WO2012104023A1 - Verfahren zur herstellung eines laminats mit leitender kontaktierung - Google Patents

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WO2012104023A1
WO2012104023A1 PCT/EP2012/000218 EP2012000218W WO2012104023A1 WO 2012104023 A1 WO2012104023 A1 WO 2012104023A1 EP 2012000218 W EP2012000218 W EP 2012000218W WO 2012104023 A1 WO2012104023 A1 WO 2012104023A1
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recess
metal
laminate
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Andreas Hinrich
Tihomir Klajic
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Heraeus Materials Technology GmbH and Co KG
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    • H05K3/4038—Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections
    • H05K3/4084—Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections by deforming at least one of the conductive layers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/182—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with components mounted in printed circuit boards [PCB], e.g. insert-mounted components [IMC]

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a laminate for contacting at least one electronic component in which an insulating layer is arranged between a first metal layer and a second metal layer, the metal layers are contacted with one another in at least one contact region, at least one recess is produced in the insulating layer , the metal layers are laminated with the insulating layer.
  • the invention also relates to a laminate for contacting an electronic component.
  • the invention also relates to the use of such a laminate.
  • circuit substrates for example, printed circuit boards or stamped-laminated substrates are used.
  • the through-connection from the top to the bottom of such a board is often achieved by recesses in the board. These recesses may also receive conductive contacts of on-board electronic components that pass through the recesses and thereby provide a conductive connection of the two sides. As an alternative to this, the recesses on their surface may also comprise a continuous metallic layer as through-connection.
  • a connection (via) of two metal layers can be made to bridge a separating layer (insulator).
  • separating layer insulator
  • clocking may be employed within a multi-layer (package) carrier substrate, which is an electrical circuit and includes defined bottom pads for contacting and receiving electrical components requiring heat critical mounting and operating conditions, such as integrated circuits.
  • the plated-through hole can lie directly below the electronic component or directly next to it, if an improved heat dissipation from the electrical component to the lower layer is to be produced, or at any point if it is only about the electrical contacting of the electrical component.
  • a method for producing a metal-plastic laminate in which a metal foil is formed by embossing or deep drawing to form a trough and then a plastic film is laminated to the shaped metal foil.
  • the metal contact surface profile is retained.
  • a metal foil is attached to a plastic film and the metal foil is then shaped by embossing or deep drawing to form a trough.
  • the via is made possible by buckling of the metal foil in the region of the recess of the plastic film.
  • the actual via can be produced with a further conductive layer on the plastic film, which is conductively connected to the metal foil in the region of the trough.
  • a further disadvantage is that the quality of the via is not secure and there is no guarantee that even an electrically and / or thermally conductive connection is created.
  • a further disadvantage is that the application of the conductive layer must take place in a second work step.
  • a through-contact of two metal foils, between which a plastic film is arranged, is achieved by a method for producing a laminate for contacting an electronic component according to DE 102 05 521 A1.
  • two metal layers are laminated successively or simultaneously with an insulating layer.
  • a first metal layer comprises an embossment or bulge, wherein when laminating a second level metal layer with the insulating layer to make electrical contact between the two metal layers.
  • Another disadvantage is that it can not be ascertained whether an electrically and / or thermally conductive connection has been produced. Due to the small thicknesses of the metal layers and the much larger insulator layer, the vias used, for example, in printed circuit board technology do not have the properties that a multilayer carrier substrate made of laminated metal and insulator layers with through-contacts can exhibit, in particular with regard to heat conduction. Process monitoring, for example during laser welding, is not possible if the lower metal layer is not allowed to be damaged. Without a destructive test it is not possible to test the connection of both metal layers or their quality.
  • the object of the invention is to overcome disadvantages of the prior art.
  • a nondestructive testing of the connection should be made possible.
  • a high quality of the via with respect to the heat conduction and / or the electrical line should be ensured.
  • An efficient and cost-effective manufacturing process is to be ensured in order to be able to offer inexpensive laminates with verified and easily verifiable plated-through holes.
  • the object of the invention is achieved in that at least one recess in the region of the recess is produced in the first metal layer, the first metal layer and the second metal layer are conductively connected to one another in the region of the recess and the connection of the two metal layers is checked.
  • the contact zone is accessible, which changes by the connection of the metal layers.
  • the difference between the recess before and after the connection can be measured. If the state of the recess before the connection is known, that is, for example, stored in a memory, it can be provided that the recess or the connection therein is measured only after the construction of the connection or after the structure of the via. It can be provided that at least one recess and a recess are arranged at least partially overlapping.
  • the metal layers are firmly bonded together.
  • the distance of the two metal layers from one another is reduced in such a way that the two metal layers touch each other.
  • a sintering of the metal layers can be carried out according to the invention with a silver-sintered paste.
  • At least one recess is produced in at least one contact region.
  • the laminate with the electronic component is laminated with a plastic layer at least on the side with the electronic component.
  • a lens is mounted in the region of the recess or cavity, in particular above the first metal layer.
  • a development of the invention provides that in the first metal layer at least one embossing and / or at least one bulge is produced in the contact region, wherein in the regions of the at least one embossing and / or bulging the distance between the two metal layers is reduced to one another, preferably up to is reduced to zero, wherein in the first metal layer in the region of an embossing and / or bulging at least one recess is arranged.
  • a metal layer is made such that the shape of the bulge is given without the metal layer would have to be deformed or formed to form the bulge.
  • an embossing is to be understood in the present case that the shape of the embossing is caused by a deformation or deformation of a metal layer.
  • the metal layer can be previously flat. It can be provided that the dimensions of at least one embossing and / or at least one bulge for receiving at least one electronic component sufficient or sufficient, wherein in the first metal layer in the region of an embossing and / or bulging at least one recess is arranged.
  • the at least one electronic component is completely received in the at least one embossing and / or bulging and, based on the height (H) of the electronic component, at least partially received in the embossing or the bulging.
  • At least one electronic component is electrically and / or thermally conductively connected to the second metal layer.
  • first metal layer and the second metal layer are electrically and / or thermally conductively connected to one another.
  • a compound is generated, which completely covers the second metal layer in the recess, and is checked in the review of the connection of the two metal layers whether the second metal layer is completely covered.
  • the complete coverage makes it particularly easy to determine if the connection has been made as desired since it is much easier to determine if the surface of the second metal layer is completely covered than to evaluate how much the measurable surface of the second metal layer has decreased.
  • connection of the two metal layers is checked by an optical method, by a scanning method, by X-ray fluorescence and / or by an electron beam.
  • a measurement of the emissivity or the reflection characteristics can be used.
  • it can be easily evaluated in which direction light of a directional light source, such as a laser, is reflected in the region of the recess. While the second metal layer in the Covered state is flat, after soldering, welding or sintering, the surface in this area is curved and / or rough. The reflection of the light thus changes, from which a via can be determined. Alternatively or additionally, it can be determined non-destructively with ultrasound how well the two metal layers have joined together.
  • a stamped lamination is used to connect the metal layers to the insulating layer and at the same time at least one embossment, at least one recess, at least one bulge and / or at least one recess produce.
  • At least one recess, at least one embossing and / or at least one bulge is or are produced by embossing or bending the first metal layer.
  • At least one embossing and / or bulging comprising at least one recess in the first metal layer is positioned in at least one existing recess in the insulating layer.
  • the metal layers are joined to one another by welding, soldering, bonding with a conductive adhesive or composite in at least one contact region, preferably by laser welding.
  • At least one electronic component is connected to the first and the second metal layer with an electrically conductive connecting means, preferably by gluing, more preferably with a conductive adhesive, welding, soldering or sintering, particularly preferably with a silver sintering paste.
  • an electrically conductive connecting means preferably by gluing, more preferably with a conductive adhesive, welding, soldering or sintering, particularly preferably with a silver sintering paste.
  • a method according to the invention can be carried out in a particularly simple manner if the generation of at least one embossing and / or at least one bulging in the first metal layer takes place in one step with a contacting of the electronic component with the first metal layer.
  • At least one chip, at least one LED and / or at least one sensor is or is used as the at least one electronic component.
  • At least one electronic component is connected over a large area with the second metal layer, and is thereby preferably thermally coupled well to the second metal layer.
  • a plastic layer in particular a plastic film is used as an insulating layer, preferably comprising glass fiber reinforced plastic based on epoxy, PET or Pl film.
  • the second metal layer is preferably chosen to be large compared to the electronic component.
  • At least one of the metal layers is made from copper, aluminum and / or a copper alloy, preferably from a copper-tin alloy.
  • a development of the invention provides that the condition of the recess after the connection of the metal layers is measured to check the connection and is compared with a desired state, a measurement before the connection of the metal layers and / or stored in a memory value. These measures make it possible to automate the testing process in the production of the laminates.
  • a further particularly preferred embodiment of a method according to the invention can provide that, for checking the connection, a surface property of the second metal layer within the recess is measured, in particular a change in a profiling, a texture and / or the dissolution or change of a coating of the second metal layer.
  • a profiling, a coating and / or a texture is provided on the surface of the second metal layer, which faces the first metal layer.
  • a profiling, a coating and / or a texture is provided on the surface of the second metal layer, which faces the first metal layer.
  • a surface finish is advantageous.
  • a particularly cost-effective embodiment of the method results if it is provided that during the production of the via in the recess, it is measured whether the surface of the second metal layer in the recess changes sufficiently. If a sufficient change in surface area has been measured, the fabrication of the via can be completed and the fabrication of the next via started. As a result, a particularly time-efficient mass production of laminates with plated-through holes can be achieved.
  • a laminate for contacting an electronic component produced by a method according to one of the preceding claims, comprising a first metal layer and a first metal layer substantially parallel arranged second metal layer, of the first metal layer by an insulating Layer is partially separated, wherein at least one recess is arranged in the insulating layer and the first metal layer and the second metal layer in the recess are interconnected such that the second metal layer is covered, in particular completely covered, so that the Me tallstoffmaschineen thermally and / or electrically conductively connected to each other via a via.
  • At least one recess and a recess are arranged at least partially overlapping.
  • the first metal layer comprises at least one embossing and / or at least one bulge, wherein the metal layers in the region of the at least one embossing and / or the at least one bulge are thermally and / or electrically conductively connected via the plated-through hole.
  • a further embodiment of the invention provides that the second metal layer is 0.1 mm to 2 mm thick, preferably 0, 1 mm to 0.5 mm, particularly preferably 0.3 mm.
  • the first metal layer and / or the insulating layer 10 is up to 300 ⁇ m in thickness, preferably 50 ⁇ m to 200 ⁇ m, particularly preferably 100 ⁇ m.
  • At least one recess is arranged in at least one embossing and / or bulging.
  • a development of the invention provides that at least one recess, at least one embossing and / or at least one bulge has or have a cross section between 0.02 mm and 3 mm, preferably between 0.1 mm and 1 mm.
  • the thickness of the metal layers is between 0.02 mm and 3 mm, preferably between 0.04 mm and 2 mm, wherein preferably the second metal layer is thicker than the first metal layer.
  • the metal layers are joined together by welding, soldering, gluing with a conductive adhesive or sintering in at least one contact region.
  • at least one electronic component is connected to the second metal layer with an electrically conductive connecting means, preferably by soldering, sintering, particularly preferably with a silver sintering paste, or gluing, particularly preferably with a conductive adhesive.
  • a development of the invention provides that at least one electronic component is a chip, an LED and / or a sensor.
  • At least one electronic component is connected over a large area to the second metal layer and is therefore preferably thermally coupled to at least one metal layer, in particular the second metal layer.
  • the insulating layer is a plastic layer, in particular a plastic film, preferably comprising glass-fiber-reinforced plastic based on epoxy, PET or Pl film.
  • the second metal layer is thicker than the first metal layer.
  • the metal layers comprise copper, aluminum and / or a copper alloy, particularly preferably comprising a copper-tin alloy, or consist of copper, aluminum and / or a copper alloy, particularly preferably a copper-tin alloy.
  • the object of the invention is also achieved by the use of such a laminate as a board or flexible carrier substrate for electrical circuits with chips, sensors, LEDs, power components, mobile components, controllers or regulators.
  • the invention is based on the surprising finding that the accessibility of the recess and the surface of the second metal layer arranged therein make it possible to check whether it has been covered and / or altered during the construction of a via. From this it can be determined with the simplest and also automated methods, if the via was successful. Simple, non-destructive measuring methods can be used. In particular optical Methods are useful for determining very quickly and efficiently whether or not a through-connection has been successful.
  • the laminate may be discarded or another attempt is made to make a via in the same location.
  • the invention thus provides a process-reliable through-connection of a laminate for an electronic component.
  • the recess and the recess can be punched or generated by a laser.
  • the impression can be round or square.
  • the electronic component By the direct connection of an electronic component with the second metal layer, the electronic component can deliver its heat directly to the second metal layer. From there, the heat can be removed from the laminate. It is particularly advantageous if the electronic component, in particular with a large outer surface, is connected to a large area with a thin layer of a good heat-conducting connection means with the second metal layer.
  • the connection means may also be a material welded together from the two metal layers.
  • the recess according to the invention is particularly easy to produce when a stamped lamination technology is used for the production.
  • a contact element of the electronic component or the component itself can be used directly in the recess and connected there to the underlying second metal layer, via which a heat dissipation, in contrast to the first metal layer can be done directly.
  • the heat and / or the current can be transmitted from the at least one electronic component either directly into the second metal layer or via a connection means which conducts both current and a good heat conductor, such as copper or copper alloys.
  • the heat flow or the electric current must therefore only overcome one boundary layer or two boundary layers. Each boundary layer scatters phonons and thus acts as a thermal resistance as well as an electrical resistance.
  • a laminate produced according to the invention or a laminate according to the invention enables the use of electronic components with high performance.
  • the connecting means soldder, conductive adhesive, sintered paste or also the welding
  • the connecting means can be used to produce a thermally conductive and electrically conductive connection of the two metal layers or to connect the component directly to the second metal layer.
  • the physical framework conditions required for the installation of the electronic component can also be suitable for embossing the first metal layer and / or for forming the through-connection of the two metal layers. This makes it possible to perform the installation of the electronic component and the production of the via in a manufacturing step. In addition, it can be ensured that the positioning of the electronic component takes place at the desired location. The force required when inserting or pressing in the electronic component is thus simultaneously used to produce the embossing and / or deep-drawing of the first metallic layer.
  • connection means used for contacting and connecting the electronic component to the metal layers may also be used to support the entire structure.
  • connection surfaces desired by the user can be retained on the underside of the assemblies, without these being influenced or impaired by additional apertures or holes, for example due to penetration welding.
  • the upper first metal layer which is often thinner, complex structures for the electrical circuit and via can be made easier. For example, smaller slot and web widths are possible.
  • laminates according to the invention also the construction technique and the connection technology for the electronic component.
  • an improvement in process reliability is achieved by the present invention.
  • An optical control of the via is made possible by the introduced recess. On the basis of the state of the recess, a connection between the upper first metal layer and the lower second metal layer can be detected directly.
  • a via which has been realized by means of a welding process (for example by laser) is particularly suitable with regard to downstream processes or process steps (for example for a temperature stability). Laser welding is a particularly precise, fast and therefore preferred method of through-hole.
  • the via can be realized very small.
  • these can be arranged in the recess on the edge in order to place an electrical component in the center of the embossing.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a laminate according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a laminate according to the invention after through-plating.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a laminate 1 according to the invention before through-plating or a schematic cross-sectional view of a laminate 1 produced by a method according to the invention.
  • the laminate 1 comprises a first metal layer 4, a second metal layer 6 and an insulator 8 as an insulating layer between them both metal layers 4, 6.
  • the metal layers 4, 6 are applied to the insulator 8 by lamination technology.
  • an embossment is provided, which is produced by embossing, thermoforming or another deformation technique in a previously planar metal layer 4.
  • a bulge may be provided, which is formed during the production of the first metal layer 4.
  • a bulge can also be generated in that the first metal layer 4 is immediately brought into a corresponding shape.
  • the first metal layer 4 can be applied, for example, to a corresponding shape or directly on the insulator 8, for example by vapor deposition or casting.
  • a recess 9 is provided in the insulator 8 and a recess 10 is provided in the first metal layer 4.
  • the recess 9 in the insulator 8 may either be previously provided or may be generated together with the deformation of the first metal layer 4.
  • the use of a stamped lamination technology is particularly suitable for this purpose.
  • an electronic component (not shown) can be arranged, which is connected to the bottom side via a connecting means conductive with the second metal layer 6 and laterally with the first metal layer 4.
  • Suitable connecting means are solders, conductive adhesives and conductive sinter pastes.
  • the connection means can also be produced by welding the two metal layers 4, 6.
  • the electronic component 8 may be a chip, an LED, an integrated circuit, in particular power circuits such as transistor circuits or a sensor.
  • the surface of the second metal layer 6 is shiny and flat in the region of the recess 10 and may comprise a coating or a profiling. By welding or soldering of the two metal layers 4, 6, this surface changes significantly in the recess 10. A previously glossy, even surface thus becomes a matt, curved surface. The gloss of the surface is reduced by oxidation of the surface during welding or soldering and the surface is thus converted into a matte surface.
  • the through-connection produced in this way can also comprise an electronic component.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a laminate 11 according to the invention after through-plating.
  • a first metal layer 14 and a second metal layer 16 are separated from each other by an insulating layer 18.
  • the insulating layer 18 may for example be constructed of a dielectric, such as plastic, PET, glass or of a glass fiber-epoxy composite.
  • a recess 19 is arranged in the insulating layer 18. Within the recess 19, the two metal layers 14, 16 are interconnected. The connection can be generated for example by laser welding.
  • an electronic component 22 is arranged, which is electrically conductively and thermally conductively connected via a via 24 with the first and second metal layer 14, 16.
  • the two metal layers 14, 16 are welded directly to each other in the region of the recess 19 as a via 24.
  • a laser beam welding process is suitable.
  • other joining techniques can be used to make a conductive connection, such as soldering, gluing with a conductive adhesive, or sintered with a conductive sintering paste (for example, a silver-sintered paste).
  • the shiny, flat second metal layer 6 in the recess 10 of Figure 1 is by the structure of the via 24 to a matte, curved surface. If the second metal layer 6 has a profiling, a texture or a texture, this is lost by the soldering or welding. This can be determined by analyzing the area in the recess 9, 19 with a suitable measuring method. This can be done, for example, by an optical method by the scattering, absorption and / or reflection of light. X-ray fluorescence can also be used as an alternative method, for example, if the metal layers 4, 6, 14, 16 have different compositions or if the solder has a different composition than the second metal layer 6, 16.
  • the second metal layer 6, 16 may also be painted or have a tarnish color in order to be able to measure the difference between the laminate 1 without through-connection or with incomplete through-contacting and the laminate 11 with through-connection 24 on the basis of the color. Based on the height difference, the difference can also be determined by scanning the surface, ie a profile measurement or thickness measurement.
  • laminates 1, 11 optionally with integrated electronic component 22 can be readily on laminates 1, 11 with a plurality of recesses 10 and recesses 9, 19 expand by the structures shown arbitrarily side by side or in a row (based on the image plane of Figures 1 or 2) are arranged.
  • identical or different electronic components 22 or different contacts of the electronic components 22 can be arranged.
  • the metal layers 4, 6, 14, 16 can be contacted with each other or separated from each other in different ways.
  • the electronic components 22 can be connected in series or in parallel.
  • the thicknesses of the metal layers 4, 6, 14, 16 may vary depending on the heat capacity and heat transfer requirement - typically 0.04 mm to 2 mm. When Material is typically used a copper alloy.
  • the insulator 8, 18 is made of plastic, serves for electrical insulation and is 0.01 mm to 0.5 mm thick.
  • the embossing of the first metal layer 4, 14 serves to bridge the insulator layer 8, 18.
  • the diameter of the embossment is typically 0.2 mm to 2 mm, but it is usually the application to perform the embossing as small as possible.
  • the embossing can also be made larger and / or quadrangular, for example, to put electrical components 22, such as chips, in this impression. Typical sizes for this are edge lengths of 0.2 mm to 2 mm.
  • a recess 10 is introduced, which is produced for example with a laser beam or by a punching process.
  • the diameter of the recess 10 is typically 0.05 mm to 1 mm, but at least two thirds of the material thickness to be punched.
  • the recesses 10 are preferably arranged at the edge to arrange an electrical component 22 in the middle.
  • a connection to the lower second metal layer 6, 16 is produced, for example by means of a laser, the material is melted at the bottom 6, 16 and on the flanks of the recess 10.
  • a conductive medium can be filled in as a via 24, for example a solder or by dispensing with conductive adhesive.
  • the lower, second metal layer 6, 16 can be made thicker.
  • An active cooling of the second metal layer 6, 16, for example, by Peller elements, air cooling or liquid cooling is conceivable.
  • the laminates 1, 11 may be flexible and movable with a suitable choice of the metal layers 4, 6, 14, 16 and the insulating layers 8, 18. Also, based on the lamination, good corrosion resistance, solder bath stability and mechanical stability can be achieved. By additionally applied layer, the laminates 1, 11 can also be optically finished.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Laminats zur Kontaktierung wenigstens eines elektronischen Bauteils bei dem zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht eine isolierende Schicht angeordnet wird, die Metallschichten in zumindest einem Kontaktbereich miteinander kontaktiert werden, in der isolierenden Schicht zumindest eine Aussparung erzeugt wird, die Metallschichten mit der isolierenden Schicht laminiert werden, wobei in der ersten Metallschicht zumindest eine Ausnehmung im Bereich der Aussparung erzeugt wird, die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht im Bereich der Aussparung leitend miteinander verbunden werden und die Verbindung der beiden Metallschichten überprüft wird. Die Erfindung betrifft auch ein Laminat zur Kontaktierung eines elektronischen Bauteils, hergestellt mit einem solchen Verfahren, umfassend eine erste Metallschicht und eine zur ersten Metallschicht im Wesentlichen parallel angeordnete zweite Metallschicht, die von der ersten Metallschicht durch eine isolierende Schicht bereichsweise getrennt ist, wobei zumindest eine Aussparung in der isolierenden Schicht angeordnet ist und die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht in der Aussparung derart miteinander verbunden sind, dass die zweite Metallschicht bedeckt ist, insbesondere vollständig bedeckt ist, so dass die Metallschichten thermisch und/oder elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Schließlich betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines solchen Laminats als Platine oder flexibles Trägersubstrat für elektrische Schaltungen mit Chips, Sensoren, LEDs, Leistungsbauteile, Handybauteile, Steuerungen oder Regler.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Laminats mit leitender Kontaktierung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Laminats zur Kontaktierung wenigstens eines elektronischen Bauteils bei dem zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht eine isolierende Schicht angeordnet wird, die Metallschichten in zumindest einem Kontaktbereich miteinander kontaktiert werden, in der isolierenden Schicht zumindest eine Aussparung erzeugt wird, die Metallschichten mit der isolierenden Schicht laminiert werden. Die Erfindung betrifft auch ein Laminat zur Kontaktierung eines elektronischen Bauteils. Schließlich betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines solchen Laminats.
Kontaktierungen von integrierten Schaltungen (ICs, Chips) erfolgen meist über eine mit Metall beschichtete Kunststoffplatine. Zur Herstellung von komplexen elektronischen Schaltungssystemen müssen in der Regel Durchkontaktierungen in dem verwendeten Schaltungssubstrat realisiert werden. Als Schaltungssubstrate kommen beispielsweise Leiterplatten oder gestanzt-laminierte Substrate zur Anwendung.
Die Durchkontaktierung von der Oberseite zur Unterseite einer solchen Platine wird häufig durch Aussparungen in der Platine erzielt. Diese Aussparungen können auch leitende Kontaktstücke von auf der Platine aufgebrachten elektronischen Bauteilen aufnehmen, die durch die Aussparungen hindurch reichen und dadurch eine leitende Verbindung der beiden Seiten bereitstellen. Alternativ hierzu können die Aussparungen an deren Oberfläche auch eine durchgehende metallische Schicht als Durchkontaktierung umfassen.
Eine Verbindung (eine Durchkontaktierung) zweier Metallschichten kann zur Überbrückung einer trennenden Schicht (eines Isolators) hergestellt werden. Solche Durchkon- taktierungen können zum Beispiel innerhalb eines Trägersubstrats aus mehreren Schichten (Paket) eingesetzt werden, welches eine elektrische Schaltung darstellt und definierte Anschlussflächen an der Unterseite zur Kontaktierung und Aufnahme elektrischer Bauteile umfasst, die wärmekritische Einbau- und Betriebsbedingungen erfordern, wie zum Beispiel integrierte Schaltungen. Hierbei kann die Durchkontaktierung direkt unter dem elektronischen Bauteil liegen oder direkt daneben, wenn eine verbesserte Wärmeableitung vom elektrischen Bauteil zur unteren Schicht hergestellt werden soll, oder an einer beliebigen Stelle, wenn es nur um die elektrische Kontaktierung des elektrischen Bauteils geht.
Aus der DE 198 52 832 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kunststoff- Laminats bekannt, bei dem eine Metallfolie durch Prägen oder Tiefziehen zu einer Mulde geformt wird und dann eine Kunststofffolie auf die geformte Metallfolie laminiert wird. Das Metallkontaktflächenprofil bleibt dabei erhalten. Ferner wird beschrieben, dass zunächst eine Metallfolie an einer Kunststofffolie angeheftet wird und die Metallfolie erst anschließend durch Prägen oder Tiefziehen zu einer Mulde geformt wird. In beiden Fällen entsteht ein Laminat aus einer Metallfolie und einer Kunststofffolie, bei dem die Kunststofffolie eine Aussparung im Bereich der Mulde aufweist. Die Durchkontaktierung wird dabei durch Ausbeulung der Metallfolie im Bereich der Aussparung der Kunststoff- folie ermöglicht. Die eigentliche Durchkontaktierung kann mit einer weiteren leitenden Schicht auf der Kunststofffolie erzeugt werden, die leitend mit der Metallfolie im Bereich der Mulde verbunden wird.
Nachteilig ist dabei, dass die Qualität der Durchkontaktierung nicht sicher ist und es keine Garantie dafür gibt, dass überhaupt eine elektrisch und/oder thermisch leitfähige Verbindung entstanden ist. Ferner ist Nachteilig, dass das Aufbringen der leitenden Schicht in einem zweiten Arbeitsschritt erfolgen muss. Eine Durchkontaktierung zweier Metallfolien, zwischen denen eine Kunststofffolie angeordnet ist, wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Laminats zur Kontaktierung eines elektronischen Bauelements nach der DE 102 05 521 A1 erreicht. Dabei werden zwei Metallschichten nacheinander oder gleichzeitig mit einer isolierenden Schicht laminiert. Eine erste Metallschicht umfasst eine Prägung oder Ausbeulung, wobei beim Laminieren einer zweiten ebenen Metallschicht mit der isolierenden Schicht eine elektrische Kontaktierung der beiden Metallschichten erfolgen soll.
Nachteilig ist auch hieran, dass nicht sichergestellt werden kann, ob eine elektrisch und/oder thermisch leitfähige Verbindung hergestellt wurde. Die beispielsweise in der Leiterplattentechnik verwendeten Vias besitzen aufgrund der geringen Dicken der Metallschichten und der viel größeren Isolatorschicht nicht die Eigenschaften, wie sie ein mehrlagiges Trägersubstrat aus laminierten Metall- und Isolatorschichten mit Durchkon- taktierungen vorweisen kann, insbesondere hinsichtlich der Wärmeleitung. Eine Prozessüberwachung zum Beispiel beim Laserschweißen ist nicht möglich, wenn die untere Metallschicht keine Beschädigung aufweisen darf. Ohne eine zerstörende Prüfung ist es nicht möglich, die Verbindung beider Metallschichten oder deren Qualität zu prüfen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine zerstörungsfreie Prüfung der Verbindung ermöglicht werden. Ferner soll eine hohe Qualität der Durchkontaktierung hinsichtlich der Wärmeleitung und/oder der elektrischen Leitung sichergestellt werden. Ein effizienter und kostengünstiger Herstellungsprozess soll gewährleistet werden, um preiswerte Laminate mit überprüften und leicht überprüfbaren Durchkontaktierungen anbieten zu können.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in der ersten Metallschicht zumindest eine Ausnehmung im Bereich der Aussparung erzeugt wird, die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht im Bereich der Aussparung leitend miteinander verbunden werden und die Verbindung der beiden Metallschichten überprüft wird.
Durch die Ausnehmung wird die Kontaktzone zugänglich, wobei diese sich durch die Verbindung der Metallschichten verändert. Zur Überprüfung der Verbindung kann der Unterschied zwischen der Ausnehmung vor und nach dem Verbinden gemessen werden. Wenn der Zustand der Ausnehmung vor der Verbindung bekannt ist, das heißt zum Beispiel in einem Speicher hinterlegt ist, kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung beziehungsweise die Verbindung darin nur nach dem Aufbau der Verbindung beziehungsweise nach dem Aufbau der Durchkontaktierung gemessen wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Aussparung und eine Ausnehmung zumindest bereichsweise überlappend angeordnet werden.
Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die Metallschichten stoffschlüssig miteinander fixiert werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Abstand der beiden Metallschichten zueinander derart reduziert wird, dass sich die beiden Metallschichten berühren.
Ein Versintern der Metallschichten kann erfindungsgemäß mit einer Silber-Sinter-Paste erfolgen.
Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zumindest eine Aussparung in zumindest einem Kontaktbereich erzeugt wird.
Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass das Laminat mit dem elektronischen Bauteil mit einer Kunststoffschicht zumindest auf der Seite mit dem elektronischen Bauteil laminiert wird.
Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass im Bereich der Aussparung o- der Ausnehmung, insbesondere oberhalb der ersten Metallschicht eine Linse angebracht wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der ersten Metallschicht wenigstens eine Prägung und/oder wenigstens eine Ausbeulung im Kontaktbereich erzeugt wird, wobei in den Bereichen der wenigstens einen Prägung und/oder Ausbeulung der Abstand der beiden Metallschichten zueinander reduziert wird, vorzugsweise bis auf null reduziert wird, wobei in der ersten Metallschicht im Bereich einer Prägung und/oder Ausbeulung zumindest eine Ausnehmung angeordnet wird.
Unter einer Ausbeulung ist zu verstehen, dass eine Metallschicht derart hergestellt wird, dass die Form der Ausbeulung gegeben ist, ohne dass die Metallschicht zur Ausbildung der Ausbeulung deformiert oder geformt werden müsste. Unter einer Prägung ist vorliegend zu verstehen, dass die Form der Prägung durch eine Deformation oder Verformung einer Metallschicht entsteht. Dabei kann die Metallschicht zuvor eben sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Abmessungen zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung zur Aufnahme wenigstens eines elektronischen Bauteils ausreicht oder ausreichen, wobei in der ersten Metallschicht im Bereich einer Prägung und/oder Ausbeulung zumindest eine Ausnehmung angeordnet wird.
Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass das zumindest ein elektronisches Bauteil vollumfänglich in die wenigstens eine Prägung und/oder Ausbeulung aufgenommen wird und bezogen auf die Höhe (H) des elektronischen Bauteils zumindest teilweise in die Prägung oder die Ausbeulung aufgenommen wird.
Besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Verfahren sehen vor, dass zumindest ein elektronisches Bauteil elektrisch und/oder thermisch leitend mit der zweiten Metallschicht verbunden wird.
Auch kann vorgesehen sein, dass die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht elektrisch und/oder thermisch leitend miteinander verbunden werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Verbindung erzeugt wird, die die zweite Metallschicht in der Ausnehmung vollständig überdeckt, und bei der Überprüfung der Verbindung der beiden Metallschichten überprüft wird ob die zweite Metallschicht vollständig überdeckt wird.
Durch die vollständige Überdeckung ist es besonders einfach festzustellen, ob die Verbindung wunschgemäß aufgebaut wurde, da es viel einfacher ist festzustellen, ob die Oberfläche der zweiten Metallschicht vollständig überdeckt ist, als auszuwerten, um wie viel sich die messbare Oberfläche der zweiten Metallschicht verringert hat.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Verbindung der beiden Metallschichten mit einem optischen Verfahren, mit einem Tastverfahren, mit Röntgenfluoreszenz und/oder mit einem Elektronenstrahl überprüft wird.
Als optisches Verfahren kann beispielsweise eine Messung der Emissivität oder der Reflektionseigenschaften verwendet werden. Ebenso kann einfach ausgewertet werden, in welche Richtung Licht einer gerichteten Lichtquelle, wie etwa eines Lasers, im Bereich der Ausnehmung reflektiert wird. Während die zweite Metallschicht im unbe- deckten Zustand eben ist, wird nach dem Löten, Schweißen oder Sintern die Oberfläche in diesem Bereich gewölbt und/oder rau sein. Die Reflektion des Lichts ändert sich also, woraus eine Durchkontaktierung bestimmt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann mit Ultraschall zerstörungsfrei bestimmt werden, wie gut sich die beiden Metallschichten miteinander verbunden haben.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Ausnehmung, zumindest eine Prägung und/oder zumindest eine Ausbeulung mit einem Querschnitt zwischen 0,02 mm und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 1 mm erzeugt wird oder werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei dem Verfahren eine Stanz-Laminierung verwendet wird, um die Metallschichten mit der isolierenden Schicht zu verbinden und gleichzeitig zumindest eine Prägung, zumindest eine Aussparung, zumindest eine Ausbeulung und/oder zumindest eine Ausnehmung zu erzeugen.
Auch kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zumindest eine Ausnehmung, zumindest eine Prägung und/oder zumindest eine Ausbeulung durch Prägen oder Biegen der ersten Metallschicht erzeugt wird oder werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Prägung und/oder Ausbeulung umfassend zumindest eine Ausnehmung in der ersten Metallschicht in zumindest einer vorhandenen Aussparung in der isolierenden Schicht positioniert wird.
Zur Verbindung der Metallschichten kann vorgesehen sein, dass die Metallschichten durch Schweißen, Löten, Kleben mit einem leitfähigen Klebstoff oder Vereintem in zumindest einem Kontaktbereich miteinander verbunden werden, bevorzugt durch Laserschweißen miteinander verbunden werden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest ein elektronisches Bauteil mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungsmittel mit der ersten und der zweiten Metallschicht verbunden wird, vorzugsweise durch Kleben, besonders bevorzugt mit einem leitfähigen Kleber, Schweißen, Löten oder Sintern, besonders bevorzugt mit einer Silber-Sinterpaste. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bevor die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht im Bereich der Aussparung leitend miteinander verbunden werden, überprüft wird, ob die zweite Metallschicht in der Ausnehmung in der ersten Metallschicht offen liegt, insbesondere mit einem optischen Verfahren, mit einem Tastverfahren, mit Röntgenfluoreszenz und/oder mit einem Elektronenstrahl.
Besonders einfach kann ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt werden, wenn die Erzeugung zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung in der ersten Metallschicht in einem Schritt mit einer Kontaktierung des elektronischen Bauteils mit der ersten Metallschicht erfolgt.
Auch kann vorgesehen sein, dass als das zumindest eine elektronische Bauteil zumindest ein Chip, zumindest eine LED und/oder zumindest ein Sensor verwendet wird oder werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn vorgesehen ist, dass zumindest ein elektronisches Bauteil großflächig mit der zweiten Metallschicht verbunden wird, und dadurch vorzugsweise thermisch gut an die zweite Metallschicht angekoppelt wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass als isolierende Schicht eine Kunststoffschicht, insbesondere eine Kunststofffolie verwendet wird, vorzugsweise umfassend glasfaserverstärkten Kunststoff auf Epoxidbasis, PET oder Pl-Folie.
Ferner kann vorgesehen sein, dass als zweite Metallschicht eine dickere als die erste Metallschicht verwendet wird, wobei die zweite Metallschicht vorzugsweise groß im Vergleich zum elektronischen Bauteil gewählt wird.
Auch kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Metallschichten aus Kupfer, Aluminium und/oder einer Kupferlegierung, bevorzugt aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gefertigt wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Überprüfung der Verbindung der Zustand der Ausnehmung nach der Verbindung der Metallschichten gemessen wird und mit einem Sollzustand, einer Messung vor der Verbindung der Metallschichten und/oder einem in einem Speicher hinterlegten Wert verglichen wird. Durch diese Maßnahmen wird eine Automatisierung des Prüfprozesses bei der Herstellung der Laminate ermöglicht.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass zur Überprüfung der Verbindung eine Oberflächeneigenschaft der zweiten Metallschicht innerhalb der Ausnehmung gemessen wird, insbesondere eine Veränderung einer Profilierung, einer Textur und/oder die Auflösung oder Veränderung einer Beschichtung der zweiten Metallschicht.
Es kann also vorgesehen sein, dass auf der Oberfläche der zweiten Metallschicht, die der ersten Metallschicht zugewandt ist, eine Profilierung, eine Beschichtung und/oder eine Textur vorgesehen ist. Insbesondere im Bereich der Ausnehmung ist eine solche Oberflächenbeschaffenheit vorteilhaft. Durch die Veränderung der Profilierung, der Textur und/oder der Beschichtung kann dann geprüft werden, ob die Durchkontaktierung erfolgreich war.
Eine besonders kosteneffiziente Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich, wenn vorgesehen ist, dass während der Herstellung der Durchkontaktierung in der Ausnehmung gemessen wird, ob sich die Oberfläche der zweiten Metallschicht in der Ausnehmung hinreichend verändert. Wenn eine hinreichende Veränderung der Oberfläche gemessen wurde, kann die Herstellung der Durchkontaktierung abgeschlossen werden und mit der Herstellung der nächsten Durchkontaktierung begonnen werden. Hierdurch lässt sich eine besonders zeiteffiziente Massenproduktion von Laminaten mit Durchkontaktierun- gen erreichen.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Laminat zur Kontaktierung eines elektronischen Bauteils, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine erste Metallschicht und eine zur ersten Metallschicht im Wesentlichen parallel angeordnete zweite Metallschicht, die von der ersten Metallschicht durch eine isolierende Schicht bereichsweise getrennt ist, wobei zumindest eine Aussparung in der isolierenden Schicht angeordnet ist und die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht in der Aussparung derart miteinander verbunden sind, dass die zweite Metallschicht bedeckt ist, insbesondere vollständig bedeckt ist, so dass die Me- tallschichten thermisch und/oder elektrisch leitend über eine Durchkontaktierung miteinander verbunden sind.
Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Aussparung und eine Ausnehmung zumindest bereichsweise überlappend angeordnet sind.
Auch kann vorgesehen sein, dass die erste Metallschicht wenigstens eine Prägung und/oder wenigstens eine Ausbeulung umfasst, wobei die Metallschichten im Bereich der wenigstens einen Prägung und/oder der wenigstens einen Ausbeulung thermisch und/oder elektrisch leitend über die Durchkontaktierung verbunden sind.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Metallschicht 0,1 mm bis 2 mm dick ist, vorzugsweise 0, 1 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt 0,3 mm.
Auch kann vorgesehen sein, dass die erste Metallschicht und/oder die isolierende Schicht 10 [im bis 300 [im dick ist, vorzugsweise 50 [im bis 200 [im, besonders bevorzugt 100 μιη.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Ausnehmung in zumindest einer Prägung und/oder Ausbeulung angeordnet ist.
Es kann erfindungsgemäß vorteilhaft sein, wenn vorgesehen ist, dass ein elektronisches Bauteil im Bereich einer Ausnehmung mit den Metallschichten kontaktiert ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest eine Ausnehmung, zumindest eine Prägung und/oder zumindest eine Ausbeulung einen Querschnitt zwischen 0,02 mm und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 1 mm hat oder haben.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Dicke der Metallschichten zwischen 0,02 mm und 3 mm liegt, bevorzugt zwischen 0,04 mm und 2 mm, wobei vorzugsweise die zweite Metallschicht dicker als die erste Metallschicht ist.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass die Metallschichten durch Schweißen, Löten, Kleben mit einem leitfähigen Klebstoff oder Versintern in zumindest einem Kontaktbereich miteinander verbunden sind. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass zumindest ein elektronisches Bauteil mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungsmittel mit der zweiten Metallschicht verbunden ist, vorzugsweise durch Löten, Sintern, besonders bevorzugt mit einer Silber- Sinterpaste, oder Kleben, besonders bevorzugt mit einem leitfähigen Kleber.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein elektronisches Bauteil ein Chip, eine LED und/oder ein Sensor ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass zumindest ein elektronisches Bauteil großflächig mit der zweiten Metallschicht verbunden ist und dadurch vorzugsweise thermisch an zumindest eine Metallschicht, insbesondere die zweite Metallschicht angekoppelt ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass die isolierende Schicht eine Kunststoffschicht, insbesondere eine Kunststofffolie ist, vorzugsweise umfassend glasfaserverstärkten Kunststoff auf Epoxidbasis, PET oder Pl-Folie.
Es ist besonders bevorzugt, wenn vorgesehen ist, dass die zweite Metallschicht dicker als die erste Metallschicht ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Metallschichten Kupfer, Aluminium und/oder einer Kupferlegierung umfassen, besonders bevorzugt umfassend eine Kupfer-Zinn- Legierung, oder aus Kupfer, Aluminium und/oder einer Kupferlegierung, besonders bevorzugt einer Kupfer-Zinn-Legierung bestehen.
Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung auch gelöst durch die Verwendung eines solchen Laminats als Platine oder flexibles Trägersubstrat für elektrische Schaltungen mit Chips, Sensoren, LEDs, Leistungsbauteile, Handybauteile, Steuerungen oder Regler.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass es durch die Zugänglichkeit der Ausnehmung und der darin angeordneten Oberfläche der zweiten Metallschicht möglich ist, zu überprüfen, ob diese beim Aufbau einer Durchkontaktierung überdeckt und/oder verändert wurde. Daraus lässt sich mit einfachsten auch automatisierten Verfahren feststellen, ob die Durchkontaktierung erfolgreich war. Dabei können einfache, zerstörungsfreie Messmethoden angewendet werden. Insbesondere optische Verfahren eignen sich dazu, äußerst schnell und effizient zu bestimmen, ob eine Durch- kontaktierung erfolgreich war oder nicht.
Wenn festgestellt wurde, dass die Durchkontaktierung nicht erfolgreich war, kann das Laminat verworfen werden oder es wird noch einmal versucht eine Durchkontaktierung an der gleichen Stelle herzustellen. Die Erfindung liefert also eine prozesssichere Durchkontaktierung eines Laminats für ein elektronisches Bauteil. Die Aussparung und die Ausnehmung kann gestanzt oder mit einem Laser erzeugt werden. Die Abprägung kann dabei rund oder eckig sein.
Durch die direkte Verbindung eines elektronischen Bauteils mit der zweiten Metallschicht kann das elektronische Bauteil seine Wärme direkt an die zweite Metallschicht abgeben kann. Von dort aus kann die Wärme aus dem Laminat abgeführt werden. Besonders Vorteilhaft ist es dabei, wenn das elektronische Bauteil, insbesondere mit einer großen Außenfläche, großflächig mit einer dünnen Schicht aus einem gut wärmeleitenden Verbindungsmittel mit der zweiten Metallschicht verbunden ist. Bei dem Verbindungsmittel kann es sich auch um ein aus den beiden Metallschichten zusammengeschweißtes Material handeln.
Die Ausnehmung ist erfindungsgemäß besonders einfach zu erzeugen, wenn eine Stanz-Laminier-Technologie zur Herstellung verwendet wird. Ein Kontaktelement des elektronischen Bauteils oder das Bauteil selbst kann direkt in die Ausnehmung eingesetzt werden und dort mit der darunter liegenden zweiten Metallschicht verbunden werden, über die eine Wärmeabfuhr im Gegensatz zur ersten Metallschicht direkt erfolgen kann. Die Wärme und/oder der Strom kann vom zumindest einen elektronischen Bauteil entweder direkt in die zweite Metallschicht übertragen werden oder über ein Verbindungsmittel, das sowohl Strom leitet, als auch ein guter Wärmeleiter ist, wie zum Beispiel Kupfer oder Kupferlegierungen. Der Wärmefluss beziehungsweise der elektrische Strom muss also nur eine Grenzschicht oder zwei Grenzschichten überwinden. Jede Grenzschicht streut Phononen und wirkt so als Wärmewiderstand aber auch als elektrischer Widerstand. Die Reduzierung der Anzahl der Grenzschichten und damit der Wärmeschranken und elektrische Widerstände bewirken also eine bessere Ankopplung elektronischer Bauteile und damit eine stärkere Kühlung der elektronischen Bauteile. Die besser gekühlten elektronischen Bauteile halten länger und können effizienter ar- beiten. Die am elektronischen Bauteil erzeugte Wärme und der Strom können also direkt über die Durchkontaktierung abgeführt werden. So ermöglicht ein erfindungsgemäß hergestelltes Laminat beziehungsweise ein erfindungsgemäßes Laminat den Einsatz von elektronischen Bauteilen mit hoher Leistung. Insbesondere kann das Verbindungmittel (Lot, leitfähiger Kleber, Sinter-Paste oder auch das Verschweißen) dazu genutzt werden, eine wärmeleitfähige und elektrisch leitfähige Verbindung der beiden Metallschichten zu erzeugen oder das Bauteil direkt mit der zweiten Metallschicht zu verbinden.
Die beim Einbau des elektronischen Bauteils benötigten physikalischen Rahmenbedingungen können dabei auch zur Prägung der ersten Metallschicht und/oder zur Bildung der Durchkontaktierung der beiden Metallschichten geeignet sein. Dadurch ist es möglich, den Einbau des elektronischen Bauteils und die Herstellung der Durchkontaktierung in einem Fertigungsschritt auszuführen. Zudem kann so sichergestellt werden, dass die Positionierung des elektronischen Bauteils an der gewünschten Stelle erfolgt. Die beim Einsetzen beziehungsweise Eindrücken des elektronischen Bauteils notwendige Kraft wird so gleichzeitig dafür genutzt, die Prägung und/oder das Tiefziehen der ersten metallischen Schicht zu erzeugen.
Zudem kann ein Verbindungsmittel, das zum Kontaktieren und Verbinden des elektronischen Bauteils mit den Metallschichten verwendet wird, auch dazu verwendet werden, den gesamten Aufbau zu unterstützen.
Durch die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte, das erfindungsgemäße Laminat und die erfindungsgemäße Verwendung eines solchen Laminats wird eine verbesserte Wärmeleitung aus den Bauteilen sowie eine Vergrößerung der Wärmekapazität erreicht. Gleichzeitig können die vom Anwender gewünschten Anschlussflächen auf der Unterseite der Baugruppen beibehalten werden, ohne dass diese durch zusätzliche Durchbrechungen oder Löcher zum Beispiel infolge von Durchschweißungen beein- flusst beziehungsweise beeinträchtigt werden. In der oberen ersten Metallschicht, die oftmals dünner ist, lassen sich komplexe Strukturen für die elektrische Schaltung und Durchkontaktierung einfacher herstellen. Zum Beispiel sind kleinere Schlitz- und Stegbreiten möglich. Neben der verbesserten Wärmeableitung der elektronischen Bauteile, werden durch erfindungsgemäß hergestellte Laminate also auch die Aufbautechnik und die Verbindungtechnik für das elektronische Bauteil vereinfacht.
Zudem wird durch die vorliegende Erfindung auch eine Verbesserung der Prozesssicherheit erreicht. Eine optische Kontrolle der Durchkontaktierung wird durch die eingebrachte Ausnehmung ermöglicht. Anhand des Zustande der Ausnehmung kann direkt eine Verbindung zwischen der oberen ersten Metallschicht und der unteren zweiten Metallschicht erkannt werden. Eine Durchkontaktierung welche mit Hilfe eines Schweißprozesses (zum Beispiel durch Laser) realisiert wurde, ist besonders hinsichtlich nachgelagerter Prozesse beziehungsweise Prozessschritte geeignet (zum Beispiel für eine Temperaturstabilität). Das Laserschweißen stellt eine besonders präzise, schnell durchführbare und daher bevorzugte Methode der Durchkontaktierung dar.
Die Durchkontaktierung kann sehr klein realisiert werden. Dadurch können diese bei einer vieleckigen (zum Beispiel viereckigen) Abprägung der ersten Metallschicht in der Aussparung am Rand angeordnet sein, um in die Mitte der Abprägung ein elektrisches Bauteil zu setzen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von zwei schematisch dargestellten Figuren erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt:
Figur 1 : eine schematische Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Laminats vor
Durchkontaktierung; und
Figur 2: eine schematische Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Laminats nach Durchkontaktierung.
Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Laminats 1 vor Durchkontaktierung, beziehungsweise eine schematische Querschnittansicht eines durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erzeugten Laminats 1. Das Laminat 1 um- fasst eine erste Metallschicht 4, eine zweite Metallschicht 6 und einen Isolator 8 als isolierende Schicht zwischen den beiden Metallschichten 4, 6. Die Metallschichten 4, 6 werden durch Laminierungstechnologie auf den Isolator 8 aufgebracht. In der ersten Metallschicht 4 ist eine Prägung vorgesehen, die durch Prägen, Tiefziehen oder eine andere Verformungstechnik in einer zuvor ebenen Metallschicht 4 erzeugt wird. Alternativ kann auch eine Ausbeulung vorgesehen sein, die beim Herstellen der ersten Metallschicht 4 entsteht. Alternativ kann also eine Ausbeulung auch dadurch erzeugt werden, dass die erste Metallschicht 4 gleich in eine entsprechende Form gebracht wird. Die erste Metallschicht 4 kann dazu beispielsweise auf eine entsprechende Form oder direkt auf dem Isolator 8 aufgetragen werden, beispielsweise durch aufdampfen oder gießen.
Im Bereich der Prägung oder Ausbeulung ist in dem Isolator 8 eine Aussparung 9 und in der ersten Metallschicht 4 eine Ausnehmung 10 vorgesehen. Die Aussparung 9 im Isolator 8 kann entweder zuvor vorgesehen sein oder zusammen mit der Verformung der ersten Metallschicht 4 erzeugt werden. Vorzugsweise wird die Herstellung des Laminats 1 , insbesondere die Verbindung der Metallschichten 4, 6 mit dem Isolator 8, zusammen mit der Ausbildung der Prägung oder Ausbeulung und auch mit der Ausbildung der Ausnehmung 10 in der ersten Metallschicht 4 in einem Schritt ausgeführt. Hierzu eignet sich erfindungsgemäß besonders die Anwendung einer Stanz-Laminier-Technologie.
In die Prägung oder Ausbeulung kann ein elektronisches Bauteil (nicht gezeigt) angeordnet werden, das bodenseitig über ein Verbindungsmittel leitfähig mit der zweiten Metallschicht 6 und seitlich mit der ersten Metallschicht 4 verbunden wird. Als Verbindungsmittel kommen Lote, leitfähige Kleber und leitfähige Sinterpasten in Frage. Das Verbindungmittel kann aber auch durch verschweißen der beiden Metallschichten 4, 6 entstehen. Das elektronische Bauteil 8 kann ein Chip, eine LED, eine integrierte Schaltung, insbesondere Leistungsschaltungen wie Transistorschaltungen oder ein Sensor sein.
Im Folgenden sei ein besonders einfaches Herstellungsverfahren für ein solches erfindungsgemäßes Laminat 1 nicht beschränkend erläutert.
Die beiden Metallschichten 4, 6 werden beispielsweise als Metallfolien beidseitig auf den Isolator 8, der beispielsweise eine PET-Schicht ist, aufgeklebt. Anschließend werden die Metallfolien mit Stanz-Laminier-Technologie mit der PET-Schicht laminiert. Dabei wird ein Teil der PET-Schicht zum Bilden der Aussparung 9 im Isolator 8 ausge- stanzt und zum Bilden der Ausnehmung 10 ein Teil der Metallfolie aus der ersten Metallschicht 4 ausgestanzt. Dabei wird die obere Metallfolie, die die erste Metallschicht 4 bilden wird, geprägt beziehungsweise verformt. Gleichzeitig kann auch das elektronische Bauteil eingesetzt werden.
Die Oberfläche der zweiten Metallschicht 6 ist im Bereich der Ausnehmung 10 glänzend und eben und kann eine Beschichtung oder eine Profilierung umfassen. Durch das Verschweißen oder Verlöten der beiden Metallschichten 4, 6 verändert sich diese Oberfläche in der Ausnehmung 10 deutlich. Eine vorher glänzende, ebene Oberfläche wird dadurch zu einer matten, gewölbten Oberfläche. Der Glanz der Oberfläche wird durch eine Oxidation der Oberfläche beim Verschweißen oder Verlöten verringert und die Oberfläche so in eine matte Oberfläche umgewandelt. Die so hergestellte Durchkontak- tierung kann auch ein elektronisches Bauelement umfassen.
Figur 2 zeigt schematisch die Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Laminats 11 nach erfolgtem Durchkontaktieren. Bei dem durchkontaktierten Laminat 11 sind eine erste Metallschicht 14 und eine zweite Metallschicht 16 durch eine isolierende Schicht 18 voneinander getrennt. Die isolierende Schicht 18 kann beispielsweise aus einem Dielektrikum, wie beispielsweise Kunststoff, PET, Glas oder aus einem Glasfaser- Epoxid-Verbundwerkstoff aufgebaut sein.
In der isolierenden Schicht 18 ist eine Aussparung 19 angeordnet. Innerhalb der Aussparung 19 sind die beiden Metallschichten 14, 16 miteinander verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise durch Laserschweißen erzeugt werden.
In der Aussparung 19 ist ein elektronisches Bauteil 22 angeordnet, das über eine Durchkontaktierung 24 mit der ersten und zweiten Metallschicht 14, 16 elektrisch leitend und wärmeleitend verbunden ist.
Die beiden Metallschichten 14, 16 sind im Bereich der Aussparung 19 als Durchkontaktierung 24 direkt miteinander verschweißt. Hierfür eignet sich beispielsweise ein Laserstrahlschweißverfahren. Es können aber auch andere Verbindungstechniken zur Herstellung einer leitenden Verbindung verwendet werden, wie zum Beispiel Löten, Kleben mit einem leitfähigen Kleber, oder versintern mit einer leitfähigen Sinterpaste (beispielsweise eine Silber-Sinterpaste).
Die glänzende, ebene zweite Metallschicht 6 in der Ausnehmung 10 nach Figur 1 wird durch den Aufbau der Durchkontaktierung 24 zu einer matten, gewölbten Oberfläche. Wenn die zweite Metallschicht 6 eine Profilierung, eine Struktur oder eine Textur aufgewiesen hat, geht diese durch das Löten oder Verschweißen verloren. Dies lässt sich feststellen, indem der Bereich in der Aussparung 9, 19 mit einem geeigneten Messverfahren analysiert wird. Dies kann beispielsweise mit einem optischen Verfahren durch die Streuung, Absorption und/oder Reflexion von Licht durchgeführt werden. Als alternative Verfahren kann auch beispielsweise Röntgenfluoreszenz eingesetzt werden, wenn die Metallschichten 4, 6, 14, 16 unterschiedliche Zusammensetzung haben oder das Lot eine andere Zusammensetzung als die zweite Metallschicht 6, 16 hat. Die zweite Metallschicht 6, 16 kann auch lackiert sein oder eine Anlauffarbe haben, um anhand der Farbe den Unterschied zwischen dem Laminat 1 ohne Durchkontaktierung oder mit nicht vollständiger Durchkontaktierung und dem Laminat 11 mit Durchkontaktierung 24 messen zu können. Anhand der Höhendifferenz kann der Unterschied auch durch ein Abtasten der Oberfläche, das heißt eine Profilmessung oder Dickenmessung bestimmt werden.
Die anhand der Figuren erläuterten Laminate 1 , 11 gegebenenfalls mit integriertem elektronischen Bauteil 22 lassen sich ohne weiteres auf Laminate 1 , 11 mit mehreren Ausnehmungen 10 und Aussparungen 9, 19 erweitern, indem die gezeigten Strukturen beliebig nebeneinander oder auch hintereinander (bezogen auf die Bildebene der Figuren 1 oder 2) angeordnet werden. In den verschiedenen Ausnehmungen 10 und Aussparungen 9, 19 können dann gleiche oder verschiedene elektronische Bauteile 22 oder verschiedene Kontakte der elektronischen Bauteile 22 angeordnet werden. Die Metallschichten 4, 6, 14, 16 können dabei auf unterschiedliche Weise miteinander kontaktiert oder voneinander getrennt sein. So lassen sich die elektronischen Bauteile 22 beispielsweise in Reihe oder Parallel schalten.
Die Dicken der Metallschichten 4, 6, 14, 16 können unterschiedlich sein, je nach Anforderung an Wärmekapazität und Wärmeleitung - typischerweise 0,04 mm bis 2 mm. Als Material wird typischerweise eine Kupferlegierung eingesetzt. Der Isolator 8, 18 besteht aus Kunststoff, dient zur elektrischen Isolation und ist 0,01 mm bis 0,5 mm dick.
Die Abprägung der ersten Metallschicht 4, 14 dient zur Überbrückung der Isolatorschicht 8, 18. Der Durchmesser der Abprägung beträgt typischerweise 0,2 mm bis 2 mm, es dient jedoch meist der Anwendung, die Prägung so klein wie möglich auszuführen. Die Abprägung kann auch größer und/oder viereckig ausgeführt werden, um zum Beispiel elektrische Bauteile 22, wie zum Beispiel Chips, in diese Abprägung hinein zu setzen. Typische Größen hierfür sind Kantenlängen von 0,2 mm bis 2 mm.
Innerhalb der Abprägung wird eine Ausnehmung 10 eingebracht, die beispielsweise mit einem Laserstrahl oder durch einen Stanzprozess hergestellt wird. Der Durchmesser der Ausnehmung 10 beträgt typischerweise 0,05 mm bis 1 mm, jedoch mindestens zwei Drittel der zu lochenden Materialdicke. Bei größeren rechteckigen Abprägungen werden die Ausnehmungen 10 vorzugsweise am Rand angeordnet, um in der Mitte ein elektrisches Bauteil 22 anzuordnen. Durch diese Ausnehmung 10 wird eine Verbindung zur unteren zweiten Metallschicht 6, 16 hergestellt, indem zum Beispiel mit Hilfe eines Lasers das Material am Boden 6, 16 und an den Flanken der Ausnehmung 10 aufgeschmolzen wird. Alternativ dazu kann ein leitendes Medium als Durchkontaktierung 24 eingefüllt werden, beispielsweise ein Lot oder durch Dispensen mit Leitkleber.
Zur besseren Wärmeabfuhr, kann die untere, zweite Metallschicht 6, 16 dicker ausgeführt werden. Auch ist eine aktive Kühlung der zweiten Metallschicht 6, 16 beispielsweise durch Pelltierelemente, Luftkühlung oder Flüssigkeitskühlung vorstellbar. Die Laminate 1 , 11 können bei geeigneter Wahl der Metallschichten 4, 6, 14, 16 und der isolierenden Schichten 8, 18 flexibel und beweglich sein. Auch lässt sich, gestützt auf die Laminierung, eine gute Korrosionsbeständigkeit, Lotbadstabilität und mechanische Stabilität erreichen. Durch eine zusätzlich aufgebrachte Schicht lassen sich die Laminate 1 , 11 auch optisch veredeln.
Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Bezugszeichenliste
1 , 11 Laminat
4, 14 erste Metallschicht
6, 16 zweite Metallschicht
8, 18 Isolator
9, 19 Aussparung
10 Ausnehmung
22 elektronisches Bauteil
24 Durchkontaktierung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Laminats (1 , 11) zur Kontaktierung wenigstens eines elektronischen Bauteils (22) bei dem
zwischen einer ersten Metallschicht (4, 14) und einer zweiten Metallschicht (6, 16) eine isolierende Schicht (8, 18) angeordnet wird,
die Metallschichten (4, 6, 14, 16) in zumindest einem Kontaktbereich miteinander kontaktiert werden,
in der isolierenden Schicht (8, 18) zumindest eine Aussparung (9, 19) erzeugt wird, die Metallschichten (4, 6, 14, 16) mit der isolierenden Schicht (8, 18) laminiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass
in der ersten Metallschicht (4, 14) zumindest eine Ausnehmung (10) im Bereich der Aussparung (9, 19) erzeugt wird,
die erste Metallschicht (4, 14) und die zweite Metallschicht (6, 16) im Bereich der Aussparung (9, 19) leitend miteinander verbunden werden und
die Verbindung der beiden Metallschichten (4, 6, 14, 16) überprüft wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
in der ersten Metallschicht (4, 14) wenigstens eine Prägung und/oder wenigstens eine Ausbeulung im Kontaktbereich erzeugt wird, wobei in den Bereichen der wenigstens einen Prägung und/oder Ausbeulung der Abstand der beiden Metallschichten (4, 6, 14, 16) zueinander reduziert wird, vorzugsweise bis auf null reduziert wird, wobei in der ersten Metallschicht (4, 14) im Bereich einer Prägung und/oder Ausbeulung zumindest eine Ausnehmung (10) angeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein elektronisches Bauteil (22) elektrisch und/oder thermisch leitend mit der zweiten Metallschicht (6, 16) verbunden wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallschicht (4, 14) und die zweite Metallschicht (6, 16) elektrisch und/oder thermisch leitend miteinander verbunden werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ausnehmung (10), zumindest eine Prägung und/oder zumindest eine Ausbeulung mit einem Querschnitt zwischen 0,02 mm und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 1 mm erzeugt wird oder werden.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren eine Stanz-Laminierung verwendet wird, um die Metallschichten (4, 6, 14, 16) mit der isolierenden Schicht (8, 18) zu verbinden und gleichzeitig zumindest eine Prägung, zumindest eine Aussparung (9, 19), zumindest eine Ausbeulung und/oder zumindest eine Ausnehmung (10) zu erzeugen.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ausnehmung (10), zumindest eine Prägung und/oder zumindest eine Ausbeulung durch Prägen oder Biegen der ersten Metallschicht (4, 14) erzeugt wird oder werden.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten (4, 6, 14, 16) durch Schweißen, Löten, Kleben mit einem leitfähigen Klebstoff oder Versintern in zumindest einem Kontaktbereich miteinander verbunden werden, bevorzugt durch Laserschweißen miteinander verbunden werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein elektronisches Bauteil (22) mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungsmittel mit der ersten und der zweiten Metallschicht (6, 16) verbunden wird, vorzugsweise durch Kleben, besonders bevorzugt mit einem leitfähigen Kleber, Schweißen, Löten oder Sintern, besonders bevorzugt mit einer Silber-Sinterpaste. 0. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bevor die erste Metallschicht (4, 14) und die zweite Metallschicht (6, 16) im Bereich der Aussparung (9, 19) leitend miteinander verbunden werden, überprüft wird, ob die zweite Metallschicht (6, 16) in der Ausnehmung (10) in der ersten Metallschicht (4, 14) offen liegt, insbesondere mit einem optischen Verfahren, mit einem Tastverfahren, mit Rönt- genfluoreszenz und/oder mit einem Elektronenstrahl.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überprüfung der Verbindung der Zustand der Ausnehmung (10) nach der Verbindung der Metallschichten (4, 6, 14, 16) gemessen wird und mit einem Sollzustand, einer Messung vor der Verbindung der Metallschichten (4, 6, 14, 16) und/oder einem in einem Speicher hinterlegten Wert verglichen wird.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überprüfung der Verbindung eine Oberflächeneigenschaft der zweiten Metallschicht (6, 16) innerhalb der Ausnehmung (10) gemessen wird, insbesondere eine Veränderung einer Profilierung, einer Textur und/oder die Auflösung oder Veränderung einer Be- schichtung der zweiten Metallschicht (6, 16).
13. Laminat (1 , 11) zur Kontaktierung eines elektronischen Bauteils (22), hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine erste Metallschicht (4, 14) und eine zur ersten Metallschicht (4, 14) im Wesentlichen parallel angeordnete zweite Metallschicht (6, 16), die von der ersten Metallschicht (4, 14) durch eine isolierende Schicht (8, 18) bereichsweise getrennt ist, wobei zumindest eine Aussparung (9, 19) in der isolierenden Schicht (8, 18) angeordnet ist und die erste Metallschicht (4, 14) und die zweite Metallschicht (6, 16) in der Aussparung (9, 19) derart miteinander verbunden sind, dass die zweite Metallschicht (6, 16) bedeckt ist, insbesondere vollständig bedeckt ist, so dass die Metallschichten (4, 6, 14, 16) thermisch und/oder elektrisch leitend über eine Durchkontaktierung (24) miteinander verbunden sind.
14. Laminat (1 , 11) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Metallschicht (4, 14) wenigstens eine Prägung und/oder wenigstens eine Ausbeulung umfasst, wobei die Metallschichten (4, 6, 14, 16) im Bereich der wenigstens einen Prägung und/oder der wenigstens einen Ausbeulung thermisch und/oder elektrisch leitend über die Durchkontaktierung (24) verbunden sind.
15. Laminat (1 , 11) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ausnehmung (10) in zumindest einer Prägung und/oder Ausbeulung angeordnet ist. Laminat (1 , 11) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisches Bauteil (22) im Bereich einer Ausnehmung (10) mit den Metallschich ten (4, 6, 14, 16) kontaktiert ist.
Laminat (1 , 11) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ausnehmung (10), zumindest eine Prägung und/oder zumindest eine Ausbeulung einen Querschnitt zwischen 0,02 mm und 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 1 mm hat oder haben. 8. Laminat (1 , 11) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Metallschichten (4, 6, 14, 16) zwischen 0,02 mm und 3 mm liegt, bevorzugt zwischen 0,04 mm und 2 mm, wobei vorzugsweise die zweite Metallschicht (6, 16) dicker als die erste Metallschicht (4, 14) ist.
19. Laminat (1 , 11) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Schicht (8, 18) eine Kunststoffschicht, insbesondere eine Kunststofffolie ist, vorzugsweise umfassend glasfaserverstärkten Kunststoff auf Epoxidbasis, PET oder Pl-Folie.
20. Laminat (1 , 11) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Metallschichten (4, 6, 14, 16) aus Kupfer, Aluminium und/oder einer Kupferlegierung, besonders bevorzugt eine Kupfer-Zinn-Legierung besteht.
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