DE10225685A1

DE10225685A1 - Verfahren zur Erzeugung von Löchern in einem elektrischen Schaltungssubstrat

Info

Publication number: DE10225685A1
Application number: DE2002125685
Authority: DE
Inventors: Marcel Heerman; Dirk Striebel; Jozef Van Puymbroeck
Original assignee: Siemens Dematic AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2003-12-24

Abstract

Zur Erzeugung von Löchern (6) in einem flachen, aus Polymermaterial bestehenden Schaltungssubstrat (1) werden mit einem Formwerkzeug zunächst Sacklöcher (3) positionsgenau und mit dem vorgegebenen Lochdurchmesser (d1) in dem Substrat (1) vorgeformt und danach werden die Restwände (4) mittels eines Laserstrahls (5), dessen Fleckdurchmesser (d2) mindestens dem Lochdurchmesser (d1) entspricht, entfernt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Löchern in einem flachen, aus einem Polymermaterial bestehenden Schaltungssubstrat. Ein solches Schaltungssubstrat kann beispielsweise eine Leiterplatte sein, insbesondere ist die Erfindung aber anwendbar für miniaturisierte Anschlußsubstrate für elektronische Bauelemente, wie Halbleiterchips, die vorzugsweise dreidimensional geformt werden, wobei beispielsweise auch Außenanschlußelemente durch angeformte und oberflächlich metallisierte Polymerhöcker gebildet werden.
Je kleiner Leiterplatten und Schaltungssubstrate werden, um so weniger können Durchgangslöcher, die zur Durchkontaktierung von der Oberseite zur Unterseite notwendig sind, mechanisch gebohrt werden. Vielfach ist es üblich, bei derartigen Substraten die Durchgangslöcher mittels Laserstrahlung zu bohren. Je nach Dicke und Beschaffenheit des Substrats und den Eigenschaften des verwendeten Laser kann dies jedoch nur mit begrenzter Geschwindigkeit erfolgen. Außerdem ist die erforderliche Positionsgenauigkeit beim Laserbohren nur mit aufwendiger Steuerung erzielbar. Daneben wurde bereits verschiedentlich vorgeschlagen, die Durchgangslöcher bei der dreidimensionalen Ausformung des Substrats mit herzustellen, also beim Spritzgießen oder beim Heißprägen mit entsprechenden Stempeln diese Löcher zu formen. Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, daß mit derartigen Stempeln nur sehr schwer ein durchgängiges Loch zu erzielen ist, da durch die Bindenähte eine, wenn auch geringe, Restwandstärke im Loch verbleibt.

Zur Lösung des Problems wurde in der WO 01/82372 A1 bereits vorgeschlagen, Durchkontaktierungslöcher in einem zweistufigen Verfahren herzustellen, wobei zunächst beim Spritzgießen oder beim Heißprägen des Substrats Vertiefungen eingeformt werden und danach in den Boden der Vertiefungen ein oder mehrere Durchgangslöcher, vorzugsweise mittels Laserstrahlung, gebohrt werden. Dies hat den Vorteil, daß die mit dem Laser zu bohrende Schichtdicke gering ist und entsprechend der entsprechende Bohrvorgang nur kurze Zeit in Anspruch nimmt. Doch besteht dabei weiterhin das Problem, daß innerhalb der relativ großflächigen Vertiefungen eine genaue Positionierung des Laserstrahls erforderlich ist, um die endgültigen Durchgangslöcher entsprechend präzise zu positionieren.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung von Durchgangslöchern in einem Schaltungssubstrat anzugeben, bei dem in einfachen Arbeitsvorgängen und mit hoher Geschwindigkeit sehr genau positionierte Durchgangslöcher erzeugt werden können. Erfindungsgemäß umfaßt dieses Verfahren folgende Schritte:

- mit einem Formwerkzeug werden Sacklöcher positionsgenau an den für die Durchgangslöcher vorgesehenen Stellen und mit dem vorgesehenen Lochdurchmesser in dem Substrat vorgeformt, so daß lediglich eine Restwand verbleibt, und
- danach werden mit einem Laserstrahl, dessen Fleckdurchmesser mindestens dem Lochdurchmesser entspricht, die Restwände der Sacklöcher entfernt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also während des Formprozesses, d. h. beim Spritzgießen oder Heißprägen des Substrats, die Löcher als Sacklöcher vorgeformt, und zwar nicht als großflächige Vertiefungen, sondern mit der genauen Position und Abmessung des jeweils gewünschten Durchgangslochs. Mit einem Formwerkzeug ist eine solche Positionsgenauigkeit und Formgenauigkeit sehr gut zu erzielen. Im zweiten Schritt werden dann diese Sacklöcher mit dem Laserstrahl geöffnet. Dies kann sehr schnell und mit relativ geringer Laserenergie erfolgen, da nur noch die dünne Restwandstärke entfernt werden muß. Da die Positionsgenauigkeit bereits durch den Formprozeß sichergestellt wird, braucht der Laser nicht so genau positioniert zu werden. Das bedeutet, daß das vorgeformte Sackloch als Maske für den Laserstrahl genutzt wird, der vorzugsweise größer ist als der Lochdurchmesser, so daß er auch bei nicht exakter Positionierung die Restwandstärke vollständig abträgt.

Auch wenn der Laserstrahldurchmesser also größer ist als der geplante Lochdurchmesser, bleibt durch die Vorformung des Sackloches das gesamte Durchgangsloch exakt an der Stelle, wo es durch die Abformung positioniert ist. Auch der Durchmesser ist durch die Abformung bereits vorbestimmt, und er wird nicht durch den Laserstrahl ausgeweitet, wie dies bei einer längeren Einwirkung des Laserstrahls durch eine dickere Schicht zwangsläufig der Fall wäre. Somit wird insgesamt ein kleiner Lochdurchmesser mit hoher Positionsgenauigkeit erzielt; die geringere Toleranzkette erlaubt dann auch eine höhere Verdrahtungsdichte auf dem Substrat bzw. der Leiterplatte.

Die Sacklöcher können je nach dem verwendeten Werkzeug von einer Seite oder von zwei gegenüberliegenden Seiten in das Substrat eingebracht werden. Ebenso kann der Laserstrahl zur Entfernung der Restwände von der einen oder von der anderen Seite einwirken.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch denkbar, bei Verwendung eines entsprechend energiereichen Laserstrahls die Fleckweite so groß zu wählen, daß mehrere Sacklöcher mit dem Fleckdurchmesser erfaßt werden und somit gleichzeitig geöffnet werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines Schaltungssubstrats mit angeformten Polymerhöckern,
Fig. 2 eine Draufsicht II-II auf einen runden Ausschnitt des Substrats von Fig. 1,
Fig. 3 einen Fig. 1 entsprechenden Schnitt entsprechend Fig. 1 mit einem in seiner Breite angedeuteten Laserstrahl,
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Detail von Fig. 3,
Fig. 5 eine Fig. 3 entsprechende Schnittansicht mit einem breiteren Laserstrahl und
Fig. 6 eine Draufsicht auf das Substrat von Fig. 5.
Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Abschnitt eines aus Polymer bestehenden flachen Schaltungssubstrats 1, auf dessen einer Seite jeweils Anschlußhöcker 2 aus dem Polymermaterial angeformt sind. Diese Höcker werden in bekannter Weise zur Bildung von Anschlußkontakten metallisiert und mit einer auf dem Substrat 1 auszubildenden Leiterbahnstruktur verbunden. Neben oder zwischen den Höckern 2 (siehe auch Fig. 2) sind jeweils Durchgangslöcher 6 (Fig. 3) vorgesehen. An der Position dieser Durchgangslöcher sind zunächst in dem Substrat 1 jeweils Sacklöcher 3 durch das Formwerkzeug beim Spritzgießen oder Heißprägen vorgeformt. Die Sacklöcher nehmen den größten Teil der Dicke des Substrats 1 ein, so daß lediglich eine dünne Restwand 4 verbleibt.
Um in dem Substrat die gewünschten Durchgangslöcher 6 zu erzeugen, werden die Restwände 4 der Sacklöcher 3 mittels eines Laserstrahls entfernt, wie in den Fig. 3 und 4 schematisch gezeigt ist. Der Laserstrahl 5 besitzt in diesem Fall einen Fleckdurchmesser d2, der größer ist als der ursprüngliche Durchmesser d1 der Sacklöcher 3. Wegen der geringen Dicke der Restwand 4 braucht der Laserstrahl 5 nur kurzzeitig einzuwirken, um diese Restwand jeweils zu entfernen und ein Durchgangsloch 6 zu erzeugen. Dieses Durchgangsloch 6 besitzt dann den vorgegebenen Lochdurchmesser d1.
In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung schematisch gezeigt. In diesem Fall wird ein Laserstrahl 7 mit einem Fleckdurchmesser d3 verwendet, der auf dem Substrat 1 eine Fläche mit einer Mehrzahl von Sacklöchern 3überdeckt. Auf diese Weise können die Restwände 4 in diesen Sacklöchern 3 jeweils gleichzeitig entfernt werden.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Löchern in einem flachen, aus einem Polymermaterial bestehenden Schaltungssubstrat (1) mit folgenden Schritten:

- mit einem Formwerkzeug werden positionsgenau Sacklöcher (3) an den für die Durchgangslöcher (6) vorgesehenen Stellen und mit dem vorgesehenen Lochdurchmesser (d1) in dem Substrat (1) vorgeformt, so daß lediglich eine Restwand (4) verbleibt, und

- danach werden mit einem Laserstrahl (5; 7), dessen Fleckdurchmesser (d2; d3) mindestens dem Lochdurchmesser (d1) entspricht, die Restwände (4) der Sacklöcher (3) entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der wirksame Fleckdurchmesser (2) des Laserstrahls (5) so gewählt wird, daß er ein Sackloch (3) auch unter Einrechnung von Positionstoleranzen überdeckt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der wirksame Fleckdurchmesser (d3) des Laserstrahls (7) so groß gewählt wird, daß er eine Mehrzahl von vorgeformten Sacklöchern (3) überdeckt und in diesen Sacklöchern gleichzeitig die Restwände (4) entfernt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sacklöcher (3) von einer Seite in das Substrat (1) eingeformt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sacklöcher (3) jeweils paarweise miteinander fluchtend von beiden Seiten in das Substrat eingebracht werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat (1) durch Spritzgießen erzeugt und die Sacklöcher (3) im gleichen Arbeitsgang durch das Spritzwerkzeug eingeformt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als Substrat (1) eine Polymerfolie dient, in welche die Sacklöcher (3) durch Heißprägen eingeformt werden.