WO2015180712A1 - Magnetische platine und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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electrically conductive
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Jörg KEGELER
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic circuit board and a method for the production thereof.
  • Boards also known as printed circuit boards, serve as carriers for electronic components. Boards consist of electrically insulating material with adhering, electrically conductive connections (conductors). Depending on the desired or required mechanical, electrical or thermal stability, blanks of various quality and price classes are available. Thus, relatively inexpensive boards made of a base material of epoxy resin and paper (material identifier FR3) can be used. Likewise,
  • thermo-resistant boards made of a base material made of epoxy resin and glass fiber fabric (material identifier FR4) are used.
  • flexible boards which consist for example of polyamide and have a high temperature resistance (> 300 ° C).
  • Circuit boards may carry on one side or both sides a conductive layer, usually a copper layer.
  • multilayer boards are known in which additional electrically conductive layers are disposed between layers of insulating base material.
  • Through contacts so-called VIAs produced.
  • Through holes are usually realized by internally metallized holes in the substrate of the board.
  • the electrical conductor structures on printed circuit boards are usually prepared photochemically by applying a photoresist or a photosensitive film accordingly is structured.
  • a photoresist or a photosensitive film accordingly is structured.
  • Circuit boards can be used in a variety of ways, so that almost every electronic device contains one or more boards.
  • WO 201 1/134955 A2 shows a rolling bearing arrangement with an angle sensor and a method for mounting such a rolling bearing arrangement with an angle sensor.
  • the angle sensor has a sensor ring, which is non-rotatably connected to the outer ring, and a material measure, which is relative to
  • Rotary axis of the rolling bearing eccentric metal ring is formed and rotatably connected to the inner ring.
  • a metallic component of the sensor ring has an annular, concentric with the axis of rotation of the bearing, U-shaped shell core.
  • a holding element made of plastic which in a circumferential groove in
  • Outer ring is attached. Radially outside the retaining element is a
  • Support ring made of sheet metal, which abuts on the front side of the outer ring and as
  • Mounting aid serves as well as a mechanical protection of the angle sensor represents.
  • annular space for receiving the sensor ring is formed between the inner circumferential surface of the support ring and the holding element.
  • the sensor ring has a transmitting coil which lies in a plane parallel to the end face of the rolling bearing and is arranged completely within the U-profile of the shell core.
  • the transmitting coil is designed as a printed circuit on a multilayer printed circuit board. With the transmitter coil act different receiving coils together.
  • Reception coils is partially disposed within the U-profile of the shell core and partially outside this U-profile.
  • the receiver coils are analogous to
  • Transmitting coil designed as a printed circuit Between transmission coil and
  • Reception coil is a signal transferable via a magnetic circuit, wherein the transmitting coil is disposed within the U-shaped shell core, which forms part of the magnetic circuit.
  • the material measure is given a variable reluctance in the magnetic circuit.
  • the measuring scale acting as a metal ring closes the magnetic circle between the legs of the U-shaped
  • the object of the present invention is to provide a circuit board which can perform magnetic functions in addition to the usual electrical functions. Furthermore, a method for producing such a board should also be provided.
  • the circuit board according to the invention comprises at least two superimposed, spaced-apart, electrically conductive layers and at least one dielectric layer, which is arranged between these electrically conductive layers. It is essential to the invention that the board furthermore has at least two magnetically conductive layers, wherein each magnetically conductive layer is arranged at least indirectly adjacent to an electrically conductive layer. Another essential feature of the invention is that the board is vertical
  • the preferably structured, magnetically conductive layers are thereby magnetically selectively connected, whereby the magnetic flux between the magnetic layers can be selectively guided.
  • a significant advantage of the board according to the invention is that it allows the production of electromagnetic products with a small space, at low cost, both in high and low volumes.
  • Another advantage is that the mechanical, electrical and thermal stability of boards of different quality and price classes can be used.
  • low-cost products based on low-cost boards made of a base material with the material identifier FR3 can be realized.
  • temperature-resistant products could be manufactured on the basis of temperature-resistant circuit boards from a base material, for example with the material identifier FR4.
  • Flexible magnetic structures can be produced on the basis of flexible boards. This makes flexible motors and sensors possible. With the help of magnetic vias is a compound of
  • Combination of electrical and magnetic board allows novel products in a small space and at low cost.
  • the magnetic include
  • the magnetically conductive material may be, for example, a paste-like material containing ferromagnetic powder such as iron powder or ferrite powder of various alloys. Pasty materials can be handled well and with little effort in the recesses for producing magnetic vias bring. Alternatively, however, rivets, pins or sleeves of magnetically conductive material can be used, which in the
  • Recesses are introduced and connected to the board in a suitable manner.
  • the magnetically conductive layers are preferably arranged as outer layers of the board.
  • a symmetrical sequence of the different layers in the multilayer structure may be expedient.
  • the magnetically conductive layers consist of ferromagnetic powder-filled plastic films or sheets.
  • ferromagnetic powder for example, iron powder or ferrite powder of various alloys can be used.
  • Ferromagnetic powder filled plastic films are particularly well suited because they can be processed similarly to FR4 base material.
  • Base material is often used in electrical board production, so that proven know-how can be used.
  • a variety of special film materials can be used, which have, for example magnetic flux collecting (Mumetall) or shielding properties.
  • the electrically conductive, for forming a conductor pattern preferably
  • structured layers are preferably connected to each other via electrical vias.
  • the electrical feedthroughs can
  • an auxiliary layer is provided between the electrically conductive layer and the adjacent magnetically conductive layer arranged, which serves the electrical and / or magnetic and / or thermal insulation.
  • the magnetically conductive layer is then arranged indirectly adjacent to the electrically conductive layer.
  • a cover layer which also serves in particular the protection of the board from environmental influences.
  • the circuit board according to the invention is designed as a utility with a plurality of juxtaposed individual boards, wherein the magnetically conductive layers are applied over the entire area on the benefit.
  • the method according to the invention also comprises the following steps: First, a multilayer printed circuit board is produced which has at least two electrically conductive layers spaced apart from one another, at least one electrically adjacent one another conductive layers arranged dielectric layer and at least two spaced apart, magnetically conductive layers, which are each arranged adjacent to one of the electrically conductive layers comprises. Subsequently, first and second recesses are introduced into the multilayer board. Further, magnetically conductive material is introduced into the first recesses to thereby connect the magnetically conductive layers to each other. A metallization of the walls of the second recesses, whereby electrical vias are produced, by means of which the electrically conductive layers are interconnected. According to a preferred embodiment of the method, the magnetically conductive layers are arranged as outer layers of the multilayer board. In this embodiment, in the first step, the board based on a
  • a magnetically conductive layer for example in the form of a ferromagnetpulver Schollte plastic film, with the usual technologies and materials attached.
  • the magnetically conductive layer can be laminated, for example.
  • the recesses introduced for realizing the magnetic plated-through holes are introduced only after the layers have been joined and then filled with magnetically conductive material, direct, large-area contact between the magnetic plated-through holes and the magnetic layers can be achieved. As a result, there is no adhesive layer between the magnetically conductive layers and the magnetically conductive material in the first recesses.
  • the contact area between the magnetically conductive material in the first recesses and the magnetically conductive layers is not only circular but cylindrical and thus greatly enlarged.
  • Subpackages are summarized. In the sub-packages then necessary for the realization of the electrical feedthroughs recesses are introduced and metallized their walls accordingly. Subsequently, the sub-packages are connected to the magnetically conductive layers. In the resulting multilayer board recesses are then introduced, which with magnetically conductive material for the realization of the magnetic
  • Through holes are filled.
  • first all layers can be connected to each other. In this case, however, first the magnetic vias are completed and only then the electrical feedthroughs.
  • FIG. 1 shows a circuit board according to the invention in a first embodiment.
  • FIG. 2 shows the circuit board according to the invention in a second embodiment.
  • the circuit board 01 comprises three electrically conductive layers 02 spaced above one another. Copper is usually used as the material for the electrically conductive layers in the case of printed circuit boards. Between two electrically conductive
  • Layers 02 are each a dielectric layer 03 is arranged.
  • Each of the two outer electrically conductive layers 02 is adjoined by an auxiliary layer 04, which serves for the electrical, magnetic or thermal insulation and at the same time the mechanical connection.
  • the auxiliary layers 04 are each followed by a magnetically conductive layer 05.
  • the two magnetically conductive layers 05 in the embodiment shown form the outer layers, i. H. the top and bottom layer of the board 01.
  • the electrically conductive layers 02 are designed to form a conductor structure as structured layers. They are electrically connected to each other via electrical feedthroughs 07. For the production of electrical
  • Through holes 07 recesses are introduced into the board 01, the walls are preferably metallized. Alternatively, rivets, pins or sleeves made of an electrically conductive material in the recesses introduced and mechanically connected to the board 01. Depending on
  • the shape and size of the electrical feedthroughs 07 different. For example, smaller electrical vias may be drilled while larger vias are preferably milled.
  • the electrical vias can be designed so that they connect structures of all electrically conductive layers 02 together.
  • the electrical feedthroughs 07 may extend only to an electrically conductive layer 02 located inside the board. It is also possible that the electrical plated-through holes 07 extend between electrically conductive layers 02 in the inside of the board.
  • Layers 02 preferably form at least one coil.
  • the magnetically conductive layers 05 are preferably designed as ferromagnetic powder-filled plastic films or sheets. For example, iron powder or ferrite powder of various alloys can be used as the ferromagnetic powder.
  • the magnetically conductive layers 05 are connected to one another via magnetic plated-through holes 08. In this way, the magnetic flux line is selectively expanded in the third dimension. For generating the magnetic
  • Through holes 08 recesses are introduced into the board 01.
  • the recesses can in turn be drilled or milled.
  • Recesses penetrate, depending on the application, all or only some of the layers of the board.
  • magnetically conductive material is introduced.
  • the magnetically conductive material may be a paste which
  • Ferromagnetic powder such as iron powder or ferrite powder of various alloys.
  • rivets, pins or sleeves of magnetically conductive material can be used, which are introduced into the recesses and mechanically connected to the board 01.
  • the circuit board 01 shown in FIG. 1 has a symmetrical sequence of the various layers, which is advantageous in particular in terms of thermal stability. However, embodiments are also possible, which no
  • the circuit board 01 shown in FIG. 1 in order to produce the circuit board 01 shown in FIG. 1, in a first step the circuit board can be produced based on a conventional multilayer electrical circuit board, in which a magnetically conductive layer 05 is additionally fastened with the conventional technologies and materials as a cover and bottom layer.
  • the magnetically conductive layer 05 may be laminated, for example.
  • the magnetic vias 08 are made by
  • Recesses are introduced by milling or drilling in the board 01 and then filled with magnetically conductive material.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the circuit board 01 according to the invention.
  • the circuit board 01 comprises four electrically conductive layers 02, wherein in each case two indirectly superimposed electrically conductive layers 02 are connected to each other via electrical vias 07. Between two adjacent electrically conductive layers 02, a respective dielectric layer 03 is arranged.
  • An essential difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that the circuit board 01 has magnetically conductive layers 05 inside the board.
  • the magnetically conductive layers 05 are arranged indirectly via auxiliary layers 04 adjacent to electrically conductive layers 02. In each case two magnetically conductive layers 05 are selectively magnetically connected to each other via magnetic plated-through holes 08.
  • each sub-package is provided with two magnetically conductive layers 05, with the aid of auxiliary layers 04.
  • the magnetically conductive layers 05 now form the outer layers of the two sub-packages.
  • corresponding recesses are then introduced, which with magnetically conductive material for the realization of the magnetic Through holes 08 are filled.
  • the sub-packages are mechanically connected to each other by means of an auxiliary layer 04.
  • the circuit board 01 shown in FIG. 2 has, as cover and bottom layer, an additional auxiliary layer 04, which in particular also protects the circuit board
  • the board 01 can also be made by first connecting all layers of the board 01 together. In this case, however, first the magnetic plated-through holes 08 have to be manufactured and only then the electrical plated-through holes 07.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Platine (01) mit mindestens zwei übereinanderliegenden elektrisch leitenden Schichten (02) und mindestens einer dielektrischen Schicht (03), welche zwischen angrenzenden elektrisch leitenden Schichten (02) angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Platine (01) zeichnet sich insbesondere, dadurch aus, dass sie mindestens zwei magnetisch leitende Schichten (05) aufweist, wobei jede magnetisch leitende Schicht (05) zumindest mittelbar angrenzend zu einer elektrisch leitenden Schicht (02) angeordnet ist, und dass sie weiterhin vertikale Ausnehmungen zur Aufnahme von magnetischen Durchkontaktierungen (08) zur gezielten Verbindung der magnetisch leitenden Schichten (05) aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem auch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Platine (01).

Description

Magnetische Platine und Verfahren zu deren Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Platine und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Platinen, auch unter dem Begriff Leiterplatte bekannt, dienen als Träger für elektronische Bauteile. Platinen bestehen aus elektrisch isolierendem Material mit daran haftenden, elektrisch leitenden Verbindungen (Leiterbahnen). Je nach gewünschter bzw. erforderlicher mechanischer, elektrischer bzw. thermischer Stabilität sind Platinen verschiedener Qualitäts- und Preisklassen verfügbar. So können vergleichsweise preiswerte Platinen aus einem Basismaterial aus Epoxidharz und Papier (Materialkennung FR3) genutzt werden. Ebenso können
temperaturbeständigere Platinen aus einem Basismaterial aus Epoxidharz und Glasfasergewebe (Materialkennung FR4) zum Einsatz kommen. Des Weiteren sind flexible Platinen bekannt, welche beispielsweise aus Polyamid bestehen und eine hohe Temperaturbeständigkeit (>300°C) aufweisen. Platinen können auf einer Seite oder beiden Seiten eine leitende Schicht, üblicherweise eine Kupferschicht, tragen. Ebenso sind Multilayer- Platinen bekannt, bei denen zusätzliche elektrisch leitende Schichten zwischen Schichten aus isolierendem Basismaterial angeordnet sind.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Technologien zur Fertigung von Platinen bekannt. Zu nennen wäre u. a. die zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und Chips verwendete Planartechnik, bei der das Halbleitermaterial mittels Diffusion an ausgewählten Bereichen der Oberfläche dotiert wird, so dass planare, der Oberfläche parallele Strukturen entstehen. Zur Herstellung sogenannter Multilayer-Platinen werden mehrere Lagen (Schichten) miteinander verbunden. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Lagen von Multilayer-Platinen werden mit
Durchkontaktierungen, sogenannten VIAs, hergestellt. Durchkontaktierungen werden meist durch innen metallisierte Bohrungen im Trägermaterial der Platine realisiert.
Die elektrischen Leiterstrukturen auf Platinen werden üblicherweise fotochemisch hergestellt, indem ein Fotolack bzw. eine fotoempfindliche Folie entsprechend strukturiert wird. Bei der Fertigung im Nutzen werden mehrere Einzelleiterplatten nebeneinander zu einer großen Leiterplatte angeordnet und so im Verbund
hergestellt. Abschließend wird die Gesamtleiterplatte in Einzelleiterplatten getrennt. Platinen sind vielfältig einsetzbar, so dass nahezu jedes elektronische Gerät ein oder mehrere Platinen enthält.
Die WO 201 1/134955 A2 zeigt eine Wälzlageranordnung mit einem Winkelsensor sowie ein Verfahren zur Montage einer solchen Wälzlageranordnung mit einem Winkelsensor. Der Winkelsensor weist einen Sensorring auf, der drehfest mit dem Außenring verbunden ist, sowie eine Maßverkörperung, die als relativ zur
Rotationsachse des Wälzlagers exzentrischer Metallring ausgebildet ist und drehfest mit dem Innenring verbunden ist. Als metallische Komponente besitzt der Sensorring einen ringförmigen, zur Rotationsachse des Wälzlagers konzentrischen, U-förmigen Schalenkern. Zur Halterung des Schalenkerns sowie des Sensorrings am Außenring dient ein Halteelement aus Kunststoff, welches in einer umlaufenden Nut im
Außenring befestigt ist. Radial außerhalb des Halteelements befindet sich ein
Stützring aus Blech, der an der Stirnseite des Außenrings anschlägt und als
Montagehilfsmittel dient sowie einen mechanischen Schutz des Winkelsensors darstellt. Zwischen der inneren Mantelfläche des Stützrings und dem Halteelement ist ein Ringraum zur Aufnahme des Sensorrings ausgebildet. Der Sensorring weist eine Sendespule auf, die in einer zur Stirnseite des Wälzlagers parallelen Ebene liegt und vollständig innerhalb des U-Profils des Schalenkerns angeordnet ist. Die Sendespule ist als gedruckte Schaltung auf einer Multilayer-Leiterplatte ausgebildet. Mit der Sendespule wirken verschiedene Empfangsspulen zusammen. Jede der
Empfangsspulen ist teilweise innerhalb des U-Profils des Schalenkerns und teilweise außerhalb dieses U-Profils angeordnet. Die Empfangsspulen sind analog der
Sendespule als gedruckte Schaltung ausgeführt. Zwischen Sendespule und
Empfangsspule ist ein Signal über einen magnetischen Kreis übertragbar, wobei die Sendespule innerhalb des U-förmigen Schalenkerns angeordnet ist, der einen Teil des magnetischen Kreises bildet. Über die Maßverkörperung ist eine variable Reluktanz im magnetischen Kreis gegeben. Der als Maßverkörperung fungierende Metallring schließt den magnetischen Kreis zwischen den Schenkeln des U-förmigen
Schalenkerns. Der beschriebene Winkelsensor besteht aus vielen einzelnen
Komponenten, was eine aufwendige Fertigung (unter Einhaltung von engen
Fertigungstoleranzen) als auch eine aufwendige Montage mit sich bringt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Platine zur Verfügung zu stellen, welche neben den üblichen elektrischen Funktionen auch magnetische Funktionen erfüllen kann. Des Weiteren soll auch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Platine zur Verfügung gestellt werden.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient eine Platine gemäß dem
beigefügten Anspruch 1 .
Die erfindungsgemäße Platine umfasst mindestens zwei übereinanderliegende, voneinander beabstandete, elektrisch leitende Schichten und mindestens eine dielektrische Schicht, welche zwischen diesen elektrisch leitenden Schichten angeordnet ist. Erfindungswesentlich ist, dass die Platine darüber hinaus mindestens zwei magnetisch leitende Schichten aufweist, wobei jede magnetisch leitende Schicht zumindest mittelbar angrenzend zu einer elektrisch leitenden Schicht angeordnet ist. Ein weiteres wesentliches Erfindungsmerkmal ist, dass die Platine vertikale
Ausnehmungen zur Aufnahme von magnetischen Durchkontaktierungen zur gezielten Verbindung der magnetisch leitenden Schichten aufweist. Die vorzugsweise strukturierten, magnetisch leitenden Schichten sind dadurch magnetisch punktuell verbunden, wodurch der magnetische Fluss zwischen den magnetischen Schichten gezielt geführt werden kann.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Platine besteht darin, dass sie die Fertigung elektromagnetischer Produkte mit geringem Bauraum, zu geringen Kosten, sowohl in hohen als auch geringen Stückzahlen ermöglicht. Die ausgereiften
Herstellungstechnologien im Bereich der Platinenfertigung lassen sich auf diese Weise mit nur geringem Adaptionsaufwand auch für die Fertigung magnetischer Funktionseinheiten nutzen. Die Kombination von elektrisch leitfähigen Schichten und magnetisch leitfähigen Schichten in einer Platine erlaubt die Fertigung von elektromagnetischen Produkten, wie beispielsweise Sensoren, Motoren und
Generatoren, vollständig innerhalb einer üblichen elektrischen Platinenfertigung.
Hierbei kann auf bekannte und seit langem erprobte Technologien zur Fertigung elektrischer Platinen zurückgegriffen werden, wodurch eine hocheffiziente Produktion möglich ist. Dabei kann immer die gleiche optimierte Technologie und Fertigungslinie genutzt werden. Somit können ohne zusätzliche Investitionen neue Produkte hergestellt werden. Der Weg zum Produkt ist sehr kurz, da er sich im Wesentlichen auf die Konstruktion der Platine reduziert. Dadurch können sowohl große als auch kleine Stückzahlen aufwandsarm hergestellt werden. Prototypen und Großserien sind somit gleichermaßen optimal herstellbar. Die hohen Qualitätsstandards der
herkömmlichen elektrischen Platinenfertigung sind verfügbar. Die Prozesse der Qualitätssicherung (QS) und der Qualitätsprüfung (QP) bleiben für alle Produkte teilweise gleich.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die mechanische, elektrische und thermische Stabilität von Platinen verschiedener Qualitäts- und Preisklassen genutzt werden kann. So können preiswerte Produkte auf Basis preiswerter Platinen aus einem Basismaterial mit der Materialkennung FR3 realisiert werden. Temperaturbeständige Produkte könnten dagegen auf Basis temperaturbeständiger Platinen aus einem Basismaterial, beispielsweise mit der Materialkennung FR4 gefertigt werden. Auf Basis flexibler Platinen können flexible magnetische Strukturen hergestellt werden. Somit werden flexible Motoren und Sensoren möglich. Mit Hilfe der magnetischen Durchkontaktierungen wird eine Verbindung der
magnetisch leitenden Schichten untereinander ermöglicht, wodurch die magnetische Flussleitung gezielt in die dritte Dimension erweitert wird. Die dreidimensionale
Kombination von elektrischer und magnetischer Platine erlaubt neuartige Produkte bei kleinem Bauraum und zu geringen Kosten.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die magnetischen
Durchkontaktierungen ein in die Ausnehmungen eingebrachtes magnetisch leitendes Material. Das magnetisch leitende Material kann beispielsweise ein pastenförmiges Material sein, welches Ferromagnetpulver, wie beispielsweise Eisenpulver oder Ferritpulver verschiedener Legierungen enthält. Pastenförmige Materialien lassen sich gut handhaben und aufwandsarm in die Ausnehmungen zur Herstellung magnetischer Durchkontaktierungen einbringen. Alternativ können jedoch auch Niete, Stifte oder Hülsen aus magnetisch leitendem Material Verwendung finden, welche in die
Ausnehmungen eingebracht und mit der Platine auf geeignete Art und Weise verbunden werden. Die magnetisch leitenden Schichten sind vorzugsweise als äußere Schichten der Platine angeordnet. Es ist jedoch ebenso möglich, Platinen mit einer beliebigen Abfolge magnetischer und elektrischer Schichten aufzubauen. Zur Verbesserung der thermischen Stabilität, kann eine symmetrische Abfolge der verschiedenen Schichten im mehrschichtigen Aufbau zweckmäßig sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bestehen die magnetisch leitenden Schichten aus ferromagnetpulvergefüllten Kunststofffolien oder Blechen. Als Ferromagnetpulver kann beispielsweise Eisenpulver oder Ferritpulver verschiedener Legierungen zum Einsatz kommen. Ferromagnetpulvergefüllte Kunststofffolien eignen sich besonders gut, da sie ähnlich wie FR4-Basismaterial bearbeitet werden können. FR4-
Basismaterial wird häufig bei der elektrischen Platinenfertigung eingesetzt, so dass auf bewährtes Know-how zurückgegriffen werden kann. Darüber hinaus können auch verschiedenste Spezialfolienmaterialien eingesetzt werden, welche beispielsweise magnetflusssammelnde (Mumetall) oder schirmende Eigenschaften haben.
Die elektrisch leitenden, zur Ausbildung einer Leiterstruktur vorzugsweise
strukturierten Schichten sind vorzugsweise über elektrische Durchkontaktierungen miteinander verbunden. Die elektrischen Durchkontaktierungen können
zweckmäßigerweise über metallisierte Wandungen realisiert werden.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform ist zwischen der elektrisch leitenden Schicht und der angrenzenden magnetisch leitenden Schicht eine Hilfsschicht angeordnet, die der elektrischen und/oder magnetischen und/oder thermischen Isolation dient. Die magnetisch leitende Schicht ist dann mittelbar angrenzend zur elektrisch leitenden Schicht angeordnet. Ebenso kann es zweckmäßig sein, an die Außenseiten der Platine eine Deckschicht anzubringen, die insbesondere auch dem Schutz der Platine vor Umwelteinflüssen dient.
Als besonders vorteilhaft haben sich Ausführungsformen erwiesen, bei denen die elektrisch leitenden Schichten mindestens eine Spule ausbilden
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Platine als Nutzen mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Einzelplatinen ausgebildet, wobei die magnetisch leitenden Schichten vollflächig auf dem Nutzen aufgebracht sind.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Platine gemäß dem beigefügten Anspruch 10. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte: Zunächst wird eine mehrlagige Platine hergestellt, welche mindestens zwei voneinander beabstandete, elektrisch leitende Schichten, mindestens eine zwischen diesen angrenzenden elektrisch leitenden Schichten angeordnete dielektrische Schicht sowie mindestens zwei voneinander beabstandete, magnetisch leitende Schichten, welche jeweils angrenzend zu einer der elektrisch leitenden Schichten angeordnet sind, umfasst. Nachfolgend werden erste und zweite Ausnehmungen in die mehrlagige Platine eingebracht Des Weiteren wird in die ersten Ausnehmungen magnetisch leitfähiges Material eingebracht, um auf diese Weise die magnetisch leitfähigen Schichten miteinander zu verbinden. Es erfolgt ein Metallisieren der Wandungen der zweiten Ausnehmungen, wodurch elektrische Durchkontaktierungen erzeugt werden, mittels derer die elektrisch leitenden Schichten miteinander verbunden sind. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die magnetisch leitenden Schichten als äußere Schichten der mehrlagigen Platine angeordnet. Bei dieser Ausführung kann im ersten Schritt die Platine basierend auf einer
herkömmlichen mehrlagigen elektrischen Platine hergestellt werden, bei der zusätzlich als Deck- und Bodenschicht eine magnetisch leitende Schicht, beispielsweise in Form einer ferromagnetpulvergefüllten Kunststofffolie, mit den üblichen Technologien und Materialien befestigt wird. Die magnetisch leitende Schicht kann zum Beispiel auflaminiert werden. Im nächsten Schritt werden die Ausnehmungen und Durchkontaktierungen
eingebracht und ggf. Strukturierungen vorgenommen. Da die zur Realisierung der magnetischen Durchkontaktierungen eingebrachten Ausnehmungen erst nach dem Verbinden der Schichten eingebracht und dann mit magnetisch leitendem Material gefüllt werden, kann ein direkter großflächiger Kontakt zwischen den magnetischen Durchkontaktierungen und den magnetischen Schichten erreicht werden. Hierdurch gibt es keine Kleberschicht zwischen den magnetisch leitenden Schichten und dem magnetisch leitenden Material in den ersten Ausnehmungen. Die Kontaktfläche zwischen dem magnetisch leitenden Material in den ersten Ausnehmungen und den magnetisch leitenden Schichten ist nicht nur kreisförmig sondern zylindrisch und somit stark vergrößert.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform können bei Platinen, welche zwischen den elektrisch leitenden Schichten magnetisch leitende Schichten
aufweisen, die übereinander angeordneten, elektrisch leitenden Schichten zu
Teilpaketen zusammengefasst werden. In die Teilpakete werden anschließend die zur Realisierung der elektrischen Durchkontaktierungen erforderlichen Ausnehmungen eingebracht und deren Wandungen entsprechend metallisiert. Nachfolgend werden die Teilpakete mit den magnetisch leitenden Schichten verbunden. In die entstehende mehrschichtige Platine werden anschließend Ausnehmungen eingebracht, welche mit magnetisch leitendem Material zur Realisierung der magnetischen
Durchkontaktierungen verfüllt werden. Alternativ können zunächst alle Schichten miteinander verbunden werden. In diesem Fall müssen jedoch zuerst die magnetischen Durchkontaktierungen fertig gestellt werden und erst im Anschluss daran die elektrischen Durchkontaktierungen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Platine in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 die erfindungsgemäße Platine in einer zweiten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäße Platine 01 . Die Platine 01 umfasst in diesem Fall drei beabstandet übereinanderliegende, elektrisch leitende Schichten 02. Als Material für die elektrisch leitenden Schichten wird bei Platinen üblicherweise Kupfer eingesetzt. Zwischen zwei elektrisch leitenden
Schichten 02 ist jeweils eine dielektrische Schicht 03 angeordnet. Den beiden äußeren elektrisch leitenden Schichten 02 schließt sich jeweils eine Hilfsschicht 04 an, welche der elektrischen, magnetischen bzw. thermischen Isolation und gleichzeitig der mechanischen Verbindung dient. Den Hilfsschichten 04 folgt jeweils eine magnetisch leitende Schicht 05. Die beiden magnetisch leitenden Schichten 05 bilden bei der gezeigten Ausführungsform die äußeren Schichten, d. h. die Deck- und Bodenschicht der Platine 01 . Mittels der dielektrischen Schichten 03 und der Hilfsschichten 04 sind die einzelnen elektrisch leitenden Schichten 02 und die magnetisch leitenden
Schichten 05 miteinander mechanisch verbunden, was vorzugsweise durch
Klebeverbindungen erfolgt.
Die elektrisch leitenden Schichten 02 sind zur Ausbildung einer Leiterstruktur als strukturierte Schichten ausgeführt. Sie sind über elektrische Durchkontaktierungen 07 miteinander elektrisch verbunden. Zur Herstellung der elektrischen
Durchkontaktierungen 07 werden Ausnehmungen in die Platine 01 eingebracht, deren Wandungen vorzugsweise metallisiert werden. Alternativ können auch Niete, Stifte oder Hülsen aus einem elektrisch leitfähigen Material in die Ausnehmungen eingebracht und mit der Platine 01 mechanisch verbunden werden. Je nach
Verwendungszweck ist die Form und Größe der elektrischen Durchkontaktierungen 07 unterschiedlich. Kleinere elektrische Durchkontaktierungen können beispielsweise gebohrt werden, während größere Durchkontaktierungen vorzugsweise gefräst werden. Die elektrischen Durchkontaktierungen können so gestaltet sein, dass sie Strukturen aller elektrisch leitender Schichten 02 miteinander verbinden. Alternativ können sich die elektrischen Durchkontaktierungen 07 auch nur bis zu einer im Platineninneren befindlichen elektrisch leitenden Schicht 02 erstrecken. Es ist ebenso möglich, dass sich die elektrischen Durchkontaktierungen 07 zwischen elektrisch leitenden Schichten 02 im Platineninneren erstrecken. Die elektrisch leitenden
Schichten 02 bilden vorzugsweise mindestens eine Spule aus.
Die magnetisch leitenden Schichten 05 sind bevorzugt als ferromagnetpulvergefüllte Kunststofffolien oder Bleche ausgeführt. Als Ferromagnetpulver kann zum Bespiel Eisenpulver oder Ferritpulver verschiedener Legierungen zum Einsatz kommen. Die magnetisch leitenden Schichten 05 sind über magnetische Durchkontaktierungen 08 miteinander verbunden. Auf diese Weise wird die magnetische Flussleitung gezielt in die dritte Dimension erweitert. Zum Erzeugen der magnetischen
Durchkontaktierungen 08 werden Ausnehmungen in die Platine 01 eingebracht. Die Ausnehmungen können wiederum gebohrt oder gefräst werden. Diese
Ausnehmungen durchdringen je nach Anwendungsfall alle oder nur einige der Schichten der Platine. In die Ausnehmungen wird magnetisch leitendes Material eingebracht. Das magnetisch leitende Material kann eine Paste sein, welche
Ferromagnetpulver, wie Eisenpulver oder Ferritpulver verschiedener Legierungen enthält. Alternativ können jedoch auch Nieten, Stifte oder Hülsen aus magnetisch leitendem Material zum Einsatz kommen, welche in die Ausnehmungen eingebracht und mit der Platine 01 mechanisch verbunden werden.
Die in Fig. 1 gezeigte Platine 01 weist eine symmetrische Abfolge der verschiedenen Schichten auf, was insbesondere unter dem Aspekt der thermischen Stabilität vorteilhaft ist. Es sind jedoch ebenso Ausführungen möglich, welche keine
symmetrische Abfolge der verschiedenen Schichten verwenden. Zur Herstellung der in Fig. 1 gezeigten Platine 01 kann in einem ersten Schritt die Platine basierend auf einer herkömmlichen mehrlagigen elektrischen Platine hergestellt werden, bei der zusätzlich als Deck- und Bodenschicht eine magnetisch leitende Schicht 05 mit den üblichen Technologien und Materialien befestigt wird. Die magnetisch leitende Schicht 05 kann zum Beispiel auflaminiert werden. Im nächsten Schritt werden die magnetischen Durchkontaktierungen 08 gefertigt, indem
Ausnehmungen mittels Fräsen oder Bohren in die Platine 01 eingebracht werden und anschließend mit magnetisch leitendem Material gefüllt werden.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Platine 01 . Die Platine 01 umfasst dabei vier elektrisch leitende Schichten 02, wobei jeweils zwei mittelbar übereinanderliegende elektrisch leitende Schichten 02 über elektrische Durchkontaktierungen 07 miteinander verbunden sind. Zwischen zwei benachbarten elektrisch leitenden Schichten 02 ist jeweils eine dielektrische Schicht 03 angeordnet. Ein wesentlicher Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführung besteht darin, dass die Platine 01 magnetisch leitende Schichten 05 im Platineninneren aufweist. Die magnetisch leitenden Schichten 05 sind über Hilfsschichten 04 mittelbar angrenzend zu elektrisch leitenden Schichten 02 angeordnet. Jeweils zwei magnetisch leitende Schichten 05 sind über magnetische Durchkontaktierungen 08 gezielt magnetisch miteinander verbunden.
Die Herstellung der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform kann derart erfolgen, dass zunächst zwei Teilpakete gefertigt werden, bestehend aus jeweils zwei elektrisch leitenden Schichten 02, welche mittels einer dielektrischen Schicht 03 mechanisch verbunden sind. In die beiden Teilpakete werden anschließend Ausnehmungen eingebracht, deren Wandungen zur Bildung elektrischer Durchkontaktierungen 07 metallisiert werden. Nachfolgend wird jedes Teilpaket mit jeweils zwei magnetisch leitenden Schichten 05 versehen, mit Hilfe von Hilfsschichten 04. Die magnetisch leitenden Schichten 05 bilden nunmehr die äußeren Schichten der beiden Teilpakete. In die Teilpakete werden anschließend entsprechende Ausnehmungen eingebracht, welche mit magnetisch leitendem Material zur Realisierung der magnetischen Durchkontaktierungen 08 verfüllt werden. Nachfolgend werden die Teilpakete mittels einer Hilfsschicht 04 miteinander mechanisch verbunden.
Die in Fig. 2 gezeigte Platine 01 weist als Deck- und Bodenschicht je eine zusätzliche Hilfsschicht 04 auf, welche insbesondere auch dem Schutz der Platine vor
Umwelteinflüssen dienen.
Alternativ kann die Platine 01 auch gefertigt werden, indem zunächst alle Schichten der Platine 01 miteinander verbunden werden. In diesem Fall müssen jedoch zuerst die magnetischen Durchkontaktierungen 08 gefertigt werden und erst im Anschluss daran die elektrischen Durchkontaktierungen 07.
Bezugszeichenliste
Platine
elektrisch leitende Schicht
dielektrische Schicht
Hilfsschicht
magnetisch leitende Schicht elektrische Durchkontaktierungen
magnetische Durchkontaktierungen

Claims

Patentansprüche
Platine (01) mit mindestens zwei beabstandet übereinanderliegenden, elektrisch leitenden Schichten (02) und mindestens einer dielektrischen Schicht (03), welche zwischen den elektrisch leitenden Schichten (02) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem mindestens zwei voneinander
beabstandete, magnetisch leitende Schichten (05) aufweist, wobei jede magnetisch leitende Schicht (05) zumindest mittelbar angrenzend zu einer elektrisch leitenden Schicht (02) angeordnet ist, und dass sie weiterhin vertikale Ausnehmungen zur Aufnahme von magnetischen Durchkontaktierungen (08) zur gezielten magnetischen Verbindung der magnetisch leitenden Schichten (05) aufweist.
Platine (01) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Durchkontaktierungen (08) ein in die vertikalen Ausnehmungen eingebrachtes magnetisch leitendes Material umfassen.
Platine (01) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie magnetisch leitende Schichten (05) als äußere Schichten aufweist.
Platine (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine symmetrische Abfolge elektrisch leitender Schichten (02), ggf.
isolierender Schichten (03, 04) und magnetisch leitender Schichten (05) aufweist.
Platine (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisch leitenden Schichten (05) aus ferromagnetpulvergefüllten
Kunststofffolien oder Blechen bestehen.
Platine (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisch leitenden Schichten (05) magnetflusssammelnde oder
schirmende Eigenschaften haben. Platine (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie als flexible Platine ausgeführt ist.
Platine (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Schichten (02) mindestens eine Spule ausbilden.
Platine (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Nutzen mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten
Einzelplatinen ausgebildet ist, wobei die magnetisch leitenden Schichten (05) vollflächig auf dem Nutzen aufgebracht sind.
Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Platine (01) umfassend folgende Schritte:
• Bereitstellen einer mehrlagigen Platine umfassend mindestens zwei
voneinander beabstandete, elektrisch leitende Schichten (02), mindestens eine zwischen den angrenzenden elektrischen Schichten (02) angeordnete dielektrische Schicht (03) sowie mindestens zwei magnetisch leitende Schichten (05), welche jeweils zumindest mittelbar angrenzend zu einer der elektrisch leitenden Schichten (02) angeordnet sind;
• Einbringen von ersten und zweiten Ausnehmungen in die mehrlagige Platine;
• Einbringen von magnetisch leitfähigem Material in die ersten Ausnehmungen zur Herstellung magnetischer Verbindungen zwischen den magnetisch leitenden Schichten (05).
• Metallisieren der Wandungen der zweiten Ausnehmungen zur Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen den elektrisch leitenden Schichten (02).
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