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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
gemäß den Oberbegriffen der
Hauptansprüche.
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Bedingt
durch das unterschiedliche thermische Ausdehnungsverhalten der beteiligten
Materialien, das heißt
des Substrats, der Schicht aus elektrisch isolierendem Material
und der Leiterbahnen, werden die Leiterbahnen unter Stressbedingungen infolge
von Temperaturverläufen
abgelöst
und/oder sogar unterbrochen bzw. zerstört. Dies trifft insbesondere
auf die in der
WO
2003030247-A2 in Verbindung mit einem so genannten SiPLIT-(Siemens
Planar Interconnect Technology)-Prozess erzeugten Cu-Strukturen
zu, die sich unter Stressbedingungen aufgrund von Temperatur-Zyklen
ablösen
können.
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Die
Vermeidung von Ablösungen
von Leiterbahnstrukturen erfolgt auf herkömmliche Weise mittels Anpassung
der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien.
Diese Lösung
ist aufwändig.
Materialien mit angepassten Ausdehnungskoeffizienten stehen nicht
in jedem Fall zur Verfügung.
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Die
JP 08186339 A offenbart
eine Leiterplatte. Eine für
große
elektrische Ströme
geeignete Leiterplatte ist auf einer Teilebefestigungsoberfläche auf einer
gedruckten Leiterplatte befestigt, wobei Beine an den Enden der
Leiterplatte bereitgestellt sind. Die Leiteranschlüsse eines
elektrischen Teils sind an die inneren Umfänge der Beine angeschlossen.
Die äußeren Umfänge der
Beine sind an Befestigungslöchern
befestigt, die in der gedruckten Leiterplatte erzeugt sind.
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Die
WO 02/056653 A2 offenbart
eine Antennenanordnung im oder an dielektrischen Körpern. Ein
Verfahren zur Erzeugung einer Leiteranordnung auf einem ersten Körper umfasst
die Schritte Benutzen zumindest einen Teils des ersten Körpers als
ein Teil einer Gussform und andauerndes Ausbilden zumindest eines
gussgeformten Leiters der Anordnung von Leitern auf dem ersten Körper durch
Gussformen eines geschmolzenen Leitermaterials in der Gussform.
Das Verfahren wird zur Ausbildung von Antennenanordnungen auf einem
dielektrischen ersten Körper
verwendet.
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Die
DE 197 38 589 A1 offenbart
eine Leiterplatte mit einem Trägersubstrat
und mit einer Leiterbahnstruktur, die aus einem leitenden Photomaterial hergestellte
Leiterbahnen aufweist. Bei der Leiterplatte hat das Trägersubstrat
im Zwischenbereich zwischen den Leiterbahnen Vertiefungen, wobei
im Bereich der Vertiefungen leitendes Folienmaterial vorgesehen
ist. Eine solche Leiterplatte lässt
sich kostengünstig
und umweltschonend herstellen.
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Die
US 2003/0087538 A1 offenbart
eine Leiterplatte mit eingebauten befestigten elektronischen Komponenten.
Die Leiterplatte weist eine elektronische Komponente mit einem Verbindungsanschluss auf,
wobei die elektrische Komponente auf einem Träger befestigt ist. Eine Isolationsschicht
ist auf dem Träger
zum Bedecken zumindest eines Bereiches der elektronischen Komponente
erzeugt. Eine Öffnung
in der Isolationsschicht ist zum Freilegen des Verbindungsanschlusses
der elektronischen Komponente erzeugt. Ein Verbindungsbereich ist
in der Öffnung
bereitgestellt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung Leiterstrukturen an Halbleiterbauelementen
beziehungsweise Substraten derart unempfindlich gegenüber thermomechanischen
Spannungen zu erzeugen, dass ein Unterbrechen von elektrischen Verbindungen
auf einfache Weise wirksam vermieden wird.
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Die
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch und ein
Verfahren gemäß dem Nebenanspruch
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs
1 derart weitergebildet, dass eine zu fixierende Leiterstruktur
an der einer isolierenden Schicht zugewandten Seite mindestens eine
Erhebung beziehungsweise Materialerhebung zur Aufnahme in mindestens
eine Aussparung beziehungsweise Materialaussparung in der isolierenden
Schicht aufweist. Die Erhebung der Leiterstruktur ist in der Aussparung
in der isolierenden Schicht aufgenommen. Leiterstruktur bedeutet
jede Art einer zur elektrischen Verbindung dienenden Anordnung,
beispielsweise in Form einer Leiterbahn oder als Flächenform.
Es kann eine Vielzahl von Leiterstrukturen durch elektrisch isolierende
Schichten beziehungsweise Dielektrika getrennt nebeneinander und/oder übereinander
erzeugt sein. Insbesondere sollen Mehrlagen-Siplit-Strukturen erzeugbar sein. Als
Material für
die Leiterstrukturen eignet sich insbesondere Kupfer Cu. Andere
Metalle sind ebenso verwendbar. Durch die Bereitstellung einer Erhebung
aus der Leiterstruktur und deren Aufnahme in einer dazugehörigen Aussparung
in der Dielektrikaschicht wird auf einfache und wirksame Weise eine
mechanische Verbindung zwischen Leiterstruktur und isolierender
Schicht erzeugt. Die Erhebung wird von der Aussparung umfasst und
auf diese Weise fixiert beziehungsweise durch Reibung gehalten.
Die Aussparung kann als „Sackgasse" oder als Durchgang
durch die Isolierschicht (Dielektrikum) bereit gestellt sein. Für die mechanische
Verbindung kann beispielsweise eine Sacklochform ausreichen. Ein
Verkleben von Erhebung mit Aussparung ist ebenso möglich. Gemäß der vorteilhaften
Ausgestaltung weist eine Erhebung die Form eines Stiftes, eines
Zylinders, eines Kegels, eines Zacken, einer gezackten Struktur
und/oder einer Schraube und die Aussparung die jeweils dazugehörige Negativform auf.
Ebenso kann die Erhebung entsprechende Hohlformen wie beispielsweise
Hohlzylinder oder Hohlkegel annehmen. Soll beispielsweise eine bessere
Haftung von verschiedenen SiPLIT-Schichten
erzeugt sein, eignet sich insbesondere eine Dübelverbindung. Dazu wird in
der Aussparung ein Dübel
positio niert. Die Leiterstruktur weist lediglich an der entsprechenden
Stelle eine Öffnung
auf. Durch diese Öffnung
hindurch wird eine Schraube in den Dübel in der Aussparung hinein
gedreht. Damit ist die Erhebung der Leiterstruktur durch eine davon
getrennte Einheit in Form einer Schraube erzeugt. Nach dem Verschrauben
kann die Schraube als mechanisch mit der Leiterstruktur verbundene
Erhebung angesehen werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung ist die Form der Aussparung der Form
der Erhebung derart angepasst, dass ein Formschluss erzeugt ist. Das
heißt
die Erhebung liegt eng an der Aussparung an. Damit ist die Aussparung
eine Art Negativform der Erhebung. Auf diese Weise kann beispielsweise ein
Presssitz erzeugt werden oder zumindest eine Reibungskraft zwischen
Erhebung und Aussparung geschaffen werden, die zur mechanischen
Fixierung der Leiterstruktur auf dem Dielektrikum ausreicht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Form der Aussparung
der Form der Erhebung derart angepasst, dass eine Verankerung der
Erhebung in der Aussparung erzeugt ist. Das heißt, die Erhebung kann sich
in der Aussparung verhaken und ist damit darin verankert. Alternativ
oder kumulativ zum mechanischen Verbinden mittels Reibung kann eine
Anpassung der Form von Aussparung und Erhebung ein mechanisches
Verhaken ineinander schaffen. Dies kann beispielsweise mittels einer
Schnappverbindung bereit gestellt sein. Andere Verankerungsmechanismen
sind ebenso denkbar. Ist die Aussparung als Durchgang ausgeführt, kann
die Erhebung der Leiterstruktur beispielsweise an der Kante der
abgewandten Seite der Isolierschicht verhakt bzw. verankert sein.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Erhebung als Steg
und die Aussparung als Kanal ausgebildet. Steg und Kanal können entlang
der Verbindungsfläche
zwischen Leiterstruktur und Isolierschicht beliebige Verläufe aufweisen. Ein
Beispiel ist eine Kreisform. Damit kann die mechani che Verbindung über einen
größeren Bereich der
mechanisch mit der Isolationsschicht zu verbindenden Leiterstruktur
erzeugt sein. Die Leiterstruktur kann vorteilhaft beispielsweise
als Fläche
ausgebildet sein.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Erhebung steckerartig
und die Aussparung buchsenartig, beispielsweise in einer Sacklochform,
ausgebildet. Damit kann die Erhebung auf einfache Weise durch Aufnahme
in die Aussparung mechanisch fixiert werden. Mit zunehmender Anzahl von,
insbesondere stecker- oder stiftartigen, durch Aussparungen aufgenommenen
Erhebungen kann die Verbindungskraft zwischen Leiterstruktur und
Isolierschicht vergrößert werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrisch isolierende
Schicht an einem Substrat angeordnet. Auf diese Weise wird die mechanische
Stabilität
der Vorrichtung wesentlich erhöht.
Auf dem Substrat können
zwischen Isolierschicht und Substrat Halbleiterbauelemente, insbesondere
Leistungshalbleiterbauelemente, angeordnet werden. Auf dem Substrat
und/oder dem Halbleiterbauelement können Kontaktflächen zur
elektrischen Kontaktierung bereit gestellt sein.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Leiterstruktur mittels
der Erhebung mit mindestens einem Kontaktbereich auf dem Substrat und/oder
mit mindestens einem Kontaktbereich auf mindestens einem an der
Oberfläche
des Substrats angeordneten Halbleiterchip elektrisch kontaktiert, wobei
die Aussparung als Durchgang für
die Erhebung zu dem Kontaktbereich ausgebildet ist. Dadurch wird
die Leiterstruktur, insbesondere mit einem Halbleiterchip, elektrisch
kontaktiert. Die Ausnehmung durchdringt bevorzugt die Isolierschicht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Leiterstruktur durch
mindestens ein Fenster in der elektrisch isolierenden Schicht hindurch
flächig
mit mindestens einer Kontaktfläche
auf dem Substrat und/oder mit mindestens einer Kontaktfläche auf
mindestens einem an der Oberfläche des
Substrats angeordneten Halbleiterchips elektrisch kontaktiert. Dieses
elektrische Kontaktieren entspricht dem Kontaktieren gemäß der vorstehend genannten
SiPLIT-Technologie.
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Gemäß der einer
bevorzugten Ausführungsform
wird ein Verfahren zur Erzeugung einer der vorstehend beschriebenen
Vorrichtungen mit den Schritten Erzeugen mindestens einer Schicht
aus elektrisch isolierendem Material mit mindestens einer Materialaussparung
oder einem Fenster, und Aufbringen einer Leiterstruktur auf die
Schicht und dabei erfolgendes Auffüllen der Materialaussparung
mit Leitermaterial der Leiterstruktur bereitgestellt. Es wird/werden
die Aussparung und/oder das Fenster mittels Lasern, Plasmaätzen, chemischen Ätzen und/oder
photographisch erzeugt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung kann die mindestens eine Leiterstruktur
mit mindestens einer Erhebung zur Aufnahme in der Materialaussparung
vor dem Aufbringen auf der Schicht aus elektrisch isolierendem Material
(Isolationsschicht) zunächst
abgetrennt von der Schicht aus elektrisch isolierendem Material
als selbstständige
Einheit erzeugt sein. Diese Einheit, insbesondere die Erhebung,
wird dann beispielsweise durch Pressen in die Isolationsschicht
beziehungsweise in die Ausnehmung mechanisch an die Isolationsschicht
gekoppelt und an dieser fixiert.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Aufbringen der Leiterstruktur
mittels physikalischer, chemischer und/oder elektrochemischer Metallisierung
erfolgen. Mögliche
Ausführungsformen
sind beispielsweise Aufspritzen, Sputtern, und/oder Aufdampfen.
Eine galvanische Verstärkung
ist ebenso ausführbar.
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Gemäß weiteren
Ausführungsformen
kann das Auffüllen
der Aussparung mit dem Leitermaterial der Leiterstruktur vollständig oder
mit einer Hohlform erfolgen. In letzterem Fall der teilweisen Befüllung kann
die Erhebung die Form einer Hülse
oder eines Hohlzylinders aufweisen, die einen Hohlraum umgeben.
Dabei liegt das Leitermaterial insbesondere lediglich an der Wand
der Aussparung an. Beliebige Hohlraumformen der Materialerhebung
sind in Verbindung mit der dazugehörigen Materialausnehmung erzeugbar.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt ein Aufbringen der
Schicht aus elektrisch isolierendem Material auf die Oberfläche eines Substrats.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt ein Erzeugen der Aussparung
als Durchgang für
die Erhebung zu mindestens einem Kontaktbereich auf dem Substrat
und/oder zu mindestens einem Kontaktbereich auf mindestens einem an
der Oberfläche
des Substrats angeordneten Halbleiterchip, und elektrisches Kontaktieren
der Leiterstruktur mittels der Erhebung mit dem Kontaktbereich.
Dies kann beispielsweise über
Löten erfolgen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt ein Erzeugen mindestens
eines Fensters in der elektrisch isolierenden Schicht als Durchgang
für die
Leiterstruktur zu mindestens einem Kontaktbereich auf dem Substrat
und/oder zu mindestens einem Kontaktbereich auf mindestens einem
an der Oberfläche
des Substrats angeordneten Halbleiterchip, und flächiges elektrisches
Kontaktieren der Leiterstruktur durch das Fenster hindurch mit dem Kontaktbereich.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit der 1 näher beschrieben. Es zeigt
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer mechanischen Verbindung einer Leiterbahn mit einem Dielektrikum.
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1 zeigt
einen Querschnitt eines Substrats 1 auf dem eine elektrisch
isolierende Schicht 3 angeordnet ist. Die Schicht 3 kann
beispielsweise auf das Substrat 2 auflaminiert worden sein.
Andere Verbindungsverfahren sind ebenso möglich. Auf der dem Substrat 1 abgewandten
Seite des Dielektrikums 3 ist eine Leiterstruktur 5 in
Form einer Leiterbahn, und insbesondere in Form einer SiPLIT-Leiterbahn
erzeugt. Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Erhebung von der
Leiterbahn 5 auf der Seite zur Isolierschicht 3.
Diese Materialerhebung 7 ist zylinderförmig, kegelförmig und
zackenförmig
dargestellt. Andere Formen sind ebenso möglich. Die elektrisch isolierende
Schicht 3 weist zu den Erhebungen 7 entsprechende
Materialaussparungen 9 in Form eines Hohlzylinders, eine
Hohlkegels und einer Hohlzackenform auf. 1 zeigt
einen Formschluss zwischen Erhebung 7 und Aussparung 9.
Zusätzlich zeigt
die rechte mechanische Verbindungsstruktur, dass die Erhebung 7 mit
der Aussparung verhakt ist. Auf diese Weise ist eine durch thermomechanische Kräfte belastbare
Schichtfolge erzeugt, die ein Ablösen oder Unterbrechen der Leiterstruktur 5 infolge verschiedener
Ausdehnungskoeffizienten der Materialien vermeidet. Durch die Fixierung
mittels Erhebungen 7 und Aussparungen 9 bleibt
die Leiterbahnstruktur 5 trotz thermisch verursachter Verbiegungen
mit der elektrisch isolierenden Schicht 3 mechanisch sicher
verbunden. Zusätzlich
können
diese mechanischen Verbindungsstellen zur elektrischen Kontaktierung
der Leiterstruktur 5 mit weiteren elektrischen Kontaktbereichen
verwendet werden. Es sind geeignete Öffnungen in der dielektrischen Schicht 3 zur
festen Anbindung der Leiterbahn 5 und zur elektrischen
Kontaktierung erzeugt. Öffnungen bzw.
Materialaussparungen 9 können beispielsweise als Sacklochöffnungen
oder als Durchgangsöffnungen
erzeugt sein.
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Der
beschriebene Verbindungsmechanismus erlaubt insbesondere eine verbesserte
Haftung der verschiedenen SiPLIT-Schichten aufeinander mittels angepasster
Dübel-
oder Schnappverbindungen.
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Das
Erzeugen von Öffnungen
bzw. Materialaussparungen 9 kann mittels Laser, Photographie, Plasmaätzen oder
chemisches Ätzen
erfolgen.