DE102016001810A1 - Method for producing a printed circuit board with reinforced copper structure - Google Patents

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Johann Hackl
Norbert Redl
Rudolf Janesch
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    • H05K3/462Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards the electrical connections between the circuit boards being made during lamination characterized by laminating only or mainly similar double-sided circuit boards

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte mit zumindest einer in einer Innenlage verstärkt ausgebildeten Leiterbahn genannt, wobei zumindest stückweise ein Element einer konventionell mittels Ätztechnik hergestellten Kupferstruktur-Leiterbahn mittels Kaltgasspritztechnik (kinetisches Spritzen bzw. CDGS Cold Gas Dynamic Spraying) verstärkt ausgebildet wird und es wird eine derart hergestellte mehrlagige Leiterplatte genannt und die Anwendung zur Verdrahtung bzw. elektrischen Verbindung und zur mechanischen Befestigung von elektrischen bzw. elektronischen Komponenten.It is called a method for producing a multilayer printed circuit board with at least one in an inner layer reinforced track, at least one piece of an element conventionally prepared by etching copper structure conductor track by means of cold spraying technique (kinetic spraying or CDGS Cold Gas Dynamic Spraying) is formed reinforced and It is called a multilayer printed circuit board produced in this way and the application for wiring or electrical connection and for the mechanical attachment of electrical or electronic components.

Figure DE102016001810A1_0001
Figure DE102016001810A1_0001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (Multilayer) mit konventionell in Ätztechnik hergestellter Kupferstruktur (Leiterbahn) und zumindest in einer Innenlage mittels Kaltgasspritzen verstärkten Kupferstruktur und eine derart hergestellte Leiterplatte und die Anwendung als Leiterplatte.The invention relates to a method for producing a multilayer printed circuit board (multilayer) with conventionally prepared in etching copper structure (trace) and at least in an inner layer by means of cold gas spraying reinforced copper structure and a printed circuit board prepared in this way and the application as a printed circuit board.

Leiterplatten, auch als Printed Circuit Boards (BCBs) oder auch Printed Wiring Boards (PWBs) oder Leiterkarte oder Platine oder gedruckte Schaltung bezeichnet, werden zur Verdrahtung bzw. elektrischen Verbindung und zur mechanischen Befestigung von elektrischen bzw. elektronischen Komponenten (el. Komponenten bzw. el. Bauteile) verwendet, wobei diese el. Bauteile radial in Löchern der Leiterplatte mechanisch befestigt und elektrisch kontaktiert werden können oder auf der Oberfläche montiert werden können (surface mount technology SMT bzw. surface mount devices SMD) oder in Innenlagen vergraben werden können (burried components).Circuit boards, also referred to as Printed Circuit Boards (BCBs) or Printed Wiring Boards (PWBs) or printed circuit board or board or printed circuit are used for wiring or electrical connection and mechanical attachment of electrical or electronic components (el. el. Components), these el. Components can be fixed radially in holes of the circuit board and electrically contacted or can be mounted on the surface (surface mount technology SMT or surface mount devices SMD) or buried in inner layers (burried components).

Einerseits werden die el. Bauteile immer kleiner und komplexer, verbunden mit einer hohen Wärmeabgabe und damit wird der Bedarf nach Ableitung der Verlustwärme der el. Bauteile immer höher und andererseits werden immer höhere Ströme auf relativ kleinen Leiterplattenflächen vorgesehen oder benötigt, wie beispielsweise in modernen LED-Elementen der Lichttechnik oder im EV(Electro Vehicle)-Bereich oder allg. in der Leistungselektronik. Es müssen daher die Kupferquerschnitte der Verdrahtungsstrukturen auf und in Leiterplatten auf die geplanten, höheren Ströme dimensioniert werden, sodass die Erwärmung der Kupferleitungen an sich innerhalb geplanter Grenzen bleibt. In anderen Fällen werden auch Kupferstrukturen aktiv zur Ableitung der Verlustwärme von el. Bauteilen verwendet.On the one hand, the el. Components are becoming smaller and more complex, combined with a high heat output and thus the need to dissipate the heat loss of el. Components is always higher and on the other hand ever higher currents are provided or needed on relatively small PCB surfaces, such as in modern LED Elements of lighting technology or in the EV (Electro Vehicle) area or in general in power electronics. It is therefore necessary to dimension the copper cross sections of the wiring structures on and in printed circuit boards to the planned, higher currents so that the heating of the copper lines per se remains within planned limits. In other cases, copper structures are actively used to dissipate the heat loss of el. Components.

Übliche Leiterplattenmaterialien wie FR-4 bestehen aus einem elektrisch isolierenden Epoxidharz-Glasfasergewebe-Verbund mit darauf angeordneten Kupferfolien, die mittels Ätztechnik unter Aubildung von Leiterbahnen strukturiert werden.Conventional printed circuit board materials such as FR-4 consist of an electrically insulating epoxy resin-glass fiber fabric composite with copper foils arranged thereon, which are patterned by means of etching technology with the formation of conductor tracks.

Fertigungsbedingt sind die Kupferfolien sehr gut haftend mit der Oberfläche des isolierenden Epoxidharz-Glasfasergewebe-Verbund (FR-4) verbunden, sodass keine Delamination während des Herstellprozesses eines Multilayers eintritt und nach dem Bestücken der Leiterplatte mit elektronischen Komponenten diese durch die strukturierten Kupferflächen mechanisch gut gehalten werden können.For manufacturing reasons, the copper foils are very well bonded to the surface of the insulating epoxy-glass fiber fabric composite (FR-4), so that no delamination occurs during the production process of a multilayer and after the assembly of the printed circuit board with electronic components, they are mechanically well held by the structured copper surfaces can be.

Um hohe Ströme leiten zu können bzw. um hohe thermische Belastungen ableiten zu können, werden die Kupferdicken von typisch 9, 12, 18, 35, 70, 105 μm Dicke auf 140 μm und 210 μm und 400 μm bis über 1.000 μm Dicke erhöht. Diese Verdickung der Kupferstrukturen kann nach dem Stand der Technik galvanisch/chemisch oder durch Verwendung von Dickkupferprofilen (sog. Coins) oder durch die Aufbringung von Dickkupferelementen mit z. B. Ultraschall erfolgen.In order to be able to conduct high currents or to be able to dissipate high thermal loads, the copper thicknesses of typically 9, 12, 18, 35, 70, 105 μm thickness are increased to 140 μm and 210 μm and 400 μm to over 1,000 μm thickness. This thickening of the copper structures can according to the prior art galvanic / chemical or by the use of thick copper profiles (so-called. Coins) or by the application of thick copper elements with z. B. ultrasound.

Die EP1365637A2 beschreibt eine Leiterplatte in der Form keramischer Materialien. Die Haftungseigenschaften von Kupfer-Leiterbahnen auf keramischen Trägermaterialien sind jedoch ungenügend und können nur mit hohem Aufwand verbessert werden.The EP1365637A2 describes a printed circuit board in the form of ceramic materials. However, the adhesion properties of copper interconnects on ceramic substrates are insufficient and can only be improved with great effort.

In der WO2005053367A2 wird ein Kaltgas-Auftrags-Sprühverfahren (CGDS Cold gas-dynamic spraying) offenbart, das jedoch nicht die Vergrößerung der Leiterbahndicke einer Kupferleiterbahn zeigt.In the WO2005053367A2 For example, a Cold Gas Dynamic Spraying (CGDS) spray method is disclosed which does not, however, show the increase in trace thickness of a copper trace.

In der WO2013158178A2 wird ein Micro cold spray direct-write system beschrieben, mit dem jedoch keine Leiterbahn-Strukturen verbessert werden können.In the WO2013158178A2 describes a micro cold spray direct-write system, however, with the no trace structures can be improved.

In der WO2014102054A1 wird eine Leiterbahnanordnung mit schrägen Flanken beschrieben, die jedoch keine nachträgliche Verstärkung von im Ätzverfahren hergestellten Leiterbahnstrukturen zeigt.In the WO2014102054A1 a conductor track arrangement is described with oblique edges, but does not show a subsequent amplification of printed conductor structures produced in the etching process.

Alle diese bekannten Verfahren haben sich als nachteilig heraus gestellt, weil die Schaffung von Leiterbahnen mit vergrößerter Dicke (Höhe), die über die Dicke (Höhe) der in Ätztechnik hergestellten Leiterbahnen hinaus geht, mit hohem Aufwand verbunden ist.All these known methods have turned out to be disadvantageous because the creation of printed conductors with increased thickness (height), which goes beyond the thickness (height) of the printed conductors produced in etching technology, is associated with great expense.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine in herkömmlicher Ätztechnik hergestellte Leiterplatte mit durch einen herkömmlichen Ätzvorgang freigelegten Leiterbahnen aus Kupfer so weiter zu bilden, dass mit geringem Aufwand die Dicke (Höhe) der Leiterbahnen vergrößert werden kann.The invention is therefore based on the object to form a printed circuit board produced in conventional etching with exposed by a conventional etching conductor tracks made of copper so that with little effort, the thickness (height) of the tracks can be increased.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet.To solve the problem, the invention is characterized by the technical teaching of claim 1.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, gewünschte Kupferstrukturen – bevorzugt – in Innenlagen einer mehrlagigen Leiterplatte mittels der sogenannten Kaltgasspritztechnik (kinetisches Spritzen bzw. CDGS Cold Gas Dynamic Spraying) zu verstärken.According to the invention, it is proposed to reinforce desired copper structures-preferably-in inner layers of a multilayer printed circuit board by means of the so-called cold gas spraying technique (kinetic spraying or CDGS cold gas dynamic spraying).

Das Kaltgasspritzen ist ein Beschichtungsverfahren, bei dem der Beschichtungswerkstoff in Pulverform mit sehr hoher Geschwindigkeit auf das Trägermaterial (Substrat) aufgebracht wird. Dazu wird ein auf wenige hundert Grad aufgeheiztes Prozessgas durch Expansion in einer Lavaldüse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und anschließend die Pulverpartikel in den Gasstrahl injiziert. Die injizierten Spritzpartikel werden dabei auf eine so hohe Geschwindigkeit beschleunigt, dass sie im Gegensatz zu anderen thermischen Spritzverfahren auch ohne vorangehendes An- oder Aufschmelzen beim Aufprall auf das Substrat eine dichte und fest haftende Schicht bilden. Die kinetische Energie zum Zeitpunkt des Aufpralls reicht für ein vollständiges Aufschmelzen der Partikel i. a. nicht aus.Cold gas spraying is a coating process in which the coating material is applied in powder form to the carrier material (substrate) at very high speed. To is accelerated to a few hundred degrees heated process gas by expansion in a Laval nozzle to supersonic speed and then injected the powder particles in the gas jet. The injected spray particles are thereby accelerated to such a high speed that, in contrast to other thermal spraying methods, they form a dense and firmly adhering layer upon impact with the substrate even without prior melting or melting. The kinetic energy at the time of impact is generally insufficient for complete melting of the particles.

Dabei werden Kupferteilchen bzw. auch Kupferlegierungsteilchen in einem Gasstrahl derart beschleunigt und fein fokussiert, dass auf der vorhandenen Leiterbahnstruktur eine weitere hochdichte Kupferschicht entsteht. Es handelt sich demnach um ein Auftragsverfahren, mit dem die Dicke der in Ätztechnik hergestellten Leiterbahnen wesentlich erhöht werden kann.In this case, copper particles or else copper alloy particles are accelerated and finely focused in a gas jet such that a further high-density copper layer is formed on the existing printed conductor structure. It is therefore an application method with which the thickness of the printed conductors produced in etching technology can be substantially increased.

Die Erfindung beansprucht neben dem oben beschriebenen Kaltgasspritz-Auftragsverfahren allgemein auch die Verfahren des Thermischen Spritzens als Oberflächenbeschichtungsverfahren gezielt nur für den Dickenauftrag von Kupferleiterbahnen.In addition to the cold gas spraying application method described above, the invention generally also claims the methods of thermal spraying as a surface coating method specifically only for thickness application of copper conductor tracks.

Laut der normativen Definition ( DIN EN 657 ) werden dabei Zusatzwerkstoffe, die so genannten Spritzzusätze, innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners ab-, an- oder aufgeschmolzen, in einem Gasstrom in Form von Spritzpartikeln beschleunigt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils geschleudert. Die Bauteiloberfläche wird dabei (im Gegensatz zum Auftragschweißen) nicht angeschmolzen und nur in geringem Maße thermisch belastet.According to the normative definition ( DIN EN 657 ) filler materials, the so-called spray additives, inside or outside of a spray burner off, on or melted, accelerated in a gas stream in the form of spray particles and thrown onto the surface of the component to be coated. The component surface is not melted (in contrast to build-up welding) and only subjected to a low thermal load.

Eine Schichtbildung findet statt, da die Spritzpartikel beim Auftreffen auf die Bauteiloberfläche prozess- und materialabhängig mehr oder minder abflachen, vorrangig durch mechanische Verklammerung haften bleiben und lagenweise die Spritzschicht aufbauen. Qualitätsmerkmale von Spritzschichten sind geringe Porosität, gute Anbindung ans Bauteil, Rissfreiheit und homogene Mikrostruktur. Die erzielten Schichteigenschaften werden maßgeblich beeinflusst von der Temperatur und der Geschwindigkeit der Spritzpartikel zum Zeitpunkt ihres Auftreffens auf die zu beschichtende Oberfläche. Der Oberflächenzustand (Reinheit, Aktivierung, Temperatur) übt ebenfalls maßgeblichen Einfluss auf Qualitätsmerkmale wie die Haftfestigkeit aus.A layer formation takes place because the spray particles flatten more or less depending on the process and material when hitting the component surface, stick primarily by mechanical clamping and layer by layer build up the spray layer. Quality features of sprayed coatings are low porosity, good adhesion to the component, freedom from cracks and homogeneous microstructure. The achieved coating properties are significantly influenced by the temperature and the speed of the spray particles at the time of their impact on the surface to be coated. The surface condition (purity, activation, temperature) also has a significant influence on quality features such as adhesion.

Als Energieträger für die An- oder Aufschmelzung des Spritzzusatzwerkstoffes dienen elektrischer Lichtbogen (Lichtbogenspritzen), Plasmastrahl (Plasmaspritzen), Brennstoff-Sauerstoff-Flamme bzw. Brennstoff-Sauerstoff-Hochgeschwindigkeitsflamme (konventionelles und Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen), schnelle, vorgewärmte Gase (Kaltgasspritzen) und Laserstrahl (Laserstrahlspritzen). Laut DIN-Norm EN 657 werden die Spritzverfahren nach diesen Kriterien eingeteilt.As an energy source for the on or melting of the spray additive used electric arc (arc spraying), plasma jet (plasma spraying), fuel-oxygen flame or fuel-oxygen high-speed flame (conventional and high-speed flame spraying), fast, preheated gases (cold gas spraying) and Laser beam (laser beam spraying). Loud DIN standard EN 657 the spraying processes are classified according to these criteria.

Zweck dieser Verfahren ist die gezielte Beschichtung der durch Ätztechnik hergestellten Kupfer-Leiterbahnen zum Zwecke der Veränderung und gezielten Anpassung von Oberflächeneigenschaften.The purpose of these methods is the targeted coating of the copper conductor tracks produced by etching technology for the purpose of altering and specifically adapting surface properties.

Damit besteht der Vorteil, dass die günstigen Eigenschaften – insbesondere deren Haftungseigenschaften auf der Leiterplatte – der in Ätztechnik auf einer FR-4 Leiterplatte hergestellten Leiterbahnen beibehalten werden. Dies hebt das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den bekannten Verfahren hervor.This has the advantage that the favorable properties - in particular their adhesion properties on the printed circuit board - of the printed conductors produced in an etching technique on a FR-4 printed circuit board are maintained. This highlights the method according to the invention over the known methods.

Bei den bekannten Verfahren mussten in separaten Verfahrensschritten geeignete Dickkupfer-Profile z. B. mittels Ultraschall-Schweißen auf der Oberfläche einer FR-4 Leiterplatte festgelegt werden. Damit konnten nur ungenügende Haftungseigenschaften der Dickkupfer-Profile auf der Oberfläche der Kunststoff-Leiterplatte erzielt werden. Nachdem das Bedürfnis besteht eine immer größere Anzahl von Bauteilen auf den Leiterbahn-Querschnitten elektrisch leitfähig zu kontaktieren, besteht bei der herkömmlichen Technik der Nachteil einer verminderter Haftung der Dickkupfer-Profile auf der Leiterplatten-Oberfläche, wenn diese mit einer Vielzahl von Bauelementen bestückt sind.In the known methods had suitable thick copper profiles z. B. are determined by ultrasonic welding on the surface of a FR-4 circuit board. Thus, only insufficient adhesion properties of the thick copper profiles on the surface of the plastic circuit board could be achieved. As the need arises to electrically contact an increasing number of components on the trace cross-sections, there is a disadvantage in the prior art of reduced adhesion of the thick copper profiles to the printed circuit board surface when loaded with a variety of devices.

Die Lastübertragungseigenschaften der in herkömmlicher Technik erzeugten Dickkupfer-Profile auf die Oberfläche der Leiterplatte waren demnach ungenügend.The load transfer properties of the thick copper profiles produced in conventional technology on the surface of the printed circuit board were therefore insufficient.

Hier setzt die Erfindung an, in dem die bekannt guten Haftungseigenschaften von in Ätztechnik erzeugten Leiterbahnen genutzt werden, um auf diesen Leiterbahnen gezielt ein aus Kupferpartikeln bestehenden leitfähigen Aufbau zu erzeugen, der die Höhe (Dicke) der Leiterbahn vergrößert, aber die guten Lastübertragungseigenschaften einer solchen Leiterbahn gegenüber der Trägerplatte beibehält.This is where the invention begins, in which the well-known adhesion properties of conductor tracks produced in etching technology are used in order to selectively generate a conductive conductive structure consisting of copper particles, which increases the height (thickness) of the conductor track, but the good load transfer properties of such Maintains trace opposite the carrier plate.

Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass nur gezielt einzelne, ausgewählte Leiterbahnen in ihrer Dicke (Höhe) vergrößert werden können. Der leitfähige Sprühauftrag sollte randscharf mit der Dicke der vorhandenen Leiterbahnen sein. Es sollte daher ein Dickenaufbau (in vertikaler Richtung), das heißt in der Höhenerstreckung der vorhandenen Leiterbahn-Struktur sein.Advantage of the method according to the invention is that only selectively, selected individual tracks in their thickness (height) can be increased. The conductive spray application should be sharp with the thickness of the existing tracks. It should therefore be a thickness structure (in the vertical direction), that is, in the vertical extent of the existing interconnect structure.

Selbstverständlich kann die Erfindung jedoch eine Vergrößerung der Leiterbahnbreite und/oder eine Vergrößerung der Leiterbahnhöhe vorsehen.Of course, however, the invention can provide an increase in the width of the conductor track and / or an increase in the conductor track height.

Weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass in einer ersten Ausführung vorgesehen ist, dass das aufgesprühte Dickenprofil für alle nachträglich behandelten Leiterbahnen gleichmässig hoch ist. Another advantage of the method according to the invention is that it is provided in a first embodiment that the sprayed thickness profile is uniformly high for all laterally treated printed conductors.

In einer anderen Ausführung kann es vorgesehen sein, dass das Dickenprofil ungleichmässig ist. Einige Leiterbahnen können nachträglich eine größere Dicke (Höhe) erhalten, als vergleichsweise andere Leiterbahnen. Einige Leiterbahnen können auch unbehandelt bleiben und ihre ursprüngliche, durch Ätztechnik hergestellte Leiterbahndicke beibehalten.In another embodiment, it may be provided that the thickness profile is uneven. Some tracks can subsequently have a greater thickness (height), as compared to other tracks. Some traces may also remain untreated and retain their original trace thickness made by etching.

Schließlich kann das Dickenprofil auf einer bestimmten Länge einer Leiterbahn auch moduliert sein. Auf einem ersten Längenabschnitt einer solchen Leiterbahn kann deshalb ein höherer Auftrag stattfinden als auf einem anderen Längenabschnitt der gleichen Leiterbahn.Finally, the thickness profile can also be modulated over a certain length of a conductor track. Therefore, a higher order can take place on a first length section of such a conductor path than on a different length section of the same conductor track.

Die Erfindung ist im Übrigen nicht darauf beschränkt, die Leiterbahnen der Innenlagen einer mehrlagigen Leiterplatte durch das erfindungsgemäße Auftragsverfahren zu verstärken. Das Verfahren kann für sämtliche Leiterbahnen von ein- oder mehrlagigen Leiterplatte angewendet werden.Incidentally, the invention is not limited to reinforcing the printed conductors of the inner layers of a multilayer printed circuit board by the application method according to the invention. The method can be used for all printed conductors of single or multilayer printed circuit board.

Grundsätzlich kann dabei die Oberfläche der Kupferstruktur und/oder das Gas und/oder die Kupferteilchen vorgewärmt werden.In principle, the surface of the copper structure and / or the gas and / or the copper particles can be preheated.

Nach erfolgtem Sprühauftrag kann bei einer Mehrlagen-Leiterplatte bei den in Innenlagen gelegenen Leiterbahnen eine Verdichtung der Leiterbahnen durch den späteren Laminiervorgang und damit eine Verfestigung der aufgetragenen Leiterbahnstruktur stattfinden.After the spray application has taken place, in the case of a multilayer printed circuit board, the interconnects located in inner layers can be densified by the subsequent laminating process and thus solidification of the applied interconnect structure.

Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte mit zumindest einer in einer Innenlage verstärkt ausgebildeten Leiterbahn, wobei zumindest stückweise ein Element einer konventionell mittels Ätztechnik hergestellten Kupferstruktur-Leiterbahn (4) mittels Kaltgasspritztechnik (kinetisches Spritzen bzw. CDGS Cold Gas Dynamic Spraying) verstärkt ausgebildet wird.The invention accordingly relates to a method for producing a multilayer printed circuit board having at least one conductor track reinforced in an inner layer, wherein at least one piece of an element of a copper structure printed circuit trace (cf. 4 ) is formed reinforced by means of cold gas spraying (kinetic spraying or CDGS Cold Gas Dynamic Spraying).

Es wird bevorzugt, wenn die Verstärkung zumindest eine Verdoppelung der Kupferstruktur-Schichtstärke ergibt.It is preferred if the gain results in at least a doubling of the copper structure layer thickness.

Es wird weiter bevorzugt, wenn die Verstärkung der Kupferstruktur-Schichtstärke eine Gesamt-Schichtstärke von größer 200 μm, insbesondere größer 400 μm bis über 1.000 μm ergibt.It is further preferred if the reinforcement of the copper structure layer thickness results in a total layer thickness of greater than 200 μm, in particular greater than 400 μm to more than 1000 μm.

Nach einem bevorzugten Merkmal wird ein Verfahren verwendet, das die Verstärkung mittels Kaltgasspritztechnik mit Kupfer- bzw. Kupferlegierungs-Teilchen durchführt. Bei einem solchen Kaltspritz-Vorgang lagern sich die mit hoher Geschwindigkeit auf die leiterplattenseitige Leiterbahnstruktur geschossenen, leitfähigen Partikel auf der Oberseite der leiterplattenseitigen Leiterbahnstruktur als fester Verbund an. Ein solcher ist mit einem Kalt-Reibschweißvorgang oder einem Knetvorgang zu vergleichen, bei dem die aufgetragenen Partikel einen unlösbaren Verbund mit dem Kupfer der Leiterbahn ergeben.According to a preferred feature, a method is used which performs the reinforcement by means of cold gas spraying with copper or copper alloy particles. In such a cold spraying process, the conductive particles shot at high speed onto the printed circuit board side wiring pattern are fixedly bonded to the upper surface of the wiring board side wiring pattern. Such is to be compared with a cold friction welding process or a kneading process, in which the applied particles give a permanent bond with the copper of the conductor track.

Es ist möglich, die Oberfläche der mit den Partikeln beschossenen Leiterbahn noch besonders für die Anlagerung der Partikel vorzubereiten. Dazu kann es vorgesehen, die Oberfläche chemisch oder mechanisch aufzurauen oder zu ritzen oder eine durch chemische oder mechanische Behandlung erfolgte Verbesserung der Haftfähigkeit der Oberfläche der Leiterbahn zu erzeugen.It is possible to prepare the surface of the track coated with the particles especially for the attachment of the particles. For this purpose, it is provided to roughen the surface chemically or mechanically or to scratch or to produce a chemical or mechanical treatment carried out improving the adhesion of the surface of the conductor track.

Es wird bevorzugt, wenn die Kupfer- bzw. Kupferlegierungsteilchen eine Größenverteilung bezgl. d50 von einigen Mikrometern bzw. Submikrometern aufweisen und eine sphärische Form, eine plättchenförmige oder stabförmige oder konusförmige Form aufweisen.It is preferred if the copper or copper alloy particles have a size distribution of d50 of a few micrometers or submicrons and have a spherical shape, a platelike or rod-shaped or conical shape.

Damit kann eine besonders gute Verknäulung der aufgetragenen Partikel untereinander erreicht werden, sodass sich eine homogene Struktur der aufgetragenen Leiterbahnstruktur ergibt, deren Leitfähigkeit der Leitfähigkeit der am Grund liegenden Leiterbahn-Struktur entspricht. Die aufgetragene Schicht verbindet sich demnach homogen mit der auf der Oberfläche der Leiterplatte befindlichen Leiterbahnstruktur.Thus, a particularly good entanglement of the applied particles can be achieved with each other, so that a homogeneous structure of the applied conductor track structure results, the conductivity of which corresponds to the conductivity of the underlying trace structure. The applied layer thus combines homogeneously with the conductor track structure located on the surface of the printed circuit board.

Weiters können die Kupfer- bzw. Kupferlegierungsteilchen mit Abmessungen im Mikrometerbereich und/oder im Sub-Mikrometerbereich und/oder im Nanobereich gewählt werden und es kann eine sehr enge (monomodale) oder breite Gaußverteilung oder eine bimodale oder multimodale Verteilung gewählt werden.Further, the copper or copper alloy particles may be selected to be in the micrometer and / or submicron and / or nanoscale dimensions, and a very narrow (monomodal) or wide Gaussian distribution, or a bimodal or multimodal distribution may be used.

Die Kupfer- bzw. Kupferlegierungsteilchen können des Weiteren beschichtet ausgebildet sein, z. B. mit Silber. Dabei kann eine sehr geringe Schichtstärke im Nanometerbereich gewählt werden. Sie besitzen dann einen Kern aus Kupfer und eine Hülle aus einem anderen, geeigneten Stoff z. B. Ag oder Au.The copper or copper alloy particles may be further coated, e.g. With silver. In this case, a very small layer thickness in the nanometer range can be selected. They then have a core of copper and a shell of another, suitable material z. B. Ag or Au.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.The subject of the present invention results not only from the subject matter of the individual claims, but also from the combination of the individual claims with each other.

Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All information disclosed in the documents, including the abstract, and Features, in particular the spatial design shown in the drawings, are claimed as essential to the invention, as far as they are new individually or in combination with respect to the prior art.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to drawings illustrating several execution paths. Here are from the drawings and their description further features essential to the invention and advantages of the invention.

Es zeigen:Show it:

1: einen schematischen Schnitt durch ein Substrat (3) mit einer strukturierten Kupfer-Struktur-Leiterbahn (4) und darüber angeordneter verstärkter Leiterbahn (7) und dem Kaltgasspritzsystem (2). 1 : a schematic section through a substrate ( 3 ) with a structured copper structure trace ( 4 ) and arranged thereon reinforced track ( 7 ) and the cold gas spraying system ( 2 ).

2: einen schematischen Schnitt durch eine Mehrlagenleiterplatte (1) mit einer verstärkten Leiterbahn (7) auf einer Kupferstruktur-Leiterbahn (4). 2 FIG. 2: a schematic section through a multilayer printed circuit board (FIG. 1 ) with a reinforced track ( 7 ) on a copper structure trace ( 4 ).

In 1 wird ein schematischer Schnitt durch ein Substrat (3) mit einer strukturierten Kupfer-Struktur-Leiterbahn (4) und darüber angeordneter verstärkter Leiterbahn (7) und dem Kaltgasspritzsystem (2) dargestellt. Das Substrat (3) kann dabei Innenlage oder Außenlage bzw. Prepreg sein bzw. aus einem Basismaterial wie z. B. FR-4 (Epoxid-Glashartgewebe), FR-4 Low Tg, FR-4 High Tg, FR-2, FR-3, CEM-1, XEM-x, PI, CE oder Aramid bestehen.In 1 is a schematic section through a substrate ( 3 ) with a structured copper structure trace ( 4 ) and arranged thereon reinforced track ( 7 ) and the cold gas spraying system ( 2 ). The substrate ( 3 ) may be inner layer or outer layer or prepreg or from a base material such. FR-4 Low Tg, FR-4 High Tg, FR-2, FR-3, CEM-1, XEM-x, PI, CE or aramid.

Ein bevorzugtes Basismaterial ist FR-4, ein Epoxid-Glashartgewebe, das als FR-4 Prepreg mit einer typischen Dicke von 78 μm (z. B. Typ 1080) oder 120 μm (z. B. Typ 2116) oder 180 μm (z. B. Typ 7628) oder 60 μm (z. B. Typ 106) oder 100 μm (z. B. Typ 2125) oder 125 μm (z. B. Typ 2165) usw. verfügbar ist.A preferred base material is FR-4, an epoxy glassy braided fabric which is a FR-4 prepreg having a typical thickness of 78 μm (e.g., Type 1080) or 120 μm (e.g., Type 2116) or 180 μm (e.g. B. Type 7628) or 60 μm (eg Type 106) or 100 μm (eg Type 2125) or 125 μm (eg Type 2165) etc. is available.

Weiters sind derartige FR-4 Prepregs in einer Standardausführung mit einem Tg von größer 135°C oder in der Form High-Tg mit 170°C bis über 180°C verfügbar. Tg bezeichnet dabei die Glasübergangs-Temperatur. Prepregs mit zwei vorverpreßten Kupferlagen werden als Kernlagen (Cores) bezeichnet.Furthermore, such FR-4 prepregs are available in a standard version with a Tg of greater than 135 ° C or in the form of High-Tg at 170 ° C to over 180 ° C. Tg denotes the glass transition temperature. Prepregs with two pre-pressed copper layers are referred to as core layers (cores).

Die Dicke der Kupferlagen bzw. Kupferfolien betragen i. a. 12, 18, 35, 70, 105 μm und können bei Dickkupfer 140 μm bzw. 210 μm bis 400 μm betragen. Ganz wesentlich für die Verwendung von Prepregs, die mit Kupferlagen verpreßt sind, ist deren Haftung und der bei einem Abziehtest (Peel-Test) ermittelte Wert, der i. a. im Bereich von größer 1,1 bis 1,6 N/mm betragen muß und auch nach einem Klimatest von 24 Stunden bei 85°C und 85% relativer Luftfeuchtigkeit keine nennenswerte Veränderung aufweist.The thickness of the copper layers or copper foils are i. a. 12, 18, 35, 70, 105 microns and can be in thick copper 140 microns or 210 microns to 400 microns. Quite essential for the use of prepregs which are pressed with copper layers, their adhesion and the value determined in a peel test (peel test), the i. a. must be in the range of greater than 1.1 to 1.6 N / mm and even after a climatic test of 24 hours at 85 ° C and 85% relative humidity has no significant change.

Die Kupferlagen werden nach dem Stand der Technik i. a. photolithographisch strukturiert und geätzt und ergeben strukturierte Leiterbahnen (4, 15).The copper layers are photolithographically structured and etched in accordance with the state of the art, and result in structured printed conductors ( 4 . 15 ).

Erfindungsgemäß werden nunmehr stückweise Kupferstruktur-Leiterbahnen (4) mittels Kaltgasspritzen (2) verstärkt. Es wird also eine Kupferstruktur (4) als Unterlage für die Verstärkung (7) verwendet und nicht das isolierende Substratmaterial (3), i. a. Epoxid-Glashartgewebe. Der Dickenauftrag soll möglichst randscharf erfolgen, sodass die ursprüngliche Breite der Leiterbahn nicht oder nur unwesentlich vergrößert wird.According to the invention, piecewise copper structure printed conductors ( 4 ) by means of cold gas spraying ( 2 ) strengthened. So it becomes a copper structure ( 4 ) as a document for reinforcement ( 7 ) and not the insulating substrate material ( 3 ), ia epoxy glass hard tissue. Thickness should be as sharp as possible, so that the original width of the conductor is not or only slightly increased.

Zur Vermeidung von unerwünschten Randeffekten, das heißt, zur Vermeidung dass die aufgesprühten Partikel in die Nachbarschaft der zu beschichtenden Leiterbahn gelangen, kann es vorgesehen sein, die Kunststoff-Oberfläche der Leiterplatte in der Nachbarschaft der zu beschichtenden Leiterbahn mit einem Trennmittel (z. B. Silikon oder blauer oder pinkfarbener Abziehlack) zu behandeln, um einen unerwünschten Auftrag der neben der Leiterbahn aufgesprühten und angelagerten Partikel durch ein nachfolgendes mechanisches Bürsten oder ein chemisches Nachätzen zu entfernen.In order to avoid undesirable edge effects, that is, to prevent the sprayed-on particles from getting into the vicinity of the conductor track to be coated, provision may be made for the plastic surface of the printed circuit board to be coated in the vicinity of the conductor track to be coated with a release agent (eg. Silicone or blue or pink peel-off lacquer) to remove any unwanted application of the particles sprayed and deposited adjacent to the trace by subsequent mechanical brushing or chemical etching.

Ebenso kann ein mit dem Rand der zu beschichtenden Leiterbahn abschliessendes, deckungsgleiches Beschichten der Leiterbahn dadurch erreicht werden, dass mit der Sprühdüse eine sich in Längsrichtung erstreckende Blende mitgeführt wird, die eine gezielte Beschichtung der Leiterbahn in Längsrichtung gewährleistet, aber eine über den seitlichen Rand der Leiterbahn hinaus gehende Beschichtung vermeidet.Likewise, a congruent with the edge of the conductor to be coated interconnect, coating of the conductor can be achieved in that with the spray nozzle a longitudinally extending aperture is carried, which ensures a targeted coating of the conductor in the longitudinal direction, but one on the lateral edge of the Conduit beyond going coating avoids.

Die auf der Oberseite der zu beschichtenden Leiterbahn angeordnete Grenzschicht (19) ist damit verantwortlich für die Haftung der Verstärkung (7) auf der Kupferstruktur (4) und natürlich für die elektrische und thermische Leitfähigkeit zwischen den beiden Schichten (4, 7).The boundary layer arranged on the upper side of the strip to be coated ( 19 ) is thus responsible for the liability of the reinforcement ( 7 ) on the copper structure ( 4 ) and of course for the electrical and thermal conductivity between the two layers ( 4 . 7 ).

Angestrebt wird eine intermetallische Verbindung. Aus diesem Grunde ist die Deoxidation der Oberfläche der Kupferstruktur (4) wesentlich, die einerseits nach dem Stand der Technik in der Leiterplattenindustrie mittels Bürsten oder Bimsen mit verdünnter Ätzlösung (Mikroätzen) erfolgt oder mittels Plasmabehandlung. Dabei ist es wesentlich, daß möglichst kurze Verweilzeiten zwischen der Oberflächenbehandlung und dem Kaltgasspritzvorgang eingehalten werden, um eine unerwünschte Oxidation zu vermeiden.The aim is an intermetallic compound. For this reason, the deoxidation of the surface of the copper structure ( 4 ) substantially, on the one hand according to the state of the art in the printed circuit board industry by means of brushes or pimples with dilute etching solution (microetching) or by means of plasma treatment. It is essential that the shortest possible residence times between the surface treatment and the cold gas spraying process are complied with in order to avoid unwanted oxidation.

Das Kaltgasspritzverfahren mit dem Kaltgasspritz-System (2) erfolgt durch Zuführung eines Gases (6) und der Zufuhr metallischer elektrisch leitender Teilchen (5) und der gewünschten feinen Fokussierung durch ein geeignet gestaltetes Düsensystem des beschleunigten Teilchenstrahls (8) auf die Kupferstruktur (4) zur Ausbildung der verstärkten Kupferstruktur (7).The cold gas spraying process with the cold gas spraying system ( 2 ) takes place by supplying a gas ( 6 ) and the supply of metallic electrically conductive particles ( 5 ) and the desired fine Focusing by a suitably designed nozzle system of the accelerated particle beam ( 8th ) on the copper structure ( 4 ) for forming the reinforced copper structure ( 7 ).

Als Gas (6) kann trockene Luft oder bevorzugt Inertgas wie Stickstoff oder Argon verwendet werden und das Gas (6) kann vorgewärmt bis etwa 260°C verwendet werden.As gas ( 6 ) dry air or preferably inert gas such as nitrogen or argon can be used and the gas ( 6 ) can be used preheated to about 260 ° C.

Die Temperatur der Oberfläche der Kupferstruktur (4) kann dabei die Raumtemperatur sein oder sie kann bis etwa 180°C selektiv örtlich oder gesamt vorgewärmt werden und es kann auch das gesamte Substrat (3) bis auf 180°C vorgewärmt verwendet werden, bevorzugt ich über 160°C.The temperature of the surface of the copper structure ( 4 ) may be room temperature or it may be selectively preheated to about 180 ° C locally or totally and it may also be the entire substrate ( 3 ) are used preheated to 180 ° C, I prefer over 160 ° C.

Der Kaltgasspritz-Vorgang kann unter atmosphärischer Luft oder unter Inertgas wie Stickstoff oder Argon erfolgen.The cold gas spraying process can be carried out under atmospheric air or under an inert gas such as nitrogen or argon.

Der Strahldruck des Gases kann im Hochdruckbereich von z. B. 750 PSI = 51,7 bar oder auch im Niederdruckbereich von z. B. 6 bar liegen. Es werden auch alle dazwischen liegenden Druckbereiche als vorteilhaft erkannt.The jet pressure of the gas can in the high pressure range of z. B. 750 PSI = 51.7 bar or in the low pressure range of z. B. 6 bar. All intervening pressure ranges are also recognized as advantageous.

Die bevorzugt verwendeten Laval-Düsen haben die Eigenschaft, von einem konvergenten und anschließend divergenten Strömungsquerschnitt das Fluid auf Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen, ohne daß es zu starken Verdichtungsstößen kommt;
In vielen Fällen ist jedoch die Erzeugung einer Überschallgeschwindigkeit nicht notwendig.
The Laval nozzles which are preferably used have the property of accelerating the fluid to supersonic speed from a convergent and then divergent flow cross section without resulting in excessive compression impacts;
In many cases, however, the generation of a supersonic speed is not necessary.

In der Leiterplattenindustrie werden Leiterbahnen nahezu ausschließlich aus Kupfer verwendet, wobei die freien Kupferoberflächen der Außenlagen organisch oder anorganisch passiviert werden und derart über Monate lötfähig bleiben. Insbesondere die anorganische Passivierung mit einer dünnen Nickel-Silberschicht ist für die Anbindung der Kupfer- bzw. Kupferlegierungsteilchen mittels Kaltgasspritzverfahren sehr gut geeignet, allerdings sind damit erhöhte Kosten gegeben.In the printed circuit board industry, strip conductors are used almost exclusively of copper, whereby the free copper surfaces of the outer layers are passivated in organic or inorganic form and remain solderable for months. In particular, the inorganic passivation with a thin nickel-silver layer is very well suited for the connection of the copper or copper alloy particles by means of cold gas spraying, but this increases costs are given.

Als metallische elektrisch leitende Teilchen (5) werden Kupferteilchen bzw. Kupferlegierungsteilchen verwendet. Die Teilchenform kann dabei sphärisch oder plättchenartig oder stabartig oder konusartig oder kristallin-zufällig gewählt werden, wobei bevorzugt sphärische Teilchen verwendet werden.As metallic electrically conductive particles ( 5 ) copper particles or copper alloy particles are used. The particle shape can be chosen to be spherical or platelike or rod-like or cone-like or crystalline-random, with spherical particles preferably being used.

Die Größenverteilung der verwendeten Teilchen (5) kann im Mikrometerbereich bis etwa 30 μm oder im Submikrometerbereich oder im nanoskaligen Bereich gewählt werden, wobei die Größenverteilung gemäß einer Gaussverteilung gewählt werden kann. Es können auch monomodale oder bimodale oder multimodale Teilchengrößen-Mischungen verwendet werden. Insbesondere können kleine Mengen nanoskaliger Kupfer- oder Silber- oder Palladium-Teilchen im Bereich von 0,1 bis 3,0-Gew.% beigemengt werden und derart die Sintertemperatur reduzieren, ohne die Kosten zu stark zu erhöhen.The size distribution of the particles used ( 5 ) can be selected in the micrometer range to about 30 microns or submicrometer or in the nanoscale range, the size distribution can be selected according to a Gauss distribution. It is also possible to use monomodal or bimodal or multimodal particle size mixtures. In particular, small amounts of nanoscale copper or silver or palladium particles in the range of 0.1 to 3.0 wt.% May be incorporated and thus reduce the sintering temperature without increasing the cost too much.

Weiters können Kupferlegierungen mit Beimengungen von Zink (Zn) und/oder Silber (Ag) und/oder Magnesium (Mg) und/oder Nickel (Ni) und/oder Eisen (Fe) und/oder Mangan (Mn) und/oder Zinn (Sb) und/oder Aluminium (Al) gewählt werden und derart die Eigenschaften der verstärkten Leiterbahn (7) optimiert werden.Furthermore, copper alloys with admixtures of zinc (Zn) and / or silver (Ag) and / or magnesium (Mg) and / or nickel (Ni) and / or iron (Fe) and / or manganese (Mn) and / or tin ( Sb) and / or aluminum (Al) are selected and thus the properties of the reinforced track ( 7 ).

Es können auch die Kupfer- und Kupferlegierungsteilchen (5) beschichtet ausgebildet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden dabei die Teilchen mit einer nanoskaligen Silberschicht mikroverkapselt und sind dadurch passiviert und erleichtern bzw. verbessern den intermetallischen Verbund zwischen den zu verbindenden Schichten und/oder reduzieren die Sintertemperatur.It is also possible to use the copper and copper alloy particles ( 5 ) are formed coated. In a preferred embodiment, the particles are microencapsulated with a nanoscale silver layer and are thereby passivated and facilitate or improve the intermetallic bond between the layers to be joined and / or reduce the sintering temperature.

Die Kupfer- bzw. Kupferlegierungsteilchen (5) können vorgewärmt bis etwa 260°C verwendet werden.The copper or copper alloy particles ( 5 ) can be used preheated to about 260 ° C.

Die verstärkte Kupferstruktur (7) wird mit einer Dicke von zumindest der Dicke der Kupferstruktur-Leiterbahn (4) gewählt, insbesondere jedoch wesentlich dicker im Bereich größer 200 μm bis über 400 μm und bis über 1.000 μm und kann auf dieses Weise so hohe elektrische Ströme leiten, die mit bisherigen in Ätztechnik hergestellten Leiterbahnen nicht erreichbar waren.The reinforced copper structure ( 7 ) is coated with a thickness of at least the thickness of the copper structure trace ( 4 ), but in particular much thicker in the range of greater than 200 microns to over 400 microns and up to over 1,000 microns, and can in this way conduct such high electrical currents that were not achievable with previous conductor tracks produced in etching.

Die verstärkte Kupferstruktur weist deshalb auch sehr gute thermische Eigenschaften auf. Die Porosität ist besser als 97% und insbesondere besser als 99%.The reinforced copper structure therefore also has very good thermal properties. The porosity is better than 97% and in particular better than 99%.

Da die Dicke des Substrats (3) und der Kupferstruktur (4) dünner sind als die Dicke der verstärkten Leiterbahn (7) kann es zu Verwerfungen bzw. zu Unebenheiten kommen, welche eine nachfolgende Verarbeitung negativ beeinträchtigen können. In einem solchen Fall kann es vorteilhaft sein, das Halbfabrikat bestehend aus dem Substrat (3) mit der Kupferstruktur (4) und der Verstärkung (7) bzw. den anderen Kupferstrukturen (15) zu kalandrieren, also durch eine Walzenanordnung zu bewegen, um auf diese Weise eine geforderte Planheit erreichen.As the thickness of the substrate ( 3 ) and the copper structure ( 4 ) are thinner than the thickness of the reinforced track ( 7 ) can lead to distortions or unevenness, which can adversely affect subsequent processing. In such a case, it may be advantageous to use the semifinished product consisting of the substrate ( 3 ) with the copper structure ( 4 ) and the reinforcement ( 7 ) or the other copper structures ( 15 ) to calender, so to move by a roller assembly to achieve in this way a required flatness.

In 2 wird ein schematischer Schnitt durch eine Mehrlagenleiterplatte (1) mit einer verstärkten Leiterbahn (7) auf einer Kupferstruktur-Leiterbahn (4) auf einem Innenlagen-Substrat (3) dargestellt.In 2 is a schematic section through a multilayer printed circuit board ( 1 ) with a reinforced track ( 7 ) on a copper structure trace ( 4 ) on an inner layer substrate ( 3 ).

In dieser beispielhaften Darstellung werden insgesamt 6 Leiterbahn-Kupfer-Lagen (13, 14, 15, 16, 17, 18) dargestellt, wobei die Kupfer-Lage (15) die Kupferstruktur (4) beinhaltet, auf der eine Verstärkung (7) angeordnet wird. In this exemplary illustration, a total of 6 interconnect copper layers ( 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ), wherein the copper layer ( 15 ) the copper structure ( 4 ), on which a reinforcement ( 7 ) is arranged.

Beispielhaft ist schematisch noch eine Durchkontaktierung (12) eingezeichnet und ist schematisch die Lötstoppmaske oben (20) und unten (21) eingezeichnet.By way of example, schematically another via ( 12 ) and is schematically the solder mask above ( 20 ) and below ( 21 ).

Weiters sind zwei Außenlagen (9) dargestellt. Die Lage (3) wird als Kernlage dargestellt, der die zwei Innenlagen (10, 11) zugeordnet sind, wobei die Innenlage (10) im Bereich der verstärkten Leiterbahn (7) ausgespart ausgeführt ist, also mit Ausnehmungen im Bereich der verstärkten Leiterbahn-Struktur (7) ausgeführt wird und so beim Laminiervorgang eine homogene Lamination ermöglicht.Furthermore, two outer layers ( 9 ). The location ( 3 ) is shown as a core layer, the two inner layers ( 10 . 11 ), wherein the inner layer ( 10 ) in the area of the reinforced track ( 7 ) is made recessed, so with recesses in the area of the reinforced track structure ( 7 ) is carried out, thus enabling a homogeneous lamination during the lamination process.

Diese schematische Darstellung einer Mehrlagenleiterplatte (1) ist nur beispielhaft dargestellt. Es kann die Anzahl der Kupfer-Lagen (13, 14, 15, 16, 17, 18) variieren und es können mehrere Verstärkungen (7) in Innenlagen angeordnet werden.This schematic representation of a multilayer printed circuit board ( 1 ) is shown only as an example. It can determine the number of copper layers ( 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) and several reinforcements ( 7 ) are arranged in inner layers.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Mehrlagenleiterplatte (Multilayer – ML)Multilayer PCB (Multilayer - ML)
22
Kaltgasspritz-System (Cold-Gas-Dynamic-Spray CGDS System)Cold gas spraying system (cold gas dynamic spray CGDS system)
33
Substrat: Innenlage bzw. Prepreg bzw. Basismaterial wie z. B. FR-4 (Epoxid-Glashartgewebe), FR-4 Low Tg, FR-4 High Tg, Gr-2, FR-3, CEM-1, XEM-x, PI, CE, AramidSubstrate: inner layer or prepreg or base material such. FR-4 Low Tg, FR-4 High Tg, Gr-2, FR-3, CEM-1, XEM-x, PI, CE, Aramid
44
Kupferstruktur-Leiterbahn: i. a. geätztes Kupfer mit einer Dicke von 12 oder 18 oder 35 oder 70 oder 105 μm mit einer Haftung zum Substrat von größer 1,1 N/mm bis 1,6 N/mmCopper structure trace: i. a. Etched copper with a thickness of 12 or 18 or 35 or 70 or 105 μm with an adhesion to the substrate of greater than 1.1 N / mm to 1.6 N / mm
55
Metallische elektrisch leitende Teilchen, insbesondere Kupferteilchen bzw. Kupferlegierungsteilchen mit diversen Formen und Größenverteilungen (Gaußsche Verteilung bzm. Monomodale bzw. Eimodale bzw. Multimodale Verteilung) und Nano-Beschichtungen und Beimengungen wie nanoskaligen Kupfer- und/oder Silber- oder Palldaiumteilchen.Metallic electrically conductive particles, in particular copper particles or copper alloy particles with various shapes and size distributions (Gaussian distribution bzm. Monomodale or Eimodale or multimodal distribution) and nano-coatings and admixtures such as nanoscale copper and / or silver or Palldaiumteilchen.
66
Gas: Luft bzw. insbesondere inerte Gase wie Stickstoff oder ArgonGas: air or, in particular, inert gases such as nitrogen or argon
77
Verstärkte LeiterbahnReinforced track
88th
Teilchenstrahlparticle
99
Außenlagebacksheet
1010
Innenlageüber der verstärkten KupferstrukturInner layer over the reinforced copper structure
1111
Innenlageinner layer
1212
Durchkontaktierungvia
1313
Kupfer-Lage 1Copper layer 1
1414
Kupfer-Lage 2Copper layer 2
1515
Kupfer-Lage 3Copper layer 3
1616
Kupfer-Lage 4Copper layer 4
1717
Kupfer-Lage 5Copper layer 5
1818
Kupfer-Lage 6Copper layer 6
1919
Grenzschichtinterface
2020
Lötstoppmaske obenSolder mask on top
2121
Lötstoppmaske untenSolder mask below

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1365637 A2 [0007] EP 1365637 A2 [0007]
  • WO 2005053367 A2 [0008] WO 2005053367 A2 [0008]
  • WO 2013158178 A2 [0009] WO 2013158178 A2 [0009]
  • WO 2014102054 A1 [0010] WO 2014102054 A1 [0010]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • DIN EN 657 [0018] DIN EN 657 [0018]
  • DIN-Norm EN 657 [0020] DIN standard EN 657 [0020]

Claims (26)

Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) mit zumindest einer in einer Innenlage konventionell mittels Ätztechnik hergestellten Kupferstruktur-Leiterbahn (4), dadurch gekennzeichnet, daß eine leitfähige Verdickung der Kupferstruktur-Leiterbahn (4) durch ein zumindest stückweises Beschichten mittels Thermischen Spritzens erfolgt.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) with at least one copper structure conductor track produced by etching technology in an inner layer ( 4 ), characterized in that a conductive thickening of the copper structure trace ( 4 ) by at least piecewise coating by means of thermal spraying. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsverfahren des Thermischen Spritzens entweder als Kaltgasspritzen oder als thermisches Spritzen ausgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the coating method of thermal spraying is carried out either as cold gas spraying or as thermal spraying. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltgasspritztechnik ein kinetisches Spritzen und/oder ein. CDGS Cold Gas Dynamic Spraying (2) ist.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the cold gas spraying technique kinetic spraying and / or a. CDGS Cold Gas Dynamic Spraying ( 2 ). Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung zumindest eine Verdoppelung der Kupferstruktur-Schichtstärke ergibt.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the reinforcement results in at least a doubling of the copper structure layer thickness. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der Kupferstruktur-Schichtstärke eine Gesamt-Schichtstärke von größer 200 μm, insbesondere größer 400 μm bis über 1.000 μm ergibt.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the reinforcement of the copper structure layer thickness results in a total layer thickness of greater than 200 μm, in particular greater than 400 μm to more than 1,000 μm. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung mittels Kaltgasspritztechnik mit Kupfer- bzw. Kupferlegierungs-Teilchen erfolgt.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the reinforcement is carried out by means of cold gas spraying with copper or copper alloy particles. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfer- bzw. Kupferlegierungsteilchen eine Größenverteilung bezgl. d50 von einigen Mikrometern bzw. Submikrometern aufweisen und eine sphärische Form, eine plättchenförmige oder stabförmige oder konusförmige Form aufweisen.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the copper or copper alloy particles have a size distribution bezgl. d50 of a few micrometers or submicrons and have a spherical shape, a platelike or rod-shaped or conical shape. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfer- bzw. Kupferlegierungsteilchen eine nanoskalige Silberbeschichtung aufweisen.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the copper or copper alloy particles have a nanoscale silver coating. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfer- bzw. Kupferlegierungsteilchen in einer multimodalen, insbesondere bimodalen Teilchenverteilung verwendet werden, wobei der mittlere Durchmesser d50 im Verhältnis 1:2 bis 1:20 verwendet wird.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the copper or copper alloy particles are used in a multimodal, in particular bimodal particle distribution, wherein the average diameter d50 in the ratio 1: 2 to 1:20 is used. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Kupfer- bzw. Kupferlegierungsteilchen nanoskalige Kupfer- und/oder Silber- und/oder Palladium-Teilchen im Bereich von 0,1 bis 3,0% Gew.-% hinzugefügt werden.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that nanoscale copper and / or silver and / or palladium particles in the range from 0.1 to 3.0% by weight are added to the copper or copper alloy particles become. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Kaltgasspritztechnik ein inertes Gas wie Stickstoff oder Argon verwendet wird.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that an inert gas such as nitrogen or argon is used in the cold gas spraying technique. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltgasspritztechnik auf das Kupfer-strukturierte Leiterplattensubstrat in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt wird.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the cold gas spraying technique is performed on the copper-structured printed circuit board substrate in an inert gas atmosphere. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer-strukturierte Leiterplattensubstrat bei Raumtemperatur beschichtet wird.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the copper-structured printed circuit board substrate is coated at room temperature. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer-strukturierte Leiterplattensubstrat erwärmt bis 180°C beschichtet wird.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the copper-structured printed circuit substrate is heated to 180 ° C coated. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Kupfer-Struktur des Leiterplattensubstrates bis 180°C erwärmt beschichtet wird.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 14, characterized in that only the copper structure of the printed circuit board substrate is heated to 180 ° C is coated. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom der Kaltgasspritzanlage erwärmt bis 260°C verwendet wird.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 15, characterized in that the gas stream of the cold gas spraying plant is heated to 260 ° C is used. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die gasgetragenen Kupfer- bzw. Kupferlegierungsteilchen bis 260°C erwärmt werden.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 16, characterized in that the gas-borne copper or copper alloy particles are heated to 260 ° C. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das mittels Kaltgasspritztechnik verstärkt ausgebildete kupferstrukturierte Substrat einem Kalanderprozeß unterzogen wird und anschließend mittels Leiterplatten-Laminationsanlage zu einer Mehrlagenleiterplatte verpreßt wird. Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of Claims 1 to 17, characterized in that the copper-structured substrate, which is reinforced by means of cold gas spraying, is subjected to a calendering process and is then pressed by means of a printed circuit board lamination system into a multilayer printed circuit board. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels Kaltgasspritztechnik verstärkt ausgebildete Kupferstruktur eine Porosität besser als 97% und insbesondere besser als 99% aufweist.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 18, characterized in that the reinforced copper gas spraying technique formed by the copper structure has a porosity better than 97% and in particular better than 99%. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine mittels Kaltgasspritztechnik verstärkt ausgebildete Kupferstruktur auf einer Innenlage mit einer entsprechend strukturiert ausgesparten Innenlage (Spacer-layer bzw. ein oder bevorzugt mehrere Prepregs mit Aussparungen) mit einer Leiterplatten-Laminieranlage zu einer Multilayer-Leiterplatte verpreßt wird.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 19, characterized in that the at least one by cold gas spraying reinforced copper structure formed on an inner layer with a correspondingly structured recessed inner layer (spacer layer or one or preferably several prepregs with recesses) with a PCB laminating to a multilayer printed circuit board is pressed. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfer-Struktur des Leiterplattensubstrates vor dem Kaltgasspritzprozeß desoxidiert wird.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 20, characterized in that the copper structure of the printed circuit board substrate is deoxidized before the cold gas spraying process. Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfer-Struktur des Leiterplattensubstrates vor dem Kaltgasspritzprozeß plasmabehandelt wird.Method for producing a multilayer printed circuit board ( 1 ) according to one of claims 1 to 21, characterized in that the copper structure of the printed circuit board substrate is plasma treated prior to the cold gas spraying process. Mehrlagige Leiterplatte (1) mit zumindest einer in einer Innenlage mittels Kaltgasspritzen verstärkten Kupferstruktur hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 20.Multi-layer printed circuit board ( 1 ) with at least one in an inner layer by means of cold gas spraying reinforced copper structure prepared according to one of claims 1 to 20. Anwendung der mehrlagigen Leiterplatte (1) nach Anspruch 23 zur Verdrahtung bzw. elektrischen Verbindung und zur mechanischen Befestigung von elektrischen bzw. elektronischen Komponenten.Application of the multilayer printed circuit board ( 1 ) according to claim 23 for the wiring or electrical connection and for the mechanical fastening of electrical or electronic components. Vorrichtung zur Dickenbeschichtung einer Leiterbahnstruktur, die durch Ätztechnik auf einer aus Kunststoffverbund-Werkstoffen bestehende Leiterplatte erstellt wurde, gekennzeichnet durch eine Kaltgasspritz-Düse (2), die durch Zuführung eines Gases (6) und der Zufuhr metallischer elektrisch leitender Teilchen (5) einen beschleunigten Teilchenstrahl (8) auf die Kupferstruktur (4) zur Anlagerung der verstärkten Kupferstruktur (7) richtet.Device for thickness coating of a conductor track structure, which was created by etching on a plastic composite materials printed circuit board, characterized by a cold gas injection nozzle ( 2 ), which by supplying a gas ( 6 ) and the supply of metallic electrically conductive particles ( 5 ) an accelerated particle beam ( 8th ) on the copper structure ( 4 ) for attaching the reinforced copper structure ( 7 ). Vorrichtung nach Anspruch 25 zur Ausführung des Verfahrens nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnführung der Kaltgasspritzdüse (2) in der Art eines X–Y-Vorschubsystems mit der Bahnführung der zu beschichtenden Leiterbahnen synchronisiert ist oder dass die zu beschichtenden Leiterbahnen mit einem X–Y-Vorschubsystem unter der feststehenden Kaltgasspritzdüse bewegbar sind oder die Bahnführung der Kaltgasspritzdüse (2) in X- und die zu beschichtenden Leiterbahnen in Y-Richtung bzw. umgekehrt erfolgt.Apparatus according to claim 25 for carrying out the method according to at least one of the claims 1 to 21, characterized in that the web guide of the cold gas spraying nozzle ( 2 ) is synchronized in the manner of an X-Y feed system with the web guide of the printed conductors to be coated or that the interconnects to be coated are movable with an X-Y feed system under the fixed cold gas spray nozzle or the web guide of the cold gas spraying nozzle ( 2 ) in X- and to be coated interconnects in the Y direction or vice versa.
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