DE102017213838A1

DE102017213838A1 - Verfahren zur Durchkontaktierung einer Leiterplatte und eine solche Leiterplatte

Info

Publication number: DE102017213838A1
Application number: DE102017213838.6A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Zacherl; Erich Mattmann; Waldemar Brinkis
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2037-08-09
Also published as: WO2019029920A1; DE102017213838B4; US10842030B2; CN111052886B; CN111052886A; US20200170123A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchkontaktierung einer Leiterplatte 1 mit auf zwei Seiten eines gesinterten Keramiksubstrates 2 ausgebildeten Leiterbahnen 4, 5, bei dem mindestens zwei Löcher 3 des Keramiksubstrates 2 mit einer Sinterpaste 7 unter Pressdruck befüllt werden. Anschließend wird die Sinterpaste 7 getrocknet und gebrannt. Beim Brennen sintert die Sinterpaste 7 aus, wobei die Sinterpaste 7 im ausgesinterten Zustand zumindest eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Keramiksubstrat 2 eingeht und dabei das Loch 3 ausfüllt.Zur gleichzeitigen Befüllung mehrerer unterschiedliche Lochdurchmesser aufweisender Löcher 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e mit der Sinterpaste 7 wir dabei eine Druckschablone 18 mit einer Mehrzahl von zugeordneten Schablonenlöchern 19, 19a, 19b, 19c, 19d, 19e unterschiedlicher Durchmesser verwendet. Ferner wird ein einziger Druckparametersatz verwendet, welcher basierend auf einem der zu befüllenden und als Referenz fungierenden Löcher festgelegt wird.Die Druckschablone 18 umfasst dabei mindestens ein Schablonenloch 19a, 19b, 19c, 19d, 19e zur Befüllung eines gegenüber dem Referenzloch größeren Loches 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, wobei das Schablonenloch 19a, 19b, 19c, 19d, 19e eine flächenreduzierende und flächenunterteilende Geometrie 32 aufweist, welche das Schablonenloch 19a, 19b, 19c, 19d, 19e in zumindest zwei Lochabschnitte unterteilt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchkontaktierung einer Leiterplatte und eine solche Leiterplatte, insbesondere zur Verwendung in Sensoren für Kraftfahrzeuge.
Nach dem Stand der Technik sind zweiseitig als Schaltungsträger fungierende Leiterplatten bekannt. Solche Leiterplatten können z.B. eine Sinterkeramik als Trägermaterial für Leiterbahnen aufweisen. Ferner können solche Leiterplatten metallisierte Löcher aufweisen, welche die auf den beiden Seiten des Schaltungsträgers ausgebildeten Leiterbahnen miteinander verbinden.
Eine solche Leiterplatte findet sich z.B. in einem sogenannten magnetischen, passiven Positionssensor, auch MAPPS genannt (MAgnetic Passiv Position Sensor), welcher in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs zur Kraftstofffüllstandserfassung zum Einsatz kommt. Ein derartiger Sensor enthält eine Leiterplatte mit einem Schaltungsträger, welcher aus einem Sinterkeramiksubstrat ausgebildet ist und auf einer Seite mit Leiterbahnen sowie mit einer Kontaktfederstruktur versehen ist, wobei die Kontaktfederstruktur mit den Leiterbahnen zusammenwirkt. Diese Kontaktfederstruktur wird dabei je nach Kraftstofffüllstand des Tanks mittels eines Magneten mit den Leiterbahnen kontaktiert. Das Sinterkeramiksubstrat umfasst dabei ferner z.B. zwei metallisierte Löcher, um die Leiterbahnen auf beiden Seiten des Sinterkeramiksubstrates miteinander zu verbinden.
Zur Metallisierung dieser Löcher wird zunächst auf einer Seite des gesinterten Keramiksubstrates im Bereich der Löcher eine Schicht einer elektrisch leitenden Dickschichtpaste bzw. Sinterpaste aufgetragen. Dann wird diese Paste von der anderen Seite mittels eines Unterdruckes zum Teil in die Löcher eingesaugt. Das Keramiksubstrat wird dann in einem Sinterofen getrocknet und gebrannt, wodurch die Dickschichtpaste bzw. Sinterpaste aussintert und mit dem Keramiksubstrat eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Analog dazu wird dann bezüglich der anderen Seite des Keramiksubstrates verfahren. Im Ergebnis überlappen sich somit zum Teil eine erste Schicht und eine zweite Schicht einer jeweils elektrisch leitenden Dickschichtpaste in den Löchern, sodass eine Durchkontaktierung entsteht. Die Metallisierung umfasst daher grundsätzlich einen Füllvorgang sowie einen daran sich anschließenden Temperaturbehandlungsvorgang.
Die Löcher werden schließlich mittels einer Glasmasse verschlossen, um die mit den Leiterbahnen und der Kontaktfederstruktur bestückte Seite des Keramiksubstrates flüssigkeitsdicht bzw. hermetisch abkapseln zu können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Durchkontaktierung zu verbessern. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den dieser Durchkontaktierung zugrunde liegenden Fertigungsprozess zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst, der ein Verfahren zur Durchkontaktierung einer Leiterplatte unter Schutz stellt. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Des Weiteren stellt der Anspruch 17 eine Leiterplatte unter Schutz, die nach dem vorgeschlagenen Verfahren durchkontaktiert ist.
Es wird ein Verfahren zur Durchkontaktierung einer Leiterplatte mit auf zwei Seiten eines gesinterten Keramiksubstrates ausgebildeten Leiterbahnen vorgeschlagen, bei dem eine Mehrzahl von Löchern des Keramiksubstrates unterschiedlicher Lochdurchmesser in einem einzigen Fertigungsfüllvorgang mit einer metallhaltigen Sinterpaste unter Pressdruck gleichzeitig befüllt werden. Die Sinterpaste wird anschließend getrocknet und gebrannt. Beim Brennen sintert die Sinterpaste aus, wobei die Sinterpaste im ausgesinterten Zustand zumindest eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Keramiksubstrat eingeht und dabei das Loch vorzugsweise vollständig ausfüllt.
Je nachdem, ob sich bei der Ausfüllung des Loches mit der Sinterpaste ein Überstand an Material bzw. ein Materialpfropfen bildet, welcher die jeweilige Keramiksubstratseite bzw. den jeweiligen Lochrand hintergreift, kann auch ein Formschluss zwischen dem Keramiksubstrat und der Sinterpaste entstehen. Ein derartiger Pfropfen kann einen Materialüberstand gegenüber der jeweiligen Substratseite von etwa 2 bis 5µm darstellen. Je nach Größe des Durchmessers des zu befüllenden Substratlochs kann der Materialüberstand auch z.B. in einer Größenordnung von ca. 30 bis 50µm liegen.
Dabei wird zur gleichzeitigen Befüllung mehrerer, unterschiedliche Lochdurchmesser aufweisender Löcher mit der Sinterpaste eine Druckschablone mit einer Mehrzahl von zugeordneten Schablonenlöchern unterschiedlicher Durchmesser verwendet, wobei ein einziger Druckparametersatz verwendet wird, welcher basierend auf einem der zu befüllenden und als Referenz fungierenden Löcher festgelegt wird.
Die Druckschablone weist dabei mindestens ein Schablonenloch zur Befüllung eines gegenüber dem Referenzloch größeren Loches auf, wobei das Schablonenloch eine flächenreduzierende und flächenunterteilende Geometrie aufweist, welche das Schablonenloch in zumindest zwei Lochabschnitte unterteilt.
Durch das vorgeschlagene Verfahren lassen sich die zur Durchkontaktierung einer solchen Leiterplatte erforderlichen Fertigungsfüllvorgänge auf ein Minimum reduzieren. Ohne eine solch vorgeschlagene, spezifische Druckschablone kann ein mehrere Löcher unterschiedlicher Durchmesser umfassendes Keramiksubstrat eine der Anzahl an unterschiedlichen Lochdurchmessern entsprechende Anzahl von Fertigungsfüllvorgängen erfordern.
Durch die Druckschablone lässt sich solch ein mehrstufiger Fertigungsfüllvorgang vorteilhafterweise sogar auf einen einzigen Fertigungsfüllvorgang oder zumindest auf sehr wenige Fertigungsfüllvorgänge reduzieren.
Dies hat den Vorteil, dass störende, bereits ausgesinterte Materialüberstände, welche bei der Befüllung von Löchern einer bestimmten Durchmessergröße entstanden sind, bei der Befüllung anderer Löcher einer anderen Durchmessergröße vermieden werden können. Solche Materialüberstände erschweren nämlich den Fertigungsfüllvorgang.
Das vorgeschlagene Verfahren ist ferner material- und somit kostensparend, weil es im Unterschied zum Stand der Technik eine bedarfsabhängige Befüllung der Löcher - abhängig von der jeweils geforderten Stromtragfähigkeit der Durchkontaktierung - ermöglicht. Es kann nämlich bei der Befüllung zwischen kleineren Löchern zur Verbindung von Signalleitungen und größeren Löchern zur Verbindung von Leitungen, welche höhere Leistungen übertragen, unterschieden werden.
Indem Lochdurchmesser bezogene, separate Fertigungsfüllvorgänge vermieden werden, wird auch der Migration von Metall aus den zuvor genannten Leiterbahnen und der Sinterpaste und ggf. anderer Bestandteile der Leiterbahnen und der Sinterpaste entgegengewirkt, weil die den einzelnen Fertigungsfüllvorgängen nachfolgenden Temperaturbehandlungsvorgänge der Leiterplatte zum Trocknen und Brennen der Sinterpaste in den einzelnen Löchern unterbleiben. Vielmehr wird die Anzahl der Temperaturbehandlungsvorgänge auf ein Minimum reduziert.
Unter einer Leiterplatte bzw. Platte oder Platine im Sinne dieser Anmeldung ist eine Leiterplatte zu verstehen, deren Trägermaterial bzw. -substrat sich für einen Hochtemperatur- bzw. Sinterprozess eignet, d.h. für eine Behandlung bei etwa 950°C oder auch bei etwa 1500°C. Im Falle einer verwendeten Aluminiumoxid-Keramik für das Trägermaterial sind Temperaturen von bis zu ca. 950°C möglich, bis zu denen ein solches Material verarbeitbar ist.
Die Leiterbahnen können drucktechnisch in einem Siebdruckverfahren oder Schablonendruckverfahren auf das Trägermaterial bzw. -substrat aufgebracht bzw. aufgetragen werden. Ein derart bedruckter Keramiksubstratträger wird gebrannt, wobei die Leiterbahnen zu sehr widerstandsfähigen und zuverlässigen Schichten verschmelzen bzw. aussintern. Grundsätzlich kann ein solcher Brennvorgang nach der sogenannten Dickschichttechnologie erfolgen.
Unter Sintern bzw. Aussintern versteht man dabei eine Verfestigung und Verdichtung einer Sinterpaste zu einem kompakten Werkstoff infolge einer Temperaturbehandlung in einem Sinterofen.
Der nach dieser Erfindung durchzukontaktierende Keramiksubstratträger ist bereits ausgesintert, bevor dessen zumindest zwei Löcher mit der Sinterpaste befüllt werden.
Der erfindungsgemäße Füllvorgang ist grundsätzlich vom nach dem Stand der Technik bekannten Füllen von VIAs bzw. VIA Füllen (VIA Hole Filling; VIA = Vertical Interconnect Access) zu unterscheiden. Unter dem Füllen von VIAs bzw. VIA Füllen ist eine Auffüllung eines Lochs eines Grünlings - auch „Green Tape“ oder Sinterfolie genannt - in einem Siebdruck oder Schablonendruck zum Zwecke einer Durchkontaktierung zu verstehen.
Ein solcher Grünling („Green Tape“) besteht dabei aus einer Lage einer trockenen, aber ungesinterten Sintermasse bzw. -folie, etwa aus einer Aluminiumoxidkeramik, die sich bei einer Trocknung und bei einem Brennvorgang in einem Sinterofen zu einem festen Trägermaterial verdichtet und verfestigt. Bei der Herstellung wird solch eine Grünlingslage auf eine Kunststoffträgerfolie aufgetragen und zu einer Rolle aufgewickelt. Solch eine Grünlingslage bzw. Sinterpastenlage kann im getrockneten, aber ungesinterten Zustand eine Dicke von ca. 0,1mm aufweisen. Mehrere solcher Lagen von Sinterpasten aus Aluminiumoxidkeramik können je nach Anwendung aufeinander gestapelt werden. Jede Lage eines solchen Stapels von Lagen kann dabei Leiterbahnen, Widerstände und zumindest ein Loch zur Durchkontaktierung der Lage aufweisen. Solche Löcher werden dabei im Siebdruck oder Schablonendruck mit einer Dickschicht befüllt (vgl. zuvor erwähntes VIA Füllen). D.h., diese Löcher sind bereits befüllt, bevor der Stapel zusammengepresst wird. Ein solcher Stapel wird anschließend isostatisch verpresst, aber nicht etwa um die Löcher zu befüllen bzw. auszufüllen, sondern um den Stapel zu verpressen. Ein derart verpresster Stapel von einzelnen Grünlingslagen wird schließlich in einem Ofen ausgesintert bzw. durch die Trocknung und den Brennvorgang im Ofen zu einer verdichteten und verfestigten Sinterkeramik ausgebildet.
Unter Sintern im Zusammenhang mit der Durchkontaktierung ist im Sinne dieser Anmeldung ein Vorgang zu verstehen, bei dem aus einem pastösen Gemisch - etwa aus einem Metall oder Edelmetall, einem Glas, einem Harz und einem Verdünner - zur Verwendung als Leitpaste bzw. Sinterpaste, die als Füllstoff fungiert, eine physikalisch feste und elektrisch leitende Struktur entsteht.
Die vorgeschlagene Metallisierung der Löcher gewährleistet eine ausfallsichere Durchkontaktierung des Substrates, weil an jeder Stelle des jeweiligen Loches genügend elektrisch leitendes Material vorhanden ist.
Darüber hinaus benötigt eine solche Metallisierung einen kleineren Bereich um das jeweilige Loch herum, der zum Zweck der Durchkontaktierung metallisiert werden muss. Man spricht dabei auch von einer vorteilhaften Miniaturisierung der metallisierten Löcher.
Die als Füllstoff verwendete metallhaltige Sinterpaste, insbesondere Silber-Palladiumsinterpaste weist dabei einen Palladiumgehalt von mindestens 5% auf, vorzugsweise 10 bis 15%. Das Palladium ist dabei ein wichtiger Bestandteil der Pastenzusammensetzung, denn es erhöht die Haftfestigkeit der Sinterpaste im Loch des gesinterten Keramiksubstrates. Ein solches Loch wird mittels eines Lasers gebohrt. Dabei bildet sich auf der Oberfläche des Loches eine Verglasung aus, welche die Verbindung mit der Sinterpaste erschwert. Durch die Zugabe von Palladium wird der Bindemechanismus beim Verpressen der Sinterpaste in das Loch wesentlich verbessert.
Der Palladiumgehalt in der Sinterpaste bewirkt zudem eine bessere Verträglichkeit mit einer im Nachhinein im Siebdruck oder Schablonendruck im Bereich des ausgefüllten Lochs aufgedruckten metallischen und als Leiterbahn fungierenden Sinterpaste, indem das Palladium den sogenannten Kirkendall-Effekt abschwächt oder sogar eliminiert, der als solcher dem Fachmann bekannt ist.
Der Kirkendall-Effekt ist dadurch gekennzeichnet, dass sich bei genügend hoher Temperatur bei zwei aneinander liegenden festen Phasen das Volumen der einen Phase verringert, während sich das Volumen der anderen Phase vergrößert. Der Effekt wird besonders gut sichtbar, wenn die Phasengrenze vorher markiert war, da man dann eine Verschiebung der Markierung relativ zu einer äußeren Probengeometrie beobachtet. Die Phasengrenze wandert nicht selbst, sondern es bewegt sich Materie zwischen den Phasen und damit die Position der Phasengrenze relativ zur äußeren Probengeometrie.
Die metallhaltige Sinterpaste kann dabei bleihaltig oder bleifrei sein, je nachdem welche Anforderungen an die Sinterpaste gestellt werden.
Unter einem Druckparametersatz - der als solcher abhängig vom Durchmesser eines zu befüllenden bzw. durchzukontaktierenden Substratloches ist - ist dabei im Sinne dieser Offenbarung insbesondere zu verstehen: ein Rakelfülldruck, ein Rakelaufsetzdruck sowie eine Rakelgeschwindigkeit. Der Rakelfülldruck oder Pressdruck ist dabei der Druck, der beim Verpressen der Sinterpaste im Inneren eines Druckwerkzeugs in der Gestalt einer Druckrakel aufgebaut wird bzw. entsteht. Der Rakelaufsetzdruck hingegen ist dabei der Druck, mit welchem die Druckrakel auf eine Druckschablone zur Befüllung der Löcher des Keramiksubstrates aufgesetzt wird. Der Rakelfülldruck bzw. Pressdruck ist demnach vom Rakelaufsetzdruck zu unterscheiden und kann abhängig vom Durchmesser des Substratlochs und der Substratstärke bzw. Substratdicke variieren. Unter einem Druckrakel ist ein bewegliches Druckwerkzeug zu verstehen, bei dem mittels eines beweglichen Bauteils eine zu verpressende Sinterpaste unter einem Rakelfülldruck bzw. Pressdruck von 1 bis 4bar in ein Loch bzw. in die Löcher der Druckschablone und dabei in ein Loch bzw. in die Löcher des Keramiksubstrates eingebracht wird. Die Rakelgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit welcher die Druckrakel entlang der Druckschablone verfährt.
Im Zusammenhang mit dem mindestens einen Schablonenloch ist unter einer flächenreduzierenden und flächenunterteilenden Geometrie eine Geometrie zu verstehen, welche das zugeordnete Schablonenloch in zumindest zwei Lochabschnitte bzw. Lochsegmente unterteilt, um mittels eines einzigen Druckparametersatzes, welcher basierend auf einem der zu befüllenden und als Referenz fungierenden Löcher festgelegt wird, zumindest mehrere unterschiedliche Lochdurchmesser aufweisende Löcher und idealerweise sogar alle zu befüllenden Löcher des Keramiksubstrates mit der Sinterpaste gleichzeitig befüllen zu können.
Dieser Geometrie liegt die Überlegung zugrunde, die flächenmäßige Größe der einzelnen durch die Geometrie gebildeten Lochabschnitte des zugeordneten Schablonenlochs in den Bereich der flächenmäßigen Größe des als Referenz fungierenden Substratloches zu rücken, um auch für gegenüber dem Referenzloch größere Löcher des Substrates das für das Referenzloch erzielte Füllergebnis sicherzustellen.
Nach einer Ausführungsform kann als Referenzloch des Substrates zur Festlegung des Druckparametersatzes idealerweise das Loch mit dem kleinsten Durchmesser festgelegt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform können alle zu befüllenden Löcher des Keramiksubstrates in einem einzigen Fertigungsfüllvorgang gleichzeitig befüllt werden. In diesem Fall entfällt die zuvor erwähnte störende Wirkung der Materialüberstände sogar gänzlich. Und indem separate Fertigungsfüllvorgänge vermieden werden, wird auch der Migration des Metalls, etwa des zuvor genannten Edelmetalls Silber, und ggf. anderer Bestandteile der Sinterpaste bestmöglich entgegengewirkt, weil die den einzelnen Fertigungsfüllvorgängen nachfolgenden Temperaturbehandlungsvorgänge zum Trocknen und Brennen der Sinterpaste unterbleiben.
Die flächenreduzierende und flächenunterteilende Geometrie der Druckschablone, welche das zugeordnete Schablonenloch in zumindest zwei Lochabschnitte unterteilt, kann dabei verschiedenartig ausgestaltet sein.
Nach einer Ausführungsform wird für das zugeordnete Schablonenloch eine Geometrie verwendet, welche das Schablonenloch in drei Lochabschnitte unterteilt. Dabei können z.B. drei gleiche stegartige Schablonenabschnitte verwendet werden, welche um 120° zueinander versetzt angeordnet sind und sich im Mittelpunkt des Schablonenlochs treffen, wobei sie im Mittelpunkt des Schablonenlochs aneinander angeformt sind.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann nach einer weiteren Ausführungsform für das zugeordnete Schablonenloch eine Geometrie verwendet werden, welche das Schablonenloch in vier Lochabschnitte unterteilt. Dabei können z.B. vier gleiche stegartige Schablonenabschnitte verwendet werden, welche um 90° zueinander versetzt angeordnet sind und sich im Mittelpunkt des Schablonenlochs treffen, wobei sie im Mittelpunkt des Schablonenlochs aneinander angeformt sind.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann nach einer weiteren Ausführungsform für das zugeordnete Schablonenloch eine Geometrie verwendet werden, welche das Schablonenloch in fünf Lochabschnitte unterteilt. Dabei können z.B. ein ringförmiger Schablonenabschnitt und vier gleiche stegartige Schablonenabschnitte verwendet werden, welche um 90° zueinander versetzt angeordnet und radial außen liegend am ringförmigen Schablonenabschnitt angeformt sind.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann nach einer weiteren Ausführungsform für das zugeordnete Schablonenloch eine Geometrie verwendet werden, welche das Schablonenloch in acht Lochabschnitte unterteilt. Dabei können z.B. acht gleiche stegartige Schablonenabschnitte verwendet werden, welche um 45° zueinander versetzt angeordnet sind und sich im Mittelpunkt des Schablonenlochs treffen, wobei sie im Mittelpunkt des Schablonenlochs aneinander angeformt sind.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann nach einer weiteren Ausführungsform für das zugeordnete Schablonenloch eine Geometrie verwendet werden, welche das Schablonenloch in sechzehn Lochabschnitte unterteilt. Dabei können z.B. ein ringförmiger Schablonenabschnitt und acht gleiche stegartige Schablonenabschnitte verwendet werden, welche um 45° zueinander versetzt angeordnet sind und sich im Mittelpunkt des Schablonenlochs treffen, wobei sie im Mittelpunkt des Schablonenlochs aneinander angeformt sind und dabei den ringförmigen Schablonenabschnitt schneiden.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird eine Druckschablone mit zumindest einer Lochreihe verwendet, welche zumindest ein Schablonenloch mit einer flächenreduzierenden und flächenunterteilenden Geometrie nach der zuvor beschriebenen Art aufweist.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird der einzige Druckparametersatz für zu befüllende Lochdurchmesser von 100 bis 450µm festgelegt. Dabei kann für das zugeordnete Schablonenloch ohne Berücksichtigung der flächenreduzierenden und flächenunterteilenden Geometrie ein Lochdurchmesser von 300 bis 600µm festgelegt werden. Für die Schablone kann dabei z.B. eine Schablonendicke bzw. -stärke von 30 bis 150µm verwendet werden.
Es wird ferner eine Leiterplatte vorgeschlagen mit auf zwei Seiten eines gesinterten Keramiksubstrates ausgebildeten Leiterbahnen, wobei das Keramiksubstrat, welches in einem ausgesinterten Zustand mindestens zwei durchzukontaktierende Löcher aufweist, nach dem zuvor beschriebenen Verfahren durchkontaktiert ist. Solch eine Leiterplatte wird durch den Patentanspruch 17 unter Schutz gestellt.
Nach einer Ausführungsform wird ein Pressdruck von vorzugsweise ca. 1 bis 4bar mittels eines beweglichen Bauteils aufgebracht, um die Sinterpaste zu verpressen. Unter einem beweglichen Bauteil im Sinne dieser Anmeldung ist dabei ein Kolben zu verstehen, der mit einem umgebenden Gehäuse einen abgeschlossenen Raum bildet, welcher mit der zu verpressenden Sinterpaste befüllt ist. Der Kolben kann dabei eine längliche Erstreckung aufweisen, etwa in der Gestalt eines Schwertes, um mehrere Löcher, die in einer Reihe zueinander angeordnet sind, gleichzeitig befüllen zu können. Nach einer Ausführungsform beträgt der mittels des Presswerkzeugs aufgebaute Pressdruck ca. 3bar.
Ein solcher Pressdruck muss bei Substratdicken ab ca. 0,25mm aufgebracht werden, um eine Befüllung des jeweiligen Lochs des gesinterten Keramiksubstrates zu gewährleisten. Grundsätzlich eignet sich der zuvor genannte Pressdruckbereich zur Bearbeitung von Substratdicken von ca. 0,25mm bis 5mm. Nach einer Ausführungsform beträgt der bevorzugte Bereich von Substratdicken 0,5mm bis 0,7mm.
Das Keramiksubstrat kann dabei auf einem Träger mittels eines Unterdruckes fixiert werden, indem das Keramiksubstrat über mindestens einen im Träger ausgebildeten Ansaugkanal gegen den Träger angesaugt wird, nachdem es zuvor entsprechend ausgerichtet worden ist bzw. unter Zuhilfenahme von zumindest einem Anschlag positioniert worden ist.
Durch die verwendete Schablone lassen sich zudem Verunreinigungen auf einer Seite des Substrates vermeiden. Um auch die andere Seite des Keramiksubstrates vor Verunreinigungen zu schützen, kann eine nachgiebige Lage verwendet werden, die zwischen dem Keramiksubstrat und dem Träger angeordnet wird. Nach einer Ausführungsform wird zu diesem Zweck eine Papierlage verwendet.
Das Keramiksubstrat kann dabei von einem Verstärkungsrahmen eingefasst werden, welcher das Substrat vor Beschädigungen infolge der Beaufschlagung mit Pressdruck beim Ausfüllen der Löcher mit der Sinterpaste schützt.
Auf einem derart durchkontaktierten Substrat lassen sich schließlich Leiterbahnen unterschiedlicher Breite und Dicke unter Verwendung einer Dickschicht in einem Siebdruck oder Schablonendruck auftragen.
Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Metallisierung eines Substratloches nach dem Stand der Technik,
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Metallisierung eines Substratloches und
3 eine schematische Darstellung einer Pressdruckfüllvorrichtung,
4 eine weitere schematische Darstellung einer Metallisierung eines Substratloches und
5 zur Befüllung von Substratlöchern verwendete Schablonenlochgeometrien.

1 veranschaulicht ein Substrat 2 als Teil einer Leiterplatte 1. Das Substrat 2, das aus einer gesinterten Keramik, z.B. einer Aluminiumoxidkeramik gefertigt sein kann, weist dabei ein Loch 3 auf und ist auf einer ersten Seite mit einer ersten elektrisch leitenden Schicht 4 bzw. Dickschicht 4 und auf einer zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüberliegt, mit einer zweiten elektrisch leitenden Schicht 5 bzw. Dickschicht 5 bedruckt. Das Loch 3 ist dabei fertigungsbedingt kegelförmig ausgebildet. Die beiden Dickschichten 4, 5 erstrecken sich zum Teil in das Loch 3 und überlappen sich dabei. Eine derartige Beschichtung des Lochs 3 stellt eine Durchkontaktierung des Substrates 2 dar, durch die auf den beiden Seiten des Substrates 2 ausgebildete Leiterbahnen 4, 5 miteinander verbunden sind.
Solche eine Beschichtung des Lochs 3 wird dadurch erreicht, dass die beiden Dickschichten 4, 5 nacheinander von der jeweils gegenüberliegenden Seite des Substrates 2 mittels eines Unterdruckes in das Loch 3 zum Teil eingesaugt werden. In diesem Beispiel wurde zunächst die Dickschicht 4 eingesaugt und dann in einem Ofen ausgesintert. Danach wurde die Dickschicht 5 eingesaugt und im Ofen ausgesintert.
Dabei kann es zu einer Ausbildung von Schwachstellen mit sehr geringen Schichtdicken kommen, etwa einer Schwachstelle 6 am unteren der beiden Lochränder. Eine solche Schwachstelle 6, die eine Schichtdicke von etwa 1 bis 2µm aufweisen kann, kann bei einer hohen Stromlast sogar zu einem Ausfall der Durchkontaktierung führen. Verschließt man ferner das Loch 3, etwa durch eine weitere Druckschicht oder durch weitere Druckschichten, oder indem zum Beispiel eine Glasmasse in das Loch 3 eingebracht bzw. eingefüllt wird, weil etwa eine der beiden Substratseiten hermetisch abzuschließen ist, so kann eine solche Ausfüllung des Lochs 3 zu einer übermäßigen Veränderung des Widerstandes und somit auch zu einer übermäßigen Veränderung des elektrischen Verhaltens der Durchkontaktierung führen, wobei diese Veränderung als solche inakzeptabel sein kann.
2 veranschaulicht die vorgeschlagene Verbesserung, nach der das Loch 3 im Substrat 2 vollständig mit einer metallhaltigen Sinterpaste 7 bzw. Leitpaste, vorzugsweise einer Silber-Palladiumpaste ausgefüllt ist. Die Sinterpaste 7 ist dabei zumindest stoffschlüssig mit dem Substrat 2 verbunden. Die Sinterpaste 7 kann zusätzlich dazu auch formschlüssig mit dem Substrat 2 verbunden sein, auch wenn dies nicht in der 2 dargestellt ist. Dies hängt davon ab, ob sich bei der Ausfüllung des Lochs mit der Sinterpaste 7 ein Überstand an Material bzw. ein Materialpfropfen bildet, welcher die jeweilige Substratseite bzw. den jeweiligen Lochrand hintergreift. Das Substrat 2 ist zudem im Bereich des ausgefüllten Lochs 3 zu beiden Seiten mit je einer elektrisch leitenden Dickschicht 4, 5 bedruckt.
Bei der das Loch 3 ausfüllenden Sinterpaste 7 handelt es sich dabei um ein pastöses Gemisch, welches z.B. zumindest Silber, Palladium, ein Glas, ein Harz und einen Verdünner aufweist. Diese Sinterpaste 7 verfestigt und verdichtet sich beim Durchlaufen eines Sinterofens zu einer physikalisch festen und elektrisch leitenden Struktur. Die Sinterpaste 7 enthält dabei einen Palladiumgehalt von vorzugsweise 10 bis 15%. Die Sinterpaste 7 kann dabei je nach Anwendung bleihaltig oder bleifrei sein.
Vorteilhaft an einer solchen Metallisierung des Lochs 3 ist, dass an jeder Stelle des Loches genügend elektrisch leitendes Material vorhanden ist, um eine ausfallsichere Durchkontaktierung des Substrates 2 zu gewährleisten.
Außerdem ist der nach 2 zur Metallisierung benötigte Bereich X' um das Loch 3 herum kleiner im Vergleich zum Bereich X nach 1. Folglich führt die vorgeschlagene Art der Metallisierung auch zu einer Einsparung von Platz. Der Bereich X kann etwa 600 bis 900µm betragen und der Bereich X' etwa 300µm und weniger. Somit ist der Bereich X' im Ergebnis höchstens halb so groß wie der Bereich X.
Die in den 1 und 2 dargestellten Substrate weisen jeweils eine Dicke von ca. 0,63mm auf. Ferner weisen die in den 1 und 2 dargestellten Löcher 3 jeweils eine Kegelform auf. Eine solche Kegelform entsteht fertigungsbeding beim Bohren der Löcher mittels eines Lasers. Der obere Lochdurchmesser kann dabei ca. 0,1 bis 0,3mm betragen.
3 veranschaulicht eine Anordnung 30 einer Substratmatrix 20 in einer Pressdruckfüllvorrichtung 10. Aus einer solchen Substratmatrix 20 ergeben sich im Ergebnis eine Vielzahl von Substraten 2 (vgl. 2). Beispielsweise kann die Substratmatrix 20 insgesamt 16 Substrate 2 umfassen, etwa in einer 2x8 Anordnung, d.h. in einer Anordnung mit zwei Reihen und jeweils 8 Substraten 2. Die Pressdruckfüllvorrichtung 10 ermöglicht dabei zumindest eine gleichzeitige Befüllung der in einer Reihe angeordneten Löcher 3 der Substratmatrix 20 mit der besagten Sinterpaste 7. Diese Lochreihe erstreckt sich dabei gedanklich in vertikaler Richtung zur Bildebene der 3.
Im Einzelnen ist die Substratmatrix 20 zu sehen, die auf einem Träger 25 angeordnet ist. Die Substratmatrix 20 ist dabei vorzugsweise von einem Verstärkungsrahmen 22 eingefasst und derart zum Träger 25 positioniert, dass die Löcher 3 der einzelnen Substrate 2 zu rechtwinklig zueinander angeordneten Kanälen 26 des Trägers 25 ausgerichtet sind. Diese Kanäle 26 sind zudem zumindest im Wesentlichen rechtwinklig zur Substratmatrix 20 angeordnet. Die Kanäle 26 dienen dabei einerseits der Aufnahme von sich an der Unterseite der Substratmatrix 20 bei der Befüllung der einzelnen Löcher 3 ausbildenden geringfügigen Materialüberständen und andererseits der Entlüftung der einzelnen Löcher 3.
Die Entlüftung als solche könnte alternativ zu diesen Kanälen 26 auch durch einen porösen Stein sichergestellt werden, der auf dem Träger 25 angeordnet sein kann. Solch ein poröser Stein könnte z.B. rechteckig-tafelförmig ausgebildet und in einer entsprechenden Aufnahme des Trägers 25 angeordnet sein, so dass der Träger 25 den Stein seitlich einfasst. Die der Substratmatrix 20 zugewandte Fläche des Steins schließt dabei zweckmäßigerweise bündig zur der Substratmatrix 20 zugewandten Fläche des Trägers 25 ab, um eine entsprechend flächige Auflage der Substratmatrix 20 zu gewährleisten.
Die positionsgenaue Ausrichtung der Substratmatrix 20 kann dabei zum Beispiel über zumindest einen entsprechenden, etwa am Träger 25 ausgebildeten - nicht dargestellten - Anschlag gewährleistet werden, gegen den z.B. der Verstärkungsrahmen 22 anstoßen kann. Der Träger 25 umfasst ferner eine Vielzahl vertikal verlaufender Ansaugkanäle 28, über welche die Substratmatrix 20 mittels eines Unterdruckes gegen den Träger 25 angesaugt und somit fixiert wird. Die Ausbildung der Kanäle 26 bedingt eine Ausbildung von einzelnen Quadraten an der der Substratmatrix 20 zugewandten Seite des Trägers 25. Jedem dieser Quadrate ist dabei zumindest ein Ansaugkanal 28 zugeordnet, wobei die Anordnung des Ansaugkanals 28 beispielsweise mittig sein kann (vgl. 3).
Im Falle des zuvor genannten - hier nicht dargestellten - porösen Steins können die Ansaugkanäle 28 z.B. an zwei gegenüberliegenden Seiten des Steins im Träger 25 angeordnet sein, so dass sie den Stein entsprechend flankieren, um die Ansaugung der Substratmatrix 20 entlang zweier Ränder des Steins zu bewirken.
Zwischen der Substratmatrix 20 und dem Träger 25 ist zweckmäßigerweise eine nachgiebige, luftdurchlässige Lage 24, etwa in der Gestalt einer Papierlage angeordnet, welche die Sinterpaste 7 auffängt.
Auf der Substratmatrix 20 liegt zweckmäßigerweise eine Schablone 18 mit einer Vielzahl von Löchern 19 auf, die zu den Löchern 3, die es zu befüllen gilt, ausgerichtet sind. Die Dicke der Schablone beträgt z.B. 0, 03mm. Sie kann aber auch bis zu ca. 0, 1mm betragen. Oberhalb der Schablone 18 ist eine Druckrakel 14 angedeutet, mit welcher die besagte Lochreihe der Substratmatrix 20 mit der Sinterpaste 7 ausgefüllt wird. Diese Druckrakel 14 umfasst dabei eine Sammelkammer 16 und eine daran angrenzende, kleinere Kammer 17, welche die besagte Lochreihe der Substratmatrix 20 abdecken kann.
Die Befüllung der Substratmatrix 20 läuft dabei wie folgt ab:
Mittels eines länglich ausgebildeten Kolbens in der Gestalt eines Schwertes 12, der in der Sammelkammer 16 verfahrbar ist, wird die sich in der Kammer 16 befindende Sinterpaste 7 in vertikaler Richtung Y über die Kammer 17 und die Schablone 18 in die Löcher 3 der Lochreihe gedrückt. Dabei wird ein Pressdruck von etwa 1 bis 4 bar aufgebracht. In diesem Beispiel wird ein Pressdruck von ca. 3 bar aufgebracht. Die Sinterpaste 7 wird dabei derart dosiert in die Löcher 3 eingefüllt, dass sich an der Unterseite der Substratmatrix 20 nur sehr geringe Überstande an Material bzw. Materialtropfen ausbilden, die sich in den Kanal 26 erstrecken und dabei die Papierlage 24 lokal durchwölben, ohne sie zu zerreißen bzw. zu beschädigen. Die einzelnen Pfropfen bilden dabei einen Materialüberstand gegenüber der Unterseite der Substratmatrix 20 von etwa 2 bis 5µm.
Die Druckrakel 14 bewegt sich von Lochreihe zu Lochreihe in horizontaler Richtung X, um die einzelnen Lochreihen nacheinander mit der Sinterpaste 7 zu befüllen. Sowohl die Schablone 18, über welche die Druckrakel 14 entlang streicht, als auch die Papierlage 24 dienen dazu, eine Verschmierung des Substratmatrix 20 zu unterbinden.
Es kann sich auch ein geringfügiger Materialüberstand gegenüber der Oberseite der Substratmatrix 20 ausbilden, so dass die Füllungen der einzelnen Löcher 3 im Wesentlichen die Ausbildung eines Niets aufweisen.
Im Anschluss an den zuvor beschriebenen Füllvorgang durchläuft die Substratmatrix 20 einen Trocken- und einen Sinterofen. Dabei verfestigen und verdichten sich die Füllungen der einzelnen Löcher 3 zu einer physikalisch festen und elektrisch leitenden Struktur.
Im Sinterofen durchläuft die Substratmatrix 20 ein Temperaturprofil mit Temperaturen bis zu 850°C. Dabei erfahren die Füllungen der einzelnen Löcher 3 sowohl eine Reduktion als auch eine Oxidation und gehen dabei zumindest eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Keramiksubstrat 2 ein. Im ausgesinterten Zustand füllen diese Füllungen die jeweiligen Löcher vollständig aus.
Die Substratmatrix 20 wird schließlich in die einzelnen Substrate 2 zerteilt, etwa unter Verwendung entsprechender Sollbruchstellen in der Substratmatrix 20, die zwischen den einzelnen Substraten 2 ausgebildet sind.
4 veranschaulicht ein Substrat 2 gemäß der Darstellung in 2, allerdings mit einer veranschaulichten Glasschicht 8, welche die elektrisch leitende Dickschicht 4 abdeckt. Die das Substrat 2 umfassende Leiterplatte 1 (nach 2 und 4) gehört dabei zu einem sogenannten magnetischen, passiven Positionssensor, der in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs zur Kraftstofffüllstandserfassung zum Einsatz kommt. Derartige Sensoren sind auch unter der Bezeichnung MAPPS bekannt (MAgnetic Passiv Position Sensor). Ein derartiger Sensor enthält eine Leiterplatte, die auf einer Seite eines Substrates mit Leiterbahnen und einer Kontaktfederstruktur bestückt ist, wobei die Kontaktfederstruktur je nach Kraftstofffüllstand des Tanks mittels eines Magneten mit den Leiterbahnen kontaktiert ist. Die Anwendung eines solchen Substrates 2 ist jedoch grundsätzlich nicht auf derartige Sensoren reduziert.
Diese Glasschicht 8 trägt dazu bei, die gegenüberliegende Seite des Substrates 2, welche mit den Leiterbahnen und der Kontaktfederstruktur bestückt ist, gegenüber einem aggressiven Kraftstoff hermetisch abzukapseln und dadurch vor Verunreinigungen und Korrosion zu schützen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Substratmatrix 20 eine Mehrzahl von Substraten 2 auf, die jeweils eine Mehrzahl von durchzukontaktierenden Löchern 3 unterschiedlicher Durchmesser aufweisen. Je nach Anwendung kann solch eine Substratmatrix 20 unterschiedlich groß ausfallen und z.B. eine Vielzahl von Substraten 2 oder auch nur zwei Substrate 2 aufweisen, abhängig von der sog. Nutzengröße der einzelnen Substrate 2. Solch eine Substratmatrix 20 kann z.B. bis zu ca. 800 durchzukontaktierende Löcher 3 unterschiedlicher Durchmessern aufweisen, welche sich auf die einzelnen Substrate 2 verteilen. Die einzelnen Durchmesser der Substratlöcher 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e liegen dabei beispielsweise im Bereich von ca. 100 bis 450µm.
5 veranschaulicht verschiedene Durchmesser von Substratlöchern 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, welche in den einzelnen Substraten 2 ausgebildet sein können und mit der Sinterpaste 7 zu befüllen sind. Zur Befüllung der einzelnen Löcher 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e bedarf es aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser grundsätzlich unterschiedlicher Druckparametersätze, die in Bezug auf das zuvor beschriebene Pressdruckfüllverfahren anzuwenden wären. Solch ein Druckparametersatz umfasst dabei u.a. einen Rakelfülldruck, auch Pressdruck genannt, einen Rakelaufsetzdruck und eine Rakelgeschwindigkeit. Zur Vereinfachung und zur Vermeidung von Wiederholungen sei an dieser Stelle auf die eingangs eingeführte Definition dieser Parameter verwiesen.
Demnach bedarf es zur Bearbeitung der Substratmatrix 20, die eine Mehrzahl von Substraten 2 mit einer Mehrzahl von Löchern 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e umfasst, grundsätzlich mehrerer Pressdruckfüllvorgänge und somit eines mehrstufigen Pressdruckfüllverfahrens.
Nachfolgend sind zur Veranschaulichung verwendete Druckparameter für verschiedene Substratlochdurchmesser beispielhaft angeführt. Der Pressdruck beträgt dabei ca. 3 bar.

Substratlochdurchmesser [µm] Rakelaufsetzdruck [N] Rakelgeschwindigkeit [mm/s]

100 130 20

150 110 35

200 100 60

300 100 60
Die ersten beiden Durchmesser von 100µm und 150µm beziehen sich dabei jeweils auf eine Signalleitung zur Übertragung einer Stromstärke von z.B. ca. 10A. Die anderen beiden Durchmesser von 200µm und 300µm beziehen sich jeweils auf eine Stromversorgungsleitung zur Übertragung einer Stromstärke von z.B. ca. 65 bis 110A, etwa im Zusammenhang mit einer Stromversorgung eines Motortreibers.
Zu erkennen ist dabei, dass der Rakelaufsetzdruck beim kleinsten Durchmesser von 100 µm am höchsten ist und dass die Rakelgeschwindigkeit hingegen am kleinsten ist.
Zur Vereinfachung des Pressdruckfüllverfahrens wird nunmehr vorgeschlagen, lediglich einen einzigen Druckparametersatz zu verwenden, welcher idealerweise basierend auf dem kleinsten zu befüllenden Loch 3 mit dem kleinsten Lochdurchmesser festgelegt wird.
Die übrigen gegenüber dem kleinsten Schablonenloch größeren Schablonenlöcher 19a, 19b, 19c, 19d, 19e sind dabei mit einer flächenreduzierenden und flächenunterteilenden Geometrie 32 versehen, welche das zugeordnete Schablonenloch 19a, 19b, 19c, 19d, 19e in mehrere Lochabschnitte unterteilt, um die jeweils zugeordneten Substratlöcher 3a, 3b, 3c, 3d, 3e mit den für das kleinste Substratloch 3 festgelegten Druckparametern (siehe obige Tabelle) mit der Sinterpaste 7 zu befüllen.
In den Spalten Ia) und Ib) der 5 sind die zu befüllenden Substratlöcher 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e sowie die zugeordneten Schablonenlöcher 19, 19a, 19b, 19c, 19d, 19e dargestellt, und zwar ohne die besagte flächenreduzierende und flächenunterteilende Geometrie 32. Die Spalten IIa) und IIb) hingegen veranschaulichen einzelne Ausgestaltungen von flächenreduzierenden und flächenunterteilenden Geometrien 32, und zwar in Bezug auf die Schablonenlöcher 19a, 19b, 19c, 19d, 19e.
In einer ersten Ausgestaltung 1) wird für das zugeordnete Schablonenloch 19b eine Geometrie 32 verwendet, welche das Schablonenloch 19b in drei Lochabschnitte unterteilt. Für die Geometrie 32 werden dabei im Einzelnen drei gleiche stegartige Schablonenabschnitte 34 verwendet, welche um 120° zueinander versetzt angeordnet sind und sich im Mittelpunkt des Schablonenlochs 19b treffen, wobei sie im Mittelpunkt des Schablonenlochs 19b aneinander angeformt sind.
In einer zweiten Ausgestaltung 2) wird für das zugeordnete Schablonenloch 19a eine Geometrie 32 verwendet, welche das Schablonenloch 19a in vier Lochabschnitte unterteilt. Für die Geometrie 32 werden dabei im Einzelnen vier gleiche stegartige Schablonenabschnitte 34 verwendet, welche um 90° zueinander versetzt angeordnet sind und sich im Mittelpunkt des Schablonenlochs 19a treffen, wobei sie im Mittelpunkt des Schablonenlochs 19a aneinander angeformt sind.
In einer dritten Ausgestaltung 3) wird für das zugeordnete Schablonenloch 19c eine Geometrie 32 verwendet, welche das Schablonenloch 19c in fünf Lochabschnitte unterteilt. Für die Geometrie 32 werden dabei im Einzelnen ein ringförmiger Schablonenabschnitt 36 und vier gleiche stegartige Schablonenabschnitte 34 verwendet werden, welche um 90° zueinander versetzt angeordnet und radial außen liegend am ringförmigen Schablonenabschnitt 36 angeformt sind.
In einer vierten Ausgestaltung 4) wird für das zugeordnete Schablonenloch 19e eine Geometrie 32 verwendet, welche das Schablonenloch 19e in acht Lochabschnitte unterteilt. Für die Geometrie 32 werden dabei im Einzelnen acht gleiche stegartige Schablonenabschnitte 34 verwendet, welche um 45° zueinander versetzt angeordnet sind und sich im Mittelpunkt des Schablonenlochs 19e treffen, wobei sie im Mittelpunkt des Schablonenlochs 19e aneinander angeformt sind.
In einer fünften Ausgestaltung 5) wird für das zugeordnete Schablonenloch 19d eine Geometrie 32 verwendet, welche das Schablonenloch 19d in sechzehn Lochabschnitte unterteilt. Für die Geometrie 32 werden dabei im Einzelnen ein ringförmiger Schablonenabschnitt 36 und acht gleiche stegartige Schablonenabschnitte 36 verwendet werden, welche um 45° zueinander versetzt angeordnet sind und sich im Mittelpunkt des Schablonenlochs 19d treffen, wobei sie im Mittelpunkt des Schablonenlochs 19d aneinander angeformt sind. Die Schablonenabschnitte 36 schneiden dabei den ringförmigen Schablonenabschnitt 34.
Nach einer Ausführungsform umfasst die in 3 veranschaulichte Schablone 18 - die beispielsweise aus einem Stahl in einem Laserschneidverfahren gefertigt sein und eine Schablonenstärke von 30 bis 150µm aufweisen kann - zumindest eines der zuvor beschriebenen Schablonenlöcher 19a, 19b, 19c, 19d, 19e. Darüber hinaus kann die Schablone 18 zusätzlich oder alternativ zu den zuvor beschriebenen Schablonenlöchern 19a, 19b, 19c, 19d, 19e weitere Schablonenlöcher mit sich davon unterscheidenden flächenreduzierenden und flächenunterteilenden Geometrien umfassen.
Der einzige Druckparametersatz kann dabei für Lochdurchmesser von z.B. ca. 100 bis 450µm festgelegt werden. Für das zugeordnete Schablonenloch 19, 19a, 19b, 19c, 19d, 19e kann dabei ohne Berücksichtigung der flächenreduzierenden und flächenunterteilenden Geometrie 32 ein Lochdurchmesser von z.B. ca. 300 bis 600µm festgelegt werden.
Durch die Anwendung einer Druckschablone nach der zuvor beschriebenen Art vereinfacht sich ein Fertigungsfüllvorgang, bei dem eine Mehrzahl von Substratlöchern mit zumindest zwei Lochdurchmessern zu befüllen sind, indem idealerweise in einem einzigen Fertigungsfüllvorgang unter Anwendung lediglich eines einzigen Druckparametersatzes alle zu befüllenden Löcher gleichzeitig mit einer Sinterpaste befüllt werden. Der verwendete Druckparametersatz basiert dabei idealerweise auf dem Substratloch mit dem kleinsten Durchmesser. Somit wird im Idealfall ein Trocken- und Sinterofen zum Trocknen und Brennen der in die einzelnen Substratlöcher eingefüllten Sinterpaste nur einmal durchlaufen. Zumindest aber kann die Anzahl der Temperaturbehandlungsvorgänge auf ein Minimum reduziert werden.
Durch die Anwendung einer solchen Druckschablone wird somit der Entstehung von sog. Verarmungszonen insbesondere in der Sinterpaste infolge von z.B. Metall- oder Glaswanderungen - aufgrund des zuvor erwähnten Kirkendall-Effekts - und somit der Entstehung von Löchern im Material bestmöglich entgegengewirkt. Solche Verarmungszonen werden gerade durch das mehrmalige Durchlaufen eines Sinterofens begünstigt.
Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle zur Veranschaulichung erwähnt, dass derartige Leiterplatten bislang bis zu ca. fünfzehnmal einen Sinterofen zur Temperaturbehandlung durchlaufen können. Die vorgeschlagene Druckschablone trägt somit vorteilhafterweise dazu bei, diese Anzahl von Durchläufen durch den Sinterofen auf ein Minimum zu reduzieren.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

Claims

Verfahren zur Durchkontaktierung einer Leiterplatte (1) mit auf zwei Seiten eines gesinterten Keramiksubstrates (2) ausgebildeten Leiterbahnen (4, 5), bei dem eine Mehrzahl von Löchern (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) des Keramiksubstrates (2) unterschiedlicher Lochdurchmesser in einem einzigen Fertigungsfüllvorgang mit einer metallhaltigen Sinterpaste (7) unter Pressdruck gleichzeitig befüllt werden, wobei die Sinterpaste (7) anschließend getrocknet und gebrannt wird und dabei beim Brennen aussintert, wobei die Sinterpaste (7) im ausgesinterten Zustand zumindest eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Keramiksubstrat (2) eingeht und dabei das Loch (3) ausfüllt, wobei zur gleichzeitigen Befüllung mehrerer unterschiedliche Lochdurchmesser aufweisender Löcher (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) mit der Sinterpaste (7) eine Druckschablone (18) mit einer Mehrzahl von zugeordneten Schablonenlöchern (19, 19a, 19b, 19c, 19d, 19e) unterschiedlicher Durchmesser verwendet wird und wobei ein einziger Druckparametersatz verwendet wird, welcher basierend auf einem der zu befüllenden und als Referenz fungierenden Löcher festgelegt wird, wobei die Druckschablone (18) mindestens ein Schablonenloch (19a, 19b, 19c, 19d, 19e) zur Befüllung eines gegenüber dem Referenzloch größeren Loches (3a, 3b, 3c, 3d, 3e) umfasst, wobei das Schablonenloch (19a, 19b, 19c, 19d, 19e) eine flächenreduzierende und flächenunterteilende Geometrie (32) aufweist, welche das Schablonenloch (19a, 19b, 19c, 19d, 19e) in zumindest zwei Lochabschnitte unterteilt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Referenzloch des Substrates (2) zur Festlegung des Druckparametersatzes das Loch (3) mit dem kleinsten Durchmesser festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei alle zu befüllenden Löcher (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) des Keramiksubstrates (2) in einem einzigen Fertigungsfüllvorgang gleichzeitig befüllt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für das Schablonenloch (19b) eine Geometrie (32) verwendet wird, welche das Schablonenloch (19b) in drei Lochabschnitte unterteilt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei für die Geometrie (32) drei gleiche stegartige Schablonenabschnitte (34) verwendet werden, welche um 120° zueinander versetzt angeordnet sind und sich im Mittelpunkt des Schablonenlochs (19b) treffen, wobei sie im Mittelpunkt des Schablonenlochs (19b) aneinander angeformt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei für das zugeordnete Schablonenloch (19a) eine Geometrie (32) verwendet wird, welche das Schablonenloch (19a) in vier Lochabschnitte unterteilt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei für die Geometrie (32) vier gleiche stegartige Schablonenabschnitte (34) verwendet werden, welche um 90° zueinander versetzt angeordnet sind und sich im Mittelpunkt des Schablonenlochs (19a) treffen, wobei sie im Mittelpunkt des Schablonenlochs (19a) aneinander angeformt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei für das zugeordnete Schablonenloch (19c) eine Geometrie (32) verwendet wird, welche das Schablonenloch (19c) in fünf Lochabschnitte unterteilt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei für die Geometrie (32) ein ingförmiger Schablonenabschnitt (36) und vier gleiche stegartige Schablonenabschnitte (34) verwendet werden, welche um 90° zueinander versetzt angeordnet und radial außen liegend am ringförmigen Schablonenabschnitt (36) angeformt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei für das zugeordnete Schablonenloch (19e) eine Geometrie (32) verwendet wird, welche das Schablonenloch (19e) in acht Lochabschnitte unterteilt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei für die Geometrie (32) acht gleiche stegartige Schablonenabschnitte (34) verwendet werden, welche um 45° zueinander versetzt angeordnet sind und sich im Mittelpunkt des Schablonenlochs (19e) treffen, wobei sie im Mittelpunkt des Schablonenlochs (19e) aneinander angeformt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei für das zugeordnete Schablonenloch (19d) eine Geometrie (32) verwendet wird, welche das Schablonen-loch (19d) in sechzehn Lochabschnitte unterteilt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei für die Geometrie (32) ein ringförmiger Schablonenabschnitt (36) und acht gleiche stegartige Schablonenabschnitte (36) verwendet werden, welche um 45° zueinander versetzt angeordnet sind und sich im Mittelpunkt des Schablonenlochs (19d) treffen, wobei sie im Mittelpunkt des Schablonenlochs (19d) aneinander angeformt sind und wobei sie den ringförmigen Schablonenabschnitt (34) schneiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Druckschablone (18) mit zumindest einer Lochreihe verwendet wird, welche zumindest ein Schablonenloch (19a, 19b, 19c, 19d, 19e) mit einer flächenreduzierenden und flächenunterteilenden Geometrie (32) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der einzige Druckparametersatz für Lochdurchmesser (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) von 100 bis 450µm festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei für das zugeordnete Schablonenloch (19, 19a, 19b, 19c, 19d, 19e) ohne Berücksichtigung der flächenreduzierenden und flächenunterteilenden Geometrie (32) ein Lochdurchmesser von 300 bis 600µm festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei für die Schablone (18) eine Schablonenstärke von 30 bis 150µm verwendet wird.
Leiterplatte mit auf zwei Seiten eines gesinterten Keramiksubstrates (2) ausgebildeten Leiterbahnen (4, 5), wobei das Keramiksubstrat (2), welches in einem ausgesinterten Zustand mindestens zwei durchzukontaktierende Löcher (3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e) aufweist, nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 durchkontaktiert ist.