EP0738456A1 - Verfahren zur herstellung einer durchkontaktierung auf einer leiterplatte - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer durchkontaktierung auf einer leiterplatte

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EP0738456A1
EP0738456A1 EP95935814A EP95935814A EP0738456A1 EP 0738456 A1 EP0738456 A1 EP 0738456A1 EP 95935814 A EP95935814 A EP 95935814A EP 95935814 A EP95935814 A EP 95935814A EP 0738456 A1 EP0738456 A1 EP 0738456A1
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EP
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circuit board
bores
copper
printed circuit
metallization
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EP95935814A
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English (en)
French (fr)
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Wolf Backasch
Rolf Hohmann
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Blaupunkt Werke GmbH
Original Assignee
Blaupunkt Werke GmbH
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Publication date
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    • Y10T29/49155—Manufacturing circuit on or in base
    • Y10T29/49165—Manufacturing circuit on or in base by forming conductive walled aperture in base

Definitions

  • the invention is based on a method for producing a plated-through hole on a printed circuit board or on a printed circuit board according to the independent claims 1 and 9.
  • the copper-clad printed circuit board is initially at the intended locations to drill through holes and to metallize the inner wall of the hole by copper plating using a galvanic process.
  • the copper is deposited not only on the wall of the hole, but on the entire copper surface.
  • the metallized bores and the locations which later form the conductor tracks are then covered by means of an etching protective lacquer or resist film.
  • the method according to the invention or the printed circuit board with the characterizing features of the independent claims 1 and 9 has the advantage over the fact that no additional metal is deposited on the copper-ceramic plate which then has to be etched away again. Furthermore, there is the advantage that the plated-through holes can be used for the push-through installation of the connecting wires of the components, so that additional holes are omitted and space on the circuit board is thus saved. Furthermore, the workflow in the manufacture of such a printed circuit board is simplified, so that it also saves costs.
  • the measures listed in the dependent claims provide advantageous developments and improvements to the method according to the invention and the printed circuit board. It is particularly advantageous that the catalyst is applied either after drilling or after structuring the circuit board. As a result, during the subsequent electrochemical metallization, the metal can be applied directly to the catalytic converter. sator are applied without this having to be reactivated.
  • Part of the bore still remains continuous so that it can still accommodate the connecting wires of the components.
  • Nickel or nickel compounds are used for the electrochemical metallization. Nickel layers are resistant to corrosion, so that the surface of the circuit board does not have to be protected by an additional passivation layer.
  • the conductor tracks can preferably be coated with palladium or connecting lands with a gold layer.
  • thin bonding wires can advantageously also be used by the usual bonding methods, for example nailhead or thermo-compression. These bond wires can then be bonded directly to corresponding lands of an integrated circuit that is applied as a chip.
  • FIGS. 1a to 1g show sectional images of a first exemplary embodiment
  • FIGS. 2a to 2c show sectional images of a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a circuit board with components in the cutout.
  • FIG. 1 a shows a section of a printed circuit board 1, into which a vertical bore 3 has been made.
  • the circuit board is laminated on its top and bottom with a layer of copper 2.
  • the bores 3 are made at predetermined locations with a certain diameter.
  • the wall of the hole 3 is provided with an oat mediator according to FIG. 1b.
  • a chemically or galvanically applied thin copper layer of approx. 3 to 10 is used as an adhesion promoter
  • the wall of the bore 3 is covered with a catalyst 4, which causes the later metallization of the printed circuit board and the bores.
  • the catalyst is stabilized by an annealing process.
  • Palladium is preferably used as the catalyst.
  • an etching protective layer 5 is applied with a suitable masking step, for example by printing or lithographic masking, in such a way that a partial area, preferably in the form of a ring, is covered around the bore.
  • the etch protection layer or the etch protection lacquer 5 simultaneously covers the holes 3 on the printed circuit board 1 and also all the locations which are later to form the conductor tracks 2b.
  • the protective etching varnish 5 After the application of the protective etching varnish 5, the free copper surfaces according to the Figure ld etched free and then the etching protective lacquer 5 removed. As a result, the solder pads 2a formed, the catalyst 4 in the bore 3 and the conductor tracks 2b remain.
  • the locations of the printed circuit board 1 are covered according to the figure le, which should not be wetted by the subsequent metallization.
  • the solder pads 2a and the conductor tracks 2b to be wetted are left free.
  • conductor tracks for example on the underside according to the figure le, can also be completely covered so that they cannot be metallized.
  • the free areas are electrochemically metallized, in particular in the case of the holes 3, the metal connects continuously around the soldering eyes 2a, via the catalyst 4.
  • the metallized bore 8 is sleeve-shaped *, so that legs of a component to be assembled can still be inserted into the opening.
  • Nickel or nickel compounds are advantageously used for the metallization 7, so that the metallized ones
  • a further masking step can now be carried out, in which the non-metallized conductor track or parts of the conductor track 2b at position 9 are covered, for example, with a protective layer made of palladium or gold.
  • a thin bonding wire can then be bonded to these areas according to the known bonding methods, the second end of the bonding wire being bonded to the chip 23 of the integrated circuit with a corresponding land.
  • FIGS. 2a to 2c show modified working steps of the manufacturing method according to the invention as a second exemplary embodiment.
  • a double-sided laminated circuit board 1 is assumed, into which one or more holes 3 have been made.
  • the hole 3 is now covered with the protective etching lacquer 5.
  • the soldering eyes 2a at the holes 3 and the conductor tracks 2b then remain in accordance with FIG. 2c.
  • the catalyst 4 is now applied to the inner wall of the bore 3.
  • the further process steps then take place as in the first exemplary embodiment in accordance with FIGS. 1e, 1f and 1g.
  • the second exemplary embodiment therefore differs essentially in that the catalyst 4 is introduced into the bores 3 only after the application of the solder eyes and the conductor tracks. This results in the advantage that reactivation of the catalyst 4 is not necessary, since the subsequent process steps can be used without a great time delay and the catalyst 4 thus remains effective.
  • FIG. 3 shows a section of the invention
  • Printed circuit board 1 in which a component 20 is inserted with its two connecting wires 21 into the metallized bore 8.
  • the connecting wires 21 are wetted with solder 22 in a soldering process in such a way that they connect to the metallization 7.
  • a chip 23 with an integrated circuit is applied to the circuit board 1 on part of a conductor track 2b, a country. Between a connection point of the chip 23, a bonding wire 24 is guided to a further conductor track 2b, which was previously covered with a metallic protective layer 19, for example a gold layer. was covered.
  • the bonding wire 24 can be bonded to this gold layer using known manufacturing processes.

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Printing Elements For Providing Electric Connections Between Printed Circuits (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

Erfindungsgemäss wird ein Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung auf einer Leiterplatte vorgeschlagen, bei dem die Leiterplatte zunächst gebohrt, katalysiert und strukturiert wird. Danach wird in einem elektrochemischen Abscheidungsprozess die Durchkontaktierung derart aufgebaut, dass die Durchkontaktierung für die Durchsteckmontage von elektrischen Bauelementen nutzbar ist. Die Metallisierung (7) wird vorzugsweise mit Nickel oder Nickelverbindungen durchgeführt, so dass kein zusätzlicher Korrosionsschutz erforderlich ist. Durch Überziehen von Anschlusslands (2b) mit Gold oder Palladium kann direkt auf die Anschlusslands gebondet werden.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung auf einer Leiterplatte
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung auf einer Leiterplatte bzw. von ei¬ ner Leiterplatte nach den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 9. Bei der Herstellung einer Durchkontaktierung auf einer mehrlagigen Leiterplatte ist schon bekannt, zunächst die kupferkaschierte Leiterplatte an den vorgesehenen Stellen für die Durchkontaktierung zu durchbohren und mittels eines galvanischen Prozesses die Innenwandung der Bohrung durch Kupferabscheidung zu metallisieren. Dabei wird das Kupfer nicht nur auf die Wandung der Bohrung, sondern auf die ganze Kupferfläche abgeschieden. Anschließend werden die metalli¬ sierten Bohrungen und die Stellen, die später die Leiterbah¬ nen bilden, mittels eines Ätzschutzlackes oder Resistfilmes abgedeckt. Die nicht abgedeckten Kupferflächen werden her¬ ausgeätzt, so daß nach dem Ablösen des Ätzschutzlackes die gewünschten Leiterbahnen sowie die metallisierten Durchkon- taktierungen bestehen bleiben. Bei der Metallisierung der Wandung wird dabei zwangsläufig zusätzlich Kupfer auf die Kupferflächen der Leiterplatte abgeschieden. Dieses zusätz¬ liche Kupfer muß später beim Ätzen jedoch wieder abgelöst werden, wodurch der Herstellprozeß für die Leiterplatte ver¬ teuert wird. Bekannt ist weiter, auf einer nicht kaschierten Leiterplatte im Siebdruckverfahren eine leitfähige Paste aufzudrucken, die gleichzeitig die Bohrungen ausfüllt und somit eine Durchkontaktierung bildet. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Durchkontaktierung zur Aufnahme eines Anschlußdrahtes eines elektrischen Bauelementes bei dem Verfahren der Durchsteckmontage nicht mehr verwendet werden kann, da die Bohrungen mit der Leitpaste verschlossen sind. Es müssen dann zusätzliche Bohrungen vorgesehen wer¬ den, durch die die Anschlußdrähte der Bauelemente gesteckt werden. Diese zusätzlichen Bohrungen benötigen jedoch einen zusätzlichen Platz, der insbesondere bei einer Mehrlagenver¬ drahtung auf der Leiterplatte nicht immer vorhanden ist.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Leiterplatte mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 9 hat demgegenüber den Vorteil, daß auf der kupferka- εchierten Leiterplatte kein zusätzliches Metall abgeschieden wird, das anschließend wieder weggeätzt werden muß. Des wei¬ teren ergibt sich der Vorteil, daß die Durchkontaktierungen für die Durchsteckmontage der Anschlußdrähte der Bauelemente benutzt werden können, so daß zusätzliche Bohrungen entfal¬ len und damit Platz auf der Leiterplatte eingespart wird. Weiterhin vereinfacht sich der Arbeitsablauf bei der Her¬ stellung einer derartigen Leiterplatte, so daß dadurch auch Kosten eingespart werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnah- men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Leiterplatte gegeben. Besonders vorteilhaft ist, daß der Katalysator entweder nach dem Bohren oder nach dem Strukturieren der Leiterplatte auf¬ gebracht wird. Dadurch kann bei der anschließenden elektro- chemischen Metallisierung das Metall direkt auf den Kataly- sator aufgebracht werden, ohne daß dieser erneut aktiviert werden muß.
Besonders vorteilhaft ist, daß die elektrochemische Metalli- sierung so dünnwandig aufgebracht wird, daß der restliche
Bohrungsteil noch durchgängig bleibt, so daß er noch die An¬ schlußdrähte der Bauelemente aufnehmen kann.
Ein weiterer Vorteil besteht auch darin, daß für die elek- trochemische Metallisierung Nickel oder Nickelverbindungen verwendet werden. Nickelschichten sind gegen Korrosion be¬ ständig, so daß die Oberfläche der Leiterplatte nicht durch eine zusätzliche Passivierungsschicht geschützt werden muß.
Günstig ist weiterhin, daß nicht nur die Lötaugen um die
Bohrungen, sondern auch Teile der Leiterbahnen mit der Me¬ tallisierung abgedeckt werden. Dadurch sind auch diese Teile gegen Korrosionseinflüsse weitgehend geschützt.
Um den Lδtvorgang oder das Bonden der Leiterplatte zu ver¬ bessern, können die Leiterbahnen vorzugsweise mit Palladium bzw. Anschlußlands mit einer Goldschicht überzogen sein. Da¬ durch können vorteilhaft auch dünne Bonddrähte durch die üb¬ lichen Bondverfahren, beispielsweise Nailhead bzw. Thermo- kompression verwendet werden. Diese Bonddrähte können dann direkt auf entsprechende Lands einer integierten Schaltung, die als Chip aufgebracht ist, gebondet werden.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich¬ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figuren la bis lg Schnittbilder ei¬ nes ersten Ausführungsbeispiels, die Figuren 2a bis 2c zei- gen Schnittbilder eines zweiten Ausführungsbeispiels, und Figur 3 zeigt eine Leiterplatte mit Bauelementen im Aus¬ schnitt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Figuren la bis lg zeigen im Querschnitt einzelne Stadien bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Leiterplatte eines ersten Ausführungsbeispiels . Die Figuren sind nur schema¬ tisch dargestellt und zeigen insbesondere bezüglich der Schichtdicken oder der Bohrungen keine maßstabsgetreue Wie¬ dergabe. Figur la zeigt einen Ausschnitt aus einer Leiter¬ platte 1, in die eine senkrechte Bohrung 3 eingebracht wurde. Die Leiterplatte ist auf ihrer Ober- und Unterseite mit einer Schicht Kupfer 2 kaschiert. In der kupferkaschier- ten Leiterplatte 1 werden die Bohrungen 3 an vorgegebenen Stellen mit einem bestimmten Durchmesser eingebracht. Nach dem Einbringen der Bohrungen 3 wird gemäß der Figur lb die Wandung der Bohrung 3 mit einem Haf vermittler versehen. Als Haftvermittler ist eine chemisch oder galvanisch aufgebrachte dünne Kupferschicht von ca. 3 bis 10
Mikrometern Stärke vorgesehen. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung wird die Wandung der Bohrung 3 mit einem Katalysator 4 belegt, der die spätere Metallisierung der Leiterplatte und der Bohrungen bewirkt. Durch einen Temperprozeß wird der Katalysator stabilisiert. Als
Katalysator wird vorzugsweise Palladium verwendet. Gemäß der Figur lc wird mit einem geeigneten Maskierungsschritt, beispielsweise durch Aufdrucken oder lithographisches Maskieren, eine ÄtzSchutzschicht 5 so aufgebracht, daß um die Bohrung herum noch eine Teilfläche, vorzugsweise ringförmig, abgedeckt ist. Die Ätzschutzschicht bzw. der Ätzschutzlack 5 deckt auf der Leiterplatte 1 gleichzeitig die Bohrungen 3 und auch alle die Stellen ab, die später die Leiterbahnen 2b bilden sollen. Nach dem Aufbringen des Ätzschutzlackes 5 werden die freien Kupferflächen gemäß der Figur ld freigeätzt und anschließend der Ätzschutzlack 5 entfernt. Dadurch bleiben die gebildeten Lötaugen 2a, der Katalysator 4 in der Bohrung 3 sowie die Leiterbahnen 2b bestehen. Mittels einer weiteren Maske 6 werden entsprechend der Figur le die Stellen der Leiterplatte 1 abgedeckt, die durch die nachfolgende Metallisierung nicht benetzt werden sollen. Insbesondere werden die Lötaugen 2a sowie die zu benetzenden Leiterbahnen 2b freigelassen. Es können jedoch auch Leiterbahnen, beispielsweise auf der Unterseite gemäß der Figur le vollständig abgedeckt werden, so daß sie nicht metallisiert werden können.
Gemäß der Figur lf erfolgt nun die elektrochemische Metalli¬ sierung der freien Stellen, wobei insbesondere bei den Boh- rungen 3 sich das Metall um die Lötaugen 2a, über den Kata¬ lysator 4 durchgehend verbindet. Die metallisierte Bohrung 8 ist hülsenförmig*, so daß noch Anschlußbeinchen eines zu mon¬ tierenden Bauelementes in die Öffnung gesteckt werden kön¬ nen. Für die Metallisierung 7 werden vorteilhaft Nickel oder Nickelverbindungen verwendet, so daß die metallisierten
Oberflächen vorteilhaft korrosionsgeschützt sind. Gemäß der Figur lg kann nun ein weiterer Maskierungsschritt vorgenom¬ men werden, bei dem die nicht metallisierte Leiterbahn oder Teile der Leiterbahn 2b an der Position 9 beispielsweise mit einer Schutzschicht aus Palladium oder Gold überzogen wer¬ den. Auf diese Flächen kann dann insbesondere ein dünner Bonddraht nach den bekannten Bondverfahren gebondet werden, wobei das zweite Ende des Bonddrahtes mit einem entsprechen¬ den Land auf den Chip 23 der integrierten Schaltung gebondet wird.
Aus Übersichtsgründen wurden Arbeitsschritte wie Entfetten der Leiterplattenoberfläche, Reaktivieren des Katalysators, Passivieren oder Aufbringen eines Lötstoplacks bzw. Be- stückungsdrucks weggelassen. Die Figuren 2a bis 2c zeigen modifizierte Arbeitsschritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverf hrens als zweites Ausführungsbeispiel. In Figur 2a wird wie bei Figur la von einer doppelseitig kaschierten Leiterplatte 1 ausgegangen, in die eine oder mehrere Bohrungen 3 eingebracht wurde. Ge¬ mäß der Figur 2b wird nun ähnlich wie in Figur lc die Boh¬ rung 3 mit dem Ätzschutzlack 5 abgedeckt. Nach dem Freiätzen bleiben dann entsprechend der Figur 2c die Lötaugen 2a an den Bohrungen 3 sowie die Leiterbahnen 2b stehen. Im näch¬ sten Verfahrensschritt wird nun an die Innenwandung der Boh¬ rung 3 der Katalysator 4 aufgebracht. Die weiteren Verfah¬ rensschritte erfolgen dann wie beim ersten Ausführungsbei- spiel entsprechend den Figuren le, lf und lg.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich also im wesentlichen dadurch, daß der Katalysator 4 erst nach dem Aufbringen der Lδtaugen und der Leiterbahnen in die Bohrun¬ gen 3 eingebracht wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß eine Reaktivierung des Katalysators 4 nicht erforderlich ist, da ohne große Zeitverzögerung die nachfolgenden Verfah¬ rensschritte angewandt werden können und somit der Katalysa¬ tor 4 wirksam bleibt.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen
Leiterplatte 1, bei der ein Bauelement 20 mit seinen beiden Anschlußdrähten 21 in die metallisierte Bohrung 8 gesteckt ist. Die Anschlußdrähte 21 werden in einem Lötvorgang mit Lot 22 derart benetzt, daß sie sich mit der Metallisierung 7 verbinden. Des weiteren ist auf der Leiterplatte 1 ein Chip 23 mit einer integrierten Schaltung auf einem Teil einer Leiterbahn 2b, einem Land, aufgebracht. Zwischen einem An¬ schlußpunkt des Chips 23 ist ein Bonddraht 24 zu einer wei¬ teren Leiterbahn 2b geführt, die zuvor mit einer metalli- sehen Schutzschicht 19, beispielsweise einer Goldschicht, überzogen wurde. Der Bonddraht 24 kann mit bekannten Ferti¬ gungsverfahren auf dieser Goldschicht gebondet werden.
Die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung einer Kon- taktierung sind per se bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung auf einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte mit wenigstens zwei Schichten aus Kupfer kaschiert ist und an vorgegebenen Stellen Bohrungen für die Durchkontaktierung aufgebracht sind und wobei die Wandung der Bohrungen durch einen elek¬ trochemischen Abscheidungsprozeß metallisiert wird, dadurch gekennzeichnet,
a) daß auf die Wandung der Bohrungen (3) ein Haftvermittler oder ein Katalysator (4) aufgebracht wird,
b) daß auf dem Kupfer (2) ringförmig um die Bohrungen (3) ein Ätzschutzlack (5) aufgebracht wird, wobei der Ätz¬ schutzlack (5) auch die Bohrungen (3) und die vorgesehe¬ nen Leiterbahnen (2b) abdecken kann,
c) daß die nicht abgedeckten Kupferflächen freigeätzt werden und anschließend der Ätzschutzlack (5) wenigstens von den ringförmigen Kupferflächen (Lδtaugen) und den Boh¬ rungen (3) abgelöst wird und
d) daß durch elektrochemische Metallisierung (7) die Lötau¬ gen (2a) mit den Wandungen der Bohrungen (3) über den Katalysator (4) elektrisch leitend verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (4) erst nach dem Freiätzen der Lötaugen (2a) auf die Wandung der Bohrungen (3) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler (4) eine chemisch, galvanisch aufgebrachte Kupferschicht < 10 μm ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrochemische Metallisierung (7) dünnschichtig und hulsenförmig auf die Wandung der Bohrungen (3) aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß die elektrochemische Metallisie¬ rung (7) vorzugsweise Nickel oder Nickelverbindungen auf¬ weist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß vorgegebene Teile der Leiterbahnen (2b) mit der elektrochemischen Metallisierung (7) abgedeckt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß vorgegebene Teile (2b) mit einer
Schutzschicht (19) aus Palladium oder Gold abgedeckt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Schutzschicht (19) Bonddrähte (24) als elektrische Zuleitungen zu einem Halbleiterchip (23) aufgebracht werden.
9. Mehrlagige Leiterplatte (Multilayer) , hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß auf der Leiterplatte (1) ein Bau- element (20) angeordnet ist, bei dem wenigstens ein An- schlußdraht (21) durch die metallisierte Bohrung (8) geführt und mit der Metallisierung (7) verlötet ist.
10. Mehrlagige Leiterplatte nach Anspruch 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß auf der Leiterplatte wenigstens ein Bauelement als Chip (23) angeordnet ist, der über wenigstens einen Bonddraht (24) mit der metallisierten Schutzschicht (19) verbunden ist.
EP95935814A 1994-11-09 1995-10-27 Verfahren zur herstellung einer durchkontaktierung auf einer leiterplatte Ceased EP0738456A1 (de)

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DE4439948 1994-11-09
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