DE19627543B4

DE19627543B4 - Multi-Layer-Substrat sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19627543B4
Application number: DE19627543A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hofmann
Original assignee: Individual
Current assignee: AT&S Austria Technologie und Systemtechnik AG
Priority date: 1996-05-18
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2016-07-10
Also published as: DE19627543B9; DE19627543A1

Abstract

Multi-Layer-Substrat mit:
mehreren flächig aneinander anschliessenden und miteinander durch Verpressen unter Verwendung von Harz, vorzugsweise Epoxyd-Harz, verbundenen oder hergestellten Isolierschichten (2–5);
an wenigstens einer Oberflächenseite des Substrats sowie zwischen wenigstens zwei der aneinander anschliessenden Isolierschichten (2–5) gebildete Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen (6–9);
wobei wenigstens eine innenliegende Isolierschicht (3) des Substrats als Distanzrahmen mit wenigstens einem Fenster (11) ausgebildet ist;
wobei in dem wenigstens einen Fenster (11) wenigstens ein inneres elektrisches Bauelement (12) untergebracht ist;
wobei das wenigstens eine Fenster (11) beidseitig durch jeweils eine an den Distanzrahmen (3) anschliessende weitere Isolierschicht (2, 4) geschlossen ist;
wobei der von dem wenigstens einen Bauelement (12) nicht eingenommene Raum des jeweiligen Fensters (11) von einem Harz ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das den von dem wenigstens einen Bauelement (12) nicht eingenommenen Raum des jeweiligen Fensters (11) ausfüllende Harz das beim Verpressen der Isolierschichten (2–5) verwendete Harz...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Multi-Layer-Substrat mit mehreren flächig miteinander durch Verpressen verbundenen Isolierschichten. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Substrates.
Multi-Layer-Substrate sind grundsätzlich bekannt und ermöglichen es, elektrische Schaltkreise sehr kompakt auszuführen.

Die japanische Patentanmeldung JP 5-275609 A beschreibt ein Multi-Layer-Substrat, bei dem um eine Einbringungsöffnung für einen Chip herum ein Graben erzeugt, und über dem eingebrachten Chip ein Deckel angeordnet wird. Weitere Layer werden auf diese Anordnung aufgeklebt.

Die US-Patentschrift US 5,006,923 beschreibt ein ähnliches Multi-Layer-Substrat mit in Öffnungen eingelassenen Chips und siebgedruckten Zuleitungen, bei dem die Öffnungen mit isolierendem Material, vorzugsweise Glaspaste ausgefüllt sind.

Die europäische Patentanmeldung EP 0 525 876 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Detektoranordnung, bei dem Detektorelemente zwischen einem Substrat und einer Linsenplatte eingeklebt werden, um Verspannungen der Detektoren zu verringern.

Die japanische Patentanmeldung JP 4-373157 A beschreibt ein Multi-Layer-Substrat mit mehreren flächig aneinander anschließenden und miteinander verbundenen Isolierschichten und Kontaktflächen an einer Oberseite und zwischen mehreren Isolierschichten. Dabei ist eine innenliegende Isolierschicht als Distanzrahmen ausgebildet, in dessen Fenster ein elektrisches Bauelement untergebracht und von einer Füllmasse umhüllt ist.

Die Herstellung dieses Substrats wird als zu kompliziert empfunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Multi-Layer-Substrat aufzuzeigen, welches einfacher herstellbar ist.

Zur Lösung die Aufgabe schlägt die Erfindung ein Multi-Layer-Substrat mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 vor. Weiterhin schlägt die Erfindung ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 13 vor.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläuter. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung und im Teilschnitt eine Multi-Layer-Print-Platte gemäß der Erfindung;
2 eine Explosionsdarstellung zur Erläuterung der Herstelung der Print-Platte.
In den Figuren ist 1 eine Multilayer-Print-Platte oder ein Multilayer-Substrat, das zur Herstellung von elektrischen bzw. elektronischen Schaltkreisen Verwendung findet.
Das Substrat 1 besteht bei der in der 1 wiedergegebenen Ausführung aus einer oberen Isolierschicht 2, aus einem mittleren, aus elektrisch isolierendem Material, nämlich aus Kunststoff hergestellten Distanzrahmen 3, der ebenfalls als Schicht, allerdings mit einer im Vergleich zur Schicht 2 größeren Dicke ausgebildet ist, aus einer isolierenden Zwischenschicht 4 und einer unteren isolierenden Schicht 5.
Auf der Oberseite des Substrates bzw. der Schicht 2 sind Leiterbahnen bzw. Kontaktflächen 6 vorgesehen. Weitere Leiterbahnen und Kontaktflächen 7 bzw. 8 befinden sich auf der in der 1 oberen, dem Distanzrahmen 3 benachbarten Seite der Isolierschicht 4 und auf der der Isolierschicht 5 benachbarten Unterseite der Isolierschicht 4. Weiterhin sind Leiterbahnen und Kontaktflächen 9 jeweils an der der Isolierschicht 4 abgewandten Unterseite der Isolierschicht 5 vorgesehen.
Die verschiedenen Schichten 2–5 sind unter Verwendung eines Harzes durch Verpressen flächig miteinander zu dem Multi-Layer-Substrat 1 verbunden, wobei die Leiterbahnen und Kontaktfläche 7 und 8 im Inneren des Substrates zwischen den Schichten 3, 4 und 5 angeordnet sind.
Die Kontaktflächen und Leiterbahnen 6–9 sind jeweils durch Metallfolien 6a–9a hergestellt, die mit der üblichen Maskierungs- und Ätztechnik so strukturiert sind, daß sie die Kontaktflächen und Leiterbahnen mit der erforderlichen Formgebung und/oder mit dem erforderlichen Verlauf bilden. Mit 10 ist eine der Durchkontaktierungen des Substrates 1 wiedergegeben, über welche Leiterbahnen oder Kontaktflächen in unterschiedlichen Ebenen elektrisch miteinander verbunden sind.
Die Besonderheit des Multi-Layer-Substrates 1 besteht darin, daß die Schicht 3 als Distanzrahmen ausgebildet ist und an vorgegebenen Bereichen Öffnungen bzw. Fenster 11 besitzt, in denen innere elektrische Bauelemente 12, beispielsweise der in der 1 wiedergegebene SMD-Widerstand untergebracht sind. Diese Bauelemente 12 sind elektrisch über die Kontaktflächen und Leiterbahnen 7 verbunden und über diese an die übrigen Elemente des Schaltkreises angeschlossen.
Die Abmessungen der Fenster 11 sind auf die Normgrößen der SMD-Bauelemente 12 abgestimmt, und zwar derart, daß die Abmessungen der Fenster 11 nur geringfügig größer sind als die äußeren Abmessungen der jeweils in diesen Fenstern untergebrachten Bauelemente 12. Für jedes Bauelement 12 ist bei der dargestellten Ausführungsform jeweils ein eigenes Fenster bzw. eine eigene Öffnung in der den Distanzrahmen bildenden Schicht 3 vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Fenster 11 rechteckförmig. Die Abmessungen der Fenster sind so gewählt, daß das jeweilige Bauelement 12 von den Längsseiten, aber auch den Schmalseiten jedes Fensters etwa 0,5 mm beabstandet ist. Der von dem jeweiligen Bauelement 12 nicht eingenommene Raum des Fensters wird beim Verpressen mit dem verwendeten Epoxyd-Harz ausgefüllt, so daß die Bauelemente 12 fest in dem Multi-Layer-Substrat 1 eingebettet sind und außerdem das Multi-Layer-Substrat auch oberhalb der Bauelemente, d.h. im Bereich der Schicht 12 eine ausreichend hohe Belastbarkeit besitzt. Das Substrat 1 wird vorzugsweise im Mehrfach-Nutzen hergestellt, d.h. als größere Platte bzw. Vielfach-Substrat, welches eine Vielzahl von Substraten 1 aufweist, die innen bzw. in den Fenstern 11 bereits mit den Bauelementen 12 bestückt sind, bevorzugt erst nach dem Bestücken mit den äußeren Bauelementen (an den Leiterbahnen oder Kontaktflächen 6 bzw. 9) in die einzelnen Substrate 1 zertrennt werden.
Für die Bestückung des Multi-Layer-Substrates 1 können die üblichen Techniken verwendet werden.
Wie in der 2 dargestellt ist, erfolgt die Herstellung des Multi-Layer-Substrates 1 beispielsweise in folgenden Verfahrensschritten:
Zunächst wird die beidseitig mit einer Metallfolie, vorzugsweise mit einer Kupferfolie versehene bzw. kaschierte Isolierschicht 4 zur Bildung der Kontaktflächen und Leiterbahnen 7 bzw. 8 an beiden Oberflächenseiten mit der üblichen Maskierungs- und Ätz-Technik behandelt (Positionen a und b).
In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann die Oberseite der Isolierschicht mit den inneren Bauelementen 12 bestückt und dann der aus einem dickeren, plattenförmigen isolierenden Material durch Ausstanzen oder Fräsen der Fenster 11 hergestellte Distanzrahmen 3 derart aufgesetzt, daß jedes Bauelement 12 von dem zugehörigen Fenster 11 aufgenommen ist (Position c). Die Dicke der Schicht 3 entspricht der maximalen Höhe, die beispielsweise SMD-Bauelemente 12 aufweisen.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die an ihrer Oberseite mit einer Metallfolie 6a kaschierte Isolierschicht 2 aufgelegt und dann die gesamte Schicht-Anordnung in einem geeigneten Formwerkzeug unter Verwendung von Harz, vorzugsweise von Epoxyd-Harz verpreßt, so daß die Schichten 2, 3 und 4 mit den dazwischenliegenden Leiterbahnen und Kontaktflächen 7 und 8 flächig miteinander verbunden sind, an der Unterseite zugleich noch die weitere Isolierschicht 5 aus Epoxyd-Harz gebildet ist. Beim Verpressen wird an der Unterseite der Isolierschicht 5 zugleich flächig eine Metallfolie 9a vorgesehen (Position d).
In einem weiteren Verfahrensschritt werden dann die Metallisierungen 6a und 9a mittels der üblichen Ätz- und Maskierungstechnik zur Bildung der Kontaktflächen und Leiterbahnen 6 bzw. 9 strukturiert. Dies ist trotz der bereits vorhandenen Bauelemente 12 möglich, da diese Bauelemente dicht in den Fenstern 1 der Schicht 3 bzw. des Distanzrahmens eingeschlossen sind.
Dieses Herstellungsverfahren eignet sich nicht nur zur Herstellung von Einzel-Substraten 1, sondern insbesondere auch zum Herstellen eines Vielfach-Substrates, welches im Mehrfach-Nutzen eine Vielzahl von Einzel-Substraten aufweist.
Die Vorteile des Multi-Layer-Substrates 1 sind u.a., daß mit diesem Substrat eine sehr kompakte Bauweise eines elektrischen oder elektronischen Schaltkreises möglich ist und daß die Bauelemente 12 gegen äußere Einflöße besonders gut geschützt untergebracht sind.
Für die Schichten 2–4 eignen sich die für Leiterplatten üblicherweise verwendeten Materialien.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der die Erfindung tragende Gedanke verlassen wird.
So ist es grundsätzlich möglich, die vorstehend beschriebene Schichtfolge bei dem Multi-Layer-Substrat 1 zu ändern, beispielsweise auf die Isolierschicht 5 und auf die unteren Kontaktflächen bzw. Leiterbahnen 9 zu verzichten und/oder die obere Isolierschicht 2 beim Verpressen aus dem Epoxyd-Harz herzustellen und beim Verpressen zugleich die Metallisierung 6a aufzubringen, wie dies vorstehend für die Isolierschicht 5 und die Metallisierung 9a beschrieben wurde.
Weiterhin ist es auch möglich, innerhalb des Substrates in mehreren Lagen Distanzrahmen bildende Schichten 3 mit Fenstern 11 vorzusehen.
Bei der beschriebenen Ausführungsform sind bevorzugt mehrere innere Bauelemente 12 vorgesehen. Alle inneren Bauelemente 12 sind dabei mit entsprechenden Kontaktflächen bzw. Leiterbahnen 7 verbunden, d.h. mit Leiterbahnen, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, nämlich in der Ebene zwischen den beiden aneinander angrenzenden Isolierschichten 3 und 4. Hierdurch können sämtliche Bauelemente 12 durch Bestücken der die Isolierschicht 4 bildenden Platte 4 an nur einer Oberfläche vorgesehen werden, und zwar bevor die den Distanzrahmen bildende Isolierschicht bzw. Isolierplatte mit den Fenstern 11 aufgelegt wird.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die inneren Bauelemente 12, insbesondere passive elektrische Bauelemente, wie beispielsweise Widerstände in Siebdrucktechnik herzustellen. Die übrigen Verfahrensschritte bzw. der übrige Aufbau des Multi-Layer-Substrates 1 bleibt dabei erhalten.
Bei Herstellung der inneren Bauelemente 11 in Siebdrucktechnik kann aber auch die mit den Fenstern versehene Isolierschicht entfallen, und zwar dann, wenn die inneren Bauelemente 12 nur eine geringe Dicke besitzen. Anstelle der Isolierschicht 3 wird dann der Spalt bzw. Raum zwischen den Isolierschichten 2 und 4 durch das beim Verpressen verwendete Epoxydharz ausgefüllt, welches eine der Isolierschicht 3 entsprechenden Schicht bildet. Diese Ausführung ist nicht Teil der Erfindung.

1: Multi-Layer-Substrat
2–5: Isolierschicht
6–9: Kontaktfläche oder Leiterbahn
6a–9a: Metalliserung bzw. Metallfolie
10: Durchkontaktierung
11: Fenster
12: inneres Bauelement

Claims

Multi-Layer-Substrat mit: mehreren flächig aneinander anschliessenden und miteinander durch Verpressen unter Verwendung von Harz, vorzugsweise Epoxyd-Harz, verbundenen oder hergestellten Isolierschichten (2–5); an wenigstens einer Oberflächenseite des Substrats sowie zwischen wenigstens zwei der aneinander anschliessenden Isolierschichten (2–5) gebildete Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen (6–9); wobei wenigstens eine innenliegende Isolierschicht (3) des Substrats als Distanzrahmen mit wenigstens einem Fenster (11) ausgebildet ist; wobei in dem wenigstens einen Fenster (11) wenigstens ein inneres elektrisches Bauelement (12) untergebracht ist; wobei das wenigstens eine Fenster (11) beidseitig durch jeweils eine an den Distanzrahmen (3) anschliessende weitere Isolierschicht (2, 4) geschlossen ist; wobei der von dem wenigstens einen Bauelement (12) nicht eingenommene Raum des jeweiligen Fensters (11) von einem Harz ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das den von dem wenigstens einen Bauelement (12) nicht eingenommenen Raum des jeweiligen Fensters (11) ausfüllende Harz das beim Verpressen der Isolierschichten (2–5) verwendete Harz ist.
Substrat nach Anspruch 1, wobei für jedes Bauelement (12) ein eigenes Fenster (11) in der den Distanzrahmen bildenden Schicht (3) vorgesehen ist.
Substrat nach Anspruch 1, wobei in der den Distanzrahmen bildenden Schicht (3) wenigstens ein Fenster (11) für mehrere Bauelemente (12) vorgesehen ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in dem wenigstens einen Fenster (11) untergebrachte wenigstens eine elektrische Bauelement (12) mit in einer Ebene zwischen der den Distanzrahmen bildenden Schicht (3) und einer der angrenzenden Isolierschichten (4) vorgesehenen Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen (7, 8) verbunden ist.
Substrat nach Anspruch 4, wobei sämtliche Anschlüsse jedes in einem Fenster (11) untergebrachten Bauelementes (12) mit Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen (7, 8) in einer gemeinsamen Ebene verbunden sind.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Fenster (11) nur geringfügig größer als die Abmessungen des wenigstens einen darin untergebrachten Bauelementes (12) ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der unteren und der oberen Oberflächenseite des Substrats jeweils Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen (6, 9) vorgesehen sind.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beidseitig an den Distanzrahmen (3) anschliessenden weiteren Isolierschichten (2, 4) plattenförmig ausgebildet sind.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine der beidseitig an den Distanzrahmen (3) anschliessenden weiteren Isolierschichten (2, 4) aus einer Platte gebildet ist.
Substrat nach Anspruch 8, wobei eine der beidseitig an den Distanzrahmen (3) anschliessenden weiteren Isolierschichten (2, 4) aus dem beim Verpressen verwendeten Harz gebildet ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Bauelement (12) ein SMD-Bauelement umfasst.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das wenigstens eine innere elektrische Bauelement (12) in Siebdrucktechnik hergestellt ist.
Vielfach-Multi-Layer-Substrat, umfassend mehrere Substrate nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Zertrennen in die mehreren Substrate.
Verfahren zum Herstellen eines Multi-Layer-Substrats, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen von Kontaktflächen bzw. Leiterbahnen (7, 8) an wenigstens einer Oberflächenseite einer ersten Isolierplatte (4); b) Aufbringen wenigstens eines inneren Bauelements (12) auf die mit den Kontaktflächen bzw. Leiterbahnen (7, 8) versehene Oberflächenseite der ersten Isolierplatte (4); c) Aufsetzen einer einen Distanzrahmen bildenden Isolierplatte (3) mit wenigstens einem Fenster (11) auf die Oberflächenseite der ersten Isolierplatte (4), so dass das wenigstens eine Bauelement (12) in dem wenigstens einen Fenster (11) angeordnet ist; d) Aufbringen zumindest einer weiteren, das wenigstens eine Fenster (11) verschliessenden Isolierschicht (2) zur Bereitstellung von Leiterbahnen, Kontaktflächen oder/und Abschirmflächen auf der der ersten Isolierplatte (4) abgewandten Seite des Distanzrahmens (3); e) Verbinden der Isolierschichten (2–4) durch Verpressen unter Verwendung von Harz, vorzugsweise Epoxyd-Harz; und Ausfüllen des von dem wenigstens einen Bauelement (12) nicht eingenommenen Raums des wenigstens einen Fensters (11) mit dem Harz; dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte e) des Verpressens der Isolierschichten (2–4) und des Ausfüllens mit Harz als gemeinsamer Schritt ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei sämtliche inneren Leiterbahnen und Kontaktflächen des Substrats in Schritt a) erzeugt werden, und sämtliche Isolierplatten (2–5) in dem Schritt e) durch Verpressen verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die mit den Kontaktflächen bzw. Leiterbahnen (7, 8) versehene Oberflächenseite der ersten Isolierplatte (4) mit dem wenigstens einen inneren Bauelement (12) bestückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei auf die mit den Kontaktflächen bzw. Leiterbahnen (7, 8) versehene Oberflächenseite der ersten Isolierplatte (4) wenigstens ein inneres Bauelement (12) in Siebdrucktechnik aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, ferner umfassend einen Schritt f) des Herstellens einer äußeren Isolierschicht (5), bevorzugt einschrittig mit Schritt e).
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei in Schritt a) die Kontaktflächen bzw. Leiterbahnen (7, 8) durch Strukturieren einer Metallisierung bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei auf wenigstens einer der beiden Oberflächenseiten des Substrats eine äußere Metallisierung (6a, 9a) aufgebracht wird, die in einem Schritt g) zur Bereitstellung von Leiterbahnen, Kontaktflächen oder/und Abschirmflächen strukturiert wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei auf beiden Oberflächenseiten des Substrats jeweils eine äußere Metallisierung (6a, 9a) aufgebracht wird, wobei die äußere Metallisierung an wenigstens einer der Oberflächenseiten des Substrats in dem dem Schritt e) nachfolgenden Schritt g) zur Bereitstellung von Leiterbahnen, Kontaktflächen oder/und Abschirmflächen strukturiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, ferner umfassend einen Schritt h) der Bereitstellung von Durchkontaktierungen (10).