DE19962422C2 - Verfahren zur Herstellung einer Mehrlagenleiterplatte - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Mehrlagenleiterplatte

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Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Leiterplatte. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Mehrschichtleiterplatte vom Einbautyp, bei der eine Mehrschichtleiterplatte eine Ausnehmung zur Befestigung eines Halbleiterchips aufweist. Wenn eine Oberseite der Leiterplatte mit einem Metallüberzug versehen wird, damit eine Schaltung ent­ steht, wird verhindert, dass Verbindungsfinger, die mit dem Halbleiterchip verbun­ den werden, mit einem galvanischen Metallüberzug versehen werden.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die heutzutage eingesetzten hochintegrierten Schaltkreise besitzen eine hohe Geschwindigkeit (Taktfrequenzen). Daher müssen auch die Leiterplatten zur Befestigung der Halb­ leiterchips eine hohe Geschwindigkeit aufweisen. Wegen der hohen Geschwindig­ keit werden daher Leiterplatten vom Einbautyp eingesetzt, bei denen die Halblei­ terchips direkt auf der Leiterplatte befestigt werden. Von diesen Leiterplatten vom Einbautyp sind die sogenannten "chip-on-board"-Leiterplatten, bei denen Halblei­ terchips auf oder in der Leiterplatte angeordnet sind und die aus mehreren Schichten bestehen, besonders für hochintegrierte und dicht gepackte Schaltkrei­ se geeignet, so dass diese Leiterplatte besondere Aufmerksamkeit verdient.
Fig. 1 stellt eine herkömmliche Mehrschichtleiterplatte vom Einbautyp für die Be­ festigung von Halbleiterchips dar. Wie in dieser Figur gezeigt ist, besteht die Lei­ terplatte aus mehreren Schichten, auf denen Schaltkreise angeordnet sind. Abge­ sehen von einer ersten kupferkaschierten Leiterplatte 1a, die die Unterseite der Leiterplatte bildet, bilden weitere Leiterplatten 1b, 1c und 1d eine Ausnehmung 4, in der ein Halbleiterchip 7 befestigt werden kann.
Bei der zuvor beschriebenen Leiterplatte werden doppelseitig kupferkaschierte Leiterplatten (copper clad laminates CCL) benutzt. Die Kupferschichten auf beiden Seiten der CCLs 1a, 1b, 1c und 1d werden geätzt, um Schaltkreise zu erzeugen. Die CCLs 1a, 1b, 1c und 1d werden miteinander durch Klebeschichten 2a, 2b und 2c verbunden, die aus einem vorimprägnierten Material, einem sogenannten Prepreg bestehen. Die CCLs 1a, 1b, 1c und 1d weisen unterschiedliche Abmes­ sungen auf. Das heißt, dass die Breite der Ausnehmung zur Befestigung des Halbleiterchips in unterschiedlichen CCLs unterschiedlich ist. Dadurch besitzt die Ausnehmung eine mehrstufige Form, wenn die CCLs 1a, 1b, 1c und 1d miteinan­ der verbunden werden.
Im Allgemeinen wird die oben beschriebene Mehrschichtleiterplatte folgen­ dermaßen hergestellt. Die jeweiligen CCLs 1a, 1b, 1c und 1d werden getrennt von­ einander bearbeitet und die Ausnehmungen werden eingebracht. Danach werden die CCLs durch die Klebeschichten miteinander verbunden. Dafür besitzen die Ausnehmungen der jeweiligen CCLs unterschiedliche Größen, wenn die Ausneh­ mung 4 wie in der Figur hergestellt werden soll,
In dieser Weise ist die Ausnehmung 4 in einer mehrstufigen Form ausgebildet. Demnach sind Teilbereiche der zweiten CCL 1b und der dritten CCL 1c der Au­ ßenseite ausgesetzt. Auf den der Außenseite ausgesetzten Bereichen der zweiten und dritten CCLs 1b und 1c sind Kupferlagen oder andere Metalllagen 3a und 3b aufgebracht. Diese Metalllagen 3a und 3b sind über einen Draht 10 mit einer Auf­ lage 9 des Halbleiterchips 7 verdrahtet. Die Metalllagen 3a und 3b werden daher als "Verbindungsfinger" bezeichnet.
Bei der zuvor beschriebenen Leiterplatte ist es vorteilhaft, dass die Verdrahtung zwischen der Leiterplatte für den Schaltkreis und dem Halbleiterchip innerhalb der Ausnehmung liegt. Die Verdrahtung ist daher nicht der Außenseite ausgesetzt, daher können keine Beschädigungen durch äußere Stöße oder dergleichen ent­ stehen.
In der Leiterplatte sind Durchgangslöcher 11 ausgebildet. Diese Durchgangslöcher 11 dienen zur elektrischen Verbindung der oberen Schichten mit der untersten Schicht. Das Innere der Durchgangslöcher 11 wird mit einem galvanischen Metall­ überzug versehen. Außerdem wird die Oberseite der untersten Schicht, das heißt die vierte CCL 1d, galvanisch mit einem Metallüberzug versehen, wodurch eine Schaltung entsteht. Wenn ein Metall galvanisch in das Innere des Durchgangs­ lochs 11 und auf die Oberseite der vierten CCL 1d aufgebracht wird, wird das Metall auch innerhalb der Ausnehmung 4 aufgebracht. Insbesondere werden die Verbindungsfinger 3a und 3b galvanisch überzogen. Die Schaltung neigt daher zu Kurzschlüssen und zu Fehlern.
Um das Kurzschließen durch den galvanischen Überzug der Verbindungsfinger 3a und 3b, der beim Galvanisieren der Oberseite der vierten CCL 1d zur Erzeugung einer Schaltung entsteht, zu verhindern, muss die Ausnehmung 4 abgedeckt wer­ den, so dass das Metall nicht in die Ausnehmung 4 eindringen kann.
Ein Verfahren, das das Eindringen von Metall in die Ausnehmung verhindert, ist in Fig. 2 dargestellt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird die vierte CCL 1d mit einem Tro­ ckenfilm 15 versehen, bevor der galvanische Überzug aufgebracht wird. Das Me­ tall wird daher in einem Zustand aufgebracht, bei dem die Ausnehmung abgedeckt ist, so dass die Verbindungsfinger nicht mit dem Metall überzogen werden. Der Trockenfilm 15 hat jedoch eine gewisse Masse, und in dem Fall, wenn der Tro­ ckenfilm eine Größe von 16,7 mm × 16,7 mm aufweist, und auf der Ausnehmung angebracht wird, wird der Trockenfilm durch sein Eigengewicht nach unten gezo­ gen, so dass er einreißt. Um dieses Einreißen zu verhindern, kann der Trockenfilm dicker gemacht werden. Dann ist es aufgrund der Dicke jedoch nicht möglich, fei­ ne Muster zu erzeugen.
Ein weiterer Vorschlag sieht vor, eine Kupferfolie auf den vierten CCL 1d anzu­ bringen, um die Ausnehmung abzudecken. In diesem Fall steigen jedoch die Be­ arbeitungskosten durch die komplizierte Handhabung der Kupferfolie und den Ätz­ vorgang, was zu einem Anstieg der Herstellungskosten führt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Mehrlagenleiterplatten mit stufenförmigen Aussparungen zur Verfügung zu stellen, das mit einfachen Schritten die Herstellung feiner Strukturen erlaubt sowie Kurzschlüsse vermeidet.
Um das obige Ziel zu erreichen, besteht das Verfahren zur Herstellung einer Lei­ terplatte nach der vorliegenden Erfindung aus den folgenden Schritten: Ausbildung eines Schaltkreises bei jeder Leiterplatte; Ausbildung eines Schlitzes bei jeder Leiterplatte, so dass Ausnehmungen mit verschiedenen Größen entstehen; Ein­ füllen eines Abdichtmaterials in die Ausnehmungen, so dass Abdichtungen ent­ stehen; Verbinden der Leiterplatten miteinander, so dass eine Mehrschichtleiter­ platte entsteht; Ausbilden von Durchgangslöchern in der Mehrschichtleiterplatte, Aufbringen eines galvanischen Metallüberzugs und Ätzen; Behandlung der Ab­ dichtungen mit einer Lösung, wie z. B. Natronlauge, um die Abdichtungen zu ent­ fernen; Entfernen derjenigen Bereiche der Leiterplatten, in denen keine Ausneh­ mungen ausgebildet sind, so dass eine mehrstufige Ausnehmung in der Mehr­ schichtleiterplatte entsteht.
Ein Halbleiterchip wird in der mehrstufigen Ausnehmung befestigt und Verbin­ dungsfinger werden an der Leiterplatte ausgebildet, um mit dem Halbleiterchip verdrahtet zu werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Das oben erwähnte Ziel und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer durch die genaue Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 eine herkömmliche Mehrschichtleiterplatte vom Einbautyp für die Befestigung von Halbleiterchips darstellt;
Fig. 2 den Aufbau einer herkömmlichen Mehrschichtleiterplatte darstellt;
Fig. 3a-3d das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Mehrschicht­ leiterplatte darstellen; und
Fig. 4 eine Draufsicht von Fig. 3b ist.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Das Herstellungsverfahren der Mehrschichtleiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung wird genau unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrie­ ben. Diejenigen Bezugszeichen, die mit denen der herkömmlichen Methode über­ einstimmen, sind identisch.
Fig. 3 zeigt das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Mehrschichtlei­ terplatte. In diesem Fall wird angenommen, dass eine kupferkaschierte Leiterplatte (CCL) benutzt wird, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die CCL be­ schränkt, die CCL wird lediglich zur Vereinfachung der Beschreibung erwähnt.
Wie in Fig. 3a gezeigt ist, wird eine CCL 1 einem ersten Bearbeitungsschritt unter­ zogen, wobei ein Schlitz 17a ausgebildet wird. Wie in Fig. 3b gezeigt ist, wird ein Abdichtmaterial in den Schlitz 17a der CCL 1 eingefüllt. Der Schlitz 17a wird in jeder der CCLs ausgebildet, die zusammen die Mehrschichtleiterplatte bilden.
Die Leiterplatte mit dem darin ausgebildeten Schlitz ist in Fig. 4 dargestellt. Wie in dieser Figur dargestellt ist, bilden die vier Schlitze annähernd ein Rechteck. Der Bereich 20, der von den Schlitzen umgeben ist, bildet eine Ausnehmung zur Be­ festigung eines Halbleiterchips, und dieser Bereich wird entfernt.
Wenn mehrere der CCLs 1 bearbeitet werden, werden die Bereiche 20 unter­ schiedlich ausgeführt, so dass eine mehrstufige Ausnehmung entsteht. In die CCL 1 wird der Schlitz 17a maschinell durch einen Meißel oder dergleichen ange­ bracht. Die Breite des Schlitzes 17a ist etwa 0,2-3,2 mm, und der Bereich der Ausnehmung, die entfernt wird, hat eine Fläche von etwa 16,7 mm × 16,7 mm. In Richtung der unteren Schichten der CCLs werden die Flächen des Bereichs 20 kleiner, so dass eine mehrstufige Ausnehmung ausgebildet wird. Der Bereich 20 jedes CCLs 1 wird an den vier Eckbereichen jedes CCLs gehalten, in denen keine Schlitze ausgebildet sind.
Ein Abdichtmaterial wird in die Schlitze 17a eingefüllt, die bei einer Temperatur von 120-130°C 60-100 Minuten lang getrocknet wird, um das Material auszu­ härten, so dass eine Abdichtung 17 entsteht. Wenn die Oberseite der Mehr­ schichtleiterplatte galvanisch mit einem Metallüberzug versehen wird, wird auf­ grund der Anwesenheit der Abdichtung 17 verhindert, dass das Metall in die Aus­ nehmung eindringt.
Wie in Fig. 3b gezeigt ist, wird die Kupferfolie des CCL 1 geätzt, so dass ein Schaltkreis 5 entsteht. Dieser Schaltkreis kann als elektrisch mit dem Halbleiter­ chip verbundene Unterlage dienen, wenn die Ausnehmung ausgebildet ist.
Nach der Bearbeitung des CCL 1 wie zuvor beschrieben, kann ein Metallüberzug aufgebracht werden, um den Schaltkreis 5 auszubilden. In Wirklichkeit wird die CCL 1 jedoch mit einem Metallüberzug versehen, dann wird ein Ätzvorgang durchgeführt, um den Schaltkreis 5 auszubilden. Anschließend wird der Schlitz 17a ausgebildet, was vorteilhafter ist. Der Grund dafür ist Folgender. In dem Fall, wenn der Metallüberzug nach dem Ausbilden des Schlitzes 17a auf der CCL 1 angebracht wird, ist das Innere des Schlitzes 17a mit dem Metallüberzug versehen, daher muss das Metall des Schlitzes 17a beim Einfüllen des Abdichtmaterials entfernt werden.
Wie in Fig. 3c gezeigt ist, werden die CCLs 1a, 1b, 1c und 1d, die wie in den Fig. 3a und 3b gezeigt bearbeitet wurden, miteinander verbunden, nachdem Klebe­ schichten 2a, 2b und 2c (bestehend aus Prepreg) zwischen ihnen angeordnet wurden. Unter dieser Voraussetzung bestehen die Klebeschichten 2a, 2b und 2c aus einem Prepreg mit hoher Viskosität, so dass verhindert wird, dass der Prepreg in den Bereich der Ausnehmung fließt.
Jede der CCLs 1a, 1b, 1c und 1d weist einen Schaltkreis und einen Schlitz 17a auf, der mit Abdichtmaterial gefüllt ist. Wenn die CCLs 1a, 1b, 1c und 1d miteinan­ der verbunden werden, wird die auf die CCLs 1a, 1b, 1c und 1d ausgeübte Kraft gleichmäßig über die CCLs 1a, 1b, 1c und 1d verteilt, so dass die Verbindung mit einer gleichmäßigen Stärke erfolgt. Alternativ ist es möglich, dass der gefüllte Schlitz lediglich in dem äußersten CCL 1d ausgebildet ist, und dass die Ausneh­ mungen in den restlichen CCLs 1a, 1b und 1c entfernt sind.
Anschließend werden die CCLs 1a, 1b, 1c und 1d und die Klebeschichten 2a, 2b und 2c gebohrt durch ein mechanisches Mittel wie einen Bohrer, um ein Durch­ gangsloch 11 auszubilden. Anschließend wird ein Metallüberzug auf der Innen­ seite des Durchgangslochs 11 und an der Oberseite der vierten CCL 1d aufge­ bracht. Dann findet ein Ätzvorgang statt, durch den die Schaltung 5 ausgebildet wird. Danach wird die Abdichtung 17 entfernt, indem eine Lösung wie z. B. Nat­ ronlauge (NaOH) benutzt wird. Auf diese Weise werden die Schlitze 17a bei den CCLs 1a, 1b, 1c und 1d in einer in etwa rechteckigen Form ausgebildet, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
Anschließend werden die Eckbereiche der Ausnehmung, das heißt diejenigen Be­ reiche der CCLs zwischen den Schlitzen, die bei dem ersten Bearbeitungsschritt nicht bearbeitet wurden, einem zweiten Bearbeitungsschritt mit einer mechani­ schen Vorrichtung, wie einer Schneideinrichtung, unterzogen, wobei die Ausneh­ mungen 20 der CCL 1 entfernt werden. Auf diese Weise wird eine Ausnehmung 4 ausgebildet, wie in Fig. 3d dargestellt ist. Anschließend wird ein Halbleiterchip in der Ausnehmung 4 befestigt und die Verbindungsfinger 3a und 3b werden durch Drähte mit der Unterlage des Halbleiterchips verbunden.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird bei dem erfindungsgemäßen Herstellungs­ verfahren für die Leiterplatte ein Schlitz 17a mit einer Breite von 0,2-3,2 mm in jeder der CCLs 1a, 1b, 1c und 1d ausgebildet. In den Schlitz wird ein Abdichtmate­ rial eingefüllt, so dass eine Abdichtung 17 ausgebildet wird. Wenn ein Metallüber­ zug auf die Leiterplatte aufgebracht wird, wird daher verhindert, dass das Metall in die Ausnehmung eindringt. Die Breite des Schlitzes ist, wie zuvor beschrieben, etwa 0,2-3,2 mm und daher kann das Innere des Schlitzes vollständig mit Ab­ dichtmaterial gefüllt werden. Das Abdichtmaterial wird bei einer Temperatur von 120-130°C 60-100 Minuten lang ausgehärtet, so dass sie nicht auslaufen kann.
Im Unterschied zu dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, dass die CCLs mit den in ihnen ausgebildeten Ausnehmungen miteinander ver­ bunden werden, und dass die Farbe anschließend in die Ausnehmungen eingefüllt wird. Dann wird ein galvanischer Metallüberzug aufgebracht. Bei dieser unter­ schiedlichen Methode kann der Prepreg der CCLs 1a, 1b, 1c und 1d, obwohl es eine hohe Viskosität besitzt, in den Bereich der Ausnehmung laufen. Es kommt zu einer chemischen Reaktion zwischen dem Abdichtmaterial und dem Prepreg, die zu einer festen Verbindung führt. Beim Entfernen des Abdichtmaterials kann das Abdichtmaterial nicht vollständig entfernt werden, sondern bleibt an den Verbin­ dungsfingern zurück. In der Folge entstehen Probleme bei der elektrischen Ver­ bindung zwischen dem Halbleiterchip und der Leiterplatte. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher vorteilhafter. Dabei wird ein Schlitz in jeder der CCLs ausge­ bildet und auf diese Weise wird das Eindringen des Metalls während der Galvani­ sierung verhindert. Dieses ist die wirkungsvollste Methode.
Nach der vorliegenden, zuvor beschriebenen Erfindung, wird verhindert, dass die Verbindungsfinger zur Verbindung mit dem Haltleiterchip mit einem Metall überzo­ gen werden, wenn ein Metallüberzug an einer oberen Leiterplatte angebracht wird, um einen Schaltkreis auszubilden. Das heißt es wird verhindert, dass das Metall in die mehrstufige Ausnehmung eindringt. Die CCL wird also einem ersten Bearbei­ tungsschritt unterzogen, bei dem Schlitze ausgebildet werden und bei dem eine Farbschicht in jedem Schlitz ausgebildet wird. Bei dem Aufbringen des Metall­ überzugs auf die Oberseite der Leiterplatte wird verhindert, dass das Metall in die Ausnehmung eindringt. Danach wird die CCL einem zweiten Bearbeitungsschritt unterzogen um eine Ausnehmung auszubilden. Das Herstellungsverfahren ist da­ her einfach und die Herstellungskosten sind niedrig.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung einer Mehrlagenleiterplatte (Multilayer) mit stu­ fenförmigen Aussparungen (Fenster) zur Aufnahme von Bauelementen, umfassend die folgenden Schritte:
Ausbilden von Leiterstrukturen (5) auf allen Lagen (Isolierlagen) (1);
Einbringen von Schlitzen (17a) mit Halteabschnitten (Haltestegen) in die strukturierten Lagen, um Aussparungen (20) mit zunehmender Größe aus­ zubilden;
Einbringen von Abdichtmaterial in die Schlitze (17a) zur Bildung einer Ab­ dichtung (17);
Verbinden mehrere Leiterplatten (1) mittels Klebeschichten zur Bildung ei­ ner Mehrlagenleiterplatte;
Ausbilden von Durchgangslöchern (11) durch die Mehrlagenleiterplatte, Einbringen einer Metallschicht in die Durchgangslöcher und auf die Ober­ seite der Mehrlagenleiterplatte und Ätzen des auf der Oberseite der Mehr­ lagenplatte abgeschiedenen Metalls zur Bildung der Leiterstrukturen;
Entfernen der Abdichtungen (17); und
Heraustrennen der Halteabschnitte in nicht-geschlitzten Bereichen der Aus­ sparungen (20) unter Bildung einer stufenförmigen Aussparung in der Mehrlagenleiterplatte.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatten (1) kupferkaschierte Leiterplatten sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schlitz (17a) eine Breite von etwa 0,2-3,2 mm aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schlitz (17a) durch eine Schneide­ maschine ausgebildet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatten (1) durch ein Prepreg (2) miteinander verbunden werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Ausbilden der Abdich­ tung (17) die folgenden Teilschritte umfasst:
Einfüllen des Abdichtmaterials in die Schlitze (17a), und
Aushärten des Abdichtmaterials.
7. Verfahren zur Herstellung einer Mehrlagenleiterplatte (Multilayer) mit stu­ fenförmigen Aussparungen (Fenster) zur Aufnahme von Bauelementen, umfassend die Schritte:
Ausbilden von Leiterstrukturen auf mehreren Lagen (Isolierlagen) (1);
Ausbilden einer Ausnehmung in einer ersten Leiterplatte (1b);
Ausbilden von Schlitzen mit Halteabschnitten (Haltestegen) in einer zweiten Leiterplatte (1c), um eine Ausnehmung auszubilden, die größer als die Ausnehmung der ersten Leiterplatte (1b) ist;
Ausbilden einer Abdichtung (17) in allen Schlitzen (17a) der zweiten Leiter­ platte (1c);
Verbinden der ersten Leiterplatte (1b) mit der zweiten Leiterplatte (1c);
Ausbilden eines Durchgangslochs (11) in allen ersten und zweiten Leiter­ platten, und Aufbringen eines Metallüberzugs darin und Ätzen des Metalls;
Entfernen der Abdichtung (17) aus den Schlitzen (17a); und
Entfernen eines Bereichs der zweiten Leiterplatte (1c), in dem keine Schlit­ ze ausgebildet sind, so dass eine mehrstufige Ausnehmung (4) gebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Leiterplatten kupferkaschierte Leiterplatten sind.
9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schlitz (17a) der zweiten Leiterplatte (1c) eine Breite von etwa 0,2-3,2 mm aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schlitz (17a) durch eine Schneide­ maschine ausgebildet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Leiterplatten mit­ einander durch ein Prepreg (2) verbunden werden.
12. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt zum Ausbilden der Abdich­ tung (17) die folgenden Teilschritte umfasst:
Einfüllen des Abdichtmaterials in die Schlitze (17a); und
Aushärten des Abdichtmaterials.
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