DE10206440A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen elektrisch leitender Verbindungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen elektrisch leitender VerbindungenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Durchkontaktierungslöchern in einem Substrat (1). Hierfür ist eine Dispenservorrichtung (3) mit einer Stanz- oder Lochervorrichtung (2) kombiniert, welche in dem Substrat (1) Kontaktierungslöcher oder Ausnehmungen einbringt. Im weiteren Verfahren werden diese Löcher oder Ausnehmungen mittels der Dispenservorrichtung (3) mit Leitkleber (4) verfüllt und gegebenenfalls untereinander verbunden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von
elektrisch leitenden Verbindungen an, auf oder in einem
Substrat, insbesondere zum Durchkontaktieren einer
Leiterplatte, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
Die Miniaturisierung elektronischer Komponenten und Bau
gruppen findet vor allem in der Telekommunikation und
Fahrzeugtechnik zunehmend Anwendung. Die raschen Fort
schritte auf diesem Gebiet beruhen auf der Entwicklung
neuer Generationen von integrierten Halbleiterschaltungen
mit feinen Strukturen. Die neuen Trends wirken sich auf
alle Bereiche und Prozesse in der Elektronikfertigung aus.
Die Leiterplatten-Technologie ist hiervon ebenso betroffen
wie die Verbindungstechnik, die mit der Verkleinerung der
Anschlußrastermaße, mit einer kontinuierlich steigenden
Packungsdichte und mit zunehmenden Taktfrequenzen der
integrierten Schaltungen Schritt halten müssen. Hieran ist
die Notwendigkeit gekoppelt, die Anzahl der Anschlüsse der
integrierten Halbleiter-Bauelemente zu vergrößern. Die
Dichte der Anschlüsse, die das sogenannte Rastermaß fest
legt, ist durch die beherrschbare Strukturbreite der
Leiterbahnen der Schaltungsträger limitiert.
Einer der wichtigsten und zugleich schwierigsten Prozesse
der Leiterplatten-Herstellung ist die Durchkontaktierung
bzw. Durchmetallisierung, bei der elektrisch leitende
Verbindungen zwischen den Ebenen einer Leiterplatte durch
Metallisierung von Bohrlochwandungen hergestellt werden.
Die Bohrlochwandungen, die in der Regel aus Epoxidharz/Glasgewebe
und der Enden der Kupferfolien (bei Multilayer
auch im Inneren) bestehen, müssen dabei gleichmäßig mit
Kupfer beschichtet werden.
Für die Durchkontaktierung werden zur Zeit verschiedene
Verfahren eingesetzt. So ist es möglich, die Bohrloch
wandung in kolloidalen oder homogenen Palladiumlösungen zu
aktivieren, um eine katalytisch wirkende Oberfläche herzu
stellen, und nachfolgend chemisch zu verkupfern, bis die
geforderte Endkupferschichtdicke erreicht ist. Bei einem
ähnlichen Verfahren erfolgt die Verkupferung durch galva
nische Kupferabscheidung. Die klassischen Verfahren der
chemischen Verkupferung bei der Durchkontaktierung von
Leiterplatten sind ökologisch bedenklich, da Badinhalts
stoffe, wie etwa der Komplexbildner EDTA und Formalin, die
umweltgerechte Abwasserbehandlung erschweren bzw. gesund
heitsschädlich sind. Der hohe Chemikalienverbrauch bei der
Herstellung mit den klassischen Verfahren führt nicht nur
zu einer extremen Umweltbelastung, sondern auch zu hohen
Kosten. Des weiteren benötigen die Anlagen zur Herstellung
von Durchkontaktierungslöchern nach den klassischen Ver
fahren einen relativ hohen Platzbedarf bei einem niedrigen
Durchsatz. Auch sind die Investitionskosten derartiger
Anlagen aufgrund der komplexen Verfahrensschritte sehr
hoch.
Neben den klassischen Verfahren zur Durchkontaktierung
durch chemische Kupferabscheidung ist ferner das soge
nannte Direktmetallisierungsverfahren bekannt, bei dem
zunächst die Bohrlochwandung mit einer dünnen und aus
reichend leitfähigen Oberfläche beschichtet wird, welche
anschließend mittels galvanischer Kupferabscheidung
verkupfert wird. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig
und kostenintensiv. Des weiteren bedürfen alle zuvor
genannten Verfahren der bekannten Art einen hohen Über
wachungsaufwand.
Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere auch beim Bohren
der Durchkontaktierungslöcher in den Leiterplatten. Dieses
erfolgt in der Regel mit hohen Bohrspindel-Drehzahlen,
wobei Temperaturen von ca. 200°C an der Bohrlochwandung
auftreten. Dabei verschmiert das Epoxidharz auf der Ober
fläche der Bohrungswandung, so daß bei der anschließenden
Durchmetallisierung bzw. Durchkontaktierung die Kupfer
hülse u. U. schlecht haftet oder sogar bei thermischer
und/oder mechanischer Belastung herausfällt. Der Prozeß
der Durchkontaktierung ist vor allem auch deshalb eines
der schwierigsten Prozesse bei der Leiterplatten-Her
stellung, weil das Einbringen der Durchkontaktierungs
löcher und das anschließende Durchmetallisieren dieser
Löscher zwei getrennte Verfahren darstellen, wodurch der
Prozeß sehr aufwendig wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem
zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch
leitenden Verbindung der Seiten oder Ebenen einer Leiter
platte sowie eine entsprechende Vorrichtung anzugeben,
mittels derer eine, insbesondere auf die Verfahrens
schritte bezogene effektive Durchkontaktierung bei der
Leiterplatten-Herstellung möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß mittels Durchstoßen des
Substrats über eine Stanzvorrichtung zum Ausbilden von
Durchkontaktierungslöchern oder Ausnehmungen und durch das
Auffüllen der Durchkontaktierungslöcher bzw. der Aus
nehmungen mit Leitkleber oder dergleichen Material gelöst.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende tech
nische Problem wird ferner durch eine Vorrichtung zur
Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens gelöst,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stanz- oder
Lochervorrichtung eine Dispenservorrichtung zum Auffüllen
der Durchkontaktierungslöcher bzw. Ausnehmungen umfaßt.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß
ein einfach zu realisierendes und dabei sehr effektives
Verfahren zum Herstellen von elektrisch leitenden Ver
bindungen ari bzw. in einem Substrat, insbesondere zum
Durchkontaktieren einer Leiterplatte, erzielbar ist.
Die Kombination der Verfahrensschritte des Ausbildens der
Durchkontaktierungslöcher sowie des Auffüllens der Durch
kontaktierungslöcher mit Leitkleber ist besonders vor
teilhaft, da hierdurch die Leiterplatte beispielsweise auf
einem Montage-Gestell fixiert bleiben kann und somit die
Positionierung der Stanzvorrichtung bzw. die Positionie
rung zum Auffüllen der Durchkontaktierungslöcher wesent
lich vereinfacht wird. Das erfindungsgemäße Durchkontak
tierungsverfahren ist demnach eine besonders kosten
günstige, umweltfreundliche und sichere Methode. Durch die
Verwendung von Leitkleber sind des weiteren vorteilhafter
weise auch Sondermaterialien, wie etwa Teflon oder Poly
mide, als Leiterplattenmaterialien geeignet. Dadurch, daß
die Lochervorrichtung neben Durchkontaktierungslöchern
auch andersartige Ausnehmungen erzeugen kann, werden eine
große Anzahl verschiedener Anwendungsgebiete in der
Leiterplatten-Technologie abgedeckt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Möglich
keit zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Ver
fahrens angegeben. Hierbei wird die Stanz- oder Locher
vorrichtung mit einer Dispenservorrichtung zum Auffüllen
der Durchkontaktierungslöcher bzw. Ausnehmungen
kombiniert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind bezüglich
des Verfahrens in den Unteransprüchen 2 bis 4 und
bezüglich der Vorrichtung in den Unteransprüchen 6 bis 10
angegeben.
Besonders bevorzugt umfaßt das Verfüllen eines Durch
kontaktierungslochs bzw. einer Ausnehmung mit Leitkleber
und gleichzeitiges Ausbilden eines Kontaktbuckels, insbe
sondere eines Bumps. Dieses rationalisiert den gesamten
Leiterplatten-Montageprozeß, da das Erzeugen der Bumps
bereits in den Prozeß der Durchkontaktierung integriert
ist. Insbesondere die Verwendung von leitfähigem Klebet
zur Ausbildung eines Bumps ist von Vorteil, da kein
Flußmittel und Lot benötigt wird, und ferner die Schaltung
nicht den zum Löten notwendigen Temperaturen ausgesetzt
werden muß.
Zu einer weiteren Steigerung der Effizienz des Verfahrens
zur Durchkontaktierung in der Leiterplatten-Technologie
ist bevorzugt vorgesehen, daß simultan eine Vielzahl von
elektrisch leitenden Verbindungen an bzw. in dem Substrat
hergestellt werden.
Als vorteilhafte Weiterbildung zur erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Stanz- oder Locher
vorrichtung eine Nadel oder eine nadelartige Spitze
umfaßt. Beim Stanzen können hohe Temperaturen, die beim
Bohren mit hoher Bohrspindel-Drehzahl an der Bohrloch
wandung auftreten, vermieden werden. Des weiteren bietet
eine Lochervorrichtung, welche mittels einer Nadel stanzt,
den Vorteil, daß keine Materialspäne entstehen und somit
eine aufwendige chemische Reinigung der Leiterplatte
entfällt.
In einer möglichen Realisierung ist vorgesehen, daß die
Lochervorrichtung als eine Kanüle oder dergleichen Kom
ponente ausgebildet ist. Hierbei ist die Dispenservor
richtung besonders vorteilhaft in der Lochervorrichtung
integiert. So gelangt der Leitkleber durch die Kanüle in
das Durchkontaktierungsloch bzw. in die Ausnehmung, welche
zuvor mittels der Kanüle gestochen bzw. gestanzt wurde.
Bei dieser Ausführungsform ist insbesondere das Einbringen
des Leitklebers in die Durchkontaktierungslöcher bzw. in
die Ausnehmung immer garantiert. Selbstverständlich sind
hier aber auch andere Ausführungsformen denkbar.
In einer möglichen Realisierung ist vorgesehen, daß die
Lochervorrichtung einen Laser umfasst. Hierdurch wird
erreicht, daß die Vorteile, die aus der Laserbearbeitung
bekannt sind, in der erfindungsgemäßen Lösung integriert
werden.
Des weiteren ist in einer besonders bevorzugten Aus
führungsform eine Steuerungseinheit zur Dosierung des
Leitklebers in der Dispenservorrichtung und/oder zum
Einstellen der Lochtiefe in der Lochervorrichtung
vorgesehen. Dieses hat insbesondere den Vorteil, daß neben
dem Auffüllen der Durchkontaktierungslöcher bzw. Ausneh
mungen auch gleichzeitig mit der erfindungsgemäßen Vor
richtung sogenannte Bumps hergestellt werden können, indem
vermehrt Leitkleber aus der Dispenservorrichtung zugeführt
wird. So ist es des weiteren möglich, die Lochtiefe zu
variieren, wodurch auch Mehrlagenleiterplatten kon
taktierbar sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungs
beispielen und Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1a eine schematische Darstellung einer Locher
vorrichtung beim Durchstoßen eines Substrates
in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 1b eine schematische Darstellung einer Locher
vorrichtung beim Durchstoßen eines Substrates
in einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Dispenser
vorrichtung in einer weiteren Ausführungsform
beim Auffüllen von Kontaktlöchern mit Leit
kleber;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Dispenser
vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel von
Fig. 2 beim Verbinden der Durchkontaktie
rungen; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Dispenser
vorrichtung gemäß Fig. 2 beim Bestücken und
Kontaktieren des Substrates.
Fig. 1a zeigt eine schematische Darstellung der Locher
vorrichtung 2 beim Durchstoßen eines Substrates 1 in einer
ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung. Hier
bei ist die Lochervorrichtung 2 als Nadel ausgeführt.
Diese Ausführungsform eignet sich besonders bei üblichen
Substratmaterialien.
Fig. 1b zeigt eine schematische Darstellung der Locher
vorrichtung 2 beim Durchstoßen des Substrates 1 in einer
zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Hierbei wird als Lochervorrichtung 2 eine Stanzvorrichtung
bzw. ein Stanzwerkzeug eingesetzt. Das Stanzwerkzeug hat
insbesondere den Vorteil, daß beim Stanzen das Substrat 1
von unten her gestützt wird, so daß eine Beschädigung des
Substrates 1 weitgehend vermieden wird. Die in Fig. 2
dargestellte Lochervorrichtung 2 eignet sich insbesondere
bei relativ bruchempfindlichen Substratmaterialien.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Dispenser
vorrichtung 3 in einer weiteren Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lösung beim Auffüllen von Kontaktlöchern
mit Leitkleber 4. Hierzu fährt die Dispenservorrichtung
mit einer Kanüle bzw. Kapillare an die Löcher heran und
gibt über einen Dispenservorgang eine definierte Menge des
Leitklebers 4 in das Kontaktierungsloch.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel von
Fig. 2 beim Ausführen einer Leiterbahnverbindung zwischen
den Durchkontaktierungen mit Leitkleber 4. Hierfür kann
erfindungsgemäß dieselbe Dispenservorrichtung genutzt
werden, die auch dem Verfüllen der Durchkontaktierungen
dient.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Bestückens
und Kontaktierens von elektronischen Bauelementen 5 an den
Durchkontaktierungslöchern, welche zuvor mit Leitkleber 4
entsprechend den Fig. 2 und 3 verfüllt und verbunden
wurden. Auch hierfür kann dieselbe Dispenservorrichtung
angewendet werden.
1
Substrat
2
Lochervorrichtung
3
Dispenservorrichtung
4
Leitkleber
5
elektronisches Bauelement
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden
Verbindungen an, auf oder in einem Substrat,
insbesondere zum Durchkontaktieren einer Leiterplatte,
bestehend aus folgenden Verfahrensschritten:
- a) Durchstoßen des Substrats mittels einer Stanz- oder Lochervorrichtung zum Ausbilden von Durch kontaktierungslöchern oder Ausnehmungen; und
- b) Auffüllen der Durchkontaktierungslöcher bzw. Ausnehmungen mit Leitkleber oder dergleichen Material.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ferner mit folgenden
Schritten nach Verfahrensschritt b)
- a) oberflächenseitiges Verbinden der Durchkontaktie rungslöcher oder Ausnehmungen und
- b) Bestücken und Kontaktieren der Durchkontaktierungs löcher oder Ausnehmungen mit Bauelementen, insbe sondere aktiven oder passiven elektronischen SMD- Elementen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Verfüllen der Durchkontaktierungslöcher bzw. Aus
nehmungen mit Leitkleber im Verfahrensschritt b) das
Ausbilden eines Kontaktbuckels, insbesondere eines
Bumps, umfaßt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
in einem Verfahrensprozeß simultan eine Vielzahl der
elektrisch leitenden Verbindungen an, auf oder in dem
Substrat hergestellt wird.
5. Vorrichtung zur Herstellung von elektrisch leitenden
Verbindungen an, auf oder in einem Substrat (1), insbe
sondere zum Durchkontaktieren einer Leiterplatte, mit
wenigstens einer Stanz- oder Lochervorrichtung (2) zum
Ausbilden von Durchkontaktierungslöchern und/oder
Ausnehmungen, wobei die Stanz- oder Lochervorrichtung
(2) eine Dispenservorrichtung (3) zum Auffüllen der
Durchkontaktierungslöcher oder Ausnehmungen mit Leit
kleber (4) oder dergleichen Substanz umfaßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lochervorrichtung (2) eine Nadel oder nadelartige
Spitze aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lochervorrichtung (2) als Kanüle oder dergleichen
Komponente ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lochervorrichtung (2) eine Anbohrspitze umfaßt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Lochervorrichtung (2) einen Laser umfasst.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
gekennzeichnet durch
eine Steuerungseinheit zur Dosierung des Leitklebers
(4) in der Dispenservorrichtung (3) und/oder zum
Einstellen der Lochtiefe der Stanz- oder Lochervor
richtung (2).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10206440A DE10206440A1 (de) | 2001-04-30 | 2002-02-15 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen elektrisch leitender Verbindungen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10121129 | 2001-04-30 | ||
DE10206440A DE10206440A1 (de) | 2001-04-30 | 2002-02-15 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen elektrisch leitender Verbindungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10206440A1 true DE10206440A1 (de) | 2002-11-14 |
Family
ID=42710532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10206440A Withdrawn DE10206440A1 (de) | 2001-04-30 | 2002-02-15 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen elektrisch leitender Verbindungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10206440A1 (de) |
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2002
- 2002-02-15 DE DE10206440A patent/DE10206440A1/de not_active Withdrawn
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