WO2018195568A1 - Verfahren zur herstellung zumindest einer elektrisch leitenden verbindung in einem schaltungsträger und ein nach diesem verfahren hergestellter schaltungsträger - Google Patents

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bore
base layer
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Erik EDLINGER
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing at least one electrically conductive connection in a circuit carrier which has an aluminum base layer, an insulating layer arranged above it and a conductor track structure arranged on the insulating layer, wherein the electrically conductive connection is established between the aluminum base layer and at least one track of the track structure becomes.
  • the invention relates to a circuit carrier comprising an aluminum base layer, an insulating layer disposed above and arranged on the insulating layer
  • Aluminum base layer and a conductor track of the conductor track structure is provided.
  • IMS Insulated Metal Substrate
  • the dielectric is present in IMS printed circuit boards
  • Aluminum substrate is a continuous barrier between the substrate and the wiring pattern, which can not be structured or selectively broken in the context of PCB production.
  • the thickness of the substrate-aluminum layer is, for example, 0.8 to 1.6 mm, that of the dielectric
  • Insulating example 35-100 ⁇ and those of the interconnect layer of copper 35 to 105 ⁇ .
  • the numerical values mentioned are merely intended to give an idea of the layer thicknesses and can also have significantly different values depending on the application.
  • the exposed substrate is then re-insulated.
  • Deep milling is also known when machining IMS circuit boards, but there are no traces in the milling area and therefore no contact, so that no electrical contacting is possible there.
  • Aluminum substrate can not be galvanically connected to the conductor pattern on the top. This can lead to unacceptable EMC behavior in more complex circuits lead, as between the interconnects and the aluminum base, the substrate, a capacitive coupling can form and thus spurious signals can propagate uncontrollably across the substrate.
  • the shortest conductor track with equally short ground loops is to be preferred here.
  • Dielectric blind holes drilled and then electrochemically filled with copper and connected to the wiring pattern.
  • Insulating layer interspersed and reaches at least up to the aluminum base layer and for the production the at least one electrically conductive connection, this bore is filled with an electrically conductive material, which is then subjected to a solidification process.
  • the field of application of IMS printed circuit boards with an aluminum substrate can be extended to EMC technically difficult systems out, the solution of the invention compared to IMS circuit boards is cheaper with a copper substrate.
  • the solution can also be used flexibly, especially since the substrate can be used as an additional ground connection and it can be easily integrated into an existing PCB procurement and SMT process (surface mount)
  • the electrically conductive substance is subjected to a solidification process after application.
  • a suitable variant provides that the electrically conductive material is flowable before filling.
  • the bore extends to the aluminum base layer.
  • Aluminum base layer extends and is carried out therethrough.
  • the bore extends into the aluminum base layer and is made in this as a blind hole.
  • the circuit carrier according to the invention can be produced particularly economically if the filling of the at least one bore with an electrically conductive substance and the solidification of the substance takes place in the course of an SM D assembly process.
  • the invention provides for solving the problem, a circuit substrate of the type mentioned above, in which according to the invention, at least one bore is provided which passes through the conductor track and the insulating layer and extends at least up to the aluminum base layer, wherein for producing the at least one electrically conductive Connection this hole is filled with an electrically conductive material.
  • the electrically conductive material is a silver conductive adhesive.
  • the electrically conductive substance is a printable conductive ink.
  • Aluminum base layer extends through this.
  • the bore extends to the aluminum base layer.
  • the bore extends into the aluminum base layer and terminates therein as a blind hole.
  • Fig. 1 is a sectional side view of a schematically illustrated circuit carrier according to the invention with an electronic component arranged thereon and three
  • FIG. 2a and 2b show a plan view of a circuit carrier with an electronic component arranged thereon, FIG. 2a showing a circuit carrier without substrate contacting, and FIG. 2b a circuit carrier having a substrate contacting according to the invention, and FIG
  • Fig. 3a and 3b each in a sectional side view of the possible, symbolically plotted history of electromagnetic interference in a circuit carrier with an arranged thereon, such interference causing electronic component, where Fig. 3a shows the disturbance course in a circuit substrate without SubstratMapierung and Fig. 3b in a circuit carrier with a SubstratMap ist according to the invention show.
  • electronic component is to be understood to include all components that may be in electrical connection with tracks, such as chips that include integrated circuits, digital or analog processors, but also simpler components, such as LEDs, resistors, and the like more.
  • printed circuit board is not only intended to denote a narrow, line-like section of the printed conductor structure, but may also be a larger-area section of the printed conductor structure.Furthermore, in the context of the present description of the invention, this term may also include screen wires or shielding plates which adhere to the top of the
  • Circuit carrier i. lie on the side facing away from the aluminum base layer side.
  • Fig. 1 shows a circuit carrier 1, which has an aluminum base layer 2, which may also be referred to as a substrate. Over the aluminum base layer 2, an insulating layer 3 is arranged, which consists for example of ceramic-filled, dielectric materials and on the insulating layer 3 is a conductor track structure 4, which consists generally of copper. Circuit boards of this type are known and are often referred to as IMS circuit boards. They are used, for example, as circuit carriers for high-power LEDs which are used in
  • Motor vehicle headlamps wherein the base layer of aluminum, the substrate consists, which is on the one hand mechanical support and on the other hand absorb and dissipate the resulting heat loss.
  • the solution according to the invention provides that at least one bore is produced, which passes through a conductor track section and the insulating layer 3 and extends at least as far as the aluminum base layer 2 and this bore is filled with an electrically conductive substance, which is then subjected to a solidification process.
  • a first bore 5a which passes through a conductor 4a and the underlying insulating layer 3 and ends at the aluminum base layer 2, can be seen.
  • the hole or the holes can already be made by the manufacturer of an IMS circuit board or by a user in the course of the assembly process or before.
  • the holes required for the invention can be made either by laser drilling or by mechanical drilling, with the drilling method depending on the type of hole.
  • the first bore 5a in the example shown on the left in Fig. 1 is in fact a so-called "lasering", i.e. no drilling in the true sense of the word
  • Dielectric can detect underneath. At the location of the bore 5a, the laser then removes the Dielectric and leaves a trapezoidal bore.
  • the term "bore” as used herein is therefore intended to mean mechanical processing or laser machining or any other
  • the bore is filled, for example, with a silver conductive adhesive, which also adheres to the surface of the aluminum base layer 2.
  • the adhesive is cured, for example in the course of the assembly process and there remains an electrically conductive compound 6a, which has the shape of half a rivet in the example shown.
  • An example of a suitable, commercially available silver conductive adhesive is the IDA-125 adhesive from Inkron Oy. In principle, however, comes a variety of conductive materials in question, including electrically conductive inks, conductive
  • Granules which form the compound 6a after introduction into the bore and heating and melting together.
  • the electrically conductive substance is subjected after application to one of the known solidification processes.
  • FIG. 1 A variant of the invention can also be seen in Fig. 1, wherein in the drawing to the right of an electronic component 7, in a known manner, e.g. by means of an SM D method, is soldered onto the conductor track structure 4, a bore 5b is formed, which passes through a conductor 4b and the underlying insulating layer 3 and as a blind hole in the
  • Aluminum base layer 2 extends and ends in this.
  • an electrically conductive connection 6b is generated in the manner described above. This and the variant described below is especially recommended if the connection should also lead to higher currents.
  • a further variant of the invention is shown on the far right in FIG.
  • the bore 5c is thus open at the bottom.
  • the bore 5 c is filled in the manner described above with an electrically conductive material to provide an electrically conductive connection 6 c between the conductor 4 c and the aluminum base layer 2.
  • the second and third bores from the left side of Fig. 1, i. the holes 5b and 5c are machined holes, the second hole from the left side
  • Typical and useful diameters of these holes are between 100 and 1000 ⁇ (microns).
  • Standard diameter for mechanical drilling is at 350 ⁇ , in laser drilling this is individual, because almost arbitrarily expandable.
  • aluminum base layer 2 may be useful as a power supply, but a particularly important application is to derive and reduce electromagnetic interference caused by a device on the circuit carrier, as will be illustrated below.
  • FIG. 2a and Fig. 2b a circuit substrate 1 of the subject type is shown with an electronic component 7 disposed thereon, which has a number of electrical connections 8, which are not specially shielded for themselves.
  • Disturbances generated in the component 7 are radiated as electromagnetic waves, which is indicated by symbolically drawn field lines 9.
  • the radiated disturbances can be considerably reduced if one or more interconnects, if appropriate also shielding wires or shielding plates, are connected to the aluminum base via an electrically conductive connection according to the invention.
  • FIGS. 2a and 2b shows the circuit carrier without electrically conductive connections with the aluminum base and on the right FIG. 2b the circuit carrier with electrically conductive connections with the aluminum base.
  • FIG. 2b for example, two electrically conductive connections 6c are shown.
  • FIGS. 3 a and 3 b the effect of the substrate contacting is again illustrated in a view as in FIG. 1, analogously to FIGS. 2 a and 2 b, wherein the reference symbols used correspond to those shown in FIGS. 1 and 2 a, 2 b correspond.
  • FIGS. 1 and 2 a, 2 b correspond.
  • FIGS. 2a and 3a or 2b and 3b are juxtaposed.
  • the field of application of IMS printed circuit boards with an aluminum substrate - aluminum-based - can also be extended to EMC technically difficult systems out, all Advantages of the aluminum base, eg low weight with good conductivity and high mecha strength as well as favorable procurement costs are maintained.

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung zumindest einer elektrisch leitenden Verbindung (6a, 6b, 6c) in einem Schaltungsträger (1), der eine Aluminiumbasisschicht (2), eine darüber angeordnete Isolierschicht (3) sowie eine auf der Isolierschicht angeordnete Leiterbahnstruktur (4) aufweist, wobei die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Aluminiumbasisschicht und zumindest einer Leiterbahn (4a, 4b, 4c) der Leiterbahnstruktur (4) hergestellt wird, wobei zumindest eine Bohrung (5a, 5b, 5c) hergestellt wird, welche die Leiterbahn (4a, 4b, 4c) und die Isolierschicht (3) durchsetzt und zumindest bis zu der Aluminiumbasisschicht (2) reicht und zur Herstellung der zumindest einen elektrisch leitenden Verbindung (6a, 6b, 6c) diese Bohrung mit einem elektrisch leitfähigen Stoff gefüllt wird, welcher daraufhin einem Verfestigungsprozess unterworfen wird, sowie ein dementsprechend ausgebildeter Schaltungsträger.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG ZUMINDEST EINER ELEKTRISCH LEITENDEN VERBINDUNG IN EINEM
SCHALTUNGSTRÄGER UND EIN NACH DIESEM VERFAHREN HERGESTELLTER SCHALTUNGSTRÄGER
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung zumindest einer elektrisch leitenden Verbindung in einem Schaltungsträger, der eine Aluminiumbasisschicht, eine darüber angeordnete Isolierschicht sowie eine auf der Isolierschicht angeordnete Leiterbahnstruktur aufweist, wobei die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Aluminiumbasisschicht und zumindest einer Leiterbahn der Leiterbahnstruktur hergestellt wird.
Ebenso bezieht sich die Erfindung auf einen Schaltungsträger umfassend eine Aluminiumbasisschicht, eine darüber angeordnete Isolierschicht sowie eine auf der Isolierschicht angeordnete
Leiterbahnstruktur, wobei zumindest eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der
Aluminiumbasisschicht und einer Leiterbahn der Leiterbahnstruktur vorgesehen ist.
Als Schaltungsträger dieser Art sind beispielsweise sogenannte IMS-Leiterplatten (IMS = Insulated Metal Substrate) bekannt, die bei einseitigen Ausführungen aus einem Substrat, meist ein
Aluminium- oder Kupferblech, einer durchgehenden Isolationsschicht und darauf einer Kupferschicht bestehen, in der bei der Leiterplattenherstellung das Leiterbahnbild eingearbeitet wird,
üblicherweise nasschemisch geätzt. Das Dielektrikum stellt bei IMS-Leiterplatten mit
Aluminiumsubstrat eine durchgehende Barriere zwischen Substrat und Leiterbahnbild dar, die im Rahmen der PCB-Fertigung nicht strukturiert oder gezielt durchbrochen werden kann. Die Dicke der Substrat-Aluminiumschicht beträgt beispielsweise 0,8 bis 1,6mm, jene der dielektrischen
Isolierschicht beispielsweise 35-100 μηι und jene der Leiterbahnenschicht aus Kupfer 35 bis 105 μηι. Die genannten Zahlenwerte sollen lediglich eine Vorstellung über die Schichtdicken geben und können je nach Anwendungsfall auch erheblich andere Werte aufweisen.
Für doppelseitige IMS-Leiterplatten sind Sonderprozesse bekannt, bei denen Vias durch das
Dielektrikum und das Substrat gebohrt werden. Das freigelegte Substrat wird daraufhin wieder nachisoliert. Bei der Bearbeitung von IMS-Leiterplatten ist auch das Tiefenfräsen bekannt, jedoch liegen im Fräsbereich keine Leiterbahnen vor und damit auch keine Kontaktierung, sodass dort keine elektrische Kontaktierung möglich ist.
Ein der Erfindung zugrunde liegendes Problem liegt darin, dass das elektrisch leitende
Aluminiumsubstrat nicht galvanisch mit dem Leiterbahnbild auf der Oberseite verbunden werden kann. Dies kann bei komplexeren Schaltungen in weiter Folge zu einem inakzeptablen EMV-Verhalten führen, da sich zwischen den Leiterbahnen und der Aluminiumbasis, dem Substrat, eine kapazitive Kopplung ausbilden kann und sich somit Störsignale unkontrolliert über das Substrat ausbreiten können. Eine möglichst kurze Leiterbahnführung mit ebenso kurzen Masseschleifen ist hier zu bevorzugen.
Nach dem Stand der Technik kann eine Substratkontaktierung am Rand des Schaltungsträgers erfolgen. Dabei wird das IMS-Substrat, die Basis, am Rand der IMS-Leiterplatte mittels Federn oder Klemmvorrichtungen kontaktiert. EMV-technisch ist eine solche Kontaktierung lediglich am Rand in den meisten Fällen allerdings nicht ausreichend, da der Verbindungspunkt oft zu weit von einer Störquelle entfernt liegt.
Bekannt ist weiters eine Technologie für IMS-Leiterplatte mit einem Kupfersubstrat, bei welcher das Kupfersubstrat an manchen Stellen durch die Ebene des Dielektrikums stößt und mit dem
Leiterbahnbild abschließt, wobei es bei manchen Herstellungsverfahren auf diese Weise auch mit den Leiterbahnen verbunden wird. Diese Technologie ist jedoch teuer und nur bei Kupfersubstraten anwendbar.
Gleichfalls nur bei Kupfersubstraten anwendbar ist ein Verfahren, bei welchem durch das
Dielektrikum Sacklöcher gebohrt und sodann elektrochemisch mit Kupfer aufgefüllt und mit dem Leiterbahnbild verbunden werden.
Die beiden letztgenannten Verfahren benötigen eine Kupferbasis, da zum Anbinden der Leiterbahnen elektrochemische Kompatibilität mit Kupfer erforderlich ist. Allerdings ist Kupfer vom Gewicht her schwerer als Aluminium, zeigt größere Anfälligkeit gegenüber Korrosion und hat weitere Nachteile gegenüber Aluminium, nicht zuletzt den weit höheren Rohstoffpreis. Daher sind IMS-Leiterplatten mit einer Kupferbasis vor allem bei gewichts- und preisoptimierten Baugruppen nicht das Mittel der Wahl. Aluminium und Kupfer können zum derzeitigen Zeitpunkt nasschemisch/elektrolytisch nicht oder nur mit sehr großem Aufwand miteinander verbunden werden.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, auch bei einem Schaltungsträger der beschriebenen Art mit einer Aluminiumbasis auf kostengünstige Art eine elektrisch leitende Verbindung bzw. mehrere leitende Verbindungen zwischen der Aluminiumbasis und der Leiterbahnstruktur zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß zumindest eine Bohrung hergestellt wird, welche die Leiterbahn und die
Isolierschicht durchsetzt und zumindest bis zu der Aluminiumbasisschicht reicht und zur Herstellung der zumindest einen elektrisch leitenden Verbindung diese Bohrung mit einem elektrisch leitfähigen Stoff gefüllt wird, welcher daraufhin einem Verfestigungsprozess unterworfen wird.
Dank der Erfindung kann das Anwendungsgebiet von IMS- Leiterplatten mit einem Aluminiumsubstrat zu EMV-technisch schwierigen Systemen hin erweitert werden, wobei die erfindungsgemäße Lösung im Vergleich zu IMS-Leiterplatten mit einem Kupfersubstrat kostengünstiger ist. Die Lösung ist auch flexibel einsetzbar, zumal das Substrat als zusätzliche Masseverbindung genutzt werden kann und sie ist problemlos in einen bestehenden PCB-Beschaffungs- und SMT-Prozess (Surface Mount
Technology) integrierbar.
Es ist vorteilhaft, wenn der elektrisch leitfähige Stoff nach Applikation einem Verfestigungsprozess unterworfen wird.
Eine zweckmäßige Variante sieht vor, dass der elektrisch leitfähige Stoff vor dem Befüllen fließfähig ist.
Vorteilhaft ist es, wenn als elektrisch leitfähiger Stoff ein Silberleitkleber verwendet wird, da viele Kleber sowohl mit Aluminium als auch mit Kupfer chemisch kompatibel sind.
Andererseits kann es für eine kostengünstige Herstellung zweckdienlich sein, wenn als elektrisch leitfähiger Stoff eine druckbare leitfähige Tinte verwendet wird.
In vielen Fällen ist es hinreichend, wenn die Bohrung bis zu der Aluminiumbasisschicht reicht.
Im Sinne einer einfachen Herstellung kann es vorteilhaft sein, wenn die Bohrung in die
Aluminiumbasisschicht reicht und durch diese hindurch durch ausgeführt wird.
In bestimmten Fällen ist es vorzuziehen, dass die Bohrung in die Aluminiumbasisschicht reicht und in dieser als Sacklochbohrung hergestellt wird.
Der Schaltungsträger nach der Erfindung kann besonders ökonomisch hergestellt werden, falls das Füllen der zumindest einen Bohrung mit einem elektrisch leitfähigen Stoff und das Verfestigen des Stoffes im Zuge eines SM D-Bestückungsprozesses erfolgt.
Die Erfindung sieht zur Lösung der Aufgabe auch einen Schaltungsträger der oben erwähnten Art vor, bei welchem gemäß der Erfindung zumindest eine Bohrung vorgesehen ist, welche die Leiterbahn und die Isolierschicht durchsetzt und zumindest bis zu der Aluminiumbasisschicht reicht, wobei zur Herstellung der zumindest einen elektrisch leitenden Verbindung diese Bohrung mit einem elektrisch leitfähigen Stoff gefüllt ist. Eine zweckmäßige Variante sieht vor, dass der elektrisch leitfähige Stoff ein Silberleitkleber ist.
Vorteilhaft ist es, wenn der elektrisch leitfähige Stoff eine druckbare leitfähige Tinte ist.
Im Sinne einer einfachen Herstellung kann es vorteilhaft sein, wenn die Bohrung, die in die
Aluminiumbasisschicht reicht, durch diese hindurch verläuft.
In vielen Fällen ist es hinreichend, wenn die Bohrung bis zu der Aluminiumbasisschicht reicht.
In bestimmten Fällen ist es vorzuziehen, dass die Bohrung in die Aluminiumbasisschicht reicht und in dieser als Sackloch endet.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen
Fig. 1 einen Schnitt von der Seite gesehen durch einen schematisch dargestellten Schaltungsträger nach der Erfindung mit einem darauf angeordneten elektronischen Bauteil und drei
unterschiedlichen Substratkontaktierungen,
Fig. 2a und 2b eine Draufsicht auf einen Schaltungsträger mit einem darauf angeordneten elektronischen Bauteil, wobei Fig. 2a einen Schaltungsträger ohne Substratkontaktierung und Fig. 2b einen Schaltungsträger mit einer Substratkontaktierung nach der Erfindung zeigen, und
Fig. 3a und 3b je in geschnittener Seitenansicht den möglichen, symbolisch eingezeichneten Verlauf elektromagnetischer Störungen bei einem Schaltungsträger mit einem darauf angeordneten, solche Störungen verursachenden elektronischen Bauteil, wobei Fig. 3a den Störungsverlauf bei einem Schaltungsträger ohne Substratkontaktierung und Fig. 3b bei einem Schaltungsträger mit einer Substratkontaktierung nach der Erfindung zeigen.
In den folgenden Figuren werden zur Vereinfachung für gleiche oder vergleichbare Element gleiche Bezugszeichen verwendet.
Die Bezeichnung„elektronischer Bauteil" ist dahingehend zu verstehen, dass er sämtliche Bauteile umfassen soll, die mit Leiterbahnen in elektrischer Verbindung stehen können, wie Chips, die integrierte Schaltungen beinhalten, digitale oder analoge Prozessoren aber auch einfachere Bauelemente, wie LEDs, Widerstände und dgl. mehr.
Begriffe hinsichtlich des Ortes oder einer Orientierung, wie beispielsweise„oben",„unten",„vorne", „darunter",„darüber" etc. werden in der Beschreibung lediglich zur Vereinfachung gewählt und beziehen sich möglicherweise auf die Darstellung in der Zeichnung nicht jedoch notwendigerweise auf eine Gebrauchs- oder Einbaulage.
Der Begriff„Leiterbahn" soll nicht nur einen schmalen, linienartigen Abschnitt der Leiterbahnstruktur bezeichnen, vielmehr kann es sich auch um einen großflächigeren Abschnitt der Leiterbahnstruktur handeln. Weiters kann dieser Begriff im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung der Erfindung auch Schirmdrähte oder Schirmbleche umfassen, die an der Oberseite des
Schaltungsträgers, d.h. an der von der Aluminiumbasisschicht abgewandten Seite liegen.
Fig. 1 zeigt einen Schaltungsträger 1, der eine Aluminiumbasisschicht 2 aufweist, die auch als Substrat bezeichnet werden kann. Über der Aluminiumbasisschicht 2 ist eine Isolierschicht 3 angeordnet, die beispielsweise aus keramikgefüllten, dielektrischen Materialien besteht und auf der der Isolierschicht 3 befindet sich eine Leiterbahnstruktur 4, die im Allgemeinen aus Kupfer besteht. Schaltungsträger dieser Art sind bekannt und werden oft als IMS-Leiterplatten bezeichnet. Sie werden beispielsweise als Schaltungsträger für Hochleistungs-LEDs verwendet, die in
Kraftfahrzeugscheinwerfern zum Einsatz kommen, wobei die Basisschicht aus Aluminium, dem Substrat, besteht, welche einerseits mechanischer Träger ist und andererseits die entstehende Verlustwärme aufnehmen und abführen soll.
Wie bereits eingangs dargelegt, ist es in vielen Fällen wünschenswert, eine elektrische Verbindung zwischen zumindest einer Leiterbahn der Leiterbahnstruktur 4 und der Aluminiumbasisschicht 2 herzustellen. Die erfindungsgemäße Lösung sieht dazu vor, dass zumindest eine Bohrung hergestellt wird, welche einen Leiterbahnabschnitt und die Isolierschicht 3 durchsetzt und zumindest bis zu der Aluminiumbasisschicht 2 reicht und diese Bohrung mit einem elektrisch leitfähigen Stoff gefüllt wird, welcher daraufhin einem Verfestigungsprozess unterworfen wird.
In Fig. 1 ist die Erfindung beispielsweise an Hand von drei Bohrungen erläutert. Links in Fig. 1 erkennt man eine erste Bohrung 5a, welche eine Leiterbahn 4a und die darunter liegende Isolierschicht 3 durchsetzt und an der Aluminiumbasisschicht 2 endet. Die Bohrung bzw. die Bohrungen können bereits beim Hersteller einer IMS-Leiterplatte ausgeführt werden oder aber bei einem Anwender im Zuge des Bestückungsprozesses bzw. davor. Die für die Erfindung benötigten Bohrungen können entweder durch Laserbohren oder durch mechanisches Bohren hergestellt werden, wobei das Bohrverfahren von der Art der Bohrung abhängt. Die erste Bohrung 5a in dem in Fig. 1, links gezeigten Beispiel ist tatsächlich eine sogenannte„Laserung", d.h. keine Bohrung im eigentlichen Sinn. Die Leiterbahn hat an der zu bohrenden Stelle eine Ausnehmung, durch die man das
Dielektrikum darunter erkennen kann. An der Stelle der Bohrung 5a entfernt der Laser daraufhin das Dielektrikum und hinterlässt eine trapezförmige Bohrung. Der hier verwendete Begriff„Bohrung" soll demnach eine mechanische Bearbeitung oder eine Laserbearbeitung oder auch jede andere
Bearbeitung umfassen, welche die Herstellung von für die Erfindung nutzbaren Hohlräumen gestattet.
Die Bohrung wird beispielsweise mit einem Silberleitkleber gefüllt, der auch auf der Oberfläche der Aluminiumbasisschicht 2 haftet. Der Kleber wird beispielsweise im Zuge des Bestückungsvorganges ausgehärtet und es verbleibt ein elektrisch leitende Verbindung 6a, welche in dem gezeigten Beispiel die Form einer halben Niete aufweist. Ein Beispiel für einen geeigneten, im Handel erhältlichen Silberleitkleber ist der Kleber IDA-125 der Firma Inkron Oy. Prinzipiell kommt jedoch eine Vielzahl von leitfähigen Stoffen in Frage, unter anderem auch elektrisch leitfähige Tinten, leitfähige
Granulate, welche nach Einbringen in die Bohrung und Erwärmen und Zusammenschmelzen die Verbindung 6a bilden. Ganz allgemein ist es zweckmäßig, wenn der elektrisch leitfähige Stoff nach Applikation einem der bekannten Verfestigungsprozesse unterworfen wird.
Eine Variante der Erfindung erkennt man gleichfalls in Fig. 1, wobei in der Zeichnung rechts von einem elektronischen Bauteil 7, der in bekannter Weise, z.B. mittels eines SM D-Verfahrens, auf der Leiterbahnstruktur 4 aufgelötet ist, eine Bohrung 5b ausgebildet ist, welche eine Leiterbahn 4b und die darunter liegende Isolierschicht 3 durchsetzt und als Sacklochbohrung in die
Aluminiumbasisschicht 2 reicht und in dieser endet. In dieser Bohrung 5b wird in der oben beschrieben Art und Weise eine elektrisch leitende Verbindung 6b erzeugt. Diese und die weiter unten beschrieben Variante ist vor allem dann empfehlenswert, wenn die Verbindung auch höhere Ströme führen soll.
Eine weitere Variante der Erfindung ist ganz rechts in Fig. 1 dargestellt. Hier verläuft eine Bohrung 5c durch eine Leiterbahn 4c, durch die darunter liegende Isolierschicht 3 und vollständig durch die Aluminiumbasisschicht 2. Die Bohrung 5c ist somit nach unten hin offen. Auch hier wird die Bohrung 5c in der oben beschriebenen Weise mit einem elektrisch leitfähigen Stoff gefüllt, um eine elektrisch leitende Verbindung 6c zwischen der Leiterbahn 4c und der Aluminiumbasisschicht 2 zu schaffen.
Die zweite und dritte Bohrung von der linken Seite der Fig. 1, d.h. die Bohrungen 5b und 5c sind mechanische hergestellte Bohrungen, wobei die zweite Bohrung von der linken Seite die
aufwändiger herzustellende der beiden mechanischen Bohrungen ist. Typische und sinnvolle Durchmesser dieser Bohrungen liegen zwischen 100 und 1000 μηη (Mikrometer). Der
Standarddurchmesser bei mechanischen Bohrungen liegt bei 350 μηι, bei Laserbohrungen ist dieser individuell, da nahezu beliebig erweiterbar. Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zumindest einer Leiterbahn und der
Aluminiumbasisschicht 2 kann beispielsweise als Stromzuführung sinnvoll sein, eine besonders wichtige Anwendung ist jedoch das Ableiten und Verringern elektromagnetischer Störungen, die von einem Bauteil auf dem Schaltungsträger verursacht werden, was im Folgenden veranschaulicht werden soll.
In Fig. 2a bzw. Fig. 2b ist ein Schaltungsträger 1 der gegenständlichen Art mit einem darauf angeordneten elektronischen Bauteil 7 gezeigt, der eine Anzahl elektrischer Anschlüsse 8 aufweist, die für sich nicht besonders geschirmt sind. In dem Bauteil 7 erzeugte Störungen werden als elektromagnetische Wellen abgestrahlt, was durch symbolisch gezeichnete Feldlinien 9 angedeutet ist. Die abgestrahlten Störungen können beträchtlich verringert werden, falls ein oder mehrere Leiterbahnen, gegebenenfalls auch Schirmdrähte oder Schirmbleche, über eine elektrisch leitende Verbindung gemäß der Erfindung mit der Aluminiumbasis verbunden werden. Dies ist wiederum nur symbolisch in den Fig. 2a und 2b dargestellt, wobei links Fig. 2a den Schaltungsträger ohne elektrisch leitende Verbindungen mit der Aluminiumbasis und rechts Fig. 2b den Schaltungsträger mit elektrisch leitende Verbindungen mit der Aluminiumbasis zeigt. In Fig. 2b sind beispielsweise zwei elektrisch leitende Verbindungen 6c eingezeichnet.
In den Darstellungen der Fig. 3a und 3b wird - analog zu den Fig. 2a und 2b - in einer Ansicht wie in Fig. 1 nochmals die Wirkung der Substratkontaktierung veranschaulicht, wobei die verwendeten Bezugszeichen den in den Fig. 1 bzw. 2a, 2b entsprechen. Man erkennt hier deutlich eine
Konzentration des Feldlinienverlaufs der Störung in Richtung der Aluminiumbasis. Die Ursache liegt eben darin, dass eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Masse und dem Substrat hergestellt wird. Dadurch können Störungen sofort abgeleitet und gar nicht erst ausgekoppelt werden, dies ist im Gegensatz zu Abschirmblechen, welche nur die entstandene EMV - Störung abschirmen und daher zurückhalten, zu bevorzugen. Zur besseren Veranschaulichung der Wirkung einer elektrisch leitenden Verbindung gemäß der Erfindung sind je die Fig. 2a und 3a bzw. 2b und 3b nebeneinander gestellt.
Günstige Verfahren zum Befüllen der Bohrungen sind Sieb- bzw. Schablonendruckverfahren und Jetdispensen. Die Kleberviskosität wird an die Lochgröße der Bohrung angepasst, um ein
Wiederauslaufen des Klebers beispielsweise aus der dritten Bohrung 5c von der linken Seite der Fig. 1 zu vermeiden.
Dank der Erfindung kann das Anwendungsgebiet von IMS-Leiterplatten mit einem Aluminiumsubstrat - Aluminiumbasis - auch zu EMV-technisch schwierigen Systemen hin erweitert werden, wobei alle Vorteile der Aluminiumbasis, z.B. geringes Gewicht bei guter Leitfähigkeit und hoher mecha Festigkeit sowie günstige Beschaffungskosten erhalten bleiben.
Liste der Bezugszeichen
1 Schaltungsträger
2 Aluminiumbasisschicht
3 Isolierschicht
4 Leiterbahnstruktur
4a,b,c Leiterbahn
5a,b,c Bohrung
6a,b,c leitende Verbindung
7 Bauteil
8 Anschlüsse
9 Feldlinien

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung zumindest einer elektrisch leitenden Verbindung (6a, 6b, 6c) in einem Schaltungsträger (1), der eine Aluminiumbasisschicht (2), eine darüber angeordnete Isolierschicht (3) sowie eine auf der Isolierschicht angeordnete Leiterbahnstruktur (4) aufweist, wobei die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Aluminiumbasisschicht und zumindest einer Leiterbahn (4a, 4b, 4c) der Leiterbahnstruktur (4) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Bohrung (5a, 5b, 5c) hergestellt wird, welche die Leiterbahn (4a, 4b, 4c) und die Isolierschicht (3) durchsetzt und zumindest bis zu der Aluminiumbasisschicht (2) reicht und zur Herstellung der zumindest einen elektrisch leitenden Verbindung (6a, 6b, 6c) diese Bohrung mit einem elektrisch leitfähigen Stoff gefüllt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Stoff nach Applikation einem Verfestigungsprozess unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Stoff vor dem Einfüllen fließfähig ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähiger Stoff ein Silberleitkleber verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähiger Stoff eine druckbare leitfähige Tinte verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5a) bis zu der Aluminiumbasisschicht (2) reicht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5c) in die Aluminiumbasisschicht (2) reicht und durch diese hindurch ausgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5b) in die Aluminiumbasisschicht (2) reicht und in dieser als Sacklochbohrung hergestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllen der zumindest einen Bohrung (5a, 5b, 5c) mit einem elektrisch leitfähigen Stoff und das Verfestigen des Stoffes im Zuge eines SMD-Bestückungsprozesses erfolgt.
10. Schaltungsträger (1) umfassend eine Aluminiumbasisschicht (2), eine darüber angeordnete Isolierschicht sowie eine auf der Isolierschicht angeordnete Leiterbahnstruktur (4), wobei zumindest eine elektrisch leitende Verbindung (6a, 6b, 6c) zwischen der Aluminiumbasisschicht und einer Leiterbahn (4a, 4b, 4c) der Leiterbahnstruktur vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Bohrung (5a, 5b, 5c) vorgesehen ist, welche die Leiterbahn (4a, 4b, 4c) und die Isolierschicht (3) durchsetzt und zumindest bis zu der Aluminiumbasisschicht (2) reicht, wobei und zur Herstellung der zumindest einen elektrisch leitenden Verbindung (6a, 6b, 6c) diese Bohrung mit einem elektrisch leitfähigen Stoff gefüllt ist.
11. Schaltungsträger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Stoff ein Silberleitkleber ist.
12. Schaltungsträger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Stoff eine druckbare leitfähige Tinte ist.
13. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5a) bis zu der Aluminiumbasisschicht (2) reicht.
14. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5c) in die Aluminiumbasisschicht (2) reicht und durch diese hindurch verläuft.
15. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5b) in die Aluminiumbasisschicht (2) reicht und in dieser als Sackloch endet.
PCT/AT2018/000028 2017-04-26 2018-04-19 Verfahren zur herstellung zumindest einer elektrisch leitenden verbindung in einem schaltungsträger und ein nach diesem verfahren hergestellter schaltungsträger WO2018195568A1 (de)

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