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Verfahren zur Verstärkung von Luftbrücken-Schaltungen - Dokument DE69920144T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69920144T2 03.02.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001006765
Titel Verfahren zur Verstärkung von Luftbrücken-Schaltungen
Anmelder Ford Motor Co., Dearborn, Mich., US
Erfinder Goenka, Lakhi Nandlal, Ann Arbor, Michigan 48103, US;
Paruchuri, Mohan R., Canton, Michigan, 48187, US
Vertreter Drömer, H., Dipl.-Phys. Dr.-Ing., Pat.-Ass., 51429 Bergisch Gladbach
DE-Aktenzeichen 69920144
Vertragsstaaten DE, ES, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.12.1999
EP-Aktenzeichen 993096544
EP-Offenlegungsdatum 07.06.2000
EP date of grant 15.09.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.02.2005
IPC-Hauptklasse H05K 3/46

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Mehrschichtleiterplatten und insbesondere Mehrschichtleiterplatten mit Luftbrückenschaltkreisen.

Es wird auf US-Patentanmeldung Nr. 09/203,148, veröffentlicht als US 2002 086 243, ähnlich EP-A-1 006 764, verwiesen. Es wird außerdem auf US-A-5 148 260 und US-A-5 677 574 verwiesen.

In der Leiterplattenindustrie werden verschiedene Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtleiterplatten (d. h. mit zwei oder mehr Schichten) verwendet. US-Patentschrift Nr. 4,404,059 an Livshits und Mitarbeiter (im weiteren "Livshits") und US-Patentschrift Nr. 5,738,797 an Belke und Mitarbeiter (im weiteren "Belke") beschreiben "additive" Prozesse für die Leiterplattenherstellung, während US-Patentschrift Nr. 3,801,388 an Akiyama und Mitarbeiter (im weiteren "Akiyama") einen "subtraktiven" Prozess für die Leiterplattenherstellung lehrt. Diese additiven und subtraktiven Prozesse umfassen verschiedene Schritte des Maskierens, des Galvanisierens, des Maskenablösens, des chemischen Ätzens und weitere Schritte für die Herstellung von Mehrschichtleiterplatten mit Merkmalen, die als "Luftbrücken", "Überbrückungen", "Luftüberbrückungen" und dergleichen bekannt sind.

Schaltkreise mit Luftüberbrückungen eignen sich für die Herstellung von Schaltkreisen mit hoher Dichte. Jedoch sind solche Schaltkreise mitunter anfällig für mechanische Beschädigung durch Schlag und Stoß, Wärmeausdehnung und dergleichen. Darum wäre es nützlich, ein Verfahren zu haben, mit dem sich solche mehrschichtigen Luftbrückenschaltkreise ohne diesen Nachteil herstellen lassen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine mehrschichtige elektronische Luftbrückenschaltkreisbaugruppe bereitgestellt, die aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten Metall hergestellt ist und folgendes umfasst: (a) ein Substrat mit einer elektrisch isolierenden Oberfläche; (b) ein unterseitiges Leiternetz, das an der elektrisch isolierenden Oberfläche angebracht ist und eine Leiterbahn und erste und zweite Stützelementinseln umfasst, die nahe der Leiterbahn auf gegenüberliegenden Seiten der Leiterbahn angeordnet sind, wobei das unterseitige Leiternetz eine bi-laminare Struktur aufweist, die folgendes umfasst: (i) eine erste Schicht, die an der elektrisch isolierenden Oberfläche angebracht ist und aus dem dritten Metall besteht, und (ii) eine zweite Schicht, die auf der ersten Schicht angebracht ist und aus dem zweiten Metall besteht; (c) ein Stützelement, das auf jeder Stützelementinsel angebracht ist und aus dem ersten Metall besteht; (d) ein oberseitiges Leiternetz mit einem allgemein länglichen Brückenelement, das erste und zweite vergrößerte Enden und dazwischen wenigstens einen verengten Abschnitt aufweist, wobei das Brückenelement allgemein quer zu der Leiterbahn ausgerichtet ist, wobei jedes der vergrößerten Enden auf einem jeweiligen Stützelement angebracht ist, wobei das oberseitige Leiternetz eine bi-laminare Struktur aufweist, die folgendes umfasst: (i) eine dritte Schicht, die an den Stützelementen angebracht ist und aus dem zweiten Metall besteht, und (ii) eine vierte Schicht, die auf der dritten Schicht angebracht ist und aus dem dritten Metall besteht; (e) wobei die vierte Schicht größer bemessen ist als die dritte Schicht, dergestalt, dass das Brückenelement einen allgemein T-förmigen Querschnitt aufweist.

Des Weiteren wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur additiven Herstellung einer Mehrschichtleiterplatte mit Luftüberbrückungen bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Bereitstellen einer Metallfolie aus einem ersten Metall und mit einer Folienober- und einer Folienunterseite; (b) Aufbringen von ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken auf die Folienober- bzw. die Folienunterseite, wobei in den ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken jeweilige erste Öffnungen definiert sind, die jeweiligen zuvor festgelegten oberseitigen und unterseitigen Leiterstrukturen entsprechen; (c) Strukturgalvanisieren ober- und unterseitiger Leiternetze, die aus einem zweiten Metall bestehen, auf die Folienober- bzw. die Folienunterseite durch die ersten Öffnungen in den ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken hindurch; (d) Aufbringen von zweiten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken auf die erste oberseitige bzw. unterseitige Galvanisierresistmaske, wobei in den zweiten Masken jeweilige zweite Öffnungen definiert sind, dergestalt, dass jede zweite Öffnung wenigstens so groß ist wie eine entsprechende erste Öffnung und allgemein mittig über einer entsprechenden ersten Öffnung angeordnet ist; (e) Strukturgalvanisieren ober- und unterseitiger Verstärkungsschichten, die aus einem dritten Metall bestehen, auf das oberseitige bzw. unterseitige Leiternetz durch die zweiten Öffnungen hindurch; (f) Ablösen der zweiten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken; (g) Ablösen der ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken; (h) Anbringen des unterseitigen Leiternetzes an einem Substrat mittels eines elektrisch isolierenden Klebstoffs; und (i) Fortätzen der Metallfolie mit Ausnahme der Abschnitte, die sich zwischen dem oberseitigen und dem unterseitigen Leiternetz befinden, wodurch die Luftbrückenstrukturen gebildet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird des Weiteren ein Verfahren zur subtraktiven Herstellung einer Mehrschichtleiterplatte mit Luftüberbrückungen bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Bereitstellen einer Metall-Mehrschichtenstruktur, die eine mittige Schicht aus einem ersten Metall und eine oberseitige und eine unterseitige Leiternetzschicht aus einem zweiten Metall umfasst, die jeweils an einer Oberseite bzw. einer Unterseite der mittleren Schicht befestigt sind; (b) Aufbringen von ersten oberseitigen und unterseitigen Ätzresistmasken auf die oberseitige bzw. die unterseitige Leiternetzschicht, wobei die oberseitigen und unterseitigen Ätzresistmasken so konfiguriert sind, dass sie jeweiligen zuvor festgelegten oberseitigen und unterseitigen Leiterstrukturen entsprechen, wobei die ersten Masken des Weiteren erste Öffnungen aufweisen, durch die freiliegende Abschnitte der Leiternetzschichten und der mittleren Schicht definiert werden; (c) Fortätzen der freiliegenden Abschnitte der Leiternetzschichten; (d) Ablösen der ersten oberseitigen und unterseitigen Ätzresistmasken, wodurch zuvor maskierte oberseitige bzw. unterseitige Leiternetzabschnitte freigelegt werden; (e) Aufbringen erster oberseitiger und unterseitiger Galvanisierresistmasken auf die freiliegenden Abschnitte der mittleren Schicht, dergestalt, dass die fortgeätzten Abschnitte der Leiternetzschichten im wesentlichen bündig mit den Außenseiten der zuvor maskierten oberseitigen und unterseitigen Leiternetzabschnitte ausgefüllt werden; (f) Aufbringen zweiter oberseitiger und unterseitiger Galvanisierresistmasken auf die ersten oberseitigen bzw. unterseitigen Galvanisierresistmasken, wobei sich in den zweiten oberseitigen und unterseitigen Masken zweite Öffnungen befinden, dergestalt, dass jede zweite Öffnung wenigstens so groß ist wie ein entsprechender oberseitiger oder unterseitiger Leiternetzabschnitt und allgemein mittig über einem entsprechenden oberseitigen oder unterseitigen Leiternetzabschnitt angeordnet ist; (g) Strukturgalvanisieren ober- und unterseitiger Verstärkungsschichten, die aus einem dritten Metall bestehen, auf den oberseitigen bzw. unterseitigen Leiternetzabschnitt durch die zweiten Öffnungen hindurch; (h) Ablösen der zweiten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken; (i) Ablösen der ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken; (j) Anbringen der unterseitigen Leiternetzabschnitte an einem Substrat mittels eines elektrisch isolierenden Klebstoffs; und (k) Fortätzen der mittleren Schicht mit Ausnahme der Abschnitte, die sich zwischen dem oberseitigen und dem unterseitigen Leiternetzabschnitt befinden, wodurch Luftbrückenstrukturen gebildet werden. Diese Verfahren unterscheiden sich beide von den Verfahren nach dem Stand der Technik dadurch, dass die mittlere Schicht aus dem ersten Metall fortgeätzt wird, mit Ausnahme der Abschnitte, die sich zwischen den Leiternetzabschnitten befinden, welche aus einer Schicht aus einem dritten Metall bestehen und sich auf einer Schicht aus dem zweiten Metall befinden.

Es ist ein Vorteil, dass die vorliegende Erfindung einen Luftbrückenschaltkreis enthält, der mit metallischen Verstärkungsschichten versehen ist, welche den Schaltkreis mechanisch und/oder elektrisch verbessern.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die vorliegende Erfindung einfach und kostengünstig sowohl in den additiven als auch in den subtraktiven Prozess der Herstellung von Luftbrückenschaltkreisen integriert werden kann.

Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1A und 1B sind Ablaufdiagramme der Schritte zweier verwandter Ansätze zur Herstellung eines mehrschichtigen Luftbrückenschaltkreises gemäß der vorliegenden Erfindung.

2A2H sind aufeinanderfolgende seitliche Schnittansichten eines mehrschichtigen Luftbrückenschaltkreises, der gemäß einem ersten Ansatz der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.

3A3J sind aufeinanderfolgende seitliche Schnittansichten eines mehrschichtigen Luftbrückenschaltkreises, der gemäß einem zweiten Ansatz der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.

4 ist eine Draufsicht der Schaltkreise der 2H und 3J.

1A und 2A2H veranschaulichen ein erstes bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtleiterplatte mit verstärkten Luftüberbrückungen gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses Verfahren enthält folgende Schritte: (a) Bereitstellen einer mittleren Schicht bzw. einer Metallfolie 10 aus einem ersten Metall und mit einer Folienober- und einer Folienunterseite 12 bzw. 14 (2A); (b) Aufbringen von ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken 22 bzw. 24 auf die Folienober- bzw. die Folienunterseite, wobei in den ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken jeweilige erste Öffnungen 23 bzw. 25 definiert sind, die jeweiligen zuvor festgelegten oberseitigen und unterseitigen Leiterstrukturen entsprechen (2B); (c) Strukturgalvanisieren ober- und unterseitiger Leiternetze 32 bzw. 34, die aus einem zweiten Metall bestehen, auf die Folienober- bzw. die Folienunterseite durch die ersten Öffnungen in den ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken hindurch (2C); (d) Aufbringen von zweiten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken 26 bzw. 28 auf die erste oberseitige bzw. unterseitige Galvanisierresistmaske, wobei in den zweiten Masken jeweilige zweite Öffnungen 27 bzw. 29 definiert sind, dergestalt, dass jede zweite Öffnung wenigstens so groß ist wie eine entsprechende erste Öffnung und allgemein mittig über einer entsprechenden ersten Öffnung angeordnet ist (2D); (e) Strukturgalvanisieren ober- und unterseitiger Verstärkungsschichten 52 bzw. 54, die aus einem dritten Metall bestehen, auf das oberseitige bzw. unterseitige Leiternetz durch die zweiten Öffnungen hindurch (2E); (f) Ablösen der zweiten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken 26 bzw. 28 (2F); (g) Ablösen der ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken 22 bzw. 24 (2F); (h) Anbringen des unterseitigen Leiternetzes 34 an einem Substrat 60 mittels eines elektrisch isolierenden Klebstoffs 61 (2G); und (i) Fortätzen der Metallfolie 10 mit Ausnahme der Abschnitte 16, die sich zwischen dem oberseitigen und dem unterseitigen Leiternetz 32 bzw. 34 befinden, wodurch die Luftbrückenstrukturen 90 gebildet werden (2H). Es ist zu beachten, dass in 2F die Schritte (f) und (g) des Ablösens der zweiten. bzw. ersten Masken miteinander kombiniert wurden.

Um dem Leser das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, sind alle im vorliegenden Text verwendeten Bezugszahlen zusammen mit den Elementen, die sie darstellen, in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

10= mittlere Schicht (1. Metall) 12= Oberseite der mittleren Schicht 14= Unterseite der mittleren Schicht 16= Sockel/Stützelement der Luftbrücke 22= erste oberseitige Galvanisierresistmaske 23= erste Öffnungen in der ersten oberseitigen Maske 24= erste unterseitige Galvanisierresistmaske 25= erste Öffnungen in der ersten unterseitigen Maske 26= zweite oberseitige Galvanisierresistmaske 27= zweite Öffnungen in der zweiten oberseitigen Maske 28= zweite unterseitige Galvanisierresistmaske 29= zweite Öffnungen in der zweiten unterseitigen Maske 32= oberseitiges Leiternetz (2. Metall) 33= Brückenelement 33e= vergrößertes Ende des Brückenelements 33c= verengter Abschnitt des Brückenelements 35= Leiterbahn 34= unterseitiges Leiternetz (2. Metall) 35= Leiterbahn 36= Stützelementinsel 42= erste oberseitige Ätzresistmaske 43= erste Öffnungen in der ersten oberseitigen Ätzresistmaske 44= erste unterseitige Ätzresistmaske 45= erste Öffnungen in der ersten unterseitigen Ätzresistmaske 52= oberseitige Verstärkungsschicht (3. Metall) 54= unterseitige Verstärkungsschicht (3. Metall) 60= Substrat 61= elektrisch isolierender Klebstoff auf dem Substrat 90= Luftüberbrückungsstruktur 99= Luftbrücke mit T-förmigem Querschnitt

Die Verstärkungsschichten 52 bzw. 54 können aus einem anderen Metall bestehen als die Leiternetzschichten 32 bzw. 34, auf die jede Verstärkungsschicht aufgalvanisiert ist, oder sie können aus dem gleichen Metall wie die Verstärkungsschichten bestehen. Dieser Prozess hat den Vorteil, eine Möglichkeit zu bieten, allgemein "T-förmige" (oder ähnliche geformte) Luftbrückenquerschnitte herzustellen, wie sie durch die Bezugszahl 99 in 2H dargestellt sind. Solche Luftbrücken mit T-Querschnitt oder einem ähnlichen Querschnitt sind besonders widerstandsfähig gegen mechanische Beanspruchung infolge von Biegen, Wärmeausdehnung usw., so dass eine mechanisch verstärkte Luftbrückenstruktur entsteht. Des Weiteren erhöht eine Vergrößerung der metallischen Querschnittsfläche – unabhängig von der Form des Luftbrückenquerschnitts – die Stromübertragungskapazität solcher Brücken, wodurch auch eine elektrisch verstärkte Brückenstruktur entsteht.

Diese T-förmigen Brücken 99 werden durch Aufbringen zweier Galvanisierresistschichten auf jede Seite der Schaltung gebildet, d. h. eine erste und eine zweite oberseitige Maske 22 bzw. 26 auf die Oberseite der Schaltung und eine erste und eine zweite unterseitige Maske 24 bzw. 28 auf die Unterseite der Schaltung, wie in 2D dargestellt. Die Öffnungen 23, 25, 27, 29 sind so bemessen und angeordnet, dass über jeder ersten Öffnung 23 bzw. 25 eine entsprechende zweite Öffnung 27 bzw. 29 allgemein mittig angeordnet ist, wobei jede zweite Öffnung wenigstens so groß ist wie – oder optional größer ist als – ihre entsprechende erste Öffnung. Bei den Öffnungspaarungen, wo die zweite Öffnung 27 bzw. 29 größer bemessen ist als ihre entsprechende erste Öffnung 23 bzw. 25, hat das resultierende Luftbrückenelement 99 einen allgemein T-förmigen (oder ähnlich geformten) Querschnitt, nachdem die Masken abgelöst wurden und die zugehörigen Leiterschichtabschnitte 32 bzw. 34 und die Verstärkungsschichtabschnitte 52 bzw. 54 freiliegen, wie in 2H veranschaulicht. Solche T-förmigen Querschnitte lassen sich nicht mit herkömmlichen Einzelmasken herstellen, sondern erfordern das Aufbringen von zwei Masken auf jeder Seite der Schaltung, wobei ausgewählte zweite Öffnungen größer bemessen sind als ihre entsprechenden ersten Öffnungen. Dieser Prozess kann mittels herkömmlicher fotografischer organischer Masken oder mittels ähnlicher Prozesse ausgeführt werden, welche die Ausrichtungsgenauigkeit bieten, die notwendig ist, damit die zweiten Öffnungen ausreichend mittig über ihren entsprechenden ersten Öffnungen angeordnet werden.

Es ist darauf zu achten, dass für die verschiedenen Schaltungsschichten Metalle ausgewählt werden, die wenigstens zwei Kriterien erfüllen: (1) Die Metalle benachbarter Schichten müssen in der vorgeschriebenen Reihenfolge aufeinander galvanisiert bzw. plattiert werden können (entweder direkt oder durch optionale Konversionsschichten), und (2) die Metalle müssen in Bezug aufeinander selektiv ätzbar sein. (Mit "selektiv ätzbar" ist gemeint, dass ein oder mehrere ausgewählte Metalle mit einem bestimmten Ätzmittel ätzbar sein müssen, ohne dass das andere Ätzmittel die anderen Metalle erkennbar mit ätzt.) Als Beispiele für solche ersten, zweiten und dritten Metalle seinen genannt: (1) Aluminium, Kupfer bzw. Nickel; (2) Kupfer, Nickel bzw. Gold; und (3) Stahl, Kupfer bzw. Nickel. Es sind auch zahlreiche weitere Kombinationen geeigneter Metalle möglich, die alle in den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung fallen.

Wie bei Livshits, Akiyama und Belke gelehrt wird, umfasst das unterseitige Leiternetz 34 allgemein mehrere Leiterbahnen 35 und Stützelementinseln 36. In der Regel sind die Stützelementinseln 36 in Paaren nahe einer entsprechenden Leiterbahn 35 angeordnet, wobei sich eine Insel 36 auf jeder Seite der Bahn 35 befindet. Das oberseitige Leiternetz 32 umfasst wenigstens ein Brückenelement 33 mit ersten und zweiten vergrößerten Enden 33e, wobei wenigstens ein verengter Abschnitt 33c an die vergrößerten Enden anstößt und sich dazwischen befindet (d. h. diese miteinander verbindet), so dass sich die Hantel-Formen ergeben, wie sie in 4 und in den 1h und 2c bei Livshits veranschaulicht sind. Jedes Brückenelement 33 ist allgemein quer zu einer entsprechenden Leiterbahn ausgerichtet, wobei sich jedes vergrößerte Ende gegenüber bzw. über einer jeweiligen Stützelementinsel befindet.

Es ist zu beachten, dass, wenn im vorliegenden Text vom Ätzen einer bestimmte Schicht gesprochen wird, es allgemein beabsichtigt ist, dass ein Ätzmittel verwendet wird, das im wesentlichen lediglich das Metall ätzt, aus dem die jeweilige Schicht besteht. Wenn beispielsweise davon gesprochen wird, dass die Metallfolie 10 geätzt werden soll, so ist gemeint, dass das verwendete Ätzmittel im wesentlichen nur das erste Metall ätzt und nicht erkennbar das zweite und das dritte Metall ätzt. Jedoch kann es aus Gründen der Effizienz zweckmäßig sein, bestimmte Ätzschritte zu kombinieren, indem man ein Ätzmittel verwendet, das alle in solchen Schritten zu ätzenden Metalle auf einmal ätzt.

Das Substrat 60 kann aus Metall, Kunststoff, Keramik oder einem sonstigen geeigneten Material bestehen, und der Klebstoff 61 kann beispielsweise ein duroplastisches Epoxid sein, das auf das Substrat aufgetragen wird. Alternativ kann auch das Substrat 60 selbst ein Klebstoff sein (beispielsweise ein duroplastisches Epoxid, ein duroplastisches Harz usw.), wobei das Element 61 einfach eine integrale Oberfläche des Substrats ist. In jedem Fall muss der Klebstoff bzw. die Oberfläche 61 elektrisch isolierend sein, um Kurzschlüsse zwischen den unterseitigen Leiternetzelementen zu vermeiden.

In 1B und 3A3J ist eine alternative Ausführungsform eines subtraktiven Prozesses – im Gegensatz zur oben beschriebenen bevorzugten additiven Ausführungsform – veranschaulicht. Dieser Prozess umfasst folgende Schritte: (a) Bereitstellen einer Metall-Mehrschichtenstruktur, die eine mittige Schicht 10 aus einem ersten Metall und eine oberseitige und eine unterseitige Leiternetzschicht 32 bzw. 34 aus einem zweiten Metall umfasst, die jeweils an einer Oberseite bzw. einer Unterseite 12 bzw. 14 der mittleren Schicht 10 befestigt sind (3A); (b) Aufbringen von ersten oberseitigen und unterseitigen Ätzresistmasken 42 bzw. 44 auf die oberseitige bzw. die unterseitige Leiternetzschicht, wobei die oberseitigen und unterseitigen Ätzresistmasken so konfiguriert sind, dass sie jeweiligen zuvor festgelegten oberseitigen und unterseitigen Leiterstrukturen entsprechen, wobei die ersten Masken des Weiteren erste Öffnungen 43 bzw. 45 aufweisen, durch die freiliegende Abschnitte der Leiternetzschichten und der mittleren Schicht definiert werden (3B); (c) Fortätzen der freiliegenden Abschnitte der Leiternetzschichten (3C); (d) Ablösen der ersten oberseitigen und unterseitigen Ätzresistmasken 42 bzw. 44, wodurch zuvor maskierte oberseitige bzw. unterseitige Leiternetzabschnitte freigelegt werden (3D); (e) Aufbringen erster oberseitiger und unterseitiger Galvanisierresistmasken 22 bzw. 24 auf die freiliegenden Abschnitte der mittleren Schicht, dergestalt, dass die fortgeätzten Abschnitte der Leiternetzschichten im wesentlichen bündig mit den Außenseiten der zuvor maskierten oberseitigen und unterseitigen Leiternetzabschnitte ausgefüllt werden (3E); (f) Aufbringen zweiter oberseitiger und unterseitiger Galvanisierresistmasken 26 bzw. 28 auf die ersten oberseitigen bzw. unterseitigen Galvanisierresistmasken 22 bzw. 24, wobei sich in den zweiten oberseitigen und unterseitigen Masken zweite Öffnungen 27 bzw. 29 befinden, dergestalt, dass jede zweite Öffnung wenigstens so groß ist wie ein entsprechender oberseitiger oder unterseitiger Leiternetzabschnitt und allgemein mittig über einem entsprechenden oberseitigen oder unterseitigen Leiternetzabschnitt angeordnet ist (3F); (g) Strukturgalvanisieren ober- und unterseitiger Verstärkungsschichten 52 bzw. 54, die aus einem dritten Metall bestehen, auf den oberseitigen bzw. unterseitigen Leiternetzabschnitt durch die zweiten Öffnungen hindurch (3G); (h) Ablösen der zweiten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken 26 bzw. 28 (3H); (i) Ablösen der ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken 22 bzw. 24 (3H); (j) Anbringen der unterseitigen Leiternetzabschnitte an einem Substrat 60 mittels eines elektrisch isolierenden Klebstoffs 61; und (k) Fortätzen der mittleren Schicht 10 mit Ausnahme der Abschnitte 16, die sich zwischen dem oberseitigen und dem unterseitigen Leiternetzabschnitt befinden, wodurch Luftbrückenstrukturen 90 gebildet werden. Wie bei dem oben beschriebenen bevorzugten Verfahren wurden die Maskenablösungs-Schritte (h) und (i) des vorliegenden alternativen Verfahrens in 3H kombiniert.

Obgleich der oben beschriebene bevorzugte additive Prozess und der alternative subtraktive Prozess sich voneinander durch die spezifische Reihenfolge unterscheiden, in der die einzelnen Schritte ablaufen, sind die schlussendlichen mehrschichtigen Luftbrückenschaltkreisstrukturen, die durch diese Prozesse entstehen, im wesentlichen identisch. Dies ergibt sich klar aus einem Vergleich der endgültigen Strukturen, die in den 2H und 3J gezeigt sind. Die endgültige Struktur – eine mehrschichtige elektronische Luftbrückenschaltkreisbaugruppe aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten Metall, wie in den 2H, 3J und 4 gezeigt – umfasst: (a) ein Substrat 60 mit einer elektrisch isolierenden Oberfläche 61; (b) ein unterseitiges Leiternetz, das an der elektrisch isolierenden Oberfläche angebracht ist und eine Leiterbahn 35 und erste und zweite Stützelementinseln 36 umfasst, die nahe der Leiterbahn auf gegenüberliegenden Seiten der Leiterbahn angeordnet sind, wobei das unterseitige Leiternetz eine bi-laminare Struktur aufweist, die folgendes umfasst: (b1) eine erste Schicht 54, die an der elektrisch isolierenden Oberfläche angebracht ist und aus dem dritten Metall besteht, und (b2) eine zweite Schicht 34, die auf der ersten Schicht 54 angebracht ist und aus dem zweiten Metall besteht; (c) ein Stützelement 16, das auf jeder Stützelementinsel 36 angebracht ist und aus dem ersten Metall besteht; (d) ein oberseitiges Leiternetz mit einem allgemein länglichen Brückenelement 33, das erste und zweite vergrößerte Enden 33e und dazwischen wenigstens einen verengten Abschnitt 33c aufweist, wobei das Brückenelement allgemein quer zu der Leiterbahn 35 ausgerichtet ist, wobei jedes der vergrößerten Enden auf einem jeweiligen Stützelement angebracht ist, wobei das oberseitige Leiternetz eine bi-laminare Struktur aufweist, die folgendes umfasst: (d1) eine dritte Schicht 32, die an den Stützelementen angebracht ist und aus dem zweiten Metall besteht, und (d2) eine vierte Schicht 52, die auf der dritten Schicht angebracht ist und aus dem dritten Metall besteht; (e) wobei die vierte Schicht größer bemessen ist als die dritte Schicht, dergestalt, dass das Brückenelement einen allgemein T-förmigen Querschnitt aufweist. Obgleich die obige Beschreibung die Erfindung anhand einer einzelnen Leiterbahn und eines einzelnen Luftüberbrückungselements definiert, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung auch Leiterplatten beinhaltet, die mehrere Leiterbahnen und Luftüberbrückungen aufweisen.

Dem Fachmann fallen möglicherweise noch verschiedene weitere Modifikationen der vorliegenden Erfindung ein, die in den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Beispielsweise leuchtet ein, dass ein oder mehrere Reinigungs-, Mikroätz- oder sonstige metallvorbereitende Schritte vor einem bestimmten Galvanisierungsschritt zweckmäßig sein können. Und obgleich die Ätzschritte in dieser Beschreibung sich allgemein auf chemisches Ätzen beziehen, kommen auch äquivalente Prozesse wie beispielsweise Plasma-Ätzen, Laserablation und weitere Metallabtragsschritte anstelle des herkömmlichen chemischen Ätzens – oder zusätzlich zum herkömmlichen chemischen Ätzen – in Frage. Und während elektrolytisches Galvanisieren ein bevorzugtes Galvanisierungsverfahren für die hier genannten Galvanisierungsschritte sein kann, ist es auch möglich, stromloses Galvanisieren, Tauchgalvanisieren und weitere Galvanisierungsverfahren anzuwenden. Des Weiteren ist zu beachten, dass in diesem Text zwar verschiedentlich die Begriffe "Strukturgalvanisieren" und "Galvanisieren" benutzt werden, doch es können alternativ auch andere Verfahren der Metallabscheidung als "Galvanisieren" verwendet werden, die alle in den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Als Beispiele solcher alternativen, aber äquivalenten Prozesse seinen hier genannt: Sputtern, Vakuummetallisation oder Vakuumaufdampfung, thermisches Spritzen, Tauchbeschichten und dergleichen. Das heißt, im Sinne dieser Beschreibung ist jede Erwähnung des Begriffes "Galvanisieren" (einschließlich Strukturgalvanisierung und Flächengalvanisierung) so zu verstehen, dass darunter auch die zuvor genannten Verfahren und ihre Äquivalente fallen. Des Weiteren leuchtet ein, dass beide Verfahren – das bevorzugte und das alternative – zur Herstellung von Luftbrückenstrukturen, die nur ein einziges T-förmiges Luftbrückenelement – oder mehre solcher Elemente – enthalten, oder von Strukturen, wo alle Luftbrücken diesen allgemein T-förmigen Querschnitt aufweisen, verwendet werden können.


Anspruch[de]
  1. Mehrschichtige elektronische Luftbrückenschaltkreisbaugruppe aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten Metall, umfassend:

    (a) ein Substrat (60) mit einer elektrisch isolierenden Klebstoffoberfläche (61);

    (b) ein unterseitiges Leiternetz (34), das an der elektrisch isolierenden Oberfläche (61) angebracht ist und eine Leiterbahn (35) und erste und zweite Stützelementinseln (36) umfasst, die nahe der Leiterbahn (35) auf gegenüberliegenden Seiten der Leiterbahn angeordnet sind, wobei das unterseitige Leiternetz (34) eine bi-laminare Struktur aufweist, die folgendes umfasst:

    (i) eine erste Schicht (54), die an der elektrisch isolierenden Oberfläche (61) angebracht ist und aus dem dritten Metall besteht, und

    (ii) eine zweite Schicht (34), die auf der ersten Schicht (54) angebracht ist und aus dem zweiten Metall besteht;

    (c) ein Stützelement (10, 16), das auf jeder Stützelementinsel angebracht ist und aus dem ersten Metall besteht;

    (d) ein oberseitiges Leiternetz (32) mit einem allgemein länglichen Brückenelement (33), das erste und zweite vergrößerte Enden (33e) und dazwischen wenigstens einen verengten Abschnitt (33c) aufweist, wobei das Brückenelement (33) allgemein quer zu der Leiterbahn ausgerichtet ist, wobei jedes der vergrößerten Enden auf einem jeweiligen Stützelement angebracht ist, wobei das oberseitige Leiternetz (32) eine bi-laminare Struktur aufweist, die folgendes umfasst:

    (i) eine dritte Schicht (32), die an den Stützelementen angebracht ist und aus dem zweiten Metall besteht, und

    (ii) eine vierte Schicht (52), die auf der dritten Schicht angebracht ist und aus dem dritten Metall besteht;

    (e) wobei die vierte Schicht (52) größer bemessen ist als die dritte Schicht (32), dergestalt, dass das Brückenelement (33) einen allgemein T-förmigen Querschnitt (99) aufweist.
  2. Mehrschichtige elektronische Luftbrückenschaltkreisbaugruppe nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem ersten, dem zweiten und dem dritten Metall um folgende Metalle handelt: Aluminium, Nickel bzw. Kupfer; oder Kupfer, Gold bzw. Nickel; oder Stahl, Nickel bzw. Kupfer.
  3. Verfahren zur additiven Herstellung einer Mehrschichtleiterplatte mit Luftüberbrückungen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

    (a) Bereitstellen einer Metallfolie (10) aus einem ersten Metall und mit einer Folienober- und einer Folienunterseite (12, 14);

    (b) Aufbringen von ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken (22, 24) auf die Folienober- bzw. die Folienunterseite, wobei in den ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken jeweilige erste Öffnungen (23, 25) definiert sind, die jeweiligen zuvor festgelegten oberseitigen und unterseitigen Leiterstrukturen entsprechen;

    (c) Strukturgalvanisieren ober- und unterseitiger Leiternetze (32, 34), die aus einem zweiten Metall bestehen, auf die Folienober- bzw. die Folienunterseite durch die ersten Öffnungen in den ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken hindurch;

    (d) Aufbringen von zweiten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken (26, 28) auf die erste oberseitige bzw. unterseitige Galvanisierresistmaske, wobei in den zweiten Masken jeweilige zweite Öffnungen (27, 29) definiert sind, dergestalt, dass jede zweite Öffnung wenigstens so groß ist wie eine entsprechende erste Öffnung und allgemein mittig über einer entsprechenden ersten Öffnung angeordnet ist;

    (e) Strukturgalvanisieren ober- und unterseitiger Verstärkungsschichten (52, 54), die aus einem dritten Metall bestehen, auf das oberseitigen bzw. unterseitige Leiternetz durch die zweiten Öffnungen hindurch;

    (f) Ablösen der zweiten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken (26, 28);

    (g) Ablösen der ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken (22, 24);

    (h) Anbringen des unterseitigen Leiternetzes (34) an einem Substrat (60) mittels eines elektrisch isolierenden Klebstoffs (61); und

    (i) Fortätzen der Metallfolie (10) mit Ausnahme der Abschnitte (16), die sich zwischen dem oberseitigen und dem unterseitigen Leiternetz befinden, wodurch die Luftbrückenstrukturen (90) gebildet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei:

    das unterseitige Leiternetz eine Leiterbahn und erste und zweite Stützelementinseln umfasst, die nahe der Leiterbahn auf gegenüberliegenden Seiten der Leiterbahn angeordnet sind, und

    das oberseitige Leiternetz ein Brückenelement enthält, das erste und zweite vergrößerte Enden und dazwischen wenigstens einen verengten Abschnitt aufweist, wobei das Brückenelement allgemein quer zu der Leiterbahn ausgerichtet ist, wobei jedes der vergrößerten Enden gegenüber einer jeweiligen Stützelementinsel angeordnet ist.
  5. Verfahren zur subtraktiven Herstellung einer Mehrschichtleiterplatte mit Luftüberbrückungen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Bereitstellen einer Metall-Mehrschichtenstruktur, die eine mittige Schicht (10) aus einem ersten Metall und eine oberseitige und eine unterseitige Leiternetzschicht (32, 34) aus einem zweiten Metall umfasst, die jeweils an einer Oberseite bzw. einer Unterseite (12, 14) der mittleren Schicht befestigt sind;

    (b) Aufbringen von ersten oberseitigen und unterseitigen Ätzresistmasken (42, 44) auf die oberseitige bzw. die unterseitige Leiternetzschicht, wobei die oberseitigen und unterseitigen Ätzresistmasken so konfiguriert sind, dass sie jeweiligen zuvor festgelegten oberseitigen und unterseitigen Leiterstrukturen entsprechen, wobei die ersten Masken des Weiteren erste Öffnungen (43, 45) aufweisen, durch die freiliegende Abschnitte der Leiternetzschichten und der mittleren Schicht definiert werden;

    (c) Fortätzen der freiliegenden Abschnitte der Leiternetzschichten (32, 34);

    (d) Ablösen der ersten oberseitigen und unterseitigen Ätzresistmasken (42, 44), wodurch zuvor maskierte oberseitige bzw. unterseitige Leiternetzabschnitte freigelegt werden;

    (e) Aufbringen erster oberseitiger und unterseitiger Galvanisierresistmasken (22, 24) auf die freiliegenden Abschnitte der mittleren Schicht, dergestalt, dass die fortgeätzten Abschnitte der Leiternetzschichten im wesentlichen bündig mit den Außenseiten der zuvor maskierten oberseitigen und unterseitigen Leiternetzabschnitte ausgefüllt werden;

    (f) Aufbringen zweiter oberseitiger und unterseitiger Galvanisierresistmasken (26, 28) auf die ersten oberseitigen bzw. unterseitigen Galvanisierresistmasken, wobei sich in den zweiten oberseitigen und unterseitigen Masken zweite Öffnungen (27, 29) befinden, dergestalt, dass jede zweite Öffnung wenigstens so groß ist wie ein entsprechender oberseitiger oder unterseitiger Leiternetzabschnitt und allgemein mittig über einem entsprechenden oberseitigen oder unterseitigen Leiternetzabschnitt angeordnet ist;

    (g) Strukturgalvanisieren ober- und unterseitiger Verstärkungsschichten (52, 54), die aus einem dritten Metall bestehen, auf den oberseitigen bzw. unterseitigen Leiternetzabschnitt durch die zweiten Öffnungen hindurch; (h) Ablösen der zweiten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken (26, 28);

    (i) Ablösen der ersten oberseitigen und unterseitigen Galvanisierresistmasken (22, 24);

    (j) Anbringen der unterseitigen Leiternetzabschnitte an einem Substrat (60) mittels eines elektrisch isolierenden Klebstoffs (61); und

    (k) Fortätzen der mittleren Schicht (10) mit Ausnahme der Abschnitte (16), die sich zwischen dem oberseitigen und dem unterseitigen Leiternetzabschnitt befinden, wodurch Luftbrückenstrukturen (90) gebildet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei die Ablöseschritte allgemein gleichzeitig ausgeführt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei wenigstens eine der zweiten Öffnungen größer bemessen ist als ihr entsprechender oberseitiger oder unterseitiger Leiternetzabschnitt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Luftbrückenstruktur, welche der wenigstens einen zweiten Öffnung entspricht, einen allgemein T-förmigen Querschnitt aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 5, wobei:

    die unterseitigen Leiternetzabschnitte eine Leiterbahn und erste und zweite Stützelementinseln umfassen, die nahe der Leiterbahn auf gegenüberliegenden Seiten der Leiterbahn angeordnet sind, und

    die oberseitigen Leiternetzabschnitte ein Brückenelement enthalten, das erste und zweite vergrößerte Enden und dazwischen wenigstens einen verengten Abschnitt aufweist, wobei das Brückenelement allgemein quer zu der Leiterbahn ausgerichtet ist, wobei jedes der vergrößerten Enden gegenüber einer jeweiligen Stützelementinsel angeordnet ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei es sich bei dem ersten, dem zweiten und dem dritten Metall um folgende Metalle handelt: Aluminium, Nickel bzw. Kupfer; oder Kupfer, Gold bzw. Nickel; oder Stahl, Nickel bzw. Kupfer.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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