DE102020111701A1

DE102020111701A1 - Trägersubstrat, Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägersubstrats und Verfahren zum Auslesen einer Kodierung im Trägersubstrat

Info

Publication number: DE102020111701A1
Application number: DE102020111701.9A
Authority: DE
Inventors: Vitalij Gil; Tilo Welker; Andreas Meyer; Fabian Wagle
Original assignee: Rogers Germany GmbH
Current assignee: Rogers Germany GmbH
Priority date: 2020-04-29
Filing date: 2020-04-29
Publication date: 2021-11-04
Also published as: EP4129020A1; WO2021219688A1

Abstract

Trägersubstrat (1), insbesondere als Träger für elektrische Bauteile, umfassend,- mindestens eine Metallschicht (10) und- ein Isolationselement (30), wobei sich die mindestens eine Metallschicht (10) und das Isolationselement (30) im Wesentlichen parallel zur einer Haupterstreckungsebene (HSE) erstrecken und entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene (HSE) verlaufenden Stapelrichtung (S) übereinander angeordnet sind, und wobei eine Kodierung (18) innerhalb des Trägersubstrats (10) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trägersubstrat, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägersubstrats und ein Verfahren zum Auslesen einer Kodierung im Trägersubstrat.
Trägersubstrate, beispielsweise Metall-Keramik-Substrate, sind als Leiterplatten oder Platinen aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Typischerweise werden auf einer Bauteilseite des Trägersubstrats Anschlussflächen für elektrische bzw. elektronische Bauteile und Leiterbahnen angeordnet, wobei die elektrischen Bauteile und Leiterbahnen zu elektrischen Schaltkreisen zusammenschaltbar sind. Wesentliche Bestandteile der Trägersubstrate sind ein Isolationselement, die aus einer Keramik gefertigt ist, und eine an das Isolationselement angebundene Metallschicht. Wegen ihren vergleichsweise hohen Isolationsfestigkeiten haben sich aus Keramik gefertigte Isolationselemente als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch eine Strukturierung der Metallschicht können dabei Leiterbahnen und/oder Anschlussflächen für die elektrischen bzw. elektronischen Bauteile realisiert werden.
Aus der EP 3 185 655 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein unstrukturiertes Metall-Keramik-Substrat bereitgestellt wird und das Trägersubstrat mit einer individualisierten Kodierung bzw. Kennzeichnung versehen wird. Mittels der Kodierung lassen sich dem Trägersubstrat Informationen zuordnen, auf die im Falle eines Auslesens der Kodierung zurückgegriffen werden kann. Beispiele für solche Informationen sind Fehler am Trägersubstrat, ein Herstellungsdatum oder eine Chargennummer.
Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, die Herstellung von Trägersubstraten weiter zu verbessern, insbesondere in Hinblick auf deren Rückverfolgung bzw. die Qualität der gefertigten Trägersubstrate.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Trägersubstrat gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung eines Trägersubstrats gemäß Anspruch 6 und ein Verfahren zum Auslesen einer Kodierung gemäß Anspruch 10. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Trägersubstrat, insbesondere ein Metall-Keramik-Substrat, als Träger für elektrische Bauteile, vorgesehen, umfassend,

- mindestens eine Metallschicht und
- ein Isolationselement, bevorzugt ein Keramikelement, ein Glaselement, ein Glaskeramikelement und/oder ein Kunststoffelement,

Im Gegensatz zu den Kodierungen aus dem Stand der Technik, die es vorsehen, dass die Kennzeichnung oder Kodierung an der Außenseite, insbesondere der mindestens einen Metallschicht, angeordnet ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kodierung innerhalb des Trägersubstrats angeordnet ist. Dies erweist sich insbesondere deshalb als vorteilhaft, weil die Kodierung dadurch geschützt ist vor eventuellen Verschmutzungen. Außerdem wird das Auslesen, insbesondere gegenüber einem optischen Auslesen, vereinfacht bzw. verbessert, weil gegebenenfalls auftretende Reflexe und/oder Sichteinschränkungen beim Auslesen nicht länger Einfluss nehmen auf das Identifizieren bzw. Bestimmen der jeweiligen Kodierungen. Darüber hinaus werden Manipulationen an der Kodierung erschwert. Bei dem Isolationselement aus Kunststoff handelt es sich bevorzugt um ein Kunststoff, der den beim Löten herrschenden Prozesstemperaturen, insbesondere oberhalb von 600 °C, standhält.
Darüber hinaus gestattet die Anordnung der Kodierung innerhalb des Trägersubstrats das die gesamte Oberseite der mindestens einen Metallschicht als Anschlussfläche genutzt werden kann, ohne dass die potentielle Anschlussfläche durch die Kodierung bzw. die Kennzeichnung reduziert ist.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Kennzeichnung bzw. Kodierung dazu vorgesehen ist, im Rahmen eines Fertigungsverfahrens bzw. im Rahmen eines Folgeschritts nach der Bildung der Kennzeichnung im Fertigungsverfahren genutzt zu werden und/oder zur Rückverfolgung des jeweiligen Trägersubstrats nach der Fertigung des Trägersubstrats. Vorzugsweise ist die Kennzeichnung bzw. Kodierung bereits vor dem Strukturieren der mindestens einen Metallschicht im Trägersubstrat realisiert. Beispielsweise ist es vorstellbar, dass die jeweiligen Kodierung eventuelle Fehlstellen und/oder Fehler in der Anbindung der mindestens einen Metallschicht an das Isolationselement, bevorzugt deren Position bzw. Lage, zugeordnet sind und/oder eine Chargennummer und/oder eine Materialspezifikation, die die mindestens eine Metallschicht und/oder das Isolationselement und/oder das gesamte Trägersubstrat betrifft. Vorzugsweise ist eine Datenbank vorgesehen, in der Kodierungen sowie Informationen, insbesondere Informationen zu eventuellen Positionen eines Fehlers und/oder zur Identifikation des Trägersubstrats, einander zugeordnet und hinterlegt sind. Vorzugsweise handelt es sich bei der Kennzeichnung um eine individuelle Kennzeichnung, die sich beispielsweise von Trägersubstrat zu Trägersubstrat unterscheidet.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine Kennzeichnung in einer Großkarte vorgesehen ist und der Kennzeichnung alle Informationen über alle Fehlstellen innerhalb der Großkarte zugeordnet werden, so dass die Positionierung der Strukturierung, und/oder der Sollbruchlinien, entlang derer die Großkarte in einzelne Trägersubstrate unterteilt wird, entsprechend orientiert werden kann. Dadurch können Isolationsgräben und/oder Sollbruchstellen vorzugsweise im Bereich von Fehlern oder Lunkern platziert werden. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit, ein fehlerhaftes Trägersubstrat zu bilden. Hierzu ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die identifizierten Fehler, die insbesondere der Kodierung zugeordnet sind, von einer Auswerteeinrichtung entsprechend ausgewertet werden, um eventuell eine Verschiebung des vorgesehenen Strukturmusters bzw. der Strukturierung während des Fertigungsprozesses zu veranlassen.
Vorzugsweise ist das Trägersubstrat als Leiterplatte ausgebildet, bei der im gefertigten Zustand die mindestens eine Metallschicht, die an das Isolationselement angebunden ist, strukturiert ist. Beispielsweise ist es hierzu vorgesehen, dass nach dem Anbindungsschritt auch eine Strukturierung, beispielsweise durch Lasern, Ätzen und/oder eine mechanische Bearbeitung, vorgenommen wird, mit der Leiterbahnen und/oder Anschlüsse für elektrische oder elektronische Bauteile realisiert werden. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass an einem gefertigten Trägersubstrat an dem Isolationselement, an dem der Metallschicht gegenüberliegenden Seite, eine weitere Metallschicht, insbesondere eine Rückseitenmetallisierung und/oder ein Kühlelement, vorgesehen ist. Dabei dient die Rückseitenmetallisierung vorzugsweise dazu, einer Durchbiegung entgegenzuwirken und das Kühlelement dient einem wirkungsvollen Abführen von Wärme, die im Betrieb von elektrischen bzw elektronischen Bauteilen ausgeht, die an die Leiterplatte, bzw. das Trägersubstrat angebunden sind.
Als Materialien für die mindestens eine Metallschicht und/oder die mindestens eine weitere Metallschicht im Metall-Keramik-Substrat bzw. Isolationselement sind Kupfer, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Nickel und/oder deren Legierungen wie z. B. CuZr, AlSi oder AlMgSi, sowie Laminate wie CuW, CuMo, CuAI und/oder AlCu oder MMC (metal matrix composite), wie CuW, CuMo oder AlSiC, vorstellbar. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine Metallschicht am gefertigten Metall-Keramik-Substrat, insbesondere als Bauteilmetallisierung, oberflächenmodifiziert ist. Als Oberflächenmodifikation ist beispielsweise eine Versiegelung mit einem Edelmetall, insbesondere Silber und/oder Gold, oder (electroless) Nickel oder ENIG („electroless nickel immersion gold“) oder ein Kantenverguss an der Metallisierung zur Unterdrückung einer Rissbildung bzw. -weitung denkbar.
Vorzugsweise weist das Keramikelement Al₂O₃, Si₃N₄, AIN, eine HPSX-Keramik (d. h. eine Keramik mit einer Al₂O₃- Matrix, die einen x-prozentigen Anteil an ZrO₂ umfasst, beispielsweise Al₂O₃ mit 9% ZrO₂= HPS9 oder Al₂O₃ mit 25% ZrO₂= HPS25), SiC, BeO, MgO, hochdichtes MgO (> 90% der theoretischen Dichte), TSZ (tetragonal stabilisiertes Zirkonoxid) als Material für die Keramik auf. Es ist dabei auch vorstellbar, dass das Keramikelement als Verbund- bzw. Hybridkeramik ausgebildet ist, bei der zur Kombination verschiedener gewünschter Eigenschaften mehrere Keramikschichten, die sich jeweils in Hinblick auf ihre materielle Zusammensetzung unterscheiden, übereinander angeordnet und zu einem Isolationselement zusammengefügt sind. Denkbar ist auch, dass im Isolationselement zwischen zwei Keramikschichten eine metallische Zwischenschicht angeordnet ist, die vorzugsweise dicker als 1,5 mm und/oder dicker als die zwei Keramikschichten in Summe ist. Vorzugsweise wird eine möglichst wärmeleitfähige Keramik für einen möglichst geringen Wärmewiderstand verwendet.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Kodierung eine von außen nicht visuell erfassbare Kodierung ist. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die Kodierung mittels eines Ultraschallgeräts bzw. mittels Ultraschalls ausgelesen wird. Alternativ ist es vorstellbar, dass die nicht visuell erfassbare Kodierung mittels nicht sichtbarer Strahlung, d. h. Strahlung außerhalb des sichtbaren Wellenlängenspektrums, insbesondere mittels Röntgenstrahlung, ausgelesen wird. Unter einer Kodierung und/oder Kennzeichnung ist insbesondere ein individueller Verlauf, insbesondere in der Bindungsschicht, zu verstehen, der von außen, ggf. mit technischen Mitteln, wie einem Ultraschallgerät, auslesbar ist. Die Bindungsschicht ist dabei vorzugsweise Resultat einer Anbindung der mindestens einen Metallschicht an das Isolationselement über eine Aktivmetallschicht und ggf. eine Lötbasisschicht.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Kodierung in einer Bindungsschicht zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Isolationselement angeordnet ist. Insbesondere ist es möglich durch eine gezielte Strukturierung der Bindungsschicht eine Kodierung innerhalb des Trägersubstrats zu realisieren. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass in einem festgelegten Kodierungsbereich an dem Trägersubstrat bzw. der Großkarte eine Kodierungsfläche festgelegt ist, in der die Kodierung hinterlegt ist. Dadurch kann das Ultraschallgerät bevorzugt an der gleichen Stelle nach der Kodierung im Trägersubstrat suchen. Beispielsweise kann die Kodierung die Form oder Gestalt eines QR-, Data-Matrix-Codes oder Barcodes aufweisen, bei dem punktuell oder entlang Linien die Bindungsschicht unterbrochen ist bzw. strukturiert ist.
Alternativ oder ergänzend ist es vorstellbar, dass die mindestens eine Metallschicht und/oder das Isolationselement an einer Seite strukturiert ist, d. h. mit einem rückspringenden Oberflächenverlauf versehen ist, über die im gefertigten Trägersubstrat die mindestens eine Metallschicht an das Isolationselement angebunden ist. Durch den strukturierten Verlauf lässt sich ebenfalls eine Kodierung bzw. Kennzeichnung innerhalb des Trägersubstrats realisieren.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein die Kodierung umfassender Kodierungsbereich mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einen zweiten Teilbereich aufweist, wobei eine Anbindungsstärke der mindestens einen Metallschicht an das Isolationselement in dem mindestens einen ersten Teilbereich größer ist als die Anbindungsstärke der mindestens einen Metallschicht an das Isolationselement in dem mindestens zweiten Teilbereich. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass im zweiten Teilbereich zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Isolationselement keine Bindungsschicht ausgebildet ist, um dadurch Bestandteil der Kodierung zu werden.
Die mindestens eine Metallschicht ist dabei über eine Bindungsschicht an das Isolationselement angebunden.
Vorzugsweise weist eine Haftvermittlerschicht der Bindungsschicht einen Flächenwiderstand auf, der größer als 5 Ohm/sq, bevorzugt größer als 10 Ohm/sq und besonders bevorzugt größer als 20 Ohm/sq ist. Im Falle eines Metall-Keramik-Substrats wird die Haftvermittlerschicht dabei vorzugsweise durch eine Verbindung realisiert bzw. ausgebildet, die zum einen das Aktivmetall, beispielsweise Titan, und zum anderen die Bestandteile des Keramikelements, beispielsweise Sauerstoff O, Stickstoff N und/oder Kohlenstoff C und/oder Silizium Si, und/oder Aluminium Al und/oder Magnesium, Mg und/oder Calcium, Ca umfasst. In entsprechender Weise umfasst die Haftvermittlerschicht beispielsweise Titannitrid, Titancarbid und/oder Titanoxid, insbesondere in verschiedenen Oxidationsstufen.
Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Trägersubstraten ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Flächenwiderstand einer Haftvermittlerschicht der Bindungsschicht größer ist als 5 Ohm/sq, bevorzugt größer als 10 Ohm/sq und besonders bevorzugt größer als 20 Ohm/sq ist. Der ermittelte Flächenwiderstand steht dabei im direkten Zusammenhang mit einem Anteil des Aktivmetalls in der Haftvermittlerschicht, die maßgeblich für die Anbindung der mindestens einen Metallschicht an das Isolationselement ist. Dabei nimmt der Flächenwiderstand mit abnehmenden Aktivmetallanteil in der Bindungsschicht zu. Ein entsprechend hoher Flächenwiderstand entspricht somit einem geringen Aktivmetallanteil in der Haftverm ittlerschicht.
Es hat sich dabei herausgestellt, dass mit zunehmenden Anteil an Aktivmetall die Bildung von spröden, intermetallischen Phasen begünstigt wird, was wiederum nachteilig ist für eine Abzugsfestigkeit der Metallschicht an der Isolationsschicht. Mit anderen Worten: Mit den anspruchsgemäßen Flächenwiderständen werden solche Bindungsschichten beschrieben, deren Abzugsfestigkeit aufgrund der reduzierten Bildung von spröden intermetallischen Phasen, verbessert, d. h. vergrößert wird. Durch das gezielte Einstellen der anspruchsgemäßen Flächenwiderstände lassen sich somit besonders starke Anbindungen der mindestens einen Metallschicht an das Keramikelement realisieren. Eine solche erhöhte Anbindungsstärke wirkt sich in vorteilhafter Weise auf die Lebensdauer des Trägersubstrats aus.
Dabei ist es zur Bestimmung des Flächenwiderstands vorgesehen, dass am gefertigten Trägersubstrat zunächst die Metallschicht und ggf. eine Lotbasisschicht, beispielsweise durch Ätzen, wieder entfernt werden. Mittels einer Vier-Punkt Messung wird dann an der Oberseite bzw. Unterseite des von der mindestens einen Metallschicht und der Lotbasisschicht befreiten Trägersubstrats ein Flächenwiderstand gemessen. Insbesondere ist unter dem Flächenwiderstand einer Materialprobe dessen Widerstand bezogen auf einen quadratischen Oberflächenbereich zu verstehen. Es ist hierbei üblich den Oberflächenwiderstand mit der Einheit Ohm/sq zu kennzeichnen. Die Physikalische Einheit des Flächenwiderstandes ist Ohm.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine in Stapelrichtung bemessene Dicke der Bindungsschicht, gemittelt über mehrere Messpunkte innerhalb einer vorbestimmten Fläche oder in mehreren Flächen, die parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft oder verlaufen, einen Wert annimmt, der kleiner als 20 µm, bevorzugt kleiner als 10 µm und besonders bevorzugt kleiner als 6 µm ist. Sofern vom mehreren Flächen gesprochen wird, ist insbesondere gemeint, dass die mindestens eine Metallschicht in möglichst gleich große Flächen unterteilt wird und in jeder dieser die mindestens eine Metallschicht unterteilenden Flächen mindestens ein Messwert, bevorzugt mehrere Messwerte, für die Dicke erfasst werden. Die so an verschiedenen Stellen ermittelten Dicken werden anschließend arithmetisch gemittelt.
Besonders bevorzugt ist folgendes Verfahren zur Bestimmung und Auswahl der zur Bestimmung beitragenden Messbereiche - unabhängig von der Größe des Trägersubstrats - vorgesehen:

In einem ersten Schritt wird die mindestens eine Metallschicht des Trägersubstrats in neun Rechtecke, insbesondere Quadrate, d. h. in mehrere etwa gleich große Flächen, unterteilt. In den so festgelegten Messbereichen werden jeweils zwei oder drei Schnittbilder erzeugt, die herangezogen werden, um in jedem der Schnittbilder eine gemittelte Dicke für die mindestens eine Metallschicht zu bestimmen. Die Schnittbilder werden bevorzugt mittels eines REM-Verfahrens aufgenommen, beispielsweise in einer 2000 oder 2500- fachen Vergrößerung. Anschließend wird in einem zweiten Schritt über die insgesamt 18 oder 27 in den Schnittbildern erfassten Dicken, die über alle neun rechteckigen Messbereiche verteilt sind, gemittelt. Auf diese Weise wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die gemittelte Dicke einen repräsentativen Wert für die Bindungsschicht zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Isolationselement für das gesamte Trägersubstrat darstellt. Mit anderen Worten: die in dem Abschnitt beschriebene Vorgehensweise sieht gemittelte Dicken vor, die über die mindestens eine Metallschicht gesehen in gleichmäßig verteilten Messbereichen bestimmt ist. Das hier beschriebene Verfahren zur Auswahl der Messbereich, die zur Bestimmung eines gemittelten Werts für die Dicke beiträgt ist analog für die Bestimmung des Flächenwiderstands heranzuziehen.

Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Trägersubstraten ist somit eine vergleichsweise dünne Bindungsschicht zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Isolationselement ausgebildet. Dabei ist es vorgesehen, dass zur Festlegung der maßgeblichen Dicke der Bindungsschicht die gemessenen Dicken über eine Vielzahl von Messpunkten gemittelt werden, die innerhalb einer vorbestimmten bzw. festgelegten Fläche bzw. den mehreren Flächen liegen. Dadurch wird in vorteilhafter Weise mitberücksichtigt, dass das Isolationselement, insbesondere das Keramikelement, in der Regel einer Ondulation unterworfen ist, d. h. dem Isolationselement ist eine Welligkeit zuzusprechen. Insbesondere versteht der Fachmann unter einer Welligkeit eine Modulation des generellen flachen Verlaufs des Isolationselements, gesehen über mehrere Millimeter oder Zentimeter entlang einer Richtung, die parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft. Damit grenzt sich eine derartige Ondulation von einer Oberflächenrauigkeit des Isolationselements ab, die in der Regel zusätzlich am Isolationselement vorliegt. Durch das Einbeziehen einer derartigen, in der Regel unvermeidbaren Ondulation des Isolationselements in die Bestimmung der Dicke wird berücksichtigt, dass die Bindungsschicht aufgrund der Ondulation gegebenenfalls variieren kann, insbesondere in Talbereichen des Isolationselements größer sein kann als in Bergbereichen des Isolationselements.
Ungeachtet dieser Ondulation ist der gemittelte Dickenwert dennoch deutlich geringer als derjenige, der in Trägersubstraten aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dies wird insbesondere bzw. beispielsweise dadurch erzielt, dass eine benötigte Aktivmetallschicht zwischen dem Isolationselement und der mindestens einen Metallschicht angeordnet wird, die insbesondere einzeln, also separat, zwischen dem Isolationselement und der mindestens einen Metallschicht angeordnet ist, beispielsweise zusätzlich zu einem Lotbasismaterial (das beispielsweise kein Aktivmetall enthält bzw. aktivmetallfrei ist). Vorzugsweise wird das Aktivmetall mittels eines elektrochemischen Abscheidens, eines chemischen und/oder physikalischen Gasphasenabscheidens, beispielsweise mittels eines Sputterns, auf dem Lotbasismaterial und/oder der mindestens einen Metallschicht und/oder dem Isolationselement aufgetragen, um vergleichsweise dünne Aktivmetallschichten zu realisieren, die wiederrum zu einer vergleichsweise dünnen Bindungsschicht führen, insbesondere zu einer homogenen und dünnen Haftvermittlerschicht. Vorstellbar ist es auch unter Verwendung eines Plasmas, in einem Vakuum und/oder mittels Aufdampfen die Aktivmetallschicht auf dem Lotbasismaterial, dem Isolationselement und/oder der mindestens einen Metallschicht bereitzustellen. Denkbar ist auch, die Aktivmetallschicht galvanisch zu realisieren. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Aktivmetallschicht als Folie bereitgestellt wird.
Die Ausbildung von vergleichsweise dünnen Bindungsschichten reduziert insbesondere einen Aufwand, der aufgebracht werden muss, um beispielsweise in einem „second etching“, zumindest bereichsweise, die Bindungsschicht wieder zu entfernen, um das Trägersubstrat, insbesondere dessen mindestens eine Metallschicht und die Bindungsschicht, zu strukturieren. Vorzugsweise erfolgt dieses Strukturieren, das dazu dient, mehrere Metallabschnitte der mindestens einen Metallschicht voneinander elektrisch zu isolieren, durch ein Ätzen und/oder ein mechanischen Bearbeitungsschritt und/oder mit Laserlicht. Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass durch die Verwendung geringer Schichtdicken die Anzahl der möglichen Fehler in der Bindungsschicht, beispielsweise hervorgerufen durch Materialfehler im Lotmaterial, in vorteilhafter Weise reduziert werden kann. Unter einem Fehler in der Bindungsschicht bzw. einem Materialfehler im Lotmaterial wird beispielsweise ein großes Korn im Lotmaterial, wie beispielswiese ein Aktivmetallkorn, verstanden, d.das zur Riesenbildung einer Körnung in der Bindungsschicht führen kann, und/oder das nicht vollständig aufschmilzt und damit als Abstandshalter minimale Lotspalte oder Punktdefekte verhindert. Durch das Auftragen, insbesondere mittels Sputtern, kann in einfacher Weise verhindert werden, dass vergleichsweise große Körner Bestandteil der Aktivmetallschicht werden. Schließlich ist es von Vorteil, dass sich homogen über das hergestellte Trägersubstrat eine dünne Bindungsschicht ausbildet.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Trägersubstrats. Alle für das Trägersubstrat beschriebenen Vorteile oder Merkmale lassen sich analog übertragen auf das Verfahren zur Herstellung des Trägersubstrats.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Verfahrensschritte:

- Bereitstellen eines Isolationselements,
- Bereitstellen mindestens einer Metallschicht,
- Bereitstellen einer Aktivmetallschicht,
- Bereichsweises Bedecken des Isolationselements und/oder der mindestens einen Metallschicht mit einer Aktivmetallschicht und
- Anbinden der mindestens einen Metallschicht an das Isolationselement.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass durch das gezielte, bereichsweise Bedecken mit der Aktivmetallschicht, mit anderen Worten mit der Strukturierung der Aktivmetallschicht, festgelegt wird, welche Bereiche im gefertigten Trägersubstrat eine Bindungsschicht zwischen dem Isolationselement und der mindestens einen Metallschicht ausbildet. Auf diese Weise ist es vergleichsweise einfach, eine Kodierung innerhalb des Trägersubstrats zu fertigen. Die Nutzung der Aktivmetallschicht erweist sich dabei insbesondere deswegen als vorteilhaft, weil dadurch gezielt eine flächendeckend und ununterbrochene Ausbildung einer Bindungsschicht veranlasst wird und nicht die Gefahr besteht, dass bestimmte Bereiche am Isolationselement nicht von dem Aktivmetall benetzt werden (was zu Bereichen ohne Bindungsschicht führt, die wiederum als Teil der Kodierung missverstanden werden könnten).
Vorzugsweise ist es dazu vorgesehen, dass zusätzlich zu der Aktivmetallschicht eine Lotbasismaterialschicht aufgetragen wird, was unter den jeweiligen Prozesstemperaturen für das Lotbasismaterial im Rahmen eines Aktivlötverfahrens zur Anbindung der mindestens einen Metallschicht an das Isolationselement führt. Alternativ ist es vorstellbar, dass das Aktivelement bzw. die Aktivmetallschicht im Rahmen eines heißisostatischen Pressens bzw. eines Solid State-Diffusion-Bondings (SDB) an das Isolationselement angebunden wird. In diesem Fall ist keine Lotbasismaterialschicht zur Anbindung der mindestens einen Metallschicht an das Isolationselement erforderlich. Die Verwendung eines Lotbasismaterials erweist sich insofern als vorteilhaft für die Ausbildung der Kodierung, als dass sichergestellt wird, das ein ausreichender Abstand zwischen Isolationselement und der mindestens einen Metallschicht ausgebildet wird, der ein einfaches Identifizieren bzw. Auslesen, insbesondere mit Ultraschall, gestattet.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Aktivmetallschicht nachträglich strukturiert wird. Beispielsweise wird die Aktivmetallschicht flächig aufgetragen und vorzugsweise gezielt in bestimmten Bereichen anschließend wieder entfernt, um sie zu strukturieren. Vorzugsweise wird die Aktivmetallschicht flächig aufgetragen und beispielsweise durch ein Ätzen und/oder durch Laserlicht wieder entfernt.
Vorzugsweise ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Aktivmetallschicht durch ein physikalisches Gasphasenabscheiden und/oder unter Verwendung einer Maskierung realisiert wird und/oder nach dem Auftragen der Aktivmetallschicht realisiert wird, beispielsweise indem Bereiche einer aufgetragenen Aktivmetallschicht wieder entfernt werden, vorzugweise mittels Laserlichts entfernt werden. Alternativ ist es vorstellbar, dass die Aktivmetallschicht als Folie bereitgestellt wird, die insbesondere beispielsweise durch Laser, Prägen, Falzen und/oder Walzen strukturiert wurde. Insbesondere mittels des physikalischen Gasphasenabscheidens ist es in vorteilhafter Weise möglich, vergleichsweise dünne Aktivmetallschichten zu realisieren. Zudem lassen sich möglichst genaue und präzise Strukturierungen in die Aktivmetallschicht einlassen. Beispielsweise wird die Aktivmetallschicht mittels eines physikalischen Gasphasenabscheiden aufgetragen und mittels Laserlicht bereichsweise wieder entfernt, um eine Strukturierung in der Aktivmetallschicht zu verursachen.
Insbesondere ist es durch die Nutzung einer separat aufgeführten Aktivmetallschicht möglich, diese vergleichsweise dünn auszugestalten, wodurch die anspruchsgemäßen vergleichsweise dünnen Dicken der Bindungsschicht realisierbar sind, insbesondere gemittelt über verschiedenen Messerwerte innerhalb der festgelegten Fläche. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine in Stapelrichtung bemessene Dicke der Bindungsschicht, gemittelt über mehrere Messpunkte innerhalb einer vorbestimmten Fläche oder in mehreren Flächen, die parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft oder verlaufen, einen Wert annimmt, der kleiner als 20 µm, bevorzugt kleiner als 12 µm und besonders bevorzugt kleiner als 6 µm ist. Sofern vom mehreren Flächen gesprochen wird, ist insbesondere gemeint, dass die mindestens eine Metallschicht in möglichst gleich große Flächen unterteilt wird und in jeder dieser die mindestens eine Metallschicht unterteilenden Flächen mindestens ein Wert, bevorzugt mehrere Messwerte für die Dicke erfasst werden. Die so an verschiedenen Stellen ermittelten Dicken werden arithmetisch gemittelt.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Bindungsschicht und/oder die weitere Bindungsschicht eine ein Aktivmetall umfassende Haftvermittlerschicht ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Bindungsschicht nur aus der Haftvermittlerschicht ausgebildet ist, die das Aktivmetall umfasst. Dabei weist die Haftvermittlerschicht in der Bindungsschicht eine Verbindung mit einem Bestandteil des Keramikelements, wie beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlenstoff, und den anderen Bestandteilen der Keramik auf. In entsprechender Weise umfasst die Haftvermittlerschicht beispielsweise Titannitrid, Titanoxid und/oder Titancarbid. In diesem Fall ist es vorgesehen, dass eine in Stapelrichtung gemessene Dicke der Bindungsschicht gemittelt über mehrere Messpunkte innerhalb einer Fläche, die parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft, oder der mehreren Flächen einen Wert annimmt der kleiner ist als 0,003 mm, bevorzugt kleiner als 0,001 mm und besonders bevorzugt kleiner als 0,0005 oder sogar kleiner als 0,00035 mm. Insbesondere für solche Bindungsschichten, bei den auf ein Lotbasismaterial und/oder einen Silberanteil verzichtet wird, lässt sich in entsprechender Weise eine noch dünnere Bindungsschicht ausbilden.
Beispiele für ein Aktivmetall sind Titan (Ti), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf), Chrom (Cr), Niob (Nb), Cer (Ce), Tantal (Ta), Magnesium (Mg), Lanthan (La) und Vanadium (V). Hierbei ist zu beachten, dass die Metalle La, Ce, Ca und Mg an Luft oder in Gegenwart von Sauerstoff leicht oxidieren können. Ferner wird angemerkt, dass die Elemente Cr, Mo und W keine klassischen Aktivmetalle sind, sich aber als Kontaktschicht zwischen Si₃N₄ und der mindestens einen Metallschicht bzw. dem Lotsystem bzw. Lotmaterial eignen, da sie mit der mindestens einen Metallschicht, beispielsweise Kupfer, keine intermetallischen Phasen bilden und keine Randlöslichkeit haben Insbesondere handelt es sich bei dem Lotbasismaterial um ein metallbasiertes Basismaterial, vorzugsweise um ein silberbasiertes oder ein kupferbasiertes Basismaterial. In einem silberbasierten Basismaterial ist Silber die Hauptkomponente, d. h. der Bestandteil mit dem bezüglich der Gewichtsprozente höchsten Anteil, während in einem kupferbasierten Basismaterial Kupfer die Hauptkomponente ist. Beispiele für ein silberbasiertes Basismaterial sind AgCu, insbesondere AgCu28, AgCuln, AgCuSn und AgCuGa. Beispiele für ein kupferbasiertes Basismaterial sind Kupfer CuSn, CuAg, Culn, CuGa, CuInSn, CuInMn, CuGaSn. Auch ist es vorstellbar als Lotbasismaterial auf Basis von NiCrMn oder SnCu zu verwenden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine Aktivmetallschicht verwendet wird, deren Dicke zwischen 10 nm und 1000 nm liegt, bevorzugt zwischen 50 nm und 750 nm, besonders bevorzugt zwischen 100 und 500 nm. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Aktivmetall mittels eines physikalischen Gasphasenabscheidens auf dem Isolationselement und/oder dem Lotbasismaterial, das vorzugsweise ebenfalls als Folie ausgebildet ist, aufgetragen wird. Beispielsweise ist es auch vorstellbar, dass das Aktivmetall zusammen mit dem Lotmaterial auf die gewünschte Dicke heruntergewalzt wird, um eine vergleichsweise dünne Bindungsschicht zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Isolationselement auszubilden.
Vorzugsweise wird eine Lotfolie verwendet, die kleiner ist als 20 µm, bevorzugt kleiner als 12 µm und besonders bevorzugt kleiner als 8 µm aufweist. Beispielsweise nimmt die Dicke der Lotschicht einen Wert zwischen 2 und 20 µm oder zwischen 2 und 5 µm zwischen bevorzugt zwischen 8 und 15 µm und besonders bevorzugt zwischen 5 und 10 µm an.. Weiterhin ist es vorstellbar, dass das Lotbasismaterial als Folie, als Paste, als eine durch physikalisches Gasphasenabscheiden entstandene Schicht, und/oder als elektrochemisch gebildete Schicht bereitgestellt wird.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines Trägersubstrats vorgesehen ist, umfassend:

- Bereitstellen einer Lötschicht, insbesondere in Form mindestens einer Lötfolie bzw. Hartlotfolie,
- Beschichten des Isolationselements und/oder der mindestens einen Metallschicht und/oder der mindestens einen Lötschicht mit mindestens einer Aktivmetallschicht,
- Anordnen der mindestens einen Lötschicht zwischen dem Isolationselement und der mindestens einen Metallschicht entlang einer Stapelrichtung unter Ausbildung eines Lötsystems, das die mindestens eine Lötschicht und die mindestens eine Aktivmetallschicht umfasst, wobei ein Lotmaterial der mindestens einen Lötschicht vorzugsweise frei von einem schmelzpunkterniedrigenden Material oder phosphorfrei ist, und
- Anbinden der mindestens einen Metallschicht an die mindestens eine Keramikschicht über das Lötsystem mittels eines Aktivlotverfahrens.

Insbesondere ist dabei ein mehrschichtiges Lötsystem aus mindestens einer Lötschicht, vorzugsweise frei von schmelzpunkterniedrigenden Elementen, besonders bevorzugt aus einer phosphorfreien Lötschicht, und mindestens einer Aktivmetallschicht, vorgesehen. Die Separation der mindestens einen Aktivmetallschicht und der mindestens einen Lötschicht erweist sich insbesondere deswegen als vorteilhaft, weil dadurch vergleichsweise dünne Lötschichten realisierbar sind, insbesondere wenn es sich bei der Lötschicht um eine Folie handelt. Für aktivmetallhaltige Lötmaterialien müssen andernfalls vergleichsweise große Lötschichtdicken wegen der spröden intermetallischen Phasen bzw. des hohen E-Moduls und hoher Streckgrenze der gängigen Aktivmetalle und deren intermetallischen Phasen, die die Umformung der Lötpaste bzw. Lötschicht behindern, realisiert werden, wodurch die minimale Schichtdicke durch die Fertigungseigenschaften des aktivmetallhaltigen Lötmaterials begrenzt wird. Entsprechend bestimmt für aktivmetallhaltige Lötschichten nicht die für das Fügeverfahren erforderliche Mindestdicke die minimale Lötschichtdicke der Lötschicht, sondern die für die technisch realisierbare minimale Schichtdicke der Lötschicht bestimmt die minimale Lötschichtdicke der Lötschicht. Dadurch ist diese dickere, aktivmetallhaltige Lötschicht teurer als dünne Schichten. Unter phosphorfrei versteht der Fachmann insbesondere, dass der Anteil an Phosphor in der Lötschicht kleiner ist als 150 ppm, kleiner als 100 ppm und besonders bevorzugt kleiner als 50 ppm.
Beispielswiese sind bei der Herstellung des Trägersubstrats, insbesondere des Trägersubstrats, die weiteren Schritte vorgesehen, umfassend:

- Ausbilden eines gasdichten Metallbehälters, der das Isolationselement umschließt,
- Ausbilden des Trägersubstrats durch ein Anbinden des Metallbehälters an das Isolationselement mittels heißisostatischem Pressen,

Beim heißisostatischen Pressen ist es insbesondere vorgesehen, dass das Bonden durch Erhitzen unter Druck erfolgt, wie beim Sintern, bei dem die erste und/oder zweite Metalllage des Metallbehälters, insbesondere die spätere Metallschicht des Trägersubstrats und eine etwaige dort auftretende eutektische (Oxid-)schicht nicht in die Schmelzphase übertritt. In entsprechender Weise sind beim heißisostatischen Pressen geringere Temperaturen als bei einem Direktmetallanbindungsverfahren, insbesondere einem DCB-Verfahren, erforderlich.
Im Vergleich zu der Anbindung einer Metallschicht an eine Keramikschicht mittels eines Lotmaterials, bei dem üblicherweise Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der mindestens einen Metallschicht verwendet werden, kann bei der vorliegenden Vorgehensweise in vorteilhafter Weise auf ein Lotbasismaterial verzichtet werden und es wird lediglich ein Aktivmetall benötigt. Die Verwendung bzw. die Nutzung des Drucks beim heißisostatischen Pressen erweist sich dabei zudem als vorteilhaft, weil dadurch Lufteinschlüsse bzw. Hohlräume zwischen der ersten Metalllage und/oder der zweiten Metalllage einerseits und dem Keramikelement andererseits reduziert werden können, wodurch die Ausbildung von Lunkern in ihrer Häufigkeit im gebildeten bzw. gefertigten Metall-Keramik-Substrat reduziert oder gar vermieden werden kann. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Qualität der Bindung zwischen der Metallschicht bzw. der ersten und/oder zweiten Metalllage des Metallbehälters und dem Keramikelement aus. Darüber hinaus ist es in vorteilhafter Weise möglich, das „second etching“ zu vereinfachen und Lotreste sowie eine Silbermigration zu vermeiden.
Vorstellbar ist es auch, dass beim heißisostatischen Pressen ein zusätzliches Lotmaterial zwischen das Keramikelement und die mindestens eine Metallschicht eingebracht wird, wobei eine Schmelztemperatur des zusätzlichen Lotmaterials kleiner sein kann als dieTemperatur, bei der das heißisostatische Pressen durchgeführt wird, d. h. kleiner als die Schmelztemperatur der mindestens einen Metallschicht.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass bei einem heißisostatischen Pressen der Metallbehälter in einer Heiz- und Druckvorrichtung einem Gasdruck zwischen 100 und 2000 bar, bevorzugt zwischen 150 und 1200 bar und besonders bevorzugt zwischen 300 und 1000 bar und einer Prozesstemperatur von 300 °C bis zu einer Temperatur unterhalt der Schmelztemperatur der mindestens einen Metallschicht, ausgesetzt wird. Es hat sich in vorteilhafter Weise herausgestellt, dass es so möglich ist, eine Metallschicht, d.h. ein erste und/oder zweite Metalllage des Metallbehälters, an das Keramikelement anzubinden, ohne die erforderlichen Temperaturen eines Direktmetallanbindungsverfahrens, beispielsweise eines DCB- oder einem DAB-Verfahrens, und/oder ohne ein Lotbasismaterial, das beim Aktivlöten verwendet wird. Darüber hinaus gestattet das Nutzen bzw. die Verwendung eines entsprechenden Gasdrucks die Möglichkeit, möglichst lunkerfrei, d. h. ohne Gaseinschlüsse zwischen Metallschicht und Keramikelement ein Metall-Keramik-Substrat zu fertigen. Insbesondere finden Prozessparameter Verwendung, die in der DE 2013 113 734 A1 erwähnt werden und auf die hiermit explizit Bezug genommen wird.
Gemäß einer ergänzenden und/oder alternativen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Verfahren die Verfahrensschritte umfasst:

- Bereitstellen eines Isolationselements,
- Bereitstellen mindestens einer Metallschicht,
- Bereitstellen einer Aktivmetallschicht,

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Auslesen einer Kennzeichnung in einem erfindungsgemäßen Trägersubstrat. Alle zu dem Verfahren zur Herstellung des Trägersubstrats und zum Trägersubstrat beschriebenen Vorteile und Eigenschaften lassen sich analog übertragen auf das Verfahren zum Auslesen einer Kennzeichnung in einem Trägersubstrat. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine Auslesevorrichtung verwendet wird, insbesondere eine Ultraschallvorrichtung, mit der die Kennzeichen des Trägersubstrats ausgelesen wird.
Vorzugsweise wird dazu die Auslesevorrichtung über dem Trägersubstrat positioniert und die Auslesevorrichtung ist vorzugsweise kommunizierend verbunden mit einer Fertigungsanlage, in der das Trägersubstrat gefertigt wird, insbesondere in der das Trägersubstrat strukturiert wird. Beispielsweise ist die Auslesevorrichtung mit einer Auswerteeinrichtung verbunden, die Informationen über die Kodierung bzw. Kennzeichnung erhält. Auf diese Weise ist in vorteilhafter Weise möglich, die Kodierung zur Festlegung der Platzierung der Strukturierung heranzuziehen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können dabei im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden.
Es zeigen:

1: schematisch ein Trägersubstrat gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2: schematisch ein Trägersubstrat gemäß einer zweiten bevorzug,ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3: schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Trägersubstrats gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In 1 ist schematisch ein Trägersubstrat 1 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Solch ein Trägersubstrat 1 dient vorzugsweise jeweils als Träger von elektronischen bzw. elektrischen Bauteile, die an das Trägersubstrat 1 anbindbar sind, d. h. als Leiterplatte bzw. PCB (printed circuit board). Wesentliche Bestandteile eines solchen Trägersubstrats 1 sind ein sich entlang einer Haupterstreckungsebene HSE erstreckendes Isolationselement 30 und mindestens eine an dem Isolationselement 30 angebundene mindestens eine Metallschicht 10. Das Isolationselement 30 ist aus mindestens einem eine Keramik umfassenden Material gefertigt. Die mindestens eine Metallschicht 10 und das Isolationselement 30 sind dabei entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Stapelrichtung S übereinander angeordnet und in einem gefertigten Zustand über eine Bindungsschicht 15 zumindest bereichsweise miteinander stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise werden die mindestens eine Metallschicht 10 und die Bindungsschicht 15 dann zur Bildung von Leiterbahnen oder Anbindungsstellen für die elektrischen Bauteile strukturiert. Beispielsweise wird diese Strukturierung in die mindestens eine Metallschicht 10 eingeätzt. Im Vorfeld muss allerdings eine dauerhafte Bindung, insbesondere stoffschlüssige Anbindung, zwischen der mindestens einen Metallschicht 10 und dem Isolationselement 30 gebildet werden.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Trägersubstrats 1 ist neben der mindestens einen Metallschicht 10 an dem Isolationselement 30 auf einer gegenüberliegenden Seite mindestens eine weitere Metallschicht 20 vorgesehen. Insbesondere dient die mindestens eine weitere Metallschicht 20 als Rückseitenmetallisierung des Trägersubstrats 1. Die weitere Metallschicht 20 bildet vorzugsweise eine Rückseitenmetallisierung und/oder mindestens einen Teil eines Kühlkörpers aus. Durch die Ausbildung einer Rückseitenmetallisierung ist es in vorteilhafter Weise möglich, einem Durchbiegen der Keramiklage 30 entgegenzuwirken, indem durch die entsprechende Dimensionierung und Platzierung der Rückseitenmetallisierung thermomechanische Spannungen entgegengewirkt wird, die durch die mindestens eine Metallschicht 10 und deren Anbindung an dem Isolationselement 30 verursacht werden. Es ist auch vorstellbar, dass sich an die Rückseitenmetallisierung die Kühlstruktur anschließt oder dass die Kühlstruktur integraler Bestandteil der Rückseitenmetallisierung ist.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Trägersubstrat 1 mit einer Kodierung 18 bzw. einer Kennzeichnung versehen ist. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine individuelle Kodierung 18, die beispielsweise eine Rückverfolgung des Trägersubstrats 1 zulässt. Dadurch lässt sich beispielsweise anhand der Kodierung 18 feststellen, in welcher Charge das Trägersubstrat 1 produziert worden ist und/oder welche Ausgangsmaterialien, beispielsweise für das Isolationselement 30, die mindestens eine Metallschicht 10 und/oder ein eventuell verwendetes Lotsystem, hier verwendet worden sind. Vorzugsweise ist es hierzu vorgesehen, dass dem jeweiligen Trägersubstrat 1 und der entsprechenden Kodierung 18 jeweils eine Information zugeordnet ist, die beispielsweise in einer Datenbank, insbesondere auf einem Server, hinterlegt ist und beispielsweise von einem Nutzer, der das Trägersubstrat 1 erworben hat, eingesehen werden kann, sodass eine Rückverfolgung möglich ist. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die Kodierung 18 bzw. Kennzeichnung dazu verwendet wird, im Rahmen des Fertigungsprozesses Informationen weiterzugeben, beispielsweise Informationen, die die Lage von Fehlstellen, insbesondere Lunkern, im Trägersubstrat 1 enthält. Eine solche Information kann in vorteilhafter Weise beim Strukturieren dazu verwendet werden, die Lage der Strukturierung so auszurichten, dass insbesondere im Bereich mit Lunkern und/oder Fehlstellen Metall aus der mindestens einen Metallschicht 10 entfernt wird. Dies reduziert die Anzahl an Ausschüssen an fehlproduzierten Trägersubstraten 1. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Information in einer Datenbank, insbesondere auf einem Server oder einem Netzwerk, zusammen mit der entsprechenden Kodierung 18, hinterlegt wird. Wird so die Kodierung 18 identifiziert, lässt sich die entsprechende Information der Kodierung 18 und somit dem Trägersubstrat 1 zuordnen. Diese kann dann wiederrum für das folgende Fertigungsverfahren genutzt werden.
Insbesondere zeichnet sich das Ausführungsbeispiel der 1 dadurch aus, dass die Kodierung 18 im, d. h. innerhalb des Trägersubstrats 1, angeordnet ist. Damit ist die Kodierung 18 von außen nicht visuell erfassbar, d. h. es handelt sich um eine visuell nicht erfassbare Kodierung. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Kodierung 18 in die Bindungsschicht 15 eingelassen ist und damit zwischen der mindestens einen Metallschicht 10 und dem Isolationselement 30 ausgebildet ist. Beispielsweise lässt sich eine derartige Kodierung 18 mittels eines Ultraschallgeräts auslesen. Gegenüber solchen Kodierungen 18 und/oder Kennzeichnungen, die an der Außenseite des Trägersubstrats 1, insbesondere an einer Außenseite der mindestens einen Metallschicht 10 eingelassen sind, erweist sich die Anordnung der Kodierung 18 innerhalb des Trägersubstrats 1 als sofern vorteilhaft, dass beim Auslesen der Kodierung 18 nicht eventuelle Reflexe und/oder Schattenwürfe berücksichtigt werden müssten, die ein Auslesen erschweren. Außerdem wird verhindert, dass Verschmutzungen die Kodierungen 18 derart beeinträchtigen, dass sie nicht mehr auslesbar sind. Außerdem werden Manipulationen an der Kodierung 18 erschwert.
Vorzugsweise wird die Kennzeichnung bzw. Kodierung18 dadurch erzielt, dass die Bindungsschicht 10 strukturiert ist, d. h. dass im gefertigten Trägersubstrat 1 erste Teilbereiche und zweite Teilbereiche existieren, wobei im ersten Teilbereich eine Bindungsschicht 15 zwischen der mindestens einen Metallschicht 10 und dem Isolationselement 30 angeordnet ist und in einem zweiten Teilbereich keine Bindungsschicht zur Ausbildung einer unterbrochenen bzw. strukturierten Bindungsschicht zwischen der mindestens einen Metallschicht 10 und dem Isolationselement 30 angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend ist es auch vorstellbar, dass die innenliegende Kodierung auch durch eine entsprechende Ausbildung von Rücksprüngen in dem Isolationselement 30 und der mindestens einen Metallschicht 10 in den der Bindungsschicht zugewandten Oberflächenseiten geformt wird.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Kodierung 18 in einem Metallabschnitt der mindestens einen Metallschicht 10 ausgebildet ist, insbesondere nur in einem einzelnen Metallabschnitt des Trägersubstrats 1. Vorzugsweise umfasst das Trägersubstrat 1 einen Kodierungsbereich 19 oder -abschnitt, wobei der Kodierungsbereich 19 bzw -abschnitt vorzugsweise bei einer Serie von Trägersubstraten 1 an der gleichen Position bzw. im Wesentlichen in der gleichen Position angeordnet ist, wobei die Kodierung 18 selbst sich von Trägersubstrat 1 zu Trägersubstrat 1 unterscheiden kann.
In 2 ist ein Trägersubstrat 1 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform vorgesehen. Die in 2 dargestellte Ansicht zeigt oben eine Draufsicht auf das Trägersubstrat 1. Dabei ist ein Kodierungsbereich 19 mit der Kodierung 18 eingezeichnet, der zu erkennen gibt, dass in einer bestimmten Fläche bzw. in einem Flächenbereich erste und zweite Teilabschnitte vorgesehen sind. Dabei sind der erste und der zweite Teilbereich, d. h. insbesondere die Strukturierung der Bindungsschicht 15, derart gestaltet, dass ihre Platzierung innerhalb des Kodierungsbereichs 19 die Kennzeichnung bzw. Kodierung 18 festlegt. Insbesondere handelt es sich bei der Kodierung 18 um eine maschinenlesbare Kennzeichnung, beispielsweise um eine Barkodierung, einen QR-Code, Data-Matrix-Code, oder ähnliches. Insbesondere ist es vorgesehen, dass sich die Kodierung 18 auf einen Flächenbereich, nämlich den Kodierungsbereich 19, beschränkt. Wie der untere Ausschnitt in 2 zu erkennen gibt, ist es dabei vorgesehen, dass die Kodierung 18 innerhalb des Trägersubstrats 1 ausgebildet ist und die Draufsicht im oberen Abschnitt der 2 zeigt lediglich die Lage der zweiten Teilbereiche, bei denen keine Bindungsschicht 15 zwischen der mindestens einen Metallschicht 10 und dem Isolationselement 30 angeordnet ist.
In den 3a - 3d ist ein Verfahren schematisch dargestellt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Trägersubstrats 1. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass die Anbindung der mindestens einen Metallschicht 10 an das Isolationselement 30 über eine Aktivmetallschicht 17 vorgenommen wird. In dem dargestellten Beispiel wird hierzu das Aktivmetall im Rahmen eines physikalischen Gasphasenabscheidens, insbesondere in Form eines Sputterns, strukturiert zur Ausbildung einer strukturierten Aktivmetallschicht 17 aufgetragen. Hierzu wird beispielsweise eine Maskierung bzw. Maske 25 verwendet, mit der es möglich ist, in gezielten Bereichen Aktivmetall zur Ausbildung der Aktivmetallschicht 17 auf dem Isolationselement 30 auszubilden. Alternativ ist es vorstellbar, dass die Aktivmetallschicht 17 als Folie bereitgestellt wird, in die beispielsweise durch ein Stanzen und/oder Prägen eine Strukturierung in die Aktivmetallschicht 17 aufgenommen wird. Ferner ist es vorstellbar, dass das Aktivmetall zur Ausbildung der Aktivmetallschicht 17 als strukturierte Folie zunächst an ein Lotbasismaterial angebunden wird, bevor die Anbindung an das Isolationselement 30 erfolgt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Aktivmetallschicht 17 flächig aufgetragen wird. Anschließend wird durch Lasern eine Strukturierung gezielt in die Aktivmetallschicht 17 eingelassen.
Weiterhin ist es in dem in 3b dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass ein Lotsystem verwendet wird, das neben dem Aktivmetall in der Aktivmetallschicht 17 eine Lotbasismaterialschicht 16 aus dem Lotbasismaterial umfasst. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik üblichen Pasten zur Anbindung der mindestens einen Metallschicht 10 an ein Isolationselement 30 über einen Lötprozess ist es hier vorgesehen, dass die Aktivmetallschicht 17 und die Lotbasismaterialschicht 16 separate Schichten bilden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass eine flächige und durchgehende Bindungsschicht über die Aktivmetallschicht 17 gebildet wird, d. h. ohne gewollte Unterbrechung in der Bindungsschicht 15 außerhalb der Bereiche, die wegen der Strukturierung der Aktivmetallschicht 17 keine Bindungsschicht 15 ausbilden. Diese weist sich insbesondere deswegen als vorteilhaft, weil dadurch sichergestellt werden kann, dass Bereiche ohne Bindungsschicht 15 zwischen der mindestens einen Metallschicht 10 und dem Isolationselement 30 nicht versehentlich durch einen Mangel an zur Verfügung stehenden Aktivmetall entstehen.
In 3c ist das fertige Trägersubstrat 1 mit der Bindungsschicht 15 dargestellt, wobei die Bindungsschicht 15 strukturiert ist zur Ausbildung der Kodierung 18 im Kodierungsbereich 19.
In 3d ist schließlich das strukturierte Trägersubstrat 1 dargestellt, wobei die Strukturierung im Anschluss an die Anbindung der mindestens einen Metallschicht an das Isolationselement, und insbesondere im Anschluss an die Ausbildung der Kodierung 18 oder Kennzeichnung erfolgt. Zur Strukturierung werden Abschnitte bzw. Anteile der mindestens einen Metallschicht 10 und der Bindungsschicht 15 vorzugsweise weggeätzt, vorzugsweise außerhalb des Kodierungsbereichs 19. Vorstellbar wäre auch, dass durch eine mechanische Bearbeitung die Strukturierung vorgenommen wird. Weiterhin ist es vorstellbar, im Kodierungsbereich 19 die mindestens eine Metallschicht 10 zumindest abschnittsweise wieder zu entfernen, um die strukturierte Bindungsschicht 15 freizulegen. Die so freigelegte Kodierung 19 kann dann beispielsweise wiederum optisch ausgelesen werden.
Insbesondere zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass die Kodierung 18 bereits realisiert wird bzw. zeitgleich realisiert wird zu der Anbindung der mindestens einen Metallschicht an das Isolationselement. Infolgedessen erfolgt die Zuordnung von eventuellen Fehlern oder Lunkern zu der jeweiligen Kodierung 18 erst nach dem Anbinden, insbesondere nach Herstellen der Kodierung 18.
Bezugszeichenliste

1: Trägersubstrat
10: Metallschicht
15: Bindungsschicht
16: Lotbasismaterialschicht
17: Aktivmetallschicht
18: Kodierung
19: Kodierungsbereich
30: Isolationselement
20: weitere Metallschicht
25: Maske
S: Stapelrichtung
HSE: Haupterstreckungsebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3185655 A1 [0003]
DE 2013113734 A1 [0045]

Claims

Trägersubstrat (1), insbesondere als Träger für elektrische Bauteile, umfassend, - mindestens eine Metallschicht (10) und - ein Isolationselement (30), bevorzugt ein Keramikelement, ein Glaselement und/oder ein Kunststoffelement, wobei sich die mindestens eine Metallschicht (10) und das Isolationselement (30) im Wesentlichen parallel zur einer Haupterstreckungsebene (HSE) erstrecken und entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene (HSE) verlaufenden Stapelrichtung (S) übereinander angeordnet sind, und wobei eine Kodierung (18) innerhalb des Trägersubstrats (10) ausgebildet ist.
Trägersubstrat (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Kodierung (18) eine von außen nicht-visuell erfassbare Kodierung (18) ist.
Trägersubstrat (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kodierung (18) mittels eines Ultraschallgeräts auslesbar ist.
Trägersubstrat (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kodierung (18) in eine Bindungsschicht (15) zwischen der mindestens einen Metallschicht (10) und dem Isolationselement (30) angeordnet ist.
Trägersubstrat (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein die Kodierung (18) umfassender Kodierungsbereich (19) mindestens einen ersten Teilbereich und mindestens einen zweiten Teilbereich aufweist, wobei eine Anbindungsstärke der mindestens einen Metallschicht (10) an das Isolationselement (30) in dem mindestens einen ersten Teilbereich größer ist als die Anbindungsstärke der mindestens einen Metallschicht (10) an das Isolationselement (30) in dem mindestens einen zweiten Teilbereich.
Verfahren zur Herstellung eines Trägersubstrats (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren gemäß Anspruch 6, umfassend: - Bereitstellen eines Isolationselements (30), - Bereitstellen mindestens einer Metallschicht (10) - Bereitstellen einer Aktivmetallschicht (17), - bereichsweises Bedecken des Isolationselements (30) und/oder der mindestens einen Metallschicht (10) mit einer Aktivmetallschicht (17) und - Anbinden der mindestens einen Metallschicht (10) an das Isolationselement (30).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktivmetallschicht (17) durch einen physikalischen Gasphasenabscheidevorgang und/oder unter Verwendung einer Maskierung realisiert wird und/oder nach dem Auftragen der Aktivmetallschicht realisiert wird, beispielsweise indem Bereiche einer aufgetragenen Aktivmetallschicht wieder entfernt werden, vorzugweise mittels Laserlichts entfernt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, umfassend: - Bereitstellen eines Isolationselements (30), - Bereitstellen mindestens einer Metallschicht (10) - Bereitstellen einer Aktivmetallschicht (17), wobei in das Isolationselement (30) und/oder die mindestens eine Metallschicht (10) ein Rücksprung zur Ausbildung der Kodierung (18) realisiert wird.
Verfahren zum Auslesen einer Kodierung (18) in einem Trägersubstrat (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.