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Dokumentenidentifikation DE102005032804A1 18.01.2007
Titel Mehrschichtstruktur zum Aufnehmen einer elektronischen Schaltung
Anmelder KSG Leiterplatten GmbH, 09390 Gornsdorf, DE
Erfinder Hoffmann, Thomas, Dr., 12555 Berlin, DE
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Anmeldedatum 12.07.2005
DE-Aktenzeichen 102005032804
Offenlegungstag 18.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.01.2007
IPC-Hauptklasse H05K 3/46(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H05K 1/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H05K 3/42(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Mehrschichtstruktur zum Aufnehmen einer elektronischen Schaltung, insbesondere Leiterplatte, mit einer Schichtanordnung mehrerer Isolierschichten und mehrerer Leiterschichten, in welcher auf einer Seite einer Isolierschicht (1) eine gedruckte Funktionsschicht (6) mit gedruckten Leiterelementen (4) aufgebracht ist und auf der zu der Seite gegenüberliegenden Seite der Isolierschicht (1) eine Leiterschicht (3) mit Leiterstrukturen (13) gebildet ist, wobei die gedruckten Leiterelemente (4) der gedruckten Funktionsschicht (6) über leitenden Durchgänge (2) in der Isolierschicht (1) mit den Leiterstrukturen (13) verbunden sind und wobei auf zumindest einem Teil der gedruckten Leiterelemente (4) in der gedruckten Funktionsschicht (6) jeweils eine galvanisch gebildete, metallische Leiterschicht (5) abgeschieden ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Mehrschichtstruktur zum Aufnehmen einer elektronischen Schaltung, insbesondere Leiterplatte.

Stand der Technik

Zum Aufnehmen einer elektronischen Schaltung werden üblicherweise mehrschichtige Leiterplatten verwendet, die ein oder mehrere Leiterschichten sowie ein oder mehrere Isolierschichten umfassen. Mit Hilfe der Leiterschichten werden Leiterbahnen gebildet, die zum Verbinden der aufzunehmenden elektronischen Schaltung dienen. Es ist aber auch bekannt, mit Hilfe der Leiterschichten passive Bauelemente zu bilden, beispielsweise Widerstände, Kapazitäten, Abschirmungen, Antennen oder Induktivitäten.

Aus dem Dokument DE 19 05 003 A3 ist eine Bi- oder Multilayeranordnung bekannt, bei der eine Pad- oder Leiterbahnschicht galvanisch abgeschieden wird. Mittels wiederholtem galvanischen Abscheiden werden Leiterbahnen und/oder weitere innere Verbindungen geschaffen.

In dem Dokument DE 199 22 468 C2 ist ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen mehrlagigen Leiterstrukturen offenbart. In dem Dokument ist erläutert, daß bei dem Herstellen von elektrischen Kontaktierungen in Verdrahtungsebenen für Mehrschichtstrukturen in der elektronischen Baugruppenfertigung Durchgangsbohrungen oder Sacklochbohrungen vertikal zu den einzelnen Verdrahtungsebenen geschaffen werden, die auch als Durchgänge oder Vias bezeichnet werden und die in einem nachfolgenden Verfahrensschritt metallisiert werden. Üblicherweise erfolgt die Metallisierung der Durchgangs- oder Sacklochbohrungen mittels stromloser Galvanisierungsverfahren. Hierbei ist es Voraussetzung, daß in den Bohrungen eine Metallisierungsgrundlage oder ein Metallisierungskeim gebildet werden. Es wird vorgeschlagen, freigelegte Metallpartikel in einer Isolationsschicht, die mit Metallpartikeln versetzt ist, als Metallisierungskeime für den nachfolgend ausgeführten galvanischen Metallabscheidungsprozeß zu nutzen. Die Metallabscheidung erfolgt entweder flächendeckend an der Innenwandung eines vertikalen Verbindungskanals oder führt bis hin zum vollständigen Ausfüllen des Verbindungskanals mit Metall. Mit Hilfe des so metallisierten Verbindungskanals werden übereinanderliegende Verdrahtungsebenen kontaktiert.

Als eine moderne Technologie zum Ausbilden von Leiterstrukturen bis hin zu elektronischen Schaltungen hat sich das Drucken entwickelt. Hierbei werden die gewünschten Strukturen mit Hilfe verschiedener Druckverfahren hergestellt, wobei Materialien aufgedruckt werden, die elektrisch leitende Partikel enthalten. Beispielsweise ist ein Inkjet-Verfahren nutzbar. Die Vorteile gedruckter Schaltungen liegen insbesondere darin, daß im Vergleich zu herkömmlichen Leiterplatten zum Ausbilden der Strukturen keine Kupferfolie zu bearbeiten ist, so daß keine Ätzprozesse und Prozesse in Verbindung mit einer Fotomaske notwendig sind.

Die Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Mehrschichtstruktur zum Aufnehmen einer elektronischen Schaltung zu schaffen, bei der die Gestaltungsmöglichkeiten zum Ausbilden von Bauelementen auf Basis gedruckter Leiterstrukturen verbessert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Mehrschichtstruktur nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist eine Mehrschichtstruktur zum Aufnehmen einer elektronischen Schaltung, insbesondere Leiterplatte, mit einer Schichtanordnung mehrerer Isolierschichten und mehrerer Leiterschichten geschaffen, in welcher auf einer Seite einer Isolierschicht eine gedruckte Funktionsschicht mit gedruckten Leiterelementen aufgebracht ist und auf der zu der Seite gegenüberliegenden Seite der Isolierschicht eine Leiterschicht mit Leiterstrukturen gebildet ist, wobei die gedruckten Leiterelemente der gedruckten Funktionsschicht über leitende Durchgänge in der Isolierschicht mit den Leiterstrukturen verbunden sind und wobei auf zumindest einem Teil der gedruckten Leiterelemente in der gedruckten Funktionsschicht jeweils eine galvanisch gebildete, metallische Leiterschicht angeordnet ist.

Auf diese Weise ist eine integrierte Mehrschichtstruktur geschaffen, bei der die von der gedruckten Funktionsschicht umfaßten, gedruckten Leiterelemente mit galvanisch gebildeten Leiterschichten versehen sind, so daß die Gestaltungsmöglichkeiten für die elektrischen/elektronischen Elemente in der Funktionsschicht wesentlich erweitert sind. Während gedruckte Leiterelemente hinsichtlich ihrer Gestaltungsvarianten begrenzt sind, insbesondere bezüglich der ausbildbaren Dicke der gedruckten Schichtstrukturen, können mit Hilfe der hierauf galvanisch gebildeten Leiterschicht individuell angepaßte Strukturen/Bauelemente hergestellt werden. Die Dicke der galvanisch gebildeten, metallischen Leiterschicht kann individuell angepaßt werden, indem die Prozeßparameter beim galvanischen Abscheiden eingestellt werden, beispielsweise kann die Dauer des Abscheideprozesses variiert werden, um unterschiedliche Schichtdicken auszubilden. Galvanische Abscheideprozesse zum Herstellen metallischer Schichten sind als solche in verschiedenen Verfahrensgestaltungen bekannt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die gedruckte Funktionsschicht gedruckte Bauelemente umfaßt, wodurch die Gestaltungsvielfalt in der gedruckten Funktionsschicht erweitert ist.

Die Anwendungsoptionen sind bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dadurch erweitert, daß die gedruckten Bauelemente ein oder mehrere mit Hilfe der gedruckten Leiterelemente und der jeweiligen hierauf galvanisch gebildeten, metallische Leiterschicht gebildete, passive Bauelemente umfassen.

Bevorzugt ist die Isolierschicht mit Hilfe einer Folie ausgeführt. Bedruckte Folien mit hierauf gebildeten elektrischen Leitungen und/oder Schaltungen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen verfügbar. Beispielsweise werden Polymermaterialien verwendet.

Eine einfache und kostengünstige Ausführung der Erfindung ist dadurch erreicht, daß rückseitig ein die Schichtanordnung mechanisch stabilisierendes Trägersubstrat aufgpreßt ist. Auf diese Weise kann auf einen im Zusammenhang mit der üblichen Leiterplatten-Herstellung bekannten Verfahrensschritt zurückgegriffen werden. Auf diese Weise wird auch erreicht, daß die so Schichtanordnung einer üblichen Leiterplatte entsprechend im Herstellungsprozeß bearbeitet werden kann. Es ist eine ausreichende mechanische Stabilisierung geschaffen, so daß die Handhabung während der verschiedenen Verfahrensschritte und der Transport zwischen den Verfahrensschritten ohne Beschädigung der Schichtanordnung gewährleistet werden können.

Die leitenden Durchgänge zum elektrischen Verbinden der gedruckten Leiterelemente mit den Leiterstrukturen können bevorzugt vollständig metallisiert sein. Alternativ kann eine durchgehende Metallisierung auf einer Innenwandung der Durchgänge vorgesehen sein. Die Leiterstrukturen auf der gegenüberliegenden Seite der Isolierschicht dienen insbesondere zur Kontaktierung von elektronischen Bauelementen der aufzunehmenden elektronischen Schaltung, welche ihrerseits dann über die Leiterstrukturen und die Durchgänge mit den gedruckten Leiterelementen und den hierauf galvanisch gebildeten Leiterschichten verbunden ist. Die gedruckten Leiterelemente und die hierauf teilweise galvanisch gebildeten Leiterschichten bilden eine An Verdrahtungsebene, in welcher optional auch passive Bauelemente gebildet sein können.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer Schichtannordnung mit einer Isolierschicht, in welcher metallisierte Durchgänge gebildet sind;

2 eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 1, wobei auf die Isolierschicht im Bereich der Durchgänge gedruckte Leiterelemente aufgedruckt sind; 3 eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 2, wobei auf den gedruckten Leiterelementen jeweils eine galvanisch gebildete Leiterschicht abgeschieden ist;

4 eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 3, wobei in einer Funktionsschicht Bauelemente auf die Isolierschicht aufgedruckt sind;

5 eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 4, wobei auf die Funktionsschicht eine weitere Isolierschicht mittels Drucken aufgebracht ist und in der weiteren Isolierschicht ein weiterer metallisierter Durchgang gebildet ist;

6 eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 5, auf die weitere Isolierschicht weitere gedruckte Leiterelemente aufgedruckt sind;

7 eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 6, wobei auf die weiteren gedruckten Leiterelemente weitere Bauelemente aufgedruckt sind; und

8 eine schematische Schnittdarstellung einer Mehrschichtstruktur mit der Schichtanordnung nach 7, wobei eine rückseitige Isolierschicht aufgepreßt ist und vorderseitig Leiterstrukturen gebildet sind.

Im folgenden wird die Herstellung einer Mehrschichtstruktur zum Aufnehmen einer elektronischen Schaltung an einem Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben. Hierbei werden Druckverfahren zum Aufbringen von Strukturen aus elektrisch leitenden Materialien als auch elektrisch nicht leitenden Materialien verwendet. Solche Verfahren sind dem Fachmann als solche wohl bekannt und werden deshalb hier nicht näher beschrieben.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Schichtanordnung mit einer Isolierschicht 1, die mit Durchgängen 2 versehen ist. Die Isolierschicht 1 ist bevorzugt mittels einer Folie aus einem nicht leitenden Material gebildet. Die Durchgänge werden zweckmäßig mit Hilfe einer selektiven Laserbearbeitung erzeugt. Ein gepulster CO2 Laser trägt hierbei beispielsweise nur die Isolierschicht 1 ab. Die Durchgänge 2 sind vollständig mit einem leitenden Material gefüllt, wobei die Füllung vorzugsweise mittels galvanischen Abscheidens des leitenden Materials ausgeführt wird. Gegenüberliegend ist die Isolierschicht 1 mit einer Metallschicht 3 versehen, die mit dem Material in den Durchgängen 2 in Kontakt ist und beispielsweise aus Kupfer gebildet ist. Die Metallschicht 3 ist entweder in einem Vorschritt auf der Isolierschicht 1 mittels Dünnschichttechnik im Vakuum abgeschieden oder in einem Heißlaminierprozeß als dünne Metallfolie mit der Isolierschicht 1 laminiert.

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 1, wobei auf die Isolierschicht 1 im Bereich der Durchgänge 2 gedruckte Leiterelemente 4 aufgedruckt sind. Als Druckverfahren wird beispielsweise ein Inkjet-Verfahren oder dergleichen verwendet, mit dem ein elektrisch leitende Partikel enthaltendes Material aufgedruckt wird. Anstelle des Materials mit leitenden Partikeln können auch ein intrinsisch leitfähiges Polymer oder liposomengestützte Metallcluster gedruckt werden.

3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 2, wobei auf den gedruckten Leiterelementen 4 jeweils eine galvanisch gebildete, metallische Leiterschicht 5 abgeschieden ist. Mit Hilfe der galvanisch gebildeten Leiterschichten 5 ist es ermöglicht, den elektrischen Widerstand der gedruckten Leiterelemente 4 deutlich zu senken und an vorgegebene Anwendungsparameter anzupassen. Die metallisierten Durchgänge 2 dienen zum Verbinden der gedruckten Leiterelemente 4 mit der Metallschicht 3 und ermöglichen während eines Galvanisierungsprozesses das galvanische Abscheiden der Leiterschichten 5 aus Metall auf den gedruckten Leiterelementen 4.

Die Schichtdicke der galvanisch gebildeten Leiterschichten 5 kann individuell gemäß den Anforderungen für die jeweilige Mehrschichtstruktur mit Hilfe des Galvanisierungsprozesses eingestellt werden. Während die gedruckten Leiterelemente 4, welche elektrisch leitende Partikel enthalten, hinsichtlich ihrer Ausgestaltung zum Erzeugen von Leiter- und/oder Bauelementestrukturen beschränkt sind, ermöglicht das Abscheiden der galvanisch gebildeten Leiterschichten 5 die Überwindung dieser Grenzen.

4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 3, wobei in einer gedruckten Funktionsschicht 6 ein oder mehrere Bauelemente 7, die zumindest teilweise an die vorher galvanisch gebildeten Leiterschicht 5 ankoppeln, auf die Isolierschicht 1 aufgedruckt sind.

5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 4, wobei auf die gedruckte Funktionsschicht 6 eine weitere Isolierschicht 8 mittels Drucken aufgebracht ist. In der weiteren Isolierschicht 8 ist ein weiterer Durchgang 8a gebildet, welcher wiederum bevorzugt mit galvanisch erzeugtem Metall gefüllt sein kann.

6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 5, wobei auf die weitere Isolierschicht 8 weitere gedruckte Leiterelemente 9 aufgedruckt sind. Dies wird in ähnlicher Weise ausfgeführt wie dies oben für die gedruckten Leiterelemente 4 in Verbindung mit 2 erläutert wurde.

7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 6, wobei auf die weiteren gedruckten Leiterelemente 9 weitere Bauelemente 10 mittels Druckverfahren aufgedruckt sind.

8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Mehrschichtstruktur 11 auf Basis der Schichtanordnung nach den 1 bis 7, bei der rückseitig ein Trägersubstrat 12 aus einem nicht leitenden Material aufgepreßt ist und die Metallschicht 3 zum Ausbilden von Leiterbahn- und/oder Pad-Strukturen 13 bearbeitet ist. Die Leiterbahn- und/oder Pad-Strukturen 13 werden mit Hilfe der für die Leiterplattenfertigung bekannten Prozesse hergestellt, beispielsweise Fotomaskieren und Ätzen. Auf die Leiterbahn- und/oder Pad-Strukturen 13 können in üblicher Weise, wie dieses für Leiterplatten oder andere Schichtstrukturen bekannt ist, elektronische Bauelemente (nicht dargestellt) mittels bekannter Technologien aufgebracht werden, insbesondere Löten oder Leitkleben.

Die Mehrschichtstruktur 11 nach 8 und das Verfahren zu deren Herstellung, was oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 erläutert wurde, bilden nur ein Beispiel für die Nutzung der galvanisch gebildeten Leiterschichten 5 auf den gedruckten Leiterelementen 4. Grundsätzlich können aufbauend auf die Schichtanordnung in 3 nachfolgend beliebige Schichtstrukturen mit Schichten aus elektrisch leitendem und/oder nicht leitendem Material aufgebracht werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, die Mehrschichtstruktur als eine HDI-Leiterplatte (HDI – „High Density Interconnections") mit den vergrabenen Bauelementen 7 und den weiteren Bauelementen 10 auszuführen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.


Anspruch[de]
Mehrschichtstruktur zum Aufnehmen einer elektronischen Schaltung, insbesondere Leiterplatte, mit einer Schichtanordnung mehrerer Isolierschichten und mehrerer Leiterschichten, in welcher auf einer Seite einer Isolierschicht (1) eine gedruckte Funktionsschicht (6) mit gedruckten Leiterelementen (4) aufgebracht ist und auf der zu der Seite gegenüberliegenden Seite der Isolierschicht (1) eine Leiterschicht (3) mit Leiterstrukturen (13) gebildet ist, wobei die gedruckten Leiterelemente (4) der gedruckten Funktionsschicht (6) über leitende Durchgänge (2) in der Isolierschicht (1) mit den Leiterstrukturen (13) verbunden sind und wobei auf zumindest einem Teil der gedruckten Leiterelemente (4) in der gedruckten Funktionsschicht (6) jeweils eine galvanisch gebildete, metallische Leiterschicht (5) angeordnet ist. Mehrschichtstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Funktionsschicht (6) gedruckte Bauelemente (7) umfaßt. Mehrschichtstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckten Bauelemente (7) ein oder mehrere mit Hilfe der gedruckten Leiterelemente (4) und der jeweiligen hierauf galvanisch gebildeten, metallischen Leiterschicht (5) gebildete, passive Bauelemente umfassen. Mehrschichtstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (1) mit Hilfe einer Folie ausgeführt ist. Mehrschichtstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß rückseitig ein die Schichtanordnung mechanisch stabilisierendes Trägersubstrat (12) aufgepresst ist. Mehrschichtstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Durchgänge (2) vollständig metallisiert sind. Mehrschichtstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtanordnung als eine HDI-Leiterplatte (HDI – „High Density Interconnections") gebildet ist.






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