DE19636735B4 - Mehrschichtiges Schaltungssubstrat und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Mehrschichtiges Schaltungssubstrat und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats mit den Verfahrensschritten des
Beschichtens der Oberseite eines Substrats (10) mit einer lichtempfindlichen Isolationsschicht (20),
Belichtens und Entwickelns der lichtempfindlichen Isolationsschicht zur Ausbildung einer lichtempfindlichen Isolationsschicht mit einem bestimmten Muster (20A) und Musterzwischenräumen (22),
Ausbildens einer leitfähigen Schicht (30) durch Drucken einer leitfähigen Tinte in die Musterzwischenräume,
Ausbildens einer Anzahl von Schichten, von denen jede aus einer lichtempfindlichen Isolationsschicht eines bestimmten Musters mit Musterzwischenräumen und einer in den Musterzwischenräumen ausgebildeten leitfähigen Schicht gebildet ist, durch Wiederholen der vorhergehenden Schritte,
Beschichtens der obersten Schicht der Anzahl von Schichten mit einer adhäsiven Isolationsschich (40), Ausbildens einer Metalldünnschicht (50) auf der adhäsiven Isolationsschicht durch thermisches Pressen, und Ätzens der Metalldünnschicht zur Ausbildung eines bestimmten Metalldünnschichtmusters, und
Ausbildens mindestens eines Durchgangslochs (70), in welches ein leitfähiges Material implantiert wird und welches Substrat, leitfähige Schichten, lichtempfindliche Isolationsschichten und Metalldünnschicht zur elektrischen Verbindung der...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrschichtiges Schaltungssubstrat und ein Verfahren zu seiner Herstellung, und richtet sich im besonderen auf ein mehrschichtiges Schaltungssubstrat und ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats unter Verwendung einer leitfähigen Tinte und einer Metalldünnschicht.
  • Einschichtige und mehrschichtige Schaltungssubstrate haben bei Halbleiterkomponenten bereits breite Anwendung gefunden. Insbesondere wurden mehrschichtige Schaltungssubstrate besonders untersucht, die in Übereinstimmung mit dem Trend zu hoher Integration trotz Kleinheit des Substrats viele Vorrichtungen integrieren können.
  • Ein herkömmliches mehrschichtiges Schaltungssubstrat wird hergestellt, indem schichtenweise abgelagert und geätzt wird, so daß der Herstellungsprozess kompliziert ist. Außerdem beschränken sich die Materialien für das Substrat auf solche, die geätzt werden können.
  • Zur Lösung eines solchen Problems wurde vom Anmelder der vorliegenden Anmeldung bereits ein Verfahren vorgeschlagen, nach welchem ein Schaltungssubstrat, statt den Ätzprozess zu verwenden, durch Bedrucken eines Substrats mit einer leitfähigen Tinte hergestellt wird. Leitfähige Tinten, wie sie vorliegendenfalls verwendet werden, sind aus WO93/06943 bekannt.
  • Bei dem Verfahren der Herstellung eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats mit diesem Druckvorgang neigt eine Schicht aus einer leitfähigen Tinte wegen der Viskosität derselben dazu, runde Formen auf dem Substrat auszubilden. Außerdem kann die Schicht aus leitfähiger Tinte wegen ihrer Ungleichmäßigkeit infolge unterschiedlicher Größen der Tintenpartikel keine Ebenheit gewährleisten, so daß das Drahtbonden auf ihrer Oberfläche nicht einfach ist.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein mehrschichtiges Schaltungssubstrat zu schaffen, bei welchem die Oberfläche verbessert ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats mit verbesserter Oberfläche zu schaffen.
  • Hierzu sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats vor, welches die Verfahrensschritte des Beschichtens der Oberseite eines Substrats mit einer lichtempfindlichen Isolationsschicht, Belichtens und Entwickelns der lichtempfindlichen Isolationsschicht zur Ausbildung einer lichtempfindlichen Isolationsschicht mit einem bestimmten Muster und Musterzwischenräumen, Ausbildens einer leitfähigen Schicht durch Drucken einer leitfähigen Tinte in die Musterzwischenräume, Ausbildens einer Anzahl von Schichten, von denen jede aus einer lichtempfindlichen Isolationsschicht eines bestimmten Musters mit Musterzwischenräumen und eine in den Musterzwischenräu men ausgebildete leitfähige Schicht gebildet ist, durch Wiederholen der vorhergehenden Schritte, Beschichtens der obersten der Anzahl von der Schichten mit einer adhäsiven Isolationsschicht, Ausbildens einer Metalldünnschicht auf der adhäsiven Isolationsschicht durch thermisches Pressen, und Ätzens der Metalldünnschicht zur Ausbildung eines bestimmten Metalldünnschichtmusters, und Ausbildens mindestens eines Durchgangsloches, in welches ein leitfähiges Material implantiert wird und welches Substrat, leitfähige Schichten, lichtempfindliche Isolationsschichten und Metalldünnschichten zur elektrischen Verbindung der leitfähigen Schicht mit der gemusterten Dünnschicht durchsetzt, aufweist.
  • Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung ferner ein mehrschichtiges Schaltungssubstrat vor, welches ein Substrat, eine Anzahl von auf dem Substrat ausgebildeten Schichten, von denen jede durch eine lichtempfindliche Isolationsschicht mit bestimmten Musterzwischenräumen und eine in den Musterzwischenräumen aus einer leitfähigen Tinte ausgebildete leitfähige Schicht gebildet ist, eine Metalldünnschicht eines bestimmten Musters, welche auf der obersten Schicht der Anzahl von Schichten durch ein adhäsives Isolationsmaterial zur Anhaftung gebracht ist, mindestens ein Durchgangsloch, in welches leitfähiges Material eingebracht ist und welches das Substrat, die Anzahl von Schichten und die Metalldünnschicht zur elektrischen Verbindung der leitfähigen Schicht und die Metalldünnschicht durchsetzt, aufweist.
    •
  • Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Auf dieser ist bzw. sind
  • 1A und 1B Darstellungen zur Wiedergabe eines Verfahrens zur Herstellung eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 eine Schnittansicht des nach dem Herstellungs verfahren der 1 hergestellten mehrschichtigen Schaltungssubstrats, und
  • 3 eine Darstellung zur Wiedergabe einiger Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Es wird nun unter Bezugnahme auf die 1A und 1B ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats gemäß der Erfindung beschrieben.
  • Zunächst wird ein Substrat 10 aus Metall, Keramik oder einem isolierenden Material bereitgestellt (Schritt 100). Wenn das Substrat 10 aus einem leitfähigen Metall (z.B. Legierung 42 bzw. Kupferlegierung) besteht, welches ausgezeichnete Wärmestabilität und Wärmeemissionsvermögen besitzt, wird ein erstes Loch 11 in dem Substrat 10 ausgebildet (Schritt 110), die Oberfläche des Substrats 10 und das erste Loch 11 mit einem Isolationsmaterial 12 beschichtet (Schritt 120) und die Oberseite des beschichteten Isolationsmaterials 12 mit einer lichtempfindlichen Isolationsschicht 20 beschichtet (Schritt 130). Andererseits wird, wenn das Substrat 10 aus einer Keramik oder einem isolierenden Material besteht, die Oberseite des Substrats 10 mit der lichtempfindlichen Isolationsschicht 20 ohne Vornahme des Schritts 120 beschichtet.
  • Danach wird nach Ausrichten einer Photomaske 24 mit einem bestimmten Muster auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Isolationsschicht 20 das Substrat 10 belichtet (Licht 26) und entwickelt (Schritt 140). Der belichtete Teil der lichtempfindlichen Isolationsschicht 20 wird dabei durch eine Entwicklerlösung entfernt und so eine lichtempfindliche Isolationsschicht 20A mit einem bestimmten Muster ausgebildet (Schritt 150).
  • Dann wird eine leitfähige Tinte in im Schritt 150 ent standene Musterzwischenräume 22 der leitfähigen Isolationsschicht 20A gedruckt und zur Härtung mehrere Male erwärmt, womit eine leitfähige Schicht 30 ausgebildet wird (Schritt 160).
  • Wie oben beschrieben, wird ein einschichtiges Schaltungssubstrat mit den Schritten 100 bis 160 hergestellt. Ein mehrschichtiges Schaltungssubstrat kann also ausgebildet werden, indem diese Schritte wiederholt werden (Schritt 170). D.h., es wird zur elektrischen Isolation des einschichtigen Schaltungssubstrats dieses mit einer lichtempfindlichen Isolationsschicht beschichtet (nicht gezeigt). Nach Ausrichtung einer Photomaske mit einem bestimmten Muster (nicht gezeigt) auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Isolationsschicht wird eine lichtempfindliche Isolationsschicht 20B eines bestimmten Musters ausgebildet, und die Musterzwischenräume werden über einen Belichtungs- und Entwicklungsvorgang ausgebildet (nicht gezeigt). Dann wird eine leitfähige Schicht 30A durch Drucken einer leitfähigen Tinte in die Musterzwischenräume ausgebildet, womit ein zweischichtiges Druck-Schaltungssubstrat hergestellt ist. Wenn also diese Vorgänge wiederholt werden, lassen sich eine Anzahl von leitfähigen Schichten 30, 30A, 30B und 30C durch Drucken einer leitfähigen Tinte in die Musterzwischenräume der lichtempfindlichen Isolationsschichten 20A, 20B, 20C und 20D ausbilden.
  • Als nächstes wird, nachdem das die lichtempfindliche Isolationsschicht 20D aufweisende Substrat mit einer adhäsiven bzw. klebenden Isolationsschicht 40 beschichtet worden ist, eine Metalldünnschicht 50, wie etwa eine Kupferdünnschicht, thermisch gepreßt, um so an der adhäsiven Isolationsschicht 40 zur Anhaftung gebracht zu werden (Schritt 180). Die Metalldünnschicht 50 als ein Material, das bei einem Schaltungssubstrat breite Anwendung findet, hat dabei überragende Ebenheit, so daß Komponenten, beispielsweise ein Chip, leicht darauf angebracht werden können.
  • Eine Metalldünnschicht 50A eines bestimmten Musters wird dann durch Ätzen der Metalldünnschicht 50 ausgebildet, wonach Zwischenräume der Metalldünnschicht 50A mit einem isolierenden Material 60 gefüllt werden.
  • Danach wird ein Durchgangsloch 70 ausgebildet, welches das Substrat 10, das gefüllte erste Loch 11 (siehe Schritt 110), die leitfähigen Schichten 30, 30A, 30B und 30C, die lichtempfindlichen Isolationsschichten 20A, 20B, 20C und 20D, die adhäsive Isolationsschicht 40 und die Metalldünnschicht 50A durchsetzt (Schritt 200). Dann wird eine leitfähige Tinte 70A in das Durchgangsloch 70 implantiert, womit ein mehrschichtiges Schaltungssubstrat vervollständigt ist. Das Durchgangsloch 70, in welches die leitfähige Tinte 70A implantiert worden ist, verbindet also die leitfähigen Schichten 30, 30A, 30B und 30C, die in Musterzwischenräumen des Isolationsmaterials in jeder Etage ausgebildet sind, und die Metalldünnschicht 50A miteinander. Das gefüllte Loch 11 wird dabei um etwa 100 bis 200 μm größer als das Durchgangsloch 70 ausgebildet. Das Isolationsmaterial 12 ist damit in einer ausreichenden Dicke dafür gewährleistet, so daß bei der Ausbildung des Durchgangslochs 17 eine elektrische Isolation zum Substrat 10 erreicht werden kann.
  • 2 ist eine Schnittansicht, welche eine Ausführungsform des nach dem in den 1A und 1B gezeigten Verfahren hergestellten mehrschichtigen Schaltungssubstrats zeigt. Die gleichen Bezugszeichen wie diejenigen der 1A und 1B geben die gleichen Komponenten wie diejenigen der 1A und 1B an.
  • Dieses mehrschichtige Schaltungssubstrat enthält ein Substrat 10, eine Anzahl von auf dem Substrat 10 ausgebildeten lichtempfindlichen Isolationsschichten 20A, 20B, 20C und 20D mit Zwischenräumen 22 (1A), in den Zwischenräumen 22 ausgebildete Schichten aus leitfähiger Tinte 30, 30A, 30B und 30C, eine Metalldünnschicht 50A mit einem bestimmten Muster, welche auf der Isolationsschicht 20D und Schicht aus leitfähiger Tinte 30C durch eine adhäsive Isolationsschicht 40 zur Anhaftung gebracht ist, sowie ein leitfähige Tinte enthaltendes Durchgangsloch 70, welches die leitfähigen Schichten 30, 30A, 30B und 30C mit der Metalldünnschicht 50A verbindet.
  • Unabhängig von der Leitfähigkeit können verschiedene Materialien, wie Metall, Keramik oder ein isolierendes Material als Substrat 10 verwendet werden. Vorzugsweise kann ein Metallmaterial (z.B. Alloy 42, eine Kupferlegierung etc.) als Substrat 10 verwendet werden. Diese Metallmaterialien bieten ausgezeichnete Wärmestabilität und Wärmeemissionsvermögen. Auch können verschiedene Arten von Metallmaterialien ausgewählt werden. Wenn ein leitfähiges Metall als Substrat 10 verwendet wird, wird das erste Loch 11 auf dem Substrat 10 ausgebildet und das isolierende Material 12 auf die Oberfläche des Substrats 10 und im gefüllten Loch 11 aufgebracht.
  • Jede lichtempfindliche Isolationsschicht 20A, 20B, 20C oder 20D eines bestimmten Musters ist eine Photoresist-Schicht mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von 200°C oder mehr.
  • Die leitfähige Tinte setzt sich aus feinen Metallpulvern (z.B. Cu-Pb-Sn, Ag-Pb-Sn etc.), einem polymerisierenden reaktiven Material, wie etwa einer Anhydridreihe-Verbindung (z.B. Hexafluorisopropyl-Diphtalsäureanhydrid) und einem Lösungsmittel (z.B. Methylethylketon, Aceton etc.) zusammen. Ormet 2005®, entwickelt von der Firma Toranaga Co. (USA), kann als leitfähige Tinte verwendet werden.
  • Die Metalldünnschicht 50A, ein Teil, welcher mit einer Komponente, wie etwa einem Chip, bestückt ist, liefert ein ausgezeichnetes zuverlässiges Ebenheitsmerkmal.
  • Wenn das Substrat 10 aus einem Metall besteht, wird das Isolationsmaterial 12 in das auf dem Substrat 10 ausgebildete erste Loch 11 gefüllt.
  • Eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Gleiche Bezugszeichen wie diejenigen der vorhergehenden Figuren geben die gleichen Komponenten wie in diesen vorhergehenden Figuren an.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird der Musterzwischenraum 22 der 1A, in welchen leitfähige Tinte zu drucken ist, in wenigstens einer Schicht, beispielsweise der lichtempfindlichen Isolationsschicht 90, nicht ausgebildet (siehe Schritt 290). Das heißt, die lichtempfindliche Isolationsschicht 90 ist eine bloße Isolationsschicht. Die anderen Schritte werden in der gleichen Weise durchgeführt, wie die Schritte der 1A und 1B.
  • Auch wenn die lichtempfindliche Isolationsschicht 90 als bloße Isolationsschicht dient, kann das Durchgangsloch 70 die Schichten aus leitfähiger Tinte 30, 30A und 30B mit der Metalldünnschicht 50A verbinden.
  • Wie oben beschrieben, bietet das unter Verwendung einer leitfähigen Tinte hergestellte mehrschichtige Schaltungssubstrat gemäß der Erfindung einen einfachen Aufbau, womit die Produktivität gefördert wird. Da sich ferner das Substrat nicht auf ein Metallsubstrat beschränkt, kann das Material in weiten Bereichen ausgewählt werden, so daß sich die Produktionskosten vermindern lassen. Insbesondere da die Ebenheit der Metalldünnschicht auf dem obersten Teil gewährleistet ist, läßt sich das Draht-Bonden ohne Schwierigkeiten durchführen.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Schaltungssubstrats mit den Verfahrensschritten des Beschichtens der Oberseite eines Substrats (10) mit einer lichtempfindlichen Isolationsschicht (20), Belichtens und Entwickelns der lichtempfindlichen Isolationsschicht zur Ausbildung einer lichtempfindlichen Isolationsschicht mit einem bestimmten Muster (20A) und Musterzwischenräumen (22), Ausbildens einer leitfähigen Schicht (30) durch Drucken einer leitfähigen Tinte in die Musterzwischenräume, Ausbildens einer Anzahl von Schichten, von denen jede aus einer lichtempfindlichen Isolationsschicht eines bestimmten Musters mit Musterzwischenräumen und einer in den Musterzwischenräumen ausgebildeten leitfähigen Schicht gebildet ist, durch Wiederholen der vorhergehenden Schritte, Beschichtens der obersten Schicht der Anzahl von Schichten mit einer adhäsiven Isolationsschich (40), Ausbildens einer Metalldünnschicht (50) auf der adhäsiven Isolationsschicht durch thermisches Pressen, und Ätzens der Metalldünnschicht zur Ausbildung eines bestimmten Metalldünnschichtmusters, und Ausbildens mindestens eines Durchgangslochs (70), in welches ein leitfähiges Material implantiert wird und welches Substrat, leitfähige Schichten, lichtempfindliche Isolationsschichten und Metalldünnschicht zur elektrischen Verbindung der leitfähigen Schichten mit der gemusterten Metalldünnschicht durchsetzt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die leitfähige Tinte feine Metallpulver, ein polymerisierendes reaktives Material und ein Lösungsmittel enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die feinen Metallpulver aus der Gruppe, bestehend aus Cu-Pb-Sn und Ag-Pb-Sn, ausgewählt werden, das polymerisierende reaktive Material eine Anhydridreihe-Verbindung ist und das Lösungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Methylethylketon und Aceton, ausgewählt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das polymerisierende reaktive Material Hexafluorisopropyl-Diphtalsäureanhydrid ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat (10) aus einer Keramik gebildet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat (10) aus einem Metall, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Kupferlegierung und Aloy 42, ausgebildet ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, welches ferner einen Schritt des Ausbildens mindestens eines ersten Lochs (11) in einem Teil des Substrats (10), wo das mindestens eine Durchgangsloch (70) auszubilden ist, und Beschichtens der Oberfläche des Substrats und des Inneren des mindesten einen ersten Lochs mit einem Isolationsmaterial vor dem Schritt des Beschichtens des Substrats mit der ersten Isolationsschicht aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Durchmesser des mindestens einen ersten Lochs (11) größer als derjenige des mindestens einen Durchgangslochs (70) ist, derart, dass in das Durchgangsloch injiziertes leitfähiges Material von dem Substrat durch in das mindestens eine erste Loch gefülltes Isolationsmaterial elektrisch isoliert ist.
  9. Mehrschichtiges Schaltungssubstrat, welches ein Substrat (10), eine Anzahl von auf dem Substrat (10) ausgebildeten Schichten, von denen jede durch eine lichtempfindliche Isolationsschicht (20) mit bestimmten Musterzwischenräumen (22) und eine in den Musterzwischenräumen aus einer leitfähigen Tinte ausgebildete leitfähige Schicht (30) gebildet ist, eine Metalldünnschicht (50) eines bestimmten Musters, die auf der obersten Schicht der Anzahl von Schichten durch ein adhäsives Isolationsmaterial zur Anhaftung gebracht ist, mindestens ein Durchgangsloch (70), in welches leitfähiges Material eingebracht ist und welches das Substrat, die Anzahl von Schichten und die Metalldünnschicht zur elektrischen Verbindung der leitfähigen Schichten und der Metalldünnschicht durchsetzt, aufweist.
  10. Substrat nach Anspruch 9, wobei die leitfähige Tinte feine Metallpulver und ein polymerisierendes reaktives Material aufweist.
  11. Substrat nach Anspruch 10, wobei die feinen Metallpulver aus der Gruppe, bestehend aus Cu-Pb-Sn und Rg-Pb-Sn, ausgewählt sind, das polymerisierende reaktive Material eine Anhydridreihe-Verbindung ist und das Lösungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Methylethylketon und Aceton, ausgewählt ist.
  12. Substrat nach Anspruch 11, wobei das polymerisierende reaktive Material Hexafluorisopropyl-Diphtalsäureanhydrid ist.
  13. Substrat nach Anspruch 9, wobei das Substrat aus einer Keramik gebildet ist.
  14. Substrat nach Anspruch 9, wobei das Substrat aus einem Metall, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Kupferlegierung und Alloy 42, ausgebildet ist.
  15. Substrat nach Anspruch 14, wobei mindestens ein erstes Loch (11) in einem Teil des Substrats (10), wo das mindestens eine Durchgangsloch (70) auszubilden ist, gebildet ist und die Oberfläche des Substrats und das Innere des mindestens einem ersten Lochs mit einem isolierenden Material beschichtet sind.
  16. Substrat nach Anspruch 15, wobei der Durchmesser des mindestens einem ersten Lochs (11) größer als derjenige des Durchgangslochs (70) ist, derart, dass das in das mindestens eine Durchgangsloch eingebrachte leitfähige Material gegenüber dem Substrat durch das in das mindestens eine erste Loch gefüllte isolierende Material elektrisch isoliert ist.
  17. Substrat nach Anspruch 9, wobei die Metalldünnschicht (50) aus Kupfer (Cu) besteht.
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