DE19641397A1

DE19641397A1 - Verfahren zum Herstellen einer wärmeableitenden Leiterplatte

Info

Publication number: DE19641397A1
Application number: DE1996141397
Authority: DE
Inventors: Martina Dipl Ing Reiter; Lutz Dr Wolkers; Peter Dipl Ing Birkholtz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer wärmeableitenden Leiterplatte, bei dem auf eine ther misch hochleitfähige Grundplatte eine elektrisch nichtlei tende Isolationsschicht und darauf eine elektrisch leitende Deckschicht abgeschieden wird und auf die Deckschicht eine Fotolackmaskierung mit einer Leiterbahnstruktur aufgebracht wird, wobei mit Fotolack bedeckte und vom Fotolack freie Flächen erzeugt werden.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (deutsche Offenle gungsschrift DE 30 35 749 A1) wird eine Kernplatte beispiels weise aus Aluminium oder aus Eisen als eine thermisch hochleitfähige Grundplatte benutzt. Im Falle einer Kernplatte aus Eisen wird die Kernplatte in einem Entfettungsbad sehr dünn mit Kupfer beschichtet. Danach wird in einem Alu minierbad eine Galvano-Al-Schicht auf die kupferbeschichtete Kernplatte abgeschieden. Ein Anodisieren der Galvano-Al-Schicht zu einer eine elektrisch nichtleitende Isolations schicht bildenden Galvano-Aluminium-Eloxal-Schicht erfolgt unmittelbar anschließend in einem Eloxierbad. Die derart ge bildete Galvano-Aluminium-Eloxal-Schicht wird verdichtet und danach in einem stromlosen Kupferbad unter Bildung einer dünnen Kupferschicht verkupfert. Diese bildet eine elektrisch leitende Deckschicht, auf die anschließend eine Foto lackmaskierung mit einer Leiterbahnstruktur aufgebracht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer wärmeableitenden Leiterplatte anzugeben, bei dem die elektrisch nicht leitende Isolationsschicht einfacher, besser und kostengünstiger als bisher auf eine Grundplatte abgeschieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Isolationsschicht durch Vakuumbeschichten abgeschieden wird.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß beim Vakuumbeschichten die Isolationsschicht mit einer nahezu beliebigen chemischen Zusammensetzung auf die Grund platte aufgetragen werden kann. Außerdem kann während des Vakuumbeschichtens - beispielsweise durch Zufuhr entsprechen der Reaktionsgase in die Vakuumbeschichtungsanlage - die Schichtzusammensetzung der Isolationsschicht variiert werden, so daß die physikalischen Eigenschaften der Isolati onsschicht, wie Wärmeleitfähigkeit oder elektrische Isolati onsfähigkeit, über einen relativ weiten Bereich einstellbar sind. In dieser Weise lassen sich beispielsweise auch gra dierte Schichten oder Multilayer-Schichten (wie z. B. Schichtenfolgen aus AlO, AlN, AlO, AlN, . . .) herstellen.

Es ist zwar aus der US Patentschrift 5,372,686 das Aufbringen einer elektrisch nicht leitenden Isolationsschicht in Form einer Borschicht durch Vakuumbeschichten bereits bekannt, um Isolationsschichten mit hoher chemischer Stabilität zum Ein satz in Kammern für thermonukleare Experimente und in Vakuum systemen zu erhalten, jedoch läßt sich dieser Patentschrift kein Hinweis darauf entnehmen, daß sich durch Vakuum beschichten elektrisch nicht leitende Isolationsschichten für wärmeableitende Leiterplatten herstellen lassen.

Die Deckschicht kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in unterschiedlicher Weise aufgebracht werden, beispielsweise in einem galvanischen Verfahren oder durch Vakuumbeschichten. Um eine besonders kostengünstige Herstellung der Isolations- und Deckschicht zu erreichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Isolationsschicht und die Deckschicht in einer Vaku umbeschichtungsanlage in situ abgeschieden werden. Der Vorteil dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Vakuumbeschichtungsanlage für das Auftragen der beiden Schichten nur einmal evakuiert werden muß. Dies führt zu einer Zeit- und Kostenersparnis.

Um die Isolations- und Deckschicht noch schneller und somit noch kostengünstiger abscheiden zu können, muß die Abschei derate der Vakuumbeschichtungsanlage relativ groß sein. Vaku umbeschichtungsanlagen mit großen Abscheideraten sind bei spielsweise PVD- und CVD-Vakuumbeschichtungsanlagen, so daß es als vorteilhaft erachtet wird, wenn das Vakuumbeschichten mit einer PVD- oder CVD-Vakuumbeschichtungsanlage durchge führt wird.

Für die Herstellung von wärmeableitenden Leiterplatten muß die Isolationsschicht elektrisch besonders gut isolierend und durchschlagsfest sein. Isolationsschichten aus dem Material system Al-O-N erfüllen diese Anforderung, so daß es als vor teilhaft angesehen wird, wenn als die Isolationsschicht eine Schicht aus dem Materialsystem Al-O-N abgeschieden wird.

Zur Herstellung wärmeableitender Leiterplatten muß eine Lei terbahnstruktur in der Deckschicht erzeugt werden. Um dies einfach und kostengünstig durchführen zu können, wird es ge mäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah rens als vorteilhaft erachtet, wenn nach dem Aufbringen der Fotolackmaskierung die Dicke der Deckschicht an den freien Flächen galvanisch verstärkt wird, der Fotolack entfernt wird und durch Differenzätzen unter Bildung der wärmeableitenden Leiterplatte die Deckschicht an den vorher fotolackbedeckten Flächen entfernt wird.

Besonders dicke Isolationsschichten lassen sich herstellen, wenn als die Grundplatte eine Aluminiumplatte verwendet wird und die Isolationsschicht gebildet wird, indem auf die Aluminiumplatte zunächst eine anodisch erzeugte Oxidschicht aufgebracht wird, die anschließend durch Vakuumbeschichten verstärkt wird.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in einer Figur ein Ausfüh rungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer wärmeab leitenden Leiterplatte anhand verschiedener dargestellter Stadien der Leiterplatte gezeigt.

Die Darstellung A der Figur zeigt eine thermisch hochleit fähige Grundplatte 1, die beispielsweise aus Aluminium, Kup fer oder Eisen bzw. Legierungen dieser Metalle bestehen kann.

Auf die Grundplatte 1 wird eine elektrisch nichtleitende, amorphe oder kristalline Isolationsschicht 2, beispielsweise eine Al-O-N-Schicht, in einer Vakuumbeschichtungsanlage röntgenamorph und rißfrei abgeschieden; ein nachträgliches Verdichten der Isolationsschicht 2 ist somit überflüssig. Die Schichtdicke der Isolationsschicht 2 kann über die Beschich tungszeit und die Beschichtungsrate in der Vakuumbeschich tungsanlage nahezu beliebig eingestellt werden. Die Be schichtungsanlage kann beispielsweise eine PVD- oder CVD-Va kuumbeschichtungsanlage sein. Die Darstellung B der Figur zeigt die Grundplatte 1 mit der Isolationsschicht 2. Falls die Grundplatte aus Aluminium besteht, kann die Isolations schicht 2 auch gebildet werden, indem auf die Grundplatte 1 zunächst eine anodisch erzeugte Oxidschicht (z. B. Hartoxid, Eloxal) aufgebracht wird, die anschließend durch Vakuumbe schichten verstärkt wird.

Anschließend wird in derselben Vakuumbeschichtungsanlage eine Deckschicht 3 in situ, d. h. während des gleichen Vakuumbe schichtungsprozesses, abgeschieden. Der Vorteil dieses In situ-Abscheidens besteht darin, daß die Vakuumbeschichtungs anlage nur einmal evakuiert werden muß. Die Deckschicht 3 kann beispielsweise durch Nickel oder Kupfer gebildet werden. Dies zeigt die Darstellung C in der Figur.

Danach wird in einem Standard-Lithographie-Schritt eine Foto lackmaskierung 6 aufgebracht, deren Struktur der Leiterbahn struktur der herzustellenden, wärmeableitenden Leiterplatte entspricht (vgl. Darstellung D der Figur).

Nach dem Aufbringen der Fotolackmaskierung 6 wird die Deck schicht 3 an nichtfotolackbedeckten Stellen 6a galvanisch unter Bildung einer lokalen Zusatzdeckschicht 7 verstärkt. Die Durchführung dieses Prozeßschrittes, gezeigt in der Dar stellung E der Figur, kann beispielsweise dem eingangs gewür digten, bekannten Verfahren zum Herstellen wärmeableitender Leiterplatten entnommen werden.

Anschließend wird die Fotolackmaskierung 6 durch Strippen entfernt. Die resultierende Schichtstruktur zeigt die Dar stellung F der Figur.

Durch ganzflächiges Differenzätzen wird die Deckschicht 3 an vorher fotolackbedeckten und nunmehr freiliegenden Stellen 6b vollkommen entfernt und die lokale Zusatzdeckschicht 7 re lativ zu ihrer Dicke geringfügig ausgedünnt. Die Darstellung G der Figur zeigt die resultierende wärmeableitende Leiter platte 10.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer wärmeableitenden Leiter platte, bei dem

- auf eine thermisch hochleitfähige Grundplatte (1) eine elektrisch nichtleitende Isolationsschicht (2) und darauf
- eine elektrisch leitende Deckschicht (3) abgeschieden wird und
- auf die Deckschicht (3) eine Fotolackmaskierung (6) mit ei ner Leiterbahnstruktur aufgebracht wird, wobei mit Fotolack bedeckte (6b) und vom Fotolack freie Flächen (6a) erzeugt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Isolationsschicht (2) durch Vakuumbeschichten abge schieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (2) und die Deckschicht (3) in einer Vakuumbeschichtungsanlage in situ abgeschieden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuumbeschichten mit einer PVD- oder CVD-Vakuumbeschich tungsanlage durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als die Isolationsschicht (2) eine Schicht aus dem Material system Al-O-N abgeschieden wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- nach dem Aufbringen der Fotolackmaskierung (6) die Dicke der Deckschicht (3) an den freien Flächen (6a) galvanisch verstärkt wird,
- der Fotolack entfernt wird und
- durch Differenzätzen unter Bildung der wärmeableitenden Leiterplatte (10) die Deckschicht an den vorher fotolackbe deckten Flächen (6b) entfernt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- als die Grundplatte eine Aluminiumplatte verwendet wird und
- die Isolationsschicht gebildet wird, indem auf die Aluminiumplatte zunächst eine anodisch erzeugte Oxidschicht aufgebracht wird, die anschließend durch Vakuumbeschichten verstärkt wird.