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Die
Erfindung betrifft eine Mehrschichtstruktur zum Aufnehmen einer
elektronischen Schaltung, insbesondere Leiterplatte.
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Stand der Technik
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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.
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Aus
dem Dokument
DE 197
05 003 A1 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.
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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.
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Die
Druckschrift
US 5 830
563 A offenbart einen Mehrschichtverbund, in dem eine Mehrzahl
von isolierenden Lagen und eine Mehrzahl von Lagen mit Leitungselemente
abwechseln, wobei die Leitungselemente teilweise durch die Lagen
hindurch miteinander verbunden sind. Die Leitungselemente werden durch
außenstromlose
Abscheidung gebildet und können
durch galvanische Abscheidung verdickt werden.
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Die
Druckschrift
EP 0 222
618 A2 offenbart eine mehrlagige, auf einer Isolatorschicht
gebildete, integrierte Schaltung mit abwechselnden Isolatorschichten
und Schichten mit durch Siebdruck gebildeten Leiterkomponenten und
Verbindungsstrukturen zwischen den Leiterkomponenten verschiedener Schichten.
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Die
Druckschrift
EP 1 450
590 A2 offenbart eine mehrlagige Struktur alternierender
Isolatorschichten und Schichten mit Leiterkomponenten, wobei vertikale
Leitungsverbindungen zwischen einer Mehrzahl von Leiterschichten
bereitgestellt sind. Eine zweite leitende Schicht wird galvanisch
auf eine erste, in einer Öffnung
angeordneten leitende Schicht aufgebracht, um leitende Verbindungen
innerhalb des entsprechenden Teils der mehrlagigen Struktur bereitzustellen.
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Die
Druckschrift
US 6 287
890 B1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen
Struktur, wobei auf einem metallischen Substrat zunächst eine
Isolatorschicht zur Bildung einer Maske aufgebracht wird, an freigelegten
Stellen der Maske auf dem metallischen Substrat weiteres Metall
abgelagert wird und nach einem Entfernen der Isolatorschicht in
einem Ätzschritt
schließlich
die dünn
gebliebenen Metallbereiche fortgeätzt werden, so dass nur noch
die verstärkten
Leiterbereiche verbleiben.
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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.
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Die Erfindung
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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.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Mehrschichtstruktur nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
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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.
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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.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die gedruckte
Funktionsschicht gedruckte Bauelemente umfaßt, wodurch die Gestaltungsvielfalt
in der gedruckten Funktionsschicht erweitert ist.
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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.
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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.
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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.
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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 Art Verdrahtungsebene, in welcher optional
auch passive Bauelemente gebildet sein können.
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Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung einer Schichtannordnung mit einer
Isolierschicht, in welcher metallisierte Durchgänge gebildet sind;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 1,
wobei auf die Isolierschicht im Bereich der Durchgänge gedruckte
Leiterelemente aufgedruckt sind;
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3 eine
schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 2,
wobei auf den gedruckten Leiterelementen jeweils eine galvanisch
gebildete Leiterschicht abgeschieden ist;
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4 eine
schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 3,
wobei in einer Funktionsschicht Bauelemente auf die Isolierschicht aufgedruckt
sind;
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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;
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6 eine
schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 5,
auf die weitere Isolierschicht weitere gedruckte Leiterelemente
aufgedruckt sind;
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7 eine
schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 6,
wobei auf die weiteren gedruckten Leiterelemente weitere Bauelemente
aufgedruckt sind; und
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8 eine
schematische Schnittdarstellung einer Mehrschichtstruktur mit der
Schichtanordnung nach 7, wobei eine rückseitige
Isolierschicht aufgepreßt
ist und vorderseitig Leiterstrukturen gebildet sind.
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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.
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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.
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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 Irakjet-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.
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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.
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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
Par tikel 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.
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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.
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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.
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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.
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7 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung der Schichtanordnung nach 6,
wobei auf die weiteren gedruckten Leiterelemente 9 weitere Bauelemente 10 mittels
Druckverfahren aufgedruckt sind.
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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.
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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.
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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.