DE112004001727T5

DE112004001727T5 - Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Moduls

Info

Publication number: DE112004001727T5
Application number: DE112004001727T
Authority: DE
Inventors: Antti Iihola; Timo Jokela
Original assignee: Imbera Electronics Oy
Current assignee: Imberatek NDGesDStaates Delaware H Us LLC
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: US20200187358A1; DE112004001727B4; JP4977464B2; FI20031341L; FI20031341A0; GB0605377D0; US10798823B2; WO2005027602A1; US9232658B2; KR20060066115A; GB2422054A; US20210329788A1; US20150124411A1; JP2007506273A; US20070166886A1; GB2422054B; CN1853451B; US11716816B2; US7696005B2; CN1853451A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Moduls, gekennzeichnet durch:
– Verwenden einer Platte, die eine erste (1a) und eine zweite (1b) Oberfläche aufweist und wobei die Platte eine Isolationsmaterialschicht (1) zwischen der ersten (1a) und der zweiten (1b) Oberfläche sowie eine leitfähige Schicht (4) auf mindestens der ersten Oberfläche (1a) aufweist,
– Herstellen mindestens einer Aussparung (2) in der Platte (1), die sich durch die zweite Oberfläche (1b) und die Isolationsmaterialschicht (1) so weit wie die leitfähige Schicht (4) an der ersten Oberfläche (1a) erstreckt, die die Aussparung (2) aus der Richtung der ersten Oberfläche (1a) abdeckt,
– Verwenden eines Bauteils (6), das eine Kontaktfläche mit Kontaktbereichen oder Kontaktvorsprüngen aufweist,
– Anordnen des Bauteils (6) in der Aussparung (2) derart, dass seine Kontaktfläche der ersten Oberfläche (1a) zugewandt ist, und Befestigen des Bauteils (6) an der leitfähigen Schicht (4), die die Aussparung (2) aus der Richtung der...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Moduls.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein elektronisches Modul, bei dem ein oder mehrere Bauteile in einer Installationsbasis eingebettet sind. Das elektronische Modul, das hergestellt wird, kann ein Modul wie eine Leiterplatte sein, die mehrere Bauteile aufweist, die über leitende Strukturen, die in dem Modul hergestellt sind, miteinander elektrisch verbunden sind. Die Erfindung betrifft insbesondere ein elektronisches Modul, das Mikroschaltungen enthält, an denen mehrere Kontaktanschlüsse angeschlossen sind. Zusätzlich zu den oder anstelle der Mikroschaltungen können selbstverständlich auch andere Bauteile, beispielsweise passive Bauteile, ebenfalls in der Installationsbasis eingebettet sein. Daher besteht die Absicht, in dem elektronischen Modul solche Bauteile einzubetten, wie sie typischerweise in einer unverpackten Form an der Leiterplatte (der Oberfläche der Leiterplatte) befestigt werden. Eine weitere wichtige Gruppe von Bauteilen sind Bauteile, die für den Anschluss an einer Leiterplatte typischerweise verpackt sind. Die elektronischen Module, auf die sich die Erfindung bezieht, können selbstverständlich auch andere Arten von Bauteilen aufweisen.
Die Installationsbasis kann von einer solchen Art sein, die den Basen ähnlich ist, die im Allgemeinen in der Elektronikindustrie als Installationsbasen für elektrische Bauteile verwendet wird. Die Aufgabe der Basis besteht darin, Bauteile mit einer mechanischen Befestigungsbasis und den notwendigen elektrischen Anschlüssen an sowohl Bauteilen, die sich an der Basis befinden, als auch denjenigen, die sich außerhalb der Basis befinden, auszustatten. Die Installationsbasis kann eine Leiterplatte sein, in welchem Fall die Bauweise und das Verfahren, auf das sich die Erfindung bezieht, in einer engen Beziehung zu der Herstellungstechnologie von Leiterplatten steht. Die Installationsbasis kann auch irgendeine andere Basis, beispielsweise eine Basis, die bei dem Verpacken eines Bauteils oder von Bauteilen verwendet wird, oder eine Basis für ein funktionelles Modul in seiner Gesamtheit sein.
Die für Leiterplatten verwendeten Herstellungstechniken unterscheiden sich von denjenigen, die für Mikroschaltungen verwendet werden, unter anderem dadurch, dass die Installationsbasis bei Herstellungstechniken für Mikroschaltungen, d.h. das Substrat, aus einem Halbleitermaterial besteht, während das Basismaterial einer Installationsbasis für Leiterplatten aus irgendeiner Art eines Isolationsmaterials besteht. Die Herstellungstechniken für Mikroschaltungen sind auch typischerweise erheblich teurer als die Herstellungstechniken für Leiterplatten.
Die Bauweisen und Herstellungstechniken für die Gehäuse und Packungen von Bauteilen und insbesondere von Halbleiterbauteilen unterscheiden sich von der Bauweise und Herstellung von Leiterplatten dadurch, dass die Bauteilpackungen hauptsächlich dazu bestimmt ist, ein Gehäuse um das Bauteil herum zu bilden, das das Bauteil mechanisch schützt und die Handhabung des Bauteils erleichtert. An der Oberfläche des Bauteils sind Verbinderteile, typischerweise Vorsprünge, vorgesehen, die es gestatten, dass das verpackte Bauteil leicht in der korrekten Position an der Leiterplatte angebracht werden kann und die gewünschten Verbindungen zu ihm hergestellt werden können. Des Weiteren sind im Inneren des Bauteilgehäuses Leiter vorgesehen, die die Verbinderteile außerhalb des Gehäuses mit Verbindungszonen an der Oberfläche des eigentlichen Bauteils verbinden und über die das Bauteil wie gewünscht an seiner Umgebung angeschlossen werden kann.
Die unter Verwendung der herkömmlichen Technologie hergestellten Bauteilgehäuse erfordern Raum in eine erhebliche Größe. Da elektronische Einrichtungen kleiner geworden sind, bestand die Tendenz, Bauteilgehäuse, die Raum einnehmen, nicht wesentlich sind und unnötige Kosten verursachen, wegzulassen. Es sind, um dieses Problem zu lösen, verschiedene Bauweisen und Verfahren entwickelt worden, mit deren Hilfe Bauteile im Inneren der Leiterplattestruktur angeordnet werden können.
Die US-Patentveröffentlichung 4 246 595 offenbart eine Lösung, bei der Aussparungen in der Installationsbasis für die Bauteile gebildet sind. Die Böden der Aussparungen sind durch eine zweilagige Isolationsschicht begrenzt sind, in denen Löcher für die An schlüsse des Bauteils ausgebildet sind. Diejenige Lage der Isolationsschicht, die gegen die Bauteile anliegt, wird aus einem Klebemittel gebildet. Danach werden die Bauteile in den Aussparungen so eingebettet, dass ihre Verbindungszone dem Boden der Aussparungen zugewandt sind, wobei die elektrischen Kontakte zu den Bauteilen durch die Löcher in der Isolationsschicht hindurch ausgebildet sind. Wenn gewünscht wird, die Struktur mechanisch haltbar zu machen, muss das Bauteil auch an einer Installationsbasis befestigt sein, sodass das Verfahren recht kompliziert ist. Es ist äußerst schwierig, ein kompliziertes Verfahren zu verwenden, das mehrere unterschiedliche Materialien und Verfahrenschritte erforderlich macht, um in gewinnbringender Weise preiswerte Produkte herzustellen.
Die JP-Anmeldungsveröffentlichung 2001-53 447 offenbart eine zweite Lösung, bei der eine Aussparung für das Bauteil in einer Installationsbasis hergestellt wird. Das Bauteil wird in der Aussparung so angeordnet, dass die Kontaktbereiche des Bauteils der Oberfläche der Installationsbasis zugewandt sind. Als Nächstes wird eine Isolationsschicht an der Oberfläche der Installationsbasis und über dem Bauteil hergestellt. Kontaktöffnungen für das Bauteil werden in der Isolationsschicht hergestellt, und die elektrischen Kontakte werden zu dem Bauteil durch die Kontaktöffnungen hindurch hergestellt. Bei diesem Verfahren ist eine erhebliche Genauigkeit bei der Herstellung der Aussparung und der Anordnung des Bauteils in der Aussparung erforderlich, damit das Bauteil genau angeordnet wird, um den Erfolg von Durchführungen mit Bezug auf die Breite und die Dicke der Installationsplatte sicherzustellen.
Die Veröffentlichung der internationalen Patentanmeldung WO 03/065778 offenbart ein Verfahren, bei dem mindestens ein leitfähiges Muster sowie Durchgangslöcher für Halbleiterbauteile in der Basis hergestellt werden. Danach werden die Halbleiterbauteile in den Löchern unter relativem Fluchten mit dem leitfähigen Muster angeordnet. Die Halbleiterbauteile werden an der Struktur der Basis befestigt, und eine oder mehrerer Schichten eines leitfähigen Musters werden in der Basis in einer solchen Weise hergestellt, dass mindestens ein leitfähiges Muster einen elektrischen Kontakt mit den Kontaktbereichen an der Oberfläche des Halbleiterbauteils bildet.
Die Veröffentlichung der internationalen Patentanmeldung WO 03/065779 offenbart ein Verfahren, bei dem Durchgangslöcher für Halbleiterbauteile in einer solchen Weise in der Basis hergestellt werden, dass sich die Löcher zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche der Basis erstrecken. Nach der Herstellung der Löcher wird ein Polymerfilm über der zweiten Oberfläche der Basisstruktur in einer solchen Weise aufgetragen, dass der Polymerfilm auch die Durchgangslöcher, die für die Halbleiterbauteile ausgebildet worden sind, an der zweiten Seite der Basisstruktur abdeckt. Vor dem Härten des Polymerfilms oder nach dessen teilweisem Härten werden die Halbleiterbauteile in den in der Basis gebildeten Löchern von der Richtung der ersten Oberfläche der Basis aus angeordnet. Die Halbleiterbauteile werden gegen den Polymerfilm gedrückt, damit sie an dem Polymerfilm anhaften. Danach wird das endgültige Härten des Polymerfilms durchgeführt, und werden zusätzliche Schichten eines leitfähigen Musters in einer solchen Weise hergestellt, dass mindestens ein leitfähiges Muster einen elektrischen Kontakt mit den Kontaktbereichen an der Oberfläche der Halbleiterbauteile bildet.
Ziel der Erfindung ist es, ein einfaches und zuverlässiges Verfahren mit niedrigen Herstellungskosten zum Einbetten von Bauteilen in einer Installationsbasis zu schaffen.
Die Erfindung beruht darauf, dass mit der Herstellung aus einer Isolationsplatte begonnen wird, die an mindestens einer Seite mit einer leitfähigen Schicht überzogen wird. Danach wird eine Aussparung in der Isolation hergestellt, die an einer Oberfläche der Platte offen ist, jedoch die leitfähige Schicht an der gegenüberliegenden Oberfläche der Platte nicht durchdringt. Ein Bauteil ist an der Aussparung befestigt, und elektrische Kontakte sind zwischen der leitfähigen Schicht und den Kontaktbereichen oder Kontaktvorsprüngen des Bauteils ausgebildet. Nach der Befestigung des Bauteils werden leitfähige Muster aus dieser leitfähigen Schicht gebildet, die Teil der Struktur der Leiterplatte oder eines anderen elektronischen Moduls werden.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren durch das gekennzeichnet, was in Anspruch 1 angegeben ist.
Mit Hilfe der Erfindung werden erhebliche Vorteile erreicht. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Erfindung dazu verwendet werden kann, ein einfaches und zuverlässiges Verfahren mit geringen Herstellungskosten zu gestalten, das zur Herstellung von elektronischen Modulen verwendet werden kann, die eingebettete Bauteile enthalten. Die leitfähig überzogene und als Basismaterial verwendete Isolationsplatte ist eine solche aus grundlegenden Rohmaterialien der Leiterplattenindustrie, und Platten dieser Art sind preiswert erhältlich und zuverlässig. Bei dem Verfahren ist die Verwendung des Rohmaterials äußerst effizient, da die leitfähig überzogene Isolationsplatte dazu genutzt wird, die leitfähigen Muster des elektronischen Moduls herzustellen. Sogar Schaltungen, die im Inneren der Isolationsplatte eingebettet werden, können elektrisch an dieser Schicht eines leitfähigen Musters angeschlossen werden.
Es gibt Ausführungsformen der Erfindung, bei denen verhältnismäßig wenige Verfahrenschritte bei dem Herstellungsverfahren erforderlich sind. Ausführungsformen mit weniger Verarbeitungsschritten erfordern entsprechend auch eine geringere Ausrüstung für das Verfahren und verschiedene Herstellungsmethoden. Mit Hilfe dieser Ausführungsformen ist es in vielen Fällen möglich, die Herstellungskosten im Vergleich zu komplizierteren Verfahren zu senken.
Die Anzahl der Schichten eines leitfähigen Musters des elektronischen Moduls kann auch entsprechend der Ausführungsform ausgewählt werden. Es kann beispielsweise eine oder zwei Schichten eines leitfähigen Musters geben. Des Weiteren können zusätzliche Schichten eines leitfähigen Musters ebenfalls an ihrer Oberseite in der in der Leiterplattenindustrie bekannten Weise hergestellt werden. Es können somit insgesamt drei, vier oder fünf Schichten eines leitfähigen Musters in einem Modul vorgesehen sein. Bei den einfachsten Ausführungsformen gibt es nur eine einzige Schicht eines leitfähigen Musters und tatsächlich irgendeine leitfähige Schicht. Bei einigen Ausführungsformen kann jede der leitfähigen Schichten, die in einem elektronischen Modul enthalten sind, dazu verwendet werden, leitfähige Muster zu bilden.
Es gibt auch Ausführungsformen der Erfindung, bei denen leitfähige Muster an den Anordnungsstellen der Bauteile hergestellt werden können. Dies vergrößert die Möglichkeit der Verkabelung der Struktur, was seinerseits gestattet, dass die Bauteile dichter beieinander angeordnet werden. Die Möglichkeit der Verkabelung kann auch dadurch verbessert werden, dass einige der Bauteile "mit der Oberseite nach unten" angeordnet werden, sodass die aktiven Oberflächen der Bauteile beiden Oberflächen der Platte zugewandt sind. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen untersucht.
1–17 zeigen eine Reihe von Querschnitten bei Herstellungsverfahren bei einer Ausführungsform der Erfindung.
18–27 zeigen eine Reihe von Querschnitten bei Herstellungsverfahren gemäß zweiten Ausführungsformen.
28 und 29 zeigen zwei Zwischenschritten der Herstellung eines elektronischen Moduls bei Herstellungsverfahren gemäß dritten Ausführungsformen.
30 und 31 zeigen zwei Zwischenschritten der Herstellung eines elektronischen Moduls bei Herstellungsverfahren gemäß vierten Ausführungsformen.
Bei den Verfahren der Beispiele wird die Herstellung durch Herstellung einer Installationsbasis aus einem Isolationsmaterial begonnen, das eine leitfähige Schicht an mindestens einer Oberfläche aufweist. Typischerweise wird eine im Handel erhältliche Platte 1 aus Isolationsmaterial, deren beide Oberflächen 1a, 1b mit einer leitfähigen Schicht 4 überzogen sind, als Installationsbasis ausgewählt. Das Isolationsmaterial 1 kann beispielsweise glasfaserverstärktes der Epoxy (beispw. FR4) sein. Das leitfähige Material 4 ist seinerseits üblicherweise Kupfer.
Die Installationsbasis wird typischerweise in einer solchen Weise ausgewählt, dass die Dicke der Installationsmaterialschicht 1 größer als die Dicke der Bauteile 6 ist, die später an der Basis zu befestigen sind, obwohl dies nicht wesentlich ist. Aussparungen 2, deren Größe entsprechend der Größe der Bauteile 6, die installiert werden, ausgewählt wird, werden mittels eines geeigneten Verfahrens in der Isolationsmaterialschicht 1 hergestellt. Die Aussparungen 2 werden in einer solchen Weise hergestellt, dass die leitfähige Schicht 4 an der Oberfläche der Isolationsmaterialschicht 1 das eine oder das andere Ende der Aussparung verschließt. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass das leitfähige Material 4 an der ersten Oberfläche der Installationsbasis um die Aussparung 2 herum entfernt wird. In Verbindung mit dem Entfernen des leitfähigen Materials 4 können andere Muster in der leitfähigen Musterschicht 4 ausgebildet werden, beispielsweise die Muster der Leiter der Schaltung, die gebildet wird. Danach wird die Herstellung der Aussparungen 2 unter Verwendung eines geeigneten Auswahlverfahrens fortgesetzt, das das Isolationsmaterial 1, nicht jedoch die leitfähige Schichtschicht 4 beeinflusst. Die so hergestellte Aussparung 2 sollte sich durch die gesamte Isolationsmaterialschicht 1 erstrecken, während die leitfähige Schicht 4 am anderen Ende der Aussparung 2 unbeschädigt bleibt. Aussparungen 2 können in einer entsprechenden Weise aus den Richtungen beider Oberflächen hergestellt werden.
Zur fluchtenden Anordnung der Bauteile 6 können auch geeignete Fluchtungsmarkierungen erforderlich sein, für deren Herstellung mehrere unterschiedliche Verfahren zur Verfügung stehen. Ein mögliches Verfahren besteht in der Herstellung kleiner Durchgangslöcher in der Nähe der Installationslöcher 2 für die Bauteile 6.
Die Bauteile 6 werden in ihren Installationslöchern 2 mithilfe der Fluchtungslöcher oder anderer Fluchtungsmarkierungen fluchtend angeordnet, und die Bauteile werden an der leitfähigen Schicht 4 befestigt. Die Bauteile 6 können an der leitfähigen Schicht 4 unter Verwendung eines Verfahrens befestigt werden, das die Bildung eines elektrischen Kontakts zwischen der leitfähigen Schicht 4 und den Kontaktbereichen des Bauteils gestattet. Solche Verfahren sind beispielsweise das Ultraschallverbindungsverfahren, das Thermokompressionsverfahren und das Verkleben mit einem elektrisch leitfähigen Klebemittel. Alternativ ist es möglich, ein Verfahren zu verwenden, bei dem ein elektrischer Kontakt zwischen der leitfähigen Schicht 4 und den Kontaktbereichen des Bauteils gebildet wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise das Verkleben mit einem Isolationsklebemittel. Nachfolgend wird die Prozedur des Verfahrens weiter ins Detail gehend in Verbindung mit den oben angegebenen Befestigungsverfahren beschrieben.
Der Begriff Ultraschallverfahren bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem zwei Teile, die Metall enthalten, zusammengepresst werden und Vibrationsenergie auf den Befestigungsbereich mit einer Ultraschallfrequenz zur Einwirkung gebracht wird. Der Ultraschall und der zwischen den zu befestigenden Oberflächen erzeugte Druck bewirken, dass sich die Teile, die befestigt werden, miteinander metallurgisch verbinden. Verfahren und Vorrichtungen zur Schaffung von Ultraschallverbindungen (Ultraschall bindungen) sind im Handel erhältlich. Eine Ultraschallbindung hat den Vorteil, dass keine hohe Temperatur zur Ausbildung der Verbindung benötigt wird.
Der Begriff Thermokompressionsverfahren bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem zwei Teile, die Metall enthalten, gegeneinander gepresst werden und Wärmeenergie auf den Verbindungsbereich zur Einwirkung gebracht wird. Die Wärmeenergie und der zwischen den zu befestigenden Oberflächen erzeugte Druck bewirken, dass die Teile, die befestigt werden, sich miteinander metallurgisch verbinden. Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Verbindungen nach dem Thermokompressionsverfahren (Thermokompressionsbindungen) sind ebenfalls im Handel erhältlich.
Der Ausdruck Klebemittel bezieht sich auf ein Material, mittels dessen die Bauteile an der leitfähigen Schicht befestigt werden können. Eine Eigenschaft des Klebemittels besteht darin, dass das Klebemittel auf der Oberfläche der leitfähigen Schicht oder des Bauteils in einer verhältnismäßig flüssigen Form oder ansonsten in einer Form ausgetragen werden kann, die zu der Gestalt der Oberfläche konform ist. Eine andere Eigenschaft das Klebemittels besteht darin, dass nach den Auftragen das Klebemittel mindestens teilweise härtet oder gehärtet werden kann, sodass das Klebemittel in der Lage ist, das Bauteil in seiner ordnungsgemäßen Lage (mit Bezug auf die leitfähige Schicht) zu halten, mindestens bis das Bauteil an der Struktur in irgendeiner anderen Weise befestigt ist. Eine dritte Eigenschaft des Klebemittels besteht in seiner Klebeeigenschaft, d.h. seiner Fähigkeit, an der Oberfläche, die verklebt wird, anzuhaften.
Der Ausdruck Verkleben bezieht sich auf die Befestigung des Bauteils und der leitfähigen Schicht aneinander mithilfe eines Klebemittels. So wird beim Verkleben ein Klebemittel zwischen das Bauteil und die leitfähige Schicht gebracht, und wird das Bauteil in einer geeigneten Position mit Bezug auf die leitfähige Schicht angeordnet, bei der das Klebemittel mit dem Bauteil an der leitfähigen Schicht in Berührung steht und mindestens teilweise den Raum zwischen dem Bauteil und der leitfähigen Schicht ausfüllt. Danach wird das Klebemittel (mindestens teilweise) härten gelassen, oder wird das Klebemittel (mindestens teilweise) aktiv gehärtet, sodass das Bauteil an der leitfähigen Schicht mit Hilfe des Klebemittels klebt. Bei einigen Ausführungsformen können sich Kontaktvorsprünge des Bauteils während des Verklebens durch die Klebemittel schicht hindurch erstrecken, um einen Kontakt mit der leitfähigen Schicht herzustellen.
Die Bauteile 6 können so an der Oberfläche der leitfähigen Schicht 4 mittels eines elektrisch leitfähigen Klebemittels befestigt werden. Elektrisch leitfähige Klebemittel, die für diesen Zweck geeignet sind, sind im Allgemeinen in zwei grundsätzlichen Arten verfügbar: isotropisch leitfähige Klebemittel und anisotropisch leitfähige Klebemittel. Ein isotropisch leitfähiges Klebemittel leitet in allen Richtungen, während ein anisotropisch leitfähiges Klebemittel eine leitfähige Richtung und eine Richtung diametral entgegengesetzt zu dieser besitzt, in der die Leitfähigkeit des Klebemittels äußerst gering ist. Ein anisotropisch leitfähiges Klebemittel kann beispielsweise aus einem Isolationsklebemittel gebildet werden, in das geeignete Leiterpartikel eingemischt sind. Wenn ein anisotropisch leitfähiges Klebemittel verwendet wird, kann das Klebemittel über der gesamten Oberfläche des Bauteils, das verklebt werden soll, dosiert werden. Bei Verwendung eines isotropisch leitfähigen Klebemittels sollte das Dosieren flächenweise durchgeführt werden, sodass keine Kurzschlüsse zwischen den Kontaktbereichen erzeugt werden.
Nach der Befestigung der Bauteile wird der in der Installationsaussparung 2 verbleibende Raum typischerweise mit einem Füllstoff 8 aufgefüllt. Danach kann die leitfähige Schicht 4 mit einem Muster versehen werden, sodass leitfähige Muster 14 gebildet werden, von denen mindestens einige mit den Kontaktbereichen einiger der Bauteile 6 verbunden werden. Danach kann das Verfahren durch Herstellung von zusätzlichen leitfähigen Musterschichten und Herstellung der notwendigen Durchgangslöcher fortgesetzt werden.
Die Herstellung unter Verwendung des Ultraschallverfahrens und des Thermokompressionsverfahrens ist weiter ins Detail gehend in der finnischen Patentanmeldung FI20030292 der Anmelderin, eingereicht am 26. Februar 2003, offenbart, die zum Zeitpunkt der Einreichung der vorliegenden Anmeldung noch nicht öffentlich zugänglich war.
Die Herstellung unter Verwendung von leitfähigen Klebemitteln ist ihrerseits weiter ins Detail gehend in der finnischen Patentanmeldung FI20031201 derselben Anmelderin, eingereicht am 26. August 2003, offenbart, die zum Zeitpunkt der Einreichung der vorliegenden Anmeldung noch nicht öffentlich zugänglich war.
Somit ist es an Stelle der Befestigungsverfahren, die einen elektrischen Kontakt bilden, auch möglich, Verfahren zu verwenden, bei denen kein elektrischer Kontakt gebildet wird. Eine solche Verbindung kann beispielsweise durch Verkleben des Bauteils 6 an der Oberfläche der leitfähigen Schicht 4 mit Hilfe eines Isolationsklebemittels hergestellt werden. Nach dem Verkleben kann die Installationsaussparung 2 mit einem Füllstoff 8 gefüllt werden, und können die Durchführungen hergestellt werden, durch die hindurch elektrische Kontakte zwischen den Kontaktbereichen der Bauteile 6 und der leitfähigen Schicht 4 gebildet werden können. Löcher 17 für die Durchführungen werden in der leitfähigen Schicht 4 an den Kontaktbereichen der Bauteile 6 hergestellt. Die Löcher 17 werden in einer solchen Weise hergestellt, dass sie auch die leitfähige Schicht durchdringen, die an der Oberseite der Kontaktbereiche oder der Kontaktvorsprünge verblieben ist. Die Löcher 17 erstrecken sich somit so weit wie das Material der Kontaktvorsprünge oder anderen Kontaktbereiche der Bauteile 6. Die Löcher 17 können beispielsweise im Wege des Bohrens mit einer Lasereinrichtung oder unter Verwendung irgendeines anderen geeigneten Verfahrens hergestellt werden. Danach wird leitfähiges Material zu den Löchern 17 in einer solchen Weise verbracht, dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Bauteil 6 und der leitfähigen Schicht 4 gebildet wird Danach kann die leitfähige Schicht 4 mit einem Muster versehen werden, sodass leitfähige Muster 14 gebildet werden, von denen mindestens einige mit einigen der Kontaktbereiche der Bauteile 6 verbunden werden. Danach kann das Verfahren durch Herstellung von zusätzlichen leitfähigen Musterschichten und Herstellung der notwendigen Durchführüngen fortgesetzt werden.
Herstellungsverfahren, die ein Isolationsklebemittel verwenden, sind weiter ins Detail gehend in der finnischen Patentanmeldung FI20030493 derselben Anmelderin, eingereicht am 1. April 2003, offenbart, die zum Zeitpunkt der Einreichung der vorliegenden Anmeldung noch nicht öffentlich zugänglich war.
Herstellungsverfahren gemäß den Beispielen können unter Verwendung von Herstellungsverfahren realisiert werden, die dem Fachmann auf dem Gebiet der Herstellung von Leiterplatten im Allgemeinen bekannt sind.
Nachfolgend werden die Schritte des in 1–17 sind dargestellten Verfahrens weiter ins Detail gehend untersucht.
Schritt A (1):
In Schritt A wird eine Platte eines geeigneten Isolationsmaterials 1, aus dem der Körper der Isolationsbasis gebildet wird, für das Herstellungsverfahren für ein elektronisches Modul ausgewählt. Bei der Ausführungsform, die eine einzige Isolationsmaterialschicht verwendet, sollte die Isolationsmaterialschicht 1 vorzugsweisedicker als das einzubauende Bauteil sein. Dann ist es möglich, das Bauteil gänzlich im Inneren der Installationsbasis einzubetten, und ist das elektronische Modul an beiden Seiten glatt. Dickere Sonderbauteile, deren rückseitige Oberfläche über die Isolationsmaterialschicht 1 hinaus vorsteht, können selbstverständlich ebenfalls in der Installationsbasis eingebettet werden. Dies ist die bevorzugte Verfahrensweise insbesondere bei solchen Ausführungsformen, bei denen mehrerer Isolationsmaterialschichten verwendet werden, die während des Verfahrens miteinander verbunden werden. In diesem Fall können die Bauteile gänzlich in der Struktur eingebettet werden, wenn die Gesamtdicke der Isolationsmaterialschicht die Dicke des Bauteils übersteigt. Aufgrund der Haltbarkeit der Struktur wird es bevorzugt, dass die Bauteile in dem fertiggestellten elektronischen Modul gänzlich innerhalb der Installationsbasis angeordnet sind.
Die Isolationsmaterialschicht 1 kann beispielsweise eine Polymerbasis, wie eine Platte aus glasfaserverstärktem Epoxy FR4, sein. Andere für die Isolationsmaterialschicht 1 geeignete Materialien sind PI (Polyimid), FRS, Aramid, Polytetrafluorethylen, Teflon^®, LCP (Flüssigkristallpolymer) und eine vorgehärtete Bindemittelschicht, d.h. Prepreg, sein.
Prepreg bezieht sich auf eines der Basismaterialien der Leiterplattenindustrie, das im Allgemeinen eine glasfaserverstärkte Isolationsmatte ist, die mit einem Harz des Schritts B gesättigt ist. Eine vorgehärtete Bindemittelschicht wird typischerweise als bindendes Isolationsmaterial bei der Herstellung von mehrschichtigen Leiterplatten verwendet. Ihr Harz des Schritts B wird in einer gesteuerten Weise mit Hilfe von Temperatur und Druck als Überbrückung ausgebildet, beispielsweise durch Drücken oder Laminieren, sodass das Harz härtet und zu Harz des Schritts C wird. Bei dem gesteuerten Härtungszyklus erweicht während des Anstiegs der Temperatur das Harz, und nimmt dessen Viskosität ab. Unter dem Zwang des Drucks füllt das flüssige Harz die Löcher und Öffnungen in ihrer Grenzoberfläche. Bei Verwendung einer vorgehärteten Bindemittelschicht wird diese Eigenschaft dazu genutzt, den um die Bauteile verbleibenden leeren Raum zu füllen. Auf diese Weise ist es möglich, die in den Beispielen beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Moduls weiter zu vereinfachen, da die Installationsaussparungen für die Bauteile nicht mit einem separaten Füllstoff gefüllt werden müssen.
Die Isolationsmaterialschicht 1 ist an beiden Seiten 1a, 1b mit einer leitfähigen Schicht 4 beispielsweise einer Metallschicht überzogen. Der Hersteller des elektronischen Moduls kann auch eine bereits überzogene Isolationsplatte als Basismaterial auswählen.
Schritt B (2):
In Schritt B werden leitfähige Muster 14 aus der leitfähigen Schicht 4 unter Verwendung irgendeines geeigneten Verfahrens ausgebildet. Das Entfernen des leitfähigen Materials kann beispielsweise unter Verwendung der Verdampfung mit einem Laser oder irgendeines selektiven Ätzverfahrens durchgeführt werden, die in der Leiterplattenindustrie weit verbreitet verwendet werden und gut bekannt sind. Das leitfähige Muster 14 wird in einer solchen Weise hergestellt, dass die Oberfläche der Isolationsmaterialschicht 1 an den Installationsaussparungen 2, die für die Bauteile 6 hergestellt sind, oder an der Seite der Oberfläche 1a oder 1b freigelegt ist. Entsprechend wird die leitfähige Materialschicht 14 an der gegenüberliegenden Oberfläche 1a oder 1b der Isolationsmaterialschicht 1 intakt belassen.
Schritt C (3):
In Schritt C werden in geeigneter Weise bemessene und gestaltete Aussparungen 2 in der Isolationsmaterialschicht 1 für das Einbetten der Bauteile hergestellt. Die Aussparungen 2 können, wie erforderlich, unter Verwendung beispielsweise irgendeines bei der Leiterplattenherstellung verwendeten bekannten Verfahrens hergestellt werden. Die Aussparungen 2 können beispielsweise unter Verwendung von CO₂ hergestellt werden. Die Aussparungen 2 werden aus der Richtung der zweiten Oberflächen 1b hergestellt und erstrecken sich durch die gesamte Isolationsmaterialschicht 1 so weit wie die Oberfläche 1a der leitfähigen Materialschicht 14 an der gegenüberliegenden Oberfläche der Schicht.
Schritt D (4):
In Schritt D wird der Rohling des elektronischen Moduls andersherum gedreht.
Schritt E (5):
In Schritt E werden zusätzliche Installationsaussparungen 2 in der Isolationsmaterialschicht 1 für Bauteile in der Richtung der ersten Oberfläche 1a hergestellt. Im Übrigen können die Aussparungen 2 in der gleichen Weise wie in Schritt C hergestellt werden.
Schritt F (6):
In Schritt F wird eine Klebemittelschicht 5 auf dem Boden der Installationsaussparungen 2 auf der Oberseite der leitfähigen Schicht 14 aufgetragen. Die Dicke der Klebemittelschicht 5 wird so ausgewählt, dass das Klebemittel in geeigneter Weise den Raum zwischen dem Bauteil 6 und der leitfähigen Schicht 14 füllt, wenn das Bauteil 6 später auf die Klebemittelschicht 5 gedrückt wird. Wenn das Bauteil 6 Kontaktvorsprünge 7 aufweist, wäre es gut, dass die Dicke der Klebemittelschicht 5 größer, beispielsweise etwa 1,5 – 10-mal größer, als die Höhe der Kontaktvorsprünge ist, sodass der Raum zwischen dem Bauteil 6 und der leitfähigen Schicht 4 gut gefüllt wird. Der Oberflächenbereich der für das Bauteil 6 gebildeten Klebemittelschicht 5 kann auch etwas größer als der entsprechende Oberflächenbereich des Bauteils 6 sein, was auch einen Beitrag dazu leistet, die Gefahr eines ungeeigneten Füllens zu vermeiden.
Der Schritt F kann in einer solchen Weise modifiziert werden, dass die Klebemittelschicht 5 auf den Befestigungsoberflächen der Bauteile 6 statt auf den Befestigungsbereichen der leitfähigen Schicht 14 aufgetragen wird. Dies kann beispielsweise durchgeführt werden, indem das Bauteil in Klebemittel eingetaucht wird, bevor es an seinem Platz im elektronischen Modul angeordnet wird. Es ist auch möglich fortzufahren, indem das Klebemittel an sowohl den Befestigungsbereichen der leitfähigen Schicht 14 als auch an den Befestigungsoberflächen der Bauteile 6 aufgetragen wird.
Das bei diesem Beispiel verwendete Klebemittel ist daher ein elektrischer Isolator, sodass die Klebemittelschicht 5 selbst keine elektrischen Kontakte zwischen den Kontaktbereichen des Bauteils 6 bildet.
Schritt G (7):
In Schritt G werden die aus der Richtung der ersten Oberfläche 1a zu installierenden Bauteile 6 an ihrem Platz in dem elektronischen Modul angeordnet. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Bauteile 6 in die Klebemittelschicht 5 mit Hilfe einer Montagemaschine gedrückt werden.
Schritt II (8):
In Schritt H wird der Rohling des elektronischen Moduls andersherum gedreht (siehe Schritt D).
Schritt I (8):
In Schritt I wird eine Klebemittelschicht 5 auf dem Boden der Installationsaussparungen 2, die sich zu der zweiten Oberfläche 1b hin offen sind, aufgetragen. Schritt I wird entsprechend zu Schritt F jedoch aus der Richtung der gegenüberliegenden Oberfläche des elektronischen Moduls durchgeführt.
Die Arbeitsschritte (beispielsweise Schritt F und n, die von gegenüberliegenden Seiten des elektronischen Moduls aus durchgeführt werden, können prinzipiell auch gleichzeitig oder aufeinander folgend ohne Wenden des Rohlings durchgeführt werden, wenn die Einrichtung zur Herstellung, die verwendet wird, es gestattet, dass die Arbeitsschritte von zwei Richtungen aus durchgeführt werden.
Schritt J (9):
In Schritt J werden die aus der Richtung der zweiten Oberfläche 1b zu installierenden Bauteile 6 an ihrem Platz in dem elektronischen Modul entsprechend Schritt G angeordnet.
Schritt K (10):
In Schritt K wird der zwischen den Bauteilen 6 und der Installationsbasis verbleibende Raum vollständig mit einem Füllstoff 8 gefüllt, der beispielsweise ein geeignetes Polymer ist. Wenn das Isolationsmaterial 1 eine vorgehärtete Bindemittelschicht (Prepreg) ist, kann dieser Schritt weggelassen werden.
Schritt L (11):
In Schritt L werden Löcher für die elektrischen Kontakte der Bauteile 6 hergestellt. Die Löcher 17 werden durch die leitfähige Schicht 14 und die Klebemittelschicht 5 hindurch in einer solchen Weise hergestellt, dass das Material der Kontaktvorsprünge oder der entsprechenden Kontaktbereiche der Bauteile 6 freigelegt ist. Die Löcher 17 können beispielsweise hergestellt werden, indem sie mit Hilfe eines Lasers gebohrt werden. Eine ausreichende Anzahl von Löchern 17 wird an den Kontaktbereichen der Bauteile 6 hergestellt. Wenn es bei dem Verfahren beabsichtigt ist, direkte Kontakte zu den Bauteilen 6 nicht nur durch die leitfähige Schicht 14 hindurch, sondern auch durch irgendeine andere leitfähige Schicht hindurch auszubilden, müssen die Löcher 17 nicht notwendigerweise an einem Kontaktbereich hergestellt werden, der zu einem solchen Kontakt gehört. Typischerweise wird, um einen zuverlässigen Kontakt zwischen den Kontaktbereichen eines Bauteils 6 und beispielsweise einer leitfähigen Schicht 24 auszubilden, ein Loch 28 in zwei Teilen hergestellt; zuerst wird ein Loch 17 zwischen dem Bauteil 6 und der leitfähigen Schicht 14 hergestellt, und dann wird ein Loch 27 direkt oberhalb desselben hergestellt.
Schritt M (12):
In Schritt M werden Löcher 11 in dem Modul für die Durchführungen hergestellt. Die Löcher 11 können beispielsweise mechanisch im Wege des Bohrens hergestellt werden.
Schritt N(13):
In Schritt N wird das leitfähige Material 15 in die Löcher 17, die in Schritt L hergestellt worden sind, und in die Durchführungen 11, die in Schritt M hergestellt worden sind, wachsen gelassen. Bei dem Verfahren des Beispiels wird das leitfähige Material 15 im Übrigen an der Oberseite der Basis ebenfalls wachsen gelassen, sodass auch die Dicke der leitfähigen Schichten 14 zunimmt.
Das leitfähige Material 15, das wachsen gelassen wird, kann beispielsweise Kupfer oder irgendein anderes ausreichend elektrisch leitfähiges Material sein. Bei der Auswahl des leitfähigen Materials 15 muss der Fähigkeit des Materials, einen elektrischen Kontakt mit dem Material der Kontaktvorsprünge 7 oder anderen Kontaktbereichen des Bauteils 6 zu bilden, Aufmerksamkeit gewidmet werden. Bei einem Verfahren des Beispiels ist das leitfähige Material 15 hauptsächlich Kupfer. Eine Metallisierung mit Kupfer kann hergestellt werden, indem die Löcher 11 und 17 mit einer dünnen Schicht aus chemischem Kupfer überzogen werden, und danach kann das Überziehen unter Verwendung eines elektrochemischen Verfahrens zum Wachsenlassen des Kupfers fortgesetzt werden. Chemischer Kupfer wird beispielsweise verwendet, weil er auch einen Überzug an der Oberseite des Klebemittels bildet und als elektrischer Leiter bei dem elektrochemischen Überziehen wirkt. Das Wachselassen des Metalls kann daher unter Verwendung eines Nasschemie-Verfahrens durchgeführt werden, sodass das Wachsenlassen preiswert ist.
Schritt N dient dazu, einen elektrischen Kontakt zwischen den Bauteilen 6 und der leitfähigen Schicht 14 auszubilden. In Schritt N ist es nicht wesentlich, die Dicke der leitfähigen Schicht 14 zu vergrößern; stattdessen kann das Verfahren gleich gut in einer solchen Weise gestaltet werden, dass in Schritt I die Löcher 17 und 11 nur mit einem geeigneten Material gefüllt werden. Die leitfähige Schicht 15 kann beispielsweise hergestellt werden, indem die Löcher 17 und 11 mit einer elektrisch leitfähigen Paste gefüllt werden oder indem irgendein anderes Metallisierungsverfahren verwendet wird, das für Mikro-Durchführungen geeignet ist.
In den nachfolgenden Figuren ist die leitfähige Schicht 15 als mit der leitfähigen Schicht 14 vereinigt dargestellt.
Schritt O (14):
In Schritt O werden die leitfähigen Schichten 14 in einer solchen Weise mit einem Muster versehen, dass leitfähige Muster 14 an beiden Oberflächen der Platte 1 ausgebildet werden. Das Versehen mit einem Muster kann beispielsweise in der in Schritt B beschriebenen Weise durchgeführt werden.
Nach Schritt O enthält das elektronische Modul ein Bauteil 6 oder mehrere Bauteile 6 sowie leitfähige Muster 14, mit deren Hilfe das Bauteil oder die Bauteile 6 an einer äußeren Schaltung oder aneinander angeschlossen werden können. Es existieren dann die Vorbedingungen für die Herstellung einer arbeitstechnischen Gesamtheit. Das Verfahren kann daher in einer solchen Weise gestaltet werden, dass das elektronische Modul nach Schritt O fertig ist, und 14 zeigt tatsächlich ein mögliches elektronisches Modul. Sofern gewünscht kann das Verfahren nach Schritt O beispielsweise fortgesetzt werden, indem das elektronische Modul mit einer Schutzsubstanz überzogen wird oder indem zusätzliche leitfähige Musterschichten an der ersten und/oder der zweiten Oberfläche hergestellt werden.
Schritt P (15):
In Schritt P wird eine Isolationsmaterialschicht 21 an beiden Oberflächen der Platte 1 sowie eine leitfähige Schicht 24 an der Oberseite der Isolationsmaterialschicht 21 hergestellt. Schritt P kann beispielsweise durchgeführt werden, indem geeignete RCF-Folien auf beide Oberflächen der Tafel 1 gepresst werden. Die RCF-Folie weist dann sowohl eine Isolationsmaterialschicht 21 als auch eine leitfähige Schicht 24 auf. Wenn die RCF-Folien auf die Platte 1 mit Hilfe von Wärme und Druck gepresst werden, bildet das Polymer der Schicht 21 eine vereinigte und enge Isolationsmaterialschicht zwischen der leitfähigen Schicht 14 und 24. Durch dieses Verfahren wird die leitfähige Schicht 24 auch ganz flach und glatt.
Schritt Q (16):
In Schritt Q werden Löcher 27 zur Bildung von Durchführungen zwischen der leitfähigen Schicht 14 und 24 hergestellt. Die Löcher können beispielsweise wie in Schritt L unter Verwendung eines Lasers hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen ist es auch möglich, Löcher 28 herzustellen, mit deren Hilfe eine geradlinige Durchführung mit der leitfähigen Schicht 24 und der Kontaktvorsprung oder Kontaktbereich des Bauteils 6 gebildet werden kann.
Schritt R (17):
In Schritt R wird leitfähiges Material 15 in die Löcher 27 (und die Löcher 28) wachsen gelassen, während gleichzeitig auch die Dicke der leitfähigen Schicht 24 vergrößert werden kann. Schritt R kann entsprechend zu Schritt N durchgeführt werden.
Nach Schritt R kann das Verfahren fortgesetzt werden, indem die leitfähigen Schichten 24 mit einem Muster versehen werden und möglicherweise indem zusätzliche leitfähige Schichten an der einen oder anderen oder an beiden Oberflächen hergestellt werden. Separate Bauteile können auch an der leitfähigen Schicht an der Oberfläche des elektronischen Moduls in der herkömmlichen Weise der Leiterplattetechnologie angeschlossen werden.
Der nachfolgende Teil befasst sich unter Zuhilfenahme der 18–27 mit einigen möglichen Modifikationen des Herstellungsverfahrens
Schritt A2 (18):
In Schritt A2 wird wie in Schritt A eine geeignete Isolationsmaterialplatte 1, aus der der Körper der Installationsbasis gebildet wird, für das Herstellungsverfahren für ein elektronisches Modul ausgewählt. Bei dem Verfahren des Beispiels wird die Isolationsmaterialschicht 1 von der ersten Oberfläche 1a aus mit einer leitfähigen Schicht 4, beispielsweise einer Metallschicht, überzogen.
Schritt B2 (19):
In Schritt B2 werden wie in Schritt C geeignet bemessene und gestaltete Aussparungen 2 in der Isolationsmaterialschicht 1 für die in der Platte einzubettenden Bauteile hergestellt. Die Aussparungen 2 werden aus der Richtung der zweiten Oberfläche 1b hergestellt und erstrecken sich durch die gesamte Isolationsmaterialschicht 1 so weit wie die Oberfläche der leitfähigen Materialschicht 4 auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Schicht.
Schritt C2 (20):
In Schritt C2 werden die aus der Richtung der zweiten Oberfläche 1b zu installierenden Bauteile 6 an ihrem Platz in den Aussparungen 2 angeordnet und mit der leitfähigen Schicht 4 verbunden. Elektrische Kontakte werden dann auch zwischen den Kontaktvorsprüngen oder Kontaktbereichen der Bauteile und der leitfähigen Schicht 4 ausgebildet. Die Verbindung der Bauteile 6 kann beispielsweise durch Verkleben mit einem isotro pisch oder anisotropisch elektrisch leitfähigen Klebemittel hergestellt werden. Die Befestigung kann auch unter Verwendung irgendeines anderen anwendbaren Verfahrens, beispielsweise des Ultraschall- oder Thermokompressionsverfahrens, durchgeführt werden.
Schritt D2 (20):
In Schritt D2 wird der zwischen dem Bauteil 6 und der Installationsbasis verbleibende Raum vollständig mit einem Füllstoff 8 gefüllt, der beispielsweise irgendein geeignetes Polymer ist.
Schritt E2 (21):
In Schritt E2 werden leitfähige Muster 14 aus der leitfähigen Schicht 4 unter Verwendung irgendeines geeigneten Verfahrens ausgebildet. Das Entfernen des leitfähigen Materials kann beispielsweise durch Verdampfung mit einem Laser oder unter Verwendung eines der selektiven Ätzverfahren durchgeführt werden, die in der Leiterplattenindustrie weit verbreitet verwendet werden und gut bekannt sind.
Schritt F2 (22):
In Schritt F2 wird eine leitfähige Schicht 9 an der zweiten Oberfläche 1b der Platte 1 ausgebildet. Schritt F2 kann beispielsweise durch Auflaminieren einer RCF-Folie auf die zweite Oberfläche 1b durchgeführt werden.
Schritt G2 (23):
In Schritt G2 werden Aussparungen 2 für Bauteile in der Isolationsmaterialschicht 1 wie in Schritt B2 hergestellt. Jetzt werden die Aussparungen 2 aus der Richtung der ersten Oberfläche 1a hergestellt, und erstrecken sie sich so weit wie die Oberfläche der leitfähigen Materialschicht 9.
Schritt H2 (24):
In Schritt H2 werden die aus der Richtung der ersten Oberfläche 1a zu installierenden Bauteile 6 an der leitfähigen Schicht 9 angeschlossen. Dieser Schritt kann wie der Schritt C2 durchgeführt werden.
Schritt I2 (20):
In Schritt I2 wird der zwischen den Bauteilen 6 und der Installationsbasis verbleibende Raum vollständig mit einem Füllstoff 8 gefüllt, der beispielsweise irgendein geeignetes Polymer sein kann.
Schritt J2 (25):
In Schritt J2 werden leitfähige Muster 19 aus der leitfähigen Schicht 9 unter Verwendung eines geeigneten Verfahrens ausgebildet.
Schritt K2 (26):
In Schritt K2 werden Löcher 27 zur Bildung von Durchführungen zwischen den leitfähigen Musterschichten 14 und 19 hergestellt.
Schritt L2 (27):
In Schritt L2 wird leitfähiges Material in die Löcher 27 wachsen gelassen. Schritt L2 kann entsprechend zu Schritt N durchgeführt werden.
Nach Schritt L2 weist das elektronische Modul zwei leitfähige Musterschichten und an diesen angeschlossene eingebettete Bauteile 6 auf. Wenn mehrere leitfähige Schichten in dem elektronischen Modul, das hergestellt wird, nicht benötigt werden, kann das Modul beispielsweise mit einer Schutzsubstanz nach Schritt L2 geschützt werden. Nach Schritt L2 ist es auch möglich, sofern gewünscht, zusätzliche leitfähige Schichten in dem Modul herzustellen oder an der Oberfläche angebrachte Bauteile an ihm anzuschließen. Die Module können auch miteinander verbunden werden, um eine mehrschichtige Struktur zu schaffen.
Die obigen Beschreibungen sind solche von Ausführungsformen, bei denen die Isolationsmaterialschicht 1 aus einer einzigen vereinigten Isolationsmaterialplatte, beispielsweise einer glasfaserverstärktes Epoxyplatte oder einer Prepregtafel, gebildet ist. Jedoch kann die Isolationsmaterialschicht 1 gleich gut aus mehr als einem Teil hergestellt werden. Es ist dann auch möglich, in einer solchen Weise fortzufahren, dass die Isolationsmaterialschicht 1 aus mehr als einem Isolationsmaterial gebildet wird. 28–31 zeigen zwei solche Ausführungsformen.
28 zeigt ein Element, das eine erste Isolationsmaterialschicht 1 aufweist, wobei Bauteile 6 in Aussparungen eingesetzt sind, die in dieser hergestellt sind. Zusätzlich besitzt das Element eine leitfähige Schicht 4 an der Oberfläche der Isolationsmaterialschicht 1. Die Dicke der ersten Isolationsmaterialschicht 1 ist vorzugsweise größer als die Höhe der Bauteile 6. Ein Element wie das in der Figur gezeigte kann beispielsweise durch Kombinieren von Unter-Verfahren der vorausgehenden Reihe von Figuren hergestellt werden. Zusätzlich zu dem Element zeigen die Figuren auch eine zweite Isolationsmaterialschicht 11, in der Aussparungen 22 für Bauteile 6 sowie eine zweite leitfähige Schicht 9 ebenfalls hergestellt sind.
Bei der obigen Ausführungsform ist die zweite Isolationsmaterialschicht 11 Prepreg. Die erste Isolationsmaterialschicht 1 kann dann auch eine solche aus irgendeinem anderen Isolationsmaterial, beispielsweise aus einer glasfaserverstärkten Epoxyplatte, sein. Danach werden die Schichten miteinander verbunden, was zu dem in 29 dargestellten Element führt. Wie aus 28 ersichtlich ist, füllt das in dem Prepreg enthaltene Harz den Raum zwischen dem Bauteil 6 und seiner Umgebung. Danach kann die Herstellung des elektronischen Moduls mit Hilfe der oben beschriebenen Unter-Verfahren fortgesetzt werden.
30 zeigt ein erstes und ein zweites Element, die beide eine erste Isolationsmaterialschicht 1 und Bauteile 6 in Aussparungen aufweisen, die in der Isolationsmaterialschicht 1 hergestellt sind. Zusätzlich weisen die Elemente leitfähige Schichten 4 an den ersten Oberflächen der Isolationsmaterialschichten 1 und leitfähige Muster 19 an den zweiten Oberflächen der Isolationsmaterialschichten 1 auf. Bei beiden Elementen ist die Dicke der ersten Isolationsmaterialschicht größer als die Höhe der Bauteile 6. Das zweite Element ist mit Bezugnahme das erste Element in einer solchen Weise gedreht, dass die leitfähigen Muster 19 einander zugewandt sind und eine zweite Isolationsmaterialschicht 11, in der ebenfalls für Bauteile 6 hergestellte Aussparungen vorgesehen sind, zwischen den Elementen angeordnet ist. Danach werden die Elemente der zweiten Isolationsmaterialschicht 11 miteinander befestigt, was zu deren in 31 dargestellten Modulstruktur führt. Die Struktur von 31 ist kompakt und dünn, und weist in diesem Schritt des Verfahrens bereits vier leitfähige Schichten (Schichten 4, 4, 19 und 19) auf.
Bei der in 30 und auch 31 dargestellten Ausführungsform kann Prepreg als zweite Isolationsmaterialschicht 11 verwendet werden. Die erste Isolationsmaterialschicht 1 beider Elemente kann dann auch irgendein anderes Isolationsmaterial, beispielsweise eine glasfaserverstärkte Epoxyplatte, sein. Mit Hilfe des Prepreg wird ein ausgezeichnetes Füllen in dem Raum zwischen den Elementen erreicht, wie bei dem Beispiel von 29 dargestellt ist. Die in 30 und 31 dargestellten Module können beispielsweise mit Hilfe der oben beschriebenen Unter-Verfahren hergestellt werden. Die Herstellung des elektronischen Moduls kann auch in einer Weise fortgesetzt werden, die beispielsweise derjenigen der in 10 und 24 dargestellten Elementen entspricht, wobei die ausgewählten Verbindungstechniken das Erfordernis, die leitfähigen Schichten 4 mit einem Muster zu versehen, und andere ähnliche besondere Erfordernisse des Verfahrens berücksichtigt werden.
Die Beispiele der Reihe von vorausgehenden Figuren zeigen einige mögliche Verfahren, mit deren Hilfe unsere Erfindung genutzt werden kann. Unsere Erfindung ist jedoch nicht nur auf die oben offenbarten Verfahren beschränkt, sondern stattdessen deckt die Erfindung auch andere unterschiedliche Verfahren und ihre Endprodukte ab, wobei der volle Umfang und die Äquivalenzinterpretation der Ansprüche berücksichtigt werden. Die Erfindung ist auch nicht auf die in den Beispielen beschriebenen Bauweisen und Verfahren beschränkt; wobei es für den Fachmann offensichtlich ist, dass zahlreiche Anwendungen unserer Erfindung dazu verwendet werden können, sehr viele unterschiedliche elektronische Module und Leiterplatten herzustellen, die sich von den oben beschriebenen Beispielen sogar in einem großen Ausmaß unterscheiden. Die Bauteile und Verbindungen der Figuren dienen daher nur zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens. Daher können sehr viele Abänderungen des Verfahrens der oben angegebenen Beispiele durchgeführt werden, ohne jedoch von der Grundidee der Erfindung abzuweichen. Die Abänderungen können sich beispielsweise auf die in den verschiedenen Schritten beschriebenen Herstellungstechniken oder auf die gegenseitige Aufeinanderfolge der Verfahrenschritte beziehen.
Bei den oben beschriebenen Verfahren ist es beispielsweise möglich, mehrere Techniken für das Befestigen der Bauteile beispielsweise in einer solchen Weise zu verwenden, dass die aus der Richtung der ersten Oberfläche zu befestigenden Bauteile unter Verwendung irgend einer ersten Technik und der aus der Richtung der zweiten Oberfläche zu befestigenden Bauteile unter Verwendung irgend einer zweiten Technik befestigt werden, die sich von der ersten Technik unterscheidet.
Bei den oben angegebenen Beispielen werden elektronische Module hergestellt, die aus einer ersten und einer zweiten Richtung eingebettete Bauteile aufweisen. Selbstverständlich ist es im Rahmen des Umfangs der Erfindung auch möglich, solche einfacheren Module herzustellen, die nur von einer Richtung aus eingebettete Bauteile aufweisen. Mit Hilfe dieser einfacheren Module ist auch ein Modul möglich, das in zwei Richtungen eingebettete Bauteile aufweist. Das Modul kann beispielsweise in einer solchen Weise hergestellt werden, dass zwei Module von ihren Rückseiten aus zusammenlaminiert werden, sodass die aktiven Oberflächen, die in den Sub-Modulen enthalten sind, der gegenüberliegenden äußeren Oberfläche des Moduls zugewandt sind, das zusammenlaminiert worden ist.
Zusammenfassung
Diese Veröffentlichung zeigt ein Verfahren zu Herstellung eines elektronischen Moduls, welche Herstellung von einer Isolationsmaterialplatte (1) ausgeht. Zumindest eine Vertiefung (2) wird in der Platte (1) vorgesehen, die sich durch die Isolationsmaterialschicht (1) soweit wie die leitfähige Schicht auf der gegenüberliegenden Fläche (1a) erstreckt. Ein Bauteil (6) wir in die Aussparung mit dessen Kontaktfläche in Richtung zu der leitfähigen Schicht gesetzt, und das Bauteil (6) wird an der leitfähigen Schicht befestigt. Danach wird ein Leitmuster (14) von dem die Aussparung schließenden Leitmuster gebildet, das von zumindest irgendeinem der Kontaktbereiche oder Kontaktvorsprünge des in der Aussparung eingesetzten Bauteils (6) elektrisch angeschlossen ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Moduls, gekennzeichnet durch: – Verwenden einer Platte, die eine erste (1a) und eine zweite (1b) Oberfläche aufweist und wobei die Platte eine Isolationsmaterialschicht (1) zwischen der ersten (1a) und der zweiten (1b) Oberfläche sowie eine leitfähige Schicht (4) auf mindestens der ersten Oberfläche (1a) aufweist, – Herstellen mindestens einer Aussparung (2) in der Platte (1), die sich durch die zweite Oberfläche (1b) und die Isolationsmaterialschicht (1) so weit wie die leitfähige Schicht (4) an der ersten Oberfläche (1a) erstreckt, die die Aussparung (2) aus der Richtung der ersten Oberfläche (1a) abdeckt, – Verwenden eines Bauteils (6), das eine Kontaktfläche mit Kontaktbereichen oder Kontaktvorsprüngen aufweist, – Anordnen des Bauteils (6) in der Aussparung (2) derart, dass seine Kontaktfläche der ersten Oberfläche (1a) zugewandt ist, und Befestigen des Bauteils (6) an der leitfähigen Schicht (4), die die Aussparung (2) aus der Richtung der ersten Oberfläche (1a) abdeckt, und – Ausbilden eines leitfähigen Musters (14), das eine elektrische Verbindung zu mindestens irgendwelchen der Kontaktbereiche oder Kontaktvorsprünge des Bauteils (6), das in der Aussparung (2) angeordnet ist, von der leitfähigen Schicht (4), die die Aussparung (2) abdeckt, herstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bauteile (6) derart angeordnet werden, dass sie sowohl der ersten (1a) als auch der zweiten (1b) Oberfläche in der Isolationsmaterialschicht (1) zugewandt sind, und elektrische Kontakte an den Bauteilen (6) in einer solchen Weise ausgebildet werden, dass mindestens einige der Bauteile an der leitfähigen Schicht (4) an der ersten Oberfläche (1a) und mindestens einige an der leitfähigen Schicht (4) an der zweiten Oberfläche (1b) angeschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, umfassend die Durchführung der nachfolgenden Schritte, nachdem das Bauteil (6) oder mehrere Bauteile (6) an der leitfähigen Schicht (4), die die Aussparung (2) oder Aussparungen (2), aus der Richtung der ersten Oberfläche (1a) verschließt, befestigt worden ist bzw. sind: – Herstellen einer leitfähigen Schicht (9) an der zweiten Oberfläche (1b) der Platte, – Herstellen mindestens einer Aussparung (2) in der Platte (1), die sich durch die ersten Oberfläche (1a) und die Isolationsmaterialschicht (1) so weit wie die leitfähige Schicht (9) an der zweiten Oberfläche (1b) erstreckt, die die Aussparung (2) aus der Richtung der zweiten Oberfläche (1b) abdeckt, – Verwenden eines Bauteils (6), das eine Kontaktfläche mit Kontaktbereichen oder Kontaktvorsprüngen aufweist, – Anordnen des Bauteils (6) in der Aussparung (2) mit seiner Kontaktfläche in Richtung zu der zweiten Oberfläche (1b) und Befestigen des Bauteils (6) an der leitfähigen Schicht (4), die die Aussparung (2) aus der Richtung der zweiten Oberfläche (1b) abdeckt, und – Ausbilden eines leitfähigen Musters (19) aus der leitfähigen Schicht (9), die die Aussparung (2) abdeckt, wobei das Muster an mindestens irgendwelchen der Kontaktbereiche oder Kontaktvorsprünge des Bauteils (6), das in der Aussparung (2) angeordnet ist, elektrisch angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Platte verwendet wird, die mit einer leitfähigen Schicht (4) an beiden Oberflächen überzogen ist, und bei dem – mindestens eine zweite Aussparung (2) in der Platte (1) hergestellt wird und sich durch die erste Oberfläche (1a) und die Isolationsmaterialschicht (1) so weit wie die leitfähige Schicht (4) auf der zweiten Oberfläche (1b), die die hergestellte Aussparung (2) aus der Richtung der zweiten Oberfläche (1b) abdeckt, erstreckt, – ein Bauteil (6), das eine Kontaktfläche mit Kontaktbereichen oder Kontaktvorsprüngen aufweist, verwendet wird, – das Bauteil (6) in der Aussparung (2) derart angeordnet wird, dass seine Kontaktfläche der zweiten Oberfläche (1b) zugewandt ist, und das Bauteil (6) an der leitfähigen Schicht (4), die die Aussparung (2) aus der Richtung der zweiten Oberfläche (1b) abdeckt, befestigt wird, und – ein leitfähiges Muster (14) aus der leitfähigen Schicht (4), die die Aussparung (2) abdeckt, ausbildet wird, das an mindestens irgendwelchen der Kontaktbereiche oder Kontaktvorsprünge des Bauteils (6), das in der Aussparung (2) angeordnet ist, elektrisch angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicke der Isolationsmaterialschicht (1) dünner als die Dicke des mindestens einen Bauteils (6), das an der leitfähigen Schicht befestigt ist, ist und bei dem: – mindestens eine zweite Isolationsmaterialplatte (11) verwendet wird, – mindestens eine Aussparung (2) für das mindestens eine Bauteil (6), das an der leitfähigen Schicht (4) befestigt ist, in der zweiten Isolationsmaterialtafel (11) hergestellt wird und – die zweite Isolationsmaterialplatte (11) an der ersten Isolationsmaterialplatte (1) aus der Richtung der zweiten Oberfläche (1b) befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 5, wobei ein erstes und ein zweites Element hergestellt werden, die beide eine Isolationsmaterialschicht (1), eine leitfähige Schicht (4) an mindestens der ersten Oberfläche (1a) der Isolationsmaterialschicht (1) und mindestens ein Bauteil (6) in mindestens einer Aussparung (2) aufweisen, und bei dem: – mindestens eine zweite Isolationsmaterialplatte (11) verwendet wird, und – das erste und das zweite Element mit Hilfe der zweiten Isolationsmaterialtafel (11) in einer solchen Weise gegenseitig befestigt werden, dass die zweiten Flächen (1b) Dale Isolationsmaterialschichten (1), die in den Elementen enthalten sind, einander zugewandt sind.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die erste Isolationsmaterialplatte (1) aus einem ersten Isolationsmaterial und die zweite Isolationsmaterialtafel (11) aus einem zweiten Isolationsmaterial besteht, das sich von dem ersten Isolationsmaterial unterscheidet
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei mindestens ein Bauteil (6) an der leitfähigen Schicht (4; 9) durch Verkleben mit Hilfe eines elektrisch leitfähigen Klebemittels befestigt wird, sodass ein elektrischer Kontakt zwischen der leitfähigen Schicht (4; 9) und den Kontaktbereichen oder Kontaktvorsprüngen des Bauteils (6) gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei mindestens ein Bauteil (6) an der leitfähigen Schicht (4; 9) durch Verkleben mit Hilfe eines elektrisch isolierenden Klebemittels befestigt wird und ein elektrischer Kontakt zwischen dem Bauteil (6) und der leitfähigen Schicht (4; 9) durch Herstellen von Durchführungen gebildet wird, die die gewünschten Kontaktbereiche an der leitfähigen Schicht (4; 9) anschließen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei mindestens ein Bauteil (6) befestigt wird und ein elektrischer Kontakt mit der leitfähigen Schicht (4; 9) durch metallurgisches Verbinden der Kontaktbereiche mit der leitfähigen Schicht (4; 9) entweder direkt oder über Zwischenkontaktvorsprünge ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, wobei mindestens ein Bauteil (6), das an der leitfähigen Schicht (4; 9) befestigt ist, ein nicht verpackter Mikrochip ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, wobei zur Schaffung einer mehrschichtigen Leiterplattenstruktur zusätzliche Isolationsschichten und leitfähige Schichten an der ersten (1a) und/oder der zweiten (1b) Oberfläche hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–12, wobei die Bauteile (6) in mindestens zwei Platten (1) eingebettet werden, die anschließend übereinander befestigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–13, wobei eine leitfähige Musterschicht (14; 19) an sowohl der ersten (1a) als auch der zweiten (1b) Oberfläche der Isolationsmaterialschicht (1) hergestellt wird.