DE102006004845A1 - Verfahren und Schaltungsstruktur, die eine photoabgebildete Lötmaske verwenden - Google Patents
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Abstract
Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein photoabbildbares Material auf eine Schaltungsstruktur aufgebracht. Das photoabbildbare Material wird dann gegenüber einem Strahlungsmuster ausgesetzt, wodurch Abschnitte des photoabbildbaren Materials polymerisieren. Nichtpolymerisierte Abschnitte des photoabbildbaren Materials werden dann entfernt, um eine Lötmaske zu definieren, die Lötaufbringungsbereiche aufweist. Lötmittel wird dann in den Lötaufbringungsbereichen aufgebracht. Eine Schaltungsstruktur, die gemäß diesem Verfahren erzeugt werden könnte, ist ebenso offenbart.
Description
- Mit Fortschritten in der Kugelrasterarray- (BGA-) Technologie besteht zunehmend Druck, dichtere und leistungsstärkere Bauelemente auf einer Schaltungsplatine anzubringen. Ein weitverbreitetes BGA-Gehäuse oder -Bauelement ist das Keramik-BGA- (CBGA-) Gehäuse, bei dem eine integrierte Schaltung (IC) auf einer Keramikschaltungsplatine befestigt ist, um einen Vorteil aus den elektrischen und thermischen Vorzügen, die durch Keramiksubstrate gegenüber herkömmlichen Kunststoffsubstraten geboten werden, zu erhalten.
- Ein üblicherweise wesentliches Merkmal eines Aufbauens eines CBGA-Gehäuses ist die präzise Ausrichtung kleiner Lötkugeln, die als Zwischenverbindungen zwischen dem Gehäuse und einer Schaltungsplatine, auf der dasselbe befestigt ist, dienen. Dies bedeutet, dass die Form, Position und Abmessungstoleranzen von sowohl den Lötkugeln als auch den Lötanschlussflächen, die an dem Gehäuse gebildet sind, an denen die Lötkugeln angebracht sind, oft wesentlich bei einem Herstellen eines präzise definierten und ausgerichteten Kugelrasterarrays auf dem Gehäuse sind.
- Die Mehrzahl von CBGA-Gehäusen wird unter Verwendung einer Technologie einer gleichzeitig eingebrannten Mehrschicht-Keramik (MLCC) gebildet, bei der Lötanschlussflächen auf einem Keramiksubstrat in ihrem „Grün"- (weichen) Zustand aufgebracht werden. Nachfolgend wird das Keramiksubstrat gebrannt und gehärtet. Während des Brennens jedoch besteht nur eingeschränkte Kontrolle über das Schrumpfen des Keramiksubstrats und die Definition und Ausrichtung der Lötanschlussflächen auf der gehärteten Keramik stimmen unter Umständen nicht mit denjenigen der Struktur von Lötanschlussflächen überein, die ursprünglich auf die „Grün"-Keramik aufgebracht wurden. Siehe z. B. die Lötanschluss flächenstrukturen zuvor und danach, die in den
1 und2 gezeigt sind, wobei die in2 gezeigte Struktur den Versatz von Lötanschlussflächen (z. B. Anschlussflächen102 ,104 ,106 ) als ein Ergebnis eines Schrumpfens des Keramiksubstrats100 darstellt. - Ein zweiter Vorgang zum Aufbringen von Lötanschlussflächen auf ein Substrat besteht darin, dieselben durch Siebdrucken auf ein gehärtetes Substrat (ob nun keramisch oder anders) aufzubringen. Danach werden nur die Lötanschlussflächen durch einen Aushärt- oder Brennvorgang beeinflusst. Die relative Positionsgenauigkeit und Abmessungssteuerung der Lötanschlussflächen jedoch sind durch Faktoren eingeschränkt, wie z. B. Siebdehnen (führt zu Positionsdrifts) und eine Siebgewebeinterferenz (führt zu ungenauen Lötanschlussflächenformen oder einem Ausbreiten eines dicken Films nach der Aufbringung). Siehe z. B. die in
3 gezeigte Lötanschlussflächenstruktur, bei der die Struktur von Lötanschlussflächen, die in1 gezeigt ist, als ein Ergebnis eines Siebdehnens während der Aufbringung der Lötanschlussflächen (z. B. Anschlussflächen302 ,304 ,306 ) auf dem Substrat300 nicht erzielt wurde. - Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren oder eine Schaltungsstruktur mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder eine Schaltungsstruktur gemäß Anspruch 16 gelöst.
- Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren 1) ein Aufbringen eines photoabbildbaren Materials auf eine Schaltungsstruktur, 2) ein Aussetzen des photoabbildbaren Materials gegenüber einem Strahlungsmuster, wodurch Abschnitte des photoabbildbaren Materials polymerisieren, 3) ein Entfernen nichtpolymerisierter Abschnitte des photoabbildbaren Materials, um eine Lötmaske zu definieren, die Lötaufbrin gungsbereiche aufweist, und 4) ein Aufbringen von Lötmittel in den Lötaufbringungsbereichen auf.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist eine Schaltungsstruktur ein Substrat auf, das einen oder mehrere Leiter aufweist, die auf einer Oberfläche desselben freiliegen. Eine photoabgebildete Lötmaske 1) bedeckt zumindest einen Teil der Substratoberfläche, auf der der eine oder die mehreren Leiter freiliegen, und 2) definiert zumindest einen Lötaufbringungsbereich, der einen oder mehrere der freiliegenden Leiter schneidet. Lötmittel wird auf die freiliegenden Leiter in dem einen oder den mehreren Lötaufbringungsbereichen aufgebracht.
- Weitere Ausführungsbeispiele sind ebenso offenbart.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Draufsicht eines exemplarischen Substrats, auf das eine Struktur von Lötanschlussflächen aufgebracht wurde; -
2 die Lötanschlussflächen aus1 nach einem Schrumpfen ihres Trägersubstrats; -
3 die Lötanschlussflächen aus1 als ein Ergebnis eines Siebdehnens während ihrer Aufbringung; -
4 ein exemplarisches Verfahren, das eine photoabgebildete Lötmaske verwendet; und -
5A bis5I verschiedene Stufen einer Schaltungsstruktur, die gemäß dem Verfahren aus4 aufgebaut werden könnte. -
4 stellt ein exemplarisches Verfahren400 dar, das eingesetzt werden könnte, um Lötanschlussflächen auf einer Schaltungsstruktur zu bilden. Beispielhaft könnte die Schaltungsstruktur eine sein, die ein Keramiksubstrat aufweist, wie z. B. ein Substrat einer gleichzeitig eingebrannten Mehrschicht-Keramik (MLCC). - Das Verfahren
400 weist 1) ein Aufbringen402 eines photoabbildbaren Materials auf die Schaltungsstruktur, 2) ein Aussetzen404 des photoabbildbaren Materials gegenüber einem Strahlungsmuster, wodurch Abschnitte des photoabbildbaren Materials polymerisieren, 3) ein Entfernen406 nichtpolymerisierter Abschnitte des photoabbildbaren Materials, um eine Lötmaske zu definieren, die Lötaufbringungsbereiche aufweist, und dann 4) ein Aufbringen408 von Lötmittel in den Lötaufbringungsbereichen auf. - Eine exemplarische Anwendung des Verfahrens
400 ist in den5A –5I dargestellt, die verschiedene Stufen einer Schaltungsstruktur500 darstellen, die gemäß dem Verfahren400 aufgebaut werden könnte. -
5A stellt eine exemplarische Schaltungsstruktur500 dar, die ein Substrat502 aufweist. Beispielhaft ist das Substrat502 gezeigt, um einen oder mehrere Leiter in demselben (z. B. Durchgangslöcher) oder auf demselben aufzuweisen, wobei zumindest einige derselben auf einer Oberfläche des Substrats502 vorliegen (d. h. freiliegen). In einigen Fällen könnten die Leiter504 ,506 ,508 ,510 Teil einer Dickfilmschaltungsschicht512 sein, die auf dem Substrat502 gebildet ist. Beispielhaft ist die Dickfilmschaltungsschicht512 der Struktur500 gezeigt, um einen Dickfilmwiderstand514 aufzuweisen, der beispielhaft ein nichtgetrimmter Dickfilmwiderstand ist. - Bevor ein photoabbildbares Material
518 auf die Schaltungsstruktur500 aufgebracht wird, könnte die Struktur500 oder zumindest ein Bereich (z. B. Oberfläche) der Struktur500 , auf dem das photoabbildbare Material aufgebracht werden soll, gereinigt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird dies unter Verwendung eines Sauerstoff- (O2-) Plasmas516 durchgeführt. - Bezug nehmend auf
5B könnte ein photoabbildbares Material518 mittels eines Siebdruckvorgangs (z. B. durch Aufbringen des Materials518 durch ein Feingewebesieb520 ) auf die Schaltungsstruktur500 aufgebracht werden. Alternativ könnte das Material518 mittels eines Sprühbeschichtungs- oder Vorhangbeschichtungsvorgangs aufgebracht werden. - Nach der Aufbringung könnte das photoabbildbare Material
518 so erscheinen, wie in5C gezeigt ist. Obwohl es unter Umständen oft vorzuziehen ist, dass das Material518 die Gesamtheit (oder im Wesentlichen die Gesamtheit) einer Oberfläche der Schaltungsstruktur500 bedeckt, könnte das Material518 alternativ derart aufgebracht sein, dass es nur Abschnitte der Schaltungsstruktur500 bedeckt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das photoabbildbare Material518 in flüssiger Form aufgebracht und wird dann (z. B. durch Lufttrocknen oder Erwärmen) vor einer Aussetzung gegenüber einer Strahlung zu einer starren Form ausgehärtet. Die Flüssigkeit des Materials518 könnte abhängig von der Schaltungsstruktur, auf die dasselbe gerade aufgebracht wird, eingestellt werden. Vorzugsweise sollte das Material518 ausreichend dünn sein, um feinere Hohlräume, die zwischen den Leitern504 –510 , Elementen514 und möglichen Oberflächenvariationen der Schaltungsstruktur500 gebildet sind, zu durchdringen und abzudecken. Das Material518 muss jedoch ausreichend dick sein, um dessen Aufbringung in einer erwünschten Dicke zu ermöglichen – die Dicke sollte beibehalten werden können, bis das Material518 ausgehärtet ist. - Nach einer Aufbringung des photoabbildbaren Materials
518 könnte dasselbe dann gegenüber einem Strahlungsmuster aus gesetzt werden, um dadurch Abschnitte528 des Materials518 zu polymerisieren. Siehe5D und5E . Eine Art und Weise, um das Material518 gegenüber einer Strahlung auszusetzen, ist durch ein Übertragen von ultraviolettem Licht522 durch ein Maskenelement524 , das ein Strahlungsmuster definiert (z. B. Durchgangslöcher in dem Maskenelement524 ). Andere Arten und Weisen, um das Material518 gegenüber einer Strahlung auszusetzen, sind in der Technik ebenso bekannt. Manchmal gibt die Natur des photoabbildbaren Materials518 den Typ Strahlung vor, dem das Material518 ausgesetzt werden muss. - Nach einer Bestrahlung werden die nichtpolymerisierten Abschnitte
530 des Materials518 entfernt, um eine Lötmaske532 zu definieren, die Lötaufbringungsbereiche534 aufweist. Siehe5F . Nichtpolymerisierte Abschnitte530 des Materials518 könnten auch entfernt werden, um zumindest einen Abschnitt des nichtgetrimmten Dickfilmwiderstands514 freizulegen. Nach einem Entfernen der nichtpolymerisierten Abschnitte530 könnte die Lötmaske532 ausgehärtet werden (z. B. über Trocknen oder Erwärmen). - Wenn die Lötmaske
532 einen Dickfilmwiderstand514 freilegt, könnte der Widerstand wie nötig z. B. unter Verwendung eines Lasers536 getrimmt werden. Siehe5G . - Schließlich könnte Lötmittel
538 (z. B. eine Lötmittelpaste, gemischt mit einem Fluss) in den Lötaufbringungsbereichen534 aufgebracht werden, um Lötanschlussflächen zu bilden. Siehe5H . Eine oder mehrere Lötkugeln540 ,542 ,544 oder andere Schaltungselemente könnten dann auf den Lötanschlussflächen platziert werden und das Lötmittel538 könnte aufgeschmolzen werden, um eine feste Anbringung der Lötkugeln540 ,542 ,544 an der Schaltungsstruktur500 zu bewirken. Siehe5I . Die vollständige Anordnung könnte dann gespült werden, um einen möglichen Flussrückstand zu entfernen. - Das Verfahren
400 und die Schaltungsstruktur500 können dahingehend von Vorteil sein, dass sie es ermöglichen, dass Lötanschlussflächen präziser geformt und positioniert werden können als bei anderen Verfahren. Ferner ist das zur Definition der Lötmaske verwendete Verfahren keiner Maschinenabnutzung oder Verformung unterworfen, wie dies der Fall sein könnte, wenn ein Siebdruckvorgang eingesetzt wird. Außerdem sind die aufgebrachten Lötanschlussflächen keinem Schrumpfen als ein Ergebnis eines „Grün"-Keramik-Brennens oder dergleichen unterworfen. - Das Verfahren
400 basiert auf einer Subtraktionstechnologie, bei der Material entfernt und nicht hinzugefügt wird, um die Form einer Lötanschlussfläche zu bilden. Als ein Ergebnis ist die Lötmaske keinem Pastenausbreiten oder keiner Siebgewebeinterferenz unterworfen, wie dies bei standardmäßigen Dickfilmdruckoperationen möglich ist. Lötanschlussflächen könnten deshalb näher an dem Idealzustand definiert werden.
Claims (20)
- Verfahren (
400 ) mit folgenden Schritten: Aufbringen (402 ) eines photoabbildbaren Materials (518 ) auf eine Schaltungsstruktur (500 ); Aussetzen (404 ) des photoabbildbaren Materials (518 ) gegenüber einem Strahlungsmuster, wodurch Abschnitte (528 ) des photoabbildbaren Materials (518 ) polymerisieren; Entfernen (406 ) nichtpolymerisierter Abschnitte (530 ) des photoabbildbaren Materials (518 ), um eine Lötmaske (532 ) zu definieren, die Lötaufbringungsbereiche (534 ) aufweist; und Aufbringen (408 ) von Lötmittel (538 ) in den Lötaufbringungsbereichen (534 ). - Verfahren (
400 ) gemäß Anspruch 1, bei dem die Schaltungsstruktur (500 ), auf die das photoabbildbare Material (518 ) aufgebracht wird, ein Keramiksubstrat aufweist. - Verfahren (
400 ) gemäß Anspruch 1, bei dem die Schaltungsstruktur (500 ), auf die das photoabbildbare Material (518 ) aufgebracht wird, eine Dickfilmschaltungsschicht (512 ) ist. - Verfahren (
400 ) gemäß Anspruch 3, bei dem die Dickfilmschaltungsschicht (512 ) zumindest einen nichtgetrimmten Dickfilmwiderstand (514 ) aufweist. - Verfahren (
400 ) gemäß Anspruch 4, bei dem nichtpolymerisierte Abschnitte (530 ) des photoabbildbaren Materials (518 ) ebenso entfernt werden, um zumindest einen Abschnitt des zumindest einen nichtgetrimmten Dickfilmwiderstands (514 ) freizulegen. - Verfahren (
400 ) gemäß Anspruch 5, das ferner nach dem Entfernen (406 ) der nichtpolymerisierten Abschnitte (530 ) des photoabbildbaren Materials (518 ) und vor dem Aufbringen (408 ) des Lötmittels (538 ) ein Aushärten der polymerisierten Abschnitte (528 ) der Lötmaske (532 ) und ein Trimmen zumindest eines Dickfilmwiderstands (514 ), der durch die Lötmaske (532 ) freigelegt wurde, aufweist. - Verfahren (
400 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner vor dem Aufbringen (402 ) des photoabbildbaren Materials (518 ) ein Verwenden eines Sauerstoffplasmas (516 ), um zumindest einen Bereich der Schaltungsstruktur (500 ) zu reinigen, auf den das photoabbildbare Material (518 ) aufgebracht werden soll, aufweist. - Verfahren (
400 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das photoabbildbare Material (518 ) mittels eines Siebdruckvorgangs aufgebracht wird. - Verfahren (
400 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das photoabbildbare Material (518 ) mittels eines Sprühbeschichtungsvorgangs aufgebracht wird. - Verfahren (
400 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das photoabbildbare Material (518 ) mittels eines Vorhangbeschichtungsvorgangs aufgebracht wird. - Verfahren (
400 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das photoabbildbare Material (518 ) in flüssiger Form aufgebracht und dann vor dessen Strahlungsaussetzung zu einer starren Form ausgehärtet wird. - Verfahren (
400 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das photoabbildbare Material (518 ) durch ein Maskenelement, das das Strahlungsmuster definiert, gegenüber dem Strahlungsmuster ausgesetzt wird. - Verfahren (
400 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Strahlung, der das photoabbildbare Material (518 ) ausgesetzt wird, ultraviolettes Licht ist. - Verfahren (
400 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, das ferner nach dem Entfernen (406 ) der nichtpolymerisierten Abschnitte (530 ) des photoabbildbaren Materials (518 ) und vor dem Aufbringen (408 ) des Lötmittels (538 ) ein Aushärten der polymerisierten Abschnitte (528 ) der Lötmaske (532 ) aufweist. - Verfahren (
400 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, das ferner folgende Schritte aufweist: Platzieren von Lötkugeln (540 ,542 ,544 ) auf dem Lötmittel (538 ); und Aufschmelzen des Lötmittels (538 ). - Schaltungsstruktur mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (
502 ), das einen oder mehrere Leiter (504 ,506 ,508 ,510 ) aufweist, die auf einer Oberfläche desselben freiliegen; einer photoabgebildeten Lötmaske (532 ), die i) zumindest einen Teil der Substratoberfläche, auf der der eine oder die mehreren Leiter freiliegen, bedeckt und ii) zumindest einen Lötaufbringungsbereich (534 ) definiert, der einen oder mehrere der freiliegenden Leiter (504 ,506 ,508 ,510 ) schneidet; und Lötmittel (538 ), das auf die freiliegenden Leiter in der oder den Lötaufbringungsbereichen (534 ) aufgebracht ist. - Schaltungsstruktur (
500 ) gemäß Anspruch 16, bei der eine oder mehrere Lötkugeln (540 ,542 ,544 ) über das Lötmittel (538 ) an den freiliegenden Leitern in den Lötaufbringungsbereichen (534 ) angebracht sind. - Schaltungsstruktur (
500 ) gemäß Anspruch 16 oder 17, bei der das Substrat ein Keramiksubstrat ist. - Schaltungsstruktur (
500 ) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, bei der die Leiter, die auf der Oberfläche des Substrats freiliegen, Dickfilmleiter sind. - Schaltungsstruktur (
500 ) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, bei der die photoabgebildete Lötmaske (532 ) zumindest einen Abschnitt zumindest eines Dickfilmwiderstands (514 ) auf der Oberfläche des Substrats (502 ) freilegt.
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