WO2023036888A1 - Verfahren zur leiterplattenherstellung und leiterplatte - Google Patents

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Christian Schmid
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Gebr. Schmid Gmbh
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Definitions

  • the invention described below relates to a method for producing printed circuit boards and printed circuit boards produced according to the method.
  • PCB printed circuit board
  • Printed circuit boards always include a base substrate which is designed to be electrically non-conductive and which has a structure of conductor tracks (short: conductor structure) on at least one side of the substrate for electrical contacting of the electronic components.
  • base substrates for printed circuit boards consist of fiber-reinforced plastic, plastic films or laminated paper.
  • the conductor tracks are usually made of a metal such as copper.
  • both sides of a carrier layer can be provided with a conductor structure, or several base substrates, each with a conductor track level, can be combined to form an MLB.
  • base substrates provided with a conductor structure on both sides can also form a basis for multilayer structures.
  • the traces of the various trace levels can be electrically connected to one another via vias. For this purpose, for example, holes can be drilled in the base substrates and the borehole walls can be metalized.
  • the conductor structures are formed on a base substrate in a classic subtractive manner in a multi-stage photolithographic process using a photoresist whose solubility in a developer solution can be influenced by means of radiation, in particular UV radiation.
  • a metal layer usually a copper layer
  • the layer of photoresist can be laminated onto the metal layer, for example.
  • the layer of photoresist is then exposed to the radiation mentioned in an exposure step exposed, wherein partial areas of the layer are protected from exposure to radiation by means of an exposure mask.
  • either the exposed or the unexposed portions of the layer of photoresist are soluble in the developer solution after the exposure step and can be removed in a subsequent step (resist stripping).
  • a subsequent step the development step, partial areas of the metal layer are uncovered on the base substrate, which can be removed wet-chemically in a further subsequent step, an etching step.
  • the residues of the metal layer remaining after the subsequent complete removal of the resist form the desired conductor structure. If necessary, this can be reinforced in a deposition step--for example by galvanic deposition of a suitable metal.
  • Conductor tracks produced according to this classic method are located on a surface of the base substrate. This can be disadvantageous in the manufacture of MLBs. If a surface of a base substrate that is provided with conductor tracks is pressed with another base substrate, there is then often a need for control and correction as a result of deviations that are caused by the pressures and temperatures occurring during pressing. Conductor tracks on the surface of base substrates are particularly exposed to such loads. In general, the smaller the distances and dimensions of the conductor tracks on the substrate, the greater the corresponding need for control and correction, for example with regard to existing impedance and signal speed requirements.
  • DE 102020209767 A1 discloses a method for producing a printed circuit board with a metallic conductor structure that solves this problem.
  • a base substrate designed as a film or plate is provided, which has a first and a second substrate side, which consists at least partially of an electrically non-conductive organic polymer material and in which the first substrate side is covered with a cover metal layer.
  • a mask layer made of titanium or zinc oxide is applied to the cover metal layer and then removed in certain areas using a laser, so that the first substrate side is divided into a first partial area, in which the first substrate side is only covered with the cover metal layer, and in at least one second partial area, in which the first substrate side is covered with the cover metal layer and the mask layer, is subdivided.
  • the first substrate side is exposed to a plasma, with the help of which in the at least one first partial area area the polymer material is removed to form at least one depression.
  • the resulting at least one depression is filled with a filler metal, followed by a complete removal of the cover metal layer and the mask layer in the at least one second partial area, with formation of the desired conductor structure.
  • the object of the present invention was to develop a procedure for the production of printed circuit boards with which the problems described can be avoided or at least reduced.
  • the invention proposes the method with the features of claim 1. Developments of the invention are the subject of dependent claims.
  • the printed circuit board according to claim 8 is also covered by the invention.
  • the wording of all claims is hereby made part of the content of the description by reference.
  • the method according to the invention for producing a printed circuit board with a metallic conductor structure always includes the immediately following steps a. to i.: a. Providing a base substrate designed as a film or plate with a first substrate side and a second substrate side, which consists at least partially of an electrically non-conductive organic polymer material, b. covering the first substrate side with a resist, c. Area-wise removal of the resist, so that the first substrate side is divided into at least a first partial area in which the first substrate side is still covered with the resist and into at least a second partial area in which the first substrate side is free of the resist, d.
  • the first side of the substrate is exposed to a plasma, with the aid of which the polymer material in the at least one second partial area is removed with the formation of at least one elongated, channel-like depression, e.
  • Metallization of the first substrate side preferably including the first partial area and the formed at least one recess, and f. planarization of the first substrate side, optionally with elimination of the metallization in the first partial area, and with preservation of the formed at least one elongated, channel-like recess, wherein g. the resist is a photoresist or a resist of a laser-removable polymeric material, h.
  • the resist in the first partial area by the plasma treatment in step d. is completely or at least almost completely removed and i. the resist is applied to the first substrate side in a thickness that ensures that the desired depth of the elongate, channel-like depression in step d. is achieved before there is a significant removal of the first substrate side by the plasma in the first sub-area.
  • the benefit associated with the method is significant.
  • the use of a metallic mask layer is avoided according to the invention, so the problem of the deposition of metal ions in depressions to be formed cannot occur. Steps for forming and removing the mask layer are completely eliminated. Furthermore, masking is not necessary during the metallization since metallized areas outside of the at least one depression can also be removed during the subsequent planarization.
  • the at least one indentation can be holes or punctiform as well as elongated, channel-like indentations in which metal conductor tracks can be formed.
  • the term “almost” in the above context means that after the plasma treatment the resist has less than 10% of its original thickness before the start of the etching process and/or after the plasma treatment no longer completely covers the first partial area.
  • the at least one elongate, channel-like depression preferably has a depth in the range from 5 ⁇ m to 60 ⁇ m. It is further preferred that the elongate, channel-like depressions have a width in the range from 1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the method additionally includes at least one of the immediately following features a. and b.: a.
  • the resist is applied in a thickness that is sufficient for the resist to protect the first substrate side from being removed by the plasma in the first subregion when the first substrate side is exposed to the plasma.
  • the resist is applied in a thickness which is in the range of 1.4:1 to 0.6:1 in relation to the desired depth of the elongated channel-like depression.
  • the plasma treatment not only removes the polymer material of the base substrate. Rather, resist is also attacked by the plasma parallel to the base substrate.
  • the resist thus preferably serves as a type of sacrificial material, which makes it easier to run the plasma process even without a metallic mask layer.
  • the polymer material of the base substrate is preferably a thermoplastic polymer material, preferably selected from the group consisting of polyimide (either pure polyamide or a blend of a polyimide resin with an epoxy resin), polyamide, Teflon, polyester, polyphenylene sulfide, polyoxymethylene, polyether ketone, cyanate ester, and a mix of bismaleimide, Epoxy, acrylate, PPE (polyphenylene oxide).
  • polyimide either pure polyamide or a blend of a polyimide resin with an epoxy resin
  • polyamide Teflon
  • polyester polyphenylene sulfide
  • polyoxymethylene polyether ketone
  • cyanate ester cyanate ester
  • bismaleimide Epoxy, acrylate
  • PPE polyphenylene oxide
  • the base substrate is particularly preferably a film or plate made of a polymer material, in particular one of the polymer materials mentioned.
  • the thickness of the resist can also be selected in such a way that the resist is removed almost completely or completely. Residues of the resist or a surface of the first substrate side slightly attacked by the plasma in the first partial area can also be removed during the later planarization of the first substrate side. However, in some embodiments it is preferred that the first partial area is covered and protected by the resist during the entire plasma treatment.
  • the thickness of the resist is therefore selected as a function of the required depth of the at least one depression in such a way that a layer of the resist is still present on the surface when the desired etching depth is reached.
  • the resist is applied to a thickness ranging from 8 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the method stands out in a preferred development the immediately following feature a. from: a.
  • resist residues are removed in the usual way, typically wet-chemically.
  • the method according to the invention is preferably characterized by at least one of the immediately following features a. and b. from: a.
  • the resist is exposed for partial removal, followed by removal of the exposed or the unexposed portions.
  • the resist is removed in the second partial area by means of laser ablation.
  • resist is removed in certain areas by means of laser ablation, it may be preferable, within the scope of the invention, to form the resist from a non-photosensitive polymer.
  • Resists made from polyamide or from epoxy resin are particularly suitable in this context. In principle, however, all polymer materials that can be removed from a surface by means of a laser are suitable.
  • the method according to the invention is characterized by the immediately following feature a. from: a. After the metallization, a conductor structure is built up galvanically in the formed at least one depression.
  • the galvanic construction of the conductor structure is preferably carried out by means of electrochemical deposition.
  • the filling takes place by means of a so-called via-filling or trench-filling method, which makes it possible for the deposition to take place primarily in the at least one depression while at the same time minimizing unwanted deposition on the first substrate side.
  • the galvanic construction can also be carried out after the planarization. However, it is preferably done before planarization.
  • the conductor track is particularly preferably constructed from copper or doped copper. However, it is also conceivable to construct the conductor track from other metals, for example silver, or an alloy, for example a chromium-nickel alloy. In principle, all metals and alloys that can be used to produce circuit board structures can be used.
  • the metallization serves the purpose of imparting electrical conductivity to the first substrate side and thus preparing it for the subsequent galvanic construction of the conductor structure, for example in order to be able to position a cathodic contact there for a subsequent electrochemical deposition.
  • the metallization is preferably formed as a thin layer with a thickness in the nanometer range, while the subsequently formed conductor structure preferably has a thickness in the one or two-digit ⁇ m range.
  • the first substrate side can be sputtered with metal ions, for example with copper ions.
  • the metallization can be performed wet-chemically or by means of an alternative physical vapor deposition (PVD) or by chemical vapor deposition (CVD).
  • the metallization is preferably formed in such a way that it fills at least one recess and also covers the first partial area. In these areas, the metallization can be removed during the planarization.
  • a layer of copper or a copper alloy is preferably formed as part of the metallization.
  • the metallization takes place, for example, by depositing copper from a solution.
  • planarization is preferably carried out by polishing or grinding, in particular by chemical-mechanical polishing or chemical-mechanical planarization (CMP, engl: chemical mechanical polishing or chemical mechanical planarization). These procedures also belong to the prior art and do not require any further explanation.
  • CMP chemical-mechanical polishing or chemical-mechanical planarization
  • the primary goal of planarization is to level the first substrate side in such a way that it does not have any conductor tracks protruding from the surface. Instead, the conductor structure is preferably completely countersunk in the at least one depression.
  • conductor structures formed according to the method are coated with a solder resist for their protection.
  • Bare contacts can be plated with a precious metal such as gold, silver, or platinum.
  • the method is used to construct a multi-layer printed circuit board.
  • the conductor structure obtained according to the steps described above forms a first conductor structure in this multi-layer printed circuit board, which can optionally be connected to further conductor structures in the printed circuit board.
  • a further conductor structure can be formed, for example, on or in the second substrate side of the base substrate.
  • the method according to the invention is particularly preferably characterized by at least one of the immediately following additional features a. until d. from: a.
  • the base substrate comprises fillers, in particular dielectric fillers, in particular ceramic filler particles.
  • the base substrate is a plastic film with the fillers, in particular a plastic film in which the ceramic filler particles are embedded.
  • the fillers have an average particle size (d50) ⁇ 1 ⁇ m. i.e.
  • the polymer material of the base substrate is preferably a thermoplastic polymer material, preferably selected from the group consisting of polyimide (either pure polyamide or a blend of a polyimide resin with an epoxy resin), polyamide, Teflon, polyester, polyphenylene sulfide, polyoxymethylene, polyether ketone, cyanate ester, and a mix of bismaleimide, Epoxy, acrylate, PPE (polyphenylene oxide).
  • polyimide either pure polyamide or a blend of a polyimide resin with an epoxy resin
  • polyamide Teflon
  • polyester polyphenylene sulfide
  • polyoxymethylene polyether ketone
  • cyanate ester cyanate ester
  • bismaleimide Epoxy, acrylate
  • PPE polyphenylene oxide
  • the base substrate can include fillers, in particular dielectric fillers.
  • the base substrate can be a film made of one of the polymer materials mentioned, in which silicon dioxide particles are embedded.
  • Metal or semi-metal oxides in addition to silicon dioxide, in particular also aluminum oxide, zirconium oxide or titanium oxide
  • other ceramic fillers in particular silicon carbide or boron nitride or boron carbide
  • silicon can also be used.
  • the fillers are preferably in particulate form, in particular with an average particle size (d50) in the nano range ( ⁇ 1 ⁇ m).
  • the base substrate can be applied to a carrier or an auxiliary substrate, for example made of glass or aluminum, for processing.
  • the method comprises at least one of the immediately following steps a. and b.: a. A process gas from the group consisting of O 2 , H 2 , N 2 , argon, helium, CF 4 , C 3 F 8 , CHF 3 and mixtures of the aforementioned gases such as O 2 /CF 4 is used to provide the plasma. b. Exposure to the plasma occurs at a temperature in the range of minus 15°C to 200°C, preferably in the range of minus 15°C to 80°C. The features a immediately above are preferred. and b. implemented in combination.
  • the process gas used in the context of the present invention for preparing the plasma particularly preferably comprises at least one of the reactive gases from the group consisting of CF 4 , C 3 F 8 and CHF 3 .
  • Etching by means of a plasma is also state of the art.
  • Process gases are used in plasma etching, which can convert the material to be etched into the gas phase.
  • the gas enriched with the etched material is pumped out and fresh process gas is fed in. A continuous removal is thus achieved.
  • ICP plasma inductively coupled plasma
  • ICP generator with DC bias
  • the process gases mentioned immediately above are particularly well suited for etching the preferred polymer materials mentioned above.
  • the plasma is used as part of an anisotropic etching process.
  • ions of the plasma are accelerated perpendicularly to the surface of the substrate to be etched.
  • the accelerated ions ensure physical sputter removal.
  • RIE reactive ion etching
  • RIBE reactive ion beam etching
  • the method according to the invention is characterized by at least one of the immediately following steps and/or features a. to c. from: a.
  • the plasma is used in an anisotropic etching process.
  • b. In the anisotropic etching process, ions of the plasma are accelerated perpendicularly to the first substrate side and/or to the upper side.
  • the process gas used to provide the plasma includes at least one of the reactive gases from the group with CF 4 , C 3 F 8 and CHF 3 .
  • the features a immediately above are preferred. and b., particularly preferably features a. immediately above. to c., realized in combination with each other.
  • a process gas which comprises at least one of the reactive gases from the group with CF 4 , C 3 F 8 and CHF 3 , in particular a mixture of at least one of these gases with O 2 , H 2 , N 2 , argon and/or helium, and b .
  • a plastic film as the base substrate which comprises at least one ceramic filler with a particle size (d50) ⁇ 1 ⁇ m.
  • the plastic film comprises at least one ceramic filler with a particle size (d50) ⁇ 1 ⁇ m and at the same time is free of particles with a particle size> 10 ⁇ m, preferably> 5 ⁇ m, particularly preferably> 2 ⁇ m, in particular> 1 ⁇ m .
  • a particle size > 10 ⁇ m, preferably> 5 ⁇ m, particularly preferably> 2 ⁇ m, in particular> 1 ⁇ m .
  • thermoplastic polymer materials in particular films made of polyimide (either pure polyimide or a blend of a polyimide resin with an epoxy resin), polyamide, Teflon, polyester, polyphenylene sulfide, polyoxymethylene, polyetherketone, cyanate ester, or a mix of bismaleimide, epoxy, acrylate, PPE (polyphenylene oxide).
  • polyimide either pure polyimide or a blend of a polyimide resin with an epoxy resin
  • polyamide, Teflon polyester
  • polyphenylene sulfide polyoxymethylene
  • polyetherketone polyphenylene oxide
  • cyanate ester or a mix of bismaleimide, epoxy, acrylate, PPE (polyphenylene oxide).
  • printed circuit boards can be produced with the highest resolution in the ⁇ m range, specifically with less effort and lower production costs, while at the same time having a higher yield than is permitted by the prior art.
  • MLBs in particular in the sequential construction described, it has a positive effect that the conductor structures are sunk in the base substrate.
  • the pressures acting on the conductor structures when base substrates and insulation layers are pressed together are comparatively low, which has a positive effect with regard to existing impedance and signal speed requirements.
  • Another positive aspect in this respect is that channels can be formed with an extremely high degree of accuracy by means of plasma etching.
  • channels could also be formed with the aid of a laser.
  • plasma etching offers the advantage that all channels and other depressions can be formed simultaneously and in one step during plasma etching, which is usually many times faster and more economical. Furthermore, higher resolutions can be achieved by means of plasma etching.
  • a base substrate 102 made of an electrically non-conductive polymer material is provided in a step A to form a printed circuit board 100 with a metallic conductor structure 101, the first substrate side 102a of which is covered with a resist 103.
  • a step B the resist 103 is removed in certain areas, so that the first substrate side 102a is divided into at least a first partial region 102b, in which the first substrate side 102a is still covered with the resist 103, and into at least a second partial region 102c, in which the first substrate side 102a is free of the resist 103 is divided.
  • a step C the first substrate side 102a is exposed to a plasma. This results in a removal of the polymer material in the at least one second partial region 102c, with the formation of the elongated, channel-like depressions 104. At the same time, the plasma also attacks the resist 103 on. In the variant shown, this is provided with a layer thickness that is sufficient for the first partial region 102b to still be covered by a thin layer of the resist 103 after the plasma treatment has ended. This is then removed wet-chemically, the result is shown in D.
  • the resist 103 is applied in a thickness which is in a ratio in the range from 1.4:1 to 0.6:1 to the desired depth of the elongated, channel-like depression, and through the plasma treatment removed to such an extent that a subsequent wet-chemical removal of the resist is no longer necessary.
  • the plasma treatment can be followed directly by the metallization (step E) described below.
  • the first substrate side 102a is metallized by wet chemical deposition, which is carried out in such a way that the entire substrate side 102a is covered with the deposited metal, including the depressions.
  • the subsequent planarization removes excess metal on the first substrate surface 102a and exposes the conductor structure 101, see step F.
  • the conductor structure 101 comprises elongate, channel-like depressions which are filled with the metal applied in step E.
  • the metallization in step E can comprise a number of individual steps.

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Abstract

Zur Herstellung einer Leiterplatte mit einer metallischen Leiterstruktur wird ein als Folie oder Platte ausgebildeten Basissubstrats mit einer ersten Substratseite und einer zweiten Substratseite, das zumindest teilweise aus einem elektrisch nichtleitenden organischen Polymermaterial besteht, bereitgestellt. Nach einem Abdecken der ersten Substratseite mit einem Resist, wird das Resist bereichsweise entfernt, so dass die erste Substratseite in mindestens einen ersten Teilbereich, in dem die erste Substratseite noch mit dem Resist bedeckt ist, und in mindestens einen zweiten Teilbereich, in dem die erste Substratseite frei von dem Resist ist, unterteilt wird. Nach dem bereichsweisen Entfernen des Resists in dem mindestens einen zweiten Teilbereich wird die erste Substratseite mit einem Plasma beaufschlagt, mit dessen Hilfe das Polymermaterial in dem mindestens einen zweiten Teilbereich unter Bildung mindestens einer Vertiefung abgetragen wird. Es folgt eine Metallisierung der ersten Substratseite und ein Planarisieren der ersten Substratseite unter Beseitigung einer gegebenenfalls in dem ersten Teilbereich vorhandenen Metallisierung und unter Erhalt der gebildeten mindestens einen Vertiefung.

Description

Verfahren zur Leiterplattenherstellung und Leiterplatte
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten sowie gemäß dem Verfahren hergestellte Leiterplatten.
Eine Leiterplatte (englisch: printed circuit board; kurz: PCB) dient als Träger für elektronische Bauteile und gewährleistet deren elektrische Kontaktierung. Nahezu jedes elektronische Gerät enthält eine oder mehrere Leiterplatten.
Leiterplatten umfassen stets ein Basissubstrat, das elektrisch nichtleitend ausgebildet ist und das auf mindestens einer Substratseite eine Struktur aus Leiterbahnen (kurz: Leiterstruktur) zur elektrischen Kontaktierung der elektronischen Bauteile aufweist. In der Regel bestehen Basissubstrate für Leiterplatten aus faserverstärktem Kunststoff, aus Kunststofffolien oder aus Hartpapier. Die Leiterbahnen bestehen üblicherweise aus einem Metall wie Kupfer.
Im einfachsten Fall weist lediglich eine Seite des Basissubstrats eine Leiterstruktur auf. Für komplexere Schaltungen wird allerdings häufig mehr als eine Leiterbahnebene benötigt, man benötigt dann eine mehrschichtige Leiterplatte (englisch: multilayer board, kurz MLB). In diesen Fällen können beispielsweise beide Seiten einer Trägerschicht mit einer Leiterstruktur versehen sein, oder aber man kombiniert mehrere Basissubstrate mit jeweils einer Leiterbahnebene zu einem MLB. Insbesondere können beidseitig mit einer Leiterstruktur versehene Basissubstrate auch eine Basis für mehrschichtige Aufbauten bilden. Die Leiterbahnen der verschiedenen Leiterbahnebenen können über Durchkontaktierungen (englisch: Via) elektrisch miteinander verbunden werden. Hierzu können beispielsweise in die Basissubstrate Löcher gebohrt und die Bohrlochwandungen metallisiert werden.
Die Bildung der Leiterstrukturen auf einem Basissubstrat erfolgt klassisch subtraktiv in einem mehrstufigen fotolithografischen Prozess unter Einsatz eines Fotolacks (engl.: photoresist; kurz: Resist), dessen Löslichkeit in einer Entwicklerlösung mittels Strahlung, insbesondere mittels UV-Strahlung, beeinflusst werden kann. Bei einer üblichen Vorgehensweise wird eine Metallschicht, meist eine Kupferschicht, auf dem Basissubstrat gebildet und mit einer Schicht aus dem Fotolack abgedeckt. Die Schicht aus dem Fotolack kann beispielsweise auf die Metallschicht auflaminiert werden. Anschließend wird die Schicht aus dem Fotolack in einem Belichtungsschritt der erwähnten Strahlung ausgesetzt, wobei Teilbereiche der Schicht mittels einer Belichtungsmaske vor einer Strahlungsexposition geschützt werden. In Abhängigkeit des verwendeten Fotolacks und der verwendeten Entwicklerlösung sind nach dem Belichtungsschritt entweder die belichteten oder die unbelichteten Teilbereiche der Schicht aus dem Fotolack in der Entwicklerlösung löslich und können in einem Folgeschritt entfernt werden (Resist-Strippen). Bei diesem Folgeschritt, dem Entwicklungsschritt, werden Teilbereiche der Metallschicht auf dem Basissubstrat freigelegt, die in einem weiteren Folgeschritt, einem Ätzschritt, nasschemisch entfernt werden können. Die nach der anschließenden vollständigen Entfernung des Resists verbleibenden Reste der Metallschicht bilden die gewünschte Leiterstruktur. Gegebenenfalls kann diese - beispielsweise durch galvanische Abscheidung eines geeigneten Metalls - in einem Abscheidungsschritt verstärkt werden.
Gemäß diesem klassischen Verfahren hergestellte Leiterbahnen befinden sich auf einer Oberfläche des Basissubstrats. Bei der Herstellung von MLBs kann dies nachteilhaft sein. Wird eine mit Leiterbahnen versehene Oberfläche eines Basissubstrats mit einem weiteren Basissubstrat verpresst, besteht anschließend häufig ein Kontroll- und Korrekturbedarf in Folge von Abweichungen, die durch die beim Pressen auftretenden Drücke und Temperaturen verursacht werden. Leiterbahnen auf der Oberfläche von Basissubstraten sind derartigen Belastungen in besonderem Maß ausgesetzt. Je geringer die Abstände und Dimensionen der Leiterbahnen auf dem Substrat sind, desto größer ist im Allgemeinen der entsprechende Kontroll- und Korrekturbedarf, beispielsweise hinsichtlich bestehender Impedanz- und Signalgeschwindigkeitsanforderungen.
Aus der DE 102020209767 Al ist ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit einer metallischen Leiterstruktur bekannt, das dieses Problem löst. Gemäß dem Verfahren wird ein als Folie oder Platte ausgebildetes Basissubstrat bereitgestellt, das eine erste und eine zweite Substratseite aufweist, das zumindest teilweise aus einem elektrisch nichtleitenden organischen Polymermaterial besteht und bei dem die erste Substratseite mit einer Deckmetallschicht abgedeckt ist. Um die Deckmetallschicht bereichsweise zu entfernen, wird auf die Deckmetallschicht eine Maskenschicht aus Titan oder Zinkoxid aufgebracht und anschließend mittels eines Lasers bereichsweise entfernt, so dass die erste Substratseite in einen ersten Teilbereich, in dem die erste Substratseite nur mit der Deckmetallschicht abgedeckt ist, und in mindestens einen zweiten Teilbereich, in dem die erste Substratseite mit der Deckmetallschicht und der Maskenschicht abgedeckt ist, unterteilt wird. Nach dem Entfernen der Deckmetallschicht in dem mindestens einen ersten Teilbereich wird die erste Substratseite mit einem Plasma beaufschlagt, mit dessen Hilfe in dem mindestens einen ersten Teil- bereich das Polymermaterial unter Bildung mindestens einer Vertiefung abgetragen wird. Die entstandene mindestens eine Vertiefung wird mit einem Füllmetall gefüllt, gefolgt von einem vollständigen Entfernen der Deckmetallschicht und der Maskenschicht in dem mindestens einen zweiten Teilbereich unter Bildung der gewünschten Leiterstruktur.
Nachteilhaft ist bei diesem Verfahren, dass bei der Plasmabehandlung Metallionen aus der Maskenschicht gelöst werden, die sich in den entstehenden Vertiefungen ablagern können. Dies kann zu unerwünschten Effekten führen.
AUFGABE UND LÖSUNG
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorgehensweise zur Herstellung von Leiterplatten zu entwickeln, mit der sich die beschriebenen Probleme vermeiden oder zumindest verringern lassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Auch die Leiterplatte gemäß Anspruch 8 ist von der Erfindung umfasst. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit einer metallischen Leiterstruktur umfasst stets die unmittelbar folgenden Schritte a. bis i.: a. Bereitstellung eines als Folie oder Platte ausgebildeten Basissubstrats mit einer ersten Substratseite und einer zweiten Substratseite, das zumindest teilweise aus einem elektrisch nichtleitenden organischen Polymermaterial besteht, b. Abdecken der ersten Substratseite mit einem Resist, c. Bereichsweises Entfernen des Resists, so dass die erste Substratseite in mindestens einen ersten Teilbereich, in dem die erste Substratseite noch mit dem Resist bedeckt ist, und in mindestens einen zweiten Teilbereich, in dem die erste Substratseite frei von dem Resist ist, unterteiltwird, d. nach dem bereichsweisen Entfernen des Resists in dem mindestens einen zweiten Teilbereich, Beaufschlagen der ersten Substratseite mit einem Plasma, mit dessen Hilfe das Polymermaterial in dem mindestens einen zweiten Teilbereich unter Bildung mindestens einer länglichen, kanalartigen Vertiefung abgetragen wird, e. Metallisieren der ersten Substratseite, bevorzugt einschließlich des ersten Teilbereichs und der gebildeten mindestens einen Vertiefung, und f. Planarisieren der ersten Substratseite, gegebenenfalls unter Beseitigung der Metallisierung in dem ersten Teilbereich, und unter Erhalt der gebildeten mindestens einen länglichen, kanalartigen Vertiefung, wobei g. das Resist ein Fotoresist oder ein Resist aus einem mittels Laser entfernbaren Polymermaterial ist, h. das Resist in dem ersten Teilbereich durch die Plasmabehandlung in Schritt d. vollständig oderzumindest nahezu vollständig abgetragen wird und i. das Resist in einer Dicke auf die erste Substratseite aufgebracht wird, die gewährleistet, dass die gewünschte Tiefe der länglichen, kanalartigen Vertiefung in Schritt d. erreicht wird, bevor es zu einem signifikanten Abtrag der ersten Substratseite durch das Plasma in dem ersten Teilbereich kommt.
Der mit dem Verfahren einhergehenden Vorteil ist signifikant. Die Verwendung einer metallischen Maskenschicht wird erfindungsgemäß umgangen, entsprechend kann das Problem der Ablagerung von Metallionen in zu bildenden Vertiefungen nicht auftreten. Schritte zur Bildung und Entfernung der Maskenschicht entfallen vollständig. Weiterhin ist eine Maskierung bei der Metallisierung nicht erforderlich, da bei der anschließenden Planarisierung metallisierte Bereiche außerhalb der mindestens einen Vertiefung mit entfernt werden können.
Bei der mindestens einen Vertiefung kann es sich sowohl um Löcher oder punktförmige als auch um längliche, kanalartige Vertiefungen handeln, in denen sich metallische Leiterbahnen bilden lassen.
Unter dem Begriff „nahezu“ ist in obigem Zusammenhang zu verstehen, dass das Resist nach der Plasmabehandlung weniger als 10 % seiner ursprünglichen Dicke vor Beginn des Ätz Vorgangs aufweist und/oder nach der Plasmabehandlung nicht mehr vollflächig den ersten Teilbereich abdeckt.
Die mindestens eine längliche, kanalartige Vertiefung weist bevorzugt eine Tiefe im Bereich von 5 pm bis 60 pm auf. Es ist weiter bevorzugt, dass die länglichen, kanalartigen Vertiefungen eine Breite im Bereich von 1 pm bis 100 pm aufweisen. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren zusätzlich mindestens eines der unmittelbar folgenden Merkmale a. und b.: a. Das Resist wird in einer Dicke aufgebracht, die ausreichend ist, dass das Resist die erste Substratseite bei der Beaufschlagung der ersten Substratseite mit dem Plasma in dem ersten Teilbereich vor einem Abtrag durch das Plasma schützt. b. Das Resist wird in einer Dicke aufgebracht, die die zur gewünschte Tiefe der länglichen, kanalartigen Vertiefung in einem Verhältnis im Bereich von 1,4 : 1 bis 0,6 : 1 steht.
Durch die Plasmabehandlung wird nicht nur das Polymermaterial des Basissubstrats abgetragen. Vielmehr wird auch Resist parallel zu dem Basissubstrat durch das Plasma angegriffen. Erfindungsgemäß bevorzugt dient der Resist somit als eine Art Opfermaterial, was es erleichtert, den Plasmaprozess auch ohne eine metallische Maskenschicht zu fahren.
Das Polymermaterial des Basissubstrats ist bevorzugt ein thermoplastisches Polymermaterial, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe mit Polyimid (entweder reines Polyamid oder ein Blend eines Polyimidharzes mit einem Epoxyharz) , Polyamid, Teflon, Polyester, Polyphenylensulfid, Polyoxymethylen, Polyetherketon, Cyanateester, und Mix aus Bismaleimide, Epoxy, Acry lat, PPE (Polyphenylen oxide).
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Basissubstrat um eine Folie oder Platte aus einem Polymermaterial, insbesondere einem der genannten Polymermaterialien.
Die Dicke des Resists kann auch so gewählt werden, dass das Resist nahezu vollständig oder vollständig abgetragen wird. Reste des Resist oder eine in dem ersten Teilbereich durch das Plasma leicht angegriffene Oberfläche der ersten Substratseite können auch man beim späteren Planarisie- ren der ersten Substratseite entfernt werden. In einigen Ausführungsformen ist es allerdings bevorzugt, dass der erste Teilbereich während der gesamten Plasmabehandlung durch das Resist abgedeckt und geschützt ist.
In diesen Ausführungsformen wird daher die Dicke des Resists in Abhängigkeit der geforderten Tiefe der mindestens einen Vertiefung derart gewählt, dass bei Erreichen der gewünschten Ätztiefe immer noch eine Schicht des Resists auf der Oberfläche vorhanden ist.
Typischerweise wird das Resist in einer Dicke im Bereich von 8 pm bis 150 pm aufgetragen.
In Übereinstimmung hiermit zeichnet sich das Verfahren in einer bevorzugten Weiterbildung durch das unmittelbar folgende Merkmal a. aus: a. Das Metallisieren der ersten Substratseite, bevorzugt einschließlich des ersten Teilbereichs und der gebildeten mindestenseinenVertiefung, erfolgt unmittelbar im Anschluss an die Plasmabehandlung.
Unter „unmittelbar“ soll vorliegend verstanden werden, dass das Metallisieren ohne vorherige Entfernung des Resists erfolgt.
Sofern erforderlich, erfolgt eine Entfernung von Resistresten auf übliche Weise, typischerweise nasschemisch.
Bezüglich des Resists zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt durch mindestens eines der unmittelbar folgenden Merkmale a. und b. aus: a. Das Resist wird zum bereichsweisen Entfernen belichtet, gefolgt von einem Entfernen der belichteten oder der unbelichteten Teilbereiche. b. Das Resist wird mittels Laserablation in dem zweiten Teilbereich entfernt.
Insbesondere die unmittelbar vorstehenden Merkmale a. und b. sind bevorzugt in Kombination miteinander realisiert.
Als Fotoresist können grundsätzlich alle bei der Leiterplattenfertigung bekannten organischen Fotolacke zum Einsatz kommen. Diese können sich in ihrer Sensitivität gegenüber dem Plasma unterscheiden, werden gegebenenfalls also unterschiedlich schnell von dem Plasma abgetragen. Die Abtragrate lässt sich experimentell aber ohne Weiteres bestimmen, so dass es ein Einfaches ist, die Dicke des Resists entsprechend anzupassen.
Sofern die bereichsweise Entfernung des Resists mittels Laserablation erfolgt, kann es bevorzugt sein, im Rahmen der Erfindung das Resist aus einem nicht fotosensitiven Polymer zu bilden. Besonders geeignet sind in diesem Zusammenhang Resists aus Polyamid oder aus Epoxidharz. Grundsätzlich eignen sich jedoch alle Polymermaterialien, die mittels eines Lasers von einer Oberfläche ent- fernbarsind.
Die Entfernung von Polymerschichten mittels Laserablation ist Stand derTechnik und benötigt keiner weiteren Erläuterung. In einer bevorzugten Weiterbildung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch das unmittelbarfolgende Merkmal a. aus: a. Nach der Metallisierung wird in der gebildeten mindestens einen Vertiefung eine Leiterstruktur galvanisch aufgebaut.
Der galvanische Aufbau der Leiterstruktur erfolgt bevorzugt mittels elektrochemischer Abscheidung. Besonders bevorzugt erfolgt das Auffüllen mittels eines sogenannten Via-Fill- oder Trench- Filling-Verfahrens, die es ermöglichen, dass die Abscheidung primär in der mindestens einen Vertiefung erfolgt unter gleichzeitiger Minimierung einer ungewollte Abscheidung auf der ersten Substratseite.
Der galvanische Aufbau kann grundsätzlich auch nach dem Planarisieren erfolgen. Bevorzugterfolgt er jedoch vor dem Planarisieren.
Besonders bevorzugt wird die Leiterbahn aus Kupfer oder dotiertem Kupfer aufgebaut. Es ist aber auch denkbar, die Leiterbahn aus anderen Metallen, beispielsweise aus Silber, odereiner Legierung, beispielsweise einer Chrom-Nickel-Legierung, aufzubauen. Grundsätzlich kommen alle Metalle und Legierungen in Frage, aus denen sich Leiterbahnstrukturen auf Leiterplatten herstellen lassen.
Die Metallisierung dient in einigen bevorzugten Ausführungsformen dem Ziel, der ersten Substratseite elektrische Leitfähigkeit zu verleihen und sie damit für den nachfolgenden galvanischen Aufbau der Leiterstruktur vorzu bereiten, beispielsweise um dort einen kathodischen Kontakt für eine nachfolgende elektrochemische Abscheidung positionieren zu können. In diesem Fall wird die Metallisierung bevorzugt als dünne Schicht mit einer Dicke im Nanometerbereich gebildet, während die anschließend gebildete Leiterstruktur bevorzugt eine Dicke im ein- oder zweistelligen pm-Be- reich aufweist.
Zur Metallisierung kann die erste Substratseite beispielsweise mit Metallionen, beispielsweise mit Kupferionen, besputtert werden. Alternativ kann die Metallisierung nasschemisch oder mittels einer alternativen physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) oder mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) vorgenommen werden.
Insbesondere bei einer nasschemischen Bildung der Metallisierung kann diese aber auch in einer Schichtdicke gebildet werden, die einen separaten anschließenden Aufbau einer Leiterstruktur überflüssig macht. Die Metallisierung wird in diesem Fall bevorzugt derart gebildet, dass sie die min- destens eineVertiefung ausfüllt und darüber hinaus den ersten Teilbereich abdeckt. In diesen Bereichen kann die Metallisierung bei der Planarisierung entfernet werden.
Bevorzugt wird im Rahmen der Metallisierung eine Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet. Im Falle einer nasschemischen Metallisierung erfolgt die Metallisierung beispielsweise durch Abscheidung von Kupfer aus einer Lösung.
Metallisierungen durch physikalische und chemische Gasphasenabscheidungen sowie die Erzeugung von Metallschichten mittels nasschemischer Beschichtungsprozesse oder Sputterdeposition sind Stand derTechnik und benötigen keiner weiteren Erläuterung.
Das Planarisieren erfolgt bevorzugt durch Polieren oder Schleifen, insbesondere durch chemischmechanisches Polieren bzw. chemisch-mechanisches Planarisieren (CMP, engl: chemical mechanical polishing or chemical mechanical planarization). Auch diese Vorgehensweisen gehören zum Stand derTechnik und benötigen keiner weiteren Erläuterung.
Primäres Ziel des Planarisierens ist es, die erste Substratseite derart einzuebnen, dass sie keine aus der Oberfläche herausstehende Leiterbahnen aufweist. Die Leiterstruktur ist stattdessen bevorzugt vollständig in der mindestens einen Vertiefung versenkt.
In bevorzugten Ausführungsformen werden gemäß dem Verfahren gebildete Leiterstrukturen zu ihrem Schutz mit einem Lötstopplack überzogen. Freie Kontakte können mit einem Edelmetall, beispielsweise mit Gold, Silber oder Platin, überzogen werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens dient das Verfahren zum Aufbau einer mehrschichtigen Leiterplatte. Die gemäß den oben beschriebenen Schritten erhaltene Leiterstruktur bildet in dieser mehrschichtigen Leiterplatte eine erste Leiterstruktur, die gegebenenfalls mit weiteren Leiterstrukturen in der Leiterplatte verbunden werden kann. Eine weitere Leiterstruktur kann beispiesweise auf oder in der zweiten Substratseite des Basissubstrats gebildet werden.
Besonders bevorzugt zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch mindestens eines der unmittelbar folgenden zusätzlichen Merkmale a. bis d. aus: a. Das Basissubstrat umfasst Füllstoffe, insbesondere dielektrische Füllstoffe, insbesondere keramische Füllstoffpartikel. b. Das Basissubstrat ist eine Kunststofffolie mit den Füllstoffen, insbesondere eine Kunststofffolie, in die die keramischen Füllstoffpartikel eingebettet sind. c. Die Füllstoffe weisen eine mittlere Partikelgröße (d50) < 1 pm auf. d. Das Polymermaterial des Basissubstrats ist bevorzugt ein thermoplastisches Polymermaterial, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe mit Polyimid (entweder reines Polyamid oder ein Blend eines Polyimidharzes mit einem Epoxyharz) , Polyamid, Teflon, Polyester, Polyphenylensulfid, Polyoxymethylen, Polyetherketon, Cyanateester, und Mix aus Bismaleimide, Epoxy, Acrylat, PPE (Polyphenylen oxide).
Bevorzugt sind die unmittelbar vorstehenden Merkmale a. und b., insbesondere auch a. bis c., besonders bevorzugt auch a. bis d., in Kombination miteinander realisiert.
Gegebenenfalls kann das Basissubstrat Füllstoffe, insbesondere dielektrische Füllstoffe, umfassen. Beispielsweise kann das Basissubstrat eine Folie aus einem der genannten Polymermaterialien sein, in das Siliziumdioxid-Partikel eingebettet sind.
Als dielektrische Füllstoffe kommen insbesondere Metall- oder Halbmetalloxide (neben Siliziumdioxid insbesondere auch Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Titanoxid) und andere keramische Füllstoffe (insbesondere Siliziumcarbid oder Bornitrid oder Borcarbid) in Frage. Auch Silizium kann ggf. eingesetzt werden.
Die Füllstoffe liegen bevorzugt partikulär, insbesondere mit einer mittleren Partikelgröße (d50) im Nanobereich (< 1 pm), vor.
Zur einfacheren Handhabung kann das Basissubstrat zur Prozessierung auf einen T räger oder ein Hilfssubstrat, beispielsweise aus Glas oder Aluminium, aufgebracht werden.
In einerweiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren mindestens einen der unmittelbar folgenden Schritte a. und b.: a. Zur Bereitstellung des Plasmas wird ein Prozessgas aus der Gruppe mit O2, H2, N2, Argon, Helium, CF4, C3F8, CHF3 und Mischungen der vorgenannten Gase wie O2 / CF4 verwendet. b. Das Einwirken des Plasmas erfolgt bei einerTemperatur im Bereich von minus 15 °C bis 200, bevorzugt im Bereich von minus 15 °C bis 80 °C. Bevorzugt sind die unmittelbar vorstehenden Merkmale a. und b. in Kombination miteinander realisiert.
Besonders bevorzugt umfasst das im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Plasmabereitstellung verwendete Prozessgas mindestens eines der reaktiven Gase aus der Gruppe mit CF4, C3F8 und CHF3.
Auch das Ätzen mittels eines Plasmas ist Stand der Technik. Beim Plasmaätzen werden Prozessgase verwendet, die daszu ätzende Material in die Gasphase überführen können. Das mit dem abgeätzten Material angereicherte Gas wird abgepumpt, frisches Prozessgas wird zugeführt. Somit wird ein kontinuierlicher Abtrag erreicht.
Besonders bevorzugt wird im Rahmen der Erfindung ein induktiv gekoppeltes Plasma (ICP Plasma) verwendet, beispielsweise erzeugt durch einen ICP-Generator mit DC Bias.
Zum Ätzen der oben genannten bevorzugten Polymermaterialien sind die unmittelbar vorstehenden genannten Prozessgase besonders gut geeignet.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird das Plasma im Rahmen eines anisotropen Ätzprozesses eingesetzt. Idealerweise werden hierbei Ionen des Plasmas senkrecht zur Oberfläche des zu ätzenden Substrats beschleunigt. Die beschleunigten Ionen sorgen füreinen physikalischen Sput- terabtrag.
Besonders geeignet als anisotroperÄtzprozess sind Ausführungsformen des reaktiven lonenätzens (englisch reactive ion etching, RIE) und des reaktiven lonenstrahlätzens (engl. reactive ion beam etching, RIBE).
Entsprechend zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren in bevorzugten Ausführungsformen durch mindestens eines der unmittelbar folgenden Schritte und/oder Merkmale a. bis c. aus: a. Das Plasma wird im Rahmen eines anisotropen Ätzprozesses eingesetzt. b. Bei dem anisotropen Ätz prozess werden Ionen des Plasmas senkrecht zur ersten Substratseite und/oder zur Oberseite beschleunigt. c. Das zur Plasmabereitstellung verwendete Prozessgas umfasst mindestens eines der reaktiven Gase aus der Gruppe mit CF4, C3F8 und CHF3. Bevorzugt sind die unmittelbar vorstehenden Merkmale a. und b., besonders bevorzugt die unmittelbar vorstehenden Merkmale a. bis c., in Kombination miteinander realisiert.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich die Anwesenheit der oben erwähnten partikulären Füllstoffe auf das Ergebnis des Materialabtrags mittels des Plasmas vorteilhaft auswirkt. Dies gilt insbesondere bei kombinierterVerwendung von a. einem Prozessgas, das mindestens eines der reaktiven Gase aus der Gruppe mit CF4, C3F8 und CHF3, insbesondere eine Mischung mindestens eines dieser Gase mitO2, H2, N2, Argon und/oder Helium, umfasst, und b. einer Kunststofffolie als Basissubstrat, die mindestens einen keramischen Füllstoff mit einer Partikelgröße (d50) < 1 pm umfasst.
Besonders bevorzugt ist, dass die Kunststofffolie mindestens einen keramischen Füllstoff mit einer Partikelgröße (d50) < 1 pm umfasst und gleichzeitig frei von Partikeln mit einer Partikelgröße > 10 pm, bevorzugt > 5 pm, besonders bevorzugt > 2 pm, insbesondere > 1 pm, ist. Bei dieser bevorzugten Partikelgröße ist es bei Verwendung besagter Prozessgase möglich, die Ätzgeschwindigkeit derart einzustellen, dass die Füllstoffpartikel und die polymeren Bestandteile der Kunststofffolie mit näherungsweise gleicher Geschwindigkeit geätzt werden, so dass bei Ätzen aus der Folie keine partikulären Bestandteile herausgelöst werden, die bei der weiteren Verarbeitung der Folie stören könnten.
Dies ist insbesondere möglich bei Verwendung mindestens eines Füllstoffs aus der Gruppe mit Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Titanoxid, Siliziumcarbid, Bornitrid und Borcarbid sowie bei gleichzeitigerVerwendung von Folien, die auf einem der besagten thermoplastischen Polymermaterialien basieren, insbesondere bei Folien aus Polyimid (entweder reines Polyimid oder ein Blend eines Polyimidharzes mit einem Epoxyharz) , Polyamid, Teflon, Polyester, Polyphenylensulfid, Polyoxymethylen, Polyetherketon, Cyanateester, oder einem Mix aus Bismaleimide, Epoxy, Acrylat, PPE (Polyphenylen oxide).
Jede Leiterplatte mit einer metallischen Leiterstruktur, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Gemäß dem beschriebenen Verfahren können Leiterplatten mit höchster Auflösung im pm-Bereich hergestellt werden, und zwar mit geringerem Aufwand und geringeren Produktionskosten bei gleichzeitig höherer Ausbeute, als es der Stand der Technik erlaubt. Bei der Herstellung von MLBs, insbesondere bei dem beschriebenen sequentiellen Aufbau, wirkt es sich positiv aus, dass die Leiterstrukturen im Basissubstrat versenkt sind. Die beim Zusammenpressen von Basissubstraten und Isolationsschichten auf die Leiterstrukturen wirkenden Drücke sind vergleichsweise gering, was sich hinsichtlich bestehender Impedanz- und Signalgeschwindigkeitsanforderungen positiv auswirkt. Positiv wirkt sich diesbezüglich auch aus, dass sich mittels des Plasmaätzens Kanäle mit ausgesprochen hoher Akkuratesse bilden lassen.
Grundsätzlich würden sich solche Kanäle auch mit Hilfe eines Lasers bilden lassen. Dem gegenüber bietet das Plasmaätzen den Vorteil, dass sich beim Plasmaätzen alle Kanäle und sonstigen Vertiefungen gleichzeitig und in einem Schritt ausbilden lassen, was in der Regel um ein Vielfaches schneller und kostengünstiger ist. Weiterhin lassen sich mittels Plasmaätzen höhere Auflösungen erzielen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, derfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei illustriert schematisch
Fig. 1 den Ablauf einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In einem Verfahren gemäß Figur 1 wird zur Bildung einer Leiterplatte 100 mit einer metallischen Leiterstruktur 101 in einem Schritt A ein Basissubstrat 102 aus einem elektrisch nichtleitenden Polymermaterial bereitgestellt, dessen erste Substratseite 102a mit einem Resist 103 abgedeckt wird.
In einem Schritt B folgt ein bereichsweises Entfernen des Resists 103, so dass die erste Substratseite 102a in mindestens einen ersten Teilbereich 102b, in dem die erste Substratseite 102a noch mit dem Resist 103 bedeckt ist, und in mindestens einen zweiten Teilbereich 102c, in dem die erste Substratseite 102a frei von dem Resist 103 ist, unterteilt wird.
In einem Schritt C wird die erste Substratseite 102a mit einem Plasma beaufschlagt. Hierbei kommt es zu einem Abtrag des Polymermaterials in dem mindestens einen zweiten Teilbereich 102c unter Bildung der länglichen, kanalartigen Vertiefungen 104. Gleichzeitig greift das Plasma auch das Resist 103 an. Dieses wird in der dargestellten Variante mit einer Schichtdicke bereitgestellt, die ausreicht, dass der erste Teilbereich 102b nach Abschluss der Plasmabehandlung noch von einer dünnen Schicht des Resists 103 bedeckt ist. Diese wird anschließend nasschemisch entfernt, das Resultat ist in D dargestellt.
In einer alternativen, in vielen Fällen bevorzugten Variante wird das Resist 103 in einer Dicke aufgebracht, die die zur gewünschte Tiefe der länglichen, kanalartigen Vertiefung in einem Verhältnis im Bereich von 1,4 : 1 bis 0,6 : 1 steht, und durch die Plasmabehandlung so weit abgetragen, dass eine nachfolgende nasschemische Entfernung des Resists nicht mehr erforderlich ist. Es kann dadurch auf die Plasmabehandlung unmittelbar die im folgenden beschriebene Metallisierung (Schritt E) folgen.
In besagtem Schritt E erfolgt eine Metallisierung der ersten Substratseite 102a durch nasschemische Abscheidung, die derart durchgeführt wird, dass die gesamte Substratseite 102a mit dem abgeschiedenen Metall bedeckt ist, einschließlich derVertiefungen. Die anschließende Planarisierungentfernt überschüssiges Metall auf der ersten Substratoberfläche 102a und legt die Leiterstruktur 101 frei, siehe Schritt F. Die Leiterstruktur 101 umfasst längliche, kanalartige Vertiefungen, die mit dem in Schritt E aufgebrachten Metall befüllt sind.
Gegebenenfalls kann die Metallisierung in Schritt E mehrere Einzelschritte umfassen.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte (100) mit einer metallischen Leiterstruktur (101) mit den Schritten a. Bereitstellung eines als Folie oder Platte ausgebildeten Basissubstrats (102) mit einer ersten Substratseite (102a) und einerzweiten Substratseite, das zumindest teilweise aus einem elektrisch nichtleitenden organischen Polymermaterial besteht, b. Abdecken der ersten Substratseite mit einem Resist (103), c. Bereichsweises Entfernen des Resists (103), so dass die erste Substratseite (102a) in mindestens einen ersten Teilbereich (102b), in dem die erste Substratseite (102a) noch mit dem Resist (103) bedeckt ist, und in mindestens einen zweiten Teilbereich (102c), in dem die erste Substratseite (102a) frei von dem Resist (103) ist, unterteilt wird, d. nach dem bereichsweisen Entfernen des Resists (103) in dem mindestens einen zweiten Teilbereich (102c), Beaufschlagen der ersten Substratseite (102a) mit einem Plasma, mit dessen Hilfe das Polymermaterial in dem mindestens einen zweiten Teilbereich (102c) unter Bildung mindestens einer länglichen, kanalartigen Vertiefung (104) abgetragen wird, e. Aufbringen einer Metallisierung (105) auf die erste Substratseite (102a), und f. Planarisieren der ersten Substratseite (102a), gegebenenfalls unter Beseitigung der Metallisierung (105) in dem ersten Teilbereich (102b), sowie unter Erhalt der gebildeten mindestens einen länglichen, kanalartigen Vertiefung (104), wobei g. das Resist (103) ein Fotoresist oderein Resist aus einem mittels Laser entfernbaren Polymermaterial ist, h. das Resist (103) in dem ersten Teilbereich (102b) durch die Plasmabehandlung in Schritt d. vollständig oder zumindest nahezu vollständig abgetragen wird und i. das Resist (103) in einer Dicke auf die erste Substratseite aufgebracht wird, die gewährleistet, dass die gewünschte Tiefe der länglichen, kanalartigen Vertiefung (104) in Schritt d. erreicht wird, bevor es zu einem signifikanten Abtrag der ersten Substratseite durch das Plasma in dem ersten Teilbereich (102b kommt. Verfahren nach Anspruch 1 mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. Das Resist (103) wird in einer Dicke aufgebracht, die zur gewünschte Tiefe der länglichen, kanalartigen Vertiefung (104) in einem Verhältnis im Bereich von 1,4 : 1 bis 0,6 : 1 steht. Verfahren nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2 mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. Die Metallisierung gemäß Schritt e. in Anspruch 1 erfolgt unmittelbar im Anschluss an die Plasmabehandlung. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Das Resist (103) wird zum bereichsweisen Entfernen belichtet, gefolgt von einem Entfernen der belichteten oderder unbelichteten Teilbereiche. b. Das Resist (103) wird mittels Laserablation in dem zweiten Teilbereich entfernt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Das Basissubstrat enthält keramische Füllstoffpartikel. b. Die Füllstoffe weisen eine mittlere Partikelgröße (d50) < 1 pm auf. c. Das Polymermaterial des Basissubstrats ist bevorzugt ein thermoplastisches Polymermaterial, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe mit Polyimid (entweder reines Polyamid o- der ein Blend eines Polyimidharzes mit einem Epoxyharz) , Polyamid, Teflon, Polyester, Polyphenylensulfid, Polyoxymethylen, Polyetherketon, Cyanateester, und Mix aus Bis- maleimide, Epoxy, Acrylat, PPE (Polyphenylen oxide). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. Nach der Metallisierung wird in der gebildeten mindestens einen Vertiefung (104) eine Leiterstruktur (101) galvanisch aufgebaut. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Kombination derfolgenden zusätzlichen Merkmale: a. Es wird im Schritt d. des Anspruchs 1 ein Prozessgas verwendet, das mindestens eines der 16 reaktiven Gase aus der Gruppe mit CF4, C3F8 und CHF3, insbesondere eine Mischung mindestens eines dieser Gase mit O2, H2, N2, Argon und/oder Helium, umfasst, und b. als Basissubstrat wird eine Kunststofffolie verwendet, die mindestens einen keramischen Füllstoff mit einer Partikelgröße (d50) < 1 pm umfasst. Leiterplatte (100) mit einer metallischen Leiterstruktur (101), hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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