用于产生带有热敷镀通孔的电路板的方法以及电路板与流程

本发明涉及一种用于在电路板中产生热敷镀通孔(或称为穿通接触部，即durchkontaktierungen)的方法，所述方法从如下载体板出发，所述载体板带有大量预成型在其中的开孔，这些开孔在载体板的下侧与上侧之间形成并且处于分别要产生热敷镀通孔的位置处。

同样，本发明涉及一种电路板，该电路板带有大量构造在电路板的载体板中的热敷镀通孔，这些热敷镀通孔沿着构造在载体板的下侧与上侧之间的开孔伸延。

背景技术：

此处所考虑的类型的电路板在电子工业中被广泛使用。所述电路板包含载体板，该载体板通常在载体板的一侧上承载一定数量的电子部件(下面在大多数情况下称为“电子构件”或简称“构件”)。术语“电子构件”应如下地进行理解，即，所述电子构件应包括每个与导体线路可处于电连接的电气部件、如包含集成电路的芯片、数字或模拟处理器，但是还有较简单的结构元件、如led，电阻或诸如此类。

电路板或载体板的承载构件的这侧在本公开的范围内被称为“上侧”；与该上侧相对置的侧被称为“下侧”。用于构件和如有可能其他电气设备的电连接线路可以处于电路板的两侧上，典型地主要处于下侧上。在两侧配备有构件的电路板中，在本公开中，首先配备构件的这样的侧被称为“下侧”。在特殊情况下也可设置成，对于载体板的不同区域下侧和上侧的角色互换，例如当构件在一定区域中优选要安装在相对置的侧上时(该侧在这些区域中则被视为上侧，另一侧视为下侧)。

载体板的主体在传统的方式上由塑料材料或复合材料、如fr4、环氧树脂-玻璃纤维-材料组成；适合的电路板材料本身是已知的。

在方位或定向方面的术语、例如“上”、“下”、“前”、“之下”、“之上”等在说明书中仅被选择用于简化，并且首先不涉及附图中的图示，然而不必然涉及使用或装入位置。术语上侧和下侧在本说明书和权利要求中尤其是仅用于标识载体板的各侧并且不应理解为限制性的。显然，也可将电路载体在所有其他可行的定向下、如翻转、立置地或倾斜地使用或被装入到仪器中。

因为构件由于在运行期间不可避免的功率损耗而产生热，所以通常也考虑热的充分导出，以便避免构件损害直至这些构件被破坏。只有在非常简单的情况下，通过周围环境的空气和电路板中的导热足以进行冷却；在大多数情况下，必须采取附加的措施来进行被动或主动冷却。一种对受热负载的构件进行热导出的已知的方式是热敷镀通孔；这些热敷镀通孔经常被称为“热导通孔”或(英语)“thermalvias”，通常也仅简称“导通孔(或通孔，即vias)”。导通孔构成从电路板上侧到电路板下侧的导热连接(以及通常还有导电连接)，以便使横向穿过电路板的热传输变得容易并且消除电路板材料的热阻。

工业应用通常是在两侧设置电路板的非常密集的配备。如果现在想要热优化这种电路板并且为此通过导通孔使用敷镀通孔，通常需要使这些敷镀通孔必须直接地处于构件下，大体是因为导通孔应直接地冷却构件或另一方面没有空间可供用于导通孔。在此，在大多数情况下出现如下问题，即，在钎焊执行过程期间(在该钎焊执行过程中对于第二侧应将构件配备到已经(从前侧)钎焊的或用钎焊料填充的敷镀通孔的背侧上)，由于由敷镀通孔所引起的不平度而无法或仅难以施覆用于钎焊过程的钎焊料、例如借助于膏印刷(或称为膏打印，即pastendruck)，和/或要配备的构件不再能以良好限定的方式安放。

用于产生导通孔的已知的解决方案设置成用铜膏或树脂膏来填充。然而，这些经填充的导通孔与显著的额外耗费和随之而来的提升的成本相关联。作为备选方案已知，保留没有被填充的导通孔；然而未被填充的导通孔由于较小的导热而并不令人满意。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是，提供一种用于制造带有导通孔的电路板的方法，该方法是工艺稳定、可靠并且仍然成本友好的，即使导通孔被紧挨着设置并且被设置在同样安置(配备)有电子构件的位置上。

该任务通过一种开头提及的类型的方法来解决，所述方法包括以下步骤:

-将第一阻焊掩膜和第二阻焊掩膜施覆到下侧或上侧上，其中，第一阻焊掩膜在预成型的开孔中分别围绕每个开孔的边缘在下侧上具有留空阻焊漆的区域，其中，第二阻焊掩膜在预成型的开孔的至少一大部分中、优选在每个预成型的开孔中分别至少达到直至开孔的在上侧上的边缘，这不排除第二阻焊掩膜超过边缘伸到开口的区域中的可能性；

-将钎焊料施覆到下侧上并且将钎焊料熔化钎焊，其中，钎焊料穿入到开孔中并且在下侧上构造凸状的伸出超过相应的开孔的边缘的弯月形部；并且

-在上侧上给如下区域留空，所述区域预确定成用于至少一个电子构件在上侧上的接触并且分别包括热敷镀通孔中的至少一个热敷镀通孔，所述留空通过至少在所述区域中移除第二阻焊掩膜实现。

该技术解决方案得到一种制造工艺，该制造工艺实现了：导通孔在钎焊工艺中工艺稳定地(也就是说在避免可导致漏电(或爬电，即kriechströmen)或短路的钎焊料珠和钎焊料材料的其他形状偏差的情况下)用钎焊料填充，并且以构件的配备在已经填充的导通孔上执行。使用钎焊料作为导通孔的填充材料带来通过导通孔的高的导热，该导热明显处于铜膏或其他膏的导热之上。本发明也在第一熔化钎焊过程之后设置后续的阻焊留空部，由此实现对用于配备构件的钎焊场(“焊盘(或焊点，即pads)”)的限定。通过该技术解决方案也得到到填充的导通孔上的配备的更好品质，其中，可避免构件倾翻或不充分的膏印刷。

按照根据本发明的方法的一种优选的设计方案有利的是，在第一阻焊掩膜中，留空阻焊漆的区域形成为圆环状。在此，在许多情况下此外有利的是，直接相邻的开孔的留空阻焊漆的区域彼此接触，由此在留空区域之间形成带有阻焊漆的区，所述带有阻焊漆的区优选具有由凹状曲线部段限界的四角形或三角形的形状。

为了使在上侧上的留空的执行变得容易并且提高针对掩膜在上侧上的定位不准确性的公差，适宜的可以是，第二阻焊掩膜在所述开孔的至少一部分中伸展超过边缘并且在该处分别形成自由的向内伸的环状部。这此外得到钎焊料边缘在相应的开口处朝上侧的更好的限定并且防止尤其是钎焊料的不期望的流出。

备选地可设置成，第二阻焊掩膜在所述开孔的至少一部分中将近达到边缘处，或优选与开孔的边缘对齐。这得到阻焊材料的更节省的使用并且使用于产生留空区域的阻焊掩膜的后续的加工变得容易。

为了钎焊过程的较容易的操纵适宜的可以是，载体板在施覆钎焊料的步骤期间以下侧保持向上定向。

根据本发明的方法可通过接着的附加的步骤补充，在所述接着的步骤中，对上侧进行配备，即用至少一个构件配备到留空区域上以用于进行接触。

此外，有利的是，在钎焊料的熔化钎焊的情况下在下侧上产生的弯月形部分别在开孔之上构造凸状的帽状体。术语弯月形部此处理解为(液态的或又固化的)钎焊料的弯曲的表面，其中，弯月形部的形状优选、但不是必要地具有帽状体(也就是说球帽状体或椭圆帽状体)的形状，而一般而言也可以是压扁的，如有可能还可以是稍微弄瘪的，只要这对于相应的应用是适宜的。弯月形部作为帽状体的这种构造同时得到弯月形部的大的表面和弯月形部的表面的良好限定的外形，这使针对热导出的有针对性的设计变得容易。此外，当例如之后将起热引出作用的元件经由导热膏施覆到弯月形部上时，大的表面有助于更好的热放射或热导出的性能。

附加地，可提前执行以金属、优选地以高导电性的金属、例如铜给预成型的开孔加衬层的附加步骤；并且优选地，该加衬层步骤可通过电镀方法进行。

为了及早地实现导通孔的可靠的填充，有利的是，在钎焊料的熔化钎焊期间通过钎焊料填充被钎焊料穿入的开孔。同样地，有利的是，弯月形部通过钎焊料材料形成，该钎焊料材料同时填充开孔。这些设计方案得到带有特别好的热性能的导通孔。

同样，本发明所基于的任务借助一种电路板来解决，在所述电路板中，热敷镀通孔在下侧上具有凸状、伸出超过相应的开孔的边缘的弯月形部，并且在上侧上设置有留空阻焊掩膜的区域，所述区域配备有钎焊材料以用于至少一个电子构件在上侧上的接触，并且所述区域与热敷镀通孔中的至少一个热敷镀通孔处于钎焊连接中。

电路板的另外的有利的构造方案相应于由根据本发明的方法的改进方案得到的构造方案。此外，在电路板中，在下侧上，弯月形部尤其可以是圆形的，其中，直接相邻的开孔的弯月形部优选彼此接触，其中，在这些弯月形部之间分别存在有带有阻焊漆的区，所述带有阻焊漆的区优选具有由凹状曲线部段限界的四角形或三角形的形状。

概括来说，本发明实现以下优点：

-高的热性能，

-由填充导通孔带来的仅小的额外成本，

-针对焊盘中的导通孔的填充的可靠性,

-留空部也用于其他应用的使用可行性，

-在需要时能够后续改变阻焊掩膜，以及

-导通孔可以及早地在金属化时(借助于hal表面处理(hal-finish))时就已经用钎焊料来填充。

附图说明

下面依据在附图中示出的示例性实施方式阐释本发明连同另外的优选方案。附图以示意性的方式依据相应示出的载体板的一系列剖视图来示出：

图1示出本发明的第一实施方式的载体板，其中，载体板暂时被翻转，从而其下侧面向上方；

图2示出带有经施覆的阻焊掩膜的载体板，更确切地说在子图(a)中以剖视图以及在子图(b)中以到载体板的下侧上的俯视图来示出；

图3示出钎焊料的施覆和熔化钎焊；

图4示出示出通过熔化钎焊达到的带有在载体板中经填充的开孔的状态；

图5示出在上侧上的区域的留空的后续步骤，其中，事先已将载体板翻转；

图6示出给载体板配备电子构件的附加步骤；

图7示出这样获得的电路板；以及

图8示出带有根据本发明的第二实施方式的阻焊掩膜的载体板。

具体实施方式

应理解的是，此处描述的实施方式仅用于例示并且不应理解为对于本发明而言是限制性的；更确切地说本领域技术人员依据说明书可找到的全部设计方案都落在本发明的保护范围内，其中，该保护范围通过权利要求确定。

在如下的附图中，为了更简单阐释和图示的目的，对于相同的或类似的元件使用相同的参考标记。此外，在权利要求中使用的参考标记仅应使权利要求的可读性和对本发明的理解变得容易并且绝不具有损害本发明的保护范围的性质。

在图1中示出载体板101，该载体板在第一实施例中用作用于制造方法的初始点。在图1和接着的附图中示出的剖视图相应于穿过一排开孔的剖面，分别沿着一剖切平面，该剖切平面相应于图2(a)中的剖切平面2-2，其中，分别示出在制造方法的彼此相继的阶段中的载体板的相同的部分段。

载体板101包含基板10，例如单层或多层式fr4板；fr4板众所周知作为用于电路板的基板。载体板的两个表面相应于下侧a和上侧b。要指出的是，在图1至4的图示中，载体板“翻转地”定向，也就是说下侧a面向上方，而上侧b面向下方。上侧b如开头阐释的那样是这样的侧，在对载体板进行单侧配备的情况下电子构件被施覆在该侧上(参照图6)。根据要产生的电路板的应用布局也可设置成，对于载体板的不同区域互换下侧和上侧的角色，例如当构件在一定区域中也被安装在相对置的侧上时。

在载体板101的基板10中构造有大量开孔，这些开孔中在图1中代表性地示出四个开孔11,12,13,14，并且这些开孔已借助于适合的已知的方法产生。一般而言，这些开孔以事先就确定的二维布置处于载体板上。在该二维布置中的位置视应用和对如下部位的要求而定来选择，在这些部位处分别应产生导通孔(热敷镀通孔)；然而导通孔或开孔的实际位置对于本发明并不是进一步关心的。开孔11至14(和同样图2(b)的开孔211至214)分别设有自有的参考标记，然而为了当前公开的目的相同类型地实施。

开孔11至14优选(但并不必然地)设有金属衬层(敷层)15。敷层15的金属材料优选具有高导电性。优选的材料例如是铜、铝或碳覆层。该衬层例如直接地在将开孔带入到基板10中之后通过适合的、本身已知的方法产生，例如电镀方法。衬层15在附图中为了清楚起见以夸大的厚度示出。

现在在两侧将阻焊掩膜21,31施覆到载体板101上。这得到在图2中示出的载体板102，该载体板在载体板102的下侧a上带有第一阻焊掩膜21并且在载体板102的上侧b上带有第二阻焊掩膜31，如在图2(a)的剖视图中可见的。阻焊掩膜21,31的高度在图中为了清楚的目的夸大地示出并且在许多实施方式中比所示出的情况明显小。为了在所述方法的后期的阶段中实现导通孔的面状的填充，在阻焊掩膜21,31中设置有留空的区域，从而阻焊掩膜分别至少不占据如下区，所述区相应于在上侧或下侧上的开孔11至14的开口。

在图2(b)中，以载体板102的俯视图示出第一阻焊掩膜21的切口。每个开孔(在图2(b)中除了开孔11至14以外还示出了平行地布置的第二排开孔211,212,213,214)在下侧上通入到开口中，该开口的边缘在图2(b)中作为各一个圆可见:较小的圆22。围绕边缘22的每个边缘设置有一个阻焊漆-留空部23，从而保留有空出的区域直至外边缘，作为各一个较大的圆24示出。优选地，将留空区域23(如果可能并且与所设置的电子结构相容)如此紧密地放置在彼此旁，使得直接地相邻的开孔11,12,212,211或13,14,214,211的外边缘24彼此接触。在如此直接地相邻的开孔之间分别保留有阻焊掩膜的不可浸润的区25；该区25在所示出的实施例中具有菱形的形状或“方块”形状。这些区25设置成用于在后期的步骤中限制容纳在留空区域中的钎焊料的量并且用于更好地限定钎焊料的表面。一般而言，由多个留空区域限界的这种区的形状相应于“凹状多边形”、也就是说由凹状曲线部段、尤其是圆部段形成的多边形的图形、大多数情况下是凹状四角形或凹状三角形。在这种“凹状多边形”中，由此替代直线的棱边出现所提到的凹状曲线或圆部段。然而在设置用于导通孔的留空区域之间(在电子布局中在所述导通孔之间不允许实现电接触)保留有带有事先就确定的最小宽度的桥接部。最小宽度的值分别取决于布局-设定；典型的值例如是100µm，然而也可以为50µm或更小。一般而言，选择如下值，该值确保在所产生的导通孔之间的电分隔。在这些情况下，“凹状多边形”在处于这种电分隔的导通孔之间的尖部处通到所提到的桥接部，并且由此如有可能通过这些桥接部相互连接。

在上侧(阻焊掩膜31)上在开孔的开口的、相应于边缘32的位置处也设置有留空部。然而此处，在上侧b上的阻焊掩膜31中的留空部优选实施得尽可能小；这应避免：在钎焊料的第一次熔化钎焊之后处于开孔中的钎焊料材料突起超过上侧的表面(参照图4)。阻焊掩膜31、由此优选至少达到在上侧b上的开孔的边缘32处。在所示出的实施方式中，留空部是如此的，使得第二阻焊掩膜31的边缘33与开孔的边缘32对齐。此处，由此在每个开孔中，阻焊掩膜31的边缘33相应于开孔边缘32。备选地，在未示出的实施变型方案中，也可取出一围绕边缘32的狭窄的留空区域，从而阻焊掩膜的边缘差一点到达边缘32处；相对于边缘32的剩余间距是小的，由此在开孔的开口上产生的弯月形部不突起超过上侧的阻焊掩膜31的表面。

在阻焊掩膜21中的示例性的尺寸是：在0.35mm的开口22,32的直径下的0.7mm的留空区域23的直径。

在一种有利的实施变型方案中(该实施变型方案在图8中在载体板103的剖视图中示出)，上侧b上的阻焊掩膜可如下地变型，即，阻焊掩膜38超过开孔的边缘32伸入到相应的开口中。阻焊掩膜38由此在这些开孔中分别构造自由的向内伸的环状部34。该环状部34预防钎焊料的不期望的流出，这可导致导通孔中的不期望的空隙。这种突出的环状部34可以在所有开孔中或在一部分开孔中设置。除此以外，图8的载体板103相应于图2的载体板102。

有利地不借助阻焊漆来封闭导通孔，因为这避免了：发生空气封入在导通孔中并妨碍高效的填充。阻焊掩膜31,38由此防止钎焊料可穿过开口从中出来，并且同时通过剩余的开口(根据边缘33或34)本身实现助熔剂的气体排出。这考虑了在没有不期望的空隙(空心空间)的情况下构造导通孔。

然后，参考图3在下一个步骤、即第一熔化钎焊-执行过程中，例如借助于已知的smt方法，将钎焊料16施覆到下侧a上。在图3中钎焊料16象征性地通过带有中断的阴影线的矩形示出。优选地，载体板至少在该步骤期间以下侧a保持向上定向。在熔化钎焊期间，钎焊料16穿入到开孔11,12,13,14中，其中，该钎焊料到达阻焊掩膜21,31的边缘处。

载体板104的这样获得的状态在图4中示出。钎焊料有利地在下侧a上推进直到阻焊掩膜21的留空区域23的边缘24处，从而获得在很大程度上被填充的开孔30。在此，钎焊料16在区域23上构造弯月形部26，所述弯月形部伸出超过开孔30的下侧边缘22。这些弯月形部26优选通过适当地选择钎焊料材料和钎焊料量来获得这种外形，使得这些弯月形部构造许多呈凸状帽状体形式的小“丘”。这得到弯月形部的增大的表面，这改善热的放射或导出。弯月形部26在其布置方面按照性质相应于留空区域23的布置(参见图2(b))，从而这些弯月形部优选彼此接触，对此在弯月形部26之间保留有上文描述的带有阻焊漆的区25。

如有可能可以根据所述方法的一种变型方案，在图3和4的第一熔化钎焊执行过程期间同时将(未示出的)构件配备在下侧a上。

而在上侧b上，这种弯月形部在该阶段中是可行的，但不是需要的，考虑到后期的针对上侧的钎焊执行过程，如再下面所描述的。

然后，参考图5，进行在上侧b上给区域35留空的步骤。为此，通常适宜的是，将载体板事先转向，从而从此时起上侧b面向上方。区域35被事先确定并且相应于这样的区域，在随后的步骤中使电子构件在所述区域上接触。在此，区域35中的至少一些区域还包括之前产生的经填充的开孔30中的一个或多个开孔的部位。

这个留空的步骤用于使得区域35没有阻焊漆。为此，阻焊掩膜31的处于区域35中的部分借助于适合的已知的方法c移除，例如借助已知方式的化学的或等离子体化学的腐蚀方法、借助于蚀刻(或版印、石印，即lithographischer)方法，或在使用标记激光c的情况下。经如此加工的阻焊掩膜37的阻焊漆适宜地保留在这些区域35之外。

然后如在图6中所示出的那样，在下一个步骤中在上侧b上进行第二熔化钎焊执行过程，例如借助于已知的smt方法进行。在此，上侧又根据本身已知的方式用钎焊料材料36印刷并且配备以构件；在图6中，对于一般任意数量的构件代表性地示出一个构件17。钎焊料36由此在熔化钎焊期间穿入到留空区域35中并且在另一侧与构件17的接触面18连接。由此，得到接触面18与经填充的开孔20的直接的连接。

图7示出这样获得的电路板1。在开孔20的部位处从现在起构造有一定数量的导通孔19，这些导通孔被用钎焊料材料填充，该钎焊料材料无中断地达到构件17的在上侧b(以及如有可能下侧a；未示出)上的接触面18并且由此负责构件的好的热接触和如有可能电接触。

根据本发明的方法由此实现了：导通孔19具有直接在构件17之下的位置并且尽管如此仍可有针对性地被填充，而在此不必忍受在smt过程中膏印刷的损害或构件17的倾翻。