DE2522006A1

DE2522006A1 - Verfahren zur herstellung gedruckter schaltungen

Info

Publication number: DE2522006A1
Application number: DE19752522006
Authority: DE
Inventors: Edward Anthony Cuneo
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1974-05-16
Filing date: 1975-05-15
Publication date: 1975-11-27
Also published as: IT1035743B; CA1011002A; GB1476888A; JPS50160774A; FR2271739A1; FR2271739B1; NL7505288A

Description

1 BERLIN 33 8 MÜNCHEN

Auguste-Viktoria-StraBe 66 _n DIIC^UIf¹C i DADTMCD PienzenauerstraSe 2

Pat.-Anw. Dr. Ing. Ruschke UT. K U ΟΟΠ f\ C Ot ΓΑΚ I IN CK Pat.-Anw. Dipl.-Ing.

Pat -Anw. Dipl.-Ing. PATFNTANWÄI TF ^{HanS E}· ^Ruschke

Olaf Ruschke rftl Cl\ IMINVVftLI C 98 03

Telefon: 030/ «»»« BERLIN - MÖNCHEN ^TelefOn: """'98725S

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Telegramm-Adresse:

Quadratur Berlin Qudadratur München TELEX: 183788 TELEX: 522767

M 3391

Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota, V.St.A.

Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen

Die vorliegende Erfindung betrifft gedruckte Schaltungen und insbesondere die Herstellung gedruckter Schaltungen.

Die US-PS 3 832 769 beschreibt eine gedruckte Schaltung, die auf einer Seite elektrische Schaltungselemente (beispielsweise die Chips von integrierten Schaltkreisen) aufnehmen kann, während auf der anderen Seite Leiterbahnen für weitere elektrische Schaltungen vorliegen. Derartige gedruckte Schaltungen vermeiden viele der Nachteile, die bei herkömmlichen Verfahren zum Befestigen von IC-Chips an gedruckten Schaltungen auftreten.

Die vorliegende Erfindung schafft weitere Verbesserungen bei der Herstellung gedruckter Schaltungen.

Die vorliegende Erfindung lehrt ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen, die geeignet sind zur Aufnahme elek-

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trisclier Schaltungselemente auf einer Seite, während Leiterbahnen zu weiteren Schaltungselementen sich auf der anderen Seite befinden, indem man

(a) ein dünnes Blatt eines leitenden Materials vorsieht,

(b) ausgewählte Teile des leitenden Materials in einem vorgewählten Muster gegen ein chemisches Ätzmittel resistent macht,

(c) das leitende Material in Berührung bringt mit dem chemischen Ätzmittel, so daß ein Teil des leitenden Materials außer in denjenigen Flächenteilen entfernt wird, die dem vorbestimmten Muster entsprechen, um in dem vorgewählten Muster entsprechenden Flächenteilen Säulen aus leitendem Material zurückzulassen, die über den Hintergrundteilen des leitenden Materials hochstehen,

(d) das leitende Material mit einem dielektrischen Material so abdeckt, daß die Säulen durch das dielektrische Material sich hindurcherstrecken und mit einem Teil offenliegen, damit dort weitere elektrische Schaltungselemente angeschlossen werden können, und

(e) das leitende Material zu einem vorbestimmten Muster von leitenden Inseln umwandelt, wobei die Unterseiten der Inseln, die das vorbestimmte Muster bilden, einteilig mit den Säulen sind.

Die Säulen sind einteilig mit dem Leiterbahnmuster und weisen die gleiche Metallurgie (beispielsweise Kupfer oder Aluminium) wie die Leiterbahnen auf. Folglich ist die gedruckte Schaltung sehr leicht herzustellen (beispielsweise durch herkömmliche Behandlung mit einem lichtempfindlichen Abdecklack und chemischer Ätzung).

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Die Erfindung soll nun im Detail unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile bezeichnen:

Fig. 1 ist eine Perspektivansicht einer nach der Lehre der vorliegenden Erfindung hergestellten gedruckten Schaltung;

Fig. 1a ist eine Perspektivansicht einer nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten gedruckten Schaltung;

Fig. 2A bis 2G zeigen die Schritte eines Verfahrens nach der Erfindung zur Herstellung gedruckter Schaltungen.

Die Fig. 1 zeigt einen Streifen mit einer gedruckten Schaltung aus einem dünnen dielektrischen Substrat 12 mit einem vorbestimmten, sich wiederholenden Muster aus leitenden Inselflächen 14, die auf einer Seite des Substrats befestigt ist. Die leitenden Inselflächen 14 liegen voneinander auf Abstand und weisen innere Enden 16 auf, die zu einem gemeinsamen Flächenteil des Substrats zusammenlaufen. Leitende Säulen, die hier nicht gezeigt sind, erstrecken sich durch das Substrat 12 hindurch und stehen in elektrischer Verbindung mit den leitenden Inselflächen 14 auf einer Seite des Substrats. Teile 21 der leitenden Säulen liegen über der oberen Fläche des Substrats offen und bilden einen Ort, wo später ein IC-Chip elektrisch angeschlossen werden kann. Beispielsweise kann man ein Halbleiterbauelement auf das Substrat aufbringen und dann mit den Teilen 21 über winzige Drähte anschließen, oder man kann auch ein Halbleiterbauelement über den

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Teil 21 ausrichten und es dann an diese Teile 21 beispielsweise durch Aufschweißen ("thermocompression bonding") unmittelbar anschließen.

Fig. 2A bis 2G zeigen ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen nach der vorliegenden Erfindung entsprechend der Fig. 1. In der Fig. 2A ist ein dünnes Blatt aus leitendem

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Material 22 dargestellt, das auf einer Seite einen dünnen Überzug aus einem positiv oder negativ wirkendem lichtempfindlichem Abdeckmaterial 24 aufweist. Typischerweise handelt es sich dabei um eine Kupferfolie von etwa 0,01 ... 0,05 mm Dicke, obgleich auch andere bekannte leitende Materialien wie Aluminium, Nickel sowie Kupfer- und Nickellegierungen verwendet werden können. Vorzugsweise ist das leitende Material flexibel. Das Abdeckmaterial

24 wird vorzugsweise als Lack aus einer Lösungsmittellosung auf das leitende Material 22 aufgebracht und dann zu einer etwa 0,002 mm dicken Schicht getrocknet. Es kann aber auch als Folie trocken auflaminiert werden.

Die Fig. 2B zeigt den Aufbau der Fig. 2A nach dem bildmäßigen Belichten. Die Flächenteile 25 sind belichtet und (bei negativ wirkendem Abdeckmaterial) mit einer Entwicklerlösung unslöslicher gemacht worden als der Rest des Überzugs 24. Durch Entwickeln des Abdeckmaterials mit einer geeigneten Entwicklerlösung erhält man den Aufbau der Fig. 2G. Die Punkte 25 aus Abdeckmaterial entsprechen denjenigen Flächenteilen, wo leitende Säulen stehen bleiben sollen, um Leitungen durch ein bubstrat hindurch zum Anschluß an weitere elektrische Schaltungsanordnungen herzustellen. Die Punkte aus Abdeckmaterial können einen Durchmesser bis hinunter zu 0,015 mm oder bis hinauf zu 0,4 mm haben.

Die Fig. 2D zeigt den Aufbau der Fig. 2G nach dem Entfernen eines Teiles des leitenden Materials mit Ausnahme der von den Punkten

25 aus Abdeckmaterial abgedeckten Flächenteilen. Dies läßt sich vorzugsweise erreichen, indem man das leitende Material chemisch wegätzt.

Anstatt einen lichtempfindlichen Abdecklack einzusetzen, kann man alternativ Teile des leitenden Materials 22 in den Flächenteilen, wo leitende Säulen erwünscht sind, mit einer dünnen Metallschicht abdecken (beispielsweise durch galvanische Behandlung), die gegen das verwendete chemische Ätzmittel resistent ist. Das leitende Material 22 wird dann aus den Hintergrundflächen entfernt,

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wie es oben beschrieben ist.

Nach dem Entfernen der Punkte 25 aus Abdecklack erhält man den Aufbau der Fig. 2E. Die Säulen 28 sind einteilig mit dem leitenden Material 22 und haben die gleiche Metallurgie wie dieses; sie stehen typischerweise etwa 0,1 bis 0,3 ram über die Oberfläche des leitenden Materials 22 vor.

Fig. 2F zeigt den Aufbau nach dem Aufbringen des dielektrischen Materials $0 auf die Oberfläche der leitenden Folie 22. Das dielektrische Material 30 deckt die Oberfläche der Folie 22 ab und verläuft um die Säulen 28 derart herum, daß deren Spitzen zwecks Anschluß weiterer elektrischer Schaltungsteile offenbleiben. Bei dem dielektrischen Material 30 kann es sich um irgendein bekanntes dielektrisches Material handeln; vorzugsweise ist es ein flexibles und wärmestabiles Material wie Polyimid, Polyester, Acrylharz, Polyamid, Polysulfon, Polyolefin, Fluorkohlenstoff, usw. Vorzugsweise bringt man das dielektrische Material 30 auf die Folie 22 aus einer Lösungsmittellösung heraus auf, obgleich man es auch als durchgehende selbstklebende Folie mit Löchern aufbringen kann, die den Orten der Säulen 28 entsprechen. Die Dicke des dielektrischen Materials 30 liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 0,003 bis 0,15 rara, vorzugsweise 0,005 bis 0,07 mm.

Nachdem man die Folie aus leitendem Material 22 zu den leitenden Inselflächen 14 umgewandelt hat, erhält man die Struktur der Fig. 2G. Die Spitzen der Säulen 28 kann man mit einer weiteren Schicht eines Metalls (beispielsweise Nickel, Gold, Lot, Gold-Zinn-Legierung oder aufeinanderfolgenden Schichten von Gold, Nickel, Nickel-Zinn-Legierung oder Aluminium) versehen, um Buckel auszubilden, die leicht, d.h. bis zu 100 /um, über die Oberfläche des dielektrischen Materials 30 hinaus vorstehen. Vorzugsweise steht jede leitende Inselfläche elektrisch in Verbindung mit einer getrennten leitenden Säule, obgleich erwünschtenfalls auch einige oder alle der Inselflächen mit mehr als einer leitenden Säule in Verbindung stehen können.

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Die Fig· 1 zeigt eine Perspektivansicht der fertigen gedruckten Schaltung. Diese Schaltung ist nützlich beispielsweise für die Anbringung eines IC-Chips auf einer Fläche derselben, während die leitenden Inselflächen auf der anderen Seite an externe Schaltungen - beispielsweise einen Leiterbahnrahmen ("lead frame") . angeschlossen werden. Weiterhin kann man die Schaltungen miteinander zu mehrschichtigen Schaltungsanordnungen verbinden.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung derjenigen Art, die auf einer Seite elektrische Schaltungsanordnungen aufnehmen kann und auf der anderen Seite Leiterbahnen zu weiteren elektrischen Schaltungsanordnungen aufweist, indem man

(a) eine dünne Folie aus leitendem Material vorsieht,

(b) gewählte Teile des leitenden Materials in einem vorbestimmten Muster gegen ein chemisches Ätzmittel resistent macht,

(c) das leitende Material mit dem chemischen Ätzmittel derart in Berührung bringt, daß ein Teil des leitenden Materials mit Ausnahme der dem vorbestimmten Muster entsprechenden Flächenteile entfernt wird, so daß Säulen aus leitendem Material stehen bleiben, die sich über dem Hintergrund des leitenden Materials in den dem vorbestimmten Muster entsprechenden Flächenteilen erheben,

(d) das leitende Material mit einem dielektrischen Material derart abdeckt, daß die Säulen durch das dielektrische Material hindurchverlaufen und teilweise offenliegen, um den Anschluß weiterer elektrischer Schaltungsanordnungen zuzulassen, und

(e) das leitende Material zu einem vorbestimmten Muster von Inselflächen umwandelt, wobei die Unterflächen der Inselflächen in dem vorbestimmten Muster einteilig mit den Säulen ausgebildet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material Kupfer ist·
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die gewählten Teile des leitenden Materials mittels einer dünnen

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Metallschicht, die die gewählten Teile abdeckt, gegen das chemische Ätzmittel resistent macht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die gewählten Teile des leitenden Materials mittels einer dünnen Schicht eines lichtempfindlichen Abdeckmittels, die die gewählten Teile abdeckt, gegen das chemische Ätzmittel resistent macht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material Aluminium ist.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spitzen der Säulen mit einer dünnen Niekelschicht versieht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Nickelauflage eine dünne Goldschicht aufbringt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem weiteren Schritt die Kontaktflächen eines IC-Chips an den offenliegenden Teilen der Säulen befestigt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem weiteren Schritt die leitenden Inselflächen des vorbestimmten Musters mit der weiteren elektrischen Schaltung verbindet·
10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der weiteren elektrischen Schaltung um einen Leiterrahmen ("lead frame") handelt.
11. Gedruckte Schaltung, die nach dem Verfahren des Anspruchs hergestellt ist.
12. Gegenstand, der nach dem Verfahren des Anspruchs 8 hergestellt ist.

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