DE19541495A1

DE19541495A1 - Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung auf einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE19541495A1
Application number: DE19541495A
Authority: DE
Inventors: Wolf Dipl Ing Backasch; Rolf Dipl Ing Hohmann
Original assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Current assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1995-11-08
Publication date: 1996-05-15
Also published as: WO1996015651A1; US5799393A; TW310521B; EP0738456A1; JPH09507969A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung auf einer Leiterplatte bzw. von ei ner Leiterplatte nach den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 9. Bei der Herstellung einer Durchkontaktierung auf einer mehrlagigen Leiterplatte ist schon bekannt, zunächst die kupferkaschierte Leiterplatte an den vorgesehenen Stellen für die Durchkontaktierung zu durchbohren und mittels eines galvanischen Prozesses die Innenwandung der Bohrung durch Kupferabscheidung zu metallisieren. Dabei wird das Kupfer nicht nur auf die Wandung der Bohrung, sondern auf die ganze Kupferfläche abgeschieden. Anschließend werden die metalli sierten Bohrungen und die Stellen, die später die Leiterbah nen bilden, mittels eines Ätzschutzlackes oder Resistfilmes abgedeckt. Die nicht abgedeckten Kupferflächen werden her ausgeätzt, so daß nach dem Ablösen des Ätzschutzlackes die gewünschten Leiterbahnen sowie die metallisierten Durchkon taktierungen bestehen bleiben. Bei der Metallisierung der Wandung wird dabei zwangsläufig zusätzlich Kupfer auf die Kupferflächen der Leiterplatte abgeschieden. Dieses zusätz liche Kupfer muß später beim Ätzen jedoch wieder abgelöst werden, wodurch der Herstellprozeß für die Leiterplatte ver teuert wird. Bekannt ist weiter, auf einer nicht kaschierten Leiterplatte im Siebdruckverfahren eine leitfähige Paste aufzudrucken, die gleichzeitig die Bohrungen ausfüllt und somit eine Durchkontaktierung bildet. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Durchkontaktierung zur Aufnahme eines Anschlußdrahtes eines elektrischen Bauelementes bei dem Verfahren der Durchsteckmontage nicht mehr verwendet werden kann, da die Bohrungen mit der Leitpaste verschlossen sind. Es müssen dann zusätzliche Bohrungen vorgesehen wer den, durch die die Anschlußdrähte der Bauelemente gesteckt werden. Diese zusätzlichen Bohrungen benötigen jedoch einen zusätzlichen Platz, der insbesondere bei einer Mehrlagenver drahtung auf der Leiterplatte nicht immer vorhanden ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Leiterplatte mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 9 hat demgegenüber den Vorteil, daß auf der kupferka schierten Leiterplatte kein zusätzliches Metall abgeschieden wird, das anschließend wieder weggeätzt werden muß. Des wei teren ergibt sich der Vorteil, daß die Durchkontaktierungen für die Durchsteckmontage der Anschlußdrähte der Bauelemente benutzt werden können, so daß zusätzliche Bohrungen entfal len und damit Platz auf der Leiterplatte eingespart wird. Weiterhin vereinfacht sich der Arbeitsablauf bei der Her stellung einer derartigen Leiterplatte, so daß dadurch auch Kosten eingespart werden.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnah men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Leiterplatte gegeben. Besonders vorteilhaft ist, daß der Katalysator entweder nach dem Bohren oder nach dem Strukturieren der Leiterplatte auf gebracht wird. Dadurch kann bei der anschließenden elektro chemischen Metallisierung das Metall direkt auf den Kataly sator aufgebracht werden, ohne daß dieser erneut aktiviert werden muß.

Besonders vorteilhaft ist, daß die elektrochemische Metalli sierung so dünnwandig aufgebracht wird, daß der restliche Bohrungsteil noch durchgängig bleibt, so daß er noch die An schlußdrähte der Bauelemente aufnehmen kann.

Ein weiterer Vorteil besteht auch darin, daß für die elek trochemische Metallisierung Nickel oder Nickelverbindungen verwendet werden. Nickelschichten sind gegen Korrosion be ständig, so daß die Oberfläche der Leiterplatte nicht durch eine zusätzliche Passivierungsschicht geschützt werden muß.

Günstig ist weiterhin, daß nicht nur die Lötaugen um die Bohrungen, sondern auch Teile der Leiterbahnen mit der Me tallisierung abgedeckt werden. Dadurch sind auch diese Teile gegen Korrosionseinflüsse weitgehend geschützt.

Um den Lötvorgang oder das Bonden der Leiterplatte zu ver bessern, können die Leiterbahnen vorzugsweise mit Palladium bzw. Anschlußlands mit einer Goldschicht überzogen sein. Da durch können vorteilhaft auch dünne Bonddrähte durch die üb lichen Bondverfahren, beispielsweise Nailhead bzw. Thermo kompression verwendet werden. Diese Bonddrähte können dann direkt auf entsprechende Lands einer integrierten Schaltung, die als Chip aufgebracht ist, gebondet werden.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1a bis 1g Schnittbilder ei nes ersten Ausführungsbeispiels, die Fig. 2a bis 2c zei gen Schnittbilder eines zweiten Ausführungsbeispiels, und Fig. 3 zeigt eine Leiterplatte mit Bauelementen im Aus schnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1a bis 1g zeigen im Querschnitt einzelne Stadien bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Leiterplatte eines ersten Ausführungsbeispiels. Die Figuren sind nur schema tisch dargestellt und zeigen insbesondere bezüglich der Schichtdicken oder der Bohrungen keine maßstabsgetreue Wie dergabe. Fig. 1a zeigt einen Ausschnitt aus einer Leiter platte 1, in die eine senkrechte Bohrung 3 eingebracht wurde. Die Leiterplatte ist auf ihrer Ober- und Unterseite mit einer Schicht Kupfer 2 kaschiert. In der kupferkaschier ten Leiterplatte 1 werden die Bohrungen 3 an vorgegebenen Stellen mit einem bestimmten Durchmesser eingebracht. Nach dem Einbringen der Bohrungen 3 wird gemäß der Fig. 1b die Wandung der Bohrung 3 mit einem Haftvermittler versehen. Als Haftvermittler ist eine chemisch oder galvanisch aufgebrachte dünne Kupferschicht von ca. 3 bis 10 Mikrometern Stärke vorgesehen. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung wird die Wandung der Bohrung 3 mit einem Katalysator 4 belegt, der die spätere Metallisierung der Leiterplatte und der Bohrungen bewirkt. Durch einen Temperprozeß wird der Katalysator stabilisiert. Als Katalysator wird vorzugsweise Palladium verwendet. Gemäß der Fig. 1c wird mit einem geeigneten Maskierungsschritt, beispielsweise durch Aufdrucken oder lithographisches Maskieren, eine Ätzschutzschicht 5 so aufgebracht, daß um die Bohrung herum noch eine Teilfläche, vorzugsweise ringförmig, abgedeckt ist. Die Ätzschutzschicht bzw. der Ätzschutzlack 5 deckt auf der Leiterplatte 1 gleichzeitig die Bohrungen 3 und auch alle die Stellen ab, die später die Leiterbahnen 2b bilden sollen. Nach dem Aufbringen des Ätzschutzlackes 5 werden die freien Kupferflächen gemäß der Fig. 1d freigeätzt und anschließend der Ätzschutzlack 5 entfernt. Dadurch bleiben die gebildeten Lötaugen 2a, der Katalysator 4 in der Bohrung 3 sowie die Leiterbahnen 2b bestehen. Mittels einer weiteren Maske 6 werden entsprechend der Fig. 1e die Stellen der Leiterplatte 1 abgedeckt, die durch die nachfolgende Metallisierung nicht benetzt werden sollen. Insbesondere werden die Lötaugen 2a sowie die zu benetzenden Leiterbahnen 2b freigelassen. Es können jedoch auch Leiterbahnen, beispielsweise auf der Unterseite gemäß der Fig. 1e vollständig abgedeckt werden, so daß sie nicht metallisiert werden können.

Gemäß der Fig. 1f erfolgt nun die elektrochemische Metalli sierung der freien Stellen, wobei insbesondere bei den Boh rungen 3 sich das Metall um die Lötaugen 2a, über den Kata lysator 4 durchgehend verbindet. Die metallisierte Bohrung 8 ist hülsenförmig, so daß noch Anschlußbeinchen eines zu mon tierenden Bauelementes in die Öffnung gesteckt werden kön nen. Für die Metallisierung 7 werden vorteilhaft Nickel oder Nickelverbindungen verwendet, so daß die metallisierten Oberflächen vorteilhaft korrosionsgeschützt sind. Gemäß der Fig. 1g kann nun ein weiterer Maskierungsschritt vorgenom men werden, bei dem die nicht metallisierte Leiterbahn oder Teile der Leiterbahn 2b an der Position 9 beispielsweise mit einer Schutzschicht aus Palladium oder Gold überzogen wer den. Auf diese Flächen kann dann insbesondere ein dünner Bonddraht nach den bekannten Bondverfahren gebondet werden, wobei das zweite Ende des Bonddrahtes mit einem entsprechen den Land auf den Chip 23 der integrierten Schaltung gebondet wird.

Aus Übersichtsgründen wurden Arbeitsschritte wie Entfetten der Leiterplattenoberfläche, Reaktivieren des Katalysators, Passivieren oder Aufbringen eines Lötstoplacks bzw. Be stückungsdrucks weggelassen.

Die Fig. 2a bis 2c zeigen modifizierte Arbeitsschritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens als zweites Ausführungsbeispiel. In Fig. 2a wird wie bei Fig. 1a von einer doppelseitig kaschierten Leiterplatte 1 ausgegangen, in die eine oder mehrere Bohrungen 3 eingebracht wurde. Ge mäß der Fig. 2b wird nun ähnlich wie in Fig. 1c die Boh rung 3 mit dem Ätzschutzlack 5 abgedeckt. Nach dem Freiätzen bleiben dann entsprechend der Fig. 2c die Lötaugen 2a an den Bohrungen 3 sowie die Leiterbahnen 2b stehen. Im näch sten Verfahrensschritt wird nun an die Innenwandung der Boh rung 3 der Katalysator 4 aufgebracht. Die weiteren Verfah rensschritte erfolgen dann wie beim ersten Ausführungsbei spiel entsprechend den Fig. 1e, 1f und 1g.

Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich also im wesentlichen dadurch, daß der Katalysator 4 erst nach dem Aufbringen der Lötaugen und der Leiterbahnen in die Bohrun gen 3 eingebracht wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß eine Reaktivierung des Katalysators 4 nicht erforderlich ist, da ohne große Zeitverzögerung die nachfolgenden Verfah rensschritte angewandt werden können und somit der Katalysa tor 4 wirksam bleibt.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Leiterplatte 1, bei der ein Bauelement 20 mit seinen beiden Anschlußdrähten 21 in die metallisierte Bohrung 8 gesteckt ist. Die Anschlußdrähte 21 werden in einem Lötvorgang mit Lot 22 derart benetzt, daß sie sich mit der Metallisierung 7 verbinden. Des weiteren ist auf der Leiterplatte 1 ein Chip 23 mit einer integrierten Schaltung auf einem Teil einer Leiterbahn 2b, einem Land, aufgebracht. Zwischen einem An schlußpunkt des Chips 23 ist ein Bonddraht 24 zu einer wei teren Leiterbahn 2b geführt, die zuvor mit einer metalli schen Schutzschicht 19, beispielsweise einer Goldschicht, überzogen wurde. Der Bonddraht 24 kann mit bekannten Ferti gungsverfahren auf dieser Goldschicht gebondet werden.

Die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung einer Kon taktierung sind per se bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung auf einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte mit wenigstens zwei Schichten aus Kupfer kaschiert ist und an vorgegebenen Stellen Bohrungen für die Durchkontaktierung aufgebracht sind und wobei die Wandung der Bohrungen durch einen elek trochemischen Abscheidungsprozeß metallisiert wird, dadurch gekennzeichnet,

a) daß auf die Wandung der Bohrungen (3) ein Haftvermittler oder ein Katalysator (4) aufgebracht wird,
b) daß auf dem Kupfer (2) ringförmig um die Bohrungen (3) ein Ätzschutzlack (5) aufgebracht wird, wobei der Ätz schutzlack (5) auch die Bohrungen (3) und die vorgesehe nen Leiterbahnen (2b) abdecken kann,
c) daß die nicht abgedeckten Kupferflächen freigeätzt werden und anschließend der Ätzschutzlack (5) wenigstens von den ringförmigen Kupferflächen (Lötaugen) und den Boh rungen (3) abgelöst wird und
d) daß durch elektrochemische Metallisierung (7) die Lötau gen (2a) mit den Wandungen der Bohrungen (3) über den Katalysator (4) elektrisch leitend verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (4) erst nach dem Freiätzen der Lötaugen (2a) auf die Wandung der Bohrungen (3) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler (4) eine chemisch, galvanisch aufgebrachte Kupferschicht < 10 µm ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrochemische Metallisierung (7) dünnschichtig und hülsenförmig auf die Wandung der Bohrungen (3) aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die elektrochemische Metallisie rung (7) vorzugsweise Nickel oder Nickelverbindungen auf weist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß vorgegebene Teile der Leiterbahnen (2b) mit der elektrochemischen Metallisierung (7) abgedeckt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß vorgegebene Teile (2b) mit einer Schutzschicht (19) aus Palladium oder Gold abgedeckt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Schutzschicht (19) Bonddrähte (24) als elektrische Zuleitungen zu einem Halbleiterchip (23) aufgebracht werden.

9. Mehrlagige Leiterplatte (Multilayer), hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß auf der Leiterplatte (1) ein Bau element (20) angeordnet ist, bei dem wenigstens ein An schlußdraht (21) durch die metallisierte Bohrung (8) geführt und mit der Metallisierung (7) verlötet ist.

10. Mehrlagige Leiterplatte nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß auf der Leiterplatte wenigstens ein Bauelement als Chip (23) angeordnet ist, der über wenigstens einen Bonddraht (24) mit der metallisierten Schutzschicht (19) verbunden ist.