CN106910417A - 用于对金属‑陶瓷基底进行单独编码的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对金属‑陶瓷基底进行单独编码的方法。此外，本发明的主题是金属‑陶瓷基底，其具有单独的标记。

Description

用于对金属-陶瓷基底进行单独编码的方法
技术领域
本发明涉及一种用于对金属-陶瓷基底进行单独编码的方法。此外，本发明的主题是金属-陶瓷基底，其具有单独的标记。
背景技术
在最不同的实施方式中已知金属-陶瓷基底或金属化的陶瓷基底，特别作为针对电气或电子电路的电路板或基底。在高度特异性的应用框架下，针对相应的金属-陶瓷基底的用户的可追溯性近些年越来越有意义。在陶瓷基底或金属涂层上的基本特定的编码适用于追溯金属-陶瓷基底。
诸如DCB-基底的金属-陶瓷基底通常借助于光刻结构化。在此，光敏膜(干膜或积层)被层压到金属-陶瓷基底上，且由此用光学负片覆盖。然后利用强光源对积层(Laminats)的所有区域曝光，其不是用光学负片覆盖。覆盖的且由此未被曝光的区域在后续的显影步骤(Entwicklungsschritt)中被析取。底层金属被露出，且在后续的方法步骤中通过蚀刻刻被析取且由此被去除。然后，还保留光敏膜的区域被去除。
在传统的结构化步骤中使用薄膜，其布局(Layout)针对所有利用薄膜被曝光的金属-陶瓷基底是相同的。因此，所有结构化的金属-陶瓷基底具有相同的布局，且不能对单个金属-陶瓷基底进行单独编码。
在EP 1 487 759 A中描述了在金属-陶瓷基底上设置单独编码的另一可能性。在该方法中，金属膜首先借助于公知常识的DCB-技术连接到陶瓷基底上。然后在该连接过程中，阻焊膜可在结构化金属膜之前或之后被设置在金属层上。条形码或数据矩阵码形式的视觉可见结构可通过在EP 1 487 759 A中未进一步描述的合适技术被置于该阻焊膜中。然而，根据EP 1 487 759 A的方法的缺点在于，为产生相应的视觉可见的结构，首先要求涂层阻焊膜，其在仍结构化的另一后续方法步骤中必须被克服。根据EP 1 487759 A的由此获得的方法在技术上是复杂的且在成本方面是不利的。
US 2009/0223435 A公开了一种PCB-系统，其包括ID-标记，该标记在制造PCB-系统期间通过蚀刻铜膜产生。在所述的美国专利申请中所描述的方法呈现出不适用在两侧地结构化或标记DCB-,DAB-或AMB-系统。这同样适用于金属-陶瓷基底，其在陶瓷基底与金属层之间包括厚膜膏层，如特别在具有文件号EP 15 201 817.2的、名称为“Thick-filmpaste mediated ceramics bonded with metal or metal hybrid foils”的、未预先公开的欧洲专利申请中描述的。
在GB 2 343 059 A中描述了用于PCB-系统的类似方法。
DE 31 13 031 A描述了用于制造电路板的方法，在其中，电路板在多次使用的边缘上具有定制的编码。
存在对用于提供金属-陶瓷基底的简单的且成本低的方法的要求，通过该方法可以对单个金属-陶瓷基底进行特定的标记(特定的编码)。在此，特定的编码在本发明的框架下被理解为标记，其对于每个金属-陶瓷基底可以是不同的，且由此使得一方面，在制造过程期间，及另一方面，在制造过程之后，可可对单个金属-陶瓷基底进行追溯。
发明内容
为实现该目的，本发明提出一种用于制造金属-陶瓷基底的方法，在其中，通过直接曝光方法(直接成像(DI))实现结构化。在直接曝光方法(DI)中，金属涂层的布局不再作为在感光膜上的膜模板(Filmvorlage)的图像产生在金属-陶瓷基底上，而结构例如通过数字控制的激光(激光直接成像(LDI))、多个激光顺序地或投影被设置在光敏薄膜上。光源例如是激光二极管，其成束的光被数字控制的透镜或特殊光学系统偏转。未曝光的区域在后续的显影步骤中被析取，底层金属被露出，且在后续的方法步骤中通过蚀刻被析取且由此被去除。然后，去除还保留光敏膜的区域。替选地，还可行的是，在后续的显影步骤中被曝光的区域被析取且由此被去除，底层金属被露出，且在后续的方法步骤中通过蚀刻被析取。
可在制造PCB-系统(印制电路板系统)时使用直接曝光的方法。相反地，本发明特别地提出对DCB-基底(DCB＝直接铜粘接(bonding))、DAB-基底(DAB＝直接铝粘接)或AMB-基底(AMB＝活性金属钎焊)的加工，基板通常具有两侧的金属涂层。该方法同样适用于金属-陶瓷基底，其在陶瓷基底与金属层之间包括厚膜膏层(Dickfilmpaste)，如特别在具有文件号EP 15 201 817.2的、名称为“Thick-film paste mediated ceramics bonded withmetal or metal hybrid foils”的、未预先公开的欧洲专利申请中描述的。到目前为止，同时曝光基底的两侧的装置尚未为人所知。在通过两级直接曝光(直接曝光前侧以及直接曝光背侧)的曝光过程中，前侧至背侧的布局偏置(Layoutversatz)非常严重地取决于基底位置识别的精确性，使得直接曝光的方法在相应基底的两侧结构化过程中使用困难或迄今仍不可行。
在此，通过合适的过程引导可对待加工的或完成的金属-陶瓷基底进行单独编码，且确定对单个金属-陶瓷基底的可追溯性。
本发明在第一方面中通过用于制造金属-陶瓷基底的方法解决现有技术的上述缺点，该方法的特征通过下述方法步骤标记：
a.提供未结构化的金属-陶瓷基底，若需要则其具有在陶瓷基底上的第一单独编码；
b.结构化金属-陶瓷基底的金属层；
c.提供在金属层上具有第二单独编码的金属-陶瓷基底。
在本发明的框架下，使用下述概念：
布局理解成对金属-陶瓷基底的金属层的每次蚀刻，其可归因于产生金属-陶瓷基底的单独标记(编码)，或可归因于产生在金属-陶瓷基底上的电子结构(结构化)。
根据本发明的方法步骤b和c可相继地以任意顺序或也可在单一方法步骤中被实施。
在根据本发明的方法中，从未结构化的金属-陶瓷基底开始。在此例如可涉及DCB-基底(DCB＝直接铜粘接)。其他可行的基底是DAB-基底(DAB＝直接铝粘接)或AMB-基底(AMB＝活性金属钎焊)。此外可涉及金属-陶瓷基底，其在陶瓷基底与金属层之间包括厚膜膏层(Dickfilmpaste)，如特别在具有文件号EP 15 201 817.2的、名称为“Thick-film pastemediated ceramics bonded with metal or metal hybrid foils”的、未预先公开的欧洲专利申请中描述的。未结构化的金属-陶瓷基底可具有在陶瓷基底的一侧上或在陶瓷基底的两侧上的金属涂层。优选地，陶瓷基底具有在两侧上的金属层，且布局在陶瓷基底的两侧上产生。
本领域技术人员充分了解用于制造相应的金属-陶瓷基底的方法。
根据本发明的方法在方法步骤b中提出对陶瓷基底的至少一个金属涂层的结构化。在根据本发明的方法中，结构化的待产生的布局出现在方法步骤b中的结构化之前，优选地，出现在数据库中，且在数据库中被关联的待结构化的金属-陶瓷基底。对此要求未结构化的金属-陶瓷基底被存储在数据库中。
基本上，在根据本发明的方法中，可在方法步骤a中使用未结构化的金属-陶瓷基底，其已经具有第一单独编码或不具有第一单独编码。若使用具有第一单独编码的金属-陶瓷基底，优选地，编码在陶瓷基底上且不在金属涂层上，使得金属涂层的整个面可用于接下来的结构化。
第一单独编码可以是每个可视觉识别的编码，且优选地可在未结构化的陶瓷基底上通过诸如墨的颜料、金属膏或通过借助于激光标记而产生(在产生可视觉识别的编码的情况下)。
通常，在所谓的多次使用中制造金属-陶瓷基底，其理解成下述金属-陶瓷基底，即，例如具有178mm x 127mm或更大的尺寸，且至少在陶瓷层的一个表面侧上、然而优选地，在陶瓷层的两个表面侧上具有单个金属化层(Einzelmetallisierungen)，在两个表面侧之间额定破裂线在陶瓷层中延伸，使得大面积的金属-陶瓷基底可通过沿着该额定破裂线的破裂被分成单个基底，该单个基底可分别形成开关电路或模块的电路板。
这样的被构建为多次使用的金属-陶瓷基底由于尺寸通常具有在陶瓷上的支撑边缘，单个金属-陶瓷基底通过支撑边缘相互连接，支撑边缘在所述方法结束时被舍弃。若使用相应的支撑边缘，则优选地第一单独编码被设置在支撑边缘上。
独立于第一单独编码的位置，即，在多次使用时在陶瓷基底自身上或在支撑边缘上，若存在第一单独编码，则该第一单独编码通过光学相机被获取。
在获取第一单独编码之后，可在根据本发明的方法的框架下，参考在数据库中的用于相应的金属-陶瓷基底(或在多次使用中连接金属-陶瓷基底)的关联的编码的记录，或可在数据库中基于第一单独编码生成针对相应金属-陶瓷基底(或在多次使用中连接金属-陶瓷基底)的记录。
特别地，该记录包括关于在方法步骤b中对金属层进行结构化(生成电子结构)的信息。若应设置在陶瓷基底的前侧和背侧上对金属涂层进行结构化，则该记录包括关于在陶瓷基底的两侧上的待产生的结构化从而形成电子结构的信息。
在记录中的关于结构化的信息随后在方法步骤b中使用，从而特别借助于直接曝光(直接成像)实现对光敏膜的结构化且然后实现对金属层的结构化。
对于在陶瓷基底上的、通过相机获取的第一单独编码，优选在数据库中存储关于未结构化的金属-陶瓷基底的其他信息，或在读取第一单独编码和载入数据库后被存储。
已经被存储在数据库中的或在生成记录之后被存储的、关于未结构化的金属-陶瓷基底的其他信息，例如，可从如下述组中选择：未结构化的金属-陶瓷基底的批号，生产日期，用于陶瓷基底的材料，用于金属涂层的材料，陶瓷基底的尺寸，金属涂层的尺寸，关于制造未结构化的金属-陶瓷基底的信息，任何客户信息，关于材料缺陷的信息，例如关于在金属涂层与陶瓷之间的气泡(缩孔)的信息，以及上述信息的各种组合。
在未结构化的金属-陶瓷基底在陶瓷基底上不具有第一单独编码的情况下，若已经实施，在数据库中生成记录，在该记录中存储在方法步骤b中针对金属-陶瓷基底的金属层的结构化的信息。若金属-陶瓷基底两侧具有金属涂层，则优选地，记录具有用于两个金属涂层的结构化的信息。
额外于关于待实现的结构化的信息，记录可具有针对未结构化的金属-陶瓷基底的其他信息。针对未结构化的金属-陶瓷基底的额外的其他信息在不具有在陶瓷基底上的单独编码的情况下可从下述组中选择：未结构化的金属-陶瓷基底的批号，生产日期，用于陶瓷基底的材料，用于金属涂层的材料，陶瓷基底的尺寸，金属涂层的尺寸，关于制造未结构化的金属-陶瓷基底的信息，客户信息，关于材料缺陷的信息，例如关于在金属层与陶瓷之间的气泡(缩孔)的信息，以及上述信息的各种组合。
在方法步骤b中，通过直接曝光(直接成像)实现对金属-陶瓷基底的结构化。在直接曝光的方法中，光敏层被涂在未结构化的金属-陶瓷基底的金属涂层上。然后，在所谓的激光直接成像(LDI)中，向下述位置投射激光束，随后在该位置上应保留金属涂层。激光束可通过数字控制的激光、多个激光顺序地、或投影被投射到光敏膜上。光源例如是激光二极管，通过数字控制的透镜或特殊光学系统使所述激光二极管发出的成束的光偏转。未曝光的区域在后续的显影步骤中被析取，底层金属被露出，且在后续的方法步骤中通过蚀刻被析取且由此被去除。然后，去除光敏膜还保留的区域。相反的方法方式也是可行的，在其中，激光直接成像的激光束对准下述位置，即，然后在该位置上金属涂层应被去除。
除根据用于产生待结构化的金属-陶瓷基底的布局的直接曝光方法，在方法步骤c中，在金属层上提供具有第二单独编码的金属-陶瓷基底。该第二单独编码实现在金属-陶瓷基底的金属涂层中，在两侧金属涂层的情况下，仅可在陶瓷基底的一侧或两侧上实现第二单独编码。同样通过如上述的直接曝光方法将第二单独编码置于金属涂层中，且对此使用相同的装置，优选相同的激光或投影，如用于在方法步骤b中的结构化的情况。根据本发明的方法的方法步骤b和c可以以任意顺序相继或同时被执行。
因此在本发明的一优选实施方式中可行的是，两个方法步骤b和c在根据本发明的方法的框架下在单一方法步骤中被实现。
在使用多个金属-陶瓷基底的情况下，金属-陶瓷基底通过支撑边缘相互连接，优选地，第二单独编码在方法步骤c中被产生在每个单个金属-陶瓷基底的金属层上。
在两侧金属涂层的情况下，在方法步骤c中，在金属层上的第二单独编码可被生成在金属-陶瓷基底的前侧或背侧的金属涂层上。还可以进行两侧编码，即，在金属-陶瓷基底的两侧上生成相同或不同编码。
当第二单独编码在金属层中通过直接曝光实现时，例如，条形码或数据矩阵形式的第二单独编码，所产生的蚀刻深度通常为金属层的厚度的25至75％。码的其他形式通常蚀刻陶瓷，例如在所限定的位置上被自由蚀刻如圆形或带角的面。该单独编码用于标识例如在特别多次使用的复合结构中存在的有缺陷的单个-金属-陶瓷基底。在有缺陷的单个金属-陶瓷基底中可特别地为单个-金属-陶瓷基底，该单个-金属-陶瓷基底在金属层与陶瓷基底之间具有缩孔，即，气泡。
在下文中将示出单独编码的优选设计方案，该设计方案既适用于第一单独编码(若存在)还适用于第二单独编码。
在第一设计方案方案中，第一和/或第二单独编码可由大小为40至150μm，优选为50至120μm，进一步优选为60至100μm的像素形成。
在第二设计方案中，在陶瓷基底上的第一单独编码的大小和/或在金属层上的第二单独编码的大小可为240至3600μm2，优选为300至2900μm2，进一步优选为600至2400μm2。
在第三设计方案中，在陶瓷基底上的第一单独编码和/或在金属层上的第二单独编码可被构建为条形码或二维码。
替选或额外可行的是，第一单独编码和/或第二单独编码具有可读取和/或可视觉识别的码的形状。码的可行的形状例如是几何形状，如圆形的、带角的和/或自由形状的面，或诸如圆形、矩形、正方形、三角形等的几个图形。替选地或补充可行的是，码的形状是由几何形状或几何图形的组合，使得例如十字、X或类似的是可行的。替选或补充可行的是，第二单独编码被构建在陶瓷基底上。
在第四设计方案中可行的是，各编码被设置在金属-陶瓷基底上的确定位置上。例如在金属-陶瓷基底的底部、左边角区域是可行的。替选或补充地，任意其他位置是可行的。
在第五设计方案中，第二单独编码可仅由自由蚀刻的任意几何形状图(圆形，矩形，正方形，三角形等)构成，且由此标记存在缺陷的金属-陶瓷基底。
在第二单独编码作为条形码可被构建在金属层上的情况下，条形码的深色区域可被蚀刻，且在金属层上的条形码的浅色区域通过金属被构建。
在第二单独编码作为条形码可被构建在金属层上的情况下，条形码的浅色区域可被蚀刻，且条形码的深色区域通过金属被构建。
在第六设计方案中，在陶瓷基底上的第一单独编码和/或在金属层上的第二单独编码可被构建为条形码，且条形码可通过等距金属面被形成。
在第七设计方案中，在陶瓷基底上的第一单独编码和/或在金属层上的第二单独编码可被构建为数据矩阵编码。
在根据本发明的方法的另一设计方案中，在方法步骤a与方法步骤b之间，在未结构化的金属-陶瓷基底上可对金属层进行超声波检测或其他合适的分析，从而识别在未结构化的金属-陶瓷基底上的区域，在该区域中在陶瓷与金属之间有气泡(所谓的缩孔)。
通常，该缩孔在金属-陶瓷基底的其他处理中是有缺陷的，且因此必须通过手工识别和标记。在此，根据本发明的方法提出自动识别缩孔。在此在金属层上被确定的缩孔位置被读入到金属-陶瓷基底的基础记录中。在接下来的结构化中，这样地调整布局，即，对缩孔位置进行曝光，相应的金属涂层在该位置上被蚀刻，这导致去除缩孔。由此替选地，可通过对在金属-陶瓷单个基底上被限定位置的自由蚀刻，将金属-陶瓷单个基底标示为存在缺陷的。
在根据本发明方法的框架下，典型地，通常仅在下述情况下考虑缩孔，即，当缩孔具有在0.5至3mm的范围中的最小尺寸(在一条线上的最大膨胀)时。
此外，本发明还涉及独立于对未结构化的金属-陶瓷基底和/或结构化的金属-陶瓷基底进行单独编码的用于识别及克服气泡的方法，该气泡可在连接过程中在陶瓷基底与金属涂层之间产生。
对于所述的目的，被结合的金属-陶瓷基底，如上所述，借助于超声波检测或其他合适的分析方法被检测，以便识别在金属-陶瓷基底上缩孔的位置。然后，缩孔的位置这样借助于结构化的直接曝光被操作(unterwerfen)，即，在缩孔的位置上去除金属涂层且由此去除气泡。此外，识别和去除气泡的所述方法可被如此实施，使得缩孔的位置在识别之后被传输到数据库中(针对金属-陶瓷基底的相应记录)，且相应的记录在控制直接曝光时被考虑。
在对直接曝光进行精确实施方面参考上述实施方式。
在另一实施方式中，本发明还涉及具有被设置在陶瓷基底上单独编码的未结构化的金属-陶瓷基底。针对精确的设计方案，参考上述实施方式。
在另一实施方式中，本发明还涉及具有被设置在金属层上单独编码的结构化的金属-陶瓷基底。针对精确的设计方案，参考上述实施方式。
附图说明
根据本发明的方法的以下附图进一步详细地说明本发明。
图1示出根据本发明的方法的流程图。在该图中标示具有下述含义：
F1:为提供具有光敏层的未结构化的金属-陶瓷基底，其中，光敏层和设置在其下的金属层被设置在陶瓷的一侧上或被设置在陶瓷的两侧上
F2:识别在陶瓷基底上的第一单独编码
F3:加载关于在陶瓷基底的金属涂层上待生成的布局的信息(若需要则还针对金属涂层的两侧)
F4:将关于在陶瓷基底的金属涂层上待生成的布局的信息传送到直接曝光装置
F5:生成针对不具有第一单独编码的金属-陶瓷基底的记录
F6:将关于在陶瓷基底的金属涂层上待生成的布局的信息传送到直接曝光装置
F7:对在金属涂层的一侧上或两侧上的光敏层进行曝光，从而构建待蚀刻的布局连同第二单独编码
F8:蚀刻在F7下形成的布局，从而构建结构化的金属-陶瓷基底连同第二单独编码
具体实施方式
根据本发明的方法从未结构化的金属-陶瓷基底开始，所述方法已经具有第一单独编码(线路(a))或不具有第一单独编码(线路(b))。
当未结构化的金属-陶瓷基底(线路(a))具有在陶瓷基底上的第一单独编码时，该第一单独编码通过相机被读取和识别(F2)。对于具有第一单独编码的所述金属-陶瓷基底，存在具有基底特性信息的记录，特别地，具有关于待生成布局的信息的记录。关于待生成的布局的信息被加载(F3)，且被传送到具有激光的直接曝光装置(F4)。
当未结构化的金属-陶瓷基底(线路(b))不具有在陶瓷基底上的第一单独编码时，在数据库中生成针对金属-陶瓷基底的记录(F5)，及补充针对待生成的布局的信息(F6)。
在下一方法步骤(F7)中，在两条路线(a)和(b)中，通过直接曝光，在金属化上在光敏层中生成布局，且在蚀刻步骤中产生结构化的金属-陶瓷基底和生成第二单独编码(F8)。
图2示出不同的可见结构，其可借助于直接曝光被置于金属涂层中。在此涉及条形码或数据矩阵码。
根据本发明的方法使得可以对金属-陶瓷基底进行单独编码。此外，可以去除金属涂层中的例如具有缩孔的存在缺陷的区域。所述缩孔可在曝光时被露出，且由此被蚀刻去除。替选地，可标记具有这样缩孔的存在缺陷的部件。由此，明确标记在金属-陶瓷基底上存在缺陷的位置，或替选地，明确标记整个金属-陶瓷基底。本发明的其他优点将通过形成高分辨率的结构、避免银膜成本、以及降低相对于传统曝光方法的次品而得出。

Claims (15)

1.一种用于制造金属-陶瓷基底的方法，其特征在于下述方法步骤：
a.提供未结构化的金属-陶瓷基底，若需要则其具有在陶瓷基底上的第一单独编码；
b.结构化金属-陶瓷基底的金属层；
c.提供在金属层上具有第二单独编码的金属-陶瓷基底。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在陶瓷基底上的第一单独编码是可视觉识别的标记，优选地，在生成可视觉识别的编码的情况下，所述标记在未结构化的陶瓷基底上通过诸如墨的颜料、金属膏或通过借助于激光标记而生成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用多个金属-陶瓷基底，所述金属-陶瓷基底通过支撑边缘相互连接，所述支撑边缘在所述方法结束时被舍弃，且在陶瓷基底上的第一单独编码被设置在支撑边缘上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
在陶瓷基底上，通过相机获取第一单独编码，且
在方法步骤b中，关于待生成的结构化的第一单独编码的信息被存储在数据库中。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于通过数据库提供的在陶瓷基底上的第一单独编码的信息，在方法步骤b中实现对金属-陶瓷基底的金属层的结构化。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，金属-陶瓷基底不具有在陶瓷基底上的单独的第一编码，且在数据库中生成记录，在所述数据库中存储关于在方法步骤b中待生成的结构化的信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在方法步骤b中，基于在数据库中生成的记录实现对于不具有在陶瓷基底上的第一单独编码的金属-陶瓷基底的金属层的结构化。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤b中，通过直接曝光实现对金属-陶瓷基底的结构化。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，通过在金属层上直接曝光，提供具有第二单独编码的金属-陶瓷基底。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在使用多个金属-陶瓷基底的情况下，金属-陶瓷基底通过支撑边缘相互连接，优选地，在方法步骤c中，第二单独编码被生成在每个单个金属-陶瓷基底的金属层上，所述金属-陶瓷基底可具有相同或不同的信息。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在方法步骤c中，在金属层上的第二单独编码被生成在金属-陶瓷基底的前侧和/或背侧上。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，在陶瓷基底上的第一单独编码和/或在金属层上的第二单独编码被构建为条形码、二维码或数据矩阵码，和/或在陶瓷基底上的第二单独编码由标识存在缺陷的部件的自由蚀刻的任意面构成。
13.一种未结构化的金属-陶瓷基底，其具有被设置在陶瓷基底上的单独编码。
14.一种结构化的金属-陶瓷基底，其具有被设置在金属涂层上的编码。
15.根据权利要求14所述的结构化的金属-陶瓷基底，其可根据权利要求1至11中任一项所述的方法获得。
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