WO2000013062A1

WO2000013062A1 - Verfahren zur mikrolocherzeugung

Info

Publication number: WO2000013062A1
Application number: PCT/CH1999/000016
Authority: WO
Inventors: Walter Schmidt
Original assignee: Dyconex Patente Ag
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2000-03-09
Also published as: EP1112530B1; EP1112530A1; US6601297B1; DE59915155D1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Mikrolöchern in Halbzeugen (300) für Leiterplatten, unter Verwendung von Vorfabrikaten (200), bestehend aus mehreren Schichten elektrisch leitfähiger Materialien (21, 22) und Dielektrika (20), wobei Mikrolöcher in Dielektrika und/oder in elektrisch leitfähigen Materialen geprägt werden und die geprägten Mikrolöcher mittels Plasma oder mittels nasschemischer Verfahren nachgereinigt werden.

Description

VERFAHREN ZUR MIKROLOCHERZEUGUNG

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Leiterplattentechnik und betrifft ein Verfahren zur Mikrolocherzeugung gemass der Definition der Patentansprüche.

In der modernen Leiterplattentechnik werden vermehrt Mikrolocher oder Micro- Vias eingesetzt, da die konventionell mechanisch gebohrten Z- Achsenverbindungen zu viel Platz wegnehmen. Es gibt eine Reihe von Herstellverfahren für Mikrolocher in Halbzeugen für Leiterplatten. Neben dem Plasma-Bohren können auch das Laser- Bohren oder die photochemische Strukturierung zur Erzeugung von kleinen Löchern in photoempfindlichen Dielektrika eingesetzt werden.

Während das Laser-Bohren ein sequentieller Prozess ist, der bei grossen Lochzahlen naturgemäss auch lange Zeit beansprucht, sind das Plasma-Bohren und auch das Verfahren der photostrukturierten Mikrolocher parallele Prozesse, die es erlauben, alle Löcher gleichzeitig herzustellen.

Die photochemische Strukturierung zeigt eine Reihe von Nachteilen, insbesondere das fehlerfreie Aufbringen von flüssigen, photoempfindlichen Dielektrika-Schichten ist sehr aufwendig und es ist deshalb auch schwierig eine hohe Ausbeute zu erreichen. Das Plasma-Bohren wurde in einer Reihe von Patenten bereits schutzrechtlich abgesichert und hat sich seit 1991 Jahren sehr bewährt. Trotzdem gibt es einige Punkte, die noch verbesserungswürdig sind:

- Einerseits ist das Plasma-Bohren ein paralleler Prozess, d.h. alle Löcher werden gleichzeitig hergestellt. Der Vorgang dauert zwischen 10 und 45 Minuten, je nach Material und dessen Dicke. Die Bohrgeschwindigkeit ist für ein gegebenes Dielektrikum kaum mehr zu steigern und - insbesondere bei einer kleineren Anzahl von zu bohrenden Löchern - ist das Verfahren nicht so wirtschaftlich, als bei grossen Lochdichten. Es wäre daher von Vorteil, die Geschwindigkeit des

Plasma-Bohrens noch weiter zu steigern, bzw. die Prozesszeit zu verkürzen.

- Das verwendete Plasma-Bohrverfahren ist ein isotroper Ätzprozess, der nicht nur in der Z-Richtung der Vorfabrikate, sondern auch lateral, in XY- Richtung angreift. Dadurch entsteht eine sogenannte Unterätzung, die insbesondere bei der

Herstellung von Sacklöchern durch einen weiteren Prozess, das Lochforming, eliminiert werden muss. Dabei wird eine Lage elektrisch leitfähigen Materials homogen abgetragen und gleichzeitig überhängende Materialränder abgeätzt. Die Nachteile dieses Verfahrens sind einerseits die zusätzlichen Kosten, andererseits aber auch eine Vergrösserung der geätzten Löcher. Es wäre von Vorteil, diese

Unterätzung zu vermindern bzw. zu vermeiden.

Vor dem eigentlichen Plasma-Bohren werden in einem Photoprozess alle jene Stellen vom elektrisch leitfähigen Material befreit, an denen ein Loch geätzt werden soll. Dieser Photostrukturierprozess ist nicht ohne Ausbeuteeinbusse zu bewerkstelligen. Insbesondere können kleine Staubpartikel etc. dazu führen, dass nicht erwünschte, zusätzliche Öffnungen im elektrisch leitfähigen Material entstehen, die im Plasma ebenfalls zu Löchern werden, die anschliessend im galvanischen Durchplattieren zu elektrischen Kurzschlüssen fuhren können. Die vorliegende Erfindung stellt sich somit zur Aufgabe, ein Verfahren zur Mikrolocherzeugung zu liefern, welches die oben beschriebenen Nachteile vermeidet. Dieses Verfahren soll kostengünstig, einfach einsetzbar und mit gängigen Techniken der Leiterplattenindustrie kompatibel sein.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen definierte Erfindung gelöst.

Die Erfindung basiert auf der Tatsache, dass eine Kombination eines Prägevorgangs mit anschliessender Lochreinigung verwendet wird und Prägewerkzeuge bzw. Prägevorrichtungen mit herkömmlichen Methoden günstig herstellbar sind. Solche Prägewerkzeuge bzw. Prägevorrichtungen werden hierbei insbesondere zur Erzeugung von Öffnungen im Dielektrikum verwendet. Sie lassen sich aber auch zum Entfernen von lokalen Bereichen elektrisch leitfähigen Materials verwenden. In einer Nachbehandlung werden die geprägten Mikrolocher gereinigt und anschliessend nach den herkömmlichen Verfahren der Leiterplattentechnik elektrisch durchkontaktiert. Dieses Prägen von Mikrolochem hat eine wesentliche Verkürzung der Prozesszeiten zur Folge und gestattet neue, sehr vorteilhafte Möglichkeiten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der folgenden Figuren im Detail erläutert, hierbei zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Teil eines beispielhaften Prägewerkzeuges, hergestellt in einem vorteilhaften Herstellungsverfahren,

Fig. 2 schematisch einen Teil eines ersten beispielhaften Leiterplattenhalbzeuges, hergestellt unter Verwendung eines Prägewerkzeuges gemass Fig. lc, Fig. 3 schematisch einen Teil eines weiteren beispielhaften

Leiterplattenhalbzeuges, hergestellt unter Verwendung eines Prägewerkzeuges gemass Fig. lc,

Fig.4 schematisch einen Teil eines weiteren beispielhaften Prägewerkzeuges, hergestellt in einem vorteilhaften Herstellungsverfahren,

Fig. 5 schematisch einen Teil eines weiteren beispielhaften

Leiterplattenhalbzeuges, hergestellt unter Verwendung eines Prägewerkzeuges gemass Fig. 4f,

Fig. 6 schematisch einen Teil eines weiteren beispielhaften

Leiteφlattenhalbzeuges, hergestellt unter Verwendung eines Prägewerkzeuges gemass Fig. 4f,

Fig.7 schematisch einen Teil einer beispielhaften Prägevorrichtung, hergestellt in einem vorteilhaften Herstellungsverfahren,

Fig. 8 schematisch einen Teil eines weiteren beispielhaften Leiteφlattenhalbzeuges, hergestellt unter Verwendung einer

Prägevorrichtung gemass Fig. 7,

Fig. 9 schematisch einen Teil eines weiteren beispielhaften

Leiteφlattenhalbzeuges, hergestellt unter Verwendung einer Prägevorrichtung gemass Fig. 7,

Fig. 10 schematisch einen Teil eines weiteren beispielhaften Leiteφlattenhalbzeuges, hergestellt unter Verwendung eines Prägewerkzeuges oder einer Prägevorrichtung, Fig. 11 schematisch einen Teil eines weiteren beispielhaften Leiteφlattenhalbzeuges, hergestellt unter Verwendung eines Prägewerkzeuges oder einer Prägevorrichtung,

Fig. 12 schematisch einen Teil eines weiteren beispielhaften Leiteφlattenhalbzeuges, hergestellt unter Verwendung eines Prägewerkzeuges oder einer Prägevorrichtung sowie unter Verwendung einer elastischen Zwischenschicht,

Fig.13 schematisch Teile zweier Prägewerkzeuge, ein weiteres beispielhaftes Prägewerkzeug gemass Fig. 13a ist in einem weiteren vorteilhaften Herstellungsverfahren hergestellt, Fig. 13b zeigt ein nachteiliges Prägewerkzeug,

Fig. 14 schematisch einen Teil eines weiteren beispielhaften Leiteφlattenhalbzeuges mit gestanztem Fehler, hergestellt unter Verwendung eines nachteiligen Prägewerkzeuges gemass Fig. 13b,

Fig. 15 schematisch einen Teil eines weiteren beispielhaften Prägewerkzeuges, hergestellt in einem weiteren vorteilhaften Herstellungsverfahren.

Bisher wird in der Fertigung von Leiteφlatten kein Prägen verwendet. Ein erster Grund liegt darin, dass in der Leiteφlattentechnik bis jetzt nur Durchgangslöcher angelegt werden, wofür jedoch kein Prägen notwendig ist. Ein weiterer Grund liegt darin, dass zum Prägen ein Prägewerkzeug oder ein Prägestempel erforderlich ist und dass sich solche Matrizen nur unter hohem Kostenaufwand, bspw. mittels Funkenerosion, herstellen lassen. Der Fachmann hat das Prägen von Leiteφlattenhalbzeugen somit bisher nicht in Betracht gezogen. Heutzutage werden in der Leiteφlattentechnik vermehrt Sacklöcher angelegt. Dies liegt bspw. daran, dass die verwendeten Dielektrika-Schichten sehr dünn geworden sind. Ferner hat sich herausgestellt, dass Prägewerkzeuge bzw. Pärgevorrichtungen relativ einfach und günstig mit bekannten Mitteln und Möglichkeiten der Leiteφlattenfabrikation hergestellt werden können.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines ersten beispielhaften Prägewerkzeuges 100, hergestellt in einem ersten vorteilhaften Herstellungsverfahren. Als Ausgangsmaterial dient eine Metallplatte 1, bspw. ein Blech. Diese Platte wird photochemisch, bspw. mittels belichtetem Photoresist 50,50' so bearbeitet, dass an allen Orten, an denen in Leiteφlatten ein Mikroloch entstehen soll, eine konische Erhebung 1' herausgeätzt wird. Durch die Unterätzung im nasschemischen Prozess werden die Erhebungen, deren Höhe im Bereich von 25 bis 100 μm liegt, automatisch kegelförmig ausgebildet. Bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung können natürlich auch andere Ausgangsmaterialien, bspw. nichtmetallische Platten und Folien verwendet werden.

Dieses so entstandene erste vorteilhafte Prägewerkzeug kann 100% geprüft werden und dient als wiederverwendbares Werkzeug in der Fertigung von Halbzeugen für Leiteφlatten. Insbesondere dient es als Werkzeug zur Herstellung von Sacklöchern in Leiteφlattenhalbzeugen. Die konische Ausformung der Erhebungen ermöglicht ein einfaches Herausziehen/Lösen des Prägewerkzeuges vom Leiteφlattenhalbzeug. Es erfolgen bspw. keine Beschädigungen oder Verunreinigungen des Halbzeuges. Dieses einfache Lösen des Werkzeuges vom Halbzeug erhöht die Prozessausbeute, da Nachfolgeprozesse, bspw. die Durchkontaktierung der Sacklöcher unter somit optimalen Bedingungen durchgeführt werden können.

Bei der Fertigung von Leiterplattenhalbzeugen werden vorteilhafterweise Vorfabrikate verwendet, die aus mehreren Schichten elektrisch leitfähigen Materials wie bspw. Kupfer bestehen, welche durch Dielektrikum voneinander getrennt sind. - 1 -

Das Vorfabrikat kann ein mehr oder weniger vorgefertigtes Leiteφlattenhalbzeug mit bereits in Schichten elektrisch leitfähigen Materials strukturierten Leiterbahnen sein. Dabei ist zu bemerken, dass das Dielektrikum zwischen zu verbindenden Lagen elektrisch leitfähigen Materials keine Glasfaserverstärkung aufweist und bevorzugterweise reines Harz darstellt. Dieses Harz, meist Epoxidharz oder Polyimid- Harz bzw. Mischungen verschiedener Kunststoffe, kann - muss aber nicht -vollständig ausgehärtet sein.

Fig. 2 zeigt ein erstes beispielhaftes Herstellungsverfahren von Leiteφlattenhalbzeugen. In einem Positioniervorgang gemass Fig. 2a wird ein im beispielhaften Herstellungsverfahren gemass Fig. 1 hergestelltes Prägewerkzeug 100 gegenüber einem Vorfabrikat 200 für Leiteφlattenhalbzeuge so positioniert, dass die Erhöhungen oder Spitzen 1' des Prägewerkzeuges mit vorstrukturierten Öffnungen in einer Kupferfläche 21 der Leiteφlatten- Aussenseite lagemässig übereinstimmen. Diese lagemässige Aussrichtung an vorstrukturierten Öffnungen in der Leitmaterialfläche ist optional und nicht Bedingung, wie an weiteren Beispielen gezeigt wird.

In einem Pressvorgang gemass den Fig. 2b und 2c wird nun die Matrize gegen das Vorfabrikat gepresst, wodurch sich die Spitzen in die vorgefertigten Kupferöffhungen hineindrücken und das Harz des Dielektrikums 20 lokal verdrängen. Dabei kann es auch sinnvoll sein, die Matrize zu erwärmen um das zu verdrängende Harz teigig werden zu lassen.

Durch Prägen alleine wird das Harz am Grunde der Vertiefungen nicht vollständig verdrängt. Dies macht eine gründliche Nachreinigung der Löcher erforderlich. Diese kann gemass Fig. 2d mittels Plasma erfolgen, wobei im Unterschied zu dem normalen Plasma-Bohren nur wenig Material abgetragen werden muss, was die Prozesszeit wesentlich verkürzt. Zudem können auch nasschemische Verfahren, wie z.B. die Anwendung von stark oxidierenden Medien (Kaliumpermanganat-Lösungen), wie sie in der konventionellen Leiteφlatten-Fertigung für die Lochreinigung verwendet werden, eingesetzt werden.

Gemass Fig. 2e kann anschliessend das entstandene Leiteφlattenhalbzeug 300 genau wie herkömmlich hergestellte mittels bekannter Verfahren mit elektrisch leitfähigem Material 23 wie bspw. Kupfer belegt und bis zur nächsten elektrisch leitfähigen Materialschicht 22 durchkontaktiert werden. Danach erfolgt gemass Fig. 2f die photochemische Strukturierung der Leiterbahnen 24, etc.

Durch die stark verkürzte Prozesszeit im Plasma entsteht praktisch keine oder nur eine kleine, durchaus tolerierbare Unterätzung, d.h. die Aussenschicht muss bspw. nicht mehr abgedünnt werden um eventuelle Überhänge wegzuätzen. Dies ist ein weiteren Vorteil, der auch kostenmässig zu Buche schlägt. Zudem kann man auf diese Weise viel kleinere Löcher erzeugen.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, dass nur jene Löcher wirklich bis zur nächsten elektrisch leitfähigen Materialschicht durchgeätzt werden, die auch durch das Prägewerkzeug vorgelocht wurden, da bspw. die Plasma-Reinigung nicht ausreicht, an einem eventuell vorhandenen überzähligen Loch in der Kupferschicht ein Durchgangsloch zu erzeugen. Dadurch wird das oben genannte Problem der unerwünschten, zusätzlichen Löcher gelöst.

Fig. 3 zeigt eine Variante des ersten beispielhaften Herstellungverfahrens eines Leiteφlattenhalbzeuges gemass Fig. 2. Bei diesem weiteren Herstellungsverfahren eines Leiteφlattenhalbzeuges 300 wird im Unterschied zu Fig. 2 ein Vorfabrikat 200 ohne äussere Leitmaterialoberfläche verwendet (Fig. 3a). Gemass Fig. 3b und 3c werden bspw. Sacklöcher im Dielektrikum 20 mit dem Prägewerkzeug 100 geprägt und nachgereinigt. Gemass Fig. 3d und Fig. 3e wird die gesamte exponierte Vorfabrikatoberfläche mit bekannten Verfahren mit elektrisch leitfähigem Material wie bspw. Kupfer 22 belegt, durchkontaktiert und photochemisch strukturiert. Insbesondere kann das Vorfabrikat durch stromlose (chemische) oder galvanische (elektrochemische) Verfahren mit elektrisch leitfähigem Material belegt werden.

Das Prägewerkzeug kann wie im weiteren beispielhaften Herstellungsverfahren gemass Fig. 4 gezeigt, auch durch andere bekannte Verfahren, wie z.B. durch Galvanoforming hergestellt werden. Dabei wird gemass der Fig. 4a bis 4c aus einem Ausgangsmaterial 3 zuerst eine negative Urform 30 durch photochemische oder mechanische Bearbeitung (bspw. mittels Photoresist 5, der zu gehärtetem Photoresist 50 belichtet) hergestellt, die danach durch einen galvanischen Prozess mit z.B. mit einer Schicht Metall 1 belegt wird (Fig. 4d). Je nach Dicke und Stabililität dieser aufgalvanisierten Metallschicht kann diese durch Aufbringen einer Trägeφlatte 11 zusätzlich versteift werden (Fig. 4e). Dies ist jedoch keine Bedingung. Vorzugsweise aber nicht zwingenderweise ist die aufgalvanisierte Metallschicht eine Chromschicht, die auf der Urform schlecht haftet. Dies erleichtert das Ablösen des Prägewerkzeuges 100 von der Urform (Fig. 4f). Dem Fachmann stehen bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung zahlreiche Variationen des Herstellungsverfahrens eines weiteren Prägewerkzeuges durch Galvanoforming zur Verfügung. Prinzipiell sind bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung alle kostengünstigen Prägeverfahren einsetzbar.

Durch dieses weitere Herstellungsverfahren können Prägewerkzeuge 100 oder Matrizen mit spitzeren Erhebungen 1' gefertigt werden. Eine solche Matrize kann man dazu verwenden, das Kupfer 21 der Aussenlage eines Vorfabrikats 200, ohne es vorher wegzuätzen, zu durchstossen, wodurch ein photochemischer Prozessschritt eliminiert werden kann (Fig. 5a). Das relativ weiche Kupfer wird dabei in die Mikrolocher hineingedrückt und bildet eine bereits elektrisch leitfähige Seitenwand der Mikrolocher (Fig. 5b). Auch bei dieser Verfahrensvariante ist eine Nachreinigung, bspw. mittels Plasma oder nasschemischer Verfahren (Fig. 5c). Anschliessend wird analog zu Fig. 2 die Oberfläche mittels bekannter Verfahren mit bspw. Kupfer 23 belegt und galvanisch verstärkt, wodurch auch die Mikrolocher elektrisch leitend werden (Fig. 5d). Durch einen photochemischen Strukturieφrozess wird ein Leiterbild 24 in das Kupfer geätzt. Das Leiteφlattenhalbzeug 300 ist fertig.

In einer Abwandlung des Verfahrens nach Fig. 5 kann man einen galvanischen Durchkontaktierungsprozess durch das Einbringen eines elektrisch leitfähigen Klebers 25 in Löcher des Leiteφlattenhalbzeuges 300 ersetzen (Fig. 6e), was insbesondere bei sehr kostensensiblen Leiteφlatten oder Platinen im Bereich der Konsumelektronik angebracht erscheint. Das Einbringen kann durch einen Siebdruckprozess, durch Dispenser, Bubble-Jet Prozess, etc. erfolgen.

Diese Prägeprozesse erlauben es, die Prozesszeit wesentlich zu verkürzen (bspw. um einen Faktor 5). Bei Verwendung von Plasma zur Nachreinigung tritt aufgrund der im Vergleich zum Plasma-Bohren kurzen Plasmareaktionszeit keine nachteilige Unterätzung auf, was die Ausbeute erhöht. Ferner wird die Ausbeute erhöht, da nur jene Löcher auch erzeugt werden, die auch durch die Prägematrize definiert sind.

Fig. 7 zeigt schematisch einen Teil einer beispielhaften Prägevorrichtung 100, hergestellt in einem vorteilhaften Herstellungsverfahren. Die bisher beschriebenen Prägewerkzeuge beziehen sich weitgehend auf Prägematrizen. Zur Ausführung der Erfindung lassen sich aber auch Prägevorrichtungen wie elektronisch ansteuerbare Matrizen, in Analogie zu den Matrix-Druckern verwenden. Eine solche Prägevorrichtung wird beispielhaft in den Fig. 7 bis 9 dargestellt. Fig. 7 zeigt einen Teil einer vorteilhaften Prägevorrichtung 100 in Form einer nadeiförmigen Erhebung 101 für einen Matrix-Drucker. Diese nadeiförmige Erhebung ist bspw. im Bereich der Spitze konisch, kegel- oder pyramidenförmig zugespitzt, wobei der Spitzenwinkel kleiner 90° ist. Besonders vorteilhaft aber nicht zwingend ist, dass die Nadel im Bereich der Spitze einen Absatz und eine konische Erhebung aufweist, welcher Absatz die Eindringtiefe beim Prägevorgang automatisch begrenzt. Die Nadeln sind vorteilhafterweise aus hartem und verschleissfestem Material.

Fig. 8 zeigt ein weiteres beispielhaftes Herstellungverfahren von Leiteφlattenhalbzeugen unter Verwendung einer Prägevorrichtung gemass Fig. 7. Bei diesem weiteren Herstellungsverfahren wird eine Matrix-Prägevorrichtung 100 mit einer Vielzahl nadeiförmiger Erhebungen 101 gegenüber einem Vorfabrikat 200 für Leiteφlattenhalbzeuge positioniert (Fig. 8a und 8b). Jede einzelne der nadeiförmigen Erhebungen ist elektronisch bspw. über einen Computer ansteuerbar. Die Nadeln sind vorteilhafterweise in einem bestimmten Raster, von bspw. 0.3 mm angeordnet. Um alle Punkte auf der Oberfläche des Vorfabrikats zu erreichen, wird bspw. das Vorfabrikat relativ zur Nadelmatrix-Prägevorrichtung in X- und Y-Richtung verfahren. Dabei kann entweder das Vorfabrikat und/oder die Matrix- Prägevorrichtung bewegt werden. Gemass Fig. 8c und 8d werden bspw. Sacklöcher im Dielektrikum 20 geprägt. Hierzu werden Nadeln elektronisch aktiviert, sodass sie kleine konische Vertiefungen in die Oberfläche vom Vorfabrikat schlagen. Die Nadeln 101 sind an ihrer Spitze vorteilhafterweise so geformt, dass sie die mit leitfähigem Material 21 wie bspw. Kupfer durchstossen und kegelförmige Vertiefungen entstehen. Die Anschlagkraft ist vorteilhafterweise so steuerbar, dass die Tiefe dieser Mikrolocher rund 80% des Abstandes zweier bspw. per Sackloch zu verbindenender Lagen elektrisch leitfähigen Materials beträgt. Da die kegelförmigen Vertiefungen nicht bis zur nächsten Ebene elektrisch leitfähigen Materials 22 reichen, wird der verbleibende Rest des bspw. organischen Dielektrikums durch einen weiteren abtragenden oder verdrängenden Prozess vertieft. Dies erfolgt bspw. im nachfolgenden Reinigungsschritt per Plasma oder per nasschemischer Verfahren, wobei bspw. geringe Unterätzungen entstehen (Fig. 8e). Dadurch wird die nächste Ebene elektrisch-leitfähigen Materials am Boden der Sacklöcher freigelegt. Gemass Fig. 8f und Fig. 8g wird die gesamte exponierte Vorfabrikatoberfläche mit bekannten Verfahren mit elektrisch leitfähigem Material 23 wie bspw. Kupfer belegt, durchkontaktiert und photochemisch in Leiterbahnen 24 strukturiert. Das Leiteφlattenhalbzeug 300 ist fertig.

Fig. 9 zeigt eine Variante des weiteren beispielhaften Herstellungverfahrens eines Leiteφlattenhalbzeuges gemass Fig. 8. Bei diesem weiteren Herstellungsverfahren wird im Unterschied zu Fig. 8 ein Vorfabrikat 200 ohne elektrisch leitfähiges Material in der äusseren Oberfläche verwendet (Fig. 9a). Die Matrix-Prägevorrichtung 100 muss somit keine Schicht aus bspw. Kupfer durchstossen (Fig. 9b). Gemass Fig. 9c und 9d werden bspw. Sacklöcher im Dielektrikum 20 geprägt. Anschliessend werden solche Sacklöcher durch Plasma- oder nasschemische Verfahren vertieft und gereinigt. Gemass Fig. 9e bis Fig. 9g werden bspw. abnehmbare Masken 7 aus bspw. Metall verwendet, die auf die zu reinigende und/oder zu vertiefende Vorfabrikatoberfläche gelegt werden und Ausnehmungen an den zu vertiefenden und/oder zu reinigenden Mikrolochem aufweisen. Durch diese Ausnehmungen in den Masken werden die Vorfabrikatoberflächen nur im Bereich der Mikrolocher bspw. mittels Plasmaeinwirkung vertieft und/oder gereinigt. Die nächste Ebene elektrisch- leitfähigen Materials am Boden der Sacklöcher wird somit freigelegt. Gemass Fig. 9h und 9i wird die gesamte exponierte Vorfabrikatoberfläche mit bekannten Verfahren mit elektrisch leitfähigem Material 23 wie bspw. Kupfer belegt, durchkontaktiert und photochemisch zu Leiterbildem 24 strukturiert. Das Leiteφlattenhalbzeug 300 ist fertig.

Die Vorteile der Verwendung einer Prägevorrichtung gegenüber derjenigen einer Prägematrize beruhen darauf:

- dass keine Prägematrizen benötigt und somit auch nicht hergestellt werden müssen, das Verfahren ist somit unter Verwendung einer Prägevorrichtung flexibler und anpassungsfähiger, dies insbesondere bei Änderungen bspw. im Schaltungsentwurf,

dass die Nadelspitzen optimal geformt werden können, während eine durch Ätzen gestaltete Prägematrize nur eine bestimmte Form zulässt und

dass das Herstellungsverfahren im Durchlauf, d.h. kontinuierlich durchführbar ist, in Analogie zum Bedrucken eines Blattes Papier.

Die Nachteile der Verwendung einer Prägevorrichtung gegenüber derjenigen eines Prägewerkzeuges liegen in den längeren Prozesszeiten. Dies bedeutet, dass für kleine Serien von Leiteφlattenhalbzeugen und Leiteφlatten die Verwendung einer Prägevorrichtung wie bspw. der beschriebene Matrix-Drucker wirtschaftlich von Vorteil ist, während für grosse Serien von Leiteφlattenhalbzeugen und Leiteφlatten die Verwendung von Prägewerkzeugen wie bspw. die beschriebenen Prägematrizen wirtschaftlich von Vorteil sind.

Fig. 10 und 11 zeigen schematisch Teile von weiteren beispielhaften Leiteφlattenhalbzeugen, hergestellt unter Verwendung eines Prägewerkzeuges oder einer Prägevorrichtung. Die Beschreibung des Herstellungsverfahrens eines Leiteφlattenhalbzeuges gemass der Fig. 10 und 11 ähnelt den vorgängig beschriebenen Herstellungsverfahren, sodass auf diese Beschreibungen verwiesen wird und in der folgenden Beschreibung insbesondere Unterschiede der Herstellungsverfahren gemass der Fig. 10 und 11 gegenüber den vorgängig beschriebenen Herstellungsverfahren hervorgehoben werden.

Ein Prägewerkzeug 100 oder eine Prägevorrichtung 100 gemass Fig. 10a wird gegenüber einem Vorfabrikat 200 für Leiteφlattenhalbzeuge positioniert und in einem Pressvorgang gegen das Vorfabrikat gepresst, wodurch sich die Spitzen 1 ' in das Vorfabrikat hineindrücken und aussenseitig angebrachtes elektrisch leitfähiges Material 21 wie bspw. Kupfer sowie dielektrisches Harz 20 lokal verdrängen (Fig. 10b). Durch das Prägen oder Piercen entstehen sehr kleine, sogenannte Mikrolocher. Dementsprechend ist die Kontaktfläche zum nächsttieferliegenden elektrisch leitfähigen Material 22 sehr klein. Diese Vertiefungen dienen bspw. zum Herstellen von durchzukontaktierenden Sacklöchern.

Am Grunde der geprägten Mikrolocher wird das Harz durch Prägen alleine nicht vollständig verdrängt, was eine gründliche Nachreinigung dieser Mikrolocher erforderlich macht. Diese kann mittels Plasma oder auch nasschemischer Verfahren erfolgen. Die Vertiefungen werden dabei bis zur nächsten innenliegenden elektrisch leitfähigen Materiallage aus bspw, Kupfer vergrössert, sodass Kontaktflächen für herzustellende Sacklöcher freigelegt werden (Fig. 10c).

Gemass Fig. lOd kann anschliessend das entstandene Leiteφlattenhalbzeug genau wie herkömmlich hergestellte mittels bekannter Verfahren mit elektrisch leitfähigem Material 24 wie bspw. Kupfer belegt und durchkontaktiert. Eine photochemische Strukturierung der Leiterbahnen, etc. und eine Weiterverarbeitung zu einem Leiteφlattenhalbzeug 300 ist somit, wie bereits vorgängig beschrieben und gezeigt, möglich.

Um ein Durchstechen von dünnen Schichten elektrisch leitfähigen Materials sicher zu gewährleisten, müssen die Erhöhungen von Prägewerkzeug bzw. Prägevorrichtung recht spitz gestaltet sein. Dies führt wiederum zu sehr kleinen Mikrolochem. Die Durchmesser vom Lochgrund dieser Mikrolocher lassen sich wie bereits vorgängig beschrieben durch Plasmaeinwirkung oder durch nasschemische Verfahren erweitem, sodass innenliegendes elektrisch leitfähiges Material als Kontaktflächen für bspw. herzustellende Sacklöcher freigelegt werden. Eine solche Vergrösserung ist gemass Fig. 11a aber auch durch ein rotierendes Vibrieren des Prägewerkzeuges 100 oder Prägevorrichtung 100 möglich. Eine solche rotierende Vibration wird durch den kreisförmig geschlossenen Pfeil in Fig. 11a angedeutet. Vibrationen lassen sich dem Prägewerkzeug bzw. der Prägevorrichtung mittels bekannter Methoden aufzwingen. Diese Vibrationen der Spitzen erfolgen vorzugsweise in kreisförmiger Richtung und bewirken, dass die im Dielektrikum 20 vom Vorfabrikat 200 eingesteckten Spitzen die Vertiefungen kreisförmig aufweiten und vertiefen (Fig. 11b). Die Lochgrössen lassen sich somit über die Amplitudengrösse der Vibrationen bestimmen. Eine nachfolgende Reinigung mittels Plasma oder nasschemischer Verfahren ist möglich aber nicht zwingend. Gemass Fig. 11c wird anschliessend das entstandene Leiteφlattenhalbzeug mittels bekannter Verfahren mit elektrisch leitfähigem Material 23 wie bspw. Kupfer belegt und durchkontaktiert. Eine photochemische Strukturierung von Leiterbahnen, usw. ist somit, wie bereits vorgängig beschrieben und gezeigt, möglich.

Vorteilhaft an einer solchen mechanischen Locherweiterung bzw. Vertiefung ist, dass nachfolgende Reinigungsverfahren drastisch verkürzt werden, was positive Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit des hat. Vorteilhaft an einer solchen mechanischen Locherweiterung ist femer, dass die Kontaktfläche am Boden der Sacklöcher vergrössert wird, was die Zuverlässigkeit der Z- Achsenverbindung erhöht.

Andere Bewegungen und Richtungen der vibrierenden Spitzen sind bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung durchaus möglich, dem Fachmann stehen hierbei vielfältige Variationen zur Verfügung. So ist es bspw. möglich, bei der Herstellung von Durchgangslöchem, wo Prägewerkzeuge bzw. Prägevorrichtungen beidseitig auf ein Vorfabrikat gepresst werden, die Spitzen von auf unterschiedlichen Seiten des Vorfabrikats angebrachten Prägewerkzeugen bzw. Prägevorrichtungen gegenläufig vibrieren zu lassen.

Fig. 12 zeigt schematisch einen Teil eines weiteren beispielhaften Leiteφlattenhalbzeuges, hergestellt unter Verwendung eines Prägewerkzeuges oder einer Prägevorrichtung sowie unter Verwendung einer elastischen Zwischenschicht. Die Beschreibung des Herstellungsverfahrens eines Leiteφlattenhalbzeuges gemass der Fig. 12 ähnelt den vorgängig beschriebenen Herstellungsverfahren, sodass auf diese Beschreibungen verwiesen wird und in der folgenden Beschreibung insbesondere Unterschiede der Herstellungsverfahren gemass der Fig. 12 gegenüber den vorgängig beschriebenen Herstellungsverfahren hervorgehoben werden.

Gemass Fig. 12a wird ein Prägewerkzeug 100 oder eine Prägevorrichtung 100 mit elastischer Zwischenschicht 4 gegenüber einem Vorfabrikat 200 für Leiteφlattenhalbzeuge positioniert und in einem Pressvorgang gegen das Vorfabrikat gepresst, wodurch sich die Spitzen 1' in das Vorfabrikat hineindrücken und aussenseitig angebrachtes elektrisch leitfähiges Material 21 wie bspw. Kupfer sowie dielektrisches Harz 20 lokal verdrängen (Fig. 12b). Die elastische Zwischenschicht des Prägewerkzeuges bzw.- der Prägevorrichtung erlaubt eine Anpassung an eventuelle Variationen in der Dicke der zu prägenden Halbzeuge, die sich beim Prägen negativ auswirken können. Fig. 12a zeigt ein solches, beispielhaftes Vorfabrikat mit unterschiedlicher Dicke. Der Einsatz einer elastischen Zwischenschicht erfolgt vorteilhafterweise zwischen dem Prägewerkzeug bzw. der Prägevorrichtung und der eigentlichen Druckplatte. Die elastische Zwischenschicht passt sich beim Anpressen an das Vorfabrikat dessen Unebenheiten an und ermöglicht somit ein Prägen mit gleichmässiger Prägetiefe. Anschliessend erfolgt eine Reinigung mittels Plasma oder nasschemischer Verfahren. Anschliessend lässt sich das Leiteφlattenhalbzeug mittels bekannter Verfahren mit elektrisch leitfähigem Material wie bspw. Kupfer belegen und durchkontaktieren. Auch ist eine photochemische Strukturierung der Leiterbahnen, etc., wie vorgängig beschrieben und gezeigt, möglich.

Fig. 14 zeigt schematisch einen Teil eines Leiteφlattenhalbzeuges mit gestanzten Fehlem, hergestellt unter Verwendung eines nachteiligen Prägewerkzeuges gemass Fig. 13b. Die Beschreibung des Herstellungsverfahrens eines Leiteφlattenhalbzeuges gemäss der Fig. 14 ähnelt den vorgängig beschriebenen Herstellungsverfahren, sodass auf diese Beschreibungen verwiesen wird und in der folgenden Beschreibung insbesondere Unterschiede der Herstellungsverfahren gemass der Fig. 14 gegenüber den vorgängig beschriebenen Herstellungsverfahren hervorgehoben werden.

Die Gestalt der Spitze eines Prägewerkzeuges bzw. einer Prägevorrichtung ist sehr wichtig. Dies deshalb, weil wie bspw. die in Fig. 13b gezeigte abgeflachte Spitze 1" zu einer Art Stanzvorgang führt. Ein solcher nachteiliger Stanzvorgang wird in Fig. 14 beispielhaft gezeigt. Gemass Fig. 14a ist ein Prägewerkzeug oder eine Prägevorrichtung 100 mit abgeflachten Spitzen 1" gegenüber einem Vorfabrikat 200 für Leiteφlattenhalbzeuge positioniert und wird in einem Pressvorgang gegen das Vorfabrikat gepresst, wodurch sich die Spitzen in das Vorfabrikat hineindrucken und aussenseitig angebrachtes elektrisch leitfähiges Material 21 wie bspw. Kupfer sowie dielektrisches Harz 20 lokal verdrängen (Fig. 14b und 14c). Durch das Prägen entstehen Vertiefungen oder Mikrolocher zum Herstellen von bspw. durchzukontaktierenden Sacklöchern. Durch die abgeflachten Spitzen werden beim Prägen kleine Kupferrondellen 211 aus der aussenseitig angebrachten elektrischen Leitschicht ausgestanzt und nach innen, gegen die nächste Lage elektrisch leitfähigen Materials 22, gedrückt (Fig. 14d). Dabei befindet sich zwischen der Kupferrondelle und der darunterliegender Lage elektrisch leitfähigen Materials eine dünne Schicht Dielektrikum. Bei einer nachfolgenden Reinigung der Vertiefungen mittels Plasma oder nasschemischer Verfahren kann durch eine Kupferrondelle abgedecktes Dielektrikum nicht mehr entfernt werden. Eine Herstellung von Sacklöchern wird somit verhindert.

Solche Stanzfehler werden bei Verwendung von Prägewerkzeugen bzw. Prägevorrichtungen mit Spitzen mit scharfen Erhöhungen vermieden. Fig. 13a und Fig. 15 zeigen schematisch Teile von weiteren beispielhaften Prägewerkzeugen, hergestellt in weiteren vorteilhaften Herstellungsverfahren. Fig. 13a zeigt eine Spitze 1', die verglichen mit der nachteiligen abgeflachten Spitze gemass Fig. 13b, in einem elektrochemischen Polieφrozess abgerundet worden ist. Vorteilhafterweise wird hierzu die Prägematrize mit abgeflachten Spitzen 1" gemass Fig. 13b elektrisch anodisch geschaltet, sodass Kanten und Mikrospitzen in einem Atzprozess schneller abgetragen werden als flache Bereiche. Das Ergebnis ist die scharfe Spitze 1' gemass Fig. 13 a. Dem Fachmann stehen bei Kenntnis der vorliegenden Erfindung vielfältige Möglichkeiten der Variation zur Verfügung. So ist es durchaus möglich, abgeflachte Spitzen durch einen Sandstrahl-Prozess abzurunden. Auch ist es möglich, abgeflachte Spitzen einem nasschemischen Atzprozess abzurunden.

Fig. 15 zeigt ein weiteres Herstellungsverfahren von beispielhaften Prägewerkzeugen mit Spitzen mit scharfen Erhöhungen. Ausgangsmaterial ist gemass Fig. 15a eine Folie bzw. ein Blech bspw. aus Metall 1. In einer ersten photochemischen Strukturierung wird gemass Fig. 15b eine dünne Schicht Photoresist 5 auf die Ausgangsmaterialoberfläche aufgetragen und über eine Filmvorlage belichtet (Fig. 15c). An allen belichteten Oberflächenbereichen wird der Photoresist gehärtet (Fig. 15d). Nach Entwicklung dieser Photoresistschicht bleibt wie in Fig. 15e gezeigt, nur gehärteter Photoresist 50 auf der Ausgangsmaterialoberfläche haften. Dieser Photoresist bildet vorteilhafterweise kreisrunde oder auch mehreckige Inselbereiche von 25-100 μm Durchmesser.

Anschliessend wird diese Ausgangsmaterialoberfläche mit einem geeigneten Ätzmedium geätzt (Fig. 15f). Bei Verwendung einer Ätztiefe von 10-50 μm entstehen im Bereich der Resistinseln kleine Erhöhungen 1* von 10-50 μm Durchmesser. Der Photoresist wird daraufhin gestrippt (Fig. 15g). In einer weiteren photochemischen Strukturierung gemass Fig. 15h wird eine weitere Schicht Photoresist 6 auf die mit kleinen Erhöhungen versehenen Ausgangsmaterialoberfläche aufgetragen und über eine Filmvorlage belichtet (Fig. 15i). An allen belichteten Oberflächenbereichen wird der weitere Photoresist gehärtet (Fig. 15j). Nach Entwicklung dieser Photoresistschicht bleibt wie in Fig. 15k gezeigt, nur gehärteter Photoresist 60 auf der Ausgangsmaterialoberfläche haften. Dieser Photoresist bildet vorteilhafterweise kreisrunde und auch mehreckige Inselbereiche von 100-300 μm Durchmesser.

Nun wird diese Ausgangsmaterialoberfläche mit einem geeigneten Ätzmedium ein weiteres Mal geätzt (Fig. 151). Bei Verwendung einer Ätztiefe von 100-300 μm entstehen im Bereich der Resistinseln kleine Erhöhungen 1' von 100-300 μm Durchmesser. Der Photoresist wird daraufhin gestrippt (Fig. 15m). Das Prägewerkzeug 100 ist fertiggestellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Mikrolochem in Halbzeugen (300) für Leiteφlatten, unter Verwendung von Vorfabrikaten (200), bestehend aus mehreren Schichten elektrisch leitfähiger Materialien (21,22) und einer oder mehrerer Schichten eines Dielektrikums (20), dadurch gekennzeichnet, dass Löcher in Dielektrika und/oder in elektrisch leitfähigen Materialien geprägt werden und dass die geprägten Löcher nachgereinigt werden.

2. Verfahren gemass Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Prägewerkzeuge (100) oder Prägevorrichtungen (100) mit konischen Erhebungen (1') gegen Vorfabrikate gepresst werden, wodurch die konischen Erhebungen in elektrisch leitfähige Materialien und/oder in das Dielektrikum hineingedrückt werden und das elektrisch leitfähige Material durchstossen und/oder das Dielektrikum lokal verdrängt wird.

3. Verfahren gemass Anspmch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher mittels Plasma oder mittels nasschemischer Verfahren nachgereinigt werden.

Verfahren gemass Anspmch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher durch Plasma oder mittels nasschemischer Verfahren vertieft, vergrössert und gereinigt werden.

5. Verfahren gemass Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Prägewerkzeuge oder Prägevorrichtungen mit konischen Erhebungen gegen Vorfabrikate gepresst und in rotierende Vibration versetzt werden, wodurch die konischen Erhebungen in elektrisch leitfähige Materialien und/oder Dielektrika hineingedrückt werden und die dabei entstehenden Löcher durch Vibration vergrössert werden.

6. Verfahren gemass Anspmch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Prägewerkzeugen oder Prägevorrichtungen Vibrationen aufgezwungen werden, die die geprägten Löcher kreisförmig aufweiten und vertiefen und dass die Lochgrössen über die Amplitudengrösse der Vibrationen bestimmt werden.

7. Verfahren gemass einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Prägewerkzeuge oder Prägevorrichtungen elektrisch leitfähige Materialien in Dielektrika hineingedrückt werden und dass dabei Löcher mit elektrisch leitfähigen Seitenwänden gebildet werden.

Verfahren gemass einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Prägewerkzeuge oder Prägevorrichtungen aufgmnd der konischen Ausformung der Erhebungen einfach von Vorfabrikaten gelöst werden.

9. Verfahren gemass einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass

Masken (7) mit Ausnehmungen im Bereich der Mikrolocher auf

Vorfabrikatoberflächen gelegt werden und dass die Vorfabrikatoberflächen durch diese Ausnehmungen in den Masken nur im Bereich der Löcher mittels

Plasma oder nasschemisch vertieft und/oder gereinigt werden.

10. Verfahren gemass einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Prägewerkzeuge oder Prägevorrichtungen durch zwischen den

Prägewerkzeugen oder Prägevorrichtungen und Dmckplatten angeordnete elastische Zwischenschichten (4) mit gleichmässigen Prägetiefen in unebene Vorfabrikate gepresst werden.

11. Halbzeug (300) für Leiteφlatten, herstellbar gemass dem Verfahren nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Löcher in elektrisch leitfähigen Materialien und in Dielektrika hineingedrückt sind.

12. Verfahren zur Herstellung eines Prägewerkzeuges (100) für die Herstellung von Löchern in Halbzeugen (300) für Leiteφlatten gemass Anspmch 1, unter Verwendung einer Metallplatte (1), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Metallplatte mittels photochemischer Verfahren konische Erhebungen (l',l*) herausgeätzt werden.

13. Verfahren zur Herstellung eines Prägewerkzeuges (100) für die Herstellung von Löchern in Halbzeugen für Leiteφlatten gemass Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine negative Urform (30) mit konischen Vertiefungen in photochemischen Verfahren oder mechanischer Bearbeitung hergestellt wird und dass eine dünne Metallschicht (1) aufgalvanisiert und daraufhin von der negativen Urform abgelöst wird.

14. Verfahren gemass Anspmch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als aufgalvanisierte Metallschicht eine Chromschicht verwendet wird und dass dass die Metallschicht vor dem Ablösen von der negativen Urform mit einer Trägeφlatte (11) versteift wird.

15. Prägewerkzeug (100) oder Prägevorrichtung (100), zur Verwendung im Verfahren gemass Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an allen Orten, an denen in Vorfabrikaten Löcher entstehen sollen, konische Erhebungen mit einer Höhe von 25 bis 100 μm vorhanden sind.

16. Prägewerkzeug oder Prägevorrichtung gemass Anspmch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die konischen Erhebungen im Bereich der Spitze konisch, kegel- oder pyramidenförmig zugespitzt sind und dass der Spitzenwinkel kleiner als 90° ist.

17. Prägewerkzeug oder Prägevorrichtung gemass Anspmch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die konischen Erhebungen im Bereich der Spitze einen Absatz und eine konische Erhebung aufweisen, welcher Absatz die Eindringtiefe beim Prägevorgang automatisch begrenzt.

18. Prägewerkzeug oder Prägevorrichtung gemass Anspmch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Prägewerkzeug eine Druckmatrize ist oder dass die Prägevorrichtung ein Matrix-Drucker ist.

19. Prägevorrichtung gemass Anspmch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrix-Drucker eine Vielzahl von konischen Erhebungen in Form von einzeln und elektronisch über einen Computer ansteuerbarbaren Nadeln (101) aufweist.

20. Prägevorrichtung gemass Anspmch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadeln in einem Raster angeordnet sind und dass das Vorfabrikat und/oder der Matrix-Drucker zueinander bewegbar sind.

1. Prägevorrichtung gemass Anspmch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass elektronisch aktivierte Nadeln kleine konische Vertiefungen in die Oberfläche vom Vorfabrikat schlagen und dass die Anschlagkraft der Nadeln steuerbar ist, sodass die Tiefe der Mikrolocher nd 80% des Abstandes von zu verbindenenden Lagen elektrisch leitfähigen Materials beträgt.