WO2006063822A2 - Mehrschichtaufbau mit temperierfluidkanal und herstellungsverfahren - Google Patents

Mehrschichtaufbau mit temperierfluidkanal und herstellungsverfahren Download PDF

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WO2006063822A2
WO2006063822A2 PCT/EP2005/013464 EP2005013464W WO2006063822A2 WO 2006063822 A2 WO2006063822 A2 WO 2006063822A2 EP 2005013464 W EP2005013464 W EP 2005013464W WO 2006063822 A2 WO2006063822 A2 WO 2006063822A2
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Michael Neff
Thomas Gottwald
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Schweizer Electronic Ag
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0272—Adaptations for fluid transport, e.g. channels, holes
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/13—Moulding and encapsulation; Deposition techniques; Protective layers
    • H05K2203/1377—Protective layers
    • H05K2203/1394—Covering open PTHs, e.g. by dry film resist or by metal disc

Definitions

  • the invention relates to a multilayer structure with a Temperierfluidkanal which is introduced on one side or continuously in a Temperierfluid- channel layer, and to an associated manufacturing method.
  • a tempering fluid can be passed through the tempering fluid channel for temperature control purposes, depending on the application for cooling, i. for heat removal by the tempering fluid then acting as a cooling fluid, or for heating by the then acting as a heating fluid tempering fluid.
  • the term tempering fluid channel is used extensively for any, branched or unbranched tempering fluid channel structures with one or more fluidically serial or parallel individual temperature-fluidizing fluid channels.
  • tempering fluid in the present case comprises in the general sense all possible liquid and gaseous tempering media.
  • Multilayer structures of this type are used, for example, for printed circuit boards, wherein the tempering usually consists of cooling one or more layers of the printed circuit board multilayer structure and / or of electrical components applied thereto.
  • the tempering usually consists of cooling one or more layers of the printed circuit board multilayer structure and / or of electrical components applied thereto.
  • the tempering fluid channel plates with an internal cooling channel, i. the cooling channel is located in the interior of the plate and is closed towards both plate main sides, see for example the utility model DE 93 20 574 LM and the patent US Pat. No. 4,718,163.
  • tempering fluid channel plates with an internal cooling channel i. the cooling channel is located in the interior of the plate and is closed towards both plate main sides.
  • the Temperierfluidkanal unilaterally or continuously in the Temperierfluidkanal harsh, ie to a or both main sides of this layer open, and to cover the channel with a one-layer or multi-layer coating applied over the entire surface on the relevant side of the Temperierfluidkanal harsh, followed if necessary by one or more further layers.
  • the cover layer or at least one layer adjacent to the Temperierfluidkanal harsh typically consists of a so-called prepreg, which is mainly used for the purpose of connecting adjacent layers, often metallic layers such as Cu or Al, with good adhesion and electrically insulated too hold.
  • the prepreg layer of the channel covering layer can be recessed in the region above the channel.
  • Circuit board multilayer structures of this type are found, for example, in the patents US Pat. No. 4,706,164 and DE 196 47 916 C2.
  • the term "prepreg material” comprehensively encompasses any material that is present in the processing state as a so-called prepreg.
  • Such prepreg layers are not fluid-impermeable, ie the temperature-controlling fluid, such as water, can diffuse into this material.
  • the tempering fluid can penetrate laterally indefinitely into the prepreg channel covering layer layer adjoining the tempering fluid channel. In unfavorable cases, this can lead to disruptions of the printed circuit board multilayer structure or its function.
  • this could be avoided by the fact that the channel covering the Temperierfluidkanal Anlagen directly a layer of fluidimpermeablem, in particular metallic material is applied, but in this regard, there are typically problems in terms of adhesion and tightness of the connection of this layer to the underlying Temperierfluidkanaltik, especially at the Channel adjacent area.
  • the invention is based on the technical problem of providing a multilayer structure of the type mentioned at the outset and a production method therefor, with which the risk of disturbances due to tempering fluid penetrating from the channel into adjacent layers is minimized with relatively little effort.
  • the invention solves this problem by providing a multilayer structure having the features of claim 1 and a manufacturing method having the features of claim 12. ⁇ ⁇
  • the multi-layer structure according to claim 1 includes a multi-layer channel cover, which terminates the Temperierfluidkanal on a respective open longitudinal side to the outside and in the lateral direction fluidimpermeabel and includes a cover strip covering the channel.
  • a reliable channel seal to the outside i. achieved parallel to the layer stacking direction of the multilayer structure, as well as in the lateral direction, i. the fluid channel is hermetically sealed in a fluid-tight manner by the multi-layer channel cover at its longitudinal side which is open towards a main side of the tempering fluid channel layer.
  • any disturbances, such as with respect to layer adhesion and functionality of the multi-layer structure are avoided by tempering fluid which diffuses laterally indefinitely into one or more of the layers of the multi-layer structure.
  • the multi-layer channel cover includes a lid laterally and laterally surrounding the lid, fluidimpermeablen cover closure. Because the lid is made of fluid impermeable material, it provides the desired local hermetic channel seal.
  • the cover strip covering the channel can therefore, if necessary, also be made of a fluid-permeable material, e.g. a prepreg material, and be optimized for layer adhesion. This may be, in particular, a photo-structurable polymer material, i. a polymer material structurable by a photolithographic process.
  • the multi-layer channel cover includes a channel edge strip on the Temperierfluidkanal Anlagen and the open channel side covering and the channel edge strip laterally and outwardly surrounding, fluid-impermeable lid closure. Since the latter provides the hermetic channel termination, the channel edge strip can be optimized in its material for other aspects, for example with respect to layer adhesion, and for example, also consist of a fluid-permeable material, such as a photo-structurable polymer material.
  • an electrically conductive layer layer which serves in the channel region to produce the fluid-impermeable Deckelabschiusses the multi-layer channel cover, outside of this area used as a functional layer of a printed circuit board multi-layer structure to provide there a conductor level.
  • this connection path is designed not only thermally conductive but also electrically conductive, for which purpose a corresponding through-contact is provided through the multilayer channel cover.
  • the invention comprises special embodiments with regard to the Temperierfluidkanal für according to claim 7, as they are particularly useful for printed circuit boards.
  • This includes, in particular, realizations of this layer completely or at least superficially from a metallic material.
  • according to embodiments according to claim 8 may be a surface layer on a core of continuous insulating material or of an intermediate multi-layer structure.
  • the intermediate multi-layer structure it may be, for example, a multi-layer structure for a printed circuit board, in which the Temperierfluidkanal is introduced, wherein in an embodiment according to claim 9, one or more layer layers may be thermally conductive and / or electrically conductive coupled to the core covering the surface layer , ⁇
  • the side walls of a introduced from a main side of the multi-layer structure forth to Temperierfluidkanal connection opening at least in a channel facing portion continuously with fluidimpereablem material occupied, or the corresponding adjacent layer layer consists of such a material or is lateral limited by such.
  • the connection opening is adapted to receive a connection piece and to keep it fluid-tight at the opening edge region. In operation, it is then possible to connect to the connecting piece a corresponding fluid conveying means which feeds or discharges the tempering fluid, such as a hose, pipe or the like.
  • a development according to claim 11 comprises the connecting piece, wherein it is screwed or pressed on a single or multi-layer cover of Temperierfluidkanals held or welded to a weldable or solderable surface layer of the multi-layer structure or a weldable or solderable layer of single or multi-layer channel cover or is soldered.
  • Such a connection design is comparatively easy to implement, while at the same time providing high protection against leaks to the outside and against a lateral penetration of tempering fluid in layer layers of the multi-layer structure.
  • the method according to claim 12 enables the production of a novel according to the invention with comparatively low production costs _,
  • Multi-layer structure with hermetically sealing multi-layer channel cover according to claims 1 to 9.
  • Advantageous variants of the method, in particular with regard to the generation of the multi-layer channel cover, are specified in subclaims 12 to 18.
  • the method according to claim 19 advantageously makes it possible to produce a multilayer structure with a special channel connection configuration according to claim 10 or 11.
  • Special developments of this production method, in particular with regard to the type of connection of the connecting piece to the multilayer structure, are given in subclaims 20 to 22.
  • 1A to 1G are schematic cross-sectional views illustrating a first embodiment of a method for producing a multilayer structure with Temperierfluidkanal in successive stages of production
  • 2A to 2F are schematic cross-sectional views illustrating a second embodiment of a method for producing a multilayer structure with Temperierfluidkanal in successive stages of production
  • 3A to 3C are schematic cross-sectional views illustrating a third embodiment of a method for producing a multilayer structure with Temperierfluidkanal in successive stages of production
  • 4A to 4D are schematic cross-sectional views for illustrating a fourth embodiment of a method for producing - O -
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of an intermediate product according to FIG. 4A for a variant of the method
  • 6A to 6E are schematic cross-sectional views illustrating a first embodiment of a method for producing a multilayer structure with Temperierfluidkanal and connection configuration in successive stages of production
  • 7A to 7 C are schematic cross-sectional views illustrating a second embodiment of a method for producing a multilayer structure with Temperierfluidkanal and terminal configuration in successive stages of manufacture and
  • 8A and 8B are schematic cross-sectional views illustrating a third embodiment of a method for producing a multi-layer structure with Temperierfluidkanal and port configuration.
  • FIGS. 1A to 1G show the part of a multilayer structure with a tempering fluid channel of interest here in selected stages of production, which are of interest for understanding the associated production method.
  • a plate 1 is provided, into which then in the method step according to FIG. 1 B a tempering fluid channel 2 to a predefinable depth and in a predeterminable, arbitrary channel structure, such as a branched or unbranched structure of fluidic serial and / or. or parallel individual channels, is introduced, for example by deep milling.
  • the plate thus structured thus forms a tempering fluid channel layer whose tempering fluid channel 2 is open to one of its two main sides along the fluid flow direction, in FIG. 1B toward its top side 1a.
  • a thermally conductive material is selected, such as Cu, Al or an aluminum ceramic material, wherein by appropriate choice of material Temperierfluidkanal harsh 1 can also be designed to be electrically conductive.
  • it is a fluid-impermeable material which is suitable for guiding a desired tempering fluid, such as water, without this penetrating into the layer 1.
  • a desired tempering fluid such as water
  • the tempering fluid channel layer 1 can then be further treated as such, which consists entirely of Cu, as described below.
  • a Ni layer which provides increased corrosion protection, can be deposited chemically on the thin Zn layer.
  • the tem- perature control fluid can contain a suitable corrosion inhibitor.
  • a negative photopolymer material 3 is applied to the upper side 1a of the tempering fluid channel layer 1, ie a photosensitive polymer material which, upon exposure, changes from a soluble to an insoluble state.
  • a photosensitive polymer material which, upon exposure, changes from a soluble to an insoluble state.
  • This can eg be a conventional Epoxyacrylatmaterial act like that sold by DuPont under the trade name Vacrel ® material.
  • the application takes place over the whole area, for example by laminating a corresponding film material, so that the photopolymer layer 3 also covers the tempering fluid channel 2.
  • a photolithographic process is carried out in which an exposure mask 4 is laid onto the negative photopolymer layer 3, exposing a region 5 or at least being transparent in this region, which comprises the underlying channel 2 in a lateral direction and by specifiable measure goes beyond that.
  • the exposure mask 4 is removed and subsequently the negative photopolymer layer 3 is removed away in the unexposed area.
  • Fig. 1E shows the product at this stage of manufacture.
  • the cover strip 3a as in this example, consists of a material which is not fluid-impermeable, this cover closure 8 thus ensures a hermetically sealed closure of the channel 2 on its open longitudinal side both outwardly and in the lateral direction.
  • the lid strip 3a ensures a sufficiently stable and adhesive cover of the channel 2, even under thermal stress.
  • the cover strip 3a, the intermediate layer 7 and the lid end 8 thus form a multilayer channel cover which can be produced with relatively little effort, hermetically closing the tempering fluid channel 2 on its open side and on the lateral side, and in particular any outward diffusion of tempering fluid locally also limited in the lateral direction to the relatively small extent of the lid strip 3a.
  • the thickness of the layer 8 can be adapted to the respective requirements, so that it optionally withstands higher fluid pressures.
  • a continuous tempering fluid channel can be introduced into the provided plate, for example by being completely milled through at the respective points.
  • the product obtained according to FIG. 1G is then further processed by any conventional process steps, depending on the application, in order to obtain a respectively desired multi-layer structure, e.g. as a multilayer or multilayer structure of a printed circuit board.
  • a printed circuit board produced in this way and / or components mounted thereon can then be effectively tempered, in particular cooled, during operation by passing a tempering fluid, such as water, air or the like, through the tempering fluid channel 2.
  • FIGS. 2A to 2F illustrate a second variant of the method for producing a multilayer structure with cooling channel and associated multilayer channel cover.
  • the tempering fluid channel layer 1 with incorporated tempering fluid channel 2 is provided in any of the implementations discussed above.
  • a positive photopolymer layer 9 is applied, ie a photosensitive polymer layer, which on exposure changes from an insoluble to a soluble state.
  • any of the conventional materials for this purpose can be used for this purpose.
  • the positive photopolymer layer 9 is applied on the upper side 1a of the tempering fluid channel layer 1 over the entire surface, with the exception of the open region of the channel 2, which remains recessed.
  • the application can also be carried out in - IO -
  • a cover layer 10 of fluid-impermeable material e.g. Cu, upset.
  • This can be done, for example, by laminating a Cu film material, which is preferably treated on this side of the positive photopolymer layer 9 side in a manner known per se adhesion, symbolizes in the figures by a corrugation.
  • the cover layer 10 is applied over the entire surface and spans the channel 2.
  • an etching resist layer 11 is applied over the entire surface of the cover layer 10, which is photolithographically patterned using a mask structure 12 which exposes a region 13 which extends laterally in the region of the channel 2 and slightly beyond it on both sides.
  • the photomask 12 is removed, and after development, the etch resist layer 11 remains only in its exposed area 13.
  • it serves as an etch mask for a subsequent etching process, with which the cover layer 10 is etched away in the exposed area.
  • Fig. 2D shows the product at this stage of manufacture after removal of the etch mask.
  • cover layer 10 Of the cover layer 10 remains a channel 2 covering lid strip 10a.
  • the positive photopolymer layer 9 is exposed in the exposed area with suitable exposure radiation 15 and optionally aftertreated by a tempering, so that it remains after development only in the area below the lid strip 10a as a double-sided edge strip 9a.
  • Fig. 2E shows the product at this stage of manufacture. This is followed by a process step for thermal curing of the channel edge strip 9a, for example at a temperature of about 150 0 C for a period of about 1 h. Subsequently, conductive polymer material or chemically copper is deposited, which accumulates as in the first example of FIG. 1 F as a layer layer 7 at least on the exposed side walls of the channel edge strip 9a.
  • the cover closure layer 8 may be made of a fluid-impermeable material, e.g. made of Cu, are electrodeposited.
  • the channel 2 is hermetically sealed in a locally limited hermetically fluid-tight manner along its open longitudinal side along its open longitudinal side by a multilayer channel covering, here the channel edge strip backing 9a of positive photopolymer material, the cap strip 10a e.g. of Cu and the cover cap 7, 8, e.g. made of chemically and galvanically Cu.
  • the channel 2 in this embodiment is outwardly, i. in Fig.
  • FIGS. 3A to 3C illustrate a third variant of the method for producing a multilayer structure with tempering fluid channel and multilayer channel covering for the hermetic, fluid-tight sealing of the channel.
  • the tempering fluid channel layer 1 with the channel 2 introduced on one side is in one of the first - lo ⁇
  • the insulating layer 16 and the electrically conductive layer 17 may be applied in a single step as a resin-coated Cu sheet material.
  • Fig. 3A shows the intermediate thus obtained in one way or another.
  • a separation gap 18 is introduced into the two applied layers 16, 17 on both sides of the channel 2 and at a slightly lateral distance from it.
  • This can e.g. be carried out by a combination laser, which removes the upper layer 17 with UV radiation and then the insulating layer 16 with IR radiation and automatically stops at the surface of an underlying metal layer, such as the Temperierflu- idkanal Anlagen 1.
  • the separating gap 18 first be introduced by etching into the upper layer 17, to subsequently remove the insulating layer 16 in this area by means of laser beam.
  • Another alternative for creating the separation gap 18 is to first perform a surface etching step and then a plasma treatment step in a plasma chamber.
  • a coating is initially made with conductive polymer material or chemically copper which attaches at least to the exposed side walls of the insulation layer 16.
  • an electrically conductive, fluid-impermeable layer 19 is applied. This layer 19 also fills at least partially the separating gaps 18 and thus in turn realizes a lid closure, which channels the channel 2 outwards and in the lateral direction hermetically sealed, ie the introduced into the separation column 18 part of the layer 19 acts as a lateral diffusion barrier for the tempering.
  • the layer 19 may be formed of the same material as the layer 17 to provide an electrical conductive layer therewith, for example, for a corresponding printed circuit board structure which may be patterned laterally outside the channel covering region, as desired, to create a conductive line structure Fig. 3C indicated.
  • FIGS. 4A to 4D illustrate a fourth variant of the method for producing a multilayer structure with tempering fluid channel and multilayer channel cover.
  • the tempering fluid channel layer 1 with a core of a thermally and electrically insulating material is assumed here.
  • the core may consist of a common printed circuit board base material, such as an epoxy resin / glass fabric material.
  • it can be the printed circuit board base material commonly known as FR-4.
  • a conductive layer 20a, 20b i.e., both top and bottom of the core of the tempering fluid channel layer 1 with the tempering fluid channel 2 introduced on one side, becomes conductive.
  • a thermally and electrically conductive layer applied e.g. by depositing chemically Cu and then electrodepositing Cu.
  • the two conductive layers 20a, 20b are patterned in a desired manner, for which purpose an etching mask layer 21a, 21b and a photoresist pattern 22a, 22b are applied.
  • an etching mask layer 21a, 21b and a photoresist pattern 22a, 22b are applied.
  • the latter form an etch resist structure through which the conductive layers 20a, 20b are etched into the desired structure.
  • FIG. 4C shows the product with conductive layers 20c, 20d structured in this way.
  • the channel-side conductive layer structure 20c functions as a thermally and electrically conductive lining of the channel 2 in the channel region.
  • the intermediate product of FIG. 4C then serves as a starting point for further process steps for hermetically sealing the channel 2 in accordance with any of the above process examples, i. analogous to the intermediate of FIG. 1B.
  • Fig. 4D specifically shows a product processed according to the example of Figs. 2A to 2F, i. the channel 2 is terminated by the multi-layer channel covering of lateral channel edge strip 9a, heat-conducting cover strip 10a and fluid-impermeable cover closure layer 7, 8 which in this case is bounded laterally on the channel covering area, so as not to disturb the conductive track structures 20c, 20d formed laterally therefrom.
  • pressing into a printed circuit board multilayer structure is provided on both sides of a respective further insulation layer 24a, 24b and an outer conductive layer 25a, 25b, so that the structure in this case comprises four conductive layer layers.
  • a metal interconnect 26a, 26b extending between the two outer conductive layers 25a, 25b is additionally introduced, which creates a thermally and electrically conductive connection.
  • the respective through-hole 26a, 26b extends through the lateral channel edge strip 9a and has contact with the underlying part of the interconnect structure 20c, which forms the channel lining.
  • the through contacts 26a, 26b there is also a direct solid-state heat conduction - I o -
  • the electrical component 27 applied to the upper conductive layer 25a of FIG. 4D by a conventional surface mount technique consequently has a direct solid-state heat conduction connection to the tempering fluid channel 2.
  • this compound is electrically conductive, which can be used as needed to interconnect the components connected thereto To hold potential.
  • the assembled component 27 can be connected in this way to a ground potential of the multilayer structure.
  • FIG. 5 illustrates a modified embodiment in which a prefabricated printed circuit board multilayer structure 1 'is used for the tempering fluid channel layer 1 of FIG. 4A.
  • the multilayer structure comprises four conductive layer planes 28a to 28d, of which the two upper layers 28a, 28b are thermally bonded to the unilaterally introduced channel 2 by way of example, while the two other conductive layer planes 28c, 28d are kept insulated therefrom, i. with their heat-conducting structures are not guided to the channel 2.
  • a multi-layer structure according to the invention may include one or more other Temperierfluidkanaltiken as needed in one or more other layer planes, each having a Temperierfluidkanal, which with the multi-layer channel cover according to the invention can be provided.
  • This may be, for example, different cooling levels of a printed circuit board - iy -
  • Multilayer structure which may be e.g. can act to electrically conductive layer planes, which are assigned the same or different electrical potentials.
  • FIGS. 6A to 6E illustrate a first variant of the method for providing a fluid connection to a tempering fluid channel 29 within a multi-layer structure, in which the channel 29 is hermetically sealed in the manner according to the invention, but this does not necessarily have to be the case.
  • the channel 29 is unilaterally inserted into a tempering fluid channel layer 30 and connected to a multilayer channel cover 31 according to the invention e.g. closed in the manner of Fig. 1G.
  • any further layer sequence 32 may be located on the underside of the tempering fluid channel layer 30. In particular, it can again be a printed circuit board multilayer structure.
  • an opening 34 is then first of all made from above in the area above the channel 2 to the channel cover, e.g. up to a Kanalabdeck Mrs consisting of Cu 35, introduced, for example by conventional deep milling.
  • Fig. 6B shows the product in this stage of the process.
  • FIG. 6C shows the product in this stage of the method.
  • a connection stub 38 is inserted into the channel opening formed, which is provided with an annular flange 39 whose underside is connected in a fluid-tight manner to the underlying region of the layer 36.
  • the connecting piece 38 has in its channel-side end region one or more suitable lateral openings 41, which are adapted in their flow cross-section to those of the channel 2 and the connecting piece 38. For mechanical stability, it may be advantageous if the connecting piece 38 rests with its channel-side Stimende 42 against the channel bottom. At the outer end region 43 of the connecting piece 38 is designed in a conventional manner for receiving a hose, pipe or the like.
  • the fluid-impermeable lining 36 of the opening 34 reliably prevents tempering fluid, which possibly emerges from the channel 2 via a gap between the connecting piece 38 and the channel cover 35, from penetrating laterally into the adjacent layer sequence 32. To the outside, it is retained by the fluid-tight connection of the nozzle ring flange 39 with the upper layer 36.
  • FIGS. 7A to 7C illustrate a second method variant for the channel connection design.
  • FIG. 7A is based on a multilayer structure which corresponds to that of FIG. 6A, insofar as it is relevant for the connection design.
  • an opening 34a is initially inserted into the upper layer structure 32 with a diameter which is preferably slightly larger than the channel 2, up to the channel cover 31.
  • ⁇ _ is initially inserted into the upper layer structure 32 with a diameter which is preferably slightly larger than the channel 2, up to the channel cover 31.
  • the channel cover 31 pierced to form an opening 37a having a smaller opening than the opening 24a and preferably slightly smaller than the diameter diameter, as shown in Fig. 7B.
  • a connecting piece 38a is introduced into the created opening, which substantially corresponds to that of FIG. 6E, but has an annular flange 39a in such a way that its underside is at the top of the remaining, exposed edge area of the channel cover 31 and in particular at its upper cover layer 35 borders.
  • the connecting piece 38a is fluid-tightly connected via the underside of its annular flange 39a, which in turn can be done, for example, by means of sealing soldering, for which purpose the materials for the upper channel covering layer 35 and the connecting piece flange 39a are suitably chosen.
  • the required solder material may e.g. be brought by means of a conventional Lotdispensers in place.
  • the tempering fluid remains restricted to the area below the channel cover 35, so that it is not absolutely necessary to provide the fluid-impermeable material with the side walls of the overlying layer-building part 32 exposed upon insertion of the opening 34a.
  • FIGS. 8A and 8B illustrate a third variant of the method for the connection design of an internal tempering fluid channel of a multilayer structure.
  • a one-piece opening 34 b is introduced from the outside to the channel 2, wherein the opening 34 b preferably has a slightly smaller diameter than the channel 2.
  • a fitting 38b is inserted by a mechanical process while being fluid-tightly fixed to the remaining edge portion of the channel cover 31, specifically, for example, a Cu cover layer thereof.
  • the mechanical connection 44 thus produced may be e.g. to act a fluid-tight interference fit or screw. Otherwise, the connection piece 38b corresponds in shape and / or function to the connecting piece 38, 38a mentioned in the two examples explained above.
  • connection opening typically has a slightly smaller diameter than the channel
  • alternative implementations are possible in which the diameter of the connection opening is chosen to be at least as large as the channel diameter.
  • connection configurations In the case of the connection configurations explained above, the duct connection takes place via the covered duct side, ie the connecting duct is guided through the duct cover, which covers the duct on its open longitudinal side.
  • the channel connection can take place from one end face of the tempering fluid channel layer.
  • the channel connection is from the other major side of the tempering fluid channel layer, i. from their lower side in Figs. 6A to 8B, which is opposite to the channel cover side.
  • the connection opening needs to be introduced only in the Temperierfluidkanal harsh to the channel bottom.
  • the connection piece to be used can be fluid-tightly connected to the corresponding opening edge region of the tempering fluid channel layer, for which purpose the connection techniques mentioned in the above examples can also be used here. Since in this case no connection opening has to be created through the channel cover, sealing measures for this area are eliminated.
  • connection points typically at least two connection points are provided for the tempering fluid channel 2, via which the tempering fluid is supplied and discharged again, wherein at least one of these can be realized in the manner according to the invention described above.
  • the channel in the multilayer construction according to the invention is hermetically sealed on at least one open longitudinal side by a multilayer channel cover according to the invention.
  • An important field of application are multilayer printed circuit boards, in which the tempering fluid channel usually acts as a cooling channel, through which a cooling fluid for PCB and / or component cooling is passed.
  • the invention is obviously not limited to this application, but is equally suitable for other multi-layer structures that require an internal cooling or heating channel.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrschichtaufbau mit einem einseitig oder durchgehend in eine Temperierfluidkanalschicht (1) eingebrachten Temperierfluidkanal (2). Erfindungsgemäß ist eine Mehrlagen-Kanalabdeckung (3a, 7, 8) vorgesehen, die den Temperierfluidkanal auf einer zu einer Hauptseite der Temperierfluidkanalschicht hin offenen Kanalseite nach außen und in lateraler Richtung fluidimpermeabel abschließt. Zusätzlich oder alternativ ist eine von einer Hauptseite des Mehrschichtaufbaus her bis zum Temperierfluidkanal reichende Anschlussöffnung vorgesehen, die dafür eingerichtet ist, einen Anschlussstutzen aufzunehmen und diesen am Öffnungsrandbereich fluiddicht zu halten, wobei die eine oder mehreren angrenzenden Schichtlagen wenigstens in einem dem Temperierfluidkanal zugewandten Teilbereich bis zur fluiddichten Verbindungsstelle für den Anschlussstutzen aus einem fluidimpermeablen Material bestehen oder damit bedeckt oder durch ein solches lateral begrenzt sind. Verwendung z.B. für Mehrschicht-Leiterplatten mit Kühlkanal.

Description

Beschreibung Mehrschichtaufbau mit Temperierfluidkanal und Herstellungsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrschichtaufbau mit einem Temperierfluidkanal, der einseitig oder durchgehend in eine Temperierfluid- kanalschicht eingebracht ist, und auf ein zugehöriges Herstellungsverfahren. Bei einem solchen Mehrschichtaufbau kann zu Temperierzwecken durch den Temperierfluidkanal ein Temperierfluid hindurchgeleitet werden, je nach Anwendungsfall zur Kühlung, d.h. zum Wärmeabtransport durch das dann als Kühlfluid wirkende Temperierfluid, oder zur Beheizung durch das dann als Heizfluid fungierende Temperierfluid. Der Begriff Temperierfluidkanal wird dabei vorliegend umfassend für beliebige, verzweigte oder unverzweigte Temperierfluidkanalstrukturen mit einem oder mehreren strömungstechnisch seriellen oder parallelen Tem- perierfluid-Einzelkanälen verwendet. Der Begriff Temperierfluid umfasst vorliegend in allgemeinem Sinn alle möglichen flüssigen und gasförmigen Temperiermedien.
Mehrschichtaufbauten dieser Art werden beispielsweise für Leiterplatten verwendet, wobei die Temperierung üblicherweise in einer Kühlung einer oder mehrerer Schichten des Leiterplatten-Mehrschichtaufbaus und/oder von darauf aufgebrachten elektrischen Bauelementen besteht. In der Leiterplattentechnik ist es diesbezüglich bekannt, Temperierfluid- kanalplatten mit einem inneren Kühlkanal einzusetzen, d.h. der Kühlkanal befindet sich im Inneren der Platte und ist zu beiden Plattenhauptsei- ten hin geschlossen, siehe beispielsweise die Gebrauchsmusterschrift DE 93 20 574 LM und die Patentschrift US 4.718.163. Derartige Tempe- rierfluidkanalschichten erfordern jedoch einen relativ hohen Herstellungsaufwand.
Alternativ ist es bekannt, den Temperierfluidkanal einseitig oder durchgehend in die Temperierfluidkanalschicht einzubringen, d.h. zu einer bzw. beiden Hauptseiten dieser Schicht hin offen, und den Kanal mit einer ganzflächig auf die betreffende Seite der Temperierfluidkanalschicht aufgebrachten, ein- oder mehrlagigen Schicht abzudecken, bei Bedarf gefolgt von einer oder mehreren weiteren Schichten. Speziell bei Leiterplattenanwendungen besteht die Abdeckschicht oder jedenfalls eine an die Temperierfluidkanalschicht angrenzende Schichtlage derselben typischerweise aus einem sogenannten Prepregmaterial, das hauptsächlich zu dem Zweck eingesetzt wird, angrenzende Schichten, häufig metallische Schichten z.B. aus Cu oder AI, mit guter Haftung zu verbinden und elektrisch isoliert zu halten. Dabei kann die Prepreglage der Kanalabdeckschicht im Bereich über dem Kanal ausgespart sein. Leiterplatten- Mehrschichtaufbauten dieser Art finden sich z.B. in den Patentschriften US 4.706,164 und DE 196 47 916 C2. Mit der Bezeichnung „Prepregmaterial" wird vorliegend umfassend jegliches Material verstanden, das im Verarbeitungszustand als sogenanntes Prepreg vorliegt.
Derartige Prepregschichten sind nicht fluidimpermeabel, d.h. das Tem- perierfluid, wie Wasser, kann in dieses Material hineindiffundieren. Bei den vorstehend erwähnten herkömmlichen Schichtaufbauten hat dies zur Folge, dass das Temperierfluid lateral unbegrenzt in die an den Temperierfluidkanal angrenzende Prepreg-Kanalabdeckschichtlage eindringen kann. Dies kann in ungünstigen Fällen zu Störungen des Leiterplatten-Mehrschichtaufbaus bzw. seiner Funktion führen. Zwar könnte dies dadurch vermieden werden, dass zur Kanalabdeckung auf die Temperierfluidkanalschicht direkt eine Schicht aus fluidimpermeablem, insbesondere metallischem Material aufgebracht wird, jedoch bestehen in dieser Hinsicht typischerweise Probleme hinsichtlich Haftung und Dichtigkeit der Verbindung dieser Schicht zur darunter liegenden Temperierfluidkanalschicht, vor allem im an den Kanal angrenzenden Bereich. - O -
Verschiedene weitere Mehrschichtaufbauten mit einem oder mehreren Temperierfluidkanälen, die einseitig oder durchgehend in eine Tempe- rierfluidkanalschicht eingebracht und ein- oder beidseitig von einer ganzflächig auf die Temperierfluidkanalschicht aufgebrachten Deckschicht abgedeckt sind, finden sich in den Offenlegungsschriften DE 38 05 851 A1 , DE 195 06 091 A1 , DE 197 39 717 A1 , DE 40 12 100 A1 und DE 100 23 736 A1 sowie den Patentschriften US 6.665.185 B1 , DE 197 11 533 C2 und US 5.177.666.
Für den Fluidanschluss eines im Inneren eines Mehrschichtaufbaus gelegenen Temperierfluidkanals ist es bekannt, in allen weiteren Schichten über der Temperierfluidkanalschicht untereinander und mit dem Kanal fluchtende Bohrungen zu belassen und so eine zur Kanalebene senkrechte Anschlussöffnung zu schaffen, auf die außen am Mehrschicht- aufbau ein Fluidanschlussbauteil aufgesetzt wird, das im Fall eines Leiterplatten-Mehrschichtaufbaus gleichzeitig auch als elektrisches Anschlussbauteil fungieren kann, wie in der oben erwähnten US 4.706.164 beschrieben. Problematisch ist auch hier wiederum, dass im Bereich dieser Bohrungen jede Schicht mit dem Temperierfluid in Kontakt ist und folglich Temperierfluid in nicht fluidimpermeable Schichten lateral eindringen kann.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Mehrschichtaufbaus der eingangs genannten Art und eines Herstellungsverfahrens hierfür zugrunde, mit denen die Gefahr von Störungen durch aus dem Kanal in angrenzende Schichten eindringendes Temperierfluid mit relativ geringem Aufwand minimiert ist.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Mehrschichtaufbaus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eines Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12. ^ ^
Der Mehrschichtaufbau nach Anspruch 1 beinhaltet eine Mehrlagen- Kanalabdeckung, die den Temperierfluidkanal auf einer jeweils offenen Längsseite nach außen und in lateraler Richtung fluidimpermeabel abschließt und einen den Kanal abdeckenden Deckelstreifen beinhaltet. Damit wird sowohl eine zuverlässige Kanalabdichtung nach außen, d.h. parallel zur Schichtstapelrichtung des Mehrschichtaufbaus, als auch in lateraler Richtung erzielt, d.h. der Fluidkanal ist an seiner jeweils zu einer Hauptseite der Temperierfluidkanalschicht hin offenen Längsseite hermetisch fluiddicht durch die Mehrlagen-Kanalabdeckung abgeschlossen. Es werden insbesondere jegliche Störungen, wie bezüglich Schichthaftung und Funktionalität des Mehrschichtaufbaus, durch lateral unbegrenzt in eine oder mehrere der Schichten des Mehrschichtaufbaus hineindiffundierendes Temperierfluid vermieden.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 beinhaltet die Mehrlagen-Kanalabdeckung einen den Deckelstreifen lateral und nach außen umgebenden, fluidimpermeablen Deckelabschluss. Da der De- ckelabschluss aus fluidimpermeablem Material besteht, sorgt er für die gewünschte, lokale hermetische Kanalabdichtung. Der den Kanal abdeckende Deckelstreifen kann folglich bei Bedarf auch aus einem fluidpermeablen Material bestehen, z.B. einem Prepregmaterial, und hinsichtlich Schichthaftung optimiert sein. Dies kann insbesondere ein foto- strukturierbares Polymermaterial sein, d.h. ein durch einen fotolithographischen Prozess strukturierbares Polymermaterial.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 beinhaltet die Mehrlagen-Kanalabdeckung einen Kanalrandstreifen auf der Temperierfluidkanalschicht und einen die offene Kanalseite abdeckenden und den Kanalrandstreifen lateral und nach außen umgebenden, fluidimpermeablen Deckelabschluss. Da letzterer für den hermetischen Kanalab- schluss sorgt, kann der Kanalrandstreifen in seinem Material nach anderen Gesichtspunkten optimiert sein, z.B. hinsichtlich Schichthaftung, und z.B. auch aus einem fluidpermeablen Material bestehen, wie einem foto- strukturierbaren Polymermaterial.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 wird eine elektrisch leitfähige Schichtlage, die im Kanalbereich zur Erzeugung des fluid- impermeablen Deckelabschiusses der Mehrlagen-Kanalabdeckung dient, außerhalb dieses Bereichs als Funktionsschicht eines Leiterplatten- Mehrschichtaufbaus genutzt, um dort eine Leiterebene bereitzustellen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 besteht eine durchgehende wärmeleitende Verbindung vom Temperierfluidkanal über die Mehrlagen-Kanalabdeckung oder durch diese hindurch nach außen, so dass damit z.B. ein dort angebrachtes Bauteil effektiv temperiert werden kann. In weiterer Ausgestaltung dieser Maßnahme ist gemäß Anspruch 6 dieser Verbindungspfad nicht nur wärmeleitend, sondern auch elektrisch leitfähig ausgelegt, wozu ein entsprechender Durchkontakt durch die Mehrlagen-Kanalabdeckung hindurch vorgesehen ist.
In weiterer Ausgestaltung umfasst die Erfindung spezielle Ausführungen hinsichtlich der Temperierfluidkanalschicht gemäß Anspruch 7, wie sie insbesondere für Leiterplatten zweckmäßig sind. Dies umfasst insbesondere Realisierungen dieser Schicht ganz oder wenigstens oberflächlich aus einem metallischen Material. Im letztgenannten Fall kann es sich gemäß Ausgestaltungen nach Anspruch 8 um eine Oberflächenschicht auf einem Kern aus durchgehend isolierendem Material oder aus einem Zwischenprodukt-Mehrschichtaufbau handeln. Im Fall des Zwischenprodukt-Mehrschichtaufbaus kann es sich z.B. um einen Mehrschichtaufbau für eine Leiterplatte handeln, in den der Temperierfluidkanal eingebracht ist, wobei in Ausgestaltung gemäß Anspruch 9 eine oder mehrere Schichtlagen wärmeleitend und/oder elektrisch leitfähig an die den Kern bedeckende Oberflächenschicht angekoppelt sein können. ^
Beim nach Anspruch 10 weitergebildeten Mehrschichtaufbau sind die Seitenwände einer von einer Hauptseite des Mehrschichtaufbaus her bis zum Temperierfluidkanal eingebrachten Anschlussöffnung wenigstens in einem dem Kanal zugewandten Teilbereich durchgehend mit fluidim- permeablem Material belegt, oder die entsprechende, angrenzende Schichtlage besteht aus einem solchen Material oder ist lateral durch ein solches begrenzt. Die Anschlussöffnung ist dafür eingerichtet, einen Anschlussstutzen aufzunehmen und diesen dabei am Öffnungsrandbereich fluiddicht zu halten. Im Betrieb kann dann an den Anschlussstutzen ein entsprechendes, das Temperierfluid zu- bzw. abführendes FIu- idtransportmittel, wie ein Schlauch, Rohr oder dergleichen, angeschlossen werden. Aufgrund der fluidimpermeablen Blockierung bzw. lateralen Begrenzung der eventuell mit dem im Kanal strömenden Temperierfluid in Kontakt kommenden Schichtlagen ist sichergestellt, dass kein Temperierfluid in eine der angrenzenden Schichtlagen eindringt. Indem an der Anschlussöffnung Vorkehrungen getroffen sind, mit deren Hilfe der Anschlussstutzen fluiddicht gehalten werden kann, wird zudem verhindert, dass Temperierfluid an der Anschlussstelle aus dem Mehrschichtaufbau herausleckt.
Eine Weiterbildung nach Anspruch 11 umfasst den Anschlussstutzen, wobei er verschraubt oder eingepresst an einer ein- oder mehrlagigen Abdeckung des Temperierfluidkanals gehalten oder mit einer schweiß- oder lötfähigen Oberflächenschicht des Mehrschichtaufbaus oder einer schweiß- oder lötfähigen Schicht der ein- oder mehrlagigen Kanalabdeckung verschweißt bzw. verlötet ist. Eine solche Anschlussgestaltung ist vergleichsweise einfach realisierbar, bei gleichzeitig hohem Schutz vor Leckagen nach außen und vor einem lateralen Eindringen von Temperierfluid in Schichtlagen des Mehrschichtaufbaus.
Das Verfahren nach Anspruch 12 ermöglicht mit vergleichsweise geringem Fertigungsaufwand die Herstellung eines erfindungsgemäßen _,
Mehrschichtaufbaus mit hermetisch abdichtender Mehrlagen- Kanalabdeckung gemäß den Ansprüchen 1 bis 9. Vorteilhafte Verfahrensvarianten insbesondere hinsichtlich der Erzeugung der Mehrlagen- Kanalabdeckung sind in den Unteransprüchen 12 bis 18 angegeben.
Das Verfahren nach Anspruch 19 ermöglicht in vorteilhafter Weise die Herstellung eines Mehrschichtaufbaus mit spezieller Kanalanschlusskonfiguration gemäß Anspruch 10 bzw. 11. Spezielle Weiterbildungen dieses Herstellungsverfahrens insbesondere hinsichtlich der Art der Anbindung des Anschlussstutzens an den Mehrschichtaufbau sind in den Unteransprüchen 20 bis 22 angegeben.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1A bis 1G schematische Querschnittansichten zur Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Mehrschichtaufbaus mit Temperierfluidkanal in aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen,
Fig. 2A bis 2F schematische Querschnittansichten zur Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Mehrschichtaufbaus mit Temperierfluidkanal in aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen,
Fig. 3A bis 3C schematische Querschnittansichten zur Veranschaulichung einer dritten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Mehrschichtaufbaus mit Temperierfluidkanal in aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen,
Fig. 4A bis 4D schematische Querschnittansichten zur Veranschaulichung einer vierten Ausführungsform eines Verfahrens zur Her- - O -
Stellung eines Mehrschichtaufbaus mit Temperierfluidkanal in aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen,
Fig. 5 eine schematische Querschnittansicht eines Zwischenprodukts entsprechend Fig. 4A für eine Verfahrensvariante,
Fig. 6A bis 6E schematische Querschnittansichten zur Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Mehrschichtaufbaus mit Temperierfluidkanal und Anschlusskonfiguration in aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen,
Fig. 7A bis 7 C schematische Querschnittansichten zur Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Mehrschichtaufbaus mit Temperierfluidkanal und Anschlusskonfiguration in aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen und
Fig. 8A und 8B schematische Querschnittansichten zur Veranschaulichung einer dritten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Mehrschichtaufbaus mit Temperierfluidkanal und Anschlusskonfiguration.
In den Figuren sind exemplarisch einige Beispiele der Erfindung dargestellt, die darüber hinaus weitere Ausführungsformen umfasst, insbesondere solche mit gegenüber den gezeigten Beispielen modifizierter Schichtfolge, anderen Schichtmaterialien und/oder Schichtdicken, wie dem Fachmann klar. Weitere Realisierungen der Erfindung umfassen in den Figuren nicht explizit gezeigte Kombinationen von Merkmalen der gezeigten Beispiele, wie sie sich für den Fachmann ergeben. Die Figuren sind zum besseren Erkennen der Erfindung nicht maßstäblich, viel- - y -
mehr sind z.B. die Dicken einzelner Schichtlagen gegenüber anderen zu diesem Zweck übertrieben dargestellt.
Die Fig. 1A bis 1G zeigen den hier interessierenden Teil eines Mehrschichtaufbaus mit Temperierfluidkanal in ausgewählten Herstellungsstufen, die zum Verständnis des zugehörigen Herstellungsverfahrens von Interesse sind. Im Verfahrensschritt von Fig. 1A wird eine Platte 1 bereitgestellt, in die dann im Verfahrensschritt gemäß Fig. 1 B einseitig ein Temperierfluidkanal 2 bis in eine vorgebbare Tiefe und in einer vorgebbaren, beliebigen Kanalstruktur, wie einer verzweigten oder unverzweigten Struktur von strömungstechnisch seriellen und/oder parallelen Einzelkanälen, eingebracht wird, z.B. durch Tiefenfräsen. Die so strukturierte Platte bildet folglich eine Temperierfluidkanalschicht, deren Temperierfluidkanal 2 zu einer ihrer beiden Hauptseiten hin längs der FIu- idströmungsrichtung offen ist, in Fig. 1B zu ihrer Oberseite 1a hin.
Für die Temperierfluidkanalschicht 1 wird vorzugsweise ein wärmeleitendes Material gewählt, wie Cu, AI oder ein Aluminiumkeramikmaterial, wobei durch entsprechende Materialwahl die Temperierfluidkanalschicht 1 auch elektrisch leitfähig ausgelegt werden kann. In jedem Fall handelt es sich um ein fluidimpermeables Material, das zur Führung eines gewünschten Temperierfluids, wie Wasser, geeignet ist, ohne dass dieses in die Schicht 1 eindringt. Die Verwendung von AI hat Gewichtsvorteile, wobei dann nach dem Tiefenfräsen eine Oberflächenbehandlung in einer sogenannten Zinkatbeize zweckmäßig ist, um die Oberfläche mit einer sehr dünnen Zn-Schicht zu überziehen und darauf elektrolytisch Cu abzuscheiden. Nach einer solchen Verkupferung kann die Temperierfluidkanalschicht 1 dann wie eine solche, die ganz aus Cu besteht, weiterbehandelt werden, wie nachfolgend beschrieben. Anstelle von Cu kann auch eine Ni-Schicht, die einen erhöhten Korrosionsschutz bietet, chemisch auf der dünnen Zn-Schicht abgeschieden werden. Als ander- weitige Korrosionsschutzmaßnahme kann im Bedarfsfall das Tempe- rierfluid ein entsprechendes Korrosionsschutzmittel enthalten.
Im Verfahrensschritt von Fig. 1C wird auf die Oberseite 1a der Tempe- rierfluidkanalschicht 1 ein negatives Photopolymermaterial 3 aufgebracht, d.h. ein lichtempfindliches Polymermaterial, das bei Belichtung von einem löslichen in einen unlöslichen Zustand übergeht. Hierbei kann es sich z.B. um ein übliches Epoxyacrylatmaterial handeln, wie das von der Firma DuPont unter dem Handelsnamen Vacrel® vertriebene Material. Das Aufbringen erfolgt ganzflächig z.B. durch Auflaminieren eines entsprechenden Folienmaterials, so dass die Photopolymerschicht 3 auch den Temperierfluidkanal 2 bedeckt.
Im Verfahrensstadium von Fig. 1D wird ein Photolithographieprozess ausgeführt, bei dem auf die negative Photopolymerschicht 3 eine Belichtungsmaske 4 aufgelegt wird, die einen Bereich 5 freilässt oder jedenfalls in diesem Bereich transparent ist, der in lateraler Richtung den darunter liegenden Kanal 2 umfasst und um ein vorgebbares Maß darüber hinausgeht. Nach Belichtung mit geeigneter Belichtungsstrahlung 6 wird die Belichtungsmaske 4 entfernt und anschließend die negative Photopolymerschicht 3 im nicht belichteten Bereich wegentwickelt.
Durch den Entwicklungsprozess bleibt die negative Photopolymerschicht 3 nur in ihrem von der Belichtungsmaske 4 freigelassenen, belichteten Bereich stehen und bildet dadurch einen Deckelstreifen 3a, der den Kanal 2 bedeckt und sich beidseits des Kanals 2 noch auf der Oberseite 1a der Temperierfluidkanalschicht 1 erstreckt und dadurch abgestützt ist. Fig. 1E zeigt das Produkt in diesem Herstellungsstadium.
Im Verfahrensstadium von Fig. 1F wird auf der Oberfläche des Deckelstreifens 3a haftfest eine dünne Leitschicht 7 z.B. aus einem leitfähigen Polymermaterial oder chemisch abgeschiedenem Kupfer, auch kurz als ^
chemisch Kupfer bezeichnet, aufgebracht, wobei sich das chemisch abgeschiedene Kupfer auch ganzflächig auf der freiliegenden Oberseite 1a der Temperierfluidkanalschicht 1 ablagern kann.
Im Verfahrensstadium von 1G wird dann auf die so vorbereitete Oberfläche galvanisch eine Schicht 8 aus fluidimpermeablem Material, wie Cu, aufgebracht, die somit den Deckelstreifen 3a nach außen, d.h. in Fig. 1G nach oben, und in lateraler Richtung, d.h. in Fig. 1G nach links und rechts, fluidimpermeabel umgibt. Selbst wenn der Deckelstreifen 3a, wie in diesem Beispiel, aus einem nicht fluidimpermeablen Material besteht, sorgt dieser Deckelabschluss 8 somit für einen hermetisch dichten Ab- schluss des Kanals 2 auf seiner offenen Längsseite sowohl nach außen als auch in lateraler Richtung. Der Deckelstreifen 3a sorgt für eine ausreichend stabile und haftfähige Abdeckung des Kanals 2 auch unter thermischer Belastung. Insgesamt bilden somit der Deckelstreifen 3a, die Zwischenlage 7 und der Deckelabschluss 8 eine mit relativ geringem Aufwand herstellbare Mehrlagen-Kanalabdeckung, die den Temperier- fluidkanal 2 längsseits an seiner offenen Seite hermetisch nach außen und in lateraler Richtung abschließt und insbesondere jegliches Ausdiffundieren von Temperierfluid lokal auch in lateraler Richtung auf die relativ geringe Ausdehnung des Deckelstreifens 3a begrenzt. Je nach Druckbelastung durch das im Kanal 2 strömende Temperierfluid kann die Dicke der Schicht 8 an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden, so dass sie gegebenenfalls auch höheren Fluiddrücken standhält.
Alternativ zum einseitigen Einbringen des Temperierfluidkanals 2 gemäß Fig. 1B kann ein durchgehender Temperierfluidkanal in die bereitgestellte Platte eingebracht werden, z.B. indem diese an den betreffenden Stellen komplett durchgefräst wird. Bei einem solchen Verfahrensschritt ist es kostensparend auch möglich, gleichzeitig mehrere gestapelte Platten auf diese Weise zu bearbeiten. Die zu den Fig. 1C bis 1G für die eine, hier obere Seite der Temperierfluidkanalschicht 1 beschriebenen ^ ^
Maßnahmen werden dann im Fall eines durchgehenden Temperierfluid- kanals in gleicher Weise auf die andere, in den Fig. 1A bis 1G untere Hauptseite der Temperierfluidkanalschicht angewandt, um den durchgehenden Kanal entsprechend auch auf dieser Seite mit einer solchen Mehrlagen-Kanalabdeckung zu versehen und damit beidseitig so zu versiegeln, wie dies in den Fig. 1C bis 1G für den einseitigen Fall gezeigt ist. Die Erzeugung der Kanalabdeckung kann in diesem Fall für die beiden Seiten durch parallele Prozessschritte oder alternativ nacheinander erfolgen.
Das gemäß Fig. 1G erhaltene Produkt wird dann je nach Anwendungsfall weiter durch beliebige herkömmliche Prozessschritte verarbeitet, um einen jeweils gewünschten Mehrschichtaufbau zu erhalten, z.B. als Mehrschicht- bzw. Multilayeraufbau einer Leiterplatte. Eine dergestalt gefertigte Leiterplatte und/oder auf ihr montierte Bauteile können dann im Betrieb effektiv mittels Hindurchleiten eines Temperierfluids, wie Wasser, Luft oder dergleichen, durch den Temperierfluidkanal 2 temperiert, insbesondere gekühlt werden.
Die Fig. 2A bis 2F veranschaulichen eine zweite Verfahrensvariante zur Herstellung eines Mehrschichtaufbaus mit Kühlkanal und zugehöriger Mehrlagen-Kanalabdeckung. Hierfür wird zunächst wie im obigen ersten Beispiel die Temperierfluidkanalschicht 1 mit eingebrachtem Temperierfluidkanal 2 in irgendeiner der oben hierzu angesprochenen Realisierungen bereitgestellt. Anschließend wird eine positive Photopolymerschicht 9 aufgebracht, d.h. eine lichtempfindliche Polymerschicht, die bei Belichtung von einem unlöslichen in einen löslichen Zustand übergeht. Hierfür kann wiederum ein beliebiges der zu diesem Zweck herkömmlichen Materialien verwendet werden. Speziell wird die positive Photopolymerschicht 9 auf der Oberseite 1a der Temperierfluidkanalschicht 1 ganzflächig mit Ausnahme des offenen Bereichs des Kanals 2 aufgebracht, der ausgespart bleibt. Das Aufbringen kann ebenfalls in her- - I O -
kömmlicher Weise erfolgen, z.B. durch Siebdruck oder Rollenbeschich- tung.
Im Verfahrensstadium von Fig. 2B wird nach Trocknung der positiven Photopolymerschicht 9 auf dieser eine Deckschicht 10 aus fluidimper- meablem Material, z.B. Cu, aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch Auflaminieren eines Cu-Folienmaterials erfolgen, das zu diesem Zweck vorzugsweise auf seiner der positiven Photopolymerschicht 9 zugewandten Seite in an sich bekannter Weise haftverbessemd behandelt ist, in den Figuren durch eine Riffelung symbolisiert. Die Deckschicht 10 ist ganzflächig aufgebracht und überspannt den Kanal 2.
Im Verfahrensstadium von Fig. 2C wird ganzflächig auf die Deckschicht 10 eine Ätzresistschicht 11 aufgebracht, die unter Verwendung einer Maskenstruktur 12 photolithographisch strukturiert wird, welche einen Bereich 13 freilässt, der sich lateral im Bereich des Kanals 2 und beidseits etwas über diesen hinaus erstreckt. Nach Belichtung mit einer geeigneten Belichtungsstrahlung 14 wird die Photomaske 12 entfernt, und nach Entwicklung verbleibt die Ätzresistschicht 11 nur in ihrem belichteten Bereich 13. Damit dient sie als Ätzmaske für einen anschließenden Ätzprozess, mit dem die Deckschicht 10 im freiliegenden Bereich weggeätzt wird.
Fig. 2D zeigt das Produkt in diesem Herstellungsstadium nach Entfernen der Ätzmaske. Von der Deckschicht 10 verbleibt ein den Kanal 2 abdeckender Deckelstreifen 10a. Nun wird die positive Photopolymerschicht 9 im freiliegenden Bereich mit geeigneter Belichtungsstrahlung 15 belichtet und gegebenenfalls durch einen Temperierschritt nachbehandelt, so dass sie nach Entwicklung nur noch im Bereich unterhalb des Deckelstreifens 10a als beidseitiger Randstreifen 9a verbleibt. Fig. 2E zeigt das Produkt in diesem Herstellungsstadium. Es folgt ein Verfahrensschritt zum thermischen Härten des Kanalrandstreifens 9a z.B. bei einer Temperatur von ca. 1500C während einer Dauer von ca. 1 h. Anschließend wird leitfähiges Polymermaterial oder chemisch Kupfer abgeschieden, das sich wie im ersten Beispiel gemäß Fig. 1 F als Schichtlage 7 mindestens an den freiliegenden Seitenwänden des Kanalrandstreifens 9a anlagert.
Anschließend kann, wie in Fig. 2F dargestellt, analog zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 G die Deckelabschlussschicht 8 aus fluidimper- meablem Material, z.B. aus Cu, galvanisch abgeschieden werden. Damit ist auch in diesem Beispiel der Kanal 2 entlang seiner offenen Längsseite sowohl nach außen als auch in lateraler Richtung lokal begrenzt hermetisch fluiddicht durch eine Mehrlagen-Kanalabdeckung verschlossen, die hier die Kanalrandstreifenunterlage 9a aus positivem Photopolymermaterial, den Deckelstreifen 10a z.B. aus Cu und den Deckelab- schluss 7, 8 z.B. aus chemisch und galvanisch Cu umfasst. Im Unterschied zum obigen, ersten Ausführungsbeispiei ist der Kanal 2 bei diesem Ausführungsbeispiel nach außen, d.h. in Fig. 2F nach oben, von dem vorzugsweise aus wärmeleitendem Material bestehenden Deckelstreifen 10a bedeckt, was in bestimmten Anwendungsfällen zu einem erhöhten Wärmetransport und zu geringeren mechanischen Spannungen bei thermischer Belastung der Mehrlagen-Kanalabdeckung führen kann. Im übrigen ergeben sich für dieses Beispiel die gleichen Vorteile, Eigenschaften und Variationsmöglichkeiten, wie sie zum ersten Beispiel oben erläutert wurden, worauf verwiesen werden kann.
Die Fig. 3A bis 3C veranschaulichen eine dritte Verfahrensvariante zur Herstellung eines Mehrschichtaufbaus mit Temperierfluidkanal und Mehrlagen-Kanalabdeckung zum hermetischen, fluiddichten Abschließen des Kanals. Dafür wird zunächst wiederum die Temperierfluidkanal- schicht 1 mit dem einseitig eingebrachten Kanal 2 in einer der zum ers- - lo ¬
ten Beispiel oben beschriebenen Realisierungen bereitgestellt. Anschließend werden eine elektrische Isolationsschicht 16 aus einem dielektrischen Material, wie einem Prepregmaterial, und darauf eine Schicht 17 aus einem Material, das vorzugsweise elektrisch leitend ist, wie ein Cu-Folienmaterial, ganzflächig auf die Oberseite der Tempe- rierfluidkanalschicht 1 unter Bedeckung des Kanals 2 aufgebracht, z.B. durch Auflaminieren. Alternativ können die isolierende Schicht 16 und die elektrisch leitende Schicht 17 in einem einzigen Schritt als ein harzbeschichtetes Cu-Folienmaterial aufgebracht werden. Fig. 3A zeigt das so auf die eine oder andere Weise erhaltene Zwischenprodukt.
Im Verfahrensschritt von Fig. 3B wird eine Strukturierung durchgeführt, mit der beidseits des Kanals 2 und mit etwas lateralem Abstand zu diesem je ein Trennspalt 18 in die beiden aufgebrachten Schichten 16, 17 eingebracht wird. Dies kann z.B. durch einen Kombi-Laser erfolgen, der die obere Schicht 17 mit UV-Strahlung und anschließend die Isolationssicht 16 mit IR-Strahlung entfernt und dabei automatisch an der Oberfläche einer darunterliegenden Metallschicht stoppt, wie der Temperierflu- idkanalschicht 1. Alternativ kann der Trennspalt 18 zunächst durch Ätzen in die obere Schicht 17 eingebracht werden, um anschließend die Isolationsschicht 16 in diesem Bereich mittels Laserstrahl zu entfernen. Eine weitere Alternative zur Erzeugung des Trennspalts 18 besteht darin, zunächst einen Oberflächenätzschritt und anschließend einen Plasmabehandlungsschritt in einer Plasmakammer auszuführen.
Im Verfahrensstadium von Fig. 3C wird zunächst eine Beschichtung mit leitfähigem Polymermaterial oder chemisch Kupfer vorgenommen, das sich mindestens an den freiliegenden Seitenwänden der Isolationsschicht 16 anlagert. Anschließend wird eine elektrisch leitfähige, fluidim- permeable Schicht 19 aufgebracht. Diese Schicht 19 füllt auch mindestens teilweise die Trennspalte 18 und realisiert somit wiederum einen Deckelabschluss, der den Kanal 2 nach außen und in lateraler Richtung hermetisch abschließt, d.h. der in die Trennspalte 18 eingebrachte Teil der Schicht 19 wirkt als laterale Diffusionssperre für das Temperierfluid. Die Schicht 19 kann insbesondere aus dem gleichen Material wie die Schicht 17 gebildet sein, um dann mit dieser zusammen eine elektrische Leitschicht z.B. für einen entsprechenden Leiterplattenaufbau bereitzustellen, die in gewünschter Weise zur Erzeugung einer Leitbahnstruktur lateral außerhalb des kanalabdeckenden Bereichs strukturiert werden kann, wie in Fig. 3C angedeutet.
Die Fig. 4A bis 4D veranschaulichen eine vierte Verfahrensvariante zur Herstellung eines Mehrschichtaufbaus mit Temperierfluidkanal und Mehrlagen-Kanalabdeckung. Speziell wird hierbei von einer Realisierung der Temperierfluidkanalschicht 1 mit einem Kern aus einem thermisch und elektrisch isolierenden Material ausgegangen. Im Fall von Leiterplattenanwendungen kann der Kern beispielsweise aus einem üblichen Lei- terplattenbasismaterial bestehen, wie einem Epoxydharz-/Glasgewebe- material. Beispielsweise kann es sich um das unter der Bezeichnung FR-4 gebräuchliche Leiterplattenbasismaterial handeln.
Wie in Fig. 4A gezeigt, wird sowohl auf die Oberseite als auch auf die Unterseite des Kerns der Temperierfluidkanalschicht 1 mit dem einseitig eingebrachten Temperierfluidkanal 2 eine Leitschicht 20a, 20b, d.h. eine thermisch und elektrisch leitende Schicht, aufgebracht, z.B. durch Abscheiden von chemisch Cu und anschließendes galvanisches Abscheiden von Cu.
Anschließend werden die beiden Leitschichten 20a, 20b in einer gewünschten Weise strukturiert, wozu je eine Ätzmaskenschicht 21a, 21b und eine Photoresiststruktur 22a, 22b aufgebracht werden. Nach Belichten der Ätzmaskenschichten 21a, 21b mit geeigneter Belichtungsstrahlung 23 unter Verwendung der Photoresiststrukturen 22a, 22b als Belichtungsmasken sowie Entfernen der Photoresiststrukturen 22a, 22b ^
und Entwickeln der Ätzresistschichten 21a, 21b bilden letztere eine Ätz- resiststruktur, durch die hindurch die Leitschichten 20a, 20b in die gewünschte Struktur geätzt werden.
Fig. 4C zeigt das Produkt mit auf diese Weise strukturierten Leitschichten 20c, 2Od. Die kanalseitige Leitschichtstruktur 20c fungiert im Kanalbereich als thermisch und elektrisch leitende Auskleidung des Kanals 2. Das Zwischenprodukt gemäß 4C dient dann als Ausgangspunkt für weitere Prozessschritte zwecks hermetisch fluiddichtem Abschließen des Kanals 2 gemäß irgendeinem der obigen Verfahrensbeispiele, d.h. analog dem Zwischenprodukt von Fig. 1B.
Fig. 4D zeigt speziell ein gemäß dem Beispiel der Fig. 2A bis 2F weiterbearbeitetes Produkt, d.h. der Kanal 2 ist durch die Mehrlagen- Kanalabdeckung aus seitlichem Kanalrandstreifen 9a, wärmeleitendem Deckelstreifen 10a und fluidimpermeabler Deckelabschlussschicht 7, 8 abgeschlossen, die in diesem Fall auf den Kanalabdeckbereich lateral begrenzt wird, um die lateral außerhalb davon gebildeten Leitbahnstrukturen 20c, 2Od nicht zu stören. Als weiterer Prozessschritt ist ein Ver- pressen in einen Leiterplatten-Multilayeraufbau mit beidseits je einer weiteren Isolationsschicht 24a, 24b und einer äußeren Leitschicht 25a, 25b vorgesehen, so dass der Aufbau in diesem Fall vier Leitschichtlagen umfasst.
Beidseits neben dem Kanal 2 wird zudem je ein sich zwischen den beiden äußeren Leitschichten 25a, 25b erstreckender, vorzugsweise metallischer Durchkontakt 26a, 26b eingebracht, der eine thermisch und elektrisch leitfähige Verbindung schafft. Dabei erstreckt sich der jeweilige Durchkontakt 26a, 26b durch den seitlichen Kanalrandstreifen 9a hindurch und hat mit dem darunter liegenden Teil der Leitbahnstruktur 20c Kontakt, der die Kanalauskleidung bildet. Dadurch besteht über die Durchkontakte 26a, 26b auch eine direkte Festkörperwärmeleitungsver- - I o -
bindung aller an die Durchkontakte 26a, 26b angekoppelten wärmeleitenden Schichtlagen, hier insbesondere der beiden äußeren Leitschichten 25a, 25b, zum Temperierfluidkanal 2. Ein z.B. auf der oberen Leitschicht 25a von Fig. 4D durch eine übliche Oberflächenmontagetechnik aufgebrachtes elektrisches Bauteil 27 hat folglich eine direkte Festkör- perwärmeleitungsverbindung zum Temperierfluidkanal 2. Gleichzeitig ist diese Verbindung elektrisch leitend, was bei Bedarf dazu genutzt werden kann, die darüber verbundenen Komponenten auf einem gemeinsamen Potential zu halten. Beispielsweise kann das montierte Bauteil 27 auf diese Weise an ein Massepotential des Multilayeraufbaus angeschlossen werden.
Fig. 5 veranschaulicht eine modifizierte Ausführungsform, bei der für die Temperierfluidkanalschicht 1 von Fig. 4A ein bereits vorgefertigter Lei- terplatten-Multilayeraufbau 1' verwendet wird. Der Multilayeraufbau um- fasst im gezeigten Fall vier Leitschichtebenen 28a bis 28d, von denen beispielhaft die beiden oberen Schichten 28a, 28b an den einseitig eingebrachten Kanal 2 thermisch angebunden sind, während die beiden anderen Leitschichtebenen 28c, 28d von diesem isoliert gehalten sind, d.h. mit ihren wärmeleitenden Strukturen nicht bis zum Kanal 2 geführt sind. Mit der so vorgefertigten Temperierfluidkanalschicht 1' kann dann z.B. wie oben zu den Fig. 4A und 4D beschrieben weiter verfahren werden.
Wenngleich zu den oben erläuterten Ausführungsbeispielen nur die eine Temperierfluidkanalschicht 1 mit Temperierfluidkanal 2 erwähnt ist, versteht es sich, dass ein erfindungsgemäßer Mehrschichtaufbau je nach Bedarf eine oder mehrere weitere Temperierfluidkanalschichten in einen oder mehreren anderen Schichtebenen umfassen kann, die jeweils einen Temperierfluidkanal aufweisen, welcher mit der erfindungsgemäßen Mehrlagen-Kanalabdeckung versehen sein kann. Hierbei kann es sich beispielsweise um verschiedene Kühlebenen eines Leiterplatten- - iy -
Mehrschichtaufbaus handeln, bei denen es sich z.B. um elektrisch leitende Schichtebenen handeln kann, denen gleiche oder unterschiedliche elektrische Potentiale zugeordnet sind.
Die Fig. 6A bis 6E veranschaulichen eine erste Verfahrensvariante für die Schaffung eines Fluidanschlusses an einen Temperierfluidkanal 29 innerhalb eines Mehrlagenaufbaus, bei dem der Kanal 29 in erfindungsgemäßer Weise hermetisch abgeschlossen ist, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss. In diesem Beispiel ist der Kanal 29 einseitig in eine Temperierfluidkanalschicht 30 eingebracht und mit einer erfindungsgemäßen Mehrlagen-Kanalabdeckung 31 z.B. nach Art von Fig. 1G verschlossen. Über dieser befindet sich eine beliebige weitere Schichtfolge 32. Ebenso kann sich eine beliebige weitere, nicht gezeigte Schichtfolge an der Unterseite der Temperierfluidkanalschicht 30 befinden. Insbesondere kann es sich wiederum um einen Leiterplatten- Multilayeraufbau handeln.
In den Mehrlagenaufbau gemäß Fig. 6A wird dann zunächst von oben im Bereich über dem Kanal 2 eine Öffnung 34 bis zur Kanalabdeckung, z.B. bis zu einer aus Cu bestehenden Kanalabdeckschicht 35, eingebracht, beispielsweise durch übliches Tiefenfräsen. Fig. 6B zeigt das Produkt in diesem Verfahrensstadium.
Im Verfahrensstadium von Fig. 6C wird eine die Öffnung 34 auskleidende Schicht 36 aus fluidimpermeablen Material aufgebracht, z.B. durch Plattieren bzw. galvanisches Aufbringen von Cu. Anschließend wird in die Kanalabdeckung 31 eine Öffnung 37 mit vorzugsweise etwas geringerem Durchmesser als der Durchmesser der Öffnung 34 eingebracht und dadurch der Kanal 2 an dieser Stelle geöffnet Fig. 6D zeigt das Produkt in diesem Verfahrensstadium. Im Verfahrensschritt von Fig. 6E wird in die gebildete Kanalöffnung ein Anschlussstutzen 38 eingesetzt, der mit einem Ringflansch 39 versehen ist, dessen Unterseite fluiddicht mit dem darunter liegenden Bereich der Schicht 36 verbunden wird. Dies kann insbesondere durch einen Schweiß- oder Lötprozess geschehen, wozu die Materialien der fluidim- permeablen Schicht 36 und des Stutzenringflanschs 39 geeignet gewählt sind. Wenn die Schicht 36 auf diese Weise aus elektrisch leitfähigem Material besteht, kann bei Bedarf in diese ein elektrischer Trennspaltring 40 um die Anschlussstelle herum eingebracht werden. Der Anschlussstutzen 38 besitzt in seinem kanalseitigen Stirnendbereich eine oder mehrere geeignete seitliche Öffnungen 41 , die in ihrem Durchflussquerschnitt an denjenigen des Kanals 2 und des Anschlussstutzens 38 angepasst sind. Zur mechanischen Stabilität kann es vorteilhaft sein, wenn der Anschlussstutzen 38 mit seinem kanalseitigen Stimende 42 gegen den Kanalboden anliegt. Am äußeren Stirnendbereich 43 ist der Anschlussstutzen 38 in üblicher Weise zur Aufnahme eines Schlauchs, Rohrs oder dergleichen gestaltet.
Durch die fluidimpermeable Auskleidung 36 der Öffnung 34 wird zuverlässig verhindert, dass Temperierfluid, welches eventuell aus dem Kanal 2 über einen Spalt zwischen Anschlussstutzen 38 und Kanalabdeckung 35 austritt, lateral in die angrenzende Schichtfolge 32 eindringen kann. Nach außen wird es von der fluiddichten Verbindung des Stutzenringflanschs 39 mit der oberen Schicht 36 zurückgehalten.
Die Fig. 7A bis 7C veranschaulichen eine zweite Verfahrensvariante zur Kanalanschlussgestaltung. Dabei wird in Fig. 7A der Einfachheit halber von einem Mehrschichtaufbau ausgegangen, der demjenigen von Fig. 6A entspricht, soweit für die Anschlussgestaltung relevant. In diesem Beispiel wird, wie in Fig. 7A dargestellt, zunächst eine Öffnung 34a in den oberen Schichtaufbauteil 32 mit gegenüber dem Kanal 2 vorzugsweise etwas größerem Durchmesser bis zur Kanalabdeckung 31 einge- ^ _
bracht, z.B. durch Tiefenfräsen. Anschließend wird, z.B. ebenfalls mittels Tiefenfräsen, die Kanalabdeckung 31 unter Bildung einer Öffnung 37a durchbrochen, die einen gegenüber der Öffnung 24a kleineren und gegenüber dem Kanaldurchmesser vorzugsweise geringfügig kleineren Durchmesser aufweist, wie in Fig. 7B gezeigt.
Anschließend wird in die geschaffene Öffnung ein Anschlussstutzen 38a eingebracht, der weitgehend demjenigen von Fig. 6E entspricht, jedoch einen Ringflansch 39a dergestalt aufweist, dass er mit dessen Unterseite an die Oberseite des verbliebenen, freigelegten Randbereichs der Kanalabdeckung 31 und insbesondere an deren obere Deckschicht 35 angrenzt. Mit letzterer wird der Anschlussstutzen 38a über die Unterseite seines Ringflanschs 39a fluiddicht verbunden, was wiederum beispielsweise mittels Dichtlöten erfolgen kann, wozu die Materialien für die obere Kanaldeckschicht 35 und den Anschlussstutzenflansch 39a geeignet gewählt sind. Das erforderliche Lotmaterial kann z.B. mittels eines üblichen Lotdispensers an Ort und Stelle gebracht werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel bleibt das Temperierfluid auf den Bereich unterhalb der Kanalabdeckung 35 begrenzt, so dass es nicht unbedingt erforderlich ist, die beim Einbringen der Öffnung 34a freigelegten Seitenwände des darüber liegenden Schichtaufbauteils 32 mit einem fluidimpermeablen Material zu versehen.
Die Fig. 8A und 8B veranschaulichen eine dritte Verfahrensvariante zur Anschlussgestaltung eines innenliegenden Temperierfluidkanals eines Mehrschichtaufbaus. Dabei wird in Fig. 8A der Einfachheit halber wiederum von einem Mehrschichtaufbau nach Art von Fig. 6A ausgegangen. In diesem Beispiel wird eine einteilige Öffnung 34b von außen bis zum Kanal 2 eingebracht, wobei die Öffnung 34b vorzugsweise einen etwas geringeren Durchmesser als der Kanal 2 hat. ^ _
Dann wird, wie in Fig. 8B veranschaulicht, ein Anschlussstutzen 38b durch einen mechanischen Prozess eingefügt und dabei an dem verbliebenen Randbereich der Kanalabdeckung 31 fluiddicht fixiert, speziell beispielsweise an einer Cu-Deckelschicht derselben. Bei der so hergestellten, mechanischen Verbindung 44 kann es sich z.B. um eine fluid- dichte Presspassung oder Schraubverbindung handeln. Im übrigen entspricht der Anschlussstutzen 38b in Form und/oder Funktion den in den beiden oben erläuterten Beispielen erwähnten Anschlussstutzen 38, 38a. Wie im unmittelbar vorhergehenden Beispiel ist es auch in diesem Beispiel nicht erforderlich, die durch die Öffnung 34b freigelegten Seitenwände des oberen Schichtaufbauteils 32 mit einem fluidimper- meablen Material zu versehen, da das Temperierfluid schon auf Höhe der Kanalabdeckung 31 von der fluiddichten mechanischen Verbindung 44 zurückgehalten wird.
Während in den vorstehend erläuterten Beispielen die Anschlussöffnung typischerweise einen etwas kleineren Durchmesser hat als der Kanal, sind auch alternative Realisierungen möglich, bei denen der Durchmesser der Anschlussöffnung mindestens so groß gewählt wird wie der Kanaldurchmesser. In diesen Ausführungsformen der Erfindung ist es dann bevorzugt, die fluiddichte Verbindung des Anschlussstutzens im oberen Seitenwandbereich des Kanals an der Temperierfluidkanalschicht vorzusehen, z.B. durch Verschweißen bzw. Verlöten oder Verschrauben etc. des Stutzens mit dem angrenzenden Bereich der Temperierfluidkanalschicht.
Bei den oben erläuterten Anschlussgestaltungen erfolgt der Kanalan- schluss über die abgedeckte Kanalseite, d.h. der Anschlussstutzen ist durch die Kanalabdeckung hindurchgeführt, welche den Kanal an seiner offenen Längsseite abdeckt. Dazu sind auch alternative Anschlussgestaltungen möglich. So kann der Kanalanschluss von einer Stirnseite der Temperierfluidkanalschicht her erfolgen. In einer weiteren Alternative für _ ^
den Fall des einseitig offenen Kanals erfolgt der Kanalanschluss von der anderen Hauptseite der Temperierfluidkanalschicht her, d.h. von deren in den Fig. 6A bis 8B unteren Seite, die der Kanalabdeckseite entgegengesetzt ist. In diesem Fall braucht die Anschlussöffnung nur in die Temperierfluidkanalschicht bis zum Kanalboden eingebracht werden. Der einzusetzende Anschlussstutzen kann mit dem entsprechenden Öffnungsrandbereich der Temperierfluidkanalschicht fluiddicht verbunden werden, wozu die zu den obigen Beispielen genannten Verbindungstechniken auch hier verwendbar sind. Da in diesem Fall keine Anschlussöffnung durch die Kanalabdeckung hindurch erzeugt werden muss, entfallen Abdichtmaßnahmen für diesen Bereich.
Es versteht sich, dass für den Temperierfluidkanal 2 typischerweise wenigstens zwei Anschlussstellen vorgesehen sind, über die das Tempe- rierfluid zugeführt und wieder abgeführt wird, wobei wenigstens einer hiervon in der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Weise realisiert sein kann. Zusätzlich oder alternativ zu der erfindungsgemäßen Anschlussgestaltung ist der Kanal beim erfindungsgemäßen Mehrschicht- aufbau auf wenigstens einer offenen Längsseite durch eine erfindungsgemäße Mehrlagen-Kanalabdeckung hermetisch abgeschlossen. Ein wichtiges Anwendungsgebiet sind mehrlagige Leiterplatten, bei denen der Temperierfluidkanal meist als Kühlkanal fungiert, durch den ein Kühlfluid zur Leiterplatten- und/oder Bauelementkühlung hindurchgeführt wird. Die Erfindung ist jedoch ersichtlich nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern eignet sich in gleicher Weise für andere Mehrschichtaufbauten, die einen innenliegenden Kühl- oder Heizkanal erfordern.

Claims

^Patentansprüche
1. Mehrschichtaufbau, insbesondere Leitplatten-Mehrschichtaufbau, mit
- einem Temperierfluidkanal (2), der einseitig oder durchgehend in eine Temperierfluidkanalschicht (1) eingebracht ist, und
- einer Mehrlagen-Kanalabdeckung (3a, 7, 8), die den Temperierfluidkanal (2) auf mindestens einer zu einer Hauptseite (1a) der Temperierfluidkanalschicht offenen Kanalseite nach außen und in lateraler Richtung fluidimpermeabel abschließt und einen die offene Kanalseite abdeckenden Deckelstreifen (3a) beinhaltet.
2. Mehrschichtaufbau nach Anspruch 1 , weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrlagen-Kanalabdeckung einen den Deckelstreifen lateral und nach außen umgebenden Deckelabschluss (7, 8) aus einem fluidimpermeablen Material beinhaltet.
3. Mehrschichtaufbau nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrlagen-Kanalabdeckung einen Kanalrandstreifen (9a) auf der Temperierfluidkanalschicht, einen die offene Kanalseite abdeckenden Deckelstreifen (1 Oa) auf dem Kanalrandstreifen und einen den Kanalrandstreifen und den Deckelstreifen lateral und nach außen fluidimpermeabel umgebenden Deckelabschluss (7, 8) aufweist.
4. Mehrschichtaufbau nach Anspruch 2 oder 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtaufbau ein Leiterplatten- Mehrschichtaufbau ist und der Deckelabschluss aus einem elektrisch leitfähigen Material ganzflächig auf der Temperierfluidkanalschicht gebildet ist und außerhalb der Mehrlagen-Kanalabdeckung eine Leiterebene des Leiterplatten-Mehrschichtaufbaus bildet.
. Mehrschichtaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierfluidkanalschicht wenigstens in ihrem an den Temperierfluidkanal angrenzenden Oberflächenbereich ein wärmeleitendes Material beinhaltet und eine thermisch leitfähige Verbindung von diesem Oberflächenbereich der Temperierfluidkanalschicht über die Mehrlagen- Kanalabdeckung oder durch diese hindurch vorgesehen ist.
6. Mehrschichtaufbau nach Anspruch 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitende Material des an den Temperierfluidkanal angrenzenden Oberflächenbereichs der Temperierfluidkanalschicht elektrisch leitfähig ist und von diesem eine thermisch und elektrisch leitfähige Verbindung über einen Durchkontakt (26a, 26b) durch die Mehrlagen-Kanalabdeckung hindurch besteht.
7. Mehrlagenschichtaufbau nach Anspruch 5 oder 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierfluidkanalschicht durchgehend aus einem thermisch und/oder elektrisch leitfähigen Material besteht oder eine thermisch und/oder elektrisch leitfähige Oberflächenschicht auf einem thermisch und/oder elektrisch isolierenden Schichtkern beinhaltet.
8. Mehrschichtaufbau nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtkern durchgehend aus einem elektrisch isolierenden Material oder aus einem Zwischenprodukt-Mehrschichtaufbau besteht.
9. Mehrschichtaufbau nach Anspruch 8, weiter dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schichtlage des Zwischenprodukt- Mehrschichtaufbaus thermisch und/oder elektrisch leitfähig an die Oberflächenschicht angekoppelt ist. - Zb -
10. Mehrschichtaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter dadurch gekennzeichnet, dass
- eine von einer Hauptseite des Mehrschichtaufbaus her bis zum Temperierfluidkanal eingebrachte Anschlussöffnung (34, 37) vorgesehen ist, die dafür eingerichtet ist, einen Anschlussstutzen (38) aufzunehmen und diesen am Öffnungsrandbereich fluiddicht zu halten, und
- die eine oder mehreren, an die Anschlussöffnung (34, 37) angrenzenden Schichtlagen wenigstens in einem dem Temperierfluidkanal (2) zugewandten Teilbereich bis zur fluiddichten Verbindungsstelle für den Anschlussstutzen aus einem fluidimpermeablen Material bestehen oder mit einem solchen Material belegt oder lateral von einem solchen Material (35) begrenzt sind.
11. Mehrschichtaufbau nach Anspruch 10, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen verschraubt oder eingepresst an einer Abdeckung des Temperierfluidkanals gehalten oder mit einer schweiß- oder lötfähigen Oberflächenschicht des Mehrschichtaufbaus oder einer schweiß- oder lötfähigen Schicht (35) einer ein- oder mehrlagigen Abdeckung (31) des Temperierfluidkanals verschweißt oder verlötet ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtaufbaus nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , bei dem
- in eine Temperierfluidkanalschicht (1) einseitig oder durchgehend ein Temperierfluidkanal (2) eingebracht wird und
- eine Mehrlagen-Kanalabdeckung (3a, 7, 8) gebildet wird, die den Temperierfluidkanal (2) auf einer an einer Hauptseite der Temperierfluidkanalschicht offenen Kanalseite nach außen und in lateraler Richtung fluidimpermeabel abschließt, wozu ein die offene Kanalseite abdeckender Deckelstreifen (3a) auf die Temperierfluid- _ ^ _
kanalschicht aufgebracht und eine den Deckelstreifen nach außen und in lateraler Richtung umgebende Deckelabschlusslage (3a, 8) aus einem fluidimpermeablen Material gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, weiter dadurch gekennzeichnet, dass
- die Bildung des Deckelstreifens (3a) das ganzflächige Aufbringen einer negativen Photopolymerschicht (3) und eine Strukturierung derselben umfasst und
- die Bildung des Deckelabschlusses das Aufbringen eines leitfähigen Polymermaterials oder eines chemisch abgeschiedenen Metallmaterials wenigstens an der Oberfläche des Deckelstreifens und das anschließende Aufbringen einer metallischen Schicht (8) umfasst.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Mehrlagen-Kanalabdeckung folgende Schritte umfasst:
- Bilden eines Kanalrandstreifens (9a) auf der Temperierfluidkanal- schicht in einem Bereich beidseits des Temperierfluidkanals,
- Bilden eines die offene Kanalseite abdeckenden Deckelstreifens (10a) aus einem thermisch und/oder elektrisch leitfähigen Material auf dem Kanalrandstreifen und
- Bilden einer den Deckelstreifen (10a) und den Kanalrandstreifen (9a) nach außen und in lateraler Richtung umgebenden Deckelabschlusslage (3a, 8) aus einem fluidimpermeablen Material.
15. Verfahren nach Anspruch 14, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung des Kanalrandstreifens (9a) und des Deckelstreifens (10a) folgende Schritte umfasst: - Zo -
- Aufbringen einer positiven Photopolymerschicht (9) ganzflächig auf die Temperierfluidkanalschicht außerhalb des Temperierfluid- kanals,
- ganzflächiges Aufbringen einer metallischen Schicht (10) auf der positiven Photopolymerschicht und über dem Temperierfluidkanal,
- Strukturieren der metallischen Schicht durch Erzeugen einer Ätzmaske nur im Bereich des zu bildenden Deckelstreifens und Ätzen der metallischen Schicht im Bereich außerhalb der Ätzmaske und Entfernen der Ätzmaske und
- Strukturieren der positiven Photopolymerschicht mittels Belichtung derselben unter Verwendung des Deckelstreifens als Belichtungsmaske und Wegentwickeln der positiven Photopolymerschicht im belichteten Bereich.
16. Verfahren nach Anspruch 12, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Mehrlagen-Kanalabdeckung folgende Schritte umfasst:
- ganzflächiges Aufbringen einer den Temperierfluidkanal (2) überdeckenden, elektrisch isolierenden Schicht (16) auf die Temperierfluidkanalschicht,
- ganzflächiges Aufbringen einer metallischen Schicht (17) auf der elektrisch isolierenden Schicht,
- Einbringen eines Trennspaltes (18) in die metallische Schicht und die elektrisch isolierende Schicht beidseits des Temperierfluidka- nals und mit vorgebbarem lateralem Abstand von diesem und
- Aufbringen einer Deckelabschlussschicht (19) aus einem fluid- impermeablen Material, welche den Trennspalt (18) wenigstens teilweise füllt und die dort freiliegende Seitenwand der elektrisch isolierenden Schicht umgibt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, weiter dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung der Temperierfluidkanal- - ^y -
schicht ein wenigstens an seiner Oberfläche ein elektrisch isolierendes Material beinhaltender Kern mit einer thermisch und elektrisch leitfähigen Schicht (20a) versehen wird, die im Bereich des Temperierfluidkanals eine Auskleidung desselben bildet.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, weiter dadurch gekennzeichnet, dass mit vorgebbarem lateralem Abstand zum Temperierfluidkanal ein thermisch und elektrisch leitfähiger Durchkontakt (26a, 26b) gebildet wird, der eine Festkörperwärme- leitungsverbindung vom Temperierfluidkanal zu einem oder mehreren Schichten des Mehrschichtaufbaus bereitstellt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, weiter dadurch gekennzeichnet, dass
- von einer Hauptseite des Mehrschichtaufbaus her bis zum Temperierfluidkanal eine Anschlussöffnung (34, 37) eingebracht wird, die dafür eingerichtet wird, einen Anschlussstutzen (38) aufzunehmen und diesen am Öffnungsrandbereich fluiddicht zu halten, und
- die eine oder mehreren an die Anschlussöffnung (34, 37) angrenzenden Schichtlagen wenigstens in einem dem Temperierfluidkanal zugewandten Teilbereich bis zur fluiddichten Verbindungsstelle für den Anschlussstutzen aus einem fluidimpermeablen Material gebildet oder mit einem solchen Material belegt oder lateral von einem solchen Material begrenzt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, weiter dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen der Anschlussöffnung zuerst eine erste Öffnung (34) bis zu einer Kanalabdeckschicht (35) eingebracht, danach eine die Öffnung auskleidende Schicht (36) aus einem fluidimpermeablen Material aufgebracht und anschließend eine zweite Öffnung (37) durch die Schicht aus fluidimpermeablem Material und die Kanalabdeckschicht bis zum Temperierfluidkanal einge- bracht wird, wobei die Schicht (36) aus dem fluidimpermeablen Material so gewählt ist, dass der einzusetzende Anschlussstutzen mit ihr fluiddicht verbindbar ist.
21. Verfahren nach Anspruch 19, weiter dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen der Anschlussöffnung zunächst eine erste Anschlussöffnung (34a) mit gegenüber dem Temperierfluidkanal größerer Öffnungsweite bis zu einer Kanalabdeckschicht (31) eingebracht wird und anschließend eine zweite Öffnung (37a) mit gegenüber dem Temperierfluidkanal geringerer lateraler Abmessung durch die Kanalabdeckschicht (31) hindurch bis zum Temperierfluidkanal eingebracht wird, wobei die Kanalabdeckschicht (31) dafür eingerichtet ist, in ihrem durch die erste Öffnung (34a) freigelegten Bereich eine fluiddichte Verbindung mit dem einzusetzenden Anschlussstutzen (38a) bereitzustellen.
22. Verfahren nach Anspruch 19, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussöffnung (34b) mit gegenüber dem Temperierfluidkanal geringerer lateraler Abmessung eingebracht wird, wobei wenigstens ein Teilbereich des Randes der eingebrachten Öffnung (34b) dafür eingerichtet ist, eine fluiddichte Verbindung mit dem einzusetzenden Anschlussstutzen (38b) bereitzustellen.
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