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Die Erfindung betrifft ein Trägersubstrat, ein das Trägersubstrat umfassendes Elektronikmodul sowie ein Verfahren zum Ausbilden des Trägersubstrates gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Elektrische Schaltungen beispielsweise auf keramischen Schaltungsträgern werden in der Regel in Form von metallischen Pasten mittels Siebdruckverfahren aufgebracht. Bei LTCC - Substraten (low temperature cofired ceramics) und HTCC - Substraten (high temperature cofired ceramics) werden die Leiterbahnen auf keramischen Grünfolien aufgebracht und zusammen mit diesen im Stapel gesintert. Die Stromtragfähigkeit einer Leiterbahn hängt vom Leiterbahnmaterial und dem Leiterbahnquerschnitt (Breite und Schichtdicke) ab. Dabei liegt die üblich gedruckte Schichtdicke bei Leiterbahnen mit Breiten größer 0,5 mm bei kleiner oder gleich 20 µm.
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Moderne elektrische Anwendungen benötigen immer mehr Leistungspfade in den Schaltungsträgern. Aufgrund der Limitierung der maximalen Schichtdicke der Leiterbahn wird eine Erhöhung der Stromtragfähigkeit eines Leitungspfades in der Regel durch Erhöhung der Breite der Leiterbahn erreicht. Dies führt jedoch zu einer Vergrößerung der Verdrahtungsfläche und damit einhergehender Erhöhung der Kosten der elektrischen Schaltung. Eine Erhöhung der Schichtdicke einer gedruckten Leiterbahn in LTCC- und HTCC-Anwendungen in Mehrlagensubstraten hingegen verursacht eine Materialverdrängung und ein Materialfließen im Mehrlagen-Gefügeverbund bis hin zu Rissen in der Keramik und den ausgebildeten Leiterbahnen. Gleiches gilt beispielsweise auch bei organischen Leiterplatten, welche mehrlagig ausgeführt sind und innenliegende Leiterbahnen mit hoher Schichtdicke aufweisen.
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Auf andere Arten von Schaltungsträgern, beispielsweise ein Keramiksubstrat in Form von DBC (direct bonded copper) oder IMS (insulated metal substrat), können unter Umständen Leiterbahnen mit einer höheren Stromtragfähigkeit ausgebildet werden. Allerdings orientiert sich die auf dem Keramiksubstrat ausgebildete Leiterstruktur in ihrer Schichtdicke insgesamt an den Anforderungen einer hohen Stromtragfähigkeit einiger weniger Hochstromleiterbahnen, so dass ein unnötig hoher Materialverbrauch vorliegt, welcher sich in den Kosten der elektronischen Schaltung wiederfindet.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Trägersubstrat für eine elektrische und/oder elektronische Schaltung bereitzustellen, bei welchem bedarfsgerecht auch einzelne Leiterbahnen mit einer hohen Stromtragfähigkeit ausgebildet sind. Insbesondere soll dadurch die betriebssichere Hochstromanwendung eines Elektronikmoduls, umfassend ein solches Trägersubstrat, ermöglicht sein.
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Diese Aufgabe wird durch ein Trägersubstrat, ein das Trägersubstrat umfassendes Elektronikmodul sowie ein Verfahren zum Ausbilden eines solchen Trägersubstrates mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Ein solches Trägersubstrat für eine elektrische und/oder elektronische Schaltung umfasst eine Leiterstruktur, welche durch eine elektrische Kontaktierung mit zumindest einem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement die elektrische und/oder elektronische Schaltung ausbildet. Das Trägersubstrat ist ferner aus zumindest einer Lage eines elektrisch isolierenden Materials gebildet. Auf dem elektrisch isolierenden Material ist die Leiterstruktur aus einem elektrisch leitfähigen Material angeordnet. Hierbei weist die zumindest eine Lage des elektrisch isolierenden Materials zumindest eine zu einer Oberfläche der Lage einseitig geöffnete Vertiefung auf. Die Vertiefung ist dabei durch das elektrisch leitfähige Material ausgefüllt, wodurch eine Leiterbahn als zumindest ein Teil der Leiterstruktur ausgebildet ist. Der Vorteil ergibt sich nun dadurch, dass grundsätzlich schmale Leiterbahnen für eine kompakte Verdrahtungsfläche selbst bei einer Hochstromanwendung vorgesehen werden können. Eine Hochstromleiterbahn ist dabei dadurch ermöglicht, indem ein Tiefenmaß der Vertiefung entsprechend einer Zielschichtdicke der erforderlichen Hochstromleiterbahn angepasst ist. Eine Zielschichtdicke ist im Prinzip unbegrenzt vorgebbar, solange eine Dicke der Lage des elektrisch isolierenden Materials entsprechend größer ausgeführt ist, so dass eine Restdicke der Lage im Bereich der Vertiefung verbleibt. Eine Vergrößerung der Lagendicke des elektrisch isolierenden Materials ist für die meisten Anwendungen völlig unkritisch, zumindest weitaus weniger als die alternative Verbreiterung einer Leiterbahn zum Erreichen der geforderten Stromtragfähigkeit. Sollte eine Vergrößerung der Lagedicke fertigungs- oder anwendungsbedingt auf ein Maximalmaß begrenzt sein, so kann eine ansonsten notwendige Verbreiterung der Hochstromleiterbahn zumindest vorteilhaft minimiert werden. Ferner wirkt die Vertiefung in der Art einer Schutzform für die gebildete Leiterbahn. Selbst bei nachfolgenden fertigungsbedingten oder betriebsbedingten, insbesondere mechanischen Beanspruchungen, ist die gebildete Leiterbahn durch die Innenwandung der Vertiefung seitlich abgestützt. Gleichzeitig bildet die Innenwandung der Vertiefung in natürlicher Weise einen zusätzlichen seitlichen Isolationsschutz aus, so dass die Möglichkeit einer gerade bei Hochstromanwendungen gefährlichen unabsichtlichen Kurzschlussüberbrückung vorteilhaft minimiert wird.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Trägersubstrates ist das elektrisch leitfähige Material beispielsweise Silber, Kupfer, Zinn, Wolfram, Platin, Palladium und/oder deren Legierungen oder Gemische. Dabei ist es insbesondere ausgebildet durch einen formweichen Zustand, beispielsweise in Form einer Vergußmasse oder einer Paste oder eines Gels oder in Pulverform, eine Füllform der Vertiefung formerhaltend zu benetzen. In einfacher Weise kann sich hierbei das elektrisch leitfähige Material der Formgebung der Vertiefung anpassen, so dass einfache und günstige Füllverfahren zum Einsatz kommen. Darüber hinaus können die Anforderungen an eine Formstabilität des elektrisch leitfähigen Materials niedrig gehalten werden, wodurch eine große Materialauswahl gewährleistet ist. Ferner ist sichergestellt, dass bei der Ausbildung von derartigen Leiterbahnen keine großen mechanischen Beanspruchungen auf das Trägersubstrat einwirken, wodurch die Gefahr von Beschädigungen weitestgehend ausgeschlossen werden kann. In vorteilhafter Weise sind die ausgebildete Leiterbahn in einem formweichen Zustand des elektrisch leitfähigen Materials dann durch einen chemischen und/oder physikalische Härtungs- oder Trocknungsvorgang verfestigbar und/oder verfestigt. In einem solchen gewandelten Zustand bleiben sie innerhalb der weiteren Fertigung und im Betrieb formstabil und ermöglichen eine einfache elektrische Kontaktierung.
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Es bestehen verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten des Trägersubstrats. So ist es insbesondere vorteilhaft, dass das Trägersubstrat mehrlagig ausgebildet ist. Ein solches Mehrlagensubstrat weist eine Vielzahl von Lagen des elektrisch isolierenden Materials auf, welche übereinander - insbesondere aneinander haftend - angeordnet sind. Zumindest in einer der Lagen ist die zumindest eine mit elektrisch leitfähigem Material ausgefüllte Vertiefung eingebracht. Hierbei kann dann beispielsweise eine Hochstromleiterbahn auch zumindest in einer Zwischenlage und/oder in weiteren Lagen vorteilhaft vorgesehen sein. Das mehrlagige Trägersubstrat ist in einer vorteilhaften Ausführung als ein LTTC-Substrat (low temperature cofired ceramics) oder ein HTCC- Substrat (high temperature cofired ceramics) auszuführen. In dieser Ausführung ist die zumindest eine Lage des elektrisch isolierenden Materials eine für ein LTCC- oder HTCC-Substrat geeignete keramische Grünfolie oder eine innerhalb des LTCC- oder HTCC-Substrats gebrannte Keramikfolie. Die keramische Grünfolie und/oder die gebrannte Keramikfolie weisen hierbei beispielsweise eine Foliendicke von 100 µm - 500 µm auf, insbesondere von 200 µm - 300 µm. Derartige Foliendicken können innerhalb eines LTCC- oder HTCC-Verfahrens verarbeitet werden. Bevorzugt weist die Grünfolie oder die gesinterte Keramikfolie im Bereich der eingebrachten zumindest einen Vertiefung eine Restfoliendicke von mindestens einer halben Foliendicke auf. Zusätzlich bevorzugt ist die zumindest eine eingebrachte Vertiefung mindestens 1 mm von einem Folienrand der Grünfolie oder der gesinterten Keramikfolie beabstandet.
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Eine alternative Ausführungsform ergibt sich durch eine mehrlagige organische Leiterplatte, bei welcher die einzelnen Lagen jeweils durch einen von Harz getränkten Trägerstoff gebildet sind.
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Grundsätzlich ist in Form der oben ausgeführten Mehrlagensubstrate keine ansonsten bestehende Gefahr mehr gegeben, dass es aufgrund von Leiterbahnen mit hoher Schichtdicke zu einer nachteiligen Materialverdrängung und/oder einem Materialfließen im Mehrlagen-Gefügeverbund kommt.
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Eine sehr einfache Ausführung des Trägersubstrates ergibt sich in Form einer organischen Leiterplatte mit nur einer Lage des elektrisch isolierenden Materials. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeigt sich in Form eines einfachen Keramiksubstrates. Hierbei ist als isolierendes Material insbesondere eine Lage aus Aluminiumoxid, aus Glaskeramik, aus Zirkonoxid, aus Aluminiumnitrid oder einem anderen für ein Keramiksubstrat einsetzbaren Keramikwerkstoff ausgewählt. Eine spezielle Ausführung zeigt sich in der Form als ein DBC (direct bonded copper) oder als ein IMS (insulated metal substrat). Die hier bereits in einem Basissubstrat vorliegenden Metallflächen können in zumindest einem Bereich entfernt sein, in welchem dann zumindest eine durch mit leitfähigem Material gefüllte Vertiefung gebildete Leiterbahn angeordnet ist. Diese kann mit einer vergrößerten Schichtdicke ausgeführt sein, derart, dass eine Hochstromleiterbahn ausgebildet ist. Andere Leiterbahnen mit geringerer Schichtdicke können zusätzlich aus der restlich verbliebenen Metallfläche in ansonsten für DBC- oder IMS-Substrate bekannter Weise ausgebildet sein.
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Im Allgemeinen sind Ausführungsformen des Trägersubstrats möglich, bei welchen grundsätzlich zumindest eine weitere Leiterbahn auf der Oberfläche der zumindest einen Lage des isolierenden Materials angeordnet ist. So können beispielsweise bekannte Ausführungen einer einlagigen oder mehrlagigen organischen Leiterplatte oder eines LTTC- oder HTTC-Substrats vorteilhaft erweitert werden, in dem insbesondere zumindest eine Hochstromleiterbahn innerhalb der zumindest einen Vertiefung der entsprechenden Lage des elektrisch isolierenden Materials angeordnet ist.
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In Weiterbildung des Trägersubstrates ist vorteilhaft vorgesehen, dass das elektrisch leitfähige Material innerhalb der zumindest einen Vertiefung zusätzlich die Oberfläche der zumindest einen Lage des elektrisch isolierenden Materials überragt. Hierdurch kann die Schichtdicke der ausgebildeten Leiterbahn vorteilhaft weiter erhöht werden. Bevorzugt schließt sie hierbei maximal bis zu einer Abschlussebene ab, bis zu welcher weitere, aber auf der Oberfläche der zumindest einen Lage des elektrisch isolierenden Materials angeordnete Leiterbahnen diese überragen. In Falle einer vorgesehenen Ausführung beispielsweise als LTCC- oder HTCC-Substrat, kann daher jede der Leiterbahnen grundsätzlich bis zu 20 µm über der Oberfläche einer Grünfolie oder einer gesinterten Keramikfolie herausragen. Dadurch ist weiterhin sichergestellt, dass das bekannte LTCC- oder HTCC-Fertigungsverfahren angewandt werden kann.
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Eine weitere mit Vorteilen gegebene Ausführung ergibt sich für ein Trägersubstrat, bei welchem die zumindest eine Lage des elektrisch isolierenden Materials zwei Hauptseiten umfasst und jede der Hauptseiten zumindest eine Leiterbahn aufweist, welche durch eine mit elektrisch leitfähigem Material ausgefüllte Vertiefung gebildet ist. Dies ermöglicht in Hinblick auf eine Entflechtung für eine vorgesehene elektrische und/oder elektronische Schaltung größere Freiheiten, insbesondere um eine elektrische Kontaktierung eines elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes zu erleichtern.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Trägersubstrates sieht vor, dass die Leiterstruktur mehrere Leiterbahnen umfasst, welche durch mit leitfähigem Material ausgefüllte Vertiefungen gebildet sind, und zumindest eine dieser Leiterbahnen sich innerhalb der zumindest einen Lage und/oder zwischen zumindest zwei Lagen im Querschnitt unterscheidet. Grundsätzlich bietet sich der Vorteil, dass auszubildende Leiterbahnen den elektrischen Anforderungen entsprechend, beispielsweise in Hinblick auf eine Stromtragfähigkeit, bedarfsgerecht ausgeführt werden können. So können zum Beispiel ausgebildete Hochstromleiterbahnen mit unterschiedlicher geforderter Stromtragfähigkeit in ihrem jeweiligen Tiefenmaß für eine Vertiefung entsprechend variieren. Eine weitere Möglichkeit ergibt sich in einer zusätzlichen Variation ihrer Breitenmaße. Grundsätzlich kann auf diese Weise ein Ressourcen schonender Einsatz von elektrisch leitfähigen Material erreicht werden und Produktkosten insgesamt minimiert werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Trägersubstrates zeigt sich dadurch, dass die zumindest eine Vertiefung in Form einer sich länglich erstreckenden Nut gebildet ist. Bevorzugt weist die Nut einen U - förmigen und/oder die gebildete Leiterbahn bevorzugt einen rechteckigen Querschnitt auf. Ein solcher jeweiliger Querschnitt weist ferner senkrecht zur Oberfläche der zumindest einen Lage bevorzugt ein Tiefenmaß von 20 µm - 250 µm, insbesondere von 20 µm - 100 µm, und ein korrespondierendes Breitenmaß von 0,1 mm - 15 mm, insbesondere von 1 mm - 10 mm, auf.
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In Weiterbildung des Trägersubstrats ergibt sich ein weiterer Vorteil, indem die zumindest eine Vertiefung bis zu einer Oberflächenberandung der zumindest einen Lage des elektrisch isolierenden Materials reicht und die gebildete Leiterbahn zumindest im Bereich der Oberflächenberandung einen seitlichen Anschlusskontakt des Trägersubstrats ausbildet. Insbesondere bei der Mehrzahl von an für sich bekannten plattenförmig ausgebildeten Trägersubstraten eröffnet sich hierdurch eine vorteilhafte stirnseitige elektrische Kontaktierungsmöglichkeit, beispielsweise auch in Form eines Hochstromanschlusskontaktes.
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Die Erfindung führt auch zu einem Elektronikmodul, welches zumindest eine der oben genannten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Trägersubstrats umfasst. Hierbei ist die elektrische und/oder elektronische Schaltung aus zumindest einem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement gebildet, welches mit der Leiterstruktur, insbesondere mit der aus der mit dem elektrisch leitfähigen Material ausgefüllten Vertiefung gebildeten Leiterbahn, elektrisch kontaktiert ist. Ein solches Elektronikmodul kann auch für eine Hochstromanwendung kostengünstig ausgeführt werden.
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Ferner führt die Erfindung auch zu einem Verfahren zum Ausbilden eines Trägersubstrats mit einer Leiterstruktur, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungen eines erfindungsgemäßen Trägersubstrates.
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Das Verfahren umfasst nachfolgende Verfahrensschritte:
- a) Bereithalten eines Basissubstrats mit zumindest einer Lage eines elektrisch isolierenden Materials,
- b) Einbringen zumindest einer zu einer Oberfläche der zumindest einen Lage des elektrisch isolierenden Materials einseitig geöffneten Vertiefung,
- c) Ausfüllen der zumindest einen Vertiefung durch ein formweiches, elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise in Form einer Vergußmasse oder einer Paste oder eines Gels oder in Pulverform, unter Ausbildung einer Leiterbahn als Teil der Leiterstruktur,
- d) Verfestigen der ausgebildeten Leiterbahn durch Ausführen eines chemischen und/oder physikalischen Härtungs- und/oder Trocknungsvorgangs.
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Hierbei kann vorteilhaft die zumindest eine Vertiefung im Verfahrensschritt b) sehr einfach durch eine Laserabtragung, durch einen Fräsvorgang oder durch einen Prägeprozess in die zumindest eine Lage des elektrisch isolierenden Materials eingebracht werden. Das Auffüllen der zumindest einen eingebrachten Vertiefung kann in geeigneter Form beispielsweise durch einen Siebdruck, einen Schablonendruck, ein Dispensen, ein Spachteln, ein Vergießen oder durch ein additives Auftragungsverfahren erfolgen. Der Prozessschritt d) lässt sich in seiner Art aus dem zuvor ausgewählten Auffüllverfahren gemäß hierfür bekannten und bewährten Ausführungen in einfacher Weise ableiten. Insgesamt ist das erfindungsgemäße Trägersubstrat dadurch für eine Serienfertigung geeignet.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Basissubstrat in Verfahrensschritt a) mit einer Vielzahl von Lagen des elektrisch isolierenden Materials vorgehalten wird. Hierbei wird jede Lage durch eine keramische Grünfolie gebildet, wobei für jede einzeln zumindest die Verfahrensschritte b) und c) folgen und welche dann in einem Stapel übereinander angeordnet werden und im Verfahrensschritt d) einem LTCC oder HTCC-Sinterprozess unterzogen werden.
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Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird das Basissubstrat in Verfahrensschritt a) mit einer Vielzahl von Lagen des elektrisch isolierenden Materials vorgehalten, wobei für jede Lage ein Prepreg-Halbzeug, umfassend einen von Harz durchtränkten Trägerstoff, vorgesehen wird, für welche einzeln zumindest die Verfahrensschritte b) und c) folgen und welche dann in einem Stapel übereinander angeordnet werden und im Verfahrensschritt d) unter Wärmeeinfluss verpresst werden.
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In einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens wird das Basissubstrat in Verfahrensschritt a) als DBC-Substrat oder IMS-Substrat vorgehalten. Das Basissubstrat umfasst daher zumindest einen Keramikkern und beidseitig angeordnete Metallflächen. Zumindest in einem Bereich einer der Metallflächen wird die Metallfläche bis zum Keramikkern entfernt. Daraufhin wird zumindest ein Teil der Leiterstruktur in dem zumindest einen entfernten Bereich durch die Verfahrensschritte b) bis d) ausgebildet, wobei ein weiterer Teil der Leiterstruktur durch ein abweichendes Verfahren aus dem verbliebenen Bereich der Metallflächen ausgebildet wird. Das abweichende Verfahren kann hierbei einen bekannten Ätzprozess umfassen, welcher durch Herauslösen von Materialanteilen aus den verbliebenen Metallflächen weitere Leiterbahnen ausbildet. Der zumindest eine entfernte Bereich der Metallfläche kann hierbei deckungsgleich zur der dann im Keramikkern zumindest einen eingebrachten Vertiefung ausgespart sein. Auf diese Weise ergibt sich eine Füllform für das elektrisch leitfähige Material, welches gebildet ist aus der zumindest einen Vertiefung und zusätzlich in Verlängerung durch die deckungsgleiche Aussparung in der Metallfläche. Bevorzugt umfasst im Verfahrensschritt c) das Befüllen der zumindest einen Vertiefung dann auch das Befüllen der Aussparung in der Metallfläche. Auf diese Weise können alle im Trägersubstrat ausgebildeten Leiterbahnen mit der Ebene der Metallfläche abschließen, obwohl die Leiterstruktur insgesamt mit Leiterbahnen unterschiedlicher Schichtdicke ausgebildet wird.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
- 1: schematisch die Verfahrensschritte a) bis d) zur Ausbildung eines Trägersubstrats und das Trägersubstrat in einer Schnittdarstellung zum Zeitpunkt eines jeweiligen Verfahrensschrittes a) bis d),
- 2: schematisch ein beispielhaftes Trägersubstrat als Mehrlagensubstrat in einer Schnittdarstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt die Verfahrensschritte a) bis d) zur Ausbildung eines Trägersubstrates 100. In dem Verfahrensschritt a) wird ein Basissubstrat 10 mit zumindest einer Lage 20.x eines elektrisch isolierenden Materials im Rahmen des Fertigungsprozesses bereitgestellt. Das Basissubstrat 10 ist bevorzugt plattenförmig ausgebildet, so dass es zwei Hauptseiten 11, 12 und eine Dicke d aufweist. Es kommen verschiedene Möglichkeiten für ein Basissubstrat 10 in Frage. Als eine Möglichkeit ist eine organische Leiterplatte gegeben. Diese weist dann einen von Harz getränkten Trägerstoff als die zumindest eine Lage 20.x auf. Als flexible Leiterplatte ist die zumindest eine Lage 20.x beispielsweise aus einer Polyesterfolie gebildet. Auf dieser zumindest einen Lage 20.x können einseitig oder beidseitig bereits Metallflächen 15, 16 (gestrichelt dargestellt) haftend auf den Hauptseiten 11, 12 angeordnet sein, aus welchen dann mittels eines für eine organische Leiterplatte bekannten konventionellen Verfahrens Leiterbahnen ausgebildet werden können. Ein anderes mögliches Basissubstrat 10 ist beispielsweise ein einfaches Keramiksubstrat mit einer Lage 20.x beispielsweise aus Aluminiumoxid, aus einer Glaskeramik, aus Zirkonoxid, aus Aluminiumnitrid oder aus einem anderen für ein Keramiksubstrat einsetzbaren Keramikwerkstoff. Als DBC-Substrat (direct bonded copper) weist das Basissubstrat 10 zusätzlich Kupfermetallflächen 15, 16 (gestrichelt dargestellt) auf beiden Hauptseiten 11, 12 auf. Bei einem IMS-Substrat (insulated metal substrat) wiederrum ist dagegen eine der Metallflächen 15, 16 aus Kupfer und die andere aus Aluminium gebildet. Zur Ausbildung eines Mehrlagensubstrats kann das Basissubstrat 10 auch mehrere Lagen 20.x aufweisen, welche später zu einem Mehrlagen-Gefügeverbund gefügt werden. Zur Ausbildung beispielsweise eines LTCC-Substrats oder eines HTTC-Substrates ist die eine Lage 20.x eine keramische Grünfolie. Im Falle einer mehrlagigen organischen Leiterplatte ist die eine Lage 20.x aus einem Prepreg-Halbzeug gebildet, insbesondere aus einem mit Harz getränktem Trägerstoff.
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Nach Bereitstellen des Basissubstrates 10 wird in dem Verfahrensschritt b) zumindest von einer der Hauptseiten 11, 12 aus zumindest eine zu einer Oberfläche der zumindest einen Lage 20.x des elektrisch isolierenden Materials einseitig geöffnete Vertiefung 25 eingebracht. Die zumindest eine Vertiefung 25 ist bevorzugt in Form einer sich länglich erstreckenden Nut gebildet ist, wobei die Nut bevorzugt einen U - förmigen Querschnitt aufweist mit einem Breitenmaß b und einem Tiefenmaß t. Die Vertiefung 25 kann verfahrensbedingt oder anwendungsbedingt auch einen anderen Querschnitt aufweisen. Die Vertiefung 25 kann beispielsweise materialabnehmend durch ein Laserabtragen oder durch einen Fräsvorgang erfolgen. Alternativ kann auch durch einen Prägevorgang materialverdrängend oder materialverformend die Vertiefung 25 in die Lage 20.x eingebracht werden. Das Tiefenmaß t ist bevorzugt maximal bis zur Hälfte der Lagendicke d vorzusehen, insbesondere bei einer Grünfolie. Im vorliegenden Beispiel sind drei Vertiefungen 25.1, 25.2, 25.3 von der gleichen Seite in die eine Lage 20.x eingebracht. Die Vertiefungen 25 können sich im Querschnitt zueinander unterscheiden. So sind beispielsweise die Vertiefungen 25.1 und 25.2 mit einem Breitenmaß bl und einem Tiefenmaß tl gleich ausgeführt, wogegen die Vertiefung 25.3 ein kleineres Breitenmaß b2 und/oder ein kleineres Tiefenmaß t2 aufweist. Die zumindest eine eingebrachte Vertiefung 25 stellt eine Füllform zum Einbringen eines elektrisch leitfähigen Materials dar. Weist das Basissubstrat 10 noch zusätzliche Metallflächen 15, 16 auf, so werden bevorzugt auch in diesen deckungsgleich zu den einzubringenden Vertiefungen 25 materialabtragend Aussparungen 15a (für die Metallfläche 16 nicht dargestellt) eingebracht. Die Füllform für das elektrisch leitfähige Material ergibt sich dann beispielsweise aus der zumindest einen Vertiefung 25 und zusätzlich in Verlängerung durch die deckungsgleiche Aussparung 15a in der Metallfläche 15, 16.
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In dem Verfahrensschritt c) wird in die zumindest eine Vertiefung 25 ein leitfähiges Material, beispielsweise Silber, Kupfer, Zinn, Wolfram, Platin, Palladium und/oder deren Legierungen oder Gemische, eingebracht. Dies kann beispielsweise durch einen Siebdruck, einen Schablonendruck, ein Dispensen, ein Spachteln, ein Vergießen oder durch ein additives Auftragungsverfahren erfolgen. In Abhängigkeit des gewählten Füllverfahrens ist das leitfähige Material in Form einer Vergußmasse oder einer Paste oder eines Gels oder in Pulverform vorzusehen. Grundsätzlich ist das elektrisch leitfähige Material beim Einbringen in die zumindest eine Vertiefung 25 in einem formweichen Zustand, um die vorliegende Füllform ausschließlich formerhaltend zu benetzen. Bevorzugt ist die Füllform bis zur Oberfläche der Lage 20.x oder bis zu einer der Metalloberflächen 15, 16 ausgefüllt. Alternativ kann das elektrisch leitfähige Material die Oberfläche der einen Lage 20.x mit einen Überstandsmaß a überragen.
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Zur abschließenden Ausbildung eines erfindungsgemäßen Trägersubstrates 100 wird im Verfahrensschritt d) das so vorliegende Basissubstrat 10 einem chemischen und/oder physikalischen Härtungs- und/oder Trocknungsvorgang unterzogen. Hierdurch wird das eingebrachte elektrisch leitfähige Material verfestigt und bleibt nachfolgend formstabil als Leiterbahn 30 ausgebildet. Zur Verfestigung kann beispielsweise eine Temperaturbehandlung T und/oder eine Druckbeaufschlagung P vorgesehen sein. Im vorliegenden Beispiel sind vier Leiterbahnen 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 ausgebildet. Die erste und dritte Leiterbahn 30.1 bzw. 30.3 schließen eben mit der Oberfläche der einen Lage 20.x ab, wobei die dritte Leiterbahn 30.3 sowohl ein kleineres Breitenmaß als auch eine kleinere Schichtdicke aufweist, als die erste Leiterbahn 30.1. Die zweite Leiterbahn 30.2 überragt die Oberfläche der einen Lage 20.x mit dem Überstandsmaß a und weist dadurch trotz gleicher Maße der Vertiefungen 25.1, 25.2 eine größere Schichtdicke auf, als die erste Leiterbahn 30.1. Die vierte Leiterbahn 30.4 ist durch ein konventionelles Verfahren auf der Oberfläche der einen Lage 20.x aufgebracht. Derartige konventionelle Verfahren sind zur Ausbildung einer Leiterbahn beispielsweise bei einer organischen Leiterplatte, einem Keramiksubstrat, einem DBC-Substrat, einem IMS-Substrat, einem Prepreg-Halbzeug oder einer Grünfolie als Basissubstrat 10 bekannt. Der Verfahrensschritt d) kann sich bevorzugt aus der Auswahl eines dieser konventionellen Verfahren entsprechend prozessgleich oder angepasst ableiten. Alle vier Leiterbahnen 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 weisen unterschiedliche Querschnitte auf. Bevorzugt ist zumindest einer dieser Leiterbahnen 30 eine Hochstromleiterbahn. Die Stromtragfähigkeit der Leiterbahnen 30.4, welche nach dem konventionellen Verfahren ausgebildet ist, und die Leiterbahn 30.3, welche durch das Ausfüllen der Vertiefung 25.3 mit dem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, können an für sich gleich sein. Hierbei trägt die Leiterbahn 30.3 aufgrund des kleineren Breitenmaßes jedoch zu einer vorteilhaften Verringerung der Verdrahtungsfläche bei.
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Die 2 zeigt schematisch ein beispielhaftes Trägersubstrat 100 als Mehrlagensubstrat in einer Schnittdarstellung. Das Trägersubstrat 100 ist hierbei beispielsweise als ein HTCC- oder ein LTCC-Substrat oder eine mehrlagige organische Leiterplatte ausgebildet und weist eine Vielzahl von Lagen 20.1, 20.2, 20.3, 20.4 des elektrisch isolierenden Materials in Form einer Grünfolie bzw. eines Prepreg-Halbzeuges auf. Alle im Verfahrensschritt a) bereitgestellten Lagen 20.x folgen einzeln zumindest die Verfahrensschritte b) und c) und werden dann in einem Stapel übereinander angeordnet, um anschließend durch den Verfahrensschritt d) einen Mehrlagen-Gefügeverbund auszubilden. Das in 1 unter c) vorliegende Basissubstrat 10 bildet beispielhaft die erste Lage 20.1. Die zweite Lage 20.2 weist beispielhaft nur eine Leiterbahn 30 auf, welche mittels einer Durchkontaktierung (via) 35 mit der dritten Leiterbahn 30.3 der ersten Lage 20.1 elektrisch kontaktiert ist. Die dritte Lage 20.3 zeigt beispielhaft eine im Vergleich zu den anderen in der Schnittdarstellung gezeigten Leiterbahnen 30 eine in ihrer Längsausrichtung um 90° gedrehte Leiterbahn 30. Diese ist bis zu einer Oberflächenberandung 50 der dritten Lage 20.3 geführt und ist dadurch seitlich im Trägersubstrat 100 freigelegt. Dadurch ergibt sich am Trägersubstrat 100 eine seitliche elektrische Kontaktierungsmöglichkeit, insbesondere in Form eines seitlichen Anschlusskontaktes 40. Die vierte Lage 20.4 weist eine Leiterbahn 30 auf, welche im Vergleich zu den anderen in der Schnittdarstellung dargestellten Leiterbahnen 30 auf der gegenüberliegenden Hauptseite der vierten Lage 20.4 ausgebildet ist. Grundsätzlich können sich Leiterbahnen 30 von zumindest zwei unterschiedlichen Lagen 20.x, 20.1, 20.2, 20.3, 203, 20.4 in ihren Querschnitten unterscheiden. Innerhalb eines Elektronikmoduls 200 bilden alle Leiterbahnen 30 eine Leiterstuktur aus, welche von zumindest einem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement kontaktiert ist unter Ausbildung einer elektrischen und/oder elektronischen Schaltung.
