EP3257335A1 - Method for producing a plated-through hole in a multilayer printed circuit board - Google Patents
Method for producing a plated-through hole in a multilayer printed circuit boardInfo
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- EP3257335A1 EP3257335A1 EP16706131.6A EP16706131A EP3257335A1 EP 3257335 A1 EP3257335 A1 EP 3257335A1 EP 16706131 A EP16706131 A EP 16706131A EP 3257335 A1 EP3257335 A1 EP 3257335A1
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- circuit board
- printed circuit
- multilayer printed
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a via in a multilayer printed circuit board according to the preamble of claim 1.
- VIA vertical interconnect access
- Through-hole printed circuit boards provide a better hold and more reliable connection of wired components.
- the metallized plated-through holes ensure a better cohesion of the printed circuit board.
- Smaller plated-through holes are drilled in the printed circuit board production with, for example, a laser. Larger plated-through holes are preferably drilled or milled, whereby other geometries (for example elongated holes) can also be produced herewith.
- one prior art method of providing a chemical free (electroplating-free) via is the polymer through-hole method, in which silver or copper pastes are pored through or through vacuum.
- Other methods of making a via are via-plating, conductive paste, riveting or double-sided soldering.
- a major disadvantage of the prior art methods is that they have not previously been applicable to multi-layer printed circuit boards with embedded thick copper profiles, in which the thick copper profile should not be electrically connected to the via.
- copper profiles wide with thicknesses of> 200 pm, in particular thicknesses> 500 pm and copper profile widths of about 0.5 mm to 12 mm, creating a via with the etching process is no longer possible.
- Another drawback with the created plated-through holes according to the prior art is that in the region of the bore in a multilayer printed circuit board, an electrical connection between the individual copper layers occurs, since these are exposed by the drilling process.
- the invention is therefore the object of developing a method for creating a via in a multilayer printed circuit board so that a via can be created even with multi-layer printed circuit boards with a wide thick copper profile. Furthermore, a multilayer printed circuit board produced by the method should have a reliable and reliable through-connection without the thick copper profile being electrically connected to the plated-through hole.
- the invention is characterized by the technical teaching of claim 1.
- the method according to the invention for producing through-plating has the following method steps:
- the method according to the invention has, inter alia, the advantage that an insulating layer is present through the filling material in the region of the bore, which has the potential carried out in comparison to other copper tracks which are in the region of the bore
- Area of the middle layer of the conductor track are arranged, isolated.
- FIG. 1A Schematic representation of plated-through holes after
- Figure 2 a schematic representation of a pressing process
- Figure 3 schematic representation of a drilling operation of the plugg
- Figure 4 schematic representation of the filling process of the holes in
- FIG. 5 schematic representation of the drilling process
- Figure 7 Schematic cross section of a multilayer printed circuit board with a
- Figure 8 Schematic plan view of a multi-layer printed circuit board with a via
- Figure 9a Schematic cross-section of a multilayer printed circuit board with a
- Figure 9b Schematic plan view of a multilayer printed circuit board with a
- FIG. 1 shows a multilayer printed circuit board 1 with different plated-through contacts according to the prior art.
- the printed circuit board 1 consists of a conventional printed circuit board base material 6, which is FR-4, for example. Also suitable as circuit board material 6 is FR-2, FR-3, FR-4-Low-Tg, CEM-1 CEM-x, PI, CE, aramid or other substrate materials.
- the conductor track structure 8, 8 ', 8 may for example consist of an etched copper layer, wherein the copper overlay is usually thick at a one- or two-sided material 18 pm or 35 ⁇ .
- FIG. 1 three different plated-through holes 2, 3, 4 are shown. If the through-hole extends in the vertical direction through the entire printed circuit board 1, this is referred to as a through-hole 2. If the through-connection does not extend through the entire printed circuit board 1, but only to one of the middle layers 7, this is called a blind via 3. A blind via thus connects an outer layer with one or more middle layers 7 (inner layers). If plated-through holes are only between the middle layers 7, they are called buried via 4. A buried via is therefore a through-connection between at least two inner layers, which are of the outer layers is not visible from. This technology allows more functionality to be accommodated on a small PCB surface (packing density)
- a circumferential copper ring is arranged, which has arisen by a previous copper plating process.
- This copper ring is also called Restring (narrow Annular Ring).
- a significant disadvantage of the plated-through hole 2, 3, 4 according to the prior art is that it comes in the area of the conductor tracks 8 and the copper profile 5 by the copper plating 15 of the entire through-hole 2. This contact should therefore be avoided.
- FIG. 2 shows the structure of a circuit board 1 according to the invention is shown schematically.
- the view according to FIG. 2 is a cross section through the profile of a multilayer printed circuit board 1.
- at least one copper profile 5 is embedded.
- At least one strip conductor 8 ' is arranged on the surface of the printed circuit board 1 and at least one further strip conductor 8 " on the underside so that the two strip conductors 8 ' , 8 " can be interconnected with a potential from the upper side to the lower side through the profile the circuit board 1 are driven by.
- a via 2 is necessary.
- FIG. 3 shows the printed circuit board 1 of FIG. 2, in which a first (through) bore 9 having a relatively large hole diameter 1 1 has already been created.
- the first bore 9 has, for example, a hole diameter of about 0.5 mm and extends through the entire profile of the printed circuit board first
- the present invention is not limited to a through hole. All method steps according to the invention can also be used in blind via 3 or buried via 4.
- FIG. 4 shows the first bore 9, which is filled with an insulating filling material 12.
- the filling material 12 consists for example of plastic, metal or solder, for example, and preferably fills the entire first bore 9.
- a second, second drilling operation takes place in the coaxial region of the first bore 9, with which a second bore 14 having a hole diameter 13 is produced.
- Both holes 9 and 14 have here Favor the same center line 10.
- the bore 14 is arranged outside the center line 10 of the bore 9.
- the second hole diameter 13 of the second bore 14 is smaller than the first hole diameter 1 1 of the first bore 9.
- the second hole diameter 13 is at least 1/10 smaller than the first hole diameter 11.
- the following hole diameters 1 1 and 13 are possible, for example:
- the ratios of the two diameters 11, 13 of the first and second bores 9, 14 are preferably selected such that an edge region 18 of the insulating filling material 12 always remains in the region of the through-bore 2.
- the edge region 18 thus serves as an insulating layer, which extends through the entire profile of the printed circuit board 1.
- FIG. 6 shows the lining of the bore wall of the second bore 14 with an electrically conductive material 15.
- an electrically conductive material 15 For mounting the conductive material, it is possible, for example, to carry out a galvanic copper plating process with which a copper layer is applied in the region of the through-hole 2 or bore 14.
- a conductive material 15 for example, a sleeve or a plug can be inserted into the through-hole 2.
- the multilayer printed circuit board 1 is shown, in which the plated-through hole 2 is closed with a filling material 16.
- a filling material 16 This may be, for example, a hole-in-pad technology, in which a subsequent closing of the holes takes place in order to allow direct loading and soldering at these locations.
- the subsequent closing of the via holes is performed with a filler material 16 such as e.g. a plied via or a copper-filled via possible.
- the finished multilayer printed circuit board 1 is shown with the through-hole 2 in plan view.
- the circular plated-through hole 2 has, starting from the outer edge of the first bore diameter 1 1, first a ring made of the insulating filler material 12 and then the filling material 16.
- the type of double penetration is particularly interesting when using several or larger-scale thick copper elements.
- the application is therefore preferably used in printed circuit boards, as well as in thick copper inserts or in two superposed thick copper elements.
- the multilayer printed circuit board 1 is shown schematically in section, wherein the through-hole is made by means of conductive material 15 by two thick copper profiles 5 without electrical contact.
- the implementation is carried out by the insulating filler material 12, for example, to electrically connect an upper conductor 8 'and a lower conductor 8 ".
- another outer via 15 is made to electrically connect the thick copper profiles 5.
- FIG. 9b shows the top view of the multilayer printed circuit board 1 according to FIG. 9a, whereby in this embodiment no conductive filling material 16 is shown, which however is usually used for closing the hole.
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Abstract
Method for producing a plated-through hole between conductor tracks which are arranged at the top and at the bottom in a multilayer printed circuit board which is composed of a printed circuit board material and comprises at least one copper profile which is embedded in the composite of the multilayer printed circuit board, wherein the plated-through hole is produced by the following method steps: producing a first bore with a first bore diameter through the multilayer printed circuit board by drilling through the top and the bottom conductor track and the embedded copper profile; filling the first bore with an insulating filling material; producing a second bore coaxially in relation to the first bore with a second, smaller bore diameter than the bore diameter of the first bore; lining the bore wall of the second bore with an electrically conductive material and in this way making electrical contact with the top and bottom conductor tracks.
Description
Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung bei einer Mehrlagen- Method for producing a via in the case of a multi-layer
Leiterplatte circuit board
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung bei einer Mehrlagen-Leiterplatte nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a method for producing a via in a multilayer printed circuit board according to the preamble of claim 1.
Unter einer Durchkontaktierung (vertical interconnect access, abgekürzt VIA) versteht die vorliegende Erfindung eine vertikale elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnebenen einer Leiterplatte. Im einfachsten Fall werden in eine Bohrung einer doppelseitigen Platine Drahtstifte bzw. Hohlnieten eingesetzt. Under a via (vertical interconnect access, abbreviated VIA), the present invention understands a vertical electrical connection between the interconnect levels of a printed circuit board. In the simplest case, wire pins or hollow rivets are inserted into a bore of a double-sided circuit board.
Durchkontaktierte Leiterplatten liefern einen besseren Halt und zuverlässigere Verbindung bedrahteter Bauteile. Neben der Verbindung der einzelnen Schichten der Leiterplatte sorgen die metallisierten Durchkontaktierungen für einen besseren Zusammenhalt der Leiterplatte. Through-hole printed circuit boards provide a better hold and more reliable connection of wired components. In addition to the connection of the individual layers of the printed circuit board, the metallized plated-through holes ensure a better cohesion of the printed circuit board.
Mit Hilfe von Durchkontaktierungen ist es möglich, die Leiterebenen in zwei- oder mehrlagigen Leiterplatten zu wechseln, was eine Voraussetzung für das Entflechten von komplexen Schaltungen ist. With the help of vias, it is possible to change the conductor levels in two- or multi-layer printed circuit boards, which is a prerequisite for the unbundling of complex circuits.
Kleinere Durchkontaktierungen (Micro-Via) werden bei der Leiterplatten herstel- lung mit beispielsweise einem Laser gebohrt. Größere Durchkontaktierungen werden bevorzugt gebohrt bzw. gefräst, wobei hiermit auch andere Geometrien (beispielsweise Langlöcher) herstellbar sind. Smaller plated-through holes (micro-via) are drilled in the printed circuit board production with, for example, a laser. Larger plated-through holes are preferably drilled or milled, whereby other geometries (for example elongated holes) can also be produced herewith.
Ein Verfahren zur Erstellung einer chemiefreien (Galvanik-freien) Durchkontaktierung nach dem Stand der Technik stellt beispielsweise das Polymer-Through- Hole Verfahren dar, bei dem Silber- oder Kupferpasten mittels Vakuum oder Stiften durch bzw. in Löcher gebracht werden.
Weitere Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung sind galvanisches Durchkontaktieren, Leitpaste, Nieten oder ein beidseitiges Verlöten. For example, one prior art method of providing a chemical free (electroplating-free) via is the polymer through-hole method, in which silver or copper pastes are pored through or through vacuum. Other methods of making a via are via-plating, conductive paste, riveting or double-sided soldering.
Wesentlicher Nachteil bei den Verfahren nach dem Stand der Technik ist, dass diese bisher nicht für Mehrlagenleiterplatten mit integrierten (embedded) Dick- Kupferprofilen anwendbar sind, bei denen das Dick-Kupferprofil nicht elektrisch nicht mit der Durchkontaktierung verbunden werden soll. Insbesondere bei Kupferprofilen breiten mit Dicken von > 200 pm, insbesondere Dicken > 500pm und Kupferprofilbreiten von etwa 0,5 mm bis 12 mm ist ein Erstellen einer Durchkontaktierung mit dem Ätzverfahren nicht mehr möglich. A major disadvantage of the prior art methods is that they have not previously been applicable to multi-layer printed circuit boards with embedded thick copper profiles, in which the thick copper profile should not be electrically connected to the via. Especially with copper profiles wide with thicknesses of> 200 pm, in particular thicknesses> 500 pm and copper profile widths of about 0.5 mm to 12 mm, creating a via with the etching process is no longer possible.
Ein weiterer Nachteil bei den erstellten Durchkontaktierungen nach dem Stand der Technik besteht darin, dass es im Bereich der Bohrung bei einer mehrlagigen Leiterplatte zu einer elektrischen Verbindung zwischen den einzelnen Kupferlagen kommt, da diese durch den Bohrvorgang freigelegt werden. Another drawback with the created plated-through holes according to the prior art is that in the region of the bore in a multilayer printed circuit board, an electrical connection between the individual copper layers occurs, since these are exposed by the drilling process.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erstellung einer Durchkontaktierung bei einer Mehrlagen-Leiterplatte so weiterzubilden, dass eine Durchkontaktierung auch bei Mehrlagenleiterplatten mit einem breiten Dick-Kupferprofil erstellt werden kann. Ferner soll eine nach dem Verfahren hergestellte Mehrlagen-Leiterplatte eine zuverlässige und betriebssichere Durchkontaktierung aufweisen ohne dass das Dick-Kupferprofil mit der Durchkontaktierung elektrisch verbunden ist. The invention is therefore the object of developing a method for creating a via in a multilayer printed circuit board so that a via can be created even with multi-layer printed circuit boards with a wide thick copper profile. Furthermore, a multilayer printed circuit board produced by the method should have a reliable and reliable through-connection without the thick copper profile being electrically connected to the plated-through hole.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet. To solve the problem, the invention is characterized by the technical teaching of claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Durchkontaktierung weist folgende Verfahrensschritte auf: The method according to the invention for producing through-plating has the following method steps:
• Herstellen einer ersten Bohrung mit einem ersten Bohrdurchmesser durch die Mehrlagen-Leiterplatte mit Durchbohrung der ober- und unterseitigen Leiterbahn und des eingebetteten Kupferprofils; • Making a first hole with a first hole diameter through the multi-layer board with holes in the top and bottom traces and the embedded copper profile;
• Füllen der ersten Bohrung mit einem isolierenden Füllmaterial;
• Herstellen einer zweiten Bohrung koaxial zur ersten Bohrung mit einem zweiten, kleineren Bohrdurchmesser als der Bohrdurchmesser der ersten Bohrung; • filling the first hole with an insulating filler material; • making a second bore coaxial with the first bore having a second, smaller bore diameter than the bore diameter of the first bore;
• Auskleidung der Bohrungswand der zweiten Bohrung mit einem elektrisch leitfähigen Material und elektrische Kontaktierung der ober- und unterseitigen Leiterbahnen. • Lining of the bore wall of the second bore with an electrically conductive material and electrical contacting of the top and bottom traces.
Bevorzugt erfolgt vor der galvanischen Durchkontaktierung noch eine sog. Bekeimung im Sinne einer geringen elektrischen Leitfähigkeit. Preference is given to a so-called. Germination in the sense of low electrical conductivity before the galvanic via.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte kann beispielsweise ein: In a further preferred embodiment of the method steps according to the invention, for example, a:
• Herstellen von Leiterbahnen oberhalb der Durchkontaktierungen; • producing printed conductors above the plated-through holes;
• Prüfen der Leiterplatte; • checking the circuit board;
• Vereinzeln der Leiterplatte • Separation of the printed circuit board
erfolgen. respectively.
Mit dem erfindungswesentlichen Verfahren ist es erstmals möglich durch ein relativ breites Kupferprofil, welches eine Breite zwischen 2 und 12mm hat, ein fremdes Potential hindurchzuführen. With the process essential to the invention it is now possible for a relatively wide copper profile, which has a width between 2 and 12 mm, to pass a foreign potential.
Um solch ein fremdes Potential durch ein derartiges Kupferprofil durchführen zu können, ist ein mindestens zweimaliges Bohren in ein bereits gepluggtes Loch notwendig. Es wird ein Loch-im-Loch Verfahren durchgeführt. In order to be able to carry out such a foreign potential by means of such a copper profile, it is necessary to drill at least twice into an already plunged hole. A hole-in-hole procedure is performed.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat unter anderen den Vorteil, dass durch das Füllmaterial im Bereich der Bohrung eine isolierende Schicht vorhanden ist, welche das durchgeführte Potential gegenüber weiteren Kupferbahnen, die im The method according to the invention has, inter alia, the advantage that an insulating layer is present through the filling material in the region of the bore, which has the potential carried out in comparison to other copper tracks which are in the region of the bore
Bereich der Mittellage der Leiterbahn angeordnet sind, isoliert. Area of the middle layer of the conductor track are arranged, isolated.
Des Weiteren ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, ein fremdes Potential durch eine Leiterplatte mit mindestens einem Kupferprofil durchzuführen.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Furthermore, it is possible with the inventive method to perform a foreign potential through a printed circuit board with at least one copper profile. The subject of the present invention results not only from the subject matter of the individual claims, but also from the combination of the individual claims with each other.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. All information and features disclosed in the documents, including the abstract, in particular the spatial design shown in the drawings, are claimed to be essential to the invention insofar as they are novel individually or in combination with respect to the prior art.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor. In the following, the invention will be explained in more detail with reference to drawings illustrating several execution paths. Here are from the drawings and their description further features essential to the invention and advantages of the invention.
Es zeigen: Show it:
Figur 1A: Schematische Darstellung von Durchkontaktierungen nach dem FIG. 1A: Schematic representation of plated-through holes after
Stand der Technik State of the art
Figur 2: schematische Darstellung eines Pressvorganges Figure 2: a schematic representation of a pressing process
Figur 3: schematische Darstellung eines Bohrvorganges der gepluggten Figure 3: schematic representation of a drilling operation of the pluggierten
Löcher im Kupferprofil Holes in the copper profile
Figur 4: schematische Darstellung des Verfüllvorganges der Löcher im Figure 4: schematic representation of the filling process of the holes in
Kupferprofil copper profile
Figur 5: schematische Darstellung des Bohrvorganges Figure 5: schematic representation of the drilling process
Figur 6: schematische Darstellung des Verkupferungsvorgangs Figure 6: schematic representation of the copper plating process
Figur 7: Schematischer Querschnitt einer Mehrlagen-Leiterplatte mit einer Figure 7: Schematic cross section of a multilayer printed circuit board with a
Durchkontaktierung
Figur 8: Schematische Draufsicht eine Mehrlagen-Leiterplatte mit einer Durchkontaktierung via Figure 8: Schematic plan view of a multi-layer printed circuit board with a via
Figur 9a: Schematischer Querschnitt eine Mehrlagen-Leiterplatte mit einer Figure 9a: Schematic cross-section of a multilayer printed circuit board with a
Durchkontaktierung durch zwei Dick-Kupferprofile ohne elektrische Kontaktierung Through-hole through two thick copper profiles without electrical contact
Figur 9b: Schematische Draufsicht eine Mehrlagen-Leiterplatte mit einer Figure 9b: Schematic plan view of a multilayer printed circuit board with a
Durchkontaktierung durch zwei Dick-Kupferprofile ohne elektrische Kontaktierung Through-hole through two thick copper profiles without electrical contact
Die Figur 1 zeigt eine Mehrlagen-Leiterplatte 1 mit verschiedenen Durchkontak- tierungen gemäß dem Stand der Technik. Die Leiterplatte 1 besteht aus einem üblichen Leiterplattenbasismaterial 6, welches beispielsweise FR-4 ist. Als Leiterplattenmaterial 6 ist ebenso FR-2, FR-3, FR-4-Low-Tg, CEM-1 CEM-x, PI, CE, Aramid oder andere Substratmaterialen möglich. FIG. 1 shows a multilayer printed circuit board 1 with different plated-through contacts according to the prior art. The printed circuit board 1 consists of a conventional printed circuit board base material 6, which is FR-4, for example. Also suitable as circuit board material 6 is FR-2, FR-3, FR-4-Low-Tg, CEM-1 CEM-x, PI, CE, aramid or other substrate materials.
Die Leiterbahnstruktur 8, 8', 8" kann beispielsweise aus einer geätzten Kupferschicht bestehen, wobei die Kupferauflage bei einem ein- oder zweiseitigem Material üblicherweise 18 pm oder 35μιτι dick ist. The conductor track structure 8, 8 ', 8 "may for example consist of an etched copper layer, wherein the copper overlay is usually thick at a one- or two-sided material 18 pm or 35μιτι.
Gemäß der Figur 1 sind drei verschiedene Durchkontaktierungen 2, 3, 4 dargestellt. Erstreckt sich die Durchkontaktierung in vertikaler Richtung durch die gesamte Leiterplatte 1 , so wird dies als Durchgangsbohrung 2 (through hole) bezeichnet. Reicht die Durchkontaktierung nicht durch die ganze Leiterplatte 1 , sondern nur bis zu einer der Mittellagen 7 nennt man dies ein blind via 3. Ein Blind Via verbindet somit eine Außenlage mit einer oder mehreren Mittellagen 7 (Innenlagen). Befinden sich Durchkontaktierungen lediglich zwischen den Mittellagen 7, so heißen diese buried via 4. Ein Buried Via ist daher eine Durchkontaktierung zwischen mindestens zwei Innenlagen, die von
den Außenlagen aus nicht sichtbar ist. Diese Technologie ermöglicht mehr Funktionalität auf geringer Leiterplattenfläche unterzubringen (Packungsdichte) According to FIG. 1, three different plated-through holes 2, 3, 4 are shown. If the through-hole extends in the vertical direction through the entire printed circuit board 1, this is referred to as a through-hole 2. If the through-connection does not extend through the entire printed circuit board 1, but only to one of the middle layers 7, this is called a blind via 3. A blind via thus connects an outer layer with one or more middle layers 7 (inner layers). If plated-through holes are only between the middle layers 7, they are called buried via 4. A buried via is therefore a through-connection between at least two inner layers, which are of the outer layers is not visible from. This technology allows more functionality to be accommodated on a small PCB surface (packing density)
Um die Durchkontaktierung 2, 3 ist ein umlaufenden Kupferring angeordnet, welcher durch einen vorhergehende Verkupferungsprozess entstanden ist. Dieser Kupferring wird auch als Restring (eng. Annular Ring) bezeichnet. To the plated-through hole 2, 3, a circumferential copper ring is arranged, which has arisen by a previous copper plating process. This copper ring is also called Restring (narrow Annular Ring).
Ein wesentlicher Nachteil bei der Durchkontaktierung 2, 3, 4 gemäß dem Stand der Technik ist, dass durch die Verkupferung 15 der gesamten Durchgangsbohrung 2 es im Bereich der Leiterbahnen 8 und des Kupferprofils 5 kommt. Diese Kontaktierung sollte daher vermieden werden. A significant disadvantage of the plated-through hole 2, 3, 4 according to the prior art is that it comes in the area of the conductor tracks 8 and the copper profile 5 by the copper plating 15 of the entire through-hole 2. This contact should therefore be avoided.
Mit der Figur 2 wird schematisch der erfindungsgemäße Aufbau einer Leiterplatte 1 dargestellt. Bei der Ansicht gemäß der Figur 2 handelt es sich um einen Querschnitt durch das Profil einer mehrlagigen Leiterplatte 1. Im Verbund der Mehrlagen-Leiterplatte 1 ist mindestens ein Kupferprofil 5 eingebettet. 2 shows the structure of a circuit board 1 according to the invention is shown schematically. The view according to FIG. 2 is a cross section through the profile of a multilayer printed circuit board 1. In the composite of the multilayer printed circuit board 1, at least one copper profile 5 is embedded.
Auf der Oberfläche der Leiterplatte 1 ist mindestens eine Leiterbahnen 8 'und auf der Unterseite mindestens eine weitere Leiterbahn 8" angeordnet. Um die beiden Leiterbahnen 8', 8 "miteinander zu verbinden, muss mit einem Potential von der Oberseite auf die Unterseite durch das Profil der Leiterplatte 1 durch gefahren werden. Hierfür ist eine Durchkontaktierung 2 notwendig. At least one strip conductor 8 'is arranged on the surface of the printed circuit board 1 and at least one further strip conductor 8 " on the underside so that the two strip conductors 8 ' , 8 " can be interconnected with a potential from the upper side to the lower side through the profile the circuit board 1 are driven by. For this purpose, a via 2 is necessary.
Die Figur 3 zeigt die Leiterplatte 1 der Figur 2, in welche bereits eine erste (Durchgangs-)Bohrung 9 mit einem relativ großen Lochdurchmesser 1 1 erstellt wurde. Die erste Bohrung 9 hat beispielsweise einen Lochdurchmesser von etwa 0,5 mm und erstreckt sich durch das gesamte Profil der Leiterplatte 1 . Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Durchgangsbohrung beschränkt. Alle erfindungsgemäßen Verfahrensschritte können ebenfalls bei einem blind via 3 oder buried via 4 angewendet werden. FIG. 3 shows the printed circuit board 1 of FIG. 2, in which a first (through) bore 9 having a relatively large hole diameter 1 1 has already been created. The first bore 9 has, for example, a hole diameter of about 0.5 mm and extends through the entire profile of the printed circuit board first Of course, the present invention is not limited to a through hole. All method steps according to the invention can also be used in blind via 3 or buried via 4.
Die Figur 4 zeigt die erste Bohrung 9, welche mit einem isolierenden Füllmaterial 12 ausgefüllt ist. Das Füllmaterial 12 besteht beispielsweise aus z.B. Kunststoff, Metall oder Lot und füllt bevorzugt die gesamte erste Bohrung 9 aus.
Anhand der Figur 5 wird der nächste Verfahrensschritt gezeigt. Nach dem Füllen der ersten Bohrung 9 mit dem isolierenden Füllmaterial 12 findet im koaxialen Bereich der ersten Bohrung 9 ein weiterer, zweiter Bohrvorgang statt, mit welchem eine zweite Bohrung 14 mit einem Lochdurchmesser 13 hergestellt wird. Beide Bohrungen 9 und 14 weisen hierbei bevorzug die gleiche Mittellinie 10 auf. Es ist jedoch auch möglich, dass z.B. die Bohrung 14 außerhalb der Mittellinie 10 der Bohrung 9 angeordnet ist. FIG. 4 shows the first bore 9, which is filled with an insulating filling material 12. The filling material 12 consists for example of plastic, metal or solder, for example, and preferably fills the entire first bore 9. The next method step is shown with reference to FIG. After filling the first bore 9 with the insulating filling material 12, a second, second drilling operation takes place in the coaxial region of the first bore 9, with which a second bore 14 having a hole diameter 13 is produced. Both holes 9 and 14 have here Favor the same center line 10. However, it is also possible that, for example, the bore 14 is arranged outside the center line 10 of the bore 9.
Wichtig ist, dass der zweite Lochdurchmesser 13 der zweiten Bohrung 14 kleiner ist, als der erste Lochdurchmesser 1 1 der ersten Bohrung 9. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Lochdurchmesser 13 um zumindest 1 /10 kleiner als der erste Lochdurchmesser 1 1 . It is important that the second hole diameter 13 of the second bore 14 is smaller than the first hole diameter 1 1 of the first bore 9. In a preferred embodiment, the second hole diameter 13 is at least 1/10 smaller than the first hole diameter 11.
Folgende Lochdurchmesser 1 1 und 13 sind beispielsweise möglich: The following hole diameters 1 1 and 13 are possible, for example:
• 0,5 mm für den ersten Lochdurchmesser 11 und 0,3 mm für den zweiten Lochdurchmesser 13; • 0.5 mm for the first hole diameter 11 and 0.3 mm for the second hole diameter 13;
• 0,4 mm für den ersten Lochdurchmesser 11 und 0,2 mm für den zweiten Lochdurchmesser 13; • 0.4 mm for the first hole diameter 11 and 0.2 mm for the second hole diameter 13;
• 0,6 mm für den ersten Lochdurchmesser 11 und 0,4 mm für den zweiten Lochdurchmesser 13. • 0.6 mm for the first hole diameter 11 and 0.4 mm for the second hole diameter 13.
Die Verhältnisse der beiden Durchmesser 1 1 , 13 der ersten und zweiten Bohrungen 9, 14 werden bevorzugt so gewählt, dass stets im Bereich der Durchgangsbohrung 2 ein Randbereich 18 des isolierenden Füllmaterials 12 stehen bleibt. Der Randbereich 18 dient somit als isolierende Schicht, welche sich durch das gesamte Profil der Leiterplatte 1 erstreckt. The ratios of the two diameters 11, 13 of the first and second bores 9, 14 are preferably selected such that an edge region 18 of the insulating filling material 12 always remains in the region of the through-bore 2. The edge region 18 thus serves as an insulating layer, which extends through the entire profile of the printed circuit board 1.
Figur 6 zeigt die Auskleidung der Bohrungswand der zweiten Bohrung 14 mit einem elektrisch leitfähigen Material 15. Zur Anbringung des leitfähigen Materials kann beispielsweise ein galvanischer Verkupferungsprozess durchgeführt werden, mit welchem eine Kupferschicht im Bereich der Durchkontaktierung 2 bzw. der Bohrung 14 angebracht wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann als leitfähiges Material 15 beispielsweise eine Hülse oder ein Stecker in die Durchkontaktierung 2 eingesetzt werden. FIG. 6 shows the lining of the bore wall of the second bore 14 with an electrically conductive material 15. For mounting the conductive material, it is possible, for example, to carry out a galvanic copper plating process with which a copper layer is applied in the region of the through-hole 2 or bore 14. In a further preferred embodiment, as a conductive material 15, for example, a sleeve or a plug can be inserted into the through-hole 2.
Gemäß der Figur 7 ist die Mehrlagen-Leiterplatte 1 dargestellt, bei welcher die Durchkontaktierung 2 mit einem Füllmaterial 16 verschlossen ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Hole-in-Pad-Technologie handeln, bei welcher ein nachträgliches Verschließen der Bohrungen stattfindet, um ein direktes Bestücken und Löten an diesen Stellen zu ermöglichen. Das nachträgliche Verschließen der Via-Bohrungen ist mit einem Füllmaterial 16 wie z.B. einem gepluggten Via oder einem kupfergefüllten Via möglich. According to FIG. 7, the multilayer printed circuit board 1 is shown, in which the plated-through hole 2 is closed with a filling material 16. This may be, for example, a hole-in-pad technology, in which a subsequent closing of the holes takes place in order to allow direct loading and soldering at these locations. The subsequent closing of the via holes is performed with a filler material 16 such as e.g. a plied via or a copper-filled via possible.
Mit der Figur 8 wird die fertige Mehrlagen-Leiterplatte 1 mit der Durchkontaktierung 2 in der Draufsicht gezeigt. Die kreisrunde Durchkontaktierung 2 weist, ausgehend von Außenrand des ersten Bohrdurchmessers 1 1 , zuerst einen Ring aus dem isolierenden Füllmaterial 12 und im Anschluss daran das Füllmaterial 16 auf. With the figure 8, the finished multilayer printed circuit board 1 is shown with the through-hole 2 in plan view. The circular plated-through hole 2 has, starting from the outer edge of the first bore diameter 1 1, first a ring made of the insulating filler material 12 and then the filling material 16.
Als Ergebnis der oben genannten Verfahrensschritte erhält man ein Loch im Loch mit einem integrierten Dickkupfer-Profil. As a result of the above process steps, a hole is obtained in the hole with an integrated thick copper profile.
Die Art der Doppeldurchkontaktierung ist speziell bei der Verwendung von mehreren oder großflächigeren Dickkupfer-Elementen interessant. Die Anwendung wird daher bevorzugt bei Leiterplatten, als auch bei Dickkupfer- Einlegeteilen bzw. bei zwei übereinander angeordneten Dickkupfer-Elementen angewendet. The type of double penetration is particularly interesting when using several or larger-scale thick copper elements. The application is therefore preferably used in printed circuit boards, as well as in thick copper inserts or in two superposed thick copper elements.
Des Weiteren sind Kontaktierungsbohrungen und zusätzliche Wärmeleitbohrungen (Thermo-Vias) in der Mehrlagen-Leiterplatte 1 möglich. So können in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Anzahl von wärmeabgebenden Bauteilen, wie z.B. LEDs auf der Leiterplatte 1 angeordnet sein, wobei die Wärmeabfuhr u.a. über das Dickkupfer-Profil realisiert wird.
Gemäß der Figur 9.a ist die Mehrlagen-Leiterplatte 1 schematisch im Schnittdargestellt, wobei die Durchkontaktierung mittels leitfähigem Material 15 durch zwei Dick-Kupferprofile 5 ohne elektrische Kontaktierung erfolgt. Die Durchführung erfolgt durch das isolierende Füllmaterial 12, um beispielsweise eine obere Leiterbahn 8' und eine untere Leiterbahn 8" elektrisch miteinander zu verbinden. Furthermore, contacting bores and additional heat conducting bores (thermal vias) in the multilayer printed circuit board 1 are possible. Thus, in a preferred embodiment, a number of heat-emitting components, such as LEDs are arranged on the circuit board 1, wherein the heat dissipation is realized, inter alia, on the thick copper profile. According to the figure 9.a, the multilayer printed circuit board 1 is shown schematically in section, wherein the through-hole is made by means of conductive material 15 by two thick copper profiles 5 without electrical contact. The implementation is carried out by the insulating filler material 12, for example, to electrically connect an upper conductor 8 'and a lower conductor 8 ".
In dieser speziellen Ausführungsform wird vor der Herstellung der inneren Durchkontaktierung 15, noch eine äußere Durchkontaktierung 15 zur elektrischen Verbindung der Dickkupferprofile 5 hergestellt. In this particular embodiment, prior to making the inner via 15, another outer via 15 is made to electrically connect the thick copper profiles 5.
In der Figur 9b ist die Draufsicht auf die Mehrlagen-Leiterplatte 1 gemäß Figur 9a dargestellt, wobei bei dieser Ausführungsform kein leitfähiges Füllmaterial 16 gezeigt wird, welches jedoch üblichlicherweise zum Verschließen des Loches verwendet wird.
FIG. 9b shows the top view of the multilayer printed circuit board 1 according to FIG. 9a, whereby in this embodiment no conductive filling material 16 is shown, which however is usually used for closing the hole.
Zeichnungslegende drawing Legend
Mehrlagen-Leiterplatte Multi-layer printed circuit board
Durchgangsbohrung / Durchkontaktierung blind via Through hole / through hole blind via
buried via buried via
Kupferprofil copper profile
Leiterplattenmaterial PCB material
Mittellage center position
Leiterbahn, 8' Leiterbahn oben, 8" Leiterbahn untenConductor, 8 'conductor above, 8 " conductor below
Bohrung groß Bore big
Mittellinie center line
Lochdurchmesser groß Hole diameter large
Isolierendes Füllmaterial Insulating filler
Lochdurchmesser klein Hole diameter small
Bohrung klein Bore small
Leitfähiges Material Conductive material
Leitfähiges Füllmaterial Conductive filling material
Randbereich
border area
Claims
1 . Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung (2) zwischen ober- und unterseitig angeordneten Leiterbahnen (8, 8', 8") bei einer Mehrlagen- Leiterplatte (1 ), welche aus einem Leiterplattenmaterial (6) und mindestens einem in den Verbund der Mehrlagen-Leiterplatte eingebetteten Kupferprofil (5) besteht, wobei die Durchkontaktierung (2) durch folgende Verfahrensschritte hergestellt wird: 1 . Method for producing a via (2) between upper and lower side arranged conductor tracks (8, 8 ' , 8 " ) in a multi-layer printed circuit board (1), which consists of a printed circuit board material (6) and at least one in the composite of the multilayer printed circuit board embedded copper profile (5), wherein the via (2) is produced by the following process steps:
• Herstellen einer ersten Bohrung (9) mit einem ersten Bohrdurchmesser (1 1 ) durch die Mehrlagen-Leiterplatte (1 ) mit Durchbohrung der ober- und unterseitigen Leiterbahn (8, 8', 8") und des eingebetteten Kupferprofils (5); • Producing a first bore (9) with a first bore diameter (1 1) through the multilayer printed circuit board (1) with perforation of the top and bottom interconnect (8, 8 ' , 8 " ) and the embedded copper profile (5);
• Füllen der ersten Bohrung (9) mit einem isolierenden Füllmaterial (12); Filling the first bore (9) with an insulating filler (12);
• Herstellen einer zweiten Bohrung (14) koaxial zur ersten Bohrung (9) mit einem zweiten, kleineren Bohrdurchmesser (13) als der Bohrdurchmesser (1 1 ) der ersten Bohrung (9); • making a second bore (14) coaxial with the first bore (9) with a second, smaller bore diameter (13) than the bore diameter (11) of the first bore (9);
• Auskleidung der Bohrungswand der zweiten Bohrung (14) mit einem elektrisch leitfähigen Material (15). • Lining of the bore wall of the second bore (14) with an electrically conductive material (15).
2. Mehrlagen-Leiterplatte hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lochdurchmesser (13) der zweiten Bohrung (14) derart kleiner als der Lochdurchmesser (1 1 ) der ersten Bohrung (9) gewählt wird, dass eine elektrische Isolation zwischen dem elektrisch leitfähigen Material (15) und dem Dickkupferprofil (5) und allfälligen Leiterbahnen (8) gewährleistet ist. 2. multilayer printed circuit board produced by the method according to claim 1, characterized in that the hole diameter (13) of the second bore (14) is smaller than the hole diameter (1 1) of the first bore (9) is selected such that an electrical insulation between the electrically conductive material (15) and the thick copper profile (5) and any conductor tracks (8) is ensured.
3. Mehrlagen-Leiterplatte hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochdurchmesser (13) der zweiten Bohrung (14) um 1/10 kleiner ist als der Lochdurchmesser (1 1 ) der ersten Bohrung (9).
3. Multi-layer printed circuit board produced by the method according to claim 1 or 2, characterized in that the hole diameter (13) of the second bore (14) is smaller by 1/10 than the hole diameter (1 1) of the first bore (9).
4. Mehrlagen-Leiterplatte hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lochdurchmesser (1 1 ) der ersten Bohrung (9) etwa 0,5 mm und Lochdurchmesser (13) der zweiten Bohrung (14) etwa 0,3mm ist. 4. multilayer printed circuit board produced by the method according to claim 1, characterized in that the hole diameter (1 1) of the first bore (9) about 0.5 mm and hole diameter (13) of the second bore (14) is about 0.3 mm ,
5. Mehrlagen-Leiterplatte hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lochdurchmesser (1 1) der ersten Bohrung (9) etwa 0,6 mm und Lochdurchmesser (13) der zweiten Bohrung (14) etwa 0,4mm ist. 5. multilayer printed circuit board produced by the method according to claim 1, characterized in that the hole diameter (1 1) of the first bore (9) about 0.6 mm and hole diameter (13) of the second bore (14) is about 0.4 mm ,
6. Mehrlagen-Leiterplatte hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (12) für die Bohrung (9) aus einem isolierenden Material besteht. 6. multilayer printed circuit board produced by the method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the filling material (12) for the bore (9) consists of an insulating material.
7. Mehrlagen-Leiterplatte hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupferprofil (5) zumindest eine Breite größer als 500 prn aufweist und eine Dicke von größer als 200 pm, insbesondere größer 500 pm. 7. multilayer printed circuit board produced by the method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the copper profile (5) has at least a width greater than 500 prn and a thickness of greater than 200 pm, in particular greater than 500 pm.
8. Mehrlagen-Leiterplatte hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Durchkon- taktierung (2) ein Randbereich (18) aus dem Füllmaterial (12) vorhanden ist, welcher einen Abstand zwischen dem ersten Lochdurchmesser (1 ) und dem zweiten Lochdurchmesser (13) sicherstellt. 8. Multi-layer printed circuit board produced by the method according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the region of the through-contact (2) an edge region (18) of the filling material (12) is present, which is a distance between the first Hole diameter (1) and the second hole diameter (13) ensures.
9. Mehrlagen-Leiterplatte hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auskleidung der Bohrungswand der zweiten Bohrung (14) eine Hülse oder ein Stecker aus einem leitfähigen Material (15) einsetzbar sind.
9. multilayer printed circuit board produced by the method according to one of claims 1 to 7, characterized in that for lining the bore wall of the second bore (14) a sleeve or a plug of a conductive material (15) can be used.
10. Verfahren zur Herstellung einer Durchkontaktierung (2) einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Auskleidung der Bohrungswand der zweiten Bohrung (14) mit einem elektrisch leitfähigen Material (15) ein Verschließen der Bohrung (14) mit einem weiteren Füllmaterial (16) stattfindet.
10. A method for producing a via (2) one of claims 1 to 9, characterized in that following the lining of the bore wall of the second bore (14) with an electrically conductive material (15) closing the bore (14) another filling material (16) takes place.
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