-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heißprägen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
ein Substrat gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 15 sowie einen Prägestempel
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 21.
-
Das
Heißprägen von
Leiterbahnen auf, insbesondere aus einem Polymermaterial ausgebildete, Substrate
stellt eine umweltfreundliche Möglichkeit zur
Herstellung von Leiterbahnen dar. Bei bekannten Heißprägeverfahren
wird zunächst
das Substrat mit der gewünschten
Mikrostruktur, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens,
hergestellt. Daraufhin wird das Substrat zusammen mit einer auf
dieses aufgelegten Metallfolie in eine Presse gelegt, woraufhin
die ebenen (zweidimensionalen) Leiterbahnen unter Anwendung von
Druck und Temperatur mittels eines strukturierten Prägestempels
als vertiefte Strukturen geprägt
werden. Die Restfolie auf einer erhabenen Strukturebene des Substrates
wird nach dem Prägeprozess
von dem Substrat wieder abgezogen. Der Abziehprozess ist äußerst kritisch.
Der Erfolg des Abziehprozesses ist im Wesentlichen abhängig von
der Reißfestigkeit
der Metallfolie. Nicht abgezogene Folienreste können zu Kurzschlüssen zwischen
den Leiterbahnen führen.
Beim Abziehprozess können,
insbesondere dann, wenn der Prägedruck nicht
ausreichend groß war,
die eigentlichen, von der erhabenen Strukturebene beabstandeten,
abgesetzten Leiterbahnen mit abgezogen oder beschädigt werden.
Beim Abziehprozess darf also einerseits die (erhabene) abzuziehende
Restfolie nicht zu stark an das Substrat angedrückt werden, was zur Folge hat, dass
auch die abgesetzten, tiefer gelegenen Leiterbahnen nur mit dieser
Maximalkraft aufgebracht werden. Andererseits muss die Prägekraft
jedoch ausreichend groß gewählt werden,
um zu gewährleisten, dass
die Leiter bahnen nach dem Abziehprozess der Restfolie ausreichend
stark an dem Substrat anhaften.
-
Nachteilig
bei dem bekannten Verfahren ist weiterhin, dass die ebenen (zweidimensionalen)
Leiterbahnen ausschließlich
in einer abgesetzten Strukturebene eingebracht werden können. Dies
führt dazu,
dass das Festlegen von Halbleiterchips auf den Leiterbahnen mittels
eines Klebe-FlipChip-Verfahrens nur möglich ist, wenn die Höhendifferenz
zwischen den Leiterbahnen und der erhabenen Strukturebene die Höhe der Bumps
unterschreitet. Bei Gold-Stud-Bumps beträgt diese Höhe etwa 50 μm. Dies ist technologisch schwer
erzielbar, da bei derartig geringen Prägetiefen aufgrund einer Mindestdicke der
zum Einsatz kommenden Metallfolie praktisch keine Stanzung der Metallfolie
möglich
ist und somit keine Leiterbahnen auf dem Substrat stehen bleiben können. Auch
für einen
Löt-FlipChip-Prozess
sind bekannte Substrate mit eingeprägten Leiterbahnen nur bedingt
einsetzbar, da die Lot-Bumps kugelförmig sind und somit für schmale
Leiterbahnen nur geringe Prägetiefen
akzeptabel wären.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Technische Aufgabe
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives, zuverlässiges Verfahren
zum Heißprägen mindestens
einer Leiterbahn auf ein, insbesondere aus Kunststoff bestehendes,
Substrat vorzuschlagen. Bevorzugt sollen die mit einem derartigen Verfahren
mit mindestens einer Leiterbahn versehenen Substrate für das Aufbringen
von Halbleiterbauelementen mittels eines FlipChip-Verfahrens geeignet
sein. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein entsprechend optimiertes
Substrat mit mindestens einer aufgeprägten Leiterbahn sowie einen
Prägestempel zur
Durchführung
des vorgenannten Verfahrens bereitzustellen.
-
Technische Lösung
-
Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs
1, hinsichtlich des Substrates mit den Merkmalen des Anspruchs 15
und hinsichtlich des Prägestempels
mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen
der Erfindung fallen sämtliche
Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschrei bung, den Ansprüchen und/oder
den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen
sollten vorrichtungsgemäß offenbarte
Merkmale als verfahrensgemäß offenbart
gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollten verfahrensgemäß offenbarte
Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart
gelten und beanspruchbar sein.
-
Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Prägevorgang, insbesondere durch
eine geeignete Strukturierung, insbesondere Mikrostrukturierung,
des Prägestempels,
derart zu realisieren, dass die zunächst ebene (zweidimensionale)
Folie während
des Prägeprozesses
eine dreidimensionale Formgebung erhält. Dabei kann die dreidimensionale Ausformung
dadurch erhalten werden, dass die Folie an eine korrespondierende,
dreidimensionale, bereits vorhandene Strukturierung des Substrates
mit Hilfe des Prägestempels
unter Einwirkung von Druck und Temperatur angepresst wird oder bevorzugt
dadurch, dass die die dreidimensionale Leiterbahn stützende (dreidimensionale)
Substratstruktur, insbesondere Mikrostruktur, (erst) mittels des
strukturierten Prägestempels
gleichzeitig mit dem Aufpressen bzw. Festlegen der Folie gegen das
Substrat in das Substrat eingebracht wird. Durch die dreidimensionale Ausformung
der Folie bzw. des Substrates ist es möglich, die Folie, wie später noch
erläutert
werden wird, abschnittsweise in einer erhabenen (oberen) Substratebene
anzuordnen, wodurch Halbleiterbauelemente im FlipChip-Verfahren
auf die erhabenen Leiterbahnabschnitte aufgebracht werden können. Gleichzeitig
erhält
die Leiterbahn durch ihre dreidimensionale Ausformung eine größere Querschnittsfläche, da
sich die Leiterbahn in Bereiche unterhalb der erwähnten, erhabenen
Substratebene, also in Substratstrukturgräben hinein erstrecken kann,
wodurch die Stromtragfähigkeit
der entsprechenden Leiterbahn erhöht wird. Im Gegensatz zum Stand
der Technik steht nicht lediglich ein ebener (zweidimensionaler)
Leiterbahnabschnitt zur Stromleitung zur Verfügung.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
Strukturierung der Folie zur Ausbildung von dreidimensional geformten
Leiterbahnen derart durchgeführt
wird, dass es nicht zur Ausbildung von funktionslosen Restfolienbereichen auf
dem Substrat kommt, wodurch auf einen Abziehverfahrensschritt der
Folie von dem Substrat im Stempelbereich zwischen benachbarten Leiterbahnen
nach dem Prägevorgang
verzichtet werden kann. Anders ausgedrückt ist es durch eine geeignete
dreidimensionale Strukturierung der Folie möglich, die gesamte aufgeprägte Folie
funktionell, also zur Stromleitung zu verwenden.
-
Ganz
besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Folie
derart mittels des Prägestempels
heißgeprägt wird,
dass die mindestens eine aus dem Heißprägeprozess resultierende Leiterbahn abschnittsweise
auf einer erhabenen, insbesondere ebenen, Substratebene angeordnet
ist, um das Festlegen von Halbleiterbauelementen im FlipChip-Verfahren
zu ermöglichen.
Gleichzeitig erstreckt sich die geprägte Leiterbahn auf die an die
erhabene Substratebene angrenzende, winklig zur Substratebene angeordnete
Substratflanke, also in Richtung in einen zur erhabenen Substratebene
benachbarten bzw. diese begrenzenden Strukturgraben hinein. Die auf
der Substratflanke angeordnete Leiterbahnflanke hat im Wesentlichen
die Aufgabe der Vergrößerung der
Stromtragfähigkeit
der Leiterbahn und dient bevorzugt nicht zum Halten von an der Leiterbahn
festgelegten Halbleiterbauelementen. Die Leiterbahnflanke nimmt
bevorzugt sämtlichen „Folienüberschuss” auf, sodass
funktionslose Restfolienbereiche auf dem Substrat vermieden werden.
-
Ganz
besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Verfahrens,
bei der die Substratflanke die erhabene, vorzugsweise ebene, Substratebene nicht
hinterschneidet, um eine Entformung des Substrates von dem Prägestempel
nach dem Heißprägevorgang
sicherstellen zu können.
Anders ausgedrückt
ist der Winkel zwischen der Substratflanke und der erhabenen Substratebene
mindestens so groß gewählt, dass
die Substratflanke senkrecht zur Substratebene verläuft und
maximal so groß gewählt ist, dass
die erhabene Substratebene und die Substratflanke nicht in einer
gemeinsamen Ebene liegen, sondern winklig zueinander angeordnet
sind. Anders ausgedrückt
spannen die Substratflanke und die erhabene Substratebene vorzugsweise
einen Winkel aus einem Bereich zwischen etwa 90° und etwa 179°, vorzugsweise
aus einem Wertebereich zwischen etwa 110° und etwa 160°, ganz besonders
bevorzugt zwischen etwa 120° und
etwa 150° auf.
-
Ganz
besonders bevorzugt ist es, wenn die Folie derart heißgeprägt wird,
dass zwei benachbarte Leiterbahnen soweit lateral beabstandet sind,
dass die Leiterbahnen elektrisch voneinander isoliert sind, wobei
zwischen den benachbarten Leiterbahnen beim Heißprägeprozess keine Restfolie entsteht, sondern
die Folie vollständig
auf die Leiterbahnen, insbesondere auf die Leiterbahnflanken der
Leiterbahnen, verteilt wird. Da die elektrische Isolation zweier
benachbarter Leiterbahnen nicht über
die Prägetiefe,
sondern über
den lateralen Abstand erfolgt, hat die Prägetiefe im Wesentlichen keinen
Einfluss auf die Isolationswirkung.
-
Wie
zuvor bereits angedeutet ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der
in einem Bereich zwischen zwei benachbarten, dreidimensional geformten
Leiterbahnen nach dem Prägeprozess
kein Folienrest auf dem Substrat verbleibt, ohne dass hierzu ein
Abziehprozess notwendig wäre,
sondern dass der Prägevorgang
so durchgeführt
wird, dass die Folie auf die benachbarten Leiterbahnen, insbesondere
die einander zugewandten Leiterbahnflanken, verteilt wird.
-
Die
vorgenannte, bevorzugte, Ausführungsform
wird mit Vorteil mit Hilfe eines Prägestempels realisiert, der
einen, eine Klingenschneide aufweisenden Klingenabschnitt umfasst,
der dafür
sorgt, dass die Folie, insbesondere mittig, in einem Bereich zwischen
zwei herzustellenden Leiterbahnen beim Prägeprozess getrennt wird, wobei
die einander zugewandten Folienabschnitte mit Hilfe des weiterbewegten
Prägestempels
gegen jeweils eine Substratflanke gedrückt und damit lateral voneinander
beabstandet werden. Anders ausgedrückt, wird mit Hilfe des Prägestempels
ein Trenn-Prägeprozess
durchgeführt,
bei dem die Folie zunächst
durchtrennt und diese bei weiter fortgeführtem Stempelvorgang an die
Substratflanken sowie die erhabenen Substratebenen angepresst wird,
woraus dreidimensional ausgeformte Leiterbahnen resultieren, die
lateral voneinander beabstandet sind.
-
Bevorzugt
weist der Klingenabschnitt eine schmale, sich in Richtung des Substrates
verjüngende
Keilform auf.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die
Folie mindestens eine Metallschicht, insbesondere eine Aluminiumschicht,
eine Kupferschicht und/oder eine Goldschicht umfasst oder aus einer
vorgenannten Schicht besteht.
-
Gemäß einer
zweckmäßigen Weiterbildung ist
mit Vorteil vorgesehen, dass die zum Einsatz kommende Folie, auf
der dem Substrat zugewandten Seite, mit mindestens einer Haftschicht,
beispielsweise einer Kunststofffolie oder einer Klebstoffschicht,
versehen ist. Alternativ ist es denkbar, eine vergleichsweise mechanisch
stark aufgeraute Schicht einzusetzen, um die Haftwirkung zum Substrat
zu verbessern. Unmittelbar auf die elektrisch leitende Schicht oder die
mechanisch aufgeraute Schicht kann eine zusätzliche Haftschicht, beispielsweise
aus Schwarzoxid, oder eine dendritisch behandelte Schicht aufgebracht
werden, wodurch eine stärkere
mechanische Verzahnung mit der angeschmolzenen Substratoberfläche erreicht
wird.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass, insbesondere
auf der von dem Substrat abgewandten Seite der Folie, mindestens eine
Veredelungsschicht vorgesehen ist. Diese kann beispielsweise aus
Zinn ausgebildet sein. Die Veredelungsschicht dient je nach Beschaffenheit
dazu, Korrosionserscheinungen vorzubeugen oder um die Lötbarkeit
und/oder die Drahtbondbarkeit und/oder die FlipChipbarkeit der Folie
bzw. der dreidimensional ausgeformten Leiterbahn zu verbessern.
Ein weiterer Vorteil des Vorsehens einer Veredelungsschicht und
der Folie besteht darin, dass gegebenenfalls nur die Folie, nicht
aber das gesamte, unter Umständen empfindliche,
Substrat einen entsprechenden, beispielsweise galvanischen, Veredelungsprozess durchlaufen
muss.
-
Der
zum Einsatz kommende Prägestempel kann
beispielsweise aus Messing, Stahl oder Keramik ausgebildet sein.
In jedem Fall sollte zumindest die strukturierte Stempelfläche des
Prägestempels aus
einem Werkzeugmaterial sein, das härter ist als die zum Einsatz
kommende Folie, um den Verschleiß des Prägestempels zu minimieren.
-
Bei
dem einleitend beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten,
Heißprägeverfahren ist
es ferner von Nachteil, dass dieses nur auf einzelne Substrate angewendet
werden kann, da das Problem besteht, dass, falls eine gemeinsame
Folie auf mehrere Substrate gleichzeitig aufgelegt würde, sich diese
beim Prägeprozess
stark verschieben und Falten werten würde. Um dieses Problem zu umgehen und
um eine gleichzeitige, d. h. Parallelfertigung, d. h. Heißprägung, mehrerer
Substrate mit einer gemeinsamen Folie zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass
die Folie vor und/oder während
des Prägevorgangs,
zumindest abschnittsweise, auf das mindestens eine, vorzugsweise
auf sämtliche
zu prägenden Substrate
laminiert, d. h. vorfixiert wird. Zusätzlich oder alternativ kann
die Folie über
das mindestens eine Substrat, vorzugsweise über mehrere Substrate, vor
und/oder während
des gemeinsamen Prägevorgangs,
beispielsweise mittels eines Spannrahmens gespannt werden.
-
Von
besonderem Vorteil ist es (insbesondere nach vorheriger Vorfixierung
und/oder vorherigem Spannen einer gemeinsamen Folie auf bzw. über mehrere
Substrate), mehrere Substrate gleichzeitig mit mindestens jeweils
einer dreidimensionalen Leiterbahn zu prägen. Bevorzugt wird hierzu
ein gemeinsamer Prägestempel
mit mehreren Prägeabschnitten
eingesetzt. Ebenso ist es denkbar, ein flächiges Substrat in unterschiedlichen
Substratabschnitten durch die Laminierung, d. h. Vorfixierung, und/oder
das Vorspannen der gemeinsamen Folie gleichzeitig zu prägen, wobei
es realisierbar ist, die unterschiedlichen, vorzugsweise gleichartigen,
Substratabschnitte nach dem Prägeprozess
voneinander zu trennen, um einzelne, vorzugsweise identische, Bauelemente
zu erhalten. Das Trennen kann beispielsweise durch Schneiden oder
Sägen erfolgen.
-
Optimiert
werden kann das zuvor beschriebene Verfahren dadurch, dass das Substrat
gleichzeitig mit dem Aufprägen
mindestens einer dreidimensionalen Leiterbahn mittels des Prägestempels dreidimensional
strukturiert wird. Beispielsweise können, insbesondere außerhalb
eines von der Folie überdeckten
Bereichs, Mikrostrukturen, vorzugsweise fluidische Strukturen, wie
Kanäle,
Durchgangslöcher,
Kavernen, etc. in das vorzugsweise aus Polymer bestehende Substrat
eingeprägt
werden.
-
Die
Erfindung führt
auch auf ein Substrat, auf das durch Heißprägen einer Folie eine Leiterbahn aufgeprägt wurde.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
die Leiterbahn eine dreidimensionale Form aufweist. Besonders bevorzugt
ist es, wenn die Leiterbahn eine erhabene, insbesondere ebene, auf
einer erhabenen Substratebene angeordnete Leiterbahnebene und zum
anderen mindestens eine an die erhabene Leiterbahnebene angrenzende,
auf einer Substratflanke angeordnete Leiterbahnflanke aufweist. Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform,
bei der an beiden Seiten, d. h. quer zur Längserstreckung der Leiterbahn
an die erhaben angeordnete Leiterbahnebene eine sich in Richtung
in das Substrat hinein erstreckende Substratflanke anschließt.
-
Ganz
besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Leiterbahnflanke
winklig zur erhaben angeordneten Leiterbahnebene angeordnet ist,
wobei die Substratflanke im Extremfall senkrecht, vorzugsweise jedoch
flacher, relativ zur Leiterbahnebene angewinkelt ist.
-
In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass zwei
quer zu ihrer Längserstreckung
benachbarte Leiterbahnen soweit lateral, d. h. quer zu ihrer Längserstreckung
voneinander beabstandet sind, dass die Leiterbahnen elektrisch voneinander
isoliert sind.
-
Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform
des Substrates, bei der die Folie nicht bis zum Grund eines zwischen
zwei benachbarten Leiterbahnen ausgebildeten Substratgrabens reicht,
sondern in Tiefrichtung vor dem Substratgrabengrund an einer den
Substratgraben begrenzenden Substratflanke endet. Der dieses seitliche
Leiterbah nende überragende
Abschnitt des Substratgrabens wird bevorzugt mit einem Klingenabschnitt
zum Trennen der Folie in das Substrat beim Heißprägen eingebracht.
-
Ganz
besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Substrates,
bei der zwischen zwei einander zugewandten Leiterbahnflanken zweier
quer zu ihrer Längserstreckung
benachbarter Leiterbahnen kein Folienrest auf dem Substrat angeordnet
ist, wobei ganz besonders bevorzugt beim Heißprägen in diesem Bereich erst
gar kein Folienrest entsteht, sondern die Folie auf die benachbarten
Leiterbahnflanken verteilt wird.
-
Die
Erfindung führt
auch auf einen Prägestempel
zur Durchführung
eines zuvor beschriebenen Heißprägeverfahrens.
Der Prägestempel
weist eine strukturierte Prägefläche (Stempelfläche) auf. Dabei
ist die strukturierte Prägefläche mit
mindestens einem, vorzugsweise spitzwinklig auf eine Klingenschneide
zulaufenden, Klingenabschnitt versehen, zu dem benachbart ein Prägeabschnitt
zum Pressen der Folie gegen eine Substratflanke angeordnet ist.
Es ist auch möglich,
die Substratflanke mit dem Prägeabschnitt
beim Anpressen der Folie an das Substrat in das Substrat einzuprägen. Im
Hinblick auf die Ausbildung des Klingenabschnittes und des Prägeabschnittes
gibt es unterschiedliche Möglichkeiten.
So ist es beispielsweise denkbar, dass der Klingenabschnitt und
der Prägeabschnitt
von unterschiedlich angewinkelten Strukturabschnitten des Prägestempels
gebildet werden. Es ist auch eine Ausführungsform realisierbar, bei
der der Klingenabschnitt und der Prägeabschnitt von einer gemeinsamen
Strukturflanke eines vorzugsweise keilförmigen Strukturabschnitts des
Prägestempels
gebildet sind.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnungen. Diese zeigen in:
-
1 zwei
unterschiedliche Polymersubstrate,
-
2 ein
Ausführungsbeispiel
einer möglichen
zur Anwendung kommenden Folie,
-
3 eine
mögliche
Ausführungsform
eines Prägestempels,
-
4 eine
Presse, in der ein Substrat mit einer vollflächig auf diesem aufgelegten
Folie angeordnet ist.
-
5 eine
Presse, in der mehrere Substrate angeordnet sind, auf die eine gemeinsame
Folie vor dem eigentlichen Prägeschritt
auflaminiert wurde,
-
6 eine
teilflächige
Anordnung zweier auf ein einziges Substrat laminierter Folien,
-
7 ein
in einer Presse aufgenommenes Substrat, auf das zwei beabstandete
Folien auflaminiert sind, wobei der Prägestempel auch in einem Bereich
außerhalb
der Folien zur Strukturierung des Substrates mit einer Prägestruktur
versehen ist,
-
8 ein
aus dem Prägevorgang
gemäß 7 resultierendes,
mit dreidimensional ausgeformten Leiterbahnen versehenes Substrat.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
In 1 sind übereinander
zwei unterschiedliche Substrate 1 aus einem Kunststoffmaterial gezeigt.
Das in der Zeichnungsebene obere Substrat 1 ist unstrukturiert,
wohingegen das in der Zeichnungsebene untere Substrat 1 mit
einer Mikrostruktur 2 versehen ist, die beispielsweise
in einem abtragenden Verfahren oder in einem Umformverfahren oder beispielsweise
bei der Herstellung im Spritzgussverfahren eingebracht wurde.
-
In 2 ist
eine bevorzugte, zum Herstellen von dreidimensional konturierten
Leiterbahnen zum Einsatz kommende, Folie 3 gezeigt. Die
Folie 3 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel dreischichtig ausgeführt. Eine
mittlere elektrisch leitende Schicht 4 ist in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
aus Gold ausgebildet. Darüber
befindet sich in der Zeichnungsebene eine Veredelungsschicht 5.
Auf einer dem Substrat 1 in einem späteren Prägeprozess zugewandten unteren
Seite ist eine Haftschicht 6 vorgesehen.
-
In 3 ist
ein bevorzugter, für
den Heißprägeprozess
einsetzbarer, Prägestempel 7 mit
einer Prägefläche 8 (Stempelfläche) gezeigt.
Die Prägefläche 8 ist
mit einer Prägestruktur 9 (Mikrometerstruktur)
versehen.
-
Wie
sich aus der vergrößerten Darstellung eines
Detailausschnittes des Prägestempels 7 in
der Zeichnungsebene rechts ergibt, umfasst die Stempelstruktur spitz
zulaufende keilförmige
Fortsätze 10. Jeder
(Struktur-)Fortsatz 10 kann unterteilt werden in einen
in der Zeichnungsebene unteren, dem Substrat 1 zugewandten,
Klingenabschnitt 11 der in der Zeichnungsebene unten begrenzt
wird von einer sich in die Zeichnungsebene hinein erstreckenden
(scharfen) Klingenschneide 12, die zum Durchtrennen der
Folie 3 beim Heißprägeprozess
dient. In der Zeichnungsebene oberhalb des Klingenabschnittes 11 schließt ein kegelstumpfförmiger Prägeabschnitt 13 an,
der zum Anpressen eines Folienabschnitts an später noch zu erläuternde
Substratflanken dient. Ferner ist zu erkennen, dass winklig zu dem
Prägeabschnitt 13 ein weiterer
Prägeabschnitt 14 angeordnet
ist, der zum Prägen
der Folie 3 an eine ebenfalls später noch zu erläuternde,
erhabene Substratebene dient. Durch das Vorsehen des Klingenabschnittes 12 sowie
des entgegen der Stempelrichtung daran anschließenden (breiteren) Prägeabschnittes 13 wird
die Folie beim Heißprägeschritt
von der Klingenschneide 12 getrennt und daraufhin durch
weiteres Verfahren des Prägestempels 7 in
die Stempelrichtung 16, also auf das Substrat zu, an Substratflanken 23 angepresst, die
entweder bereits in dem Substrat 1 vorhanden sind oder
bevorzugt mit Hilfe der Prägestruktur 9 beim
Heißprägevorgang
zum Aufprägen
der Folie 3 in das Substrat 1 eingebracht werden.
Nach dem Heißprägen wird
die Temperatur soweit heruntergefahren, dass das Substrat 1 wieder
hart ist, woraufhin der Stempel 7 wieder entgegen der Stempelrichtung 16 entfernt
wird.
-
In 4 ist
eine Presse 15 mit einem Prägestempel 7 gezeigt.
In die Presse 15 ist ein unstrukturiertes Substrat 1 eingelegt.
Auf diesem befindet sich eine dreischichtige Folie 3 (vgl. 3),
die entweder nur auf das Substrat 1 aufgelegt, vorzugsweise
jedoch auf dieses in einem vorhergehenden Schritt auflaminiert wurde.
Alternativ ist das Spannen der Folie 3, beispielsweise
in einem Spannrahmen, möglich. Der
Prägestempel 7 ist
in zwei voneinander beabstandeten Abschnitten mit jeweils einer
Prägestruktur 9 versehen,
wobei jede Prägestruktur 9 keilförmige Fortsätze 10 mit
jeweils einem dem Substrat 1 zugewandten Klingenabschnitt
und einem auf der von dem Substrat 1 abgewandten Seite
daran anschließenden,
im Wesentlichen kegelstumpfförmigen
Prägeab schnitt 13 (vgl. 3)
anschließt.
Beim Stempeln (Prägen)
werden bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei identisch geprägte
Substratabschnitte erhalten, die in einem darauffolgenden Schritt
voneinander getrennt werden können.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5 sind
in die Presse 15 mehrere unterschiedliche, nicht strukturierte
Substrate 1 eingelegt, die von einer gemeinsamen Folie 3 überdeckt
sind. Die Folie 3 ist auf sämtliche Substrate 1 auflaminiert.
Alternativ ist ein Spannen der Folie 3, beispielsweise
in einem Spannrahmen, möglich.
-
In
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 6 sind
auf einem einzigen, nicht strukturierten, Substrat 1 zwei
lateral beabstandete Folien 3 auflaminiert. Durch einen
Prägevorgang,
durch den der Prägestempel 7 auf
das Substrat 1 in eine Stempelrichtung 16 (Prägerichtung)
relativ zu dem Substrat 1 bewegt wird, können zwei
identisch strukturierte, d. h. mit jeweils mindestens einer dreidimensionalen
Leiterbahn versehene, Substratabschnitte erhalten werden, die in
einem späteren
Verfahrensschritt voneinander getrennt werden können.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 7 ist
in eine Presse 15 ein einziges, nicht strukturiertes Substrat 1 eingebracht.
Auf dieses sind zwei voneinander beabstandete, unterschiedlich große, Folien 3 auflaminiert.
Der Prägestempel 7 ist
nicht nur in den Bereichen oberhalb der Folien 3 mit einer
Prägestruktur 9 versehen,
sondern weist auch in einem außerhalb
der Folie 3 liegenden Bereich eine Prägestruktur 9 auf,
mit der die in 8 beispielhaft dargestellte
Mikrostruktur 2, insbesondere eine fluidische Mikrostruktur 2,
in das Substrat 1 einbringbar ist.
-
Alternativ
zu der zuvor beschriebenen Vorgehensweise kann der Heißprägeprozess
zum Herstellen der dreidimensionalen Leiterbahnen auch auf einem
bereits vorstrukturierten Substrat 1 durchgeführt werden.
-
In 8 ist
ein aus dem Prägeprozess
gemäß 7 resultierendes
Substrat 1 gezeigt. Zu erkennen ist, dass aus der Folie 3 dreidimensional
ausgeformte, voneinander isolierte Leiterbahnen 17 entstanden
sind.
-
Jede
Leiterbahn 17 weist eine ebene, in Bezug auf die Mikrostruktur 2 erhaben
angeordnete und sich in die Zeichnungsebene hinein erstreckende
Leiterbahnebene 18 und mindestens eine winklig zur Leiterbahnebene 18 angeordnete
Leiterbahnflanke 19 auf.
-
Zu
erkennen ist, dass je nach Anordnung der Leiterbahnen 17 auf
dem Substrat 1, genauer je nach Anordnung der geprägten Mikrostruktur 2 eine
einzige Leiterbahnebene 18 entweder eine einseitige Leiterbahnflanke 19 oder
zwei quer zur Längserstreckung
der Leiterbahn 17 voneinander beabstandete Leiterbahnflanken 19 aufweist.
Die Leiterbahnflanken 19 erstrecken sich in Substratgräben 20 der
Mikrostruktur 2 hinein (also in Richtung von dem Prägestempel
weg), reichen jedoch nicht bis zum Grund 21 des entsprechenden
Substratgrabens 20.
-
Weiterhin
ergibt sich aus 8, dass jeweils zwei benachbarte
Leiterbahnen 17 zumindest näherungsweise auf der gleichen
Höhe bzw.
Ebene angeordnet sind und durch laterale Beabstandung voneinander
elektrisch isoliert sind.
-
Ferner
ergibt sich aus 8, dass die Mikrostruktur eine
Vielzahl von voneinander beabstandeten, ebenen, erhaben angeordneten
Substratebenen 22 (erhabene Substratabschnitte) aufweist,
wobei teilweise auf den erhabenen Substratebenen 22 eine Leiterbahnebene 18 (erhabener
Leiterbahnabschnitt) aufgeprägt
ist. Seitlich an die erhabenen Substratebenen 22 schließen sich
in Richtung in das Substrat 1 hinein, von dem Prägestempel
weg erstreckende Substratgräben 20 mit
jeweils zwei Substratflanken 23 an. Jeweils zwei benachbarte
Substratflanken 23 treffen sich am Grund 21 des
zugehörigen
Substratgrabens. Die Substratflanken 23 dienen als Trägerflächen für die Leiterbahnflanken 19,
wobei sich die Substratflanken 23 über die Leiterbahnflanken 19 hinaus
in Richtung zum Grund 21 des zugehörigen Substratgrabens 20 erstrecken.
-
Aus 8 ist
weiter zu entnehmen, dass in einem Bereich zwischen zwei benachbarten,
einander zugewandten Substratflanken 19 keine Restfolie auf
dem Substrat 1 vorhanden ist. Dies ist nicht etwa darauf
zurückzuführen, dass
Restfolienabschnitte nach dem Prägeprozess
von dem Substrat 1 abgezogen worden wären, sondern vielmehr darauf,
dass die Folie 3 beim Prägeprozess mit Hilfe des Klingenabschnittes 11 des
Prägestempels 7 getrennt
und unmittelbar daraufhin von den an den jeweiligen Klingenabschnitt 11 angrenzenden
Prägeabschnitten 13 an
die Substratflanken 23 angepresst wurde. Somit ist die
gesamte Folie elektrisch nutzbar, der Leiterbahnquerschnitt vergrößert und
die Stromtragfähigkeit
erhöht.
Damit einher geht die Anpressung der Folie 3 an die erhabenen
Substratebenen 22 zur Bildung der Leiterbahnebenen 18 durch
Aufdrücken
der Folie 3 mit den ebenen Prägeabschnitten 14 auf
das Substrat 1.
-
Ferner
ist 8 zu entnehmen, dass Substratflanken 23 mit
dazugehörigen,
unmittelbar angrenzenden erhabenen Substratebenen 22 einen
Winkel α von
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
etwa 140° einschließen. Der
gleiche Winkel α wird
aufgespannt zwischen den erhabenen Leiterbahnebenen 18 und
den daran angrenzenden Leiterbahnflanken 19. Der Winkel α kann in
einem Winkelbereich zwischen 90° (senkrechter
Verlauf) und 179° (sehr
flacher Verlauf bei sehr weit voneinander beabstandeten Leiterbahnen 17)
variiert werden.