DE4010899C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrschicht- Leiterplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Fig. 3a und 3b zeigen Schnittansichten eines herkömmlichen Verfahrens zum Verbinden von Schichten einer Mehrschicht- Leiterplatte, wie es beispielsweise in der ungeprüften JP-POS 84 594/1984 offenbart ist. Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung von Fig. 3a. In den Fig. 3 und 4 bezeichnen Bezugszahl 1 eine Isolationsschicht aus Polyimid-Werkstoff, Bezugszahlen 2, 2 Leiterschichten aus einem Werkstoff wie etwa Kupfer, Bezugszahl 3 Nd:YAG-Laserstrahlen, Bezugszahl 4 ein Fenster in der Leiterschicht 2, durch das die Laserstrahlen hindurchtreten, und Bezugszahl 5 einen Versengungsbereich mit thermischer Zersetzung, der in der Isolationsschicht 1 aus Polyimid durch Bestrahlung mit den YAG-Laserstrahlen 3 ausgebildet ist.

Wenn die YAG-Laserstrahlen 3 durch das Fenster 4 hindurchtreten, wird ein Teil der Isolationsschicht 1 aus Polyimid versengt, wodurch die beiden Leiterschichten, zwischen welchem sich die Isolationsschicht 1 befindet, durch den Versengungsbereich 5 elektrisch miteinander verbunden werden.

In den Fig. 3a und 4 ist ein Beispiel gezeigt, in dem das Fenster 4 in einer Leiterschicht 1 ausgebildet ist. Darüber hinaus ist es jedoch auch denkbar, daß die Leiterschicht 1 kein Fenster 4 aufweist. In diesem Fall wird die elektrische Verbindung der beiden Leiterschichten folgendermaßen hergestellt. Die Ausgangsleistung des Lasers wird erhöht, so daß die obere Leiterschicht 1 geschmolzen wird. Sodann wird die Laserausgangsleistung auf den ursprünglichen Pegel zurückgestellt und der Versengungsbereich 5 wird in derselben Weise ausgebildet, wie in Fig. 3b gezeigt.

Bei der herkömmlichen, oben beschriebenen Technik zum Ausbilden von elektrischen Verbindungen innerhalb einer Mehrschicht- Leiterplatte war es nötig, die Laserausgangsleistung in Abhängigkeit davon einzustellen, ob ein Fenster 4 vorhanden ist. Daher konnte die Herstellung nicht mit hoher Geschwindigkeit erfolgen.

Es ist an sich bekannt, Verbindungsbohrungen zwischen den Signalebenen einer Mehrschicht-Leiterplatte durch Laserbohren herzustellen (DE-Z Feinwerktechnik & Meßtechnik 91 (1983), S. 56, 57). Dabei ist auch bekannt, die Laserwellenlänge in einen Wellenlängenbereich zu legen, der von einer die Leiterplatte überdeckenden, vorher entfernten Metallfolie reflektiert wird (JP-OS 61-95 792 (1988). Ferner ist es in der Werkstoffbearbeitung mit Laserstrahlung, insbesondere beim umwandlungshärten, bekannt, Maßnahmen zur Änderung der Reflexion/Asorption zu treffen (DE-Z. Feinwerktechnik & Meßtechnik 91 (1983), S. 328/329, Abs. 2.3). Schließlich sind zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten von verschiedenen Laserarten bekannt (DE-Z. Galvanotechnik 79 (1988) S. 3447-3455).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß eine hohe Herstellungsgeschwindigkeit ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sowie einer damit hergestellten Mehrschicht-Leiterplatte sind in den Unteransprüchen angegeben.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in welcher bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert sind. Es zeigt

Fig. 1a und 1b ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Herstellen einer Mehrschicht-Leiterplatte nach der Erfindung;

Fig. 2a und 2b ein anderes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Herstellen einer Mehrschicht-Leiterplatte nach der Erfindung;

Fig. 3a und 3b ein herkömmliches Verfahren zum Herstellen einer Mehrschicht-Leiterplatte und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Mehrschicht-Leiterplatte gemäß Fig. 3a.

In den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Fig. 1 zeigt ein typisches Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Mehrschicht-Leiterplatte. Fig. 1a zeigt einen Zustand der Mehrschicht-Leiterplatte vor der Beaufschlagung mit einem Laserstrahl, während Fig. 1b einen Zustand nach der Beaufschlagung mit dem Laserstrahl zeigt. In den Fig. 1a und 1b bezeichnen Bezugszahl 1 eine Isolationsschicht aus Polyimid-Werkstoff, Bezugszahlen 2a, 2b und 2c eine erste, eine zweite bzw. eine dritte Leiterschicht aus einem Werk­ stoff, der Laserstrahlen reflektieren kann, wie etwa einen galvanisch aufgebrachten Kupferbelag, und Bezugszahl 6 bezeichnet einen aufgerauhten Bereich. Dieser ist vorher ausgewählt worden und ist beispielsweise unter Maskieren mittels eines Abdeckmusters unter Anwendung eines Fotogravier-Ver­ fahrens und Behandeln mit einer geeigneten Ätzflüssigkeit ausgebildet. Bezugszahl 7 bezeichnet ein Aluminium-Keramik- Substrat und Bezugszahl 8 bezeichnet Laserstrahlen aus einem Xe-Pulslaser, der im grünen Farbbereich betrieben wird.

Ein Herstellungsverfahren für die Mehrschicht-Leiterplatte mit dem oben beschriebenen Aufbau ist nachstehend beispiel­ haft erläutert.

Der Xe-Pulslaser bestrahlt mit einer Ausgangsleistung von 0,1 mJ/Puls den aufgerauhten Bereich 6 von oben. Der Xe- Pulslaserstrahl perforiert die Isolationsschicht aus Poly­ imid, ohne einen versengten Bereich auszubilden. Die Wirkung des Xe-Pulslaserstrahls ist anders als diejenige des YAG- Laserstrahls. Der Xe-Pulslaserstrahl mit einer Leistung von ca. 0,1 mJ/Puls wird von dem galvanischen Kupferbelag ohne aufgerauhten Bereich reflektiert, wobei nicht die Gefahr besteht, daß der galvanische Kupferbelag perforiert wird. Ein elektroplattierter Kupferbelag, der zum Absorbieren von Laserenergie, beispielsweise durch Ausbilden eines aufge­ rauhten Bereiches, behandelt worden ist, absorbiert die Laserenergie jedoch sogar auch dann, wenn dieselbe Laseraus­ gangsleistung (d.h. etwa 0,1 mJ/Puls) eingestellt wird, wodurch eine Perforation möglich ist.

Wenn die Bestrahlung mittels des Xe-Pulslasers fortgeführt wird, wird eine Öffnung in dem Polyimid-Werkstoff oberhalb der Leiterschicht 2a ausgebildet, welche einen galvanischen Kupferbelag aufweist, wobei Laserenergie von dem aufgerauh­ ten Bereich 6 absorbiert wird. Wird die Bestrahlung mit dem Laser fortgeführt, während der Fokussierpunkt des Laser­ strahls nach unten bewegt wird, wird ein Teil des Polyimid- Werkstoffes zwischen dem aufgerauhten Bereich der ersten Leiterschicht 2a und der zweiten Leiterschicht 2b per­ foriert. Wenn der Laserstrahl die Oberfläche der zweiten Leiterschicht 2b erreicht, kommt der geschmolzene elektro­ plattierte Werkstoff der ersten Leiterschicht 2a in Kontakt mit der zweiten Leiterschicht 2b und wird damit elektrisch verbunden, wodurch eine elektrische Verbindung 9 ausgebildet ist. Da der Laserstrahl von der zweiten Leiterschicht 2b reflektiert wird, besteht auch in dem Fall keine Gefahr einer weiteren Fortpflanzung der Perforierung, daß die Bestrahlung mit dem Laser fortgeführt wird, und die isolie­ rende Schicht oder die isolierenden Schichten und die elek­ troplattierte Leiterschicht 2c unterhalb der zweiten Leiter­ schicht 2b wird/werden nicht verändert.

Die Fig. 2a und 2b zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel des Behandelns der Leiterplatte nach der Erfindung. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1a und 1b ist der aufgerauhte Bereich 6 nur auf der Oberfläche der ersten Leiterschicht 2a, bestehend aus einem elektroplattierten Kupferbelag, ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch ist ein aufgerauhter Bereich auf der Oberseite der zweiten Leiterschicht 2b ausgebildet, und zwar unmittelbar unter dem aufgerauhten Bereich 6 der ersten Leiterschicht 2a. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Perforation bei der mit dem aufgerauhten Bereich versehenen Leiter­ schicht in der tiefergelegenen Ebene ausgeführt. Die Behand­ lung der Leiterschicht der zweiten Ebene kann mit derselben Ausgangsleistung des Lasers wie bei der ersten Ebene erfol­ gen. Daher muß die Ausgangsleistung des Lasers nicht ver­ stellt werden. Somit kann die Perforierung mit hoher Ge­ schwindigkeit ausgeführt werden. Da darüber hinaus das Verfahren mit derselben Laserausgangsleistung ausgeführt wird, sind die Durchmesser der von den Laser ausgebildeten Öffnungen stets gleich groß.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Behan­ deln zum Aufrauhen der Oberfläche wenigstens einer Leiter­ schicht nur exemplarisch als eine Behandlung im Hinblick auf das Absorbieren von Laserenergie dargestellt. Die glei­ chen Resultate können jedoch durch andere Behandlungen erzielt werden: Oxydation, Vulkanisierung oder dergleichen.

Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine Mehrschicht-Leiterplatte dadurch erhalten, daß ein Laserstrahlen reflektierender Werkstoff teilweise so behan­ delt wird, daß er Laserenergie absorbiert, gefolgt von einer Behandlung des Werkstoffes mit einem Laserstrahl. Eine solche Mehrschicht-Leiterplatte kann jedoch auch da­ durch erhalten werden, daß ein Laserenergie absorbierender Werkstoff einer Behandlung unterzogen wird, durch die er einen Laserstrahl reflektiert, so daß die Fortpflanzung der Laserbehandlung bis zu der unteren Ebene unterbunden ist. Als ein Laserenergie absorbierender Werkstoff kann ein selbstkatalytischer, aus einer alkalischen Lösung zur che­ mischen Kupferplattierung ausgefällter Kupferbelag ver­ wendet werden. Ein Beispiel für die Behandlung, damit der Laserstrahl von dem Kupferbelag reflektiert wird, ist die Ausbildung eines Kupferbelages mit einer Dicke von 0,5 µm.

Im Zusammenhang mit den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist in bezug auf die Leiterschicht erläutert worden, daß eine Behandlung zwecks Absorbierens von Laserenergie selek­ tiv bei einem Werkstoff vorgenommen wird, welcher einen Laserstrahl reflektiert, bzw. daß eine Behandlung zum Zwecke des Reflektierens des Laserstrahls selektiv bei einem Werk­ stoff vorgenommen wird, der Laserenergie absorbiert. Die gleichen Resultate können jedoch dadurch erzielt werden, daß derjenige Teil des Werkstoffs, der mit dem Laserstrahl behandelt werden soll, einer Behandlung dahingehend unter­ zogen wird, daß er Laserenergie absorbiert, und daß eine Behandlung zum Zwecke des Reflektierens des Laserstrahls bei demjenigen Teil vorgenommen wird, bei dem keine Laserbe­ handlung vorgenommen wird. Dies gilt für den Fall, daß ein Werkstoff für die Leiterschicht verwendet wird, der Laser­ strahlen reflektieren oder absorbieren kann, wie etwa aufge­ dampftes Kupfer.

Wird bei der Behandlung gemäß den beschriebenen Ausführungs­ beispielen ein Xe-Pulslaser verwendet, kann es sich um einen Pulslaser mit einer Ausgangsleistung im Bereich von 0,1 mJ/Puls ±20% handeln.

Gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird Kupfer als Werkstoff für die Leiterschicht verwendet. Es können jedoch auch andere Werkstoffe, wie Nickel, Aluminium oder dergleichen verwendet werden. Als Werkstoff für die Isola­ tionsschicht können anstelle von Polyimid auch Epoxydharze oder anorganische Werkstoffe, wie Aluminiumkeramik verwendet werden.

Da der Laser gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung pulsförmig betrieben wird, können die zweiten harmonischen Schwingungen eines Nd:YAG-Lasers anstelle des Xe-Lasers verwendet werden. Es kann auch eine andere Art von Laser verwendet werden, entsprechend dem Zustand des Werkstoffes und der Oberfläche der Leiterschicht sowie des Werkstoffes für die Isolations­ schicht.

Demnach kann bei der Mehrschicht-Leiterplatte nach der Erfindung der Laser ohne Umjustierungen zum Ausbilden eines elektrischen Verbindungsbereiches darin verwendet werden, so daß das Ausbilden von Perforationen und elektrischen Verbindungen in der Leiterplatte mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden kann.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausfüh­ rungsformen wesentlich sein.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen einer Mehrschicht-Leiterplatte mit Isolationsschichten (1) und Leiterschichten (2), die einander abwechselnd geschichtet sind, wobei die oberste Leiterschicht (2a) mit einer inneren Leiterschicht (2b; 2c) in einer vorbestimmten Tiefe dadurch elektrisch verbunden wird, daß Laserstrahlen (8) in Richtung auf die Schichten (1, 2) derart aufgestrahlt werden, daß die Leiterschicht (2a) oder die Leiterschichten (2a, 2b) und die entsprechenden Isolierschichten oberhalb der inneren Leiterschicht (2b; 2c) von den Laserstrahlen (8) geschmolzen wird bzw. nacheinander geschmolzen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Laserstrahlen (8) bestrahlte Oberfläche der inneren Leiterschicht (2b; 2c) so behandelt ist, daß sie den Laserstrahl (8) reflektiert, und die Oberfläche der Leiterschicht (2a) oder der Leiterschichten (2a, 2b), die von den Laserstrahlen (8) geschmolzen wird bzw. werden, derart behandelt sind, daß sie die Laserstrahlen absorbieren.

2. Mit dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellte Mehrschicht- Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbereiche (6), welche Laserstrahlen (8) reflektieren, einen elektroplattierten Kupferbelag aufweisen.

3. Mit dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellte Mehrschicht- Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbereiche (6), welche Laserenergie absorbieren, einen aufgerauhten Teilbereich aufweisen.

4. Mehrschicht-Leiterplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbereiche (6), welche Laserenergie absorbieren, aus einem selbstkatalytischen Kupferbelag (chem. Cu) bestehen (alkalisches Cu-Bad).