DE60225508T2

DE60225508T2 - Leiterplatte und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE60225508T2
Application number: DE60225508T
Authority: DE
Inventors: Toshio Katano-shi Sugawa; Satoshi Neyagawa-shi MURAKAWA; Masaaki Nara-shi HAYAMA; Takeo Neyagawa-shi YASUHO
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2022-01-12
Also published as: US20100025099A1; EP1278404A1; CN1456031A; DE60225508D1; US20030039811A1; US20040221449A1; JP2002217510A; CN1287647C; EP1278404A4; WO2002056651A1; US7423222B2; EP1278404B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen der Platte nach dem Oberbegriff von Anspruch 3
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gemäß dem jüngsten Trend zum Verkleinern von Elektronikvorrichtungen besteht bei kostengünstigen Leiterplatten, die zum Anbringen von Halbleiter-Chips, wie LSI, fähig sind, nicht nur für industrielle Zwecke, sondern außerdem für Konsumerzeugnisse eine starke Nachfrage. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass solche Leiterplatten, die mehrschichtige feine Verdrahtungsmuster aufweisen, zum Zweck des Erhöhens der Packungsdichte leicht mit hoher Ausstoßrate und hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden können.
Eine herkömmliche Leiterplatte enthält eine Glas-Epoxid-Platte, die ein Isoliersubstrat ist, das aus Glasfasergewebe, das mit Epoxidharz imprägniert ist, und Kupferfolien, die durch Pressen unter Wärmeeinwirkung oder Ähnliches mit beiden Seiten des Substrats verbunden sind, hergestellt ist. Bei der Leiterplatte werden Muster durch Photoätzen der Kupferfolien ausgebildet, ein Durchgangsloch wird durch Bohren oder Ähnliches ausgebildet und Verdrahtungsschichten zwischen beiden Seitenflächen des Durchgangsloches werden dann mit Kupfer verbunden, das an eine Innenwand des Durchgangsloches plattiert ist.
Bei diesem Verfahren mangelt es einem Inneren des Durchgangsloches, wenn es plattiert wird, an Zuverlässigkeit, da die Elektrolytflüssigkeit nicht leicht in das Loch permeiert, und es besteht die Tendenz, dass ein nicht plattierter Bereich erzeugt wird und dies kann ein Scheitern der elektrischen Verbindung verursachen. Dies kann einen Mangel einer Dicke des plattierten Kupfers tief in dem Inneren des Durchgangsloches verursachen, wobei dies auf Grund eines großen Widerstands ein elektrisches Problem für eine elektrische Verbindung verursachen kann. Es ist schwierig, ein Bauteil an einem Abschnitt anzubringen, an dem ein Durchgangsloch ausgebildet ist. Und es ist schwierig, ein Durchgangloch in einer gewünschten inneren Schicht eines mehrschichtigen Substrats zu plattieren. Diese Schwierigkeiten beschränken eine Anordnung von Verdrahtungsmustern und Herstellungsprozessen der Leiterplatte und behindern außerdem das Verkleinern der Platte.
Des Weiteren offenbart der Stand der Technik EP 0 955 795 A2 eine Leiterplatte, die ein isolierendes Substrat mit einem Kontaktloch, das mit einer leitenden Paste gefüllt ist, aufweist, wobei leitende Schichten an beiden Seiten des isolierenden Substrats ausgebildet sind. Die leitende Paste umfasst (a) 30 bis 70 Volumenprozent leitende Teilchen, deren durchschnittlicher Durchmesser in dem Bereich von 0,5 bis 20 μm liegt und deren spezifische Oberfläche in dem Bereich von 0,05 bis 1,5 m²/g liegt, und (b) 70 bis 30 Volumenprozent Harz, wobei dies wenigstens 10 Gew.-% Epoxidharz enthält.
Der Stand der Technik JP 11251703 betrifft ebenfalls eine Leiterplatte. Diese bekannte Platte ist mit einer Isolierschicht mit Durchgangslöchern, die mit einer leitenden Zusammensetzung gefüllt sind, versehen.
OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG
Die vorgenannten Probleme werden durch eine Leiterplatte gemäß der Definition in Anspruch 1 gelöst. Eine bevorzugte Ausführung davon wird in Anspruch 2 definiert. Zur Lösung der Probleme in Verbindung mit den Verfahren nach dem Stand der Technik stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß der Definition in Anspruch 3 bereit. Bevorzugte Ausführungen des erfinderischen Verfahrens werden jeweils in den abhängigen Ansprüchen 4 bis 12 definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A bis 1D sind Schnittansichten einer Leiterplatte, die ein Verfahren zum Herstellen der Platte nach der beispielhaften Ausführung 1 der vorliegenden Erfindung darstellen.
2A bis 2D sind Schnittansichten einer Leiterplatte, die ein Verfahren zum Herstellen der Platte nach der beispielhaften Ausführung 2 der Erfindung darstellen.
3A bis 3D sind Schnittansichten einer Leiterplatte, die ein Verfahren zum Herstellen der Platte nach der beispielhaften Ausführung 3 der vorliegenden Erfindung darstellen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
(Beispielhafte Ausführung 1)
1A bis 1D sind Schnittansichten einer Leiterplatte nach der beispielhaften Ausführung 1 der vorliegenden Erfindung. Das isolierende Substrat 101 kann eine Glas-Epoxid-Platte, die aus Glasgewebe, das mit Epoxidharz imprägniert und/oder beschichtet ist, hergestellt ist, eine Harzplatte, die aus Gewebe oder Vliesstoff aus Harzfasern hergestellt ist, wie Aramid, das mit Harz, wie Epoxid, imprägniert ist, oder eine Folienplatte sein, die aus einer Kunststofffolie hergestellt ist, wie Polyimid, das mit Harz, wie Haftmaterial, beschichtet ist. Das isolierende Substrat 101 wird mittels Laserstrahl unter Verwendung von Kohlendioxid, YAG und Ähnlichem oder mittels Bohren mit einem Durchgangsloch (Kontaktloch) 102 versehen, wie in 1A gezeigt. Es ist vorteilhafter, dass das Kontaktloch 102 mittels Laserbearbeitung ausgebildet wird statt durch ein mechanisches Verfahren unter Verwendung eines Bohrers, da das Loch seinen kleinen Durchmesser und seine glatte Umfangskante erhalten kann als sei es geschmolzen, wobei dies für eine Füllung mit leitendem Material bei einem nachfolgenden Prozess effektiv ist.
Das in dem isolierenden Substrat 101 ausgebildete Kontaktloch 102 wird dann mit leitendem Material (d. h. leitende Paste) 103 gefüllt, wie in 1B gezeigt. Das leitende Material 103 kann Pastenmaterial verwenden, das ein körniges Metall in einer Form von feinen kugelförmigen oder schuppigen Teilchen von ungefähr 0,1 μm bis 50 μm, gemischt mit organischem Lösungsmittel und/oder Harz, enthält. Das Metall kann Kupfer, eine Legierung aus Kupfer und Silber oder Kupfer, dessen Oberfläche mit einem anderen Metall, wie Silber, Gold oder Ähnliches, beschichtet oder legiert ist. Mit Kupfer können Teilchen kugelförmiger Form kostengünstig hergestellt werden. Kupfer kann mit an derem Metall geringerer Härte und niedrigerem elektrischen Widerstand als diejenigen von Kupfer, wie zum Beispiel Silber, Gold oder Ähnliches, gemischt werden oder auf seiner Oberfläche damit beschichtet werden. Das Silber oder Gold kann durch Pressbearbeitung in einem nachfolgenden Prozess umgewandelt werden. Folglich kann ein solches Metall niedrigeren Widerstands den Kontaktwiderstand weiter verringern, da die Teilchen vergrößerte Kontaktflächenbereiche an dem Kupfer aufweisen. Das leitende Material 103 kann mit einem solchen Verfahren in das Kontaktloch 102 gefüllt werden, bei dem das leitende Material 103 auf eine Seite des Kontaktloches 102 gedruckt wird, während die andere Seite zum Beispiel unter Vakuum angesaugt wird. Das leitende Material 103, d. h. die leitende Paste, enthält erfindungsgemäß 50 Gew.-% oder weniger an Kupfer.
Dann werden leitende Schichten 104, wie zum Beispiel Kupferfolien, auf jeweilige Seiten des isolierenden Substrats 101 aufgebracht, das das mit leitendem Material 103 gefüllte Kontaktloch 102 aufweist, wie in 1C gezeigt. Das Metall 105, das mit Kupfer legiert werden kann, wird auf die leitende Schicht 104 aufgetragen, wobei es wenigstens in einem Bereich in Kontakt mit leitfähigem Material 103 aufgetragen wird. Das Metall 105 hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer und wird mit Kupfer legiert durch eine temperaturunabhängige Reaktion, wie Anhaftung oder Druckverbindung zwischen den Metallen durch einen bei der Pressbearbeitung angewendeten Druck und/oder durch eine Wärmeenergie, die durch Pressen unter Wärmeeinwirkung abgegeben wird, das sie erwärmt, während ein Druck bei dem Prozess angewendet wird, wobei dies später beschrieben wird. Das Metall 105 wird mit jeder der leitenden Schichten 104 verbunden, indem Metall mit vergleichsweise niedrigem Schmelzpunkt, wie Zinn, Zink, Silber, Palladium, Indium oder Wismut, durch ein Verfahren, wie Plattieren, thermisches Spritzen, aufgetragen wird. Bei dieser Ausführung wird das Metall 105, wenn es eine körnige Form aufweist, leicht legiert, da Kontaktbereiche zwischen den Körnchen kleiner werden, wobei die Energie der Reaktion in Bezug auf Druck und Temperatur, die sie pro Flächeneinheit empfangen, erhöht wird. Die leitenden Schichten 104, die auf beide Seiten des isolierenden Substrats 101 aufgebracht wurden, werden dann bei gleichzeitigem Erwärmen mit wenigstens einem Druck und einer Temperatur, die Anhaftung zwischen dem isolierenden Substrat 101 und den leitenden Schichten 104 erzeugen, extern gepresst. Die Temperatur muss eine Legierung des mit Kupfer zu legierenden Metalls ausbilden. Die Temperatur ist vorzugsweise 120 °C oder höher, aber 300 °C oder nied riger, wobei ein Bereich von 200 °C bis 270 °C stärker zu bevorzugen ist. Zusätzlich gilt: Je höher der bei diesem Prozess angewendete Druck ist, desto besser sind die Ergebnisse davon. Der Druck komprimiert isolierendes Harz 101 nicht übermäßig und beträgt daher zum Beispiel 200 kg/cm² oder weniger. Indium und Wismut weisen Schmelzpunkte von 157 °C bzw. 271 °C auf, die so niedrig sind wie bei Zinn. Sie beginnen Reaktionen, z. B. des Legierens, bei Temperaturen, die im Allgemeinen in dem Bereich von 60 bis 70 % ihrer Schmelzpunkte liegen. Die Reaktionen werden bei diesem Prozess weiter beschleunigt, wenn sie zusätzliche Energie z. B. von Druck oder mechanischer Aktivität empfangen. Legierungsschichten, die Zinn enthalten, das einen Schmelzpunkt von 232 °C hat, während Kupfer den von 1084 °C von Kupfer hat, weisen einen wünschenswerten Zustand für einen elektrischen Widerstand und mechanische Festigkeit auf. Zinn kann lediglich mit einem Anteil von ungefähr 10 % oder weniger des gesamten Kupfers legiert werden. Darüber hinaus sind Zink, Silber und Palladium mit Schmelzpunkten von 419 °C, 962 °C bzw. 1554 °C in der Lage, den Kontaktwiderstand im Wesentlichen zu senken, da sie Diffusionsschichten ausbilden und/oder weil sie Anhaftung oder Druckverbindung erzeugen, auch wenn sie nicht schmelzen, um legiert zu werden.
Die Reaktionsschichten 106 werden, wie in 1D gezeigt, durch Anhaftung, Druckverbindung und/oder Legierung an Verbindungsabschnitten an Grenzen zwischen leitenden Schichten 104 und dem in das Kontaktloch gefüllten leitenden Material 103 ausgebildet. Kupfer und Metall 105, das zum Ausbilden der Reaktionsschichten 106 mit dem Kupfer zu legieren ist, erzeugen Diffusionsschichten und/oder Legierungsschichten lediglich auf Kupferoberflächen praktisch ohne die Notwendigkeit, das Kupfer zu schmelzen. Dies erhöht die mechanische Festigkeit und senkt elektrischen Widerstand an den Verbindungsabschnitten. Zusätzlich stellt das Kupfer, da es seinen niedrigen Innenwiderstand behält, die Verbindungsabschnitte mit einem niedrigen Widerstand und hoher mechanischer Festigkeit bereit.
(Beispielhafte Ausführung 2)
2A bis 2D sind Schnittansichten einer Leiterplatte nach der beispielhaften Ausführung 2 der vorliegenden Erfindung.
Das isolierende Substrat 201, das zum Beispiel aus einer Glas-Epoxid-Platte, einer Harzplatte oder einer Folienplatte hergestellt ist, ist, wie in 2A gezeigt, mit dem Kontaktloch 202 versehen, das auf die gleiche Weise, wie bei Ausführung 1 beschrieben, darin ausgebildet ist. Dann wird das in dem isolierenden Substrat 201 ausgebildete Kontaktloch 202 mit leitendem Material 203 gefüllt, das kein Kupfer enthält, aber aus Metall, das eine Legierung mit Kupfer ausbildet, besteht, wie in 2B gezeigt. Das leitende Material 203 kann mit einem Verfahren, wie das Drucken leitenden Materials 203 auf eine Seite des Kontaktloches 202, während die andere Seite unter Vakuum angesaugt wird, in das Kontaktloch 202 gefüllt werden. Das leitende Material 203 hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer und wird mit Kupfer legiert durch eine temperaturunabhängige Reaktion, wie Anhaftung oder Druckverbindung zwischen diesen Metallen durch einen bei der Pressbearbeitung angewendeten Druck und/oder durch eine Wärmeenergie, die durch Pressen unter Wärmeeinwirkung abgegeben wird, das sie erwärmt, während ein Druck bei dem Prozess angewendet wird, der später beschrieben wird. Das leitende Material 203 kann auf geeignete Weise Weichmetall verwenden, wie Zinn, Zink, Silber, Palladium, leitendes Indium, Wismut, die vergleichsweise niedrige Schmelzpunkte und niedrige Härten aufweisen. Die Metalle können als Material von bleifreiem Lot verwendet werden, das kein schädliches Blei enthält. Das leitende Material 203 kann auf geeignete Weise in einer Pastenform ausgebildet sein, die aus körnigem Metall in einer Form von feinen kugelförmigen oder schuppigen Teilchen von ungefähr 0,1 μm bis 50 μm, gemischt mit organischem Lösungsmittel und/oder Harz, hergestellt ist. Das Metall weist einen relativ hohen Schmelzpunkt und hohe Härte auf und enthält kein Kupfer. Das Metall kann ein anderes Metall außer Kupfer sein, das eine mit dem vorgenannten Metall beschichtete Oberfläche aufweist, eine Legierung des vorgenannten Metalls oder ein anderes reines Metall sein.
Nächstfolgend werden leitende Schichten 204, die aus Kupferfolien oder Ähnlichem hergestellt sind, auf beide Seiten des isolierenden Substrats 201 aufgebracht, das das mit leitendem Material 203 gefüllte Kontaktloch 202 aufweist, wie in 2C gezeigt. Die leitenden Schichten 204 werden dann bei gleichzeitigem Erwärmen von außen mit wenigstens einem Druck und einer Temperatur gepresst, die Anhaftung zwischen dem isolierenden Substrat 201 und den leitenden Schichten 204 erzeugen. Die Temperatur kann vorzugsweise 120 °C oder höher, aber 300 °C oder niedriger, sein, und kann eine Reaktion zum Ausbilden einer Legierung zwischen dem leitenden Material 203 und den leitenden Schichten 204 induzieren. Stärker zu bevorzugen ist, dass die Temperatur in einem Bereich zwischen 200 °C bis 270 °C liegt. Zusätzlich gilt: Je höher der bei diesem Prozess angewendete Druck ist, desto besser sind die Ergebnisse davon. Der Druck komprimiert das isolierende Substrat 201 nicht übermäßig und beträgt daher zum Beispiel 200 kg/cm² oder weniger. Das leitende Material 203 kann auf Grund seiner körnigen Form, die einen kleineren Kontaktbereich als die Körnchen aufweist, leicht legiert werden, wobei die Energie der Reaktion in Bezug auf Druck und Temperatur, die sie pro Flächeneinheit empfangen, erhöht wird. Zusätzlich erhöht das leitende Material 203, da es in das Kontaktloch 202 gefüllt wird und Weichmetall niedriger Härte enthält, Kontaktbereiche durch Verformung als Ergebnis eines Drucks von Pressbearbeitung, wobei ein elektrischer Widerstand in dem Kontaktloch 202 gesenkt wird. Nickel, Chrom, Molybdän und Wolfram, die hohe Härte und einen hohen Schmelzpunkt aufweisen, sind für ein zu beschichtendes Kernmaterial effektiv. Sie helfen dem Druck, bei der Pressbearbeitung effektiver auf das leitende Material 203 zu wirken, da das leitende Material 203 aus Weichmetall mit einer vergleichsweise niedrigen Härte besteht. Mit anderen Worten fördern sie nicht nur das Legieren des leitenden Materials 203 selbst, sondern vergrößern außerdem den Kontaktbereich, der den Kontaktwiderstand verringern kann, durch die Pressbearbeitung.
Die Reaktionsschichten 206 werden, wie in 2D gezeigt, durch die Pressbearbeitung ausgebildet, die Anhaftung, Druckverbindung und/oder Metalllegierung aus Kupfer und dem mit Kupfer zu legierenden Metall, wie oben besprochen, an Verbindungsabschnitten an Grenzen zwischen leitenden Schichten 204 und dem in das Kontaktloch gefüllten leitenden Material 203 erzeugt. Es ist praktisch nicht notwendig, das Kupfer in den Reaktionsschichten 206 zu schmelzen, wenn das Kupfer und das mit dem Kupfer zu legierende Material 203 verwendet werden. Dies kommt daher, weil die Reaktionsschichten 203 durch Diffusion und/oder Legierung lediglich auf Oberflächen des Kupfers ausgebildet werden müssen. Dies kann somit die mechanische Festigkeit der Verbindungsabschnitte erhöhen und einen elektrischen Widerstand senken. Zusätzlich stellt das Kupfer, da es seinen niedrigen Innenwiderstand behält, die Verbindungsabschnitte mit einem niedrigen Widerstand und hoher mechanischer Festigkeit bereit. Die Reaktionsschichten 206 beginnen Reaktionen, um zum Beispiel eine Legierung auszubilden, bei einer Temperatur von im Allgemeinen 60 bis 70 % ihres Schmelzpunktes, ähnlich wie bei der Ausführung 1. Die Reaktionen werden noch weiter beschleunigt, wenn sie zu sätzliche Energie zum Beispiel von Druck oder mechanischer Aktivität erhalten. Die Legierungsschichten befinden sich in einem wünschenswerten Zustand für einen elektrischen Widerstand und mechanische Festigkeit, wenn Zinn lediglich mit einem Anteil von ungefähr 10 % oder weniger des gesamten Kupfers legiert wird. Darüber hinaus können die Kontaktwiderstände der Schichten weiter gesenkt werden, da sie Diffusionsschichten ausbilden und/oder weil sie Anhaftung oder Druckverbindung erzeugen, selbst wenn sie nicht legiert sind.
(Beispielhafte Ausführung 3)
3A bis 3D sind Schnittansichten einer Leiterplatte, die ein Verfahren zum Herstellen der Platte nach der beispielhaften Ausführung 3 der vorliegenden Erfindung darstellen.
Wie in 3A gezeigt wird, ist das isolierende Substrat 301, das zum Beispiel aus einer Glas-Epoxid-Platte, einer Harzplatte oder einer Folienplatte hergestellt ist, ähnlich wie die Ausführungen 1 und 2, mit dem darin ausgebildeten Kontaktloch 302 versehen. Dann wird das Kontaktloch 302 mit leitendem Material 303 gefüllt, das Kupfer und ein anderes Metall, das mit Kupfer legiert werden kann, enthält, wie in 3B gezeigt. Das leitende Material 303 kann mit einem Verfahren, wie das Drucken leitenden Materials 303 auf eine Seite des Kontaktloches 302, während die andere Seite unter Vakuum angesaugt wird, in das Kontaktloch 302 gefüllt werden. Das in dem leitenden Material 303 enthaltene Metall, das mit Kupfer zu legieren ist, hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer und wird mit Kupfer legiert durch eine temperaturunabhängige Reaktion, wie Anhaftung oder Druckverbindung zwischen diesen Metallen durch einen bei der Pressbearbeitung angewendeten Druck und/oder durch eine Wärmeenergie, die durch Pressen unter Wärmeeinwirkung abgegeben wird, das sie erwärmt, während ein Druck bei dem Prozess angewendet wird, der später beschrieben wird. Das Metall kann auf geeignete Weise Zinn, Zink, Silber, Palladium, leitendes Indium oder Wismut verwenden, das Weichmetall mit vergleichsweise niedrigem Schmelzpunkt und niedriger Härte ist. Das für leitendes Material 303 geeignete Material befindet sich in Pastenform, die aus körnigem Metall in einer Form von feinen kugelförmigen oder schuppigen Teilchen von ungefähr 0,1 μm bis 50 μm, gemischt mit organischem Lösungsmittel und/oder Harz, hergestellt ist. Das Metall kann Kupfer oder ein anderes Metall mit relativ hohem Schmelzpunkt und hoher Härte, das eine mit dem vorgenannten Metall beschichtete Oberfläche aufweist, eine Legierung aus Kupfer mit dem vorgenannten Metall oder ein anderes reines Metall sein.
Nächstfolgend werden leitende Schichten 304, die aus Kupferfolien oder Ähnlichem bestehen, auf beide Seiten des isolierenden Substrats 201 aufgebracht, das das mit leitendem Material 303 gefüllte Kontaktloch 302 aufweist, wie in 3C gezeigt. Die leitenden Schichten 304 werden dann bei gleichzeitigem Erwärmen von außen mit wenigstens einem Druck und einer Temperatur gepresst, die Anhaftung zwischen dem isolierenden Substrat 301 und den leitenden Schichten 304 erzeugen. Die Temperatur kann vorzugsweise 120 °C oder höher, aber 300 °C oder niedriger, sein, wobei dies bewirkt, dass das Kupfer in den leitenden Schichten 304 eine Legierung mit dem in dem leitenden Material 303 enthaltenen Metall ausbildet und dass das Kupfer in dem leitenden Material 303 mit dem vorgenannten Metall legiert wird. Stärker zu bevorzugen ist, dass die Temperatur zwischen 200 °C und 270 °C liegt. Zusätzlich gilt: Je höher der bei diesem Prozess angewendete Druck ist, desto besser sind die Ergebnisse davon. Der Druck komprimiert das isolierende Substrat 301 jedoch nicht übermäßig und beträgt daher vorzugsweise 200 kg/cm² oder weniger. Das leitende Material 303 kann auf Grund seiner körnigen Form, die einen kleineren Kontaktbereich zwischen den Körnchen aufweist, leicht legiert werden, wobei die Energie der Reaktion in Bezug auf Druck und Temperatur, die sie pro Flächeneinheit empfangen, erhöht wird. Zusätzlich weist das leitende Material 303, da es in das Kontaktloch 302 gefüllt wird und Weichmetall niedriger Härte enthält, einen Kontaktbereich auf, der durch Verformung als Ergebnis eines Drucks von Pressbearbeitung vergrößert ist, wobei ein elektrischer Widerstand in dem Kontaktloch 302 gesenkt wird. Kupfer ist als zu beschichtendes Kernmaterial für leitendes Material 303 geeignet, da es relativ kostengünstig ist, einen niedrigen elektrischen Widerstand hat und leicht feine Teilchen kugelförmiger Form ausbildet. Selbst mit einem solchen Metall mit relativ hohem Schmelzpunkt und hoher Härte wirkt der Druck bei der Pressbearbeitung auf das leitende Material 303 effektiver, da das Metall außerdem das Weichmetall mit vergleichsweise niedriger Härte enthält. Dies fördert nicht nur das Legieren des leitenden Materials 303 selbst, sondern vergrößert außerdem den Kontaktbereich und verringert den Kontaktwiderstand durch die Pressbearbeitung und durch den niedrigen elektrischen Widerstand.
Kupfer ist in dem leitenden Material 303 mit 50 % oder weniger für den elektrischen Widerstand enthalten, wobei ein Anteil von 10 % oder weniger sowohl für den elektrischen Widerstand als auch für mechanische Festigkeit stärker zu bevorzugen ist. Darüber hinaus können die Kontaktwiderstände zwischen dem leitenden Material 303 und den leitenden Schichten 304 weiter verringert werden, da sie Diffusionsschichten ausbilden und/oder weil sie Anhaftung oder Druckverbindung erzeugen, selbst wenn sie nicht legiert sind.
Die Reaktionsschicht 306 wird, wie in 3D gezeigt, durch die Pressbearbeitung ausgebildet, die Anhaftung, Druckverbindung und/oder Legierung aus Kupfer und dem mit Kupfer zu legierenden Metall, wie oben besprochen, an Verbindungsabschnitten an Grenzen zwischen leitenden Schichten 304 und dem leitenden Material 303 sowie an einem Inneren des Kontaktloches 302 erzeugt. Daher muss das Kupfer in der Reaktionsschicht 306, die das Kupfer und das vorgenannte Metall enthält, nicht schmelzen. Das Kupfer bildet Diffusionsschichten oder Legierungsschichten lediglich auf Oberflächen des Kupfers aus. Dies verbessert die mechanische Festigkeit und verringert den elektrischen Widerstand der Reaktionsschicht 306 und versieht somit Verbindungsabschnitte mit niedrigem Widerstand und hoher mechanischer Festigkeit, da die Inneren einzelner Kupferteilchen, die in der Reaktionsschicht 306 enthalten sind, ihren niedrigen Innenwiderstand behalten. Die Reaktionsschicht 306 beginnt die Reaktion, um zum Beispiel eine Legierung auszubilden, bei einer Temperatur von im Allgemeinen 60 bis 70 % des Schmelzpunktes, ähnlich wie bei der Ausführung 1. Die Reaktion wird noch weiter beschleunigt, wenn sie zusätzliche Energie zum Beispiel von Druck oder mechanischer Aktivität erhält.
Die Reaktionsschichten werden durch Anhaftung, Druckverbindung und/oder Legierung an Verbindungsabschnitten an den Grenzen zwischen den leitenden Schichten und dem in das Kontaktloch gefüllten leitenden Material ausgebildet. Folglich wird die Leiterplatte mit einem niedrigen Widerstand und hoher mechanischer Festigkeit an den Verbindungsabschnitten versehen, da die Reaktionsschichten hohe mechanische Festigkeit und niedrigen elektrischen Widerstand aufweisen, während das Innere des darin enthaltenen Kupfers seinen niedrigen Innenwiderstand behält. Zusätzlich wird ein Widerstand der leitenden Schichten auf beiden Seiten des isolierenden Substrats an dem Kontaktloch verringert, da ein Inneres der Reaktionsschicht den Widerstand des Kontaktloches verringert. Darüber hinaus erhöht sich die mechanische Festigkeit und die Zuverlässigkeit verbessert sich durch mechanisches Sichern der Verbindungen. Darüber hinaus kann, da das Kontaktloch mit dem leitenden Material gefüllt ist, ein Bauteil auf einer Oberfäche der leitenden Schicht einschließlich eines Bereiches über dem Kontaktloch angebracht werden, wobei dies das Verkleinern der Leiterplatte sowie die Verdrahtungsflexibilität verbessert.
Die vorliegende Erfindung stellt den gleichen Effekt für eine Leiterplatte bereit, bei der eine leitende Schicht zuvor auf lediglich einer Seite eines Kontaktloches, d. h. ein blindes Kontaktloch, ausgebildet wird. Zusätzlich kann ein ähnlicher Vorteil bei einer mehrschichtigen Platte erzielt werden, die durch Wiederholen des Prozesses hergestellt wird, der bei einer der vorgenannten Ausführungen beschrieben wird. Ein gleicher Vorteil wird außerdem mit einer Leiterplatte erzielt, die eine leitende Schicht aufweist, die zuvor durch Transfer einer mit einem Muster ausgebildeten Metallfolie hergestellt wird.
Bei den vorgenannten beispielhaften Ausführungen sind die leitenden Schichten Kupferfolien und das leitende Material enthält Kupfer und ein anderes Metall, das mit Kupfer legiert wird. Die leitende Schicht kann aus einer anderen leitenden Substanz an Stelle von Kupfer bestehen und das leitende Material kann ein weiteres Material zusätzlich zu Kupfer enthalten, das mit der Substanz legiert werden kann, um gleiche Vorteile zu erreichen.
GEWERBLICHE VERWERTBARKEIT
Bei der Leiterplatte der vorliegenden Erfindung werden ein leitendes Material, das in ein Kontaktloch, das in einem isolierenden Substrat ausgebildet ist, gefüllt ist, und leitende Schichten auf beiden Seiten des isolierenden Substrats elektrisch sowie mechanisch mit hoher Zuverlässigkeit sicher verbunden, indem eine Metalllegierung eines Teils von Metallen ausgebildet wird, die die Schichten und das Material bilden.

101, 201, 301: Isolierendes Substrat
102, 202, 302: Kontaktloch
103, 203, 303: Leitendes Material
104, 204, 304: Leitende Schicht
105: Metall, das mit Kupfer legiert werden kann
106, 206, 306: Reaktionsschicht

Claims

Leiterplatte, die umfasst: ein isolierendes Substrat (101), in dem ein Kontaktloch (102) ausgebildet ist; eine leitende Paste (103), die Kupfer enthält und in das Kontaktloch (102) gefüllt ist; leitende Schichten (104) jeweils an beiden Seiten des isolierenden Substrats (101); Reaktionsschichten (106), die zwischen den leitenden Schichten (104) und der leitenden Paste (103) ausgebildet sind und aus einer Legierung bestehen, die Material der leitenden Paste (103) und der leitenden Schichten (104) enthält; dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Paste 50 Gew.-% oder weniger an Kupfer enthält.
Leiterplatte nach Anspruch 1, wobei die leitenden Schichten (104) Kupfer enthalten, und wobei die Reaktionsschichten (106) Kupfer der leitenden Schichten (104) enthalten.
Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, das die folgenden Schritte umfasst: Füllen eines Kontaktlochs (102), das in einem isolierenden Substrat (101) ausgebildet ist, mit einer leitenden Paste (103), die Kupfer enthält; Anordnen leitender Schichten (104) jeweils an beiden Seiten des isolierenden Substrats (101); und Ausbilden von Reaktionsschichten (106) zwischen den leitenden Schichten (104) und der leitenden Paste (103) mit Material der leitenden Paste (103) und der leitenden Schichten (104) durch Einwirken von Wärme, wenn die leitenden Schichten (104) aneinandergepresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Schichten (104) jeweils ein Teilchen enthaltendes Metall (105) einschließen, das mit Kupfer zu legieren ist und auf eine Oberfläche der leitenden Schichten (104) aufgebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die leitenden Schichten (104) Kupfer enthalten, wobei die leitende Paste (103) Teilchen einschließt, die Metall enthalten.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das in der leitenden Paste (103) enthaltene Metall einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als Kupfer.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das in den leitenden Schichten enthaltene Metall einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als Kupfer.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die leitenden Schichten (104) Kupfer enthalten, wobei die leitende Paste (103) Metall enthält, das mit Kupfer legiert werden kann, und wobei der Schritt des Ausbildens der Reaktionsschichten (106) den Schritt des Ausbildens der Legierung umfasst, die wenigstens einen Teil des Kupfers enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das in der leitenden Paste (103) enthaltene Metall einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als Kupfer.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Anordnens der leitenden Schichten (104) den Schritt des Pressens der leitenden Schichten (104) auf das isolierende Substrat (101) umfasst, und wobei der Schritt des Ausbildens der Reaktionsschichten (106) den Schritt des Zusammendrückens der leitenden Paste (103) simultan zu dem Schritt des Pressens der leitenden Schichten (104) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Anordnens der leitenden Schichten (104) den Schritt des Pressens der leitenden Schichten (104) auf das isolierende Substrat (101) unter Wärmeeinwirkung umfasst, und wobei der Schritt des Ausbildens der Reaktionsschichten (106) den Schritt des Zusammendrückens und Erhitzens der leitenden Paste (103) simultan zu dem Schritt des Pressens der leitenden Schichten (104) unter Wärmeeinwirkung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die leitenden Schichten (104) Kupfer enthalten, und wobei die leitende Paste (103) Metall enthält, das einen Schmelzpunkt hat, der niedriger ist als eine Temperatur in dem Schritt des Pressens der leitenden Schichten (104) unter Wärmeeinwirkung.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die leitenden Schichten (104) Kupfer enthalten, und wobei die leitende Paste (103) Zinn, Zink, Silber, Palladium, Indium oder Wismut enthält.