WO2015113088A1 - Verfahren zur herstellung einer leiterplatte - Google Patents

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Mario DAMEJ
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a printed circuit board having at least one cavity for receiving an electronic component, the Kavticianen tenrow a reflective, in particular reflective reflector layer and a printed circuit board produced by this method.
  • Printed circuit boards are used in the electronic industry for the highly integrated interconnection of electronic components in the smallest of spaces.
  • printed circuit boards must fulfill a number of other functions due to the high level of integration necessary to meet the requirements of miniaturization of electronic equipment.
  • the heat distribution in the circuit board or the dissipation of heat from the circuit board is given great attention.
  • Many applications use high-performance LED components, so-called power LEDs, which are increasingly being integrated into cavities in the printed circuit board itself.
  • the integration of an LED in the PCB allows a good dissipation of the heat generated by the LED in the circuit board, where an efficient distribution of heat can be done to avoid heat damage in the area of the LED as possible.
  • the disadvantage here however, that the efficiency of the LED is reduced in terms of light output by the spatial enclosure of the LED through the cavity walls.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method which makes it possible to selectively apply reflector layers to the cavity walls, without damaging conductor track structures and, in particular, bonding surfaces.
  • a printed circuit board is provided with a temporary protective layer prior to the production of the cavity and thus also before the mirroring of the cavity, which is intended to protect conductor tracks and, above all, sensitive bonding surfaces from soiling and damage. Since the temporary protective layer is penetrated by the corresponding tool during the production of the cavity, the temporary protective layer reaches exactly to the edge of the cavity, so that in fact only the cavity walls are coated with the reflector layer. The temporary protective layer is removed after completion of the mirrored cavities, whereby the sensitive surfaces are exposed again and thus available for further processing of the printed circuit board. As a rule, this is followed by the further processing in the form of equipping the mirrored cavities with the LED chips, which are contacted by means of wire bonding method.
  • the method according to the invention is preferably further developed such that a printed circuit board with structured bonding surfaces for electronic components is provided.
  • bonding surfaces for electronic components such as LED chips
  • bonding surfaces for electronic components are relatively sensitive to conventional copper traces and, above all, are sensitive to mechanical stresses, they resist the application and removal of a temporary protective layer as used in the present invention should, without further notice and can be used after removing the temporary protective layer for Annapsieren by wire bonding method.
  • the method according to the invention is therefore preferably developed in such a way that an IMS printed circuit board is provided as the printed circuit board.
  • IMS Insulated Metal Substrates and designates starting materials for printed circuit boards in which an insulating layer, for example composed of thermally conductive particles (eg aluminum oxide, aluminum nitride) filled epoxy resin, between a thin metal layer to form the conductor tracks and a relatively thick metal plate is arranged, which metal plate can very effectively distribute heat over the entire surface of the plate.
  • an IMS circuit board for receiving LED chips in cavities thus represents a very favorable option with regard to the distribution of heat, but when the cavity containing the LED chip is not mirrored according to the invention, a relatively low light output results. This is due to the fact that the cut surfaces of the cavity, ie the cavity walls, which as a rule consist of aluminum or copper, have a relatively low reflectivity.
  • the step of producing the cavity comprises milling the printed circuit board with a milling head.
  • the milling of the circuit board with a milling head can be automated in an excellent manner, the milling head, which is able to mill the circuit board, and in particular an IMS circuit board, naturally also penetrates the temporary protective layer with ease and a clear cutting surface of the Protective layer can produce, so that an optimal limitation of the reflector layer is achieved on the cavity walls.
  • a printed circuit board made of a prepreg material is provided as the printed circuit board.
  • prepreg materials such as FR4
  • FR4 have much lower thermal conductivity than the aforementioned IMS circuit boards, they are widely used and offer advantages over IMS circuit boards in terms of the relatively simple realizability of multilayer printed circuit board assemblies, again in the electronics industry desired miniaturization of the PCB meets.
  • the inventors of the present inventive method have found that the method can be readily applied to such printed circuit boards of prepreg materials.
  • the step of producing the cavity includes cutting the circuit board with a laser beam.
  • Cutting such printed circuit boards with a laser beam is a well-established standard method in the printed circuit board industry and can be readily implemented to produce cavities.
  • prepreg printed circuit boards are cut with CO 2 lasers, whereby the penetration depth of the laser into the printed circuit board can be controlled by providing a laser stoppage of copper in the desired depth of the circuit board.
  • the laser does not have to cut through the circuit board, but can cut to a certain depth, which makes the laser cutting method for forming a cavity in the sense of a cavity with a bottom appear in the printed circuit board as a method of choice.
  • the invention is further developed such that the printed circuit board has an adhesion-reducing layer arranged above a laser stop pest.
  • the laser cuts off on the laser stop pest and exempts, for example, an approximately cuboid piece of printed circuit board, this cuboid piece can be particularly easily removed from the volume of the circuit board by the action of the adhesion-reduced layer.
  • adhesion-reducing layers or adhesion-reducing materials are known in printed circuit board technology and consist in particular of Al, Mg, Ca, Na or Zn soaps together with a binder and a solvent. These materials are already used by default to release printed circuit board layers that have been cut free from the underlying PCB layers.
  • the use of an adhesion-reducing layer has become known, for example, from WO 2010/085830 A1.
  • the temporary protective layer which is so important for the present invention can be applied to the printed circuit board in various ways. According to a preferred embodiment of the present invention, however, it is provided that a self-adhesive film is applied as a temporary protective layer, in which case the self-adhesive film can be laminated at only low pressure and at normal processing temperature of the printed circuit board.
  • the self-adhesive film is a polyethylene-based film having a rubber-based adhesive layer.
  • Such films are used inter alia as laser protective films and are known for example under the name Laserguard Light 3100H3 the company Nitto Denko.
  • the film PF 32 C from Poli-Film falls into this category.
  • the self-adhesive film is a PVC-based film having an acrylate-based adhesive layer.
  • Such films are known as surface protection films, which are characterized by excellent deformation properties and for the protection of metal surfaces in deformation or bending processes are used.
  • the film SPV 224P of the company Nitto Denko has to be mentioned, which is a PVC film with pressure-sensitive acrylate adhesive and which provides lubrication properties during milling.
  • the self-adhesive film is a polyethylene-based film with an acrylate-based adhesive layer, which includes, for example, the film PF 13 from Poli-Film.
  • an embodiment of the present invention is conceivable in which a silicone-based paint is applied as a temporary protective layer, which are applied in a thicker layer and after further processing of the printed circuit board, i. after preparation of the mirrored cavities can be removed mechanically by peeling again.
  • the reflector layer is formed from a lacquer selected from the group consisting of epoxy lacquers and acrylate lacquers.
  • Epoxy and acrylate paints are similar to the solder resists known in the printed circuit board industry and may be filled with white pigments or fillers. It can thus be used on the one hand known white Lötstopplacke, for example, coatings of the company Taiyo or Huntsman (Probimer 77) or specially prepared for the formation of reflector layers. However, it is essential that the coating systems must be stable to UV light and thermal stress and must not yellow.
  • lacquers can be applied by means of spraying, whereby they are very finely atomized and can also cover the cavity walls easily by taught coating.
  • the invention may preferably be further developed such that the reflector layer is applied as a metal layer of the metals selected from the group consisting of Al, Ag and Rh on the circuit board. These metal layers form a mirror on the surface, whereby the incident light is reflected in a directed manner. The best reflection in the visible wavelength range is achieved with silver. For cost reasons, however, aluminum is often used, which also has acceptable reflection properties. Silver can be deposited chemically on metal layers, but is not stable in the atmosphere due to the formation of silver sulfide layers. Therefore, in the context of the present invention, silver reflector layers are generally coated with rhodium, which forms stable protective layers which, however, do not hinder the reflection of the light. The rhodium is applied galvanically.
  • thin transparent oxide layers can be applied to the said metal layers.
  • a particularly preferred procedure for applying a reflector layer provides that the step of applying the reflector layer comprises the following steps:
  • Such a method is already used for the production of reflectors, for example for vehicle headlights with particularly high-quality optical surfaces and can be obtained, for example, under the trade name ALUNOVA® OTEC and implemented for the production of printed circuit boards.
  • the gloss varnish is used to compensate for unevenness of the surface, such as the milling edge of the cavity, and to form a smooth surface and better adhesion for the subsequent Reflection layer, which is usually made of aluminum to create.
  • These gloss varnish systems can be applied by spraying or by deposition in the anodic electrodeposition coating method.
  • the application of the highly reflective metal layer, preferably of ultrapure aluminum, is done in a vacuum by vapor deposition or magnetron sputtering.
  • the hexamethylsiloxane-based protective layer is applied to protect the aluminum from external influences and, above all, corrosive attack and provides a long-term stable, wiping-resistant organosilicon protective layer with high chemical barrier effect. This layer is free of irrigation, almost free of pores, and has an extremely low light absorption.
  • the hexamethyldisiloxane is deposited by deposition in a medium frequency vacuum process by plasma polymerization and produces a vitreous coating layer on the surface of the body to be coated.
  • the step of producing the cavity is kept distance to existing conductor tracks or bonding surfaces of the circuit board, which is particularly important if the reflector layer consists of an electrically conductive material.
  • the metallic and therefore conductive reflector layer must not come into contact with the conductor tracks or bonding surfaces of the printed circuit board, as this would lead to an electrical short circuit.
  • the cavity is produced at a certain distance from existing conductor surfaces or bonding surfaces of the printed circuit board in order to apply the reflector layer in the presence of the temporary protective layer, as is provided in the present inventive method, it is ensured that after removal no such short circuit is formed in the temporary protective layer, since the protective layer overlaps or projects over the conductor tracks or bonding surfaces.
  • a printed circuit board is designated 1, wherein the circuit board 1 in the present case, an IMS printed circuit board (Insulated Metal Substrate).
  • the IMS circuit board 1 is characterized by a relatively thick metal substrate 2, which may be made of copper or aluminum and may have a thickness of at least 50 ⁇ m to a few millimeters.
  • the substrate layer 2 is followed by an insulating layer 3, which as a rule consists of an insulating resin system filled with thermally conductive particles, for example epoxy resin.
  • insulating layer 3 conductor tracks 4 and gold surfaces 5, which serve as bonding surfaces arranged.
  • the printed circuit board 1 is therefore ready to receive LED chips, which could be mounted, for example, at the position 6, wherein the contacting of an LED chip on the bonding surfaces 5 could take place.
  • a temporary protective layer 7 is now applied to the printed circuit board 1 (FIG. 1b) covering the bonding surfaces 5.
  • the temporary protective layer 7 could also cover the conductor tracks 4 made of copper, if they were not covered by gold surfaces 5 as in the present case.
  • Fig. Lc it can be seen that in the preparation of FIG. Lb) circuit board, for example by means of a milling head 8, a cavity 9 can be produced.
  • the cavity 9 has, after this process step, relatively poorly reflecting cavity walls 10.
  • the reflector layer 11 is now applied, as symbolized by the family of arrows 19. It can be seen that the reflector layer 11 covers both the temporary protective layer 7 and the cavity walls 10 in a planar manner.
  • a printed circuit board with a mirrored cavity 9 is now obtained, the reflector layer 11 lining only the interior of the cavity 9.
  • an LED chip 12 can now be used, which can be contacted via bonding wires 13 to the bonding surface 5 (Fig. Lf)).
  • a circuit board 1 can be seen, which in the present case, however, no IMS circuit board but a circuit board of a well-known, glass-fiber reinforced epoxy resin (eg FR4).
  • the FR4 layer or prepreg layer is denoted by 14, again with copper layers 4 and bonding surfaces 5 present on the printed circuit board 1.
  • a laser beam is symbolized, which cuts through both the protective layer 7 and through the prepreg layer 14, which is an insulating layer, until it encounters a laser stop layer 16, for example made of copper.
  • 17 denotes an adhesion-reducing layer, which facilitates the detachment of the plug 18 cut by means of the laser beam 15 (FIG. 2b)).
  • the present invention may not only be used in conjunction with LED chips, but may also be useful for other optoelectronic components, such as photodiodes or laser diodes, optionally together with a light conversion means.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit zumindest einer Kavität zur Aufnahme einer elektronischen Komponente, wobei die Kavitätenwände eine reflektierende, insbesondere spiegelnde Reflektorschicht aufweisen, ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Leiterplatte (1), Aufbringen einer temporären Schutzschicht (7) auf zumindest einen Teilbereich der Oberfläche der Leiterplatte (1), Herstellen der Kavität (9) unter Durchdringung der Schutzschicht (7) im Bereich der Kavität (9), Aufbringen der Reflektorschicht (11), Entfernen der temporären Schutzschicht (7).

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER LEITERPLATTE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit zumindest einer Kavität zur Aufnahme einer elektronischen Komponente, wobei die Kavitä- tenwände eine reflektierende, insbesondere spiegelnde Reflektorschicht aufweisen sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Leiterplatte.
Leiterplatten werden in der elektronischen Industrie zum hochintegrierten Verschalten elektronischer Komponenten auf engstem Raum verwendet. Neben der mechanischen Stützfunktion müssen Leiterplatten aufgrund der hohen Integration, die notwendig ist, um den Anforderungen der Miniaturisierung elektronischer Geräte gerecht zu werden, eine Reihe weiterer Funktionen erfüllen. Beispielsweise wird der Wärmeverteilung in der Leiterplatte bzw. die Ableitung von Wärme aus der Leiterplatte große Aufmerksamkeit geschenkt. Viele Anwendungen verwenden leistungsstarke LED-Komponenten, sogenannte Power- LEDs, die zunehmend auch Kavitäten in der Leiterplatte selbst integriert werden. Die Integration einer LED in die Leiterplatte gestattet eine gute Ableitung der von der LED gebildeten Wärme in die Leiterplatte, wo eine effiziente Verteilung der Wärme erfolgen kann, um Hitzeschäden im Bereich der LED möglichst zu vermeiden. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass durch die räumliche Umfassung der LED durch die Kavitätenwände die Effizienz der LED hinsichtlich der Lichtausbeute vermindert wird.
Es wäre somit wünschenswert, die Kavitäten bzw. die Kavitätenwände für LED- Anwendungen mit einer stark reflektierenden und insbesondere spiegelnden Reflektorschicht zu versehen. Problematisch hierbei ist jedoch, dass sämtliche zum Ausbilden derartiger Reflektorschichten im Rahmen einer industriellen Fertigung von Leiterplatten in Betracht zu ziehenden Verfahren zu einem mehr oder weniger unspezifischen Auftrag der die Reflektorschichten bildenden Materialien, z.B. Lacke, Pigmente und/ oder Metalle, auf die Leiterplatte führen. So werden Lacke und Pigmente beispielsweise aufgesprüht, sodass zumindest die die Kavitäten umgebenden Bereiche mit dem Lack verschmutzt werden. Dies ist besonders bei Leiterplatten für LED-Anwendungen problematisch, da LED-Chips in der Regel durch Drahtbondverfahren ankontaktiert werden, welche Verfahren eine besondere Oberflächenbehandlung der Leiterplatte erfordern, um entsprechenden Bondoberflächen bereitzustellen. Diese Bondoberflächen müssen für das Bonden der Komponenten zum einen frei von Verschmutzungen oder gar Überlagerungen durch andere Schichten bleiben und sind andererseits mechanisch sehr empfindlich, sodass diese Flächen nach Ihrer Herstellung besser weitgehend unangetastet bleiben sollen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches es ermöglicht, Reflektorschichten selektiv auf die Kavitätenwände aufzubringen, ohne Leiterbahnenstrukturen und insbesondere Bondoberflächen zu beschädigen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte:
Bereitstellen einer Leiterplatte,
Aufbringen einer temporären Schutzschicht auf zumindest einen Teilbereich der Oberfläche der Leiterplatte,
Herstellen der Kavität unter Durchdringung der Schutzschicht im Bereich der Kavität, Aufbringen der Reflektorschicht Entfernen der temporären Schutzschicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Leiterplatte vor dem Herstellung der Kavität und somit auch vor dem Verspiegeln der Kavität mit einer temporären Schutzschicht versehen, die dazu gedacht ist, Leiterbahnen und vor allem empfindliche Bondoberflächen vor Beschmutzungen und Beschädigungen zu schützen. Da die temporäre Schutzschicht beim Herstellen der Kavität von dem entsprechenden Werkzeug durchdrungen wird, reicht die temporäre Schutzschicht exakt bis an den Rand der Kavität heran, sodass tatsächlich nur die Kavitätenwände mit der Reflektorschicht beschichtet werden. Die temporäre Schutzschicht wird nach Fertigstellung der verspiegelten Kavitäten entfernt, wodurch die empfindlichen Oberflächen wieder freigelegt und somit für die weitere Bearbeitung der Leiterplatte zur Verfügung stehen. In aller Regel erfolgt hierauf die Weiterverarbeitung in Form der Bestückung der verspiegelten Kavitäten mit den LED-Chips, die mittels Drahtbondverfahren ankontaktiert werden. In diesem Zusammenhang ist das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass eine Leiterplatte mit strukturierten Bondoberflächen für elektronische Komponenten bereitgestellt wird. Obwohl Bondoberflächen für elektronische Komponenten, wie beispielsweise LED-Chips, im Vergleich zu herkömmlichen Leiterzügen aus Kupfer relativ empfindlich sind und vor allem empfindlich gegenüber mechanischen Einflüssen sind, widerstehen sie dem Aufbringen und Entfernen einer temporären Schutzschicht, wie sie bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangen soll, ohne Weiteres und können nach dem Entfernen der temporären Schutzschicht zum Ankontaktieren mittels Drahtbondverfahren herangezogen werden.
Wie bereits eingangs erwähnt, entstehen in einer Leiterplatte aufgrund der hohen Integration der elektronischen Komponenten, die allesamt naturgemäß eine gewisse Abwärme produzieren und insbesondere bei Verwendung von leistungsstarken LED-Chips große Wärmemengen, die vor allem bei den genannten LED-Chips sehr punktuell auftreten und daher zur Vermeidung von Wärmespitzen in der Leiterplatte effektiv verteilt werden müssen, um eine akzeptable Lebensdauer der Leiterplatte zu gewährleisten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren daher bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass als Leiterplatte eine IMS-Leiterplatte bereitgestellt wird. Die Abkürzung IMS steht für Insulated Metal Substrate und bezeichnet Aus- gangsmaterialen für Leiterplatten, bei denen eine Isolierschicht, beispielsweise bestehend aus mit thermisch leitfähigen Partikeln (z.B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid) gefüllten Epoxidharz, zwischen einer dünnen Metallschicht zur Ausbildung der Leiterzüge und einer relativen dicken Metallplatte angeordnet ist, welche Metallplatte sehr effektiv Wärme über die gesamte Fläche der Platte verteilen kann. Die Verwendung einer IMS-Leiterplatte zur Aufnahme von LED-Chips in Kavitäten stellt somit hinsichtlich der Verteilung der Wärme eine überaus günstige Option dar, wobei jedoch dann, wenn die den LED-Chip enthaltende Kavität nicht erfindungsgemäß verspiegelt ist, eine relativ geringe Lichtausbeute resultiert. Dies liegt darin begründet, dass die Schnittflächen der Kavität, d.h. die Kavitätenwände, die in aller Regel aus Aluminium oder Kupfer bestehen, ein relatives geringes Reflexionsvermögen besitzen. Dieser Nachteil der Verwendung einer IMS-Leiterplatte zur Aufnahme von LED-Chips in Kavitäten wird somit mit der vorliegenden Erfindung optimal wettgemacht, da die per se schlecht reflektierenden bzw. gar nicht spiegelnden Kavitätenwände mit einer entsprechenden Reflektorschicht versehen werden können, ohne eventuell auf der Leiter- plattenoberfläche vorhandene Bondoberflächen beim Herstellen der Reflektorschicht zu beschädigen.
Da es mit der vorliegenden Erfindung gelingt, eine hocheffiziente Reflektorschicht auf Kavitätenwände aufzubringen, ist es nicht notwendig, bei der Herstellung der Kavität, besondere Maßnahmen zur Optimierung des Reflexionsvermögens der Kavitätenwände zu ergreifen. Gemäß einer besonders einfachen und daher bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann somit insbesondere dergestalt vorgegangen werden, dass der Schritt des Herstellens der Kavität das Fräsen der Leiterplatte mit einem Fräskopf umfasst. Das Fräsen der Leiterplatte mit einem Fräskopf lässt sich in hervorragender Weise automatisieren, wobei der Fräskopf, der in der Lage ist, die Leiterplatte, und insbesondere eine IMS- Leiterplatte, zu fräsen, naturgemäß auch die temporäre Schutzschicht mit Leichtigkeit durchdringt und eine klare Schnittfläche der Schutzschicht herstellen kann, so dass eine optimale Begrenzung der Reflektorschicht auf die Kavitätenwände erreicht wird.
Gemäß einer bevorzugten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch dergestalt vorgegangen werden, dass als Leiterplatte eine Leiterplatte aus einem Prepreg-Material bereitgestellt wird. Derartige Prepreg-Materialien, wie beispielsweise FR4, verfügen zwar über ein viel geringeres Wärmeleitvermögen als die vorgenannten IMS- Leiterplatten, sind jedoch weit verbreitet und bieten gegenüber IMS-Leiterplatten Vorteile hinsichtlich der relativ einfachen Realisierbarkeit von mehrschichtigen Leiterplattenaufbauten, was wiederum der in der elektronischen Industrie gewünschten Miniaturisierung der Leiterplatten entgegenkommt. Die Erfinder des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens haben herausgefunden, dass sich das Verfahren ohne Weiteres auch auf derartige Leiterplatten aus Prepreg-Materialien anwenden lässt.
In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn der Schritt des Herstellens der Kavität das Schneiden der Leiterplatte mit einem Laserstrahl umfasst. Das Schneiden derartiger Leiterplatten mit einem Laserstrahl ist in der Leiterplattenindustrie ein gut erprobtes Standardverfahren und kann ohne Weiteres zur Herstellung von Kavitäten implementiert werden. Beispielsweise werden Prepreg-Leiterplatten mit C02-Lasern geschnitten, wobei die Eindringtiefe des Lasers in die Leiterplatte durch das Vorsehen einer Laserstopplage aus Kupfer in der gewünschten Tiefe der Leiterplatte gesteuert werden kann. Der Laser muss somit nicht durch die Leiterplatte hindurch schneiden, sondern kann bis zu einer gewissen Tiefe schneiden, was das Laserschneidverfahren für das Ausbilden einer Kavität im Sinne einer Aushöhlung mit einem Boden in der Leiterplatte als Methode der Wahl erscheinen lässt.
Um das Ausbilden einer Kavität in einer derartigen Prepreg-Leiterplatte zu begünstigen, ist die Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dahingehend weitergebildet, dass die Leiterplatte eine über einer Laserstopplage angeordnete haftvermindernde Schicht aufweist. Wenn nun der Laser auf die Laserstopplage hin abschneidet und beispielsweise ein annähernd quaderförmiges Stück der Leiterplatte freistellt, kann dieses quaderförmige Stück durch die Wirkung der haftverminderten Schicht besonders leicht aus dem Volumen der Leiterplatte herausgenommen werden. In der Leiterplattentechnik sind derartige haftvermindernde Schichten bzw. haftvermindernde Materialien bekannt und bestehen insbesondere aus AI-, Mg-, Ca-, Na- oder Zn-Seifen zusammen mit einem Bindemittel und einem Lösungsmittel. Diese Materialien werden bereits standardmäßig verwendet, um Leiterplattenschichten, die frei geschnitten wurden, von den darunter liegenden Leiterplattenschichten zu lösen. Die Verwendung einer haftvermindernden Schicht ist beispielsweise aus der WO 2010/085830 AI bekannt geworden.
Die für die vorliegende Erfindung so wesentliche temporäre Schutzschicht kann auf verschiedene Art und Weise auf die Leiterplatte aufgebracht werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es jedoch vorgesehen, dass als temporäre Schutzschicht eine selbstklebende Folie aufgebracht wird, in welchem Fall die selbstklebende Folie bei nur geringem Druck und bei normaler Verarbeitungstemperatur der Leiterplatte auflaminiert werden kann.
Bevorzugt ist, dass die selbstklebende Folie eine Folie auf Polyethylenbasis mit einer Klebeschicht auf Kautschukbasis ist. Derartige Folien werden unter anderem als Laserschutzfolien verwendet und sind beispielsweise unter dem Namen Laserguard Light 3100H3 der Firma Nitto Denko bekannt. Ebenso fällt beispielsweise die Folie PF 32 C der Firma Poli-Film in diese Kategorie.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die selbstklebende Folie eine Folie auf PVC-Basis mit einer Klebeschicht auf Acrylatbasis. Derartige Folien sind als Oberflächenschutzfolien bekannt, die sich durch hervorragende Verformungseigenschaften auszeichnen und zum Schutz von Metalloberflächen bei Verformungs- oder Biegeprozessen verwendet werden. In dieser Kategorie ist die Folie SPV 224P der Firma Nitto Denko zu nennen, welche eine PVC-Folie mit druckempfindlichen Acrylatkleber ist und welche Schmiereigenschaften beim Fräsen zur Verfügung stellt.
Gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die selbstklebende Folie eine Folie auf Polyethylenbasis mit einer Klebeschicht auf Acrylatbasis, worunter beispielsweise die Folie PF 13 der Firma Poli-Film fällt.
Alle vorgenannten Folien werden in der Leiterplattenverarbeitung bereits standardmäßig eingesetzt und ihre Handhabung ist daher dem Fachmann geläufig.
Alternativ zu den vorgenannten selbstklebenden Folien ist jedoch auch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung denkbar, bei der als temporäre Schutzschicht ein Lack auf Silikonbasis aufgebracht wird, der in einer dickeren Schicht aufgebracht werden und nach der Weiterverarbeitung der Leiterplatte, d.h. nach Herstellung der verspiegelten Kavitäten mechanisch durch Abziehen wieder entfernt werden kann.
Allen vorgenannten Varianten zur Bereitstellung bzw. zum Aufbringen einer temporären Schutzschicht ist gemeinsam, dass die Entfernung der temporären Schutzschicht mechanisch durch Abziehen erfolgen kann, da eine chemische Entfernung die Reflektorschicht in der Kavität und/ oder die zu schützenden Oberflächen, und insbesondere die Bondoberflächen, angreifen würde.
Zur Herstellung der Reflektorschicht kann bevorzugt dergestalt vorgegangen werden, dass die Reflektorschicht aus einem Lack, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxidla- cken und Acrylatlacken, gebildet wird. Epoxid- und Acrylatlacke sind ähnlich den in der Leiterplattenindustrie bekannten Lötstopplacken aufgebaut und können mit weißen Pigmenten oder Füllmaterialien gefüllt sein. Es können somit zum einen bekannte weiße Lötstopplacke verwendet werden, z.B. Lacke der Firmen Taiyo oder Huntsman (Probimer 77) oder speziell zum Ausbilden von Reflektorschichten hergestellt werden. Wesentlich ist jedoch, dass die Lacksysteme gegenüber UV-Licht und thermischer Belastung stabil sein müssen und nicht vergilben dürfen. Diese Lacke können mittels Sprühverfahren aufgebracht werden, wobei sie sehr fein zerstäubt werden und auch durch unterrichtete Beschichtung leicht die Kavitätenwände bedecken können. Alternativ hierzu kann die Erfindung bevorzugt dahingehend weitergebildet sein, dass die Reflektorschicht als Metallschicht aus den Metallen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus AI, Ag und Rh auf die Leiterplatte aufgebracht wird. Diese Metallschichten bilden auf der Oberfläche einen Spiegel, wobei das eingestrahlte Licht gerichtet reflektiert wird. Die beste Reflexion im sichtbaren Wellenlängenbereich wird mit Silber erreicht. Aus Kostengründen wird jedoch oft Aluminium verwendet, welches ebenfalls akzeptable Reflexionseigenschaften aufweist. Silber kann chemisch auf Metallschichten abgeschieden werden, ist jedoch an der Atmosphäre aufgrund der Bildung von Silbersulfidschichten nicht stabil. Deshalb werden Silberreflektorschichten im Rahmen der vorliegenden Erfindung in der Regel mit Rhodium beschichtet, welches stabile Schutzschichten ausbildet, die die Reflexion des Lichts jedoch nicht behindern. Das Rhodium wird galvanisch aufgebracht.
Um die Reflexionseigenschaften der Reflektorschicht weiter zu verbessern, können auf die genannten Metallschichten dünne transparente Oxidschichten aufgebracht werden. Die Erfindung ist daher bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass zusätzlich eine Schicht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumoxid und Aluminiumoxid aufgebracht wird. Dies kann mittels physikalischer Gasphasenabscheidung im Vakuum geschehen (PVD- Beschichtung; PVD = Physical Vapor Deposition).
Eine besonders bevorzugte Vorgehensweise zum Aufbringen einer Reflektorschicht sieht vor, dass der Schritt des Aufbringens der Reflektorschicht die folgenden Schritte umfasst:
Lackieren der Kavität mit einem Glanzlack
Aufbringen einer Reflexionsschicht aus Metall auf den Glanzlack
Aufbringen einer Schutzschicht auf Hexamethyldisiloxanbasis auf die Reflexionsschicht.
Ein solches Verfahren wird bereits zur Herstellung von Reflektoren zum Beispiel für Fahrzeugscheinwerfer mit besonders hochwertigen optischen Oberflächen eingesetzt und können beispielsweise unter dem Handelsnamen ALUNOVA® der Firma OTEC bezogen und zur Herstellung von Leiterplatten implementiert werden. Der Glanzlack wird eingesetzt, um Unebenheiten der Oberfläche, beispielsweise der Fräskante der Kavität, auszugleichen und eine glatte Oberfläche auszuformen sowie eine bessere Haftung für die darauffolgende Reflexionsschicht, die zumeist aus Aluminium hergestellt ist, zu schaffen. Diese Glanzlacksysteme können durch Aufsprühen oder durch Abscheiden im anodischen Elektrotauchla- ckierverfahren aufgebracht werden. Das Aufbringen der hochreflektierenden Metallschicht, bevorzugt aus Reinstaluminium, geschieht im Vakuum durch Bedampfung bzw. Magnetron- Zerstäubung. Die Schutzschicht auf Hexamethylsiloxanbasis wird aufgebracht, um das Aluminium vor äußeren Einflüssen und vor allem korrosiven Angriff zu schützen und bietet eine langzeitbeständige, wischfeste siliziumorganische Schutzschicht mit hoher chemischer Barrierewirkung. Diese Schicht ist irisierungsfrei, nahezu porenfrei, und weist eine extrem geringe Lichtabsorption auf. Das Hexamethyldisiloxan wird durch Abscheidung in einem Mittelfrequenzvakuumverfahren durch Plasmapolymerisation abgeschieden und erzeugt eine glasartige Überzugsschicht auf der Oberfläche des zu beschichtenden Körpers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass beim Schritt des Herstellens der Kavität Abstand zu bestehenden Leiterzügen bzw. Bondoberflächen der Leiterplatte gehalten wird, was insbesondere dann wesentlich ist, wenn die Reflektorschicht aus einem elektrisch leitenden Material besteht. In diesem Fall darf die metallische und daher leitende Reflektorschicht nicht in Kontakt mit den Leiterzügen bzw. Bondoberflächen der Leiterplatte kommen, da es zu einem elektrischen Kurzschluss kommen würde. Wenn gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform die Kavität mit einem gewissen Abstand zu bestehenden Leiterzügen bzw. Bondoberflächen der Leiterplatte hergestellt wird, um, wie dies beim vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen ist, das Aufbringen der Reflektorschicht in Gegenwart der temporären Schutzschicht vorzunehmen, ist sichergestellt, dass nach Entfernen der temporären Schutzschicht kein derartiger Kurzschluss ausgebildet wird, da die Schutzschicht die Leiterzüge bzw. Bondoberflächen entsprechend überlappt bzw. überragt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen die Fig. la - lf eine erste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Fig. 2a - 2b eine alternative bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Fig. la) ist eine Leiterplatte mit 1 bezeichnet, wobei die Leiterplatte 1 im vorliegenden Fall eine IMS-Leiterplatte (Insulated Metal Substrate) ist. Die IMS-Leiterplatte 1 zeichnet sich durch ein relativ dickes Metallsubstrat 2 aus, welches aus Kupfer oder Aluminium gefertigt sein kann und eine Dicke von mindestens 50 μηι bis zu einigen Millimetern aufweisen kann. Auf die Substratschicht 2 folgt eine Isolierschicht 3, die in der Regel aus einem isolierenden, mit thermisch leitfähigen Partikeln gefüllten Harzsystem, beispielsweise Epoxidharz, besteht. Auf dieser Isolierschicht 3 sind Leiterzüge 4 sowie Goldoberflächen 5, die als Bondoberflächen dienen, angeordnet. Die Leiterplatte 1 ist somit bereit zur Aufnahme von LED- Chips, die beispielsweise an der Position 6 angebracht werden könnten, wobei die Kontak- tierung eines LED-Chips auf die Bondoberflächen 5 erfolgen könnte. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung, bei der eine Kavität hergestellt werden soll, wird nun eine temporäre Schutzschicht 7 auf die Leiterplatte 1 aufgebracht (Fig. lb)), die die Bondoberflächen 5 bedeckt. Die temporäre Schutzschicht 7 könnte darüber hinaus die Leiterzüge 4 aus Kupfer bedecken, wenn diese nicht wie im vorliegenden Fall von Goldoberflächen 5 bedeckt wären. In Fig. lc) ist nun zu erkennen, dass in der gemäß Fig. lb) vorbereitenden Leiterplatte, beispielsweise mittels eines Fräskopfes 8, eine Kavität 9 hergestellt werden kann. Die Kavität 9 weist nach diesem Verfahrensschritt relativ schlecht reflektierende Kavitätenwände 10 auf. Gemäß Fig. ld) wird nun die Reflektorschicht 11 aufgebracht, wie dies durch die Schar von Pfeilen 19 versinnbildlicht ist. Es ist zu erkennen, dass die Reflektorschicht 11 sowohl die temporäre Schutzschicht 7 als auch die Kavitätenwände 10 flächig bedeckt. Nach der Entfernung der temporären Schutzschicht 7 (Fig. le)) wird nun eine Leiterplatte mit einer verspiegelten Kavität 9 erhalten, wobei die Reflektor Schicht 11 nur das Innere der Kavität 9 auskleidet. In die verspiegelte Kavität 9 kann nun ein LED-Chip 12 eingesetzt werden, der über Bonddrähte 13 an die Bondoberfläche 5 ankontaktiert werden kann (Fig. lf)).
In Fig. 2a ist wiederum eine Leiterplatte 1 zu erkennen, die jedoch im vorliegenden Fall keine IMS-Leiterplatte sondern eine Leiterplatte aus einem hinlänglich bekannten, glasfaserverstärkten Epoxidharz (z.B. FR4) ist. Die FR4-Schicht bzw. Prepreg-Schicht ist hierbei mit 14 bezeichnet, wobei wiederum Kupferlagen 4 und Bondoberflächen 5 auf der Leiterplatte 1 vorliegen. Mit 15 ist ein Laserstrahl versinnbildlicht, der sowohl durch die Schutzschicht 7 als auch durch die Prepreg-Schicht 14, die eine Isolierschicht darstellt, bis zum Auftreffen auf eine Laserstopplage 16, beispielsweise aus Kupfer, schneidet. Mit 17 ist eine haftvermindernde Schicht bezeichnet, die die Herauslösung des mittels des Laserstrahls 15 geschnittenen Pfropfens 18 erleichtert (Fig. 2b)). Der Zustand in Fig. 2b entspricht prinzipiell dem Zustand der Leiterplatte in Fig. lc) und es ist offensichtlich, dass die weitere Bearbeitung und die Herstellung der verspiegelten Kavität analog den Verfahrensschritten ld) bis lf) erfolgen kann, sodass letztendlich eine bestückte Leiterplatte wie in Fig. 2c) ersichtlich erhalten werden kann.
Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht nur im Zusammenspiel mit LED- Chips eingesetzt werden, sondern auch für andere optoelektronische Komponenten, wie zum Beispiel für Photodioden oder Laserdioden ggf. zusammen mit einem Lichtkonversionsmittel, von Nutzen sein kann.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit zumindest einer Kavität zur Aufnahme einer optoelektronischen Komponente, wobei die Kavitätenwände eine reflektierende, insbesondere spiegelnde Reflektorschicht aufweisen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Bereitstellen einer Leiterplatte (1),
Aufbringen einer temporären Schutzschicht (7) auf zumindest einen Teilbereich der Oberfläche der Leiterplatte (1),
Herstellen der Kavität (9) unter Durchdringung der Schutzschicht (7) im Bereich der Kavität (9),
Aufbringen der Reflektorschicht (11), Entfernen der temporären Schutzschicht (7).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterplatte (1) mit strukturierten Bondoberflächen (5) für elektronische Komponenten (12) bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Leiterplatte (1) eine IMS-Leiterplatte (1) bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Herstellens der Kavität (9) das Fräsen der Leiterplatte (1) mit einem Fräskopf (8) umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Leiterplatte (1) eine Leiterplatte (1) aus einem Prepreg-Material bereitgestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Herstellens der Kavität (9) das Schneiden der Leiterplatte (1) mit einem Laserstrahl (15) umfasst.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) eine über einer Laserstopplage (16) angeordnete haftvermindernde Schicht (17) aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als temporäre Schutzschicht (7) eine selbstklebende Folie aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstklebende Folie eine Folie auf Polyethylenbasis mit einer Klebeschicht auf Kautschukbasis ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstklebende Folie eine Folie auf PVC-Basis mit einer Klebeschicht auf Acrylatbasis ist.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstklebende Folie eine Folie auf Polyethylenbasis mit einer Klebeschicht auf Acrylatbasis ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als temporäre Schutzschicht (7) ein Lack auf Silikonbasis aufgebracht wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschicht (11) aus einem Lack, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxidla- cken und Acrylatlacken, gebildet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorschicht (11) als Metallschicht aus den Metallen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus AI, Ag und Rh auf die Leiterplatte aufgebracht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Schicht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumoxid und Aluminiumoxid aufgebracht wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbringens der Reflektorschicht (11) die folgenden Schritte umfasst:
Lackieren der Kavität (9) mit einem Glanzlack Aufbringen einer Reflexionsschicht aus Metall auf den Glanzlack
Aufbringen einer Schutzschicht auf Hexamethylsiloxanbasis auf die Reflexionsschicht.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt des Herstellens der Kavität (9) Abstand zu bestehenden Leiterzügen (4) bzw. Bondoberflächen (5) der Leiterplatte (1) gehalten wird.
18. Leiterplatte hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17.
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