WO2007131477A1 - Method for producing a carrier plate for a circuit, carrier plate produced according to such a method, and circuit comprising such a carrier plate - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a carrier plate for a circuit arrangement. Furthermore, the invention relates to a carrier plate produced by such a method and to a circuit board having such a carrier plate.
- a genus in accordance with the method, a generic carrier plate and a generic circuit arrangement are known from DE 101 01 359 Al. Demanding demands on the coplanarity of the carrier plate, the carrier plate produced by the known method can not always meet.
- prepared carrier plates are therefore excellent coplanar over large areas. They are therefore suitable for assembly with circuit components, where it matters that these components on the carrier plate over the entire contact surface defined contact, so that in particular no tilting of the component occurs and / or each of the distributed over the contact surface contact portions of the device has contact with the carrier plate.
- An example of such a device is a Ball Grid Array (BGA).
- a layer thickness according to claim 2 can be produced using mass production techniques and, on the other hand, ensures that the second metal in pure form is present on the free surface of the second metal layer over a sufficiently long period of time, so that a good solderability of the circuit component can be achieved the carrier plate is given.
- a filling according to claim 3 ensures that a disturbing air cushion between the filler material and a later applied in the area of the passages solder is avoided. Such an air cushion would namely, as was recognized according to the invention, lead to an uncontrolled displacement of the solder.
- An introduction of the filling material according to claim 4 ensures that the filling material does not undesirably wet portions on the component side of the carrier side.
- Another object of the invention is to provide a carrier plate and a circuit arrangement using the inventive carrier plate manufacturing method.
- FIGURE shows a cross section through a section of a support plate for a circuit arrangement in the region of a passage.
- the generally designated 1 support plate which is also referred to as a printed circuit board or board, is oriented in the figure so that a component side 2 of the support plate 1 upwards and a cooling side 3 down. From the component side 2 ago 1 electronic components are soldered to the support plate. From the cooling side 3 forth the support plate 1 is brought into contact with a heat sink.
- the carrier plate 1 has a plurality of passages 4, which are also referred to as plated-through holes or vias. Such a passage 4 is shown in the figure.
- the carrier plate 1 has a base 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 ⁇ m. The first metal layer 6 covers the component side of the main body 5 and the inner walls of the passages 4.
- a large part of the passages 4 is filled with a filling material 7.
- a filling material 7 This is a screen printing material, which is described, for example, in DE 101 01 359 A1 of the applicant.
- the filling material 7 is cured, wherein the filler 7 has contracted more in the center of the passages 4 as in the area the wall of the passages 4, so that opposite, concave menisci have formed.
- the cooling side 3 of the main body 5 with the first metal layer 6 and the filler material 7 is coated by a solder stopper layer 8. Examples of such solder resists are also given in DE 101 01 359 A1.
- the Lötstopplack GmbH 8 follows the cool side meniscus of the filling material 7.
- the Lötstopplack GmbH 8 has in the region of the cool side meniscus a thickness which is greater than 3 microns.
- the Lötstopplack GmbH 8 has a thickness which is less than 45 microns.
- the first metal layer 6 On the component side, the first metal layer 6 carries a second metal layer 9 made of chemical tin. This second metal layer has a thickness of 1 ⁇ m +/- 0.2 ⁇ m. The second metal layer 9 covers the inner walls of the passages 4 all the way to the filling material 7.
- the carrier plate 1 is manufactured as follows: First, the passages 4 are drilled in the carrier plate 1. Subsequently, the first metal layer 6 is applied to the free surface of the support plate 1 and the inner walls of the passages 4. Then, the filler 7 is introduced into the passages 4 from the cooling side 3. This is done, for example, by a multi-stage printing process in the form of wet-in-wet printing. In this case, it is possible to introduce so much filling material 7 that, in contrast to the illustration in the figure, 90%, preferably even more than 90% of the volume of the passages 4 are filled with the filling material 7. The filling material 7 is then cured. Even after curing, the filling material 7 preferably fills more than 90% of the volume of the passages 4.
- the Lötstopplack Anlagen 8 is applied. This can be done both from the cooling side 3 ago as well as from the component side 2 ago, wherein the Lötstopplack Anlagen 8 on the Component side 2 in the area shown in the figure then again, for example, partially removed by an etching process.
- the second metal layer 9 is applied to the first metal layer 6 present on the component side 2. This is done by immersing the carrier plate 1 in a chemical, ions of the second metal-containing bath. Since tin is less noble than copper, in this case the second metal layer 9 is formed, with an uppermost copper layer of the first metal layer 6 being replaced by the second metal tin.
- Tin also has a lower melting point than copper, which favors the subsequent soldering of the circuit components on the support plate 1.
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte für eine Schaltungsanordnung, Trägerplatte, hergestellt nach einem derartigen Verfahren sowie Schaltungsanordnung mit einer derartigen TrägerplatteMethod 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
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 invention relates to a method for producing a carrier plate for a circuit arrangement. Furthermore, the invention relates to a carrier plate produced by such a method and to a circuit board having such a carrier plate.
Ein gattungs gemäßes Verfahren, eine gattungsgemäße Trägerplatte sowie eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung sind bekannt aus der DE 101 01 359 Al. Anspruchsvollen Anforderungen an die Koplanarität der Trägerplatte kann die nach dem bekannten Verfahren hergestellte Trägerplatte nicht immer genügen.A genus in accordance with the method, a generic carrier plate and a generic circuit arrangement are known from DE 101 01 359 Al. 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 to develop a carrier plate manufacturing method of the type mentioned in such a way that an improved coplanarity of the carrier plate is given.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit dem im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved by a method with the features specified in the characterizing part of claim 1.
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. Erfϊndungsgemäß 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, it has been found that replacing the conventional method of applying the second metal layer by applying a less noble metal by means of a chemical bath leads to a second metal layer which is excellently uniform in thickness. According to the invention prepared carrier plates are therefore excellent coplanar over large areas. They are therefore suitable for assembly with circuit components, where it matters that these components on the carrier plate over the entire contact surface defined contact, so that in particular no tilting of the component occurs and / or each of the distributed over the contact surface contact portions of the device has contact with the carrier plate. An example of 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 Zeitdau- er das zweite Metall in reiner Form vorliegt, so dass eine gute Auflötbar- keit des Schaltungs-Bauelements auf die Trägerplatte gegeben ist.On the one hand, a layer thickness according to claim 2 can be produced using mass production techniques and, on the other hand, ensures that the second metal in pure form is present on the free surface of the second metal layer over a sufficiently long period of time, so that a good solderability of the circuit component can be achieved the carrier plate is given.
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 fuhren.A filling according to claim 3 ensures that a disturbing air cushion between the filler material and a later applied in the area of the passages solder is avoided. Such an air cushion would namely, as was recognized according to the invention, 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.An introduction of the filling material according to claim 4 ensures that the filling material does not undesirably wet portions on the component side of the carrier side.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Trägerplatte sowie einer Schaltungsanordnung unter Verwendung des erfindungsgemä- ßen Trägerplatten-Herstellungsverfahrens.Another object of the invention is to provide a carrier plate and a circuit arrangement using the inventive carrier plate manufacturing method.
Die Aufgabe ist erfϊndungsgemäß gelöst durch die Gegenstände der Ansprüche 5 und 6. Die Vorteile dieser Gegenstände entsprechen denjenigen, die vorstehend im Zusammenhang mit dem Trägeφlatten-Herstellungsverfahren erläutert wurden.The object is erfϊndungsgemäß solved by the subjects of claims 5 and 6. The advantages of these articles are similar to those discussed above in connection with the slat manufacturing process.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand derAn embodiment of the invention will be described below with reference to the
Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer Trägerplatte für eine Schaltungsanordnung im Bereich eines Durchgangs.Drawing explained in more detail. The single FIGURE shows a cross section through a section of a support plate for a 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 Träger- platte 1 mit einem Kühlkörper in Kontakt gebracht.The generally designated 1 support plate, which is also referred to as a printed circuit board or board, is oriented in the figure so that a component side 2 of the support plate 1 upwards and a cooling side 3 down. From the component side 2 ago 1 electronic components are soldered to the support plate. From the cooling side 3 forth the support plate 1 is 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 Grund- körper 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 plated-through holes or vias. Such a passage 4 is shown in the figure. The carrier plate 1 has a base 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 μm. The first metal layer 6 covers the component side of the main body 5 and the inner walls of the passages 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 Al 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 Löt- stopplackschicht 8. Beispiele für derartige Lötstopplacke sind ebenfalls in der DE 101 01 359 Al 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.A large part of the passages 4 is filled with a filling material 7. This is a screen printing material, which is described, for example, in DE 101 01 359 A1 of the applicant. In the illustrated form, the filling material 7 is cured, wherein the filler 7 has contracted more in the center of the passages 4 as in the area the wall of the passages 4, so that opposite, concave menisci have formed. The cooling side 3 of the main body 5 with the first metal layer 6 and the filler material 7 is coated by a solder stopper layer 8. Examples of such solder resists are also given in DE 101 01 359 A1. The Lötstopplackschicht 8 follows the cool side meniscus of the filling material 7. The Lötstopplackschicht 8 has in the region of the cool side meniscus a thickness which is greater than 3 microns. On the other cooling side of the main body 5, the Lötstopplackschicht 8 has a thickness which is less than 45 microns.
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 component side, the first metal layer 6 carries a second metal layer 9 made of chemical tin. This second metal layer has a thickness of 1 μm +/- 0.2 μm. The second metal layer 9 covers the inner walls of the passages 4 all the way 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 ausge- füllt 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 manufactured as follows: First, the passages 4 are drilled in the carrier plate 1. Subsequently, the first metal layer 6 is applied to the free surface of the support plate 1 and the inner walls of the passages 4. Then, the filler 7 is introduced into the passages 4 from the cooling side 3. This is done, for example, by a multi-stage printing process in the form of wet-in-wet printing. In this case, it is possible to introduce so much filling material 7 that, in contrast to the illustration in the figure, 90%, preferably even more than 90% of the volume of the passages 4 are filled with the filling material 7. The filling material 7 is then cured. Even after curing, the filling material 7 preferably fills more than 90% of the volume of the passages 4. Then, the Lötstopplackschicht 8 is applied. This can be done both from the cooling side 3 ago as well as from the component side 2 ago, wherein the Lötstopplackschicht 8 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 is applied to the first metal layer 6 present on the component side 2. This is done by immersing the carrier plate 1 in a chemical, ions of the second metal-containing bath. Since tin is less noble than copper, in this case the second metal layer 9 is formed, with an uppermost copper layer of the first metal layer 6 being 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 favors the subsequent soldering of the circuit components on the support plate 1.
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 filling material 7 is introduced and then only the second metal layer 9 of the metal with a lower melting point, it is ensured that the filling does not detach from the passage 4 during soldering of the circuit component.
Claims
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
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| WWE | Wipo information: entry into national phase |
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| REF | Corresponds to |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 07722398 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |