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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsstruktur auf einem Trägerkörper aus einem nicht leitenden Trägermaterial durch eine Direktstrukturierung des Trägerkörpers mittels einer elektromagnetischen Strahlungsquelle gemäß den weiteren Merkmalen des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine derartige elektrische Schaltungsstruktur.
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Solche durch Direktstrukturierung hergestellte elektrische Schaltungsstrukturen werden auch als MID (Molded Interconnect Device) bezeichnet. Die Direktstrukturierung kann mittels eines Lasers erfolgen, in diesem Fall handelt es sich um ein Laser-Direktstrukturierungsverfahren (LDS-Verfahren). Ein solches Verfahren wird in der Praxis bei der Herstellung beispielsweise spritzgegossener Schaltungsträger bereits vielfach eingesetzt.
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Die Vorteile der MID-Technik gegenüber klassischen Methoden der Schaltungsträgererzeugung liegen sowohl in der verbesserten Gestaltungsfreiheit und Umweltverträglichkeit als auch in einem Rationalisierungspotenzial bezüglich des Herstellungsprozesses des Endprodukts. Die verbesserte Gestaltungsfreiheit und die Integration von elektrischen und mechanischen Funktionen in ein Spritzgussteil können zu einer Miniaturisierung der Baugruppe führen. Außerdem können neue Funktionen realisiert und beliebige Formen gestaltet werden.
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Bei dem bekannten LDS-Verfahren wird ein thermoplastischer Kunststoff mit einem laseraktivierbaren Additivmaterial dotiert. Ein Laserstrahl aktiviert im schreibenden Verfahren entsprechend dem Verlauf der späteren Leiterbahnstruktur das Additivmaterial und erzeugt zugleich eine mikroraue Spur. Die Metallpartikel dieser Spur bilden die Keime für die nachfolgende Metallisierung. In einem stromlosen Kupferbad entstehen genau auf diesen Spuren die Leiterbahnschichten. Nacheinander lassen sich so Schichten aus Kupfer, Nickel und/oder Gold aufbringen.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsstruktur der zuvor erwähnten Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2012 105 765 A1 bekannt. Die bekannten Verfahren erfordern es, dass nach der Bereitstellung des mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung strukturierten Trägerkörpers weitere, aufwändige Herstellungsschritte folgen, insbesondere Herstellungsschritte, die Reinraumtechnik erfordern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeiten solcher Direktstrukturierungs-Herstellungsverfahren zu erweitern, sodass der gesamte Herstellungsprozess und eventuell folgende Herstellschritte vereinfacht werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsstruktur auf einem Trägerkörper aus dem nichtleitenden Trägermaterial durch eine Direktstrukturierung des Trägerkörpers mittels wenigstens einer elektromagnetischen Strahlungsquelle mit den Schritten:
- a) Bereitstellen des Trägerkörpers aus dem nichtleitenden Trägermaterial mit im Trägermaterial eingebettetem, durch Bestrahlung mit der elektromagnetischen Strahlungsquelle aktivierbarem Additivmaterial,
- b) Erzeugen aktivierter Bereiche des im Trägermaterial vorhandenen Additivmaterials durch selektive Bestrahlung mit der wenigstens einen elektromagnetischen Strahlungsquelle, wobei die Bestrahlung zumindest an Seitenwänden von Aussparungen des Trägerkörpers in die Tiefe des Trägerkörpers hinein erfolgt,
- c) Erzeugen einer elektrisch leitfähigen Beschichtung des Trägerkörpers in den aktivierten Bereichen.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass bisherige Direktstrukturierungsverfahren auf eine oberflächliche Bearbeitung des Trägerkörpers beschränkt sind und dementsprechend praktisch nur zweidimensionale Bearbeitungen des Trägerkörpers erfolgen können. Nach dem bisherigen Stand war es undenkbar, die durch die selektive Bestrahlung mit der elektromagnetischen Strahlungsquelle aktivierten Bereiche des Additivmaterials und dementsprechend deren Beschichtung mit dem elektrisch leitfähigen Beschichtungsmaterial dreidimensional, d.h. in die Tiefe des Trägerkörpers hinein, zu erzeugen. Durch den erfindungsgemäßen, wichtigen Schritt, die durch die Direktstrukturierung hergestellten elektrisch leitfähigen Bereiche nun auch vollumfänglich dreidimensional am Trägerkörper zu erzeugen, werden völlig neue Möglichkeiten der Bereitstellung von MIDs geschaffen. Insbesondere wird es möglich, viele Teile der letztendlich gewünschten elektrischen dreidimensionalen Schaltungsstruktur durch das Direktstrukturierungsverfahren vorzubereiten, sodass viele der bisher erforderlichen, aufwändigen Folgeschritte, die zum großen Teil Reinraumtechnik erfordert haben, nun entfallen können oder ohne Reinraumtechnik mit weniger Aufwand durchgeführt werden können. So können durch das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise dreidimensionale Spulen oder Transformatoren auf dem Trägerkörper erzeugt werden, oder den Trägerkörper durchdringende oder in die Tiefe des Trägerkörpers hineingehende metallische Strukturen wie Vias (Durchkontaktierungen) oder metallische Kühlkörper.
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Durch die Erfindung wird es insbesondere möglich, mehrschichtige oder mehrlagige Strukturen auf dem Trägerkörper mit elektrischer, isolierender und/oder magnetischer Funktionalität im Rahmen des Direktstrukturierungsverfahrens zu realisieren.
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Die Aussparung kann z.B. ein den Trägerkörper durchdringendes Durchgangsloch, ein Sackloch oder eine Nut sein. Im Profilquerschnitt kann die Aussparung z.B. U-förmig, V-förmig oder als Aussparung mit schrägen Seitenwänden und im wesentlichen ebenen Boden ausgebildet sein.
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Im Schritt b) kann auch eine selektive Bestrahlung mit der wenigstens einen elektromagnetischen Strahlungsquelle an der der Strahlungsquelle zugewandten Oberflächenseite des Trägerkörpers erfolgen, um an dieser Oberflächenseite des Trägerkörpers aktivierte Bereiche zu erzeugen.
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Die elektromagnetische Strahlungsquelle kann insbesondere dazu eingerichtet sein, Strahlung in Form von Licht abzugeben, z.B. Laserlicht. Die elektrisch leitfähige Beschichtung kann z.B. eine Beschichtung mit Kupfer, Silber, Zinn und/oder Gold sein, oder einer Legierung aus solchen Materialien. Die elektrisch leitfähige Beschichtung kann z.B. durch einen elektrochemischen Prozess auf dem Trägerkörper aufgebracht werden. Die elektrochemische Abscheidung der elektrisch leitfähigen Beschichtung hat den Vorteil, dass der Abscheidungsprozess nicht schwerkraftbedingt erfolgt, sodass es möglich ist, auch komplexe 3D-Bauteile mit Kavitäten oder Hinterschnitten herzustellen.
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Das Additivmaterial ist derart ausgewählt, dass es durch die Strahlung der elektromagnetischen Strahlungsquelle im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt und zudem eine gute Haftfähigkeit für die aufzubringende elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist. Das Additivmaterial kann z.B. Palladium sein, z.B. in Form von in dem Trägermaterial eingebetteten Palladiumkeimen. Der Trägerkörper kann z.B. durch ein Kunststoffherstellungsverfahren hergestellt werden, z.B. durch Spritzguss. Dementsprechend kann das Trägermaterial ein für einen solchen Kunststoffherstellungsprozess geeignetes Kunststoffmaterial sein, z.B. ein Polymer.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bestrahlung an Seitenwänden von Aussparungen des Trägerkörpers in die Tiefe des Trägerkörpers hinein erfolgt, ohne dass dabei für die Bestrahlung gegenüberliegender Seitenwände von Aussparungen die Strahlungsquelle und/oder der Trägerkörper zur Strahlungsablenkung der elektromagnetischen Strahlung der wenigstens einen elektromagnetischen Strahlungsquelle relativ zueinander verschwenkt werden. Auf diese Weise sind keine komplizierten mechanischen Verstell- oder Verschwenkeinrichtungen erforderlich, um die notwendige Ausrichtung der elektromagnetischen Strahlung zur Aktivierung des Additivmaterials zu erzielen. Hierdurch kann zudem eine höhere Prozessgeschwindigkeit erzielt werden, da Verstellvorgänge entfallen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektromagnetische Strahlung der wenigstens einen elektromagnetischen Strahlungsquelle durch eines oder mehrere Strahlungsablenkbauteile in eine zur Bestrahlung unterschiedlicher Seitenwände von Aussparungen des Trägerkörpers geeignete Richtung umgelenkt wird. Auf diese Weise kann die gewünschte Ausrichtung der Strahlung zur Aktivierung des Additivmaterials auf einfache und kostengünstige Weise realisiert werden, insbesondere ohne die zuvor erwähnten aufwändigen Verschwenkmechanismen. Die Strahlungsablenkbauteile können Reflexionsbauteile, wie z.B. Spiegel aufweisen, oder Bauteile wie Prismen oder Gitter. Die Spiegel können auch teildurchlässig ausgebildet sein, z.B. halbdurchlässig für bestimmte Wellenlängen. Solche Strahlungsablenkbauteile können ganz oder teilweise an der elektromagnetischen Strahlungsquelle befestigt sein und somit bei einer Verstellung der elektromagnetischen Strahlungsquelle mitwandern, sie können alternativ oder zusätzlich auch, zumindest in Teilen, separat von der Strahlungsquelle angeordnet sein, z.B. an einer gesonderten Haltevorrichtung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren mit den Teilschritten b1) und b2) im Schritt b) durchgeführt wird:
- b1) Erzeugen erster aktivierter Bereiche des im Trägermaterial vorhandenen Additivmaterials durch selektive Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge,
- b2) Erzeugen zweiter aktivierter Bereiche des im Trägermaterial vorhandenen Additivmaterials durch selektive Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung einer zweiten Wellenlänge, die unterschiedlich zur ersten Wellenlänge ist.
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Auf diese Weise können durch die unterschiedlichen Wellenlängen der Bestrahlung unterschiedliche selektive Aktivierungseffekte des Additivmaterials erzeugt werden. So kann z.B. durch die Bestrahlung mit der ersten Wellenlänge eine Aktivierung des Additivmaterials in einer oder mehreren Seitenwänden der Aussparung erfolgen, und durch Bestrahlung mit der zweiten Wellenlänge eine Aktivierung am Boden der Aussparung oder an einer zur Strahlungsquelle gerichteten Oberflächenseite des Trägerkörpers. So kann in einem solchen Fall die zweite Wellenlänge kleiner als die erste Wellenlänge sein. Die zweite Wellenlänge kann z.B. 600 nm betragen, die erste Wellenlänge 650 nm. Wird beispielsweise ein halbdurchlässiges Spiegelsystem in der Aussparung platziert, z.B. in einem Winkel von 45 Grad, kann mittels der Bestrahlung mit der ersten Wellenlänge die reflektierende Eigenschaft des halbdurchlässigen Spiegelsystems genutzt werden, sodass eine Aktivierung des Additivmaterials in Seitenwänden erfolgen kann. Durch die Bestrahlung mit der zweiten Wellenlänge, die geringer ist und dementsprechend für den Spiegel durchlässig ist, kann somit der Boden der Aussparung aktiviert werden. Die aktivierten Bereiche sind nunmehr mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung strukturierbar.
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Zum Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung mit den unterschiedlichen Wellenlängen können beispielsweise zwei verschiedene elektromagnetische Strahlungsquellen genutzt werden, z.B. zwei Laser mit unterschiedlicher Wellenlänge, die nebeneinander angeordnet werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein aktivierter Bereich den Trägerkörper bis zu einer der Strahlungsquelle abgewandten Oberflächenseite des Trägerkörpers vollständig durchdringt. Auf diese Weise kann im Trägerkörper z.B. ein Via erzeugt werden. Während ein solches Via innen hohl sein kann, kann durch Erzeugen einer beispielsweise mit Metallmaterial verfüllten Aussparung ein relativ massiver Metallkörper im Trägerkörper erzeugt werden, der beispielsweise zur Wärmeableitung und dementsprechend zur Kühlung von auf dem Trägerkörper angeordneten elektronischen Bauteilen dienen kann. Auf diese Weise kann z.B. ein auf dem Trägerkörper angeordneter Halbleiterchip, z.B. ein Mikroprozessor, effizient und ohne zusätzliche Elemente gekühlt werden.
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Die erwähnte vollständige Durchdringung der Aussparung mit dem aktivierten Bereich erlaubt es ferner, auf der Rückseite des Trägerkörpers Kontaktierungselemente wie z.B. SMD-Lötpads bereitzustellen, die zum Anschluss der auf dem Trägerkörper realisierten elektrischen Schaltungsstruktur an andere elektrische Schaltungselemente dienen können. Auf diese Weise kann das sogenannte Packaging bereits in einem integrierten Herstellprozess erzeugt werden und gleich in den Trägerkörper integriert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass über der elektrisch leitfähigen Beschichtung des Trägerkörpers wenigstens eine weitere Funktionsschicht erzeugt wird. Auf diese Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit wenig Aufwand eine mehrlagige elektrische Schaltungsstruktur realisiert werden, im Gegensatz zu den im Wesentlichen planaren Strukturen, die durch Verfahren nach dem Stand der Technik erzeugt werden können. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache Weise, insbesondere ohne Reinraumtechnik, bereits ein großer Teil der gewünschten elektrischen Schaltungsstruktur vorbereitet und hergestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die weitere Funktionsschicht eine elektrisch leitfähige Schicht, eine elektrisch isolierende Schicht und/oder eine magnetisch wirksame Schicht ist. Selbstverständlich können auch mehrere weitere Funktionsschichten, die aus den drei genannten Arten von Schichten ausgewählt sind, mehrfach übereinander angeordnet werden. Beispielsweise ist es möglich, über einer mit dem eingangs genannten Verfahren hergestellten elektrisch leitfähigen Beschichtung eine magnetisch wirksame Funktionsschicht einzusetzen, z.B. einen Körper, z.B. in Form einer Folie, aus weichmagnetischem oder hartmagnetischem Material, und darüber wiederum eine elektrisch leitfähige Schicht zu erzeugen, die mit der darunterliegenden elektrisch leitfähigen Beschichtung verbunden wird. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Spule oder ein Transformator mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders effizient hergestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Trägerkörper mit Formschlusselementen hergestellt wird, die dazu eingerichtet sind, den Trägerkörper mit wenigstens einem weiteren Trägerkörper mechanisch durch eine formschlüssige Verbindung zu verbinden. Hierzu können an dem weiteren Trägerkörper Gegen-Formschlusselemente vorhanden sein, die als Gegenstück zu den Formschlusselementen des erstgenannten Trägerkörpers ausgebildet sind. Auf diese Weise können der Trägerkörper und der weitere Trägerkörper formschlüssig miteinander gekoppelt werden. Die formschlüssige Verbindung beinhaltet dabei auch die Möglichkeit, dass zwischen dem Formschlusselement und dem Gegen-Formschlusselement ein gewisser Kraftschluss bzw. Reibschluss vorhanden ist, z.B. derart, dass das Formschlusselement am Gegen-Formschlusselement festgeklemmt ist. So können Formschlusselemente beispielsweise in Form von Noppen am Trägerkörper angeordnet sein, ähnlich wie bei Spielzeug-Klemmbausteinen. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäß hergestellte elektrische Schaltungsstruktur mit dem Trägerkörper nach einem System von Klemmbausteinen mit anderen, kompatibel dazu ausgebildeten Trägerkörpern verbunden werden. Hierbei können die elektrischen Kontaktierungen zwischen Trägerkörpern unmittelbar durch das Zusammenstecken hergestellt werden, z.B. indem entsprechende Kontaktflächen an den Trägerkörpern bzw. deren Oberflächen hergestellt sind.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Herstellung von Mikrobauteilen und Mikrosystemen, d.h. elektrischen Schaltungsstrukturen in Mikrotechnologie. Als solche Mikrosysteme oder Mikrobauteile bezeichnet man Elemente, bei denen die einzelnen Strukturen, z.B. die Breite hergestellter Leiterbahnen, im Mikrometer-Bereich liegen, z.B. im Bereich von weniger als 500 µm.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die durch die elektromagnetische Strahlung selektiv erzeugten Strukturen des Trägerkörpers als Mikrostrukturen ausgebildet sind. Dementsprechend kann eine elektrische Schaltungsstruktur in Mikrotechnologie erzeugt werden. Hierbei kann die Materialdicke des Trägerkörpers beispielsweise wenigstens zehnmal so groß sein wie die Breite von durch die elektrisch leitfähige Beschichtung des Trägerkörpers in den aktivierten Bereichen gebildeten Leiterbahnen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine, mehrere oder alle der Aussparungen des Trägerkörpers durch Bestrahlung des Trägerkörpers mit einer elektromagnetischen Strahlungsquelle erzeugt werden. Auf diese Weise kann auch die erforderliche mechanische Bearbeitung vereinfacht werden und der Einsatz zusätzlicher Werkzeuge für die mechanische Bearbeitung des Trägerkörpers eliminiert oder zumindest reduziert werden. Beispielsweise können die erforderlichen Aussparungen für Vias bereits mittels der elektromagnetischen Strahlungsquelle hergestellt werden. Die für die Erzeugung der Aussparungen des Trägerkörpers verwendete elektromagnetische Strahlungsquelle kann dieselbe elektromagnetische Strahlungsquelle sein, wie sie beim eingangs erläuterten Verfahren für die Erzeugung der aktivierten Bereiche des Additivmaterials genutzt wird, oder eine andere elektromagnetische Strahlungsquelle, z.B. eine elektromagnetische Strahlungsquelle mit höherer Leistung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem Batch-Fertigungsprozess ein Mehrfach-Trägerkörper bearbeitet wird, der eine Vielzahl von Trägerkörpern aufweist, auf denen jeweils die genannte Direktstrukturierung des Trägerkörpers mittels der elektromagnetischen Strahlungsquelle durchgeführt wird. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch für die Großserienfertigung optimiert werden. Der Mehrfach-Trägerkörper kann beispielsweise ähnlich wie ein Wafer in der Halbleitertechnologie ausgebildet sein. Aus dem Mehrfach-Trägerkörper können dann nach den erwähnten Herstellungsschritten die einzelnen Trägerkörper abgetrennt werden und dann separat weiterbearbeitet oder einer Nutzung zugeführt werden.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine elektrische Schaltungsstruktur aufweisend einen Trägerkörper aus einem nichtleitenden Trägermaterial mit im Trägermaterial eingebettetem, durch Bestrahlung mit einer elektromagnetischen Strahlungsquelle aktivierbarem Additivmaterial, wobei der Trägerkörper in selektiv aktivierten Bereichen des Additivmaterials eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist, die zumindest einen Teil der elektrischen Schaltungsstruktur bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung des Trägerkörpers in den aktivierten Bereichen zumindest an Seitenwänden von Aussparungen des Trägerkörpers in die Tiefe des Trägerkörpers hinein vorhanden ist. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Die elektrische Schaltungsstruktur kann z.B. nach einem Verfahren der zuvor erläuterten Art hergestellt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- 1 - eine Anordnung zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsstruktur in seitlicher Schnittansicht und
- 2 - eine elektrische Schaltungsstruktur in seitlicher Schnittansicht und
- 3 bis 5 - einzelne Herstellschritte bei der Herstellung einer elektrischen Schaltungsstruktur in perspektivischer Darstellung und
- 6 - die in 5 dargestellte elektrische Schaltungsstruktur in einer seitlichen Schnittansicht und
- 7 - die in 5 dargestellte elektrische Schaltungsstruktur in einer Ansicht von der Kontaktierungsseite.
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In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
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Die 1 zeigt einen Trägerkörper 1 aus dem nichtleitenden Trägermaterial mit im Trägermaterial eingebettetem, durch Bestrahlung mit der elektromagnetischen Strahlungsquelle aktivierbarem Additivmaterial. Der Trägerkörper 1 wird durch eine oder mehrere elektromagnetische Strahlungsquellen 6 durch Bestrahlung mit einer elektromagnetischen Strahlung 7 direkt strukturiert. Der Trägerkörper 1 weist eine der Strahlungsquelle 6 zugewandte Oberflächenseite 4 und eine der Strahlungsquelle 6 abgewandte Oberflächenseite (Rückseite) 5 auf. An der Oberflächenseite 4 weist der Trägerkörper 1 mehrere Aussparungen 2 auf, die sich jeweils ein Stück in die Tiefe des Trägerkörpers 1 hinein erstrecken. Bei einigen der Aussparungen 2 schließen sich weitere Aussparungen 2 an, die sich durch den Trägerkörper 1 vollständig hindurch erstrecken, d.h. bis zu Oberflächenseite 5 hin. Einige der Aussparungen 2, nämlich die nicht durch den Trägerkörper 1 hindurchgehenden Aussparungen 2, weisen einen Boden 17 auf. Jede dieser Aussparungen 2 weist eine oder mehrere Seitenwände 3 auf. Als Seitenwände werden dabei in die Tiefe (z-Richtung) des Trägerkörpers hineinverlaufende Wände der jeweiligen Aussparung 2 verstanden.
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Während bei dem Boden 17 ohne weiteres mit bekannten Direktstrukturierungsverfahren die gewünschte Aktivierung des im Trägermaterial vorhandenen Additivmaterials mit der Strahlungsquelle 6 erfolgen kann, stellen die Seitenwände 3 eine besondere Herausforderung dar, insbesondere wenn sie in spitzem Winkel zur Richtung der Strahlung 7 verlaufen. Um komplizierte automatisierte Verschwenkmechanismen für den Trägerkörper 1 und/oder die Strahlungsquelle 6 zu vermeiden, wird ein Strahlungsablenkbauteil 8 zur Bestrahlung solcher Seitenwände eingesetzt. Dies ist insbesondere sinnvoll bei den noch weiter in die Tiefe gehenden Aussparungen, insbesondere die den Trägerkörper 1 durchdringenden Aussparungen 2, zumal diese zum Teil sehr geringe Abmessungen haben. In diesem Fall können beispielsweise Mikrospiegel in der jeweiligen Aussparung 2 platziert werden. Für die vollständige Durchführung des Schritts des Erzeugen aktivierter Bereiche durch die Strahlungsquelle 6 muss diese lediglich relativ zum Trägerkörper 1 in x- und y-Richtung bewegt werden, aber wie erwähnt nicht verschwenkt werden.
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Nach der entsprechenden selektiven Aktivierung des im Trägermaterial des Trägerkörpers 1 vorhandenen Additivmaterials wird darauf eine elektrisch leitfähige Beschichtung erzeugt. Dies ist anhand der 2 beispielhaft dargestellt. Erkennbar ist, dass bei den oberen Aussparungen 2, die links und rechts dargestellt sind, die schrägen Seitenwände 3 mit einer Beschichtung 12 versehen sind. Die schmalen, den Trägerkörper 1 durchdringenden Aussparungen 2 sind mit einer Beschichtung 10 versehen, sie bilden damit Vias, somit eine Durchkontaktierung, die an der Oberflächenseite 5 eine direkte elektrische Kontaktierung der von der Oberflächenseite 4 her eingesetzten Bauteile ermöglicht. Ferner ist die mittlere Aussparung 2 nicht nur oberflächlich metallisch beschichtet, sondern damit ausgefüllt, sodass hierdurch ein Kühlkörper 11 entstanden ist. Auf diese Weise kann ein z.B. über die Vias 10 elektrisch kontaktiertes Schaltungsbauteil 15, z.B. ein Mikrochip, über den Kühlkörper 11 gekühlt werden. Es muss somit kein externer Kühlkörper eingesetzt werden.
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In den linken und rechten Aussparungen mit den schrägen Seitenwänden 3 sind in einem weiteren Herstellungsschritt Funktionsteile 13 eingelegt, z.B. für eine weichmagnetische Flussführung, die eine weitere Funktionsschicht auf dem Trägerkörper 1 bilden. Zudem wurde oberhalb der Funktionsteile 13 eine weitere elektrische Beschichtung 14 aufgebracht, die elektrisch in Form einer Spulenanordnung mit den Beschichtungen 12 der schrägen Seitenwände 3 verbunden ist. Hierdurch wird eine weitere Funktionsschicht auf dem Trägerkörper 1 gebildet. Die Bereitstellung der Spulenanordnung wird nachfolgend noch anhand der weiteren Zeichnungen nähert erläutert.
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Wie die 2 ferner zeigt, kann der Trägerkörper 1 zusätzlich mit Formschlusselementen 16 nach Art von Klemmbausteinen hergestellt sein. Über die Formschlusselemente 16 kann der Trägerkörper 1 mit weiteren Trägerkörpern, die vergleichbare Formschlusselemente aufweisen, die mit dem Formschlusselementen 16 des Trägerkörpers 1 gekoppelt werden können, mechanisch verbunden werden.
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Anhand der 3 bis 5 wird die Herstellung einer Spule oder eines Transformators mit den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten erläutert. Die 3 bis 5 zeigen dabei lediglich die elektrisch wirksamen mit diesen Schritten hergestellten Bereiche, die elektrisch neutralen Bereiche des Trägerkörpers 1 sind der besseren Übersicht halber nicht mit dargestellt.
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Gemäß 3 ist zunächst die untere Lage, die die Spule oder den Transformator bilden soll, durch das Erzeugen aktivierter Bereiche des im Trägermaterial vorhandenen Additivmaterials durch selektive Bestrahlung mittels der Strahlungsquelle sowie mit der anschließend aufgebrachten elektrisch leitfähigen Beschichtung dargestellt. Hierbei sind auch die Vias 10 bereits hergestellt.
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Wie in der 4 erkennbar ist, wird in entsprechenden verbliebenen Bereichen der Aussparungen 2 nun das ringförmige Funktionsteil 13 eingesetzt, das bei der herzustellenden Spule oder dem Transformator den magnetischen Kern bilden soll. Das Funktionsteil 13 kann dabei in Form einer Folie bereitgestellt sein.
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Die 5 zeigt, dass durch einen weiteren elektrochemischen Abscheideprozess eine obere Beschichtungslage 14 einer elektrisch leitfähigen Beschichtung selektiv aufgebracht ist und mit den jeweils über das Funktionsteil 13 ragenden Bereichen der Beschichtung 12 elektrisch verbunden ist. Hierdurch ist eine Spule mit mehreren Windungen hergestellt.
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Die 6 zeigt die Anordnung gemäß 5 in einer Seitenansicht, wobei das Trägerbauteil 1 mit dargestellt ist. Erkennbar ist, dass die Vias 10 auf der Rückseite 5 elektrische Anschlussflächen bereitstellen, über die die Spule oder der Transformator elektrisch kontaktiert werden kann. Die Rückseite 5 bildet somit eine Kontaktierungsseite der Anordnung.
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Die 7 zeigt die Anordnung gemäß 6 in einer Betrachtungsrichtung auf die Oberflächenseite 5, sodass die durch die Vias 10 bereitgestellten Anschlussflächen erkennbar sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012105765 A1 [0005]
