem Material des elektrisch leitenden Verbindungsmediums herstellen, das in winzige Täler des Oberflächenprofils eindringt.
  • In einer Ausführungsform hat das Oberflächenprofil einen durchschnittlichen Abstand von oben nach unten von nicht mehr als 15 µm, insbesondere von nicht mehr als 10 µm, vorzugsweise nicht mehr als 8 µm oder sogar nicht mehr als 6 µm. Eine solche Obergrenze der Hügel und Täler des Oberflächenprofils stellt sicher, dass eine ausreichend große Menge an elektrisch leitendem Verbindungsmedium in der Aussparung vorhanden sein kann, um eine niederohmige und mechanisch robuste Verbindung herzustellen.
  • Zum Beispiel kann das Oberflächenprofil einzelne Werte des Abstandes von oben nach unten von benachbarten Vertiefungen und Erhebungen des Oberflächenprofils in einem Bereich von 2 µm bis 8 µm, insbesondere in einem Bereich von 4 µm bis 6 µm, aufweisen. Genauer gesagt können mindestens 80 % der Einzelwerte des Abstandes von oben nach unten zwischen benachbarten Vertiefungen und Erhebungen des Oberflächenprofils in einem Bereich von 2 µm bis 8 µm, insbesondere in einem Bereich von 4 µm bis 6 µm liegen.
  • In einer Ausführungsform hat der Hohlraum eine im Wesentlichen runde Form. Dies kann vorteilhafterweise zu einer Unterdrückung der Spannungskonzentration führen, da eine lokale Konzentration der Spannung an scharfen Kanten verhindert werden kann. Ein Hauptvorteil einer runden Form besteht darin, dass die Spannung gleichmäßig über die Oberfläche des Hohlraums verteilt werden kann. Darüber hinaus kann durch einen runden Hohlraum (Kavität) eine günstige Interferenzenergie, eine ausreichend große Kontaktfläche und eine gute geometrische Stabilität gewährleistet werden. Alternativ kann der Hohlraum auch eine im Wesentlichen rechteckige Form haben, vorzugsweise mit abgerundeten Ecken. Dies kann zu einer guten Verkapselung des elektrisch leitenden Verbindungsmediums und zu hervorragenden Eigenschaften in Bezug auf die elektrische Kopplung und die mechanische Verbindung führen. Vorzugsweise kann ein rechteckig geformter Hohlraum tief innerhalb des Vias verankert sein.
  • Vorzugsweise kann die Form des Hohlraums frei von scharfen Kanten sein. Dies kann eine Spannungskonzentration verhindern. Die Verwendung von runden Oberflächen oder abgerundeten Ecken ist daher vorzuziehen.
  • In einer Ausführungsform ist eine erste Aussparung im ersten Kontaktelement und eine zweite Aussparung im zweiten Kontaktelement (ausgerichtet mit dem ersten Element) oder in der Komponente gebildet, wobei sowohl die erste Aussparung als auch die zweite Aussparung mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium gefüllt sind. Wenn beide Kontaktelemente mit einander zugewandten Aussparungen versehen sind, kann ein beidseitiger Formschluss zwischen dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium und den Komponententrägerstrukturen oder der Komponente erreicht werden. Dies kann sowohl die elektrische Kopplung als auch die mechanische Verbindung zwischen den Komponententrägerstrukturen verstärken und eine Tendenz zur Delaminierung, selbst beim Auftreten von Scherkräften, stark unterdrücken. Darüber hinaus kann dadurch die Ausrichtung der gegenüberliegenden Kontakte verbessert werden, so dass gute Verbindungen erhalten bleiben. Scherspannungsinduziertes Abrutschen von Vias und anderen Strukturen kann eine korrekte Verbindung gewährleisten, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden.
  • In einer Ausführungsform ist das elektrisch leitende Verbindungsmedium ein zähflüssiges (viskoses) verformbares Medium, wie zum Beispiel eine elektrisch leitende Paste, insbesondere eine Silberpaste oder eine Kupferpaste. Im Allgemeinen kann das elektrisch leitende Verbindungsmedium ein formbares oder pastöses oder frei formbares oder sogar halbfließfähiges Material sein. Eine metallische Paste, insbesondere die metallische Partikel und ein Lösungsmittel (das beim Erwärmen verdampft werden kann) enthält, ist eine gute Wahl für das elektrisch leitende Verbindungsmedium. Dadurch ist das elektrisch leitende Verbindungsmedium in der Lage, die Aussparung(en) einschließlich kleiner Spalten des Oberflächenprofils zuverlässig (und vorzugsweise vollständig) zu füllen. Es ist auch möglich, dass das elektrisch leitende Verbindungsmedium ein elektrisch leitfähiges Polymer umfasst.
  • In einer Ausführungsform trägt mindestens eines von dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement zu einer elektrisch leitenden vertikalen Durchgangsverbindung (Durchkontaktierung) zur vertikalen Verbindung der ersten Komponententrägerstruktur und der zweiten Komponententrägerstruktur bei. Eine solche elektrisch leitende vertikale Durchgangsverbindung kann zum Beispiel ein Array von vertikal gestapelten Vias in einer oder beiden der verbundenen Komponententrägerstrukturen sein, wobei die gestapelten Vias mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium verbunden sind. Somit kann eine elektrische Kurzwegverbindung zwischen den miteinander verbundenen Komponententrägerstrukturen geschaffen werden. Dies hält die Signalverluste gering und sorgt für eine kompakte Bauweise des Komponententrägers.
  • In einer Ausführungsform kann das erste Kontaktelement und/oder das zweite Kontaktelement ein Via sein, insbesondere ein Via mit sich verjüngenden Seitenwänden. Ein solches Via kann zum Beispiel ein kupfergefülltes Laser-Via sein. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das elektrisch leitende Verbindungsmedium somit eine elektrisch leitende Brücke zwischen zwei gegenüberliegenden Vias für die miteinander verbundenen Kontaktelemente der Komponententrägerstrukturen bilden.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Komponententräger eine dielektrische Folie (Platte, Blatt) mit mindestens einem mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium gefüllten Durchgangsloch, wobei die dielektrische Folie zwischen der ersten Komponententrägerstruktur und der zweiten Komponententrägerstruktur oder der Komponente angeordnet ist. Jedes Durchgangsloch kann jeweils einem Paar von ausgerichteten Kontaktelementen der Komponententrägerstrukturen oder einer zu verbindenden Komponente entsprechen. Die dielektrische Folie kann eine planare, elektrisch isolierende Matrix bilden, um ein elektrisch leitendes Verbindungsmedium genau dort bereitzustellen, wo es für die Herstellung einer elektrisch leitenden Z-Verbindung benötigt wird, ohne dass an anderer Stelle ungewollt elektrisch leitende Pfade entstehen.
  • In einer Ausführungsform umfasst oder besteht die dielektrische Folie aus einem Klebematerial, insbesondere Prepreg oder Harz. Dementsprechend kann das Verfahren das Bereitstellen der dielektrischen Folie mit einem aushärtbaren Material und das zumindest teilweise Aushärten des aushärtbaren Materials der dielektrischen Folie beim Verbinden der ersten Komponententrägerstruktur mit der zweiten Komponententrägerstruktur mit der dazwischen liegenden dielektrischen Folie umfassen. Wenn das dielektrische Material der Folie klebend ist, kann es Teile der Komponententrägerstrukturen zwischen den durch das elektrisch leitende Verbindungsmedium zu verbindenden Kontaktelementen verkleben. Wenn ein ungehärtetes Harzmaterial (wie es in Prepreg-Material vor dem Aushärten vorhanden ist) der dielektrischen Folie durch Zusammenpressen der Komponententrägerstrukturen mit der dazwischen liegenden dielektrischen Folie mit oder ohne zusätzliche Wärmezufuhr zum Aushärten gebracht wird, kann das Aushärten des Harzmaterials eine Klebeverbindung zwischen den Komponententrägerstrukturen durch Laminierung bewirken. Im Allgemeinen kann eine solche Aushärtung durch die Anwendung von mechanischem Druck und/oder die Zufuhr von Wärmeenergie ausgelöst werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Füllen des elektrisch leitenden Verbindungsmediums in die mindestens eine Aussparung beim Verbinden der ersten Komponententrägerstruktur mit der zweiten Komponententrägerstruktur oder mit der Komponente. Somit kann durch das Verbinden der Komponententrägerstrukturen miteinander (vorzugsweise durch Laminieren mit einer dazwischen liegenden aushärtbaren dielektrischen Folie) und das Einbringen des vorzugsweise pastösen elektrisch leitenden Verbindungsmediums in die eine oder die Aussparungen durch Anwenden von mechanischem Druck eine zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung zwischen den miteinander verbundenen Komponententrägerstrukturen hergestellt werden. Sowohl die elektrische als auch die mechanische Verbindung kann gleichzeitig, d.h. in einem gemeinsamen Prozess, und damit auf einfache und schnelle Weise hergestellt werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bereitstellen des elektrisch leitenden Verbindungsmediums in mindestens einem Durchgangsloch einer dielektrischen Folie vor dem Verbinden der ersten Komponententrägerstruktur mit der zweiten Komponententrägerstruktur oder mit der Komponente mit der dazwischen liegenden dielektrischen Folie (mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium). So kann vorzugsweise pastöses elektrisch leitendes Verbindungsmedium zunächst in vorgeformte Durchgangslöcher der dielektrischen Folie eingeführt (zum Beispiel abgegeben) werden, bevor die mit Metallpaste gefüllte dielektrischen Folie zwischen die elektrisch und mechanisch zu verbindenden Komponententrägerstrukturen eingefügt wird.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bilden des mindestens einen Durchgangslochs in der dielektrischen Folie durch Bohren, insbesondere durch Laserbohren. Insbesondere das Laserbohren ist ein einfaches, zuverlässiges und präzises Verfahren, um die Position eines oder mehrerer Durchgangslöcher in der dielektrischen Folie in Ausrichtung mit einem Array von Kontaktelementpaaren zu definieren, die durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmedium in dem einen oder den mehreren Durchgangslöchern elektrisch miteinander verbunden werden sollen. Alternativ zum Laserbohren sind auch mechanisches Bohren, Stanzen und Ätzen zur Herstellung des Durchgangslochs bzw. der Durchgangslöcher möglich.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Füllen des elektrisch leitenden Verbindungsmediums in Form einer Paste (zum Beispiel Kupferpaste oder Silberpaste) in das mindestens eine Durchgangsloch der dielektrischen Folie. Ein solches pastöses, elektrisch leitendes Füllmedium kann verformbar oder formbar sein, so dass es im Wesentlichen die gesamte(n) Aussparung(en), einschließlich winziger Lücken, die das Oberflächenprofil bilden, ordentlich füllt. Als Füllmedium können auch elektrisch leitende Polymere verwendet werden, da sie klebend und elektrisch leitend sind.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bilden der mindestens einen Aussparung durch Ätzen des ersten Kontaktelements an der ersten Kontaktfläche und/oder des zweiten Kontaktelements an der zweiten Kontaktfläche. Somit können der Hohlraum und das Oberflächenprofil durch Ätzen erzeugt werden. Alternativ zum Ätzen ist auch ein Bohren (insbesondere mechanisches Bohren oder Laserbohren) oder Schleifen möglich. Die Aussparung wird vorzugsweise durch Ätzen gebildet, um eine hohe Rauheit der Oberfläche zu erreichen, die die Haftung zwischen Füllmedium und Via-Oberfläche fördert. Es ist jedoch auch möglich, diese Aussparungen durch Bohren (Laser- und mechanisches Bohren) sowie durch Schleifen der Via-Oberfläche mit einem kleinen Schleif- (und/oder Bohr-) Kopf herzustellen. Bei den letztgenannten Methoden kann die Haftung zwischen Füllmedium und Via-Oberfläche vorteilhaft ausgeprägt sein, da auch mit diesen Methoden ein aufgerautes Oberflächenprofil erreicht werden kann. Zu diesem Zweck können beispielsweise ein Nassätzen und/oder Plasmaätzen durchgeführt werden. Es können auch isotrope und/oder anisotrope Ätzprozesse durchgeführt werden. Die Anpassung der Ätzparameter (zum Beispiel Ätzmittel, Additive, Ätzzeit, Bedingungen wie Ätztemperatur usw.) kann vorteilhafterweise die Anpassung der Form und der Abmessungen des Hohlraums und des Oberflächenprofils ermöglichen. Beispielsweise kann eine aggressivere Ätzstrategie zu einer tieferen Aussparung und/oder zu steileren Seitenwänden der Aussparung führen.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bedecken eines Teils der ersten Kontaktfläche und/oder eines Teils der zweiten Kontaktfläche mit einer Ätzschutzstruktur während des Ätzens. Bei der Ätzschutzstruktur kann es sich um eine temporäre Ätzschutzstruktur handeln, die nach dem Ätzen von der jeweiligen Komponententrägerstruktur entfernt werden kann. Anschaulich ausgedrückt kann solch eine Ätzschutzstruktur eine strukturierte Maske (zum Beispiel eine Fotomaske) sein, die festlegt, welche Oberflächenbereiche der Kontaktelemente der miteinander zu verbindenden Komponententrägerstrukturen durch Ätzen bearbeitet werden sollen und welche anderen Oberflächenbereiche vor dem Ätzangriff geschützt werden sollen. Insbesondere können dielektrische Oberflächenbereiche der gegenüberliegenden Kontaktflächen vor dem Ätzen geschützt werden. Es ist jedoch auch möglich, ein jeweiliges Kontaktelement teilweise mit der Ätzschutzstruktur zu bedecken (zum Beispiel selektiv einen äußeren Ringabschnitt davon zu bedecken), um die Abmessungen und die Form der Aussparung richtig zu definieren. Alternativ kann eine Schutzstruktur verwendet werden, die bestimmte Bereiche gegen Bohren (insbesondere mechanisches Bohren oder Laserbohren) oder Schleifen schützt.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Komponententräger einen Stapel aus mindestens einer elektrisch isolierenden Schichtstruktur und mindestens einer elektrisch leitenden Schichtstruktur. Der Komponententräger kann beispielsweise ein Laminat aus der/den genannten elektrisch isolierenden Schichtstruktur(en) und elektrisch leitenden Schichtstruktur(en) sein, das insbesondere durch Anwendung von mechanischem Druck und/oder thermischer Energie gebildet wird. Der genannte Stapel kann einen plattenförmigen Komponententräger bereitstellen, der eine große Montagefläche für weitere Komponenten bereitstellen kann und trotzdem sehr dünn und kompakt ist. Der Begriff „Schichtstruktur“ kann insbesondere eine durchgehende Schicht, eine strukturierte Schicht oder eine Mehrzahl von nicht aufeinanderfolgenden Inseln innerhalb einer gemeinsamen Ebene bezeichnen.
  • In einer Ausführungsform ist der Komponententräger als Platte geformt. Dies trägt zu einer kompakten Bauweise bei, wobei der Komponententräger dennoch eine große Basis für die Montage von Komponenten darauf bietet. Darüber hinaus kann insbesondere ein nackter Die als Beispiel für eine eingebettete elektronische Komponente, dank ihrer geringen Dicke, bequem in eine dünne Platte, wie zum Beispiel eine Leiterplatte, eingebettet werden.
  • In einer Ausführungsform ist der Komponententräger als einer aus der Gruppe, bestehend aus einer Leiterplatte, einem Substrat (insbesondere einem IC-Substrat) und einem Zwischenträger (Interposer), konfiguriert.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Leiterplatte“ (printed circuit board, PCB) insbesondere einen plattenförmigen Komponententräger bezeichnen, der durch Laminieren mehrerer elektrisch leitender Schichtstrukturen mit mehreren elektrisch isolierenden Schichtstrukturen, zum Beispiel durch Anwendung von Druck und/oder durch Zufuhr von thermischer Energie, gebildet wird. Als bevorzugte Materialien für die Leiterplattentechnik werden die elektrisch leitenden Schichtstrukturen aus Kupfer hergestellt, während die elektrisch isolierenden Schichtstrukturen Harz und/oder Glasfasern, so genanntem Prepreg- oder FR4-Material, umfassen können. Die verschiedenen elektrisch leitenden Schichtstrukturen können in gewünschter Weise miteinander verbunden werden, indem Durchgangslöcher durch das Laminat, zum Beispiel durch Laserbohren oder mechanisches Bohren, gebildet werden und mit elektrisch leitendem Material (insbesondere Kupfer) gefüllt werden, wodurch Vias als Durchkontaktierungen entstehen. Abgesehen von einer oder mehreren Komponenten, die in eine Leiterplatte eingebettet sein können, ist eine Leiterplatte in der Regel so konfiguriert, dass eine oder mehrere Komponenten auf einer oder beiden gegenüberliegenden Oberflächen der plattenförmigen Leiterplatte untergebracht werden können. Sie können durch Löten mit der jeweiligen Hauptoberfläche verbunden werden. Ein dielektrischer Teil einer Leiterplatte kann aus Harz mit Verstärkungsfasern (wie zum Beispiel Glasfasern) zusammengesetzt sein.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Substrat“ insbesondere einen kleinen Komponententräger bezeichnen. Ein Substrat kann ein im Verhältnis zu einer Leiterplatte vergleichsweise kleiner Komponententräger sein, auf dem ein oder mehrere Komponenten montiert werden können und der als Verbindungsmedium zwischen einem oder mehreren Chip(s) und einer weiteren Leiterplatte dienen kann. Ein Substrat kann beispielsweise im Wesentlichen die gleiche Größe wie eine darauf zu montierende Komponente (insbesondere eine elektronische Komponente) haben (zum Beispiel im Falle eines Chip Scale Package (CSP)). Genauer gesagt kann ein Substrat als ein Träger für elektrische Verbindungen oder elektrische Netzwerke sowie als Komponententräger, vergleichbar mit einer Leiterplatte (PCB), verstanden werden, jedoch mit einer wesentlich höheren Dichte an lateral und/oder vertikal angeordneten Verbindungen. Seitliche bzw. laterale Verbindungen sind zum Beispiel Leiterbahnen, während vertikale Verbindungen zum Beispiel Bohrungen sein können. Diese seitlichen und/oder vertikalen Verbindungen sind innerhalb des Substrats angeordnet und können dazu verwendet werden, um elektrische, thermische und/oder mechanische Verbindungen von gehäusten Komponenten oder ungehäusten Komponenten (wie zum Beispiel Bare Dies), insbesondere von IC-Chips, mit einer Leiterplatte oder Zwischenleiterplatte herzustellen. Der Begriff „Substrat“ schließt also auch „IC-Substrate“ ein. Ein dielektrischer Teil eines Substrats kann aus Harz mit Verstärkungspartikeln (wie zum Beispiel Verstärkungskugeln, insbesondere Glaskugeln) zusammengesetzt sein.
  • Das Substrat oder der Interposer kann mindestens eine Schicht aus Glas, Silizium (Si) oder einem fotoabbildungsfähigen oder trockenätzbaren organischen Material wie Aufbaumaterial (Build-up Material) auf Epoxidbasis (wie zum Beispiel ein Aufbaufilm auf Epoxidbasis) oder Polymerverbindungen, wie zum Beispiel Polyimid, Polybenzoxazol oder mit Benzocyclobuten funktionalisierte Polymere, enthalten oder aus diesen bestehen.
  • In einer Ausführungsform umfasst die jeweilige mindestens eine elektrisch isolierende Schichtstruktur eines aus der Gruppe, bestehend aus Harz (wie zum Beispiel verstärkte oder unverstärkte Harze, zum Beispiel Epoxidharz oder Bismaleimid-Triazin-Harz), Cyanatesterharz, Polyphenylenderivat, Glas (insbesondere Glasfasern, Mehrschichtenglas, glasähnliche Materialien), Prepreg-Material (wie zum Beispiel FR-4 oder FR-5), Polyimid, Polyamid, Flüssigkristallpolymer (liquid crystal polymer, LCP), Aufbaufolien (Build-Up Film) auf Epoxidbasis, Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon®), eine Keramik und ein Metalloxid. Teflon ist eine eingetragene Marke von The Chemours Company FC LLC in Wilmington, Delaware, USA. Auch Verstärkungsmaterialien wie Bahnen, Fasern oder Kugeln, zum Beispiel aus Glas (Mehrschichtenglas), können verwendet werden. Obwohl Prepreg, insbesondere FR4, für starre Leiterplatten in der Regel bevorzugt werden, können auch andere Materialien, insbesondere Aufbaufolien auf Epoxidbasis oder fotoabbildungsfähiges dielektrisches Material, verwendet werden. Für Hochfrequenzanwendungen können Hochfrequenzmaterialien, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen, Flüssigkristallpolymer und/oder Cyanatesterharze, keramische Materialien mit niedriger Temperatur (LTCC) oder andere Materialien mit niedrigem, sehr niedrigem oder ultraniedrigem DK, als elektrisch isolierende Schichtstruktur im Komponententräger eingesetzt werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst die jeweilige mindestens eine elektrisch leitende Schichtstruktur mindestens eines aus der Gruppe, bestehend 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 supraleitendem Material, wie zum Beispiel Graphen.
  • Mindestens eine Komponente, die in den Stapel eingebettet sein kann, kann aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus einem elektrisch nichtleitenden Inlay (wie zum Beispiel einem keramischen Inlay, das vorzugsweise Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid umfasst), einem elektrisch leitenden Inlay (wie zum Beispiel einem Metallinlay, das vorzugsweise Kupfer oder Aluminium umfasst), einer Wärmeübertragungseinheit (zum Beispiel einem Wärmerohr (Heatpipe)), einem Lichtleitelement (zum Beispiel einem optischen Wellenleiter oder einer Lichtleiterverbindung), einem optischen Element (zum Beispiel einer Linse), eine elektronische Komponente oder Kombinationen davon besteht. Bei der Komponente kann es sich beispielsweise um eine aktive elektronische Komponente, eine passive elektronische Komponente, einen elektronischen Chip, eine Speichervorrichtung (zum Beispiel einen DRAM oder einen anderen Datenspeicher), einen Filter, eine integrierte Schaltung, eine signalverarbeitende Komponente, eine Energieverwaltungskomponente, ein optoelektronisches Schnittstellenelement, eine Licht emittierende Diode, einen Fotokoppler, einen Spannungswandler (zum Beispiel einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler), eine kryptographische Komponente, einen Sender und/oder Empfänger, einen elektromechanischen Wandler, einen Sensor, einen Aktor, ein mikroelektromechanisches System (MEMS), einen Mikroprozessor, einen Kondensator, einen Widerstand, eine Induktivität, eine Batterie, einen Schalter, eine Kamera, eine Antenne, einen Logik-Chip und eine Energiegewinnungseinheit handeln. Es können jedoch auch andere Komponenten in den Komponententräger eingebettet sein. So kann zum Beispiel ein magnetisches Element als Komponente verwendet werden. Ein solches magnetisches Element kann ein permanentmagnetisches Element sein (zum Beispiel ein ferromagnetisches Element, ein antiferromagnetisches Element, ein multiferroisches Element oder ein ferrimagnetisches Element, zum Beispiel ein Ferritkern) oder ein paramagnetisches Element. Die Komponente kann aber auch ein Substrat, ein Interposer oder ein weiterer Komponententräger sein, zum Beispiel in einer Board-in-Board Konfiguration. Die Komponente kann auf dem Komponententräger oberflächenmontiert und/oder in einen Innenraum des Komponententrägers eingebettet sein. Darüber hinaus können auch andere Komponenten als Komponente verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform ist der Komponententräger ein laminatartiger Komponententräger. Bei einer solchen Ausführungsform ist der Komponententräger ein Verbund aus mehreren Schichtstrukturen, die gestapelt und durch Anwendung von Presskraft und/oder Wärme miteinander verbunden werden.
  • Nach der Bearbeitung innerer Schichtstrukturen des Komponententrägers ist es möglich, eine oder beide gegenüberliegende Hauptoberflächen der bearbeiteten Schichtstrukturen symmetrisch oder asymmetrisch mit einer oder mehreren weiteren elektrisch isolierenden Schichtstrukturen und/oder elektrisch leitenden Schichtstrukturen zu bedecken (insbesondere durch Laminieren). Mit anderen Worten kann der Aufbau so lange fortgesetzt werden, bis eine gewünschte Anzahl von Schichten erreicht ist.
  • Nach der Bildung eines Stapels aus elektrisch isolierenden Schichtstrukturen und elektrisch leitenden Schichtstrukturen kann mit einer Oberflächenbehandlung der erhaltenen Schichtstrukturen oder des Komponententrägers fortgefahren werden.
  • Insbesondere kann ein elektrisch isolierender Lötstopplack (Lötresist) auf eine oder beide gegenüberliegende Hauptoberflächen des Schichtenstapels bzw. Komponententrägers in Form einer Oberflächenbehandlung aufgebracht werden. Es ist beispielsweise möglich, einen solchen Lötstopplack auf einer gesamten Hauptoberfläche auszubilden und anschließend die Lötstopplackschicht so zu strukturieren, dass ein oder mehrere elektrisch leitende Oberflächenbereiche freigelegt werden, die zur elektrischen Kopplung des Komponententrägers mit einer elektronischen Peripherie verwendet werden sollen. Die mit Lötstopplack bedeckten Oberflächenbereiche des Komponententrägers können wirksam gegen Oxidation oder Korrosion geschützt werden, insbesondere kupferhaltige Oberflächenbereiche.
  • Es ist auch möglich, freiliegende elektrisch leitende Oberflächenabschnitte des Komponententrägers selektiv mit einer Oberflächenbeschichtung im Sinne einer Oberflächenbehandlung zu versehen. Eine solche Oberflächenbeschichtung kann ein elektrisch leitendes Abdeckmaterial auf freiliegenden elektrisch leitenden Schichtstrukturen (wie Pads, Leiterbahnen etc., insbesondere umfassend oder bestehend aus Kupfer) auf einer Oberfläche eines Komponententrägers sein. Wenn solche freiliegenden elektrisch leitenden Schichtstrukturen ungeschützt bleiben, kann das freiliegende elektrisch leitende Komponententrägermaterial (insbesondere Kupfer) oxidieren, wodurch der Komponententräger weniger zuverlässig wird. Eine Oberflächenbeschichtung kann dann zum Beispiel als Schnittstelle zwischen einer oberflächenmontierten Komponente und dem Komponententräger gebildet werden. Die Oberflächenbeschichtung hat die Funktion, die freiliegenden elektrisch leitenden Schichtstrukturen (insbesondere Kupferschaltungen) zu schützen und einen Verbindungsprozess mit einem oder mehreren Komponenten, zum Beispiel durch Löten, zu ermöglichen. Geeignete Materialien für eine Oberflächenbeschichtung sind zum Beispiel Organisches Lötbarkeitsschutzmittel (Organic Solderability Preservative, OSP), Chemisch Nickel Immersion Gold (Electroless Nickel Immersion Gold, ENIG), Gold (insbesondere Hartgold), Chemisch Zinn, Nickel-Gold, Nickel-Palladium, Chemisch Nickel Immersion Palladium Immersion Gold (Electroless Nickel Immersion Palladium Immersion Gold, ENIPIG), usw.
  • Die oben definierten Aspekte und weitere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispielen und werden unter Bezugnahme auf diese Ausführungsbeispiele erläutert.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Struktur, die bei der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Komponententrägers durch Verbinden einer Komponententrägerstruktur mit einer weiteren Komponententrägerstruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erhalten wird.
    • 1A zeigt eine Querschnittsansicht größerer Teile von Komponententrägerstrukturen der Struktur gemäß 1.
    • 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Komponententrägers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Komponententrägers gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
    • 4, 5, 6, 7 und 8 zeigen Querschnittsansichten von Strukturen, die bei der Durchführung von Verfahren zur Herstellung von Komponententrägern gemäß beispielhaften Ausführungsformen erhalten werden.
    • 9 zeigt eine Querschnittsansicht einer Struktur, die bei der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Komponententrägers durch Verbinden einer Komponententrägerstruktur mit einer Komponente gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erhalten wird.
  • Detaillierte Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen
  • Die Abbildungen in den Zeichnungen sind schematisch dargestellt. In verschiedenen Zeichnungen sind ähnliche oder gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Bevor auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, werden beispielhafte Ausführungsformen näher beschrieben, wobei einige grundlegende Überlegungen zusammengefasst werden, auf deren Grundlage beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung entwickelt worden sind.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann mindestens ein elektrisch leitendes Kontaktelement an einer Kontaktfläche einer Komponententrägerstruktur, die mit einer anderen Komponententrägerstruktur elektrisch und mechanisch verbunden werden soll, als raue Vertiefung ausgebildet sein, die zur Herstellung einer zuverlässigen z-Verbindung zwischen den Komponententrägerstrukturen teilweise oder vollständig mit einem vorzugsweise pastösen elektrisch leitenden Verbindungsmedium gefüllt werden kann. Dadurch kann ein Komponententräger, wie zum Beispiel eine Leiterplatte (PCB), erhalten werden, der eine kurzwegige und damit verlustarme und kompakte vertikale elektrische Verbindung aufweist und gleichzeitig einen zuverlässigen Schutz vor einer unerwünschten Delaminierung der miteinander verbundenen Komponententrägerstrukturen, insbesondere beim Auftreten von horizontalen Scherkräften, bietet. Die beschriebene Verbindungstechnik kann innere Spannungen im Komponententräger reduzieren und Scherspannungen in multidirektionale Spannungen umwandeln und gleichzeitig ein einwandfreies elektrisches Verhalten gewährleisten.
  • Anschaulich gesprochen, kann eine Prepreg-Platte mit einem Laser gebohrt werden, um mindestens ein Durchgangsloch zu schaffen, das dann mit einer metallischen (zum Beispiel Kupfer) Paste oder ähnlichem gefüllt werden kann. Eine oder beide einander zugewandte Hauptoberflächen von zwei oder mehr Komponententrägerstrukturen (wie zum Beispiel Leiterplatten oder laminierte Schichtenstapel) können einem selektiven Ätzverfahren unterzogen werden, um eine oder mehrere Aussparungen in ausgerichteten elektrisch leitenden Kontaktelementen der zu verbindenden Komponententrägerstrukturen zu definieren. Vorzugsweise kann eine solche Aussparung durch einen konkaven Hohlraum mit - im Vergleich zu den Abmessungen des Hohlraums - kleiner dimensionierten Oberflächenprofilstrukturen an einer den Hohlraum begrenzenden Wand definiert sein. Die Prepreg-Platte mit dem einen oder den mehreren Abschnitten, die mit der metallischen Paste gefüllt sind, kann dann zwischen die Komponententrägerstrukturen gelegt werden, so dass die eine oder die mehreren Aussparungen mit dem einen oder den mehreren Abschnitten der metallischen Paste ausgerichtet sind, die dadurch in die Aussparung(en) gepresst wird. Die Komponententrägerstrukturen und die dazwischen liegende dielektrische Folie können dann durch Laminierung, d.h. durch mechanischen Druck, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, miteinander verbunden werden. Als Ergebnis kann ein Komponententräger (zum Beispiel eine Leiterplatte) mit kurzen vertikalen elektrischen Verbindungen und einer zuverlässigen mechanischen Integrität erhalten werden.
  • Eine Hauptherausforderung bei der Entwicklung einer Z-Verbindung in einem Komponententräger ist die Überwindung von Delaminierungen (d.h. Trennungen in der Grenzfläche zwischen miteinander verbundenen Komponententrägerstrukturen oder Substrukturen) und verrutschenden Vias. Es wird angenommen, dass insbesondere diese beiden Defekte hauptsächlich aufgrund einer schlechten Oberflächenhaftung zwischen einer metallischen Paste und einer Leiterplatte-Via (Board-to-Via) Oberfläche auftreten, vor allem, wenn das Spannungsniveau hoch ist.
  • Um diese und/oder andere Probleme zu überwinden, wird in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine raue Vertiefung oder ein unebener Hohlraum auf dem/den zu verbindenden Via-Pad(s) erzeugt, um eine hohe Oberflächenhaftung und ein mechanisches Hindernis für hohe Stabilität zu gewährleisten. Die Erzeugung einer solchen rauen Vertiefung kann beispielsweise durch einen fotolithografischen Prozess erfolgen, bei dem eine gesamte Leiterplatte oder eine andere Komponententrägerstruktur mit einem Fotoresist bedeckt wird, während nur ein oder mehrere Z-Verbindungspads oder andere Kontaktelemente unbedeckt bleiben. Sobald der fotolithografische Prozess abgeschlossen ist, kann die Komponententrägerstruktur einem Ätzprozess (oder einer anderen Alternative wie einem Bondprozess) unterzogen werden, um einen Teil des Kontaktelements bzw. der Kontaktelemente zu ätzen, um dadurch ein raues Oberflächenprofil in einem Hohlraum zu erzeugen. Ein bevorzugtes Ergebnis eines solchen Prozesses kann eine abgerundete raue Vertiefungsform oder ein rechteckiger oder trapezförmiger Hohlraum sein, der nach dem Pressen metallische Paste (oder ein anderes elektrisch leitendes Verbindungsmedium) gut halten bzw. aufnehmen kann. Für die Aufrauhung kann jedes beliebige Ätzverfahren entsprechend angepasst werden. Es ist jedoch auch möglich, andere Haftvermittler zu verwenden, wie zum Beispiel ein Bondverfahren usw. Auch eine mechanische Bearbeitung (zum Beispiel durch Bohren, insbesondere mechanisches Bohren oder Laserbohren, oder durch Schleifen) der Kontaktelemente kann zur Herstellung der Aussparung(en) durchgeführt werden.
  • Beispielsweise eignen sich Ausführungsformen der Erfindung besonders für großdimensionierte Komponententräger, wie sie für Raumfahrtanwendungen verwendet werden. Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung können Komponententräger mit hoher Zuverlässigkeit und mit hoher Ausbeute herstellbar bereitstellen.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Struktur, die bei der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Komponententrägers 100 (dargestellt in 2) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erhalten wird. 1A zeigt eine Querschnittsansicht größerer Teile der Komponententrägerstrukturen 104, 112 der Struktur gemäß 1. Mit anderen Worten: 1 zeigt im Wesentlichen ein Detail 138 von 1A. Genauer gesagt zeigt 1A zwei Teilplatten, laminierte Schichtenstapel oder sogar Leiterplatten (PCBs), die miteinander verbunden werden sollen, um eine hochzuverlässige, leistungsstarke vertikale elektrische Kopplung und gleichzeitig eine starke mechanische Verbindung in der horizontalen Ebene ohne das Risiko von Delamination zu erhalten. 1 zeigt Details von ungefähr einem Teil 138 der in 1A gezeigten Darstellung.
  • Als Grundlage für das beschriebene Herstellungsverfahren ist in 1 und 1A eine erste Komponententrägerstruktur 104 dargestellt, die einen ersten laminierten Schichtstapel 102 umfasst. Dieser setzt sich aus einer Mehrzahl von ersten elektrisch leitenden Schichtstrukturen 106 und einer Mehrzahl von ersten elektrisch isolierenden Schichtstrukturen 108 zusammen. Die ersten elektrisch leitenden Schichtstrukturen 106 weisen eine Mehrzahl von ersten Kontaktelementen 107 auf, die sich bis zu einer ersten Kontaktfläche 109 des ersten Stapels 102 erstrecken. Wenn eine Komponente 130, wie zum Beispiel ein Halbleiterchip, in den ersten Stapel 102 eingebettet ist, hat die erste Komponententrägerstruktur 104 eine erweiterte Funktionalität. Allerdings kann die erste Komponententrägerstruktur 104 mit eingebetteter Komponente 130 dann anfälliger für innere Spannungen (zum Beispiel thermische Spannungen) sein, die unerwünschte Phänomene wie Delamination und/oder Verzug verursachen können. Insbesondere Delaminierung kann jedoch durch die Verbindungstechnik gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung stark unterdrückt werden, wie unten näher beschrieben.
  • Eine weitere Grundlage für das beschriebene Herstellungsverfahren ist eine zweite Komponententrägerstruktur 112, die einen zweiten laminierten Schichtstapel 110 umfasst, der eine Mehrzahl von zweiten elektrisch leitenden Schichtstrukturen 114 und eine Mehrzahl von zweiten elektrisch isolierenden Schichtstrukturen 116 aufweist. Die zweiten elektrisch leitenden Schichtstrukturen 114 haben zweite Kontaktelemente 115, die sich bis zu einer zweiten Kontaktfläche 117 des zweiten Stapels 110 erstrecken. In der gezeigten Ausführungsform weist jedes der Kontaktelemente 107, 115 ein kupfergefülltes Laser-Via mit sich verjüngenden Seitenwänden 132 auf. Im weiteren Verlauf des Herstellungsprozesses sollen die Komponententrägerstrukturen 104, 112 an ihren einander zugewandten Kontaktflächen 109, 117 miteinander verbunden werden. Optional kann eine weitere Komponente 130, zum Beispiel ein Halbleiterchip, in den zweiten Stapel 110 eingebettet sein, was zu den oben beschriebenen Vorteilen in Bezug auf eine erweiterte Funktionalität und die Vermeidung oder Verringerung von Problemen in Bezug auf Delamination, Verzug usw. führen kann.
  • Insbesondere kann die erste Komponententrägerstruktur 104 auf der Unterseite und die zweite Komponententrägerstruktur 112 auf der Oberseite jeweils als ein IC (integrierte Schaltung) Substrat oder als eine Leiterplatte (PCB) ausgeführt sein. Somit kann die erste Komponententrägerstruktur 104 ein plattenförmiger Schichtstapel 102 vom Laminat-Typ sein, und die zweite Komponententrägerstruktur 112 kann ein weiterer plattenförmiger Schichtstapel 110 vom Laminat-Typ sein. Die jeweiligen elektrisch leitenden Schichtstrukturen 106, 114 können zum Beispiel strukturierte Kupferstrukturen und vertikale Durchgangsverbindungen, zum Beispiel kupfergefüllte Laser-Vias, umfassen. Die elektrisch isolierenden Schichtstrukturen 108, 116 können ein Harz (zum Beispiel Epoxidharz) und optional Verstärkungspartikel darin (zum Beispiel Glasfasern oder Glaskugeln) enthalten. Die elektrisch isolierenden Schichtstrukturen 108, 116 können zum Beispiel aus FR4 oder ABF hergestellt sein.
  • Wie in 1A am besten zu sehen ist, kann eine planare dielektrische Folie 126 zwischen den noch getrennten Komponententrägerstrukturen 104, 112 angeordnet sein. Die dielektrische Folie 126 kann beispielsweise ein (aus)härtbares Material, wie zum Beispiel ein unausgehärtetes Epoxidharz, umfassen oder aus diesem bestehen. In die Harzmatrix können beispielsweise Verstärkungspartikel, wie Glasfasern, integriert sein. Die dielektrische Folie 126 kann zum Beispiel eine Epoxidharzfolie oder eine Prepreg-Folie sein. Die beschriebene Ausgestaltung der dielektrischen Folie 126 ermöglicht es, dass die dielektrische Folie 126 fließfähig und klebend wird, wenn sie mechanisch zwischen Komponententrägerstrukturen 104, 112 gepresst wird, vorzugsweise unter Zufuhr von Wärmeenergie. Somit kann durch mechanischen Druck und/oder erhöhte Temperatur eine Aushärtung des zuvor unausgehärteten Harzmaterials der dielektrischen Folie 126 ausgelöst werden, so dass das Harz zumindest teilweise aushärtet und dadurch eine Haftung zwischen den Komponententrägerstrukturen 104, 112 bewirkt.
  • Wie in 1A dargestellt, kann eine Mehrzahl von Durchgangslöchern in der dielektrischen Folie 126 gebildet werden. Dies kann zum Beispiel durch Bohren, insbesondere durch Laserbohren, erfolgen. Als Ergebnis kann eine perforierte dielektrische Folie 126 erhalten werden. Nach der Perforation kann ein elektrisch leitendes Verbindungsmedium 118 in jedes der gebohrten Durchgangslöcher der dielektrischen Folie 126 eingefügt (zum Beispiel aufgedruckt oder aufgetragen) werden, noch bevor die erste Komponententrägerstruktur 104 mit der zweiten Komponententrägerstruktur 112 mit der dielektrischen Folie 126 verbunden wird, wobei das elektrisch leitende Verbindungsmedium 118 sich dazwischen befindet. Vorzugsweise kann ein solches elektrisch leitendes Verbindungsmedium 118 frei formbar, hochviskos oder sogar halbfließfähig sein, so dass es zuverlässig innerhalb der Durchgangslöcher verbleibt, ohne aus den Durchgangslöchern herauszufallen bzw. herauszutropfen. Das elektrisch leitende Verbindungsmedium 118 kann jedoch gleichzeitig ausreichend verformbar sein, um zuverlässig in die in 1 dargestellten Aussparungen 120, 120', die in den Kontaktflächen 109, 117 gebildet sind, gedrückt werden zu können, wie im Folgenden beschrieben. Vorzugsweise ist das elektrisch leitende Verbindungsmedium 118 eine elektrisch leitende Paste, wie zum Beispiel eine Kupferpaste oder eine Silberpaste.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1, kann in jedem der freiliegenden ersten Kontaktelemente 107 eine entsprechende Aussparung 120 gebildet werden. Wie in 1 dargestellt, umfasst eine solche Aussparung 120 einen größer dimensionierten Hohlraum 122, der durch ein kleiner dimensioniertes Oberflächenprofil 124 begrenzt wird. Dementsprechend kann in jedem der freiliegenden zweiten Kontaktelemente 115 eine entsprechende Aussparung 120' gebildet werden. Auch die Aussparungen 120' können einen größer dimensionierten Hohlraum 122 umfassen, der durch ein kleiner dimensioniertes Oberflächenprofil 124 an einer den Hohlraum 122 begrenzenden Wand begrenzt ist. Die Aussparungen 120, 120' können durch Ätzen der Kontaktelemente 107, 115 gebildet werden, wobei eine Anpassung der Ätzparameter und -bedingungen die Festlegung der geometrischen Parameter, der Form und der Abmessungen der Hohlräume 122 und der Oberflächenprofile 124 ermöglicht. Als Ergebnis eines solchen kontrollierten Ätzprozesses können die in 1 gezeigten Vias mit rauen Vertiefungen erhalten werden.
  • Wie in 1 und auch in 1A gezeigt, können die Komponententrägerstrukturen 104, 112 und die dielektrische Folie 126 mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium 118 in ihren Durchgangslöchern so zueinander positioniert werden, dass jedes Reservoir an elektrisch leitendem Verbindungsmedium 118 in der dielektrischen Folie 126 mit zwei jeweils ausgerichteten Kontaktelementen 107, 115 der Komponententrägerstrukturen 104, 112 ausgerichtet und zwischen diesen angeordnet ist, bevor sie miteinander verbunden werden.
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Komponententrägers 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Um den in 2 gezeigten Komponententräger 100 zu erhalten, können die ersten Kontaktelemente 107 an der ersten Kontaktfläche 109 mit den zweiten Kontaktelementen 115 an der zweiten Kontaktfläche 117 verbunden werden, indem das elektrisch leitende Verbindungsmedium 118 in die Aussparungen 120, 120' gefüllt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die erste Komponententrägerstruktur 104 mit der zweiten Komponententrägerstruktur 112 mit der dielektrischen Folie 126 mit ihren Reservoirs an elektrisch leitendem Kontaktmedium 118 dazwischen verbunden wird. Dabei können die Komponententrägerstrukturen 104, 112 und die dielektrische Folie 126 mechanisch zusammengepresst werden. Vorteilhafterweise kann dieser Pressvorgang durch thermische Energie begleitet werden. Während dieses Pressvorgangs kann das verformbare zähflüssige pastöse elektrisch leitende Verbindungsmedium 118 in die Aussparungen 120, 120' gepresst werden. Gleichzeitig wird durch das Pressen und die Zufuhr von Wärmeenergie die Aushärtung (zum Beispiel durch Fließfähigwerden, Vernetzung und erneutem Festwerden) des aushärtbaren Harzmaterials der dielektrischen Folie 126 bei der Herstellung der Pressverbindung zwischen der ersten Komponententrägerstruktur 104 und der zweiten Komponententrägerstruktur 112 mit der dazwischen liegenden dielektrischen Folie 126 ausgelöst. Folglich wird das ausgehärtete Epoxidharz (oder ein anderes geeignetes aushärtbares Material) die Komponententrägerstrukturen 104, 112 mechanisch klebend verbinden, abgesehen von den Bereichen, in denen die elektrische Verbindung durch das elektrisch leitende Verbindungsmedium 118 hergestellt wird.
  • Als Ergebnis des beschriebenen Herstellungsverfahrens kann der in 2 teilweise dargestellte Komponententräger 100 erhalten werden. Dieser Komponententräger 100 umfasst die erste Komponententrägerstruktur 104 mit ihrem ersten Stapel 102 wie oben beschrieben, die zweite Komponententrägerstruktur 112 mit ihrem zweiten Stapel 110 wie oben beschrieben und die oben beschriebene dielektrische Folie 126 mit ihren Durchgangslöchern 128, die mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium 118 zwischen den miteinander verbundenen Komponententrägerstrukturen 104, 112 gefüllt sind.
  • Genauer gesagt verbindet jede der verschiedenen Inseln aus elektrisch leitendem Verbindungsmedium 118 direkt ein jeweiliges der ersten Kontaktelemente 107 an der ersten Kontaktfläche 109 mit einem jeweiligen der zweiten Kontaktelemente 115 an der zweiten Kontaktfläche 117, indem die zugeordneten Aussparungen 120, 120' der ersten Kontaktelemente 107 und der zweiten Kontaktelemente 115 gefüllt werden. Wie oben beschrieben, umfasst jede der Aussparungen 120, 120' einen größer dimensionierten Hohlraum 122, der von einem kleiner dimensionierten Oberflächenprofil 124 begrenzt wird.
  • In der Ausführungsform von 2 hat der Hohlraum 122 eine runde Form, zum Beispiel eine im Wesentlichen kreisförmige Form. Dies hat den Vorteil, dass eine günstige Interferenzenergie, eine ausreichend große Kontaktfläche und eine gute geometrische Stabilität erreicht werden können.
  • Der direkte elektrisch leitende Pfad, der durch ein jeweiliges erstes Kontaktelement 107, ein jeweiliges zweites Kontaktelement 115 und eine dazwischen liegende Insel aus elektrisch leitendem Verbindungsmedium 118 gebildet wird, trägt zu einer elektrisch leitenden vertikalen Durchgangsverbindung bei, um die erste Komponententrägerstruktur 104 und die zweite Komponententrägerstruktur 112 mit einem kurzen Pfad vertikal zu verbinden. Dies hält die Verluste der sich entlang dieses Weges ausbreitenden elektrischen Signale gering und ermöglicht die Herstellung eines Komponententrägers 100 mit geringem Platzbedarf. Selbst bei hohen inneren Spannungen (zum Beispiel verursacht durch inhomogene Wärmeausdehnung innerhalb des Komponententrägers 100 angesichts der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials der eingebetteten Komponenten 130 und des Kupfer- und Harzmaterials der Stapel 102, 110) zeigt der dargestellte Komponententräger 100 keine ausgeprägte Tendenz zur Delamination oder zum Verzug. Darüber hinaus werden in horizontaler Richtung wirkende Scherkräfte (in 2 schematisch durch Pfeile 150 angedeutet) aufgrund des Formschlusses zwischen dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium 118 und den Stapeln 102, 110 durch die beschriebene Geometrie der Aussparungen 120, 120' an einer Delaminierung des Komponententrägers 100 gehindert oder sogar verhindert.
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Komponententrägers 100 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
  • Gemäß 3 hat der Hohlraum 122 eine im Wesentlichen rechteckige Form, was zu einer guten Verkapselung des elektrisch leitenden Verbindungsmediums 118 führt. Durch diese Form können eine gute geometrische Stabilität und eine große Kontaktfläche erreicht werden.
  • Immer noch unter Bezugnahme auf 3, kann jeder der Hohlräume 122 eine Tiefe D von zum Beispiel 15 µm und eine Breite L von zum Beispiel 30 µm aufweisen. Dies kann zu einem ausgeprägten Formschluss zwischen dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium 118 in den Hohlräumen 122 und den Stapeln 104, 110 führen, der unerwünschte Delaminationen auch beim Auftreten von Scherkräften 150 deutlich unterdrücken kann. Darüber hinaus weist das Oberflächenprofil 124 einen durchschnittlichen Abstand d von oben nach unten von zum Beispiel 5 µm auf. Zur Bestimmung des mittleren Abstandes von oben nach unten wird der vertikale Abstand zwischen einem Vorsprung und einer benachbarten Vertiefung des Oberflächenprofils 124 über mindestens fünf, insbesondere über alle Vorsprünge und direkt benachbarten Vertiefungen, die das Oberflächenprofil 124 entlang der Erstreckung des Hohlraums 122 im Querschnitt des Komponententrägers 100 gemäß 3 bilden, gemittelt. Folglich kann eine mechanische Verzahnung zwischen Material der Kontaktelemente 107, 115, die Vorsprünge bilden, die das Oberflächenprofil 124 der Aussparungen 120, 120' begrenzen, einerseits und mit metallischer Paste gefüllten Vertiefungen des Oberflächenprofils 124 andererseits einen zusätzlichen Schutz gegen Delamination bieten. Die synergetische Kombination der vorteilhaften Effekte der groß dimensionierten Hohlräume 122 und des kleiner dimensionierten Oberflächenprofils 124 kann zu einer deutlichen Verbesserung der Verbindungsfestigkeit führen.
  • In den 4 bis 8 sind Querschnittsansichten von Strukturen dargestellt, die bei der Durchführung von Verfahren zur Herstellung von Komponententrägern 100 gemäß beispielhaften Ausführungsformen erhalten werden.
  • In 4 ist der erste Stapel 102 der ersten Komponententrägerstruktur 104, die unter Bezugnahme auf 1 und 1A ausführlich beschrieben wurde, vor der Bildung der Aussparung 120 dargestellt. Um die in 4 gezeigte Struktur zu erhalten, wird die obere Hauptoberfläche des ersten Stapels 102 mit einer Fotoresistschicht als Ätzschutzstruktur 134 bedeckt. Danach kann der Fotoresist strukturiert werden, beispielsweise durch Lithografie und Ätzen. Infolgedessen bleibt nur ein Teil der ersten Kontaktfläche 109 (und ein Teil der zweiten Kontaktfläche 117) mit der Ätzschutzstruktur 134 bedeckt, die als strukturierte Fotoresistschicht ausgeführt ist.
  • Wie in 5 dargestellt, wird eine runde Aussparung 120 in dem freiliegenden Fenster der Ätzschutzstruktur 134 durch Ätzen eines freiliegenden Oberflächenabschnitts des ersten Kontaktelements 107 an der ersten Kontaktfläche 109 gebildet.
  • Um die in 6 gezeigte Struktur zu erhalten, wird die Ätzschutzstruktur 134 nach dem Ätzen vom ersten Stapel 102 entfernt, zum Beispiel durch Ablösen oder ein weiteres Ätzverfahren.
  • Die in 7 und 8 gezeigten Strukturen lassen sich analog zu den in 4 bis 6 gezeigten Strukturen herstellen, mit dem Unterschied, dass gemäß 7 und 8 eine rechteckige (und nicht eine runde) Aussparung 120 gebildet wird. Die unterschiedliche Geometrie der runden Aussparung 120 nach 6 und der rechteckigen Aussparung 120 nach 8 resultiert aus unterschiedlichen Ätzparametern. Der Ätzprozess gemäß 7 und 8 ist aggressiver und weist einen anderen Grad an Anisotropie auf in Vergleich zu dem Ätzprozess gemäß 4 bis 6. So können beispielsweise Nassätzen und/oder Plasmaätzen allein oder in Kombination verwendet werden. Ätzmittelzusammensetzung, Ätzmitteladditive und/oder Ätzzeit sind Beispiele für Parameter, die zur Einstellung der Eigenschaften des Hohlraums 122 und des Oberflächenprofils 124 verändert werden können.
  • 9 zeigt eine Querschnittsansicht einer Struktur, die bei der Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Komponententrägers 100 durch Verbinden einer Komponententrägerstruktur 104 mit einer Komponente 140 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erhalten wird. Die Ausführungsform der 9 unterscheidet sich von der Ausführungsform der 1 im Wesentlichen dadurch, dass eine ausgesparte (vertiefte) Komponente 140 und nicht eine zweite Komponententrägerstruktur 112 mit der ersten Komponententrägerstruktur 104 verbunden wird. Bei der Komponente 140 kann es sich zum Beispiel um einen Kühlkörper oder einen Halbleiterchip handeln.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Begriffe „aufweisen“ bzw. „umfassen“ andere Elemente oder Schritte nicht ausschließen und dass „ein“, „eine“, „einer“, „eines“, etc. eine Mehrzahl nicht ausschließen. Es können auch Elemente, die im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben sind, miteinander kombiniert werden.
  • Die Umsetzung der Erfindung ist nicht auf die in den Figuren gezeigten und oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist eine Mehrzahl an Varianten möglich, welche die gezeigten Lösungen und das Prinzip gemäß der Erfindung verwenden, selbst im Fall von grundsätzlich verschiedenen Ausführungsformen.

Claims (20)

  1. Ein Komponententräger, aufweisend: eine erste Komponententrägerstruktur, die einen ersten Stapel aufweist, der mindestens eine erste elektrisch leitende Schichtstruktur und mindestens eine erste elektrisch isolierende Schichtstruktur aufweist, wobei die mindestens eine erste elektrisch leitende Schichtstruktur ein erstes Kontaktelement aufweist, das sich bis zu einer ersten Kontaktfläche des ersten Stapels erstreckt; und ein elektrisch leitendes Verbindungsmedium, das direkt mit dem ersten Kontaktelement an der ersten Kontaktfläche verbunden ist, indem es mindestens eine Aussparung des ersten Kontaktelements füllt, wobei die mindestens eine Aussparung einen größer dimensionierten Hohlraum umfasst, der durch ein kleiner dimensioniertes Oberflächenprofil begrenzt ist.
  2. Der Komponententräger nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine zweite Komponententrägerstruktur, die einen zweiten Stapel aufweist, der mindestens eine zweite elektrisch leitende Schichtstruktur und mindestens eine zweite elektrisch isolierende Schichtstruktur aufweist, wobei die mindestens eine zweite elektrisch leitende Schichtstruktur ein zweites Kontaktelement aufweist, das sich bis zu einer zweiten Kontaktfläche des zweiten Stapels erstreckt; wobei das elektrisch leitende Verbindungsmedium das erste Kontaktelement an der ersten Kontaktfläche mit dem zweiten Kontaktelement an der zweiten Kontaktfläche direkt verbindet, indem es die mindestens eine Aussparung des ersten Kontaktelements und optional des zweiten Kontaktelements füllt.
  3. Der Komponententräger nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: eine Komponente; wobei das elektrisch leitende Verbindungsmedium das erste Kontaktelement an der ersten Kontaktfläche direkt mit der Komponente verbindet, indem es mindestens eine Aussparung des ersten Kontaktelements und optional der Komponente füllt.
  4. Der Komponententräger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend mindestens eines der folgenden Merkmale: wobei der Hohlraum eine Tiefe von mindestens 10 µm, insbesondere von mindestens 15 µm, aufweist; wobei der Hohlraum eine Breite von mindestens 20 µm, insbesondere von mindestens 30 µm, aufweist; wobei das Oberflächenprofil einen durchschnittlichen Abstand von oben nach unten von mindestens 2 µm, insbesondere von mindestens 4 µm, aufweist; wobei das Oberflächenprofil einen durchschnittlichen Abstand von oben nach unten von nicht mehr als 15 µm, insbesondere von nicht mehr als 10 µm, aufweist.
  5. Der Komponententräger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend mindestens eines der folgenden Merkmale: wobei der Hohlraum eine runde Form hat, insbesondere mindestens eine von einer kreisförmigen Form, einer ovalen Form oder einer zylindrischen Form; wobei der Hohlraum eine rechteckige Form hat, insbesondere mit abgerundeten Ecken; wobei der Hohlraum frei von scharfen Kanten ist.
  6. Der Komponententräger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine erste Aussparung im ersten Kontaktelement und eine zweite Aussparung im zweiten Kontaktelement oder in der Komponente gebildet ist und wobei sowohl die erste Aussparung als auch die zweite Aussparung mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium gefüllt sind.
  7. Der Komponententräger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das elektrisch leitende Verbindungsmedium ein zähflüssiges verformbares Medium, insbesondere eine elektrisch leitende Paste, insbesondere eine Silberpaste oder eine Kupferpaste, ist.
  8. Der Komponententräger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das elektrisch leitende Verbindungsmedium ein elektrisch leitendes Polymer umfasst.
  9. Der Komponententräger nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei mindestens eines von dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement zu einer elektrisch leitenden vertikalen Durchgangsverbindung zur vertikalen elektrischen Verbindung der ersten Komponententrägerstruktur und der zweiten Komponententrägerstruktur beiträgt.
  10. Der Komponententräger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mindestens eines von dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement ein Via, insbesondere ein Via mit sich verjüngenden Seitenwänden, aufweist oder daraus besteht.
  11. Der Komponententräger nach einem der Ansprüche 2 bis 10, ferner aufweisend: eine dielektrische Folie mit mindestens einem mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium gefüllten Durchgangsloch, wobei die dielektrische Folie zwischen der ersten Komponententrägerstruktur und der zweiten Komponententrägerstruktur oder der Komponente angeordnet ist.
  12. Der Komponententräger nach Anspruch 11, wobei die dielektrische Folie ein Klebematerial, insbesondere Prepreg oder Harz, umfasst oder daraus besteht.
  13. Ein Verfahren zur Herstellung eines Komponententrägers, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bilden einer ersten Komponententrägerstruktur, die einen ersten Stapel aufweist, der mindestens eine erste elektrisch leitende Schichtstruktur und mindestens eine erste elektrisch isolierende Schichtstruktur aufweist, wobei die mindestens eine erste elektrisch leitende Schichtstruktur ein erstes Kontaktelement aufweist, das sich bis zu einer ersten Kontaktfläche des ersten Stapels erstreckt; und direktes Verbinden des ersten Kontaktelements an der ersten Kontaktfläche mit einem elektrisch leitenden Verbindungsmedium durch Füllen mindestens einer Aussparung des ersten Kontaktelements mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium, wobei die mindestens eine Aussparung einen größer dimensionierten Hohlraum umfasst, der durch ein kleiner dimensioniertes Oberflächenprofil begrenzt ist.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verfahren ferner umfasst: Bilden einer zweiten Komponententrägerstruktur, die einen zweiten Stapel aufweist, der mindestens eine zweite elektrisch leitende Schichtstruktur und mindestens eine zweite elektrisch isolierende Schichtstruktur aufweist, wobei die mindestens eine zweite elektrisch leitende Schichtstruktur ein zweites Kontaktelement aufweist, das sich bis zu einer zweiten Kontaktfläche des zweiten Stapels erstreckt; und direktes Verbinden des ersten Kontaktelements an der ersten Kontaktfläche mit dem zweiten Kontaktelement an der zweiten Kontaktfläche durch Füllen mindestens einer Aussparung des ersten Kontaktelements und optional des zweiten Kontaktelements mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verfahren ferner umfasst: Bereitstellen einer Komponente; und direktes Verbinden des ersten Kontaktelements an der ersten Kontaktfläche mit der Komponente durch Füllen mindestens einer Aussparung des ersten Kontaktelements und optional der Komponente mit dem elektrisch leitenden Verbindungsmedium.
  16. Das Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Verfahren das Füllen des elektrisch leitenden Verbindungsmediums in die mindestens eine Aussparung beim Verbinden der ersten Komponententrägerstruktur mit der zweiten Komponententrägerstruktur oder mit der Komponente umfasst.
  17. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Verfahren das Bereitstellen des elektrisch leitenden Verbindungsmediums in mindestens einem Durchgangsloch einer dielektrischen Folie und das anschließende Verbinden der ersten Komponententrägerstruktur mit der zweiten Komponententrägerstruktur oder mit der Komponente mit der dazwischen liegenden dielektrischen Folie umfasst.
  18. Das Verfahren nach Anspruch 17, das mindestens eines der folgenden Merkmale umfasst: wobei das Verfahren das Bereitstellen der dielektrischen Folie mit einem aushärtbaren Material und das zumindest teilweise Aushärten des aushärtbaren Materials der dielektrischen Folie beim Verbinden der ersten Komponententrägerstruktur mit der zweiten Komponententrägerstruktur oder mit der Komponente mit der dazwischen liegenden dielektrischen Folie umfasst; wobei das Verfahren das Bilden des mindestens einen Durchgangslochs der dielektrischen Folie durch eines aus der Gruppe, bestehend aus Bohren, insbesondere durch Laserbohren oder mechanisches Bohren, Stanzen und Ätzen, umfasst; wobei das Verfahren das Füllen des elektrisch leitenden Verbindungsmediums in Form einer Paste in das mindestens eine Durchgangsloch der dielektrischen Folie umfasst.
  19. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei das Verfahren das Bilden der mindestens einen Aussparung durch Ätzen, Bohren, insbesondere mechanisches Bohren oder Laserbohren, oder Schleifen mindestens eines der ersten Kontaktelemente an der ersten Kontaktfläche und des zweiten Kontaktelements an der zweiten Kontaktfläche umfasst.
  20. Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Verfahren das Bedecken mindestens eines Teils der ersten Kontaktfläche und eines Teils der zweiten Kontaktfläche mit einer Schutzstruktur während des Ätzens, Bohrens oder Schleifens umfasst.
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