DE102010050343A1

DE102010050343A1 - Chipintegrierte Durchkontaktierung von Mehrlagensubstraten

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Publication number: DE102010050343A1
Application number: DE102010050343A
Authority: DE
Inventors: Andreas Klein; Eckhard Ditzel; Dr. Krüger Frank; Michael Schumann
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH; Heraeus Materials Technology GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG; Ams Osram International GmbH
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2012-05-10
Also published as: CN103250472A; WO2012059186A1; US9756730B2; EP2636287A1; KR20130086059A; US20130223032A1; JP2013544434A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Laminats zur Kontaktierung wenigstens eines elektronischen Bauteils, bei dem zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht eine isolierende Schicht angeordnet wird, die Metallschichten in zumindest einem Kontaktbereich miteinander elektrisch kontaktiert werden, in der isolierenden Schicht eine Aussparung in dem Kontaktbereich erzeugt wird oder Aussparungen in den Kontaktbereichen erzeugt werden, zumindest in der ersten Metallschicht wenigstens eine Prägung und/oder wenigstens eine Ausbeulung im Kontaktbereich erzeugt wird, wobei in den Bereichen der wenigstens einen Prägung und/oder Ausbeulung der Abstand der beiden Metallschichten zueinander reduziert wird, die Metallschichten mit der isolierenden Schicht laminiert werden, wobei die Abmessungen zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung zur Aufnahme wenigstens eines elektronischen Bauteils ausreicht oder ausreichen, zumindest ein elektronisches Bauteil in wenigstens eine Prägung und/oder wenigstens eine Ausbeulung eingesetzt und dort leitend verbunden wird, so dass das elektronische Bauteil vollumfänglich aufgenommen wird und bezogen auf die Höhe (H) des elektronischen Bauteils zumindest teilweise in die Prägung oder die Ausbeulung aufgenommen wird. Die Erfindung betrifft auch ein Laminat zur Kontaktierung eines elektronischen Bauteils, insbesondere hergestellt mit einem solchen Verfahren, umfassend eine erste Metallschicht mit wenigstens einer Prägung und/oder wenigstens einer Ausbeulung und eine zur ersten Metallschicht im wesentlichen parallel angeordnete zweite Metallschicht, die von der ersten Metallschicht durch eine isolierende Schicht getrennt ist, wobei die Metallschichten an der wenigstens einen Prägung und/oder der wenigstens einen Ausbeulung eine elektrisch leitende Kontaktzone bilden, in der oder in denen zumindest eine Aussparung in der isolierenden Schicht vorgesehen ist, wobei in wenigstens einer Prägung und/oder Ausbeulung zumindest ein elektronisches Bauteil angeordnet ist, das oder die vollumfänglich in der wenigstens einen Prägung und/oder Ausbeulung aufgenommen und mit ihr leitend verbunden ist oder sind und das zumindest eine elektronische Bauteil, bezogen auf die Höhe (H) des elektronischen Bauteils, zumindest teilweise in die wenigstens eine Prägung oder Ausbeulung aufgenommen ist. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Laminats als Platine, Sensor, LED-Lampe, Handybauteil, Steuerung oder Regler.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Laminats zur Kontaktierung wenigstens eines elektronischen Bauteils, bei dem zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht eine isolierende Schicht angeordnet wird, die Metallschichten in zumindest einem Kontaktbereich miteinander elektrisch kontaktiert werden, in der isolierenden Schicht eine Aussparung in dem Kontaktbereich erzeugt wird oder Aussparungen in den Kontaktbereichen erzeugt werden, zumindest in der ersten Metallschicht wenigstens eine Prägung und/oder wenigstens eine Ausbeulung im Kontaktbereich erzeugt wird, wobei in den Bereichen der wenigstens einen Prägung und/oder Ausbeulung der Abstand der beiden Metallschichten zueinander reduziert wird und die Metallschichten mit der isolierenden Schicht laminiert werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Laminat umfassend eine erste Metallschicht mit wenigstens einer Prägung und/oder wenigstens einer Ausbeulung und eine zur ersten Metallschicht im wesentlichen parallel angeordnete zweite Metallschicht, die von der ersten Metallschicht durch eine isolierende Schicht getrennt ist. Schließlich betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines solchen Laminats.
Kontaktierungen von integrierten Schaltungen (ICs, Chips) erfolgen meist über eine mit Metall beschichtete Kunststoffplatine. Zur Herstellung von komplexen elektronischen Schaltungssystemen müssen in der Regel Durchkontaktierungen in dem verwendeten Schaltungssubstrat realisiert werden. Als Schaltungssubstrate kommen beispielsweise Leiterplatten oder gestanzt-laminierte Substrate zur Anwendung.
Die Durchkontaktierung von der Oberseite zur Unterseite einer solchen Platine wird durch Aussparungen in der Platine erzielt. Diese Aussparungen können leitende Kontaktstücke von auf der Platine aufgebrachten elektronischen Bauteilen aufnehmen, die durch die Aussparungen hindurch reichen und dadurch eine leitende Verbindung der beiden Seiten bereitstellen. Alternativ hierzu können die Aussparungen an deren Oberfläche auch eine durchgehende metallische Schicht als Durchkontaktierung umfassen.
Aus der DE 198 52 832 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kunststoff-Laminats bekannt, bei dem eine Metallfolie durch Prägen oder Tiefziehen zu einer Mulde geformt wird und dann eine Kunststofffolie auf die geformte Metallfolie laminiert wird. Das Metallkontaktflächenprofil bleibt dabei erhalten. Ferner wird beschrieben, dass zunächst eine Metallfolie an einer Kunststofffolie angeheftet wird und die Metallfolie erst anschließend durch Prägen oder Tiefziehen zu einer Mulde geformt wird. In beiden Fällen entsteht ein Laminat aus eine Metallfolie und einer Kunststofffolie, bei dem die Kunststofffolie eine Aussparung im Bereich der Mulde aufweist. Die Durchkontaktierung wird dabei durch Ausbeulung der Metallfolie im Bereich der Aussparung der Kunststofffolie ermöglicht. Die eigentliche Durchkontaktierung kann mit einer weiteren leitenden Schicht auf der Kunststofffolie erzeugt werden, die leitend mit der Metallfolie im Bereich der Mulde verbunden wird.
Nachteilig ist dabei, dass das Aufbringen der leitenden Schicht in einem zweiten Arbeitsschritt erfolgen muss. Eine Durchkontaktierung zweier Metallfolien, zwischen denen eine Kunststofffolie angeordnet ist, wird durch ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Laminats zur Kontaktierung eines elektronischen Bauelements nach der DE 102 05 521 A1 erreicht. Dabei werden zwei Metallschichten nacheinander oder gleichzeitig mit einer isolierenden Schicht laminiert. Eine erste Metallschicht umfasst eine Prägung oder Ausbeulung, wobei beim Laminieren einer zweiten ebenen Metallschicht mit der isolierenden Schicht eine elektrische Kontaktierung der beiden Metallschichten erfolgt.
Nachteilig ist hieran, dass, nachdem die Leiterfüßchen eines elektronischen Bauteils mit dem Laminat verbunden werden, dieses aus dem Substrat herausragt. Durch die erhabene Anordnung des elektronischen Bauteils ist es mechanischen Belastungen ausgesetzt. Spröde Chips können leicht zerstört werden. Wenn das elektronische Bauteil eine LED ist, strahlt diese von der Oberfläche des Laminats in alle Richtungen ab.
Nachteilig ist des Weiteren, dass das elektronische Bauteil anschließend mit dem Laminat verbunden werden muss. Dadurch wird ein zusätzlicher Arbeitsschritt notwendig, der in der Massenfertigung zusätzliche Zeit benötigt und damit den Kostenaufwand bei der Herstellung deutlich erhöht. Auch kann die exakte Positionierung des elektronischen Bauteils Schwierigkeiten bereiten, so dass bei nicht exakter Positionierung ein gewisser Ausschuss des zu fertigenden Aufbaus produziert wird, der Anschließend aussortiert werden muss.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Nachteile des Stands der Technik zu über winden. Insbesondere soll ein stabilerer Aufbau erreicht werden. Für die fortschreitende Miniaturisierung von Bauteilen, wie sie beispielsweise beim Aufbau von Handys benötigt wird, wäre eine flachere Struktur hilfreich. Wenn als elektronisches Bauteil eine LED kontaktiert wird, wäre auch eine Erhöhung der Lichtausbeute wünschenswert. Auch kann das einzubauende elektronische Bauteil zusammen mit der Herstellung der Durchkontaktierung in einem Laminat integriert werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Abmessungen zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung zur Aufnahme wenigstens eines elektronischen Bauteils ausreicht oder ausreichen, zumindest ein elektronisches Bauteil in wenigstens eine Prägung und/oder wenigstens eine Ausbeulung eingesetzt und dort leitend verbunden wird, so dass das elektronische Bauteil vollumfänglich aufgenommen wird und bezogen auf die Höhe (H) des elektronischen Bauteils zumindest teilweise in die Prägung oder die Ausbeulung aufgenommen wird.
Unter einer Ausbeulung ist zu verstehen, dass eine Metallschicht derart hergestellt wird, dass die Form der Ausbeulung gegeben ist, ohne dass die Metallschicht zur Ausbildung der Ausbeulung deformiert oder geformt werden müsste. Unter einer Prägung ist vorliegend zu verstehen, dass die Form der Prägung durch eine Deformation oder Verformung einer Metallschicht entsteht. Meist ist die Metallschicht zuvor eben. Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die Metallschichten stoffschlüssig miteinander fixiert werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Abstand der beiden Metallschichten zueinander derart reduziert wird, dass sich die beiden Metallschichten berühren.
Ein Versintern der Metallschichten kann erfindungsgemäß mit einer Silber-Sinter-Paste erfolgen.
Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass das Laminat mit dem elektronischen Bauteil mit einer Kunststoffschicht zumindest auf der Seite mit dem elektronischen Bauteil laminiert wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann sich auch dadurch auszeichnen, dass der Querschnitt zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung, insbesondere die Fläche und/oder die Abmessungen zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung, an das elektronische Bauteil oder die elektronischen Bauteile, vorzugsweise den Querschnitt senkrecht zur Höhe (H) des elektronischen Bauteils oder der elektronischen Bauteile, angepasst wird oder werden.
Auch kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung, insbesondere deren Fläche und/oder Abmessungen, gleich oder etwas größer als die Abmessungen, vorzugweise der Querschnitt, des elektronischen Bauteils oder der elektronischen Bauteile senkrecht zur Höhe (H) erzeugt wird oder werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass bei dem Verfahren eine Stanz-Laminierung verwendet wird, um die Metallschichten mit der isolierenden Schicht zu verbinden und gleichzeitig zumindest eine Prägung und/oder zumindest eine Ausbeulung zu erzeugen.
Auch kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass zumindest eine Prägung und/oder Ausbeulung durch Prägen oder Biegen der ersten Metallschicht erzeugt wird.
Besonders bevorzugt ist, dass zumindest eine Prägung und/oder Ausbeulung der ersten Metallschicht in zumindest einer vorhandenen Aussparung in der isolierenden Schicht positioniert wird.
Ferner kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die Metallschichten durch Schweißen, Löten, Kleben mit einem leitfähigen Klebstoff oder Versintern in zumindest einem Kontaktbereich miteinander verbunden werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Prägung und/oder Ausbeulung zumindest einen Durchgang in der ersten Metallschicht umfasst oder dass wenigstens ein Durchgang in zumindest einer Prägung und/oder Ausbeulung erzeugt wird, wobei jeder Durchgang die Fläche der ersten Metallschicht durchbricht.
Zum Aufbau eines erfindungsgemäßen Laminats mit einem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass das elektronische Bauteil oder die elektronischen Bauteile in die zumindest eine Prägung und/oder die zumindest eine Ausbeulung eingeklebt, eingelötet und/oder eingesintert wird oder werden.
Besonders Vorteilhaft ist es, wenn die Erzeugung zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung in der ersten Metallschicht in einem Schritt mit einer Kontaktierung des elektronischen Bauteils mit der ersten Metallschicht erfolgt.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass als das zumindest eine elektronische Bauteil zumindest ein Chip, zumindest eine LED und/oder zumindest ein Sensor verwendet wird oder werden.
Zur Herstellung einer LED-Leuchtvorrichtung aus einem Laminat ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn zumindest eine Prägung und/oder zumindest eine Ausbeulung derart ausgeformt wird, insbesondere die Winkel der Seitenwände zur ersten Metallschicht derart eingestellt werden, dass Licht aus der zumindest einen Prägung und/oder zumindest einen Ausbeulung in eine Richtung, vorzugsweise senkrecht zur Ebene der ersten Metallschicht abgestrahlt wird, wobei als elektronisches Bauteil eine LED eingesetzt wird oder als elektronische Bauteile LEDs eingesetzt werden.
Die Wände der Vertiefung wirken dann als eine Art Reflektor für das Licht aus der LED.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche der zumindest einen Prägung und/oder der zumindest einen Ausbeulung als spiegelnde Oberfläche erzeugt wird, vorzugsweise durch einen optisch polierten Stempel erzeugt wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als isolierende Schicht eine Kunststoffschicht, insbesondere eine Kunststofffolie verwendet wird, vorzugsweise um fassend glasfaserverstärkten Kunststoff auf Epoxidbasis, PET oder PI-Folie.
Es kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Metallschichten aus Kupfer, Aluminium und/oder einer Kupferlegierung gefertigt wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann sich auch dadurch auszeichnen, dass zumindest ein Bereich der ersten Metallschicht abgetrennt wird, so dass zumindest zwei Bereiche der ersten Metallschicht beabstandet und elektrisch isoliert nebeneinander angeordnet werden, wobei wenigstens ein elektronisches Bauteil mit zumindest zwei Bereichen leitend verbunden wird, vorzugsweise mit zumindest einem Bonddraht, so dass beim Anlegen einer Spannung zwischen zwei Bereichen eine Leitung eines elektrischen Stroms über das elektronische Bauteil erfolgt.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Laminat zur Kontaktierung eines elektronischen Bauteils, insbesondere hergestellt mit einem solchen Verfahren, umfassend eine erste Metallschicht mit wenigstens einer Prägung und/oder wenigstens einer Ausbeulung und eine zur ersten Metallschicht im wesentlichen parallel angeordnete zweite Metallschicht, die von der ersten Metallschicht durch eine isolierende Schicht getrennt ist, wobei die Metallschichten an der wenigstens einen Prägung und/oder der wenigstens einen Ausbeulung eine elektrisch leitende Kontaktzone bilden, in der oder in denen zumindest eine Aussparung in der isolierenden Schicht vorgesehen ist, wobei in wenigstens einer Prägung und/oder Ausbeulung zumindest ein elektronisches Bauteil angeordnet ist, das oder die vollumfänglich in der wenigstens einen Prägung und/oder Ausbeulung aufgenommen und mit ihr leitend verbunden ist oder sind und das zumindest eine elektronische Bauteil, bezogen auf die Höhe (H) des elektronischen Bauteils, zumindest teilweise in die wenigstens eine Prägung oder Ausbeulung aufgenommen ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass ein einziges elektronisches Bauteil in einer Prägung und/oder Ausbeulung vorgesehen ist.
Ferner kann auch alternativ vorgesehen sein, dass der Querschnitt zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung, insbesondere die Fläche und/oder die Abmessungen zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung, an das elektronische Bauteil oder die elektronischen Bauteile, vorzugsweise den Querschnitt senkrecht zur Höhe (H) des elektronischen Bauteils oder der elektronischen Bauteile, angepasst ist oder sind.
Erfindungsgemäße Laminate können sich auch dadurch auszeichnen, dass der Querschnitt zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung, insbesondere deren Fläche und/oder Abmessungen, gleich oder etwas größer als die Abmessungen, vorzugweise der Querschnitt, des elektronischen Bauteils oder der elektronischen Bauteile senkrecht zur Höhe (H) ist oder sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Metallschichten durch Schweißen, Löten, Kleben mit einem leitfähigen Klebstoff oder Versintern in zumindest einem Kontaktbereich miteinander verbunden sind.
Auch kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Prägung und/oder Ausbeulung zumindest einen Durchgang in der ersten Metallschicht umfasst, wobei jeder Durchgang die Fläche der ersten Metallschicht durchbricht.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das elektronische Bauteil der die elektronischen Bauteile in die zumindest eine Prägung und/oder die zumindest eine Ausbeulung eingeklebt, eingelötet und/oder eingesintert ist oder sind.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass zumindest ein elektronisches Bauteil ein Chip, eine LED und/oder ein Sensor ist.
Zum Abstrahlen geeignete Laminate zeichnen sich dadurch aus, dass zumindest eine Prägung und/oder zumindest eine Ausbeulung derart ausgeformt ist, insbesondere die Winkel der Seitenwände zur ersten Metallschicht derart angeordnet sind, dass Licht aus der zumindest einen Prägung und/oder zumindest einen Ausbeulung in eine Richtung, vorzugsweise senkrecht zur Ebene der ersten Metallschicht abstrahlt, wobei das elektronische Bauteil in einer Prägung oder Ausbeulung eine LED ist oder die elektronischen Bauteile in der zumindest einen Prägung und/oder der zumindest einen Ausbeulung LEDs sind.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche der zumindest einen Prägung und/oder der zumindest einen Ausbeulung oder zumindest einer Vertiefung eine spiegelnde Oberfläche ist.
Für den Aufbau eines erfindungsgemäßen Laminats kann vorgesehen sein, dass die isolierende Schicht eine Kunststoffschicht, insbesondere eine Kunststofffolie ist, vorzugsweise umfassend glasfaserverstärkten Kunststoff auf Epoxidbasis, PET oder PI-Folie.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Metallschichten Kupfer, Aluminium und/oder einer Kupferlegierung umfassen oder aus Kupfer, Aluminium und/oder einer Kupferlegierung bestehen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Bereich der ersten Metallschicht abgetrennt ist, so dass zumindest zwei Bereiche der ersten Metallschicht beabstandet und elektrisch isoliert nebeneinander liegen, wobei wenigstens ein elektronisches Bauteil mit zumindest zwei Bereichen leitend verbunden ist, vorzugsweise mit zumindest einem Bonddraht, so dass beim Anlegen einer Spannung zwischen zumindest zwei Bereichen eine Stromleitung über das elektronische Bauteil erfolgt.
Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung auch gelöst durch die Verwendung eines solchen Laminats als Platine, Sensor, LED-Lampe, Handybauteil, Steuerung oder Regler.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass wenn die Prägung oder die Ausbeulung in der ersten Metallschicht ausreichend groß ist, das elektronische Bauteil in die Prägung oder die Ausbeulung eingesetzt werden kann. Dazu müssen nicht nur die Leiterfüßchen aufgenommen werden, sondern es muss das gesamte elektronische Bauteil in der Prägung oder die Ausbeulung zumindest teilweise versenkbar sein.
Die beim Einbau des elektronischen Bauteils benötigten physikalischen Rahmenbedingungen können auch zur Prägung der ersten Metallschicht und/oder zur Bildung der Durchkontaktierung der beiden Metallschichten geeignet sein. Dadurch ist es möglich, den Einbau des elektronischen Bauteils und die Herstellung der Durchkontaktierung in einem Fertigungsschritt auszuführen. Zudem kann so sichergestellt werden, dass die Positionierung des elektronischen Bauteils an der gewünschten Stelle erfolgt. Die beim Einsetzen beziehungsweise Eindrücken des elektronischen Bauteils notwendige Kraft wird so gleichzeitig dafür genutzt, die Prägung und/oder das Tiefziehen der ersten metallischen Schicht zu erzeugen.
Zudem kann das Verbindungsmittel, das zum Kontaktieren und Verbinden des elektronischen Bauteils mit den Metallschichten verwendet wird auch dazu verwendet werden, den gesamten Aufbau zu unterstützen. Insbesondere kann das Verbindungmittel (Lot, leitfähiger Kleber, Sinter-Paste oder auch das Verschweißen) dazu genutzt werden, eine wärmeleitfähige und elektrisch leitfähige Verbindung der beiden Metallschichten zu erzeugen oder das Bauteil direkt mit der zweiten Metallschicht zu verbinden.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, dass die Bauhöhe des Laminats mit den integrierten elektronischen Bauteilen niedrig ist, da das elektronische Bauteil oder die elektronischen Bauteile zumindest teilweise in einer zugehörigen Prägung und/oder Ausbeulung versenkt sind. Gleichzeitig ergeben sich Vorteile bezüglich des Wärmemanagements, da die am elektronischen Bauteil erzeugte Wärme direkt über die Durchkontaktierung abgeführt werden kann. Durch geeignete Ausformung der Prägungen beziehungsweise der Ausbeulungen können deren Wände zur Reflexion von zu messender Strahlung auf einen Sensor als elektronisches Bauteil oder von emittierter Strahlung von einem Emitter, wie einer LED als elektronisches Bauteil genutzt werden.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von zwei schematisch dargestellten Figuren erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt:
1: eine schematische Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Laminats; und
2: eine schematische Querschnittansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Laminats.
1 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Laminats 1, beziehungsweise eine schematische Querschnittansicht eines durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erzeugten Laminats 1. Das Laminat 1 umfasst eine erste Metallschicht 2, eine zweite Metallschicht 3 und eine Kunststofffolie 4 als isolierende Schicht zwischen den beiden Metallschichten 2, 3. Die Metallschichten 2, 3 werden durch Laminierungstechnologie auf die Kunststofffolie 4 aufgebracht. Die erste Metallschicht ist in zwei Bereiche 2a und 2b aufgeteilt, die voneinander beabstandet und elektrisch voneinander isoliert sind.
Im zweiten Bereich 2b der ersten Metallschicht 2 ist eine Prägung vorgesehen, die durch Prägen, Tiefziehen oder eine andere Verformungstechnik in einer zuvor ebenen Metallschicht 2 erzeugt wird. Der Abstand zwischen dem ersten Bereich 2a und dem zweiten Bereich 2b kann ebenfalls durch diese Verformung entstehen oder ausgestanzt werden. Alternativ kann auch eine Ausbeulung vorgesehen sein, die beim Herstellen der ersten Metallschicht 2 entsteht. Alternativ kann also eine Ausbeulung auch dadurch erzeugt werden, dass die erste Metallschicht 2 gleich in eine entsprechende Form gebracht wird. Die erste Metallschicht 2 kann dazu beispielsweise auf eine entsprechende Form oder direkt auf der Kunststofffolie 4 aufgetragen werden, beispielsweise durch aufdampfen oder gießen.
Im Bereich der Prägung oder Ausbeulung ist in der Kunststofffolie 4 eine Aussparung vorgesehen. Die Aussparung kann entweder zuvor vorgesehen sein oder zusammen mit der Verformung und/oder dem Ausstanzen der ersten Metallschicht 2 erzeugt werden. Vorzugsweise wird die Herstellung des Laminats 1, insbesondere die Verbindung der Metallschichten 2, 3 mit der Kunststofffolie 4, zusammen mit der Ausbildung der Prägung oder Ausbeulung in einem Schritt ausgeführt. Hierzu eignet sich erfindungsgemäß besonders die Anwendung einer Stanz-Laminier-Technologie.
Die beiden Metallschichten 2, 3 werden im Bereich der Prägung oder Ausbeulung geschweißt. Hierfür eignet sich beispielsweise ein Laserstrahlschweißverfahren. Es können aber auch andere Verbindungstechniken zur Herstellung einer leitenden Verbindung verwendet werden, wie zum Beispiel, Löten, Kleben mit einem leitfähigen Kleber, oder versintern mit einer leitfähigen Sinterpaste (beispielsweise eine Silber-Sinterpaste). Die beiden Metallschichten 2, 3 sind also über ein leitfähiges erstes Verbindungsmittel 5 leitend miteinander verbunden.
In die Prägung oder die Ausbeulung ist ein elektronisches Bauteil 6 eingesetzt, dass bodenseitig über ein zweites Verbindungsmittel 7 leitfähig mit der ersten Metallschicht 2 im zweiten Bereich 2b verbunden ist. Als zweites Verbindungsmittel 7 kommen auch hier Lote, leitfähige Kleber und leitfähige Sinterpasten in Frage. Das elektronische Bauteil 6 kann ein Chip, eine LED, eine integrierte Schaltung oder ein Sensor sein. Als Sensoren kommen beispielsweise Photodioden, Phototransistoren oder auch Spannungs-Dehnungs-Sensoren in Frage. Aufgrund der Vertiefung, die durch die Prägung oder Ausbeulung zusammen mit der Aussparung gebildet ist, liegt das elektronische Bauteil 6 geschützt im Laminat 1. Die Höhe H des elektronischen Bauteils 6 ist jedoch etwas größer, als die Tiefe der Prägung oder der Ausbeulung. Daher steht das elektronische Bauteil 6 etwas über.
Neben der bodenseitigen Kontaktierung durch das zweite Verbindungsmittel 7, ist das elektronische Bauteil 6 an seiner Oberseite mit einer Kontaktierung 8 und einem Bonddraht 9 verbunden. Der Bonddraht 9 verbindet die Oberseite des elektronischen Bauteils 6 mit dem ersten Bereich 2a der ersten Metallschicht 2. Das elektronische Bauteil 6 ist derart aufgebaut, dass sich an der Oberseite und der Unterseite Kontakte für die Spannungsversorgung des elektronischen Bauteils 6 befinden. Wenn zwischen dem ersten Bereich 2a und dem zweiten Bereich 2b der ersten Metallschicht 2 eine Spannung angelegt wird, kann also der Strom über das elektronische Bauteil 6 fließen. Hierdurch wird das elektronische Bauteil 6 betrieben.
Gleichzeitig mit dem Einsetzen und Verbinden des elektronischen Bauteils 6 kann auch die Prägung oder die Ausbeulung in der ersten Metallschicht 2 vorgenommen werden.
2 zeigt schematisch die Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Laminats 11, beziehungsweise eines anderen, durch ein erfindungsgemäßes Verfahren aufgebauten Laminats 11. Der Aufbau des Laminats 11 ähnelt dem anhand 1 erläuterten Laminat 1. Auch hier sind eine erste Metallschicht 12 und eine zweite Metallschicht 13 durch eine isolierende Schicht 14 voneinander getrennt. Die isolierende Schicht 14 kann beispielsweise aus Kunststoff, wie beispielsweise PET, Glas oder aus einem Glasfaser-Epoxid-Verbundwerkstoff aufgebaut sein. Die erste Metallschicht 12 ist in zwei voneinander isolierte Bereiche 12a und 12b aufgeteilt. Im zweiten Bereich 12b der ersten Metallschicht 12 ist ein Durchgang angeordnet, der die Fläche der ersten Metallschicht 12 durchbricht.
Über der Durchbrechung ist ein elektronisches Bauteil 16 angeordnet, das über ein Verbindungsmittel 17, das die Durchbrechung auffüllt, sowohl mit dem zweiten Bereich 12b der ersten Metallschicht 12 als auch mit der zweiten Metallschicht 13 bodenseitig leitend verbunden ist. Auf der Oberseite ist das elektronische Bauteil 16 über eine Kontaktierung 18 mit einem Bonddraht 19 verbunden, der das elektronische Bauteil 16 mit dem ersten Bereich 12a der ersten Metallschicht 12 verbindet.
Wenn das elektronische Bauteil 6, 16 eine LED ist, wirken die durch die erste Metallschicht 2, 12 gebildeten Wände der Prägung oder Ausbeulung als Reflektoren für das von der LED ausgestrahlte Licht. Wird die Prägung oder Ausbeulung durch ein geeignetes Werkzeug erzeugt, können die Reflexionseigenschaften der Prägung oder Ausbeulung gezielt beeinflusst und damit optimiert werden. Beispielsweise können die Winkel der Seitenwände der Prägung oder der Ausbeulung so eingestellt werden, dass das von der LED emittierte Licht in eine bestimmte Richtung, beispielsweise senkrecht zur ersten Metallschicht 2, 12 gelenkt wird. Das gleiche Prinzip kann umgekehrt angewendet werden, wenn das elektronische Bauteil 6, 16 ein Lichtsensor oder ein Photosensor ist. Das Licht beziehungsweise die elektromagnetische Strahlung wird dann von den Wänden der Prägung oder Ausbeulung auf den Sensor reflektiert. Wird zur Prägung ein Prägestempel verwendet, kann dieser, wenn er auf optische Qualität poliert ist, eine besonders glatte Oberfläche der Prägung erzeugen, so dass möglichst wenig unerwünschte Streuung der einfallenden oder austretenden Strahlung erzeugt wird.
Die anhand der beiden Figuren erläuterten Laminate 1, 11 mit integriertem elektronischen Bauteil 6, 16 lassen sich ohne weiteres auf Laminate 1, 11 mit mehreren Prägungen und/oder Ausbeulungen erweitern, indem die in den Figuren gezeigten Strukturen beliebig nebeneinander oder auch hintereinander (bezogen auf die Bildebene der 1 bis 3) angeordnet werden. In den verschiedenen Prägungen und/oder Ausbeulungen sind dann gleiche oder verschiedene elektronische Bauteile 6, 16 angeordnet. Die verschiedenen Bereiche 2a, 2b, 12a, 12b der ersten Metallschichten 2, 12 können dabei auf unterschiedliche Weise miteinander kontaktiert oder voneinander getrennt sein. So lassen sich die elektronischen Bauteile 6, 16 in Reihe oder Parallel schalten.
Zur besseren Wärmeabfuhr, kann die untere, zweite Metallschicht 3, 13 dicker ausgeführt werden. Auch ist eine aktive Kühlung der zweiten Metallschicht 3, 13 beispielsweise durch Pelltierelemente, Luftkühlung oder Flüssigkeitskühlung vorstellbar.
Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1, 11: Laminat
2, 12: erste Metallschicht
2a, 12a: erster Bereich
2b, 12b: zweiter Bereich
3, 13: zweite Metallschicht
4: Kunststofffolie
5, 7, 17: Verbindungsmittel
6, 16: elektronisches Bauteil
8, 18: Kontaktierung
9, 19: Bonddraht
14: isolierende Schicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19852832 A1 [0005]
DE 10205521 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Laminats (1, 11) zur Kontaktierung wenigstens eines elektronischen Bauteils (6, 16) bei dem zwischen einer ersten Metallschicht (2, 12) und einer zweiten Metallschicht (3, 13) eine isolierende Schicht (4, 14) angeordnet wird, die Metallschichten (2, 3, 12, 13) in zumindest einem Kontaktbereich miteinander elektrisch kontaktiert werden, in der isolierenden Schicht (4, 14) eine Aussparung in dem Kontaktbereich erzeugt wird oder Aussparungen in den Kontaktbereichen erzeugt werden, zumindest in der ersten Metallschicht (2, 12) wenigstens eine Prägung und/oder wenigstens eine Ausbeulung im Kontaktbereich erzeugt wird, wobei in den Bereichen der wenigstens einen Prägung und/oder Ausbeulung der Abstand der beiden Metallschichten (2, 3, 12, 13) zueinander reduziert wird, die Metallschichten (2, 3, 12, 13) mit der isolierenden Schicht (4, 14) laminiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung zur Aufnahme wenigstens eines elektronischen Bauteils (6, 16) ausreicht oder ausreichen, zumindest ein elektronisches Bauteil (6, 16) in wenigstens eine Prägung und/oder wenigstens eine Ausbeulung eingesetzt und dort leitend verbunden wird, so dass das elektronische Bauteil (6, 16) vollumfänglich aufgenommen wird und bezogen auf die Höhe (H) des elektronischen Bauteils (6, 16) zumindest teilweise in die Prägung oder die Ausbeulung aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung, insbesondere deren Fläche und/oder Abmessungen, gleich oder etwas größer als die Abmessungen, vorzugweise der Querschnitt, des elektronischen Bauteils (6, 16) oder der elektronischen Bauteile (6, 16) senkrecht zur Höhe (H) des elektronischen Bauteils (6, 16) oder der elektronischen Bauteile (6, 16) erzeugt wird oder werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren eine Stanz-Laminierung verwendet wird, um die Metallschichten (2, 3, 12, 13) mit der isolierenden Schicht (4, 14) zu verbinden und gleichzeitig zumindest eine Prägung und/oder zumindest eine Ausbeulung zu erzeugen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Prägung und/oder Ausbeulung der ersten Metallschicht (2, 12) in zumindest einer vorhandenen Aussparung in der isolierenden Schicht (4, 14) positioniert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Prägung und/oder Ausbeulung zumindest einen Durchgang in der ersten Metallschicht (2, 12) umfasst oder dass wenigstens ein Durchgang in zumindest einer Prägung und/oder Ausbeulung erzeugt wird, wobei jeder Durchgang die Fläche der ersten Metallschicht (2, 12) durchbricht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung in der ersten Metallschicht (2, 12) in einem Schritt mit einer Kontaktierung des elektronischen Bauteils (6, 16) mit der ersten Metallschicht (2, 12) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Prägung und/oder zumindest eine Ausbeulung derart ausgeformt wird, insbesondere die Winkel der Seitenwände zur ersten Metallschicht (2, 12) derart eingestellt werden, dass Licht aus der zumindest einen Prägung und/oder zumindest einen Ausbeulung in eine Richtung, vorzugsweise senkrecht zur Ebene der ersten Metallschicht (2, 12) abgestrahlt wird, wobei als elektronisches Bauteil (6, 16) eine LED eingesetzt wird oder als elektronische Bauteile (6, 16) LEDs eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der zumindest einen Prägung und/oder der zumindest einen Ausbeulung als spiegelnde Oberfläche erzeugt wird, vorzugsweise durch einen optisch polierten Stempel erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich der ersten Metallschicht (2, 12) abgetrennt wird, so dass zumindest zwei Bereiche (2a, 2c, 12a, 12b) der ersten Metallschicht (2, 12) beabstandet und elektrisch isoliert nebeneinander angeordnet werden, wobei wenigstens ein elektronisches Bauteil (6, 16) mit zumindest zwei Bereichen (2a, 2c, 12a, 12b) leitend verbunden wird, vorzugsweise mit zumindest einem Bonddraht (9, 19), so dass beim Anlegen einer Spannung zwischen zwei Bereichen (2a, 2c, 12a, 12b) eine Leitung eines elektrischen Stroms über das elektronische Bauteil (6, 16) erfolgt.
Laminat zur Kontaktierung eines elektronischen Bauteils (6, 16), insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine erste Metallschicht (2, 12) mit wenigstens einer Prägung und/oder wenigstens einer Ausbeulung und eine zur ersten Metallschicht (2, 12) im wesentlichen parallel angeordnete zweite Metallschicht (3, 13), die von der ersten Metallschicht (2, 12) durch eine isolierende Schicht (4, 14) getrennt ist, wobei die Metallschichten (2, 3, 12, 13) an der wenigstens einen Prägung und/oder der wenigstens einen Ausbeulung eine elektrisch leitende Kontaktzone bilden, in der oder in denen zumindest eine Aussparung in der isolierenden Schicht (4, 14) vorgesehen ist, wobei in wenigstens einer Prägung und/oder Ausbeulung zumindest ein elektronisches Bauteil (6, 16) angeordnet ist, das oder die vollumfänglich in der wenigstens einen Prägung und/oder Ausbeulung aufgenommen und mit ihr leitend verbunden ist oder sind und das zumindest eine elektronische Bauteil (6, 16), bezogen auf die Höhe (H) des elektronischen Bauteils (6, 16), zumindest teilweise in die wenigstens eine Prägung oder Ausbeulung aufgenommen ist.
Laminat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung, insbesondere die Fläche und/oder die Abmessungen zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung, an das elektronische Bauteil (6, 16) oder die elektronischen Bauteile (6, 16), vorzugsweise den Querschnitt senkrecht zur Höhe (H) des elektronischen Bauteils (6, 16) oder der elektronischen Bauteile (6, 16), angepasst ist oder sind.
Laminat nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt zumindest einer Prägung und/oder zumindest einer Ausbeulung, insbesondere deren Fläche und/oder Abmessungen, gleich oder etwas größer als die Abmessungen, vorzugweise der Querschnitt, des elektronischen Bauteils (6, 16) oder der elektronischen Bauteile (6, 16) senkrecht zur Höhe (H) ist oder sind.
Laminat nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten (2, 3, 12, 13) durch Schweißen, Löten, Kleben mit einem leitfähigen Klebstoff oder Versintern in zumindest einem Kontaktbereich miteinander verbunden sind.
Laminat nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Prägung und/oder Ausbeulung zumindest einen Durchgang in der ersten Metallschicht (2, 12) umfasst, wobei jeder Durchgang die Fläche der ersten Metallschicht (2, 12) durchbricht.
Laminat nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein elektronisches Bauteil (6, 16) ein Chip, eine LED und/oder ein Sensor ist.
Laminat nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Prägung und/oder zumindest eine Ausbeulung derart ausgeformt ist, insbesondere die Winkel der Seitenwände zur ersten Metallschicht (2, 12) derart angeordnet sind, dass Licht aus der zumindest einen Prägung und/oder zumindest einen Ausbeulung in eine Richtung, vorzugsweise senkrecht zur Ebene der ersten Metallschicht (2, 12) abstrahlt, wobei das elektronische Bauteil (6, 16) in einer Prägung oder Ausbeulung eine LED ist oder die elektronischen Bauteile (6, 16) in der zumindest einen Prägung und/oder der zumindest einen Ausbeulung LEDs sind
Verwendung eines Laminats nach einem der Ansprüche 10 bis 16 als Platine, Sensor, LED-Lampe, Handybauteil, Steuerung oder Regler.