Besehreibung
Hybrider Leiterplattenaufbau zur kompakten Aufbautechnik von elektrischen Bauelementen
fj-blicherweise werden heute einzelne Bauelemente, wie beispielsweise Wickel von Kondensatoren oder einzelne Halblei- terchips, jeweils in kleine Gehäuse verpackt, die dann auf geeignete Flächen einer Leiterplatte gelötet werden. Diese Leiterplatte besteht aus einem Trägermate-rial, oft FR4, auf dem elektrisch leitende Verbindungen normalerweise in Form von Kupferbahnen aufgebracht sind. Insbesondere große leistungselektronische Bauelemente werden in --Torrn von Modulen oder kleineren Packages auf die Leiterplatte gelötet. Inner- b-alb der Packages sind im Falle von Halbleiterchips zumeist -Tederkontakte oder Bond-Verbindungen zu fd-nden.
Solche Lösungen sind in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Dabei ist jeweils auf eine Leiterplatte 1, edie ein Trägermate- rial 2 und Leiterbahnen 3 aufweist, ein Bauelement 4 aufgelötet. Das Bauelement 4 weist dazu Kontaktd-rähte oder -zungen 5 auf, die über Lot 6 mit den Leiterbahnen 3 der Leiterplatte elektrisch in Kontakt stehen. Bei der in Figur 1 dargestellten Durchgangsloch-Technologie (Through Hole Technology) ver- -Laufen die Kontaktdrähte 5 des Bauelements 4 durch im Träger- inaterial 2 der Leiterplatte vorgesehene Diirchgangslöcher hindurch. Bei der in Figur 2 dargestellten 0-faerflächenbefesti- cgungs-Technologie (Surface Mount Technology) verfügt das Bauelement 4 über Kontaktzungen 5, die auf der Seite der Leiter- platte 1 an die Leiterbahnen angelötet werden, an der das Bauelement 4 angeordnet wird.
Eine alternative Aufbautechnik, insbesondere für Leistungs- bauelemente, besteht darin, eine Seite dex Bauelemente auf einen eigenen Schaltungsträger 7 zu löten und die andere Seite durch Bond-Verbindungen 8 anzuschließen, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Die Verwendung des eigenen Schaltungsträ-
gers 7 macht es notwendig, die gesamte Leiterplatte 1 und den Schaltungsträger 7 auf einer zusätzlichen Bodenplatte 9 anzubringen, um mechanische Stabilität zu erreichen.
Eine Leiterplatte 10 wird normalerweise so erzeugt, dass beidseitig auf ein Basismaterial 11, das zumeist -ΞTR4 ist, Kupferleiterbahnen 12 galvanisch aufgebracht werden, wie dies in Figur 4 in Schritt Sll dargestellt ist. Anschließend wird in einem Schritt S12 von beiden Seiten jeweils eine äußere Lage 13 aus FR4 an das Basismaterial 11 und den Kupferleiterbahnen 12 der Leiterplatte angeordnet . Auf die äußeren Lagen 13 werden wiederum Kupferleiterbahnen 14 galvanisch aufgebracht, wie dies im Schritt S13 dargestellt ist. So lassen sich theoretisch beliebig viele Lagen herstellen.
Die Kontaktierung zwischen den Lagen erfolgt anschließend in einem Schritt S14 beispielsweise durch Bohren von Durchgangslöchern 15 und Einpressen von Hülsen 16 sowie einen weiteren, nicht dargestellten Galvanik-Prozessschritt.
Aus WO 03/030247 A2 ist eine Kontaktierung eines auf einem Substrat angeordneten Bauelement mittels einer Scticht aus elektrisch isolierendem Material und einer Schicht aus elektrisch leitendem Material bekannt .
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen vorteilhaften mechanischen Aufbau für eine Leiterplatte und eine zugehörige elektrische Kontaktierung von auf der Leiterplatte angeordneten Bauelementen zur Verfügung zu stel- len, um daraus eine elektronische Schaltung zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Dementsprechend weist eine Leiterplatte eine Schaltungsträgerplatte auf, die in einer Aussparung der Leiterplatte angeordnet ist.
Zwar ist auch in dem in Figur 3 dargestellten Stand der Technik eine Schaltungsträgerplatte in einer Aussparung einer Leiterplatte angeordnet, allerdings ist die Schaltungsträge - platte dort nicht Bestandteil der Leiterplatte.
Dadurch dass die Leiterplatte die Schaltungsträgerplatte aufweist, ist die Schaltungsträgerplatte in die Leiterplatte selbst integriert . Sie unterscheidet sich von der restlichen Leiterplatte nur noch dadurch, dass sie ihr gegenüber abgegrenzt ist, indem die Schaltungsträgerplatte beispielsweise aus einem anderen Material besteht als die Leiterplatte.
Vorzugsweise weist die Schaltungsträgerplatte als Trägermaterial Keramik auf. Dadurch kann die Schaltungsträgerplatte Leistungsbauelemente tragen, ohne von deren Abwärme beschä— digt zu werden. Weitere Bauelemente der Schaltung können dagegen auf der restlichen Leiterplatte angeordnet werden, die mechanisch und schaltungstechnisch, beispielsweise durch einen Mehrschichtaufbau, flexibler und meist auch kostengünstiger ist.
Insbesondere ist die Schaltungsträgerplatte eine DCB-Keramik-
Vorzugsweise ist die Leiterplatte eine Mehrlagenleiterplatte , wobei die Schaltungsträgerplatte in der Aussparung einer in— neren Lage der Leiterplatte angeordnet ist und äußere Lagen der Leiterplatte Aussparungen aufweisen, die bezüglich ihren. Abmessungen in der Ebene der Leiterplatte kleiner sind als die Schaltungsträgerplatte und die Aussparung in der inneren- Lage der Leiterplatte, so dass die äußeren Lagen der Leiter— platte die Schaltungsträgerplatte überlappen und die Schaltungsträgerplatte von den äußeren Lagen der Leiterplatte in der Aussparung der inneren Lage der Leiterplatte fixiert unc-L
gehalten wird. So lässt sich die Schaltungsträgerplatte in die Leiterplatte integrieren, ohne dass zusätzliche Befestigungsmittel notwendig wären.
Vorteilhaft ist auf der Schaltungsträgerplatte ein Bauelement angeordnet, das eine Kontaktfläche aufweist. Auf dem Bauelement, der Schaltungsträgerplatte und der übrigen Leiterplatte ist eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material angeordnet, die an der Kontaktfläche des Bauelements ein Fenster aufweist. Auf der Kontaktfläche des Bauelements und der
Schicht aus elektrisch leitendem Material ist schließlich eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material angeordnet . Diese Art der Kontaktierung des Bauelements und die Integration der Schaltungsträgerplatte in die Leiterplatte erweisen zusammen wichtige Synergieeffekte auf. So werden durch die Integration der Schaltungsträgerplatte in die Leiterplatte Zwischenräume zwischen der Schaltungsträgerplatte und der Leiterplatte ausgeschlossen, wie sie bei der Verwendung der in Figur 3 dargestellten Bodenplatte nicht zu vermeiden sind. Diese Zwischenräume wären aber für die Kontaktierung des Bauelements über Schichten fatal, da ie im Gegensatz zur Kontaktierung mit Bond-Drähten schwer zu überwinden wären und immer die Gefahr bestünde, dass die dünnen Schichten reißen. Darüber hinaus ergibt sich durch die Integration der Schal- tungstragerplatte in die Leiterplatte und das Weglassen der Bodenplatte ebenso wie durch die Kontaktierung des Bauelements über Schichten jeweils ein sehr flacher Aufbau, so dass insgesamt eine extrem geringere Höhe erzielt werden kann.
Die Schicht aus elektrisch isolierendem Material ist insbesondere eine auflaminierte Folie.
An der Schaltungsträgerplatte kann, insbesondere an ihrer dem Bauelement abgewandten Seite, ein Kühlkörper angeordnet sein, um vom Bauelement abgegebene Verlustwärme abzuführen. Als
Trägermaterial der Leiterplatte kommt insbesondere Kunststoff zum Einsatz, beispielsweise FR4.
Für eine bessere Wärmespreizung kann die Leiterplatte eine Vielzahl von Schaltungsträgerplatten aufweisen, die in Aussparungen der Leiterplatte angeordnet sind und jeweils eines oder mehrere (Leistungs-) Bauelemente tragen.
In einem Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit einer integrierten Schaltungsträgerplatte wird die Schaltungs— trägerplatte in einer Aussparung der Leiterplatte angeordnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich ana— log zu den vorteilhaften Ausgestaltungen der Leiterplatte und umgekehrt .
Insbesondere wird die Leiterplatte als Mehrlagenleiterplatte hergestellt, die Schaltungsträgerplatte in der Aussparung ei- ner inneren Lage der Leiterplatte angeordnet und äußere Lagen der Leiterplatte an der Leiterplatte angeordnet, die Aussparungen aufweisen, die kleiner sind als die Schaltungsträgerplatte, so dass die äußeren Lagen der Leiterplatte die Schaltungsträgerplatte überlappen und in der Aussparung der inne- ren Lage der Leiterplatte halten. Alternativ oder ergänzend kann die Schaltungsträgerplatte auch in der Leiterplatte verklebt, verlötet oder anderweitig befestigt sein.
Vorzugsweise ist ein Bauelement, das eine elektrische Kon- taktfläche aufweist, auf der Schaltungsträgerplatte und damit auf der Leiterplatte angeordnet und es wird eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material auf der Leiterplatte und dem Bauelement aufgebracht. Die elektrische Kontaktfläche des Bauelements bleibt beim Aufbringen der Schicht aus elektrisch isolierendem Material frei und/oder wird nach dem Aufbringen der Schicht aus elektrisch isolierendem Material freigelegt, insbesondere durch Öffnen eines Fensters. Weiterhin wird eine Schicht aus elektrisch leitendem Material auf der Schicht aus elektrisch isolierendem Material und der elektrischen Kon- taktfläche des Bauelements aufgebracht. Die Schicht aus elektrisch isolierendem Material ist also eine Trägerschicht für die Schicht aus elektrisch leitendem Material.
Dadurch dass das Bauelement auf der Leiterplatte angeordnet ist, bilden Leiterplatte und Bauelement eine Oberflächenkon— tur. Vorzugsweise folgt die Schicht aus elektrisch isolierendem Material in ihrer Gesamtheit der aus Leiterplatte und Bauelement gebildeten Oberflächenkontur folgt, d.h., dass die Schicht aus elektrisch isolierendem Material entsprechend der aus Leiterplatte und Bauelement gebildeten Oberflächenkontur auf der Oberflächenkontur verläuft .
Dadurch dass die Schicht aus elektrisch isolierendem Material der aus Leiterplatte und Bauelement gebildeten Oberflächenkontur folgt, ergeben sich, insbesondere wenn ein Leistungsbauelement als Bauelement verwendet wird, gleich zwei Vorteile. Zum einen ist eine noch ausreichende Dicke der Schicht aus elektrisch isolierendem Material über den der Leiterplatte abgewandten Kanten des Bauelementes gewährleistet, so dass ein Durchschlag bei hohen Spannungen bzw. Feldstärken verhindert wird. Zum anderen ist die Schicht aus elektrisch isolierendem Material neben dem in der Regel sehr hohen Leistungs- bauelement auf der Leiterplatte nicht so dick, dass ein Freilegen und Kontaktieren von Kontaktflächen auf Leiterbahnen der Leiterplatte problematisch wäre.
Selbstverständlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung bei einer Leiterplatte, auf dem mehrere Bauelemente mit Kontaktflächen angeordnet sind, und/oder bei Bauelementen mit mehreren Kontaktflächen entsprechend vorzugehen.
Die Dicke der Schicht aus elektrisch isolierendem Material über der Leiterplatte weicht in ihrem geradlinig verlaufenden Bereich um weniger als 50% von ihrer Dicke über dem Bauelement in ihrem dort geradlinig verlaufenden Bereich ab, insbesondere um weniger als 20%. Vorzugsweise sind die Dicken in etwa gleich, weichen also um weniger als 5% oder sogar weni- ger als 1% voneinander ab. Die Prozentangaben beziehen sich insbesondere auf die Dicke der Schicht über dem Bauelement in deren geradlinig verlaufenden Bereich, die dementsprechend
die 100% angibt. Auf den geradlinig verlaufenden Bereich wird abgestellt, da die Schicht in Innenkanten von Leiterplatte und Bauelement in der Regel dicker, über den der Leiterplatte abgewandten Kanten des Bauelements in der Regel dünner ver- läuft .
Zur Kontaktierung des Bauelements mit der Leiterplatte weist die Leiterplatte vorzugsweise eine elektrische Kontaktfläche auf, die beim Aufbringen der Schicht aus elektrisch leitendem Material frei bleibt oder nach dem Aufbringen der Schicht aus elektrisch isolierendem Material freigelegt wird und auf die die Schicht aus elektrisch leitendem Material ebenfalls aufgebracht wird. So wird die Kontaktfläche des Bauelements über die Schicht aus elektrisch leitendem Material mit der Kon- taktfläche der Leiterplatte verbunden.
Die Kontaktfläche des Bauelements und die Kontaktfläche der Leiterplatte sind vorzugsweise in etwa gleich groß, um einen durchgängigen Stromfluss zu gewährleisten.
Die elektrische Kontaktfläche des Bauelements kann beim Aufbringen der Schicht aus elektrisch isolierendem Material freigelassen und/oder später freigelegt werden. Das vollständige oder partielle Freilassen schon beim Aufbringen lässt sich besonders vorteilhaft verwirklichen, wenn die Schicht aus elektrisch isolierendem Material mit Öffnungen aufgebracht wird. Dann lässt sich nämlich von vornherein eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material mit einer oder mehreren entsprechenden Öffnungen bzw. Fenstern verwenden, die sich beispielsweise zuvor durch kostengünstiges Ausstanzen oder Ausschneiden schaffen lassen.
Wird durch das Freilegen der Kontaktfläche ein Fenster mit mehr als 60% der Größe der Seite und/oder Fläche des Bauele- mentes geöffnet, an der das Fenster geöffnet wird, insbesondere mehr als 80%, so kann das Verfahren für Leistungsbauelemente verwendet werden, deren Kontaktfläche ein entsprechende
Größe aufweisen. Um eine saubere Kantenverarbeitung zu gewährleisten, sollte die Größe des Fensters aber andererseits nicht mehr als 99, 9% der Größe der Seite und/oder Fläche des Bauelementes betragen, an der das Fenster geöffnet wird, insbesondere nicht mehr als 99% und weiter bevorzugt nicht mehr als 95%. Das Fenster wird insbesondere an der größten und/ oder an der von der Leiterplatte abgewandten Seite des Bauelements geöffnet und hat vorzugsweise eine absolute Größe von mehr als 50 mm2, insbesondere mehr als 70 mm2.
Die Schicht aus elektrisch isolierendem Material ist insbesondere aus Kunststoff. Je nach Weiterverarbeitung kann sie fotoempfindlich oder nicht fotoempfindlich sein.
Sie wird vorzugsweise mit einer oder mehreren der folgenden Vorgehensweisen aufgebracht: Auflaminieren einer Folie, Vorhanggießen, Tauchen, insbesondere einseitiges Tauchen, Sprühen, insbesondere elektrostatisches Sprühen, Drucken, insbesondere Siebdrucken, Overmolden, Dispensen, Spincoaten.
Zum Aufbringen der Schicht aus elektrisch leitendem Material, also zum flächigen Kontaktieren, wird vorteilhaft ein physikalisches oder chemisches Abscheiden des elektrisch leitenden Materials durchgeführt. Derartige physikalische Verfahren sind Sputtern und Bedampfen (Physical Vapor Deposition, PVD) . Das chemische Abscheiden kann aus gasförmiger Phase (Chemical Vapor Deposition, CVD) und/oder flüssiger Phase (Liquid Phase Chemical Vapor Deposition) erfolgen. Denkbar ist auch, dass zunächst durch eines dieser Verfahren eine dünne elektrisch leitende Teilschicht beispielsweise aus Titan/Kupfer aufgetragen wird, auf der dann eine dickere elektrisch leitende Teilschicht beispielsweise aus Kupfer galvanisch abgeschieden wird.
Vorzugsweise wird eine Leiterplatte mit einer Oberfläche verwendet, die mit einem oder mehreren Halbleiterchips, insbesondere Leistungshalbleiterchips bestückt ist, auf deren je-
dem je eine oder mehrere zu kontaktierende Kontaktflächen vorhanden ist oder sind, und wobei die Schicht aus elektrisch isolierendem Material auf dieser Oberfläche unter Vakuum aufgebracht wird, so dass die Schicht aus elektrisch isolieren- dem Material diese Oberfläche einschließlich jedes Halbleiterchips und jeder Kontaktfläche eng anliegend bedeckt und auf dieser Oberfläche einschließlich jedes Halbleiterchips haftet .
Die Schicht aus elektrisch isolierendem Material ist dabei so gestaltet, dass ein Höhenunterschied von bis zu 1000 μm überwunden werden kann. Der Höhenunterschied ist unter anderem durch die Topologie der Leiterplatte und durch die auf der Leiterplatte angeordneten Halbleiterchips verursacht .
Die Dicke der Schicht aus elektrisch isolierendem Material kann 10 μm bis 500 μm betragen. Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material mit einer Dicke von 25 bis 150 μm aufge- bracht.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Aufbringen sooft wiederholt, bis eine bestimmte Dicke der Schicht aus elektrisch isolierendem Material erreicht ist. Beispielsweise werden Teilschichten aus elektrisch isolierendem Material geringerer Dicke zu einer Schicht aus elektrisch isolierendem Material höherer Dicke verarbeitet. Diese Teilschichten aus elektrisch isolierendem Material bestehen vorteilhaft aus einer Art Kunststo fmaterial. Denkbar ist dabei auch, dass die Teilschichten aus elektrisch isolierendem Material aus mehreren unterschiedlichen Kunststoffmaterialen bestehen. Es resultiert eine aus Teilschichten aufgebaute Schicht aus elektrisch isolierendem Material.
In einer besonderen Ausgestaltung wird zum Freilegen der elektrischen Kontaktfläche des Bauelements ein Fenster in der Schicht aus elektrisch isolierendem Material durch Laserabla-
tio-n geöffnet . Eine Wellenlänge eines dazu verwendeten Lasers beträgt zwischen 0,1 μm und 11 μm. Die Leistung des Lasers beträgt zwischen 1 W und 100 W. Vorzugsweise wird ein C02- Laser mit einer Wellenlänge von 9,24 μm verwendet. Das Öffnen der Fenster erfolgt dabei ohne eine Beschädigung eines eventuell unter der Schicht aus isolierendem Material liegenden Chipkontakts aus Aluminium, Gold oder Kupfer.
In einer weiteren Ausgestaltung wird eine fotoempfindliche Schicht aus elektrisch isolierendem Material verwendet und zum Freilegen der elektrischen Kontaktfläche des Bauelements ein Fenster durch einen fotolithographischen Prozess geöffnet - Der fotolithographische Prozess umfasst ein Belichten der fotoempfindlichen Schicht aus elektrisch isolierendem Ma- terial und ein Entwickeln und damit Entfernen der belichteten oder nicht-belichteten Stellen der Schicht aus elektrisch i- solierendem Material.
Nacri dem Öffnen der Fenster erfolgt gegebenenfalls ein Reini- gungsschritt, bei dem Reste der Schicht aus elektrisch isolierendem Material entfernt werden. Der Reinigungsschritt erfolgt beispielsweise nasschemisch. Denkbar ist insbesondere auch- ein Plasmareinigungsverfahren.
In einer weiteren Ausgestaltung wird eine Schicht aus elektrisch leitendem Material mit mehreren übereinander angeordneten Teilschichten aus unterschiedlichem, elektrisch leitendem Material verwendet. Es werden beispielsweise verschiedene Metalllagen übereinander aufgetragen. Die Anzahl der Teil- schichten beziehungsweise Metalllagen beträgt insbesondere 2 bis 5. Durch die aus mehreren Teilschichten aufgebaute elektrisch leitende Schicht kann beispielsweise eine als Diffusi- onsbarriere fungierende Teilschicht integriert sein. Eine derartige Teilschicht besteht beispielsweise aus einer Titan- Wolfram-Legierung (TiW) . Vorteilhafterweise wird bei einem mehrschichtigen Aufbau direkt auf der zu kontaktierenden
Oberfläche eine die Haftung vermittelnde oder verbessernde Teilschicht aufgebracht. Eine derartige Teilschicht besteht beispielsweise aus Titan.
In einer besonderen Ausgestaltung wird nach dem flächigen Kontaktieren in und/oder auf der Schicht aus dem elektrisch leitenden Material mindestens eine Leiterbahn erzeugt. Die Leiterbahn kann auf der Schicht aufgetragen werden. Insbesondere wird zum Erzeugen der Leiterbahn ein Strukturieren der Schicht durchge ührt. Dies bedeutet, dass die Leiterbahn in dieser Schicht erzeugt wird. Die Leiterbahn dient beispielsweise der elektrischen Kontaktierung eines Halbleiterchips.
Das Strukturieren erfolgt üblicherweise in einem fotolitho- graphischen Prozess. Dazu kann auf der elektrisch leitenden
Schicht ein Fotolack aufgetragen, getrocknet und anschließend belichtet und entwickelt werden. Unter Umständen folgt ein Temperschritt, um den aufgetragenen Fotolack gegenüber nachfolgenden Behandlungsprozessen zu stabilisieren. Als Fotolack kommen herkömmliche positive und negative Resists (Beschich- tungs aterialien) in Frage. Das Auftragen des Fotolacks erfolgt beispielsweise durch einen Sprüh- oder Tauchprozess . Electro—Deposition (elektrostatisches oder elektrophoreti- sches Abscheiden) ist ebenfalls denkbar.
Statt eines Fotolacks kann auch ein anderes strukturierbares Material mit einer oder mehreren der folgenden Vorgehensweisen aufgebracht werden: Vorhanggießen, Tauchen, insbesondere einseitiges Tauchen, Sprühen, insbesondere elektrostatisches Sprühen, Drucken, insbesondere Siebdrucken, Overmolden, Dispensen, Spincoaten, Auflaminieren einer Folie.
Zum Strukturieren können auch fotoempfindliche Folien eingesetzt werden, die auflaminiert und vergleichbar mit der auf- getragenen Fotolackschicht belichtet und entwickelt werden.
Zum Erzeugen der Leiterbahn kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden: In einem ersten Teilschritt wird die elektrisch leitende Schicht strukturiert und in einem darauf folgenden Teilschritt wird auf der erzeugten Leiterbahn eine weitere Metallisierung aufgebracht. Durch die weitere Metallisierung wird die Leiterbahn verstärkt. Beispielsweise wird auf der durch Strukturieren erzeugten Leiterbahn Kupfer galvanisch in einer Dicke von 1 μm bis 400 μm abgeschieden. Danach wird die Fotolackschicht beziehungsweise die auflami- nierte Folie oder das alternativ verwendete strukturierbare Material abgelöst . Dies gelingt beispielsweise mit einem organischen -Lösungsmittel, einem alkalischen Entwickler oder dergleichen. Durch nachfolgendes Differenzätzen wird die flächige, nicht mit der Metallisierung verstärkte, metallisch leitende Schicht wieder entfernt. Die verstärkte Leiterbahn bleibt erhalten.
In einer besonderen Ausgestaltung werden zum Herstellen einer mehrlagigen Vorrichtung die Schritte Auflaminieren, Freile- gen, Kontaktieren und Erzeugen der Leiterbahn mehrmals durchgeführt.
Vorzugsweise ist die Schicht aus elektrisch isolierendem Material und/oder die Schicht aus elektrisch leitendem Material strukturiert, um beispielsweise gezielte Verbindungen herzustellen. Das Strukturieren kann beispielsweise durch einen Laser oder mittels eines Fotoprozesses geschehen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der Beschrei- bung anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
Figur 1 eine Verbindung eines Bauelements mit einer Leiterplatte nach dem Stand der Technik; Figur 2 eine alternative Verbindung eines Bauelements mit einer Leiterplatte nach dem Stand der Technik;
Figur 3 eine weitere alternative Verbindung eines Bauelements mit einer Leiterplatte nach dem Stand der Technik;
Figur 4 die Herstellung einer Leiterplatte nach dem Stand der Technik;
Figur 5 die Herstellung einer Leiterplatte, die eine Schaltungsträgerplatte aufweist, als Hybrid-Aufbau;
Figur 6 eine Leiterplatte, die eine Schaltungsträgerplatte aufweist, die Bauelemente und einen Kühlkörper trägt.
Gemäß Figur 5 werden in einem Schritt S21 für die Herstellung einer Leiterplatte 20 auf eine innere Lage 22 der Leiterplatte Kupferleiterbahnen 26 von beiden Seiten galvanisch aufge- bracht. Die innere Lage 22 der Leiterplatte besteht aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem FR4-Basismaterial.
Im gleichen Schritt S21 wird in eine Aussparung 21 der inneren Lage 22 der Leiterplatte 20 eine Schaltungsträgerplatte 23 in Form einer DCB-Keramik lose eingefügt. Die Schaltungsträgerplatte 23 weist. ein plattenförmiges Trägermaterial 24 aus Keramik auf, auf dem auf beiden Seiten jeweils eine Schicht 25 aus Kupfer aufgebracht ist, die beispielsweise zu Leiterbahnen strukturiert ist.
Im folgenden Schritt S22 werden äußere Lagen 27 aus FR4 auf die innere Lage 22 der Leiterplatte und die Kupferleiterbahnen 26 sowie partiell auch auf die Schaltungsträgerplatte 23 aufgepresst. Dieses partielle Aufpressen auf die Schaltungs- trägerplatte 23 ergibt sich aus der Tatsache, dass zwar auch die äußeren Lagen 27 der Leiterplatte Aussparungen 28 aufweisen, dass diese Aussparungen 28 aber kleiner sind als die Aussparung 21 der inneren Lage 22 der Leiterplatte und die Schaltungsträgerplatte 23. Dadurch überlappen Ränder der äu- ßeren Lagen 27 der Leiterplatte, wie im Zusammenhang mit
Schritt S23 dargestellt, die Schaltungsträgerplatte 23 an ih-
rem Außenrand und -halten sie damit in der Aussparung 21 der inneren Lage 22 der Leiterplatte.
Im Schritt S23 wird eine weitere Lage von Kupferleiterbahnen 29 auf die Leiterplatte 20 aufgebracht.
Schließlich werden in einem Schritt S24 Durchgangslöcher 30 in die Leiterplatte 20 gebohrt und in die Durchgangslöcher 30 Hülsen 31 eingepresst. Ein weiterer Galvanik-Prozessschritt kann folgen.
Der im Zusammenhang mit Figur 4 dargestellte Prozess wird also dahingehend verändert, dass eine Schaltungsträgerplatte 23 mit einem geeigneten Trägermaterial 25 (z.B. Keramik, DCB) vor dem beidseitigen Aufpressen der äußeren Lagen 27 auf die innere Lage 22 der Leiterplatte und insbesondere nach der ersten Galvanik in die Aussparung 21 der inneren Lage 22 der Leiterplatte gelegt wird.
Die aufgepressten äußeren Lagen 27 überlappen die Schaltungsträgerplatte 23 geringfügig und fixieren sie so innerhalb der Leiterplatte 20. Es wird eine Leiterplatte 20 mit integrierter Schaltungsträgerplatte 23 geschaffen. Auf eine zusätzliche Bodenplatte kann daher verzichtet werden.
Gemäß der in Figur 6 dargestellten Vorrichtung werden auf die Schaltungsträgerplatte 23 der Leiterplatte Bauelemente 32 in Form von Chips gelötet, wozu Lot 33 verwendet wird. Die Bauelemente 32 sind insbesondere Leistungshalbleiter, IGBTs, Di— öden. Die Kontaktierung von Bauelement-Kontaktflächen, die sich auf der Leiterplatte 20 mit dem Schaltungsträger abgewandten Seite der Bauelemente 32 befinden, erfolgt im Ausführungsbeispiel nicht über eine Bond-Technik. Stattdessen wird eine Schicht 34 aus elektrisch isolierendem Material auf die Bauelemente 32 und die Leiterplatte 20 sowohl im Bereich der Schaltungsträgerplatte 23 als auch in einem übrigen Bereich der Leiterplatte 20 aufgebracht. Dies kann beispielsweise
durch Auflaminieren einer Folie geschehen, die eng an den Bauelementen 32 und der Leiterplatte 20 inklusive der Schaltungsträgerplatte 23 anliegt, an dieser haftet und der Kontur der Oberfläche folgt, so dass sich die Dicke der Schicht 34 aus elektrisch isolierendem Material nicht substanziell verändert .
Die Schicht 34 aus elektrisch isolierendem Material weist im Bereich der Kontaktflächen Fenster auf. Falls sich für die Schicht 34 aus elektrisch isolierendem Material eine Folie verwendet wird, so können diese Fenster vorgestanzt sein bevor die Folie auflaminiert wird. In anderen Fällen oder aber auch ergänzend werden die Fenster geöffnet, nachdem die Schicht 34 aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht ist.
Auf die Kontaktflachen der Bauelemente 32, also in die Fenster der Schicht 34 als elektrisch isolierenden Material, und die Schicht 34 aus elektrischen Material wird eine Schicht 35 aus elektrisch leitendem Material aufgebracht, die sich von den Kontaktflächen der Bauelemente 32 zu den Leiterbahnen 29 der Leiterplatte erstreckt und somit die Bauelemente 32 kontaktiert.
Die Schicht 34 aus elektrisch isolierendem Material und die Schicht 35 aus elektrisch leitendem Material erstrecken sich also über die Schaltungsträgerplatte 23 hinaus auf die übrige Leiterplatte 20. So wird die Verbindung der Bauelemente 32 auf der Schaltungsträgerplatte 23 mit dem Rest der Leiter- platte 20 erreicht.
Die Schicht 35 aus elektrisch leitendem Material wird beispielsweise durch Aufbringen einer StartSchicht, etwa durch Aufsputtern, und nachfolgende galvanische Verstärkung er- zeugt. Sie ist vorzugsweise eine Kupferschicht. Wird sie entsprechend strukturiert, so ergeben sich Kupferbahnen.
Auf der den Bauelementen 32 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 20 ist an deren Schaltungsträgerplatte 23 ein Kühlkörper 36 angeordnet.
Die Vorrichtung weist zahlreiche Vorteile auf. Dies ist zunächst die Abwesenheit von Bond-Verbindungen mit entsprechenden Auswirkungen auf die Wechsellastfestigkeit und damit die Lebensdauer. Weiterhin ist der Entfall einer zusätzlichen Bodenplatte sowohl aus Kostengründen als auch aus Entwärmungs- gründen günstig. Bei hinreichend geschickter Anordnung der
Schicht aus elektrisch isolierendem Material ist es möglich, bestimmte Bereiche gegenüber Umwelteinflüssen zu schützen und so eventuell eine sonst notwendige Lackierung der Baugruppe zu umgehen. Schließlich ist die Möglichkeit zu nennen, größe- re Veriustleistungsqueilen wie IGBTs durch Einsatz mehrerer kleinerer Schaltungsträgerplatten gleichmäßig über die Leiterplatte zu verteilen und so eine bessere Wärmespreizung und erleichterte Entwärmung zu erreichen. Insbesondere werden so genannte Hot-Spots vermieden.