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DE102006022443A1 - Method for producing a carrier plate for a circuit arrangement, carrier plate produced according to such a method and circuit arrangement with such a carrier plate - Google Patents

Method for producing a carrier plate for a circuit arrangement, carrier plate produced according to such a method and circuit arrangement with such a carrier plate Download PDF

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DE102006022443A1
DE102006022443A1 DE200610022443 DE102006022443A DE102006022443A1 DE 102006022443 A1 DE102006022443 A1 DE 102006022443A1 DE 200610022443 DE200610022443 DE 200610022443 DE 102006022443 A DE102006022443 A DE 102006022443A DE 102006022443 A1 DE102006022443 A1 DE 102006022443A1
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Germany
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carrier plate
metal
metal layer
passages
circuit arrangement
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DE200610022443
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German (de)
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Heinz Helmut
Friedrich Nehmeier
Bernhard Schuch
Hubert Trageser
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Aumovio Microelectronic GmbH
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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Abstract

Bei der Herstellung einer Trägerplatte (1) für eine Schaltungsanordnung, die mit mindestens einem Schaltungs-Bauelement bestückt werden soll, wird zunächst eine Mehrzahl von Durchgängen (4) in die Trägerplatte (1) gebohrt. Anschließend wird eine erste Metallschicht (6) auf die freie Oberfläche der Trägerplatte (1) und die Innenwände der Durchgänge (4) aufgebracht. Dann wird ein Füllmaterial (7) in die Durchgänge (4) eingebracht und ausgehärtet. Nachfolgend wird eine zweite Metallschicht (9) aus einem unedleren Metall als die erste Metallschicht (6) auf die auf einer Bestückungsseite (2) vorliegende erste Metallschicht (6) aufgebracht. Das zweite Metall hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metall. Das Aufbringen der zweiten Metallschicht (9) geschieht durch Eintauchen der Trägerplatte (1) in ein chemisches, Ionen des zweiten Metalls enthaltendes Bad, wobei zur Bildung der zweiten Metallschicht (9) eine oberste Lage der ersten Metallschicht (6) durch das zweite Metall ersetzt wird. Eine so hergestellte Trägerplatte sowie eine Schaltungsanordnung mit einer derartigen Trägerplatte weist eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Koplanarität auf.In the manufacture of a carrier plate (1) for a circuit arrangement which is to be equipped with at least one circuit component, first a plurality of passages (4) is drilled in the carrier plate (1). Subsequently, a first metal layer (6) is applied to the free surface of the carrier plate (1) and the inner walls of the passages (4). Then, a filler material (7) is introduced into the passages (4) and cured. Subsequently, a second metal layer (9) made of a less noble metal than the first metal layer (6) is applied to the first metal layer (6) present on a component side (2). The second metal has a lower melting point than the first metal. The second metal layer (9) is applied by immersing the carrier plate (1) in a chemical bath containing ions of the second metal, wherein an uppermost layer of the first metal layer (6) is replaced by the second metal to form the second metal layer (9) becomes. A carrier plate produced in this way and a circuit arrangement with such a carrier plate has an improved coplanarity with respect to the prior art.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte für eine Schaltungsanordnung. Ferner betrifft die Erfindung eine nach einem derartigen Verfahren hergestellte Trägerplatte sowie eine eine derartige Trägerplatte aufweisende Schaltungsanordnung.The The invention relates to a method for producing a carrier plate for one Circuitry. Furthermore, the invention relates to such a Method produced carrier plate and such a carrier plate having circuit arrangement.

Ein gattungsgemäßes Verfahren, eine gattungsgemäße Trägerplatte sowie eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung sind bekannt aus der DE 101 01 359 A1 . Anspruchsvollen Anforderungen an die Koplanarität der Trägerplatte kann die nach dem bekannten Verfahren hergestellte Trägerplatte nicht immer genügen.A generic method, a generic carrier plate and a generic circuit arrangement are known from the DE 101 01 359 A1 , Demanding demands on the coplanarity of the carrier plate, the carrier plate produced by the known method can not always meet.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Trägerplatten-Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine verbesserte Koplanarität der Trägerplatte gegeben ist.It is therefore an object of the present invention, a carrier plate manufacturing method of The aforementioned type such that an improved coplanarity given the carrier plate is.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit dem im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.These The object is achieved by a method with the specified in the characterizing part of claim 1 Features.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch das Ersetzen der bisher üblichen Verfahrensweise zur Aufbringung der zweiten Metallschicht durch das Aufbringen eines unedleren Metalls mithilfe eines chemischen Bades zu einer hinsichtlich ihrer Dicke hervorragend gleichmäßigen zweiten Metallschicht führt. Erfindungsgemäß hergestellte Trägerplatten sind daher über große Flächen hervorragend koplanar. Sie eignen sich daher zur Bestückung mit Schaltungs-Bauelementen, bei denen es darauf ankommt, dass diese Bauelemente auf der Trägerplatte über die gesamte Kontaktfläche definiert Kontakt erhalten, so dass insbesondere kein Verkippen des Bauelements auftritt und/oder jeder der über die Kontaktfläche verteilten Kontaktabschnitte des Bauelements Kontakt mit der Trägerplatte hat. Ein Beispiel für ein solches Bauelement ist ein Ball Grid Array (BGA).According to the invention was recognized that by replacing the usual procedure for Application of the second metal layer by the application of a less precious metal with the help of a chemical bath their thickness perfectly even second Metal layer leads. Produced according to the invention carrier plates are therefore over size surfaces excellent coplanar. They are therefore suitable for assembly with circuit components, where it matters that these components on the support plate on the entire contact surface defined contact, so that in particular no tilting of the component occurs and / or distributed over the contact surface Contact sections of the device contact with the carrier plate Has. An example for such a device is a ball grid array (BGA).

Eine Schichtdicke nach Anspruch 2 lässt sich einerseits mit Massenproduktionstechniken herstellen und gewährleistet andererseits, dass an der freien Oberfläche der zweiten Metallschicht über eine ausreichend lange Zeitdauer das zweite Metall in reiner Form vorliegt, so dass eine gute Auflötbarkeit des Schaltungs-Bauelements auf die Trägerplatte gegeben ist.A Layer thickness according to claim 2 leaves on the one hand produced and guaranteed with mass production techniques on the other hand, that on the free surface of the second metal layer over a sufficient long period of time, the second metal is present in pure form, so that a good solderability of the circuit component is given to the carrier plate.

Eine Füllung nach Anspruch 3 gewährleistet, dass ein störendes Luftpolster zwischen dem Füllmaterial und einem später im Bereich der Durchgänge aufgebrachten Lot vermieden wird. Ein derartiges Luftpolster würde nämlich, wie erfindungsgemäß erkannt wurde, zu einem unkontrollierten Verdrängen des Lotes führen.A filling according to claim 3 ensures that a disturbing Air cushion between the filler and one later applied in the area of the passages Lot is avoided. Such an air cushion would namely, as recognized according to the invention was, lead to an uncontrolled displacement of the solder.

Eine Einbringung des Füllmaterials nach Anspruch 4 stellt sicher, dass das Füllmaterial nicht unerwünscht Abschnitte auf der Bestückungsseite der Trägerseite benetzt.A Introduction of the filling material according to claim 4, ensures that the filling material is not undesirable sections on the component side the carrier side wetted.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Trägerplatte sowie einer Schaltungsanordnung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Trägerplatten-Herstellungsverfahrens.Further The object of the invention is to provide a carrier plate and a circuit arrangement using the carrier plate manufacturing method according to the invention.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Gegenstände der Ansprüche 5 und 6.The The object is achieved by things the claims 5 and 6.

Die Vorteile dieser Gegenstände entsprechen denjenigen, die vorstehend im Zusammenhang mit dem Trägerplatten-Herstellungsverfahren erläutert wurden.The Advantages of these items correspond to those described above in connection with the carrier plate manufacturing process explained were.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer Trägerplatte für eine Schaltungsanordnung im Bereich eines Durchgangs.One embodiment The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. The single figure shows a cross section through a section of a support plate for one Circuit arrangement in the region of a passage.

Die insgesamt mit 1 bezeichnete Trägerplatte, die auch als Leiterplatte oder Platine bezeichnet wird, ist in der Figur so orientiert, dass eine Bestückungsseite 2 der Trägerplatte 1 nach oben und eine Kühlseite 3 nach unten zeigt. Von der Bestückungsseite 2 her werden auf die Trägerplatte 1 elektronische Bauelemente aufgelötet. Von der Kühlseite 3 her wird die Trägerplatte 1 mit einem Kühlkörper in Kontakt gebracht.The total with 1 designated carrier plate, which is also referred to as a printed circuit board or board, is oriented in the figure so that a component side 2 the carrier plate 1 upwards and a cooling side 3 pointing down. From the component side 2 be on the carrier plate 1 soldered electronic components. From the cooling side 3 Her is the carrier plate 1 brought into contact with a heat sink.

Die Trägerplatte 1 weist eine Mehrzahl von Durchgängen 4 auf, die auch als Durchkontaktierungen oder Vias bezeichnet werden. Dargestellt ist in der Figur ein derartiger Durchgang 4. Die Trägerplatte 1 hat einen Grundkörper 5 aus glasfaserverstärktem Epoxydharz. Letzterer ist beschichtet mit einer ersten Metallschicht 6 aus Kupfer. Die erste Metallschicht 6 hat eine Schichtdicke von etwa 25 μm. Die erste Metallschicht 6 bedeckt die Bestückungsseite des Grundkörpers 5 sowie die Innenwände der Durchgänge 4.The carrier plate 1 has a plurality of passages 4 which are also referred to as vias or vias. Shown in the figure, such a passage 4 , The carrier plate 1 has a basic body 5 made of glass fiber reinforced epoxy resin. The latter is coated with a first metal layer 6 made of copper. The first metal layer 6 has a layer thickness of about 25 microns. The first metal layer 6 covers the component side of the main body 5 as well as the inner walls of the passageways 4 ,

Ein Großteil der Durchgänge 4 ist ausgefüllt von einem Füllmaterial 7. Es handelt sich hierbei um ein Siebdruckmaterial, welches zum Beispiel in der DE 101 01 359 A1 der Anmelderin beschrieben ist. In der dargestellten Form ist das Füllmaterial 7 ausgehärtet, wobei sich das Füllmaterial 7 im Zentrum der Durchgänge 4 stärker zusammengezogen hat als im Bereich der Wand der Durchgänge 4, so dass sich gegenüberliegende, konkave Menisken gebildet haben. Die Kühlseite 3 des Grundkörpers 5 mit der ersten Metallschicht 6 und dem Füllmaterial 7 ist beschichtet von einer Lötstopplackschicht 8. Beispiele für derartige Lötstopplacke sind ebenfalls in der DE 101 01 359 A1 angegeben. Die Lötstopplackschicht 8 folgt dem kühlseitigen Meniskus des Füllmaterials 7. Die Lötstopplackschicht 8 hat im Bereich des kühlseitigen Meniskus eine Dicke, die größer ist als 3 μm. Auf der sonstigen Kühlseite des Grundkörpers 5 hat die Lötstopplackschicht 8 eine Dicke, die geringer ist als 45 μm.Much of the passageways 4 is filled by a filler 7 , It is a screen printing material, which for example in the DE 101 01 359 A1 the applicant is described. In the illustrated form, the filler material 7 Hardened, with the filling material 7 in the center of the passages 4 has contracted more than in the area of the wall of the passages 4 , so that opposite, concave menisci have formed. The cooling side 3 of the basic body 5 with the first metal layer 6 and the filler 7 is be layers from a solder mask layer 8th , Examples of such solder resists are also in DE 101 01 359 A1 specified. The solder mask layer 8th follows the cool side meniscus of the filler 7 , The solder mask layer 8th has a thickness in the area of the cooling-side meniscus which is greater than 3 μm. On the other cooling side of the body 5 has the solder mask layer 8th a thickness less than 45 μm.

Auf der Bestückungsseite trägt die erste Metallschicht 6 eine zweite Metallschicht 9 aus chemisch Zinn. Diese zweite Metallschicht hat eine Dicke von 1 μm +/– 0,2 μm. Die zweite Metallschicht 9 bedeckt die Innenwände der Durchgänge 4 bis hin zum Füllmaterial 7.On the assembly side carries the first metal layer 6 a second metal layer 9 made of chemically tin. This second metal layer has a thickness of 1 μm +/- 0.2 μm. The second metal layer 9 covers the interior walls of the passages 4 to the filling material 7 ,

Die Trägerplatte 1 wird folgendermaßen hergestellt: Zunächst werden die Durchgänge 4 in die Trägerplatte 1 gebohrt. Anschließend wird die erste Metallschicht 6 auf die freie Oberfläche der Trägerplatte 1 und die Innenwände der Durchgänge 4 aufgebracht. Sodann wird das Füllmaterial 7 von der Kühlseite 3 her in die Durchgänge 4 eingebracht. Dies geschieht beispielsweise durch einen mehrstufigen Druckvorgang in Form eines Nass-in-Nass-Drucks. Dabei kann soviel Füllmaterial 7 eingebracht werden, dass im Unterschied zur Darstellung in der Figur 90%, bevorzugt sogar mehr als 90% des Volumens der Durchgänge 4 mit dem Füllmaterial 7 ausgefüllt sind. Das Füllmaterial 7 wird anschließend ausgehärtet. Auch nach dem Aushärten füllt das Füllmaterial 7 bevorzugt noch mehr als 90% des Volumens der Durchgänge 4 aus. Sodann wird die Lötstopplackschicht 8 aufgebracht. Dies kann sowohl von der Kühlseite 3 her als auch von der Bestückungsseite 2 her erfolgen, wobei die Lötstopplackschicht 8 auf der Bestückungsseite 2 im in der Figur dargestellten Bereich anschließend wieder, zum Beispiel durch einen Ätzprozess partiell entfernt wird. Schließlich wird die zweite Metallschicht 9 auf die auf der Bestückungsseite 2 vorliegende erste Metallschicht 6 aufgebracht. Dies geschieht durch Eintauchen der Trägerplatte 1 in ein chemisches, Ionen des zweiten Metalls enthaltendes Bad. Da Zinn unedler ist als Kupfer, wird hierbei die zweite Metallschicht 9 gebildet, wobei eine oberste Kupferlage der ersten Metallschicht 6 durch das zweite Metall Zinn ersetzt wird.The carrier plate 1 is made as follows: First, the passages 4 in the carrier plate 1 drilled. Subsequently, the first metal layer 6 on the free surface of the carrier plate 1 and the inner walls of the passageways 4 applied. Then the filling material 7 from the cooling side 3 into the passageways 4 brought in. This is done, for example, by a multi-stage printing process in the form of wet-on-wet printing. It can so much filler 7 be introduced, that in contrast to the representation in the figure, 90%, preferably even more than 90% of the volume of the passages 4 with the filler 7 are filled. The filling material 7 is then cured. Even after curing fills the filler 7 still prefers more than 90% of the volume of the passageways 4 out. Then the solder mask layer becomes 8th applied. This can be done both from the cooling side 3 as well as from the component side 2 forth, wherein the Lötstopplackschicht 8th on the component side 2 in the area shown in the figure then again, for example, partially removed by an etching process. Finally, the second metal layer 9 on the on the assembly side 2 present first metal layer 6 applied. This is done by dipping the carrier plate 1 into a chemical bath containing ions of the second metal. Since tin is less noble than copper, this is the second metal layer 9 formed, wherein an uppermost layer of copper of the first metal layer 6 is replaced by the second metal tin.

Zinn hat zudem einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer, was das anschließende Auflöten der Schaltungs-Bauelemente auf die Trägerplatte 1 begünstigt.Tin also has a lower melting point than copper, which is the subsequent soldering of the circuit components to the carrier plate 1 favored.

Da zunächst das Füllmaterial 7 eingebracht wird und anschließend erst die zweite Metallschicht 9 aus dem Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt, ist gewährleistet, dass sich beim Auflöten des Schaltungs-Bauelements die Füllung nicht aus dem Durchgang 4 löst.Since first the filler 7 is introduced and then only the second metal layer 9 from the lower melting point metal, it is ensured that the fill does not escape from the passageway when the circuit device is soldered on 4 solves.

Claims (6)

Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte (1) für eine Schaltungsanordnung, die mit mindestens einem Schaltungs-Bauelement bestückt werden soll, mit folgenden Schritten: – Bohren einer Mehrzahl von Durchgängen (4) in die Trägerplatte (1), – Aufbringen einer ersten Metallschicht (6) aus einem ersten Metall auf die freie Oberfläche der Trägerplatte (1) und die Innenwände der Durchgänge (4), – Einbringen eines Füllmaterials (7) in die Durchgänge (4), – Aushärten des Füllmaterials (7), gekennzeichnet durch das nachfolgende Aufbringen einer zweiten Metallschicht (9) aus einem unedleren zweiten Metall als die erste Metallschicht (6) auf die auf einer Bestückungsseite (2) vorliegende erste Metallschicht (6), wobei das zweite Metall einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Metall, durch Eintauchen der Trägerplatte (1) in ein chemisches, Ionen des zweiten Metalls enthaltendes Bad, wobei zur Bildung der zweiten Metallschicht (9) eine oberste Lage der ersten Metallschicht (6) durch das zweite Metall ersetzt wird.Method for producing a carrier plate ( 1 ) for a circuit arrangement which is to be equipped with at least one circuit component, comprising the following steps: - drilling a plurality of passages ( 4 ) in the carrier plate ( 1 ), - applying a first metal layer ( 6 ) of a first metal on the free surface of the carrier plate ( 1 ) and the inner walls of the passages ( 4 ), - introducing a filling material ( 7 ) in the passages ( 4 ), - hardening of the filling material ( 7 ), characterized by the subsequent application of a second metal layer ( 9 ) of a less noble second metal than the first metal layer ( 6 ) to the on a component side ( 2 ) present first metal layer ( 6 ), wherein the second metal has a lower melting point than the first metal, by dipping the support plate ( 1 ) in a chemical, ions of the second metal-containing bath, wherein the formation of the second metal layer ( 9 ) an uppermost layer of the first metal layer ( 6 ) is replaced by the second metal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Metallschicht (9) mit einer Dicke von 1 μm +/– 0,2 μm aufgebracht wird.Method according to claim 1, characterized in that the second metal layer ( 9 ) is applied with a thickness of 1 micron +/- 0.2 microns. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (7) derart eingebracht wird, dass nach dem Einbringen mindestens 90% des Volumens der Durchgänge (4) ausgefüllt ist.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the filling material ( 7 ) is introduced in such a way that after introduction at least 90% of the volume of the passages ( 4 ) is filled out. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (7) von der der Bestückungsseite (2) gegenüberliegenden Seite (3) der Trägerplatte (1) in die Durchgänge (4) eingebracht wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the filling material ( 7 ) from the component side ( 2 ) opposite side ( 3 ) of the carrier plate ( 1 ) in the passages ( 4 ) is introduced. Trägerplatte (1), hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4.Support plate ( 1 ), prepared by a process according to any one of claims 1 to 4. Schaltungsanordnung mit einer Trägerplatte nach Anspruch 5.Circuit arrangement with a carrier plate according to claim 5.
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