WO2010012540A9 - Verfahren zum heissprägen mindestens einer leiterbahn auf ein substrat, substrat mit mindestens einer leiterbahn sowie prägestempel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heißprägen mindestens einer Leiterbahn (17) auf ein Substrat (1), wobei eine mindestens eine elektrisch leitende Schicht (4) aufweisende Folie (3) mittels eines eine strukturierte Prägefläche (8) aufweisenden Prägestempels (7) gegen das Substrat (1) in eine Stempelrichtung (16) gepresst wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Folie (3) derart geprägt wird, dass die Leiterbahn (17) eine dreidimensionale Ausformung erhält. Ferner betrifft die Erfindung ein Substrat (1) sowie einen Prägestempel (7).

Description

Beschreibung Titel

Verfahren zum Heißprägen mindestens einer Leiterbahn auf ein Substrat, Substrat mit mindestens einer Leiterbahn sowie Prägestempel

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heißprägen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Substrat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15 sowie einen Prägestempel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 21.

Das Heißprägen von Leiterbahnen auf, insbesondere aus einem Polymermaterial ausgebildete, Substrate stellt eine umweltfreundliche Möglichkeit zur Herstellung von Leiterbahnen dar. Bei bekannten Heißprägeverfahren wird zunächst das Substrat mit der gewünschten Mikrostruktur, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens, hergestellt. Daraufhin wird das Substrat zusammen mit einer auf dieses aufgelegten Metallfolie in eine Presse gelegt, woraufhin die ebenen (zweidimensionalen) Leiterbahnen unter Anwendung von Druck und Temperatur mittels eines strukturierten Prägestempels als vertiefte Strukturen geprägt werden. Die Restfolie auf einer erhabenen Strukturebene des Substrates wird nach dem Prägeprozess von dem Substrat wieder abgezogen. Der Abziehprozess ist äußerst kritisch. Der Erfolg des Abziehprozesses ist im Wesentlichen abhängig von der Reißfestigkeit der Metallfolie. Nicht abgezogene Folienreste können zu Kurzschlüssen zwischen den Leiterbahnen führen. Beim Abziehprozess können, insbesondere dann, wenn der Prägedruck nicht ausreichend groß war, die eigentlichen, von der erhabenen Strukturebene beabstandeten, abgesetzten Leiterbahnen mit abgezogen oder beschädigt werden. Beim Abziehprozess darf also einerseits die (erhabene) abzuziehende Restfolie nicht zu stark an das Substrat angedrückt werden, was zur Folge hat, dass auch die abgesetzten, tiefer gelegenen Leiterbahnen nur mit dieser Maximalkraft aufgebracht werden. Andererseits muss die Prägekraft jedoch ausreichend groß gewählt werden, um zu gewährleisten, dass die Leiter- bahnen nach dem Abziehprozess der Restfolie ausreichend stark an dem Substrat anhaften.

Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist weiterhin, dass die ebenen (zweidimensio- nalen) Leiterbahnen ausschließlich in einer abgesetzten Strukturebene eingebracht werden können. Dies führt dazu, dass das Festlegen von Halbleiterchips auf den Leiterbahnen mittels eines Klebe- FlipChip- Verfahrens nur möglich ist, wenn die Höhendifferenz zwischen den Leiterbahnen und der erhabenen Strukturebene die Höhe der Bumps unterschreitet. Bei Gold-Stud-Bumps beträgt diese Höhe etwa 50μηη. Dies ist technologisch schwer erzielbar, da bei derartig geringen Prägetiefen aufgrund einer Mindestdicke der zum Einsatz kommenden Metallfolie praktisch keine Stanzung der Metallfolie möglich ist und somit keine Leiterbahnen auf dem Substrat stehen bleiben können. Auch für einen Löt-FlipChip-Prozess sind bekannte Substrate mit eingeprägten Leiterbahnen nur bedingt einsetzbar, da die Lot-Bumps kugelförmig sind und somit für schmale Leiterbahnen nur geringe Prägetiefen akzeptabel wären.

Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives, zuverlässiges Verfahren zum Heißprägen mindestens einer Leiterbahn auf ein, insbesondere aus Kunststoff bestehendes, Substrat vorzuschlagen. Bevorzugt sollen die mit einem derartigen Verfahren mit mindestens einer Leiterbahn versehenen Substrate für das Aufbringen von Halbleiterbauelementen mittels eines FlipChip-Verfahrens geeignet sein. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein entsprechend optimiertes Substrat mit mindestens einer aufgeprägten Leiterbahn sowie einen Prägestempel zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens bereitzustellen. Technische Lösung

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich des Substrates mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und hinsichtlich des Prägestempels mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil- düngen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschrei- bung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollten vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollten verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Prägevorgang, insbesondere durch eine geeignete Strukturierung, insbesondere Mikrostrukturierung, des Prägestempels, derart zu realisieren, dass die zunächst ebene (zweidimensionale) Folie während des Prägeprozesses eine dreidimensionale Formgebung erhält. Dabei kann die dreidimen- sionale Ausformung dadurch erhalten werden, dass die Folie an eine korrespondierende, dreidimensionale, bereits vorhandene Strukturierung des Substrates mit Hilfe des Prägestempels unter Einwirkung von Druck und Temperatur angepresst wird oder bevorzugt dadurch, dass die die dreidimensionale Leiterbahn stützende (dreidimensionale) Substratstruktur, insbesondere Mikrostruktur, (erst) mittels des strukturierten Präge- stempeis gleichzeitig mit dem Aufpressen bzw. Festlegen der Folie gegen das Substrat in das Substrat eingebracht wird. Durch die dreidimensionale Ausformung der Folie bzw. des Substrates ist es möglich, die Folie, wie später noch erläutert werden wird, abschnittsweise in einer erhabenen (oberen) Substratebene anzuordnen, wodurch Halbleiterbauelemente im FlipChip-Verfahren auf die erhabenen Leiterbahnabschnitte aufgebracht werden können. Gleichzeitig erhält die Leiterbahn durch ihre dreidimensionale Ausformung eine größere Querschnittsfläche, da sich die Leiterbahn in Bereiche unterhalb der erwähnten, erhabenen Substratebene, also in Substratstrukturgräben hinein erstrecken kann, wodurch die Stromtragfähigkeit der entsprechenden Leiterbahn erhöht wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik steht nicht lediglich ein ebener (zweidimensionaler) Leiterbahnabschnitt zur Stromleitung zur Verfügung.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Strukturierung der Folie zur Ausbildung von dreidimensional geformten Leiterbahnen derart durchgeführt wird, dass es nicht zur Ausbildung von funktionslosen Restfolienbereichen auf dem Substrat kommt, wodurch auf einen Abziehverfahrensschritt der Folie von dem Substrat im Stempelbereich zwischen benachbarten Leiterbahnen nach dem Prägevorgang verzichtet werden kann. Anders ausgedrückt ist es durch eine geeignete dreidimensionale Strukturierung der Folie möglich, die gesamte aufgeprägte Folie funktionell, also zur Stromleitung zu verwenden. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Folie derart mittels des Prägestempels heißgeprägt wird, dass die mindestens eine aus dem Heißpräge- prozess resultierende Leiterbahn abschnittsweise auf einer erhabenen, insbesondere ebenen, Substratebene angeordnet ist, um das Festlegen von Halbleiterbauelementen im FlipChip-Verfahren zu ermöglichen. Gleichzeitig erstreckt sich die geprägte Leiterbahn auf die an die erhabene Substratebene angrenzende, winklig zur Substratebene angeordnete Substratflanke, also in Richtung in einen zur erhabenen Substratebene benachbarten bzw. diese begrenzenden Strukturgraben hinein. Die auf der Substratflanke angeordnete Leiterbahnflanke hat im Wesentlichen die Aufgabe der Vergröße- rung der Stromtragfähigkeit der Leiterbahn und dient bevorzugt nicht zum Halten von an der Leiterbahn festgelegten Halbleiterbauelementen. Die Leiterbahnflanke nimmt bevorzugt sämtlichen„Folienüberschuss" auf, sodass funktionslose Restfolienbereiche auf dem Substrat vermieden werden. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Verfahrens, bei der die Substratflanke die erhabene, vorzugsweise ebene, Substratebene nicht hinterschneidet, um eine Entformung des Substrates von dem Prägestempel nach dem Heißprägevorgang sicherstellen zu können. Anders ausgedrückt ist der Winkel zwischen der Substratflanke und der erhabenen Substratebene mindestens so groß gewählt, dass die Substratflanke senkrecht zur Substratebene verläuft und maximal so groß gewählt ist, dass die erhabene Substratebene und die Substratflanke nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen, sondern winklig zueinander angeordnet sind. Anders ausgedrückt spannen die Substratflanke und die erhabene Substratebene vorzugsweise einen Winkel aus einem Bereich zwischen etwa 90° und etwa 179°, vorzugsweise aus einem Werte- bereich zwischen etwa 110° und etwa 160°, ganz besonders bevorzugt zwischen etwa 120° und etwa 150° auf.

Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Folie derart heißgeprägt wird, dass zwei benachbarte Leiterbahnen soweit lateral beabstandet sind, dass die Leiterbahnen e- lektrisch voneinander isoliert sind, wobei zwischen den benachbarten Leiterbahnen beim Heißprägeprozess keine Restfolie entsteht, sondern die Folie vollständig auf die Leiterbahnen, insbesondere auf die Leiterbahnflanken der Leiterbahnen, verteilt wird. Da die elektrische Isolation zweier benachbarter Leiterbahnen nicht über die Prägetiefe, sondern über den lateralen Abstand erfolgt, hat die Prägetiefe im Wesentlichen kei- nen Einfluss auf die Isolationswirkung. Wie zuvor bereits angedeutet ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der in einem Bereich zwischen zwei benachbarten, dreidimensional geformten Leiterbahnen nach dem Prägeprozess kein Folienrest auf dem Substrat verbleibt, ohne dass hierzu ein Abziehprozess notwendig wäre, sondern dass der Prägevorgang so durchgeführt wird, dass die Folie auf die benachbarten Leiterbahnen, insbesondere die einander zugewandten Leiterbahnflanken, verteilt wird.

Die vorgenannte, bevorzugte, Ausführungsform wird mit Vorteil mit Hilfe eines Prägestempels realisiert, der einen, eine Klingenschneide aufweisenden Klingenabschnitt umfasst, der dafür sorgt, dass die Folie, insbesondere mittig, in einem Bereich zwischen zwei herzustellenden Leiterbahnen beim Prägeprozess getrennt wird, wobei die einander zugewandten Folienabschnitte mit Hilfe des weiterbewegten Prägestempels gegen jeweils eine Substratflanke gedrückt und damit lateral voneinander beabstandet werden. Anders ausgedrückt, wird mit Hilfe des Prägestempels ein Trenn- Prägeprozess durchgeführt, bei dem die Folie zunächst durchtrennt und diese bei weiter fortgeführtem Stempelvorgang an die Substratflanken sowie die erhabenen Substratebenen angepresst wird, woraus dreidimensional ausgeformte Leiterbahnen resultieren, die lateral voneinander beabstandet sind. Bevorzugt weist der Klingenabschnitt eine schmale, sich in Richtung des Substrates verjüngende Keilform auf.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Folie mindestens eine Metallschicht, insbesondere eine Aluminiumschicht, eine Kupferschicht und/oder eine Goldschicht umfasst oder aus einer vorgenannten Schicht besteht.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die zum Einsatz kommende Folie, auf der dem Substrat zugewandten Seite, mit mindestens einer Haftschicht, beispielsweise einer Kunststofffolie oder einer Klebstoffschicht, ver- sehen ist. Alternativ ist es denkbar, eine vergleichsweise mechanisch stark aufgeraute Schicht einzusetzen, um die Haftwirkung zum Substrat zu verbessern. Unmittelbar auf die elektrisch leitende Schicht oder die mechanisch aufgeraute Schicht kann eine zusätzliche Haftschicht, beispielsweise aus Schwarzoxid, oder eine dendritisch behandelte Schicht aufgebracht werden, wodurch eine stärkere mechanische Verzahnung mit der angeschmolzenen Substratoberfläche erreicht wird. In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass, insbesondere auf der von dem Substrat abgewandten Seite der Folie, mindestens eine Veredelungsschicht vorgesehen ist. Diese kann beispielsweise aus Zinn ausgebildet sein. Die Veredelungsschicht dient je nach Beschaffenheit dazu, Korrosionserscheinungen vorzubeu- gen oder um die Lötbarkeit und/oder die Drahtbondbarkeit und/oder die FlipChipbarkeit der Folie bzw. der dreidimensional ausgeformten Leiterbahn zu verbessern. Ein weiterer Vorteil des Vorsehens einer Veredelungsschicht und der Folie besteht darin, dass gegebenenfalls nur die Folie, nicht aber das gesamte, unter Umständen empfindliche, Substrat einen entsprechenden, beispielsweise galvanischen, Veredelungsprozess durchlaufen muss.

Der zum Einsatz kommende Prägestempel kann beispielsweise aus Messing, Stahl oder Keramik ausgebildet sein. In jedem Fall sollte zumindest die strukturierte Stempelfläche des Prägestempels aus einem Werkzeugmaterial sein, das härter ist als die zum Einsatz kommende Folie, um den Verschleiß des Prägestempels zu minimieren.

Bei dem einleitend beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten, Heißprägeverfahren ist es ferner von Nachteil, dass dieses nur auf einzelne Substrate angewendet werden kann, da das Problem besteht, dass, falls eine gemeinsame Folie auf meh- rere Substrate gleichzeitig aufgelegt würde, sich diese beim Prägeprozess stark verschieben und Falten werfen würde. Um dieses Problem zu umgehen und um eine gleichzeitige, d.h. Parallelfertigung, d.h. Heißprägung, mehrerer Substrate mit einer gemeinsamen Folie zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Folie vor und/oder während des Prägevorgangs, zumindest abschnittsweise, auf das mindestens eine, vorzugsweise auf sämtliche zu prägenden Substrate laminiert, d.h. vorfixiert wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Folie über das mindestens eine Substrat, vorzugsweise über mehrere Substrate, vor und/oder während des gemeinsamen Prägevorgangs, beispielsweise mittels eines Spannrahmens gespannt werden. Von besonderem Vorteil ist es (insbesondere nach vorheriger Vorfixierung und/oder vorherigem Spannen einer gemeinsamen Folie auf bzw. über mehrere Substrate), mehrere Substrate gleichzeitig mit mindestens jeweils einer dreidimensionalen Leiterbahn zu prägen. Bevorzugt wird hierzu ein gemeinsamer Prägestempel mit mehreren Prägeabschnitten eingesetzt. Ebenso ist es denkbar, ein flächiges Substrat in unter- schiedlichen Substratabschnitten durch die Laminierung, d.h. Vorfixierung, und/oder das Vorspannen der gemeinsamen Folie gleichzeitig zu prägen, wobei es realisierbar ist, die unterschiedlichen, vorzugsweise gleichartigen, Substratabschnitte nach dem Prägeprozess voneinander zu trennen, um einzelne, vorzugsweise identische, Bauelemente zu erhalten. Das Trennen kann beispielsweise durch Schneiden oder Sägen erfolgen.

Optimiert werden kann das zuvor beschriebene Verfahren dadurch, dass das Substrat gleichzeitig mit dem Aufprägen mindestens einer dreidimensionalen Leiterbahn mittels des Prägestempels dreidimensional strukturiert wird. Beispielsweise können, insbesondere außerhalb eines von der Folie überdeckten Bereichs, Mikrostrukturen, vor- zugsweise fluidische Strukturen, wie Kanäle, Durchgangslöcher, Kavernen, etc. in das vorzugsweise aus Polymer bestehende Substrat eingeprägt werden.

Die Erfindung führt auch auf ein Substrat, auf das durch Heißprägen einer Folie eine Leiterbahn aufgeprägt wurde. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Leiterbahn eine dreidimensionale Form aufweist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Leiterbahn eine erhabene, insbesondere ebene, auf einer erhabenen Substratebene angeordnete Leiterbahnebene und zum anderen mindestens eine an die erhabene Leiterbahnebene angrenzende, auf einer Substratflanke angeordnete Leiterbahnflanke aufweist. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der an beiden Seiten, d.h. quer zur Längserstreckung der Leiterbahn an die erhaben angeordnete Leiterbahnebene eine sich in Richtung in das Substrat hinein erstreckende Substratflanke anschließt.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Leiterbahnflanke winklig zur erhaben angeordneten Leiterbahnebene angeordnet ist, wobei die Substrat- flanke im Extremfall senkrecht, vorzugsweise jedoch flacher, relativ zur Leiterbahnebene angewinkelt ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass zwei quer zu ihrer Längserstreckung benachbarte Leiterbahnen soweit lateral, d.h. quer zu ihrer Längs- erstreckung voneinander beabstandet sind, dass die Leiterbahnen elektrisch voneinander isoliert sind.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Substrates, bei der die Folie nicht bis zum Grund eines zwischen zwei benachbarten Leiterbahnen ausgebildeten Sub- stratgrabens reicht, sondern in Tiefrichtung vor dem Substratgrabengrund an einer den Substratgraben begrenzenden Substratflanke endet. Der dieses seitliche Leiterbah- nende überragende Abschnitt des Substratgrabens wird bevorzugt mit einem Klingenabschnitt zum Trennen der Folie in das Substrat beim Heißprägen eingebracht.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Substrates, bei der zwischen zwei einander zugewandten Leiterbahnflanken zweier quer zu ihrer Längserstreckung benachbarter Leiterbahnen kein Folienrest auf dem Substrat angeordnet ist, wobei ganz besonders bevorzugt beim Heißprägen in diesem Bereich erst gar kein Folienrest entsteht, sondern die Folie auf die benachbarten Leiterbahnflanken verteilt wird. Die Erfindung führt auch auf einen Prägestempel zur Durchführung eines zuvor beschriebenen Heißprägeverfahrens. Der Prägestempel weist eine strukturierte Prägefläche (Stempelfläche) auf. Dabei ist die strukturierte Prägefläche mit mindestens einem, vorzugsweise spitzwinklig auf eine Klingenschneide zulaufenden, Klingenabschnitt versehen, zu dem benachbart ein Prägeabschnitt zum Pressen der Folie gegen eine Substratflanke angeordnet ist. Es ist auch möglich, die Substratflanke mit dem Prägeabschnitt beim Anpressen der Folie an das Substrat in das Substrat einzuprägen. Im Hinblick auf die Ausbildung des Klingenabschnittes und des Prägeabschnittes gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So ist es beispielsweise denkbar, dass der Klingenabschnitt und der Prägeabschnitt von unterschiedlich angewinkelten Strukturabschnitten des Prägestempels gebildet werden. Es ist auch eine Ausführungsform realisierbar, bei der der Klingenabschnitt und der Prägeabschnitt von einer gemeinsamen Strukturflanke eines vorzugsweise keilförmigen Strukturabschnitts des Prägestempels gebildet sind. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:

Fig. 1 zwei unterschiedliche Polymersubstrate,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer möglichen zur Anwendung kommenden

Folie,

Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform eines Prägestempels, Fig. 4 eine Presse, in der ein Substrat mit einer vollflächig auf diesem aufgelegten Folie angeordnet ist. eine Presse, in der mehrere Substrate angeordnet sind, auf die eine gemeinsame Folie vor dem eigentlichen Prägeschritt auflaminiert wurde, eine teilflächige Anordnung zweier auf ein einziges Substrat laminierter Folien, ein in einer Presse aufgenommenes Substrat, auf das zwei beabstande- te Folien auflaminiert sind, wobei der Prägestempel auch in einem Bereich außerhalb der Folien zur Strukturierung des Substrates mit einer Prägestruktur versehen ist, ein aus dem Prägevorgang gemäß Fig. 7 resultierendes, mit dreidimensional ausgeformten Leiterbahnen versehenes Substrat.

Ausführungsformen der Erfindung

In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In Fig. 1 sind übereinander zwei unterschiedliche Substrate 1 aus einem Kunststoffma- terial gezeigt. Das in der Zeichnungsebene obere Substrat 1 ist unstrukturiert, wohingegen das in der Zeichnungsebene untere Substrat 1 mit einer Mikrostruktur 2 versehen ist, die beispielsweise in einem abtragenden Verfahren oder in einem Umformverfahren oder beispielsweise bei der Herstellung im Spritzgussverfahren eingebracht wurde.

In Fig. 2 ist eine bevorzugte, zum Herstellen von dreidimensional konturierten Leiterbahnen zum Einsatz kommende, Folie 3 gezeigt. Die Folie 3 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel dreischichtig ausgeführt. Eine mittlere elektrisch leitende Schicht 4 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus Gold ausgebildet. Darüber befindet sich in der Zeichnungsebene eine Veredelungsschicht 5. Auf einer dem Substrat 1 in einem späteren Prägeprozess zugewandten unteren Seite ist eine Haftschicht 6 vorgesehen. In Fig. 3 ist ein bevorzugter, für den Heißprägeprozess einsetzbarer, Prägestempel 7 mit einer Prägefläche 8 (Stempelfläche) gezeigt. Die Prägefläche 8 ist mit einer Prägestruktur 9 (Mikrometerstruktur) versehen.

Wie sich aus der vergrößerten Darstellung eines Detailausschnittes des Prägestempels 7 in der Zeichnungsebene rechts ergibt, umfasst die Stempelstruktur spitz zulaufende keilförmige Fortsätze 10. Jeder (Struktur-) Fortsatz 10 kann unterteilt werden in einen in der Zeichnungsebene unteren, dem Substrat 1 zugewandten, Klingenabschnitt 11 der in der Zeichnungsebene unten begrenzt wird von einer sich in die Zeichnungsebene hinein erstreckenden (scharfen) Klingenschneide 12, die zum Durchtrennen der Folie 3 beim Heißprägeprozess dient. In der Zeichnungsebene oberhalb des Klingenabschnittes 11 schließt ein kegelstumpfförmiger Prägeabschnitt 13 an, der zum Anpressen eines Folienabschnitts an später noch zu erläuternde Substratflanken dient. Ferner ist zu erkennen, dass winklig zu dem Prägeabschnitt 13 ein weiterer Prägeabschnitt 14 angeordnet ist, der zum Prägen der Folie 3 an eine ebenfalls später noch zu erläuternde, erhabene Substratebene dient. Durch das Vorsehen des Klingenabschnittes 12 sowie des entgegen der Stempelrichtung daran anschließenden (breiteren) Prägeabschnittes 13 wird die Folie beim Heißprägeschritt von der Klingenschneide 12 getrennt und dar- aufhin durch weiteres Verfahren des Prägestempels 7 in die Stempelrichtung 16, also auf das Substrat zu, an Substratflanken 23 angepresst, die entweder bereits in dem Substrat 1 vorhanden sind oder bevorzugt mit Hilfe der Prägestruktur 9 beim Heißprägevorgang zum Aufprägen der Folie 3 in das Substrat 1 eingebracht werden. Nach dem Heißprägen wird die Temperatur soweit heruntergefahren, dass das Substrat 1 wieder hart ist, woraufhin der Stempel 7 wieder entgegen der Stempelrichtung 16 entfernt wird.

In Fig. 4 ist eine Presse 15 mit einem Prägestempel 7 gezeigt. In die Presse 15 ist ein unstrukturiertes Substrat 1 eingelegt. Auf diesem befindet sich eine dreischichtige Folie 3 (vgl. Fig. 3), die entweder nur auf das Substrat 1 aufgelegt, vorzugsweise jedoch auf dieses in einem vorhergehenden Schritt auflaminiert wurde. Alternativ ist das Spannen der Folie 3, beispielsweise in einem Spannrahmen, möglich. Der Prägestempel 7 ist in zwei voneinander beabstandeten Abschnitten mit jeweils einer Prägestruktur 9 versehen, wobei jede Prägestruktur 9 keilförmige Fortsätze 10 mit jeweils einem dem Sub- strat 1 zugewandten Klingenabschnitt und einem auf der von dem Substrat 1 abgewandten Seite daran anschließenden, im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Prägeab- schnitt 13 (vgl. Fig.3) anschließt. Beim Stempeln (Prägen) werden bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel zwei identisch geprägte Substratabschnitte erhalten, die in einem darauffolgenden Schritt voneinander getrennt werden können. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind in die Presse 15 mehrere unterschiedliche, nicht strukturierte Substrate 1 eingelegt, die von einer gemeinsamen Folie 3 ü- berdeckt sind. Die Folie 3 ist auf sämtliche Substrate 1 auflaminiert. Alternativ ist ein Spannen der Folie 3, beispielsweise in einem Spannrahmen, möglich. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 sind auf einem einzigen, nicht strukturierten, Substrat 1 zwei lateral beabstandete Folien 3 auflaminiert. Durch einen Prägevorgang, durch den der Prägestempel 7 auf das Substrat 1 in eine Stempelrichtung 16 (Prägerichtung) relativ zu dem Substrat 1 bewegt wird, können zwei identisch strukturierte, d.h. mit jeweils mindestens einer dreidimensionalen Leiterbahn versehene, Substrat- abschnitte erhalten werden, die in einem späteren Verfahrensschritt voneinander getrennt werden können.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ist in eine Presse 15 ein einziges, nicht strukturiertes Substrat 1 eingebracht. Auf dieses sind zwei voneinander beabstandete, unterschiedlich große, Folien 3 auflaminiert. Der Prägestempel 7 ist nicht nur in den Bereichen oberhalb der Folien 3 mit einer Prägestruktur 9 versehen, sondern weist auch in einem außerhalb der Folie 3 liegenden Bereich eine Prägestruktur 9 auf, mit der die in Fig. 8 beispielhaft dargestellte Mikrostruktur 2, insbesondere eine fluidische Mikrostruktur 2, in das Substrat 1 einbringbar ist.

Alternativ zu der zuvor beschriebenen Vorgehensweise kann der Heißprägeprozess zum Herstellen der dreidimensionalen Leiterbahnen auch auf einem bereits vorstrukturierten Substrat 1 durchgeführt werden. In Fig. 8 ist ein aus dem Prägeprozess gemäß Fig. 7 resultierendes Substrat 1 gezeigt. Zu erkennen ist, dass aus der Folie 3 dreidimensional ausgeformte, voneinander isolierte Leiterbahnen 17 entstanden sind.

Jede Leiterbahn 17 weist eine ebene, in Bezug auf die Mikrostruktur 2 erhaben ange- ordnete und sich in die Zeichnungsebene hinein erstreckende Leiterbahnebene 18 und mindestens eine winklig zur Leiterbahnebene 18 angeordnete Leiterbahnflanke 19 auf. Zu erkennen ist, dass je nach Anordnung der Leiterbahnen 17 auf dem Substrat 1, genauer je nach Anordnung der geprägten Mikrostruktur 2 eine einzige Leiterbahnebene 18 entweder eine einseitige Leiterbahnflanke 19 oder zwei quer zur Längserstreckung der Leiterbahn 17 voneinander beabstandete Leiterbahnflanken 19 aufweist. Die Leiterbahnflanken 19 erstrecken sich in Substratgräben 20 der Mikrostruktur 2 hinein (also in Richtung von dem Prägestempel weg), reichen jedoch nicht bis zum Grund 21 des entsprechenden Substratgrabens 20.

Weiterhin ergibt sich aus Fig. 8, dass jeweils zwei benachbarte Leiterbahnen 17 zu- mindest näherungsweise auf der gleichen Höhe bzw. Ebene angeordnet sind und durch laterale Beabstandung voneinander elektrisch isoliert sind.

Ferner ergibt sich aus Fig. 8, dass die Mikrostruktur eine Vielzahl von voneinander beabstandeten, ebenen, erhaben angeordneten Substratebenen 22 (erhabene Sub- stratabschnitte) aufweist, wobei teilweise auf den erhabenen Substratebenen 22 eine Leiterbahnebene 18 (erhabener Leiterbahnabschnitt) aufgeprägt ist. Seitlich an die erhabenen Substratebenen 22 schließen sich in Richtung in das Substrat 1 hinein, von dem Prägestempel weg erstreckende Substratgräben 20 mit jeweils zwei Substratflanken 23 an. Jeweils zwei benachbarte Substratflanken 23 treffen sich am Grund 21 des zugehörigen Substratgrabens. Die Substratflanken 23 dienen als Trägerflächen für die Leiterbahnflanken 19, wobei sich die Substratflanken 23 über die Leiterbahnflanken 19 hinaus in Richtung zum Grund 21 des zugehörigen Substratgrabens 20 erstrecken.

Aus Fig. 8 ist weiter zu entnehmen, dass in einem Bereich zwischen zwei benachbar- ten, einander zugewandten Substratflanken 19 keine Restfolie auf dem Substrat 1 vorhanden ist. Dies ist nicht etwa darauf zurückzuführen, dass Restfolienabschnitte nach dem Prägeprozess von dem Substrat 1 abgezogen worden wären, sondern vielmehr darauf, dass die Folie 3 beim Prägeprozess mit Hilfe des Klingenabschnittes 11 des Prägestempels 7 getrennt und unmittelbar daraufhin von den an den jeweiligen Klin- genabschnitt 11 angrenzenden Prägeabschnitten 13 an die Substratflanken 23 ange- presst wurde. Somit ist die gesamte Folie elektrisch nutzbar, der Leiterbahnquerschnitt vergrößert und die Stromtragfähigkeit erhöht. Damit einher geht die Anpressung der Folie 3 an die erhabenen Substratebenen 22 zur Bildung der Leiterbahnebenen 18 durch Aufdrücken der Folie 3 mit den ebenen Prägeabschnitten 14 auf das Substrat 1. Ferner ist Fig. 8 zu entnehmen, dass Substratflanken 23 mit dazugehörigen, unmittelbar angrenzenden erhabenen Substratebenen 22 einen Winkel von in dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 140° einschließen. Der gleiche Winkel wird aufgespannt zwischen den erhabenen Leiterbahnebenen 18 und den daran angrenzenden Leiter- bahnflanken 19. Der Winkel kann in einem Winkelbereich zwischen 90° (senkrechter Verlauf) und 179° (sehr flacher Verlauf bei sehr weit voneinander beabstandeten Leiterbahnen 17) variiert werden.

Claims

Verfahren zum Heißprägen mindestens einer Leiterbahn (17) auf ein Substrat (1), wobei eine mindestens eine elektrisch leitende Schicht (4) aufweisende Folie (3) mittels eines eine strukturierte Prägefläche (8) aufweisenden Prägestempels (7) gegen das Substrat (1) in eine Stempelrichtung (16) gepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) derart geprägt wird, dass die Leiterbahn (17) eine dreidimensionale Ausformung erhält.

Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass auf ein Abziehen der Folie (3) von dem Substrat (1) im Stempelbereich nach dem Prägevorgang verzichtet wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Folie (3) derart geprägt wird, dass die Leiterbahn (17) zum einen auf eine, insbesondere ebene, erhabene Substratebene (22) und zum anderen an mindestens einer an die erhabene Substratebene (22) angrenzende Substratflanke (23) gepresst wird.

Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Substratflanke (23) derart, insbesondere beim Heißprägen der Leiterbahn (17) oder einem vorhergehenden Strukturierungsschritt oder während der Herstellung des Substrates (1), ausgeformt wird, dass diese mit der erhabenen Substratebene (22) einen Winkel ( ) aus einem Wertebereich zwischen etwa 90° und etwa 179°, vorzugsweise aus einem Wertebereich zwischen etwa 110° und etwa 160°, bevorzugt zwischen etwa 120° und etwa 150° aufspannt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Folie (3) derart geprägt wird, dass zwei benachbarte Leiterbahnen (17) so weit lateral voneinander beabstandet sind, dass die Leiterbahnen (17) e- lektrisch voneinander isoliert sind.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Folie (3) derart geprägt wird, dass zwischen zwei einander zugewandten Leiterbahnflanken (19) zweier benachbarter Leiterbahnen (17) kein Folienrest auf dem Substrat (1) verbleibt.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Folie (3) beim Prägen mittels eines Klingenabschnitts (11) des Prägestempels (7) getrennt wird, derart, dass unterhalb des Klingenabschnitts (11) und/oder einer Klingenschneide (12) des Klingenabschnittes (11) keine Folie (3) auf dem Substrat (1) verbleibt.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine Folie (3) verwendet wird, die entweder ausschließlich aus einer Schicht (4) aus einem Material der folgenden Gruppe besteht oder die eine Schicht (4) aus einem derartigen Material neben mindestens einer weiteren Schicht (4) aufweist: Metall, Aluminium, Kupfer und/oder Gold.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine Folie (3) verwendet wird, bei der zusätzlich zu der elektrisch leitenden Schicht (4) mindestens eine Haftschicht (6), vorzugsweise mit einem Klebstoff und/oder einer rauen Struktur, vorgesehen ist.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie (3) verwendet wird, bei der zusätzlich zu der elektrisch leitenden Schicht (4) mindestens eine Veredelungsschicht (5), insbesondere zum Schutz gegen Korrosion und/oder zum Verbessern der Lötbarkeit und/oder der Flip- Chipbarkeit und/oder der Drahtbondbarkeit vorgesehen ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Folie (3) vor und/oder während des Prägevorgangs zumindest abschnittsweise auf das Substrat (1) laminiert wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Folie (3) vor und/oder während des Prägevorgangs gespannt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass gleichzeitig auf mehrere, vorzugsweise nebeneinander angeordnete, Substrate (1) oder Substratabschnitte jeweils mindestens eine Leiterbahn (17) geprägt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass zum gemeinsamen Prägen mehrerer Substrate (1) eine gemeinsame Folie (3) benutzt wird.

15. Substrat mit mindestens einer aufgeprägten Leiterbahn (17), vorzugsweise heißgeprägt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (17) eine dreidimensionale Form aufweist.

16. Substrat nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (17) zum einen auf einer, insbesondere ebenen, erhabenen Substratebene (22) und zum anderen an mindestens einer an die erhabene Substratebene (22) angrenzende Substratflanke (23) angeformt ist.

17. Substrat nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet,

dass die mindestens eine auf der Substratflanke (23) angeordnete Leiterbahnflanke (19) mit der auf der erhabenen Substratebene (22) angeordneten Leiterbahnebene (18) einen Winkel aus einem Wertebereich zwischen etwa 90° und etwa 179°, vorzugsweise aus einem Wertebereich zwischen etwa 111° und etwa 160°, bevorzugt zwischen etwa 120° und etwa 150° aufspannt.

18. Substrat nach einem der Ansprüche 15 bis 17,

dadurch gekennzeichnet,

dass zwei benachbarte Leiterbahnen (17) so weit lateral beabstandet sind, dass die Leiterbahnen (17) elektrisch voneinander isoliert sind.

19. Substrat nach einem der Ansprüche 15 bis 18,

dadurch gekennzeichnet,

dass das die Folie (3) nicht bis zum Grund (21) eines zwischen zwei benachbarten Leiterbahnen (17) ausgebildeten Substratgrabens (20) reicht.

20. Substrat nach einem der Ansprüche 15 bis 19,

dadurch gekennzeichnet,

dass auf dem Substrat (1) zwischen zwei einander zugewandten Leiterbahnflanken (19) zweier benachbarter Leiterbahnen (17) kein Folienrest angeordnet ist.

21. Prägestempel zur Durchführung eines Heißprägeverfahrens nach einen der Ansprüche 1 bis 15,

mit einer strukturierten Prägefläche (8), dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Prägefläche (8) mindestens einen, eine Klingenschneide (12) aufweisenden Klingenabschnitt (11) und einen an den Klingenabschnitt (11) angrenzenden Prägeabschnitt (13, 14) zum Pressen der Folie (3) gegen eine Substratflanke (23) und/oder zum Prägen der Substratflanke (23) und zum gleichzeitigen Anpressen der Folie (3) an die Substratflanke (23) aufweist.