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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte, einen Sensor mit einer solchen Leiterplatte, ein Kraftstofffüllstandsmesssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Sensor und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leiterplatte.
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Nach dem Stand der Technik sind zweiseitig als Schaltungsträger fungierende Leiterplatten bekannt. Solche Leiterplatten können z.B. eine Sinterkeramik als Trägermaterial für Leiterbahnen aufweisen. Ferner können solche Leiterplatten metallisierte Löcher aufweisen, welche die auf den beiden Seiten des Schaltungsträgers ausgebildeten Leiterbahnen miteinander verbinden.
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Eine solche Leiterplatte findet sich z.B. in einem sogenannten magnetischen, passiven Positionssensor, auch MAPPS genannt (MAgnetic Passiv Position Sensor), welcher in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs zur Kraftstofffüllstandserfassung zum Einsatz kommt. Ein derartiger Sensor enthält eine Leiterplatte mit einem Schaltungsträger bzw. Substrat aus einer Sinterkeramik, welcher bzw. welches auf einer Seite mit Leiterbahnen und mit einer Kontaktfederstruktur versehen ist, wobei die Kontaktfederstruktur mit den Leiterbahnen zusammenwirkt. Diese Kontaktfederstruktur wird je nach Kraftstofffüllstand des Tanks mittels eines Magneten mit den Leiterbahnen kontaktiert. Die Sinterkeramik umfasst dabei z.B. zwei metallisierte Löcher, um die Leiterbahnen auf beiden Seiten der Sinterkeramik miteinander zu verbinden.
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Zur Metallisierung dieser Löcher wird zunächst auf einer Seite des gesinterten Keramiksubstrates im Bereich der Löcher eine Schicht einer elektrisch leitenden Dickschichtpaste bzw. Sinterpaste aufgetragen. Dann wird diese Paste von der anderen Seite mittels eines Unterdruckes zum Teil in die Löcher eingesaugt. Das Keramiksubstrat wird dann getrocknet und gebrannt, wodurch die Dickschichtpaste bzw. Sinterpaste aussintert und mit dem Keramiksubstrat eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Analog dazu wird dann bezüglich der anderen Seite des Keramiksubstrates verfahren. Im Ergebnis überlappen sich somit zum Teil eine erste Schicht und eine zweite Schicht einer jeweils elektrisch leitenden Dickschichtpaste in den Löchern, sodass eine Durchkontaktierung entsteht.
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Die Löcher werden schließlich mittels einer Glasmasse verschlossen, um die mit den Leiterbahnen und der Kontaktfederstruktur bestückte Seite des Substrates flüssigkeitsdicht bzw. hermetisch abkapseln zu können.
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Die Druckschrift
US 4 323 593 A betrifft ein Verfahren zum Drucken eines Punktmusters auf einer Leiterplatte.
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Die Druckschrift
DE 699 30 719 T2 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte.
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Die Druckschrift
DE 694 31 866 T2 betrifft eine Zusammensetzungen zum Füllen von Durchkontaktierungslöchern.
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Die Druckschrift
EP 0 844 459 A1 betrifft einen passiven magnetischen Positionssensor.
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Die Druckschrift
DE 37 84 764 T2 betrifft ein mehrschichtiges keramisches Substrat.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche Durchkontaktierung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst, der eine Leiterplatte unter Schutz stellt. Die Ansprüche 7 und 8 stellen einen Sensor mit einer derartigen Leiterplatte und ein Kraftstofffüllstandsmesssystem mit einem solchen Sensor unter Schutz. Der Anspruch 9 stellt ein Verfahren zur Herstellung der vorgeschlagenen Leiterplatte unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Es wird eine Leiterplatte mit auf zwei Seiten eines Keramiksubstrates ausgebildeten Leiterbahnen vorgeschlagen, wobei das Keramiksubstrat mindestens ein metallisiertes Loch zur Durchkontaktierung aufweist, welches die Leiterbahnen miteinander verbindet.
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Das Loch des gesinterten Keramiksubstrates ist dabei mit einer unter Pressdruck eingefüllten metallhaltigen Sinterpaste befüllt, die im ausgesinterten Zustand zumindest eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Keramiksubstrat eingeht und dabei das Loch vollständig ausfüllt.
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Je nachdem, ob sich bei der Ausfüllung des Loches mit der Sinterpaste ein Überstand an Material bzw. ein Materialpfropfen bildet, welcher die jeweilige Keramiksubstratseite bzw. den jeweiligen Lochrand hintergreift, kann auch ein Formschluss zwischen dem Keramiksubstrat und der Sinterpaste entstehen. Ein derartiger Pfropfen kann einen Materialüberstand an Sinterpaste gegenüber der jeweiligen Substratseite von etwa 2 bis 5µm darstellen.
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Unter einer Leiterplatte bzw. Platte oder Platine im Sinne dieser Anmeldung ist eine Leiterplatte zu verstehen, deren Trägermaterial bzw. -substrat sich für einen Hochtemperatur- bzw. Sinterprozess eignet, d.h. für eine Behandlung bei etwa 950°C oder auch bei etwa 1500°C. Ein Trägermaterial bzw. -substrat aus einer Aluminiumoxid-Keramik eignet sich zur Behandlung bei derartig hohen Temperaturen.
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Die Leiterbahnen können drucktechnisch im Siebdruckverfahren oder Schablonendruckverfahren auf das Trägermaterial bzw. -substrat aufgebracht bzw. aufgetragen werden. Ein derart bedruckter Keramiksubstratträger wird gebrannt, wobei die Leiterbahnen zu sehr widerstandsfähigen und zuverlässigen Schichten verschmelzen bzw. aussintern. Grundsätzlich kann ein solcher Brennvorgang nach der sogenannten LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) oder HTCC (High Temperature Cofired Ceramics) Technologie erfolgen.
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Unter Sintern bzw. Aussintern versteht man dabei eine Verfestigung und Verdichtung einer Sinterpaste zu einem kompakten Werkstoff infolge einer Temperaturbehandlung in einem Sinterofen.
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Der nach dieser Erfindung durchzukontaktierende Keramiksubstratträger ist bereits ausgesintert, bevor dessen zumindest eine Loch mit der Sinterpaste befüllt wird.
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Der erfindungsgemäße Füllvorgang ist grundsätzlich vom nach dem Stand der Technik bekannten Füllen von VIAs bzw. VIA Füllen (VIA Hole Filling ; VIA = Vertical Interconnect Access) zu unterscheiden. Unter dem Füllen von VIAs bzw. VIA Füllen ist eine Auffüllung eines Lochs eines Grünlings - auch „Green Tape‘‘ oder Sinterfolie genannt - im Siebdruck oder Schablonendruck zum Zwecke einer Durchkontaktierung zu verstehen.
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Ein solcher Grünling („Green Tape‟) besteht dabei aus einer Lage einer trockenen, aber ungesinterten Sintermasse bzw. -folie, etwa aus Aluminiumoxidkeramik, die sich bei einer Trocknung und bei einem Brennvorgang in einem Sinterofen zu einem festen Trägermaterial verdichtet und verfestigt. Bei der Herstellung wird diese Grünlingslage auf eine Kunststoffträgerfolie aufgetragen und zu einer Rolle aufgewickelt.
Solch eine Grünlingslage bzw. Sinterpastenlage kann im getrockneten, aber ungesinterten Zustand eine Dicke von ca. 0,1mm aufweisen. Mehrere solcher Lagen von Sinterpasten aus Aluminiumoxidkeramik können je nach Anwendung aufeinander gestapelt werden. Jede Lage eines solchen Stapels von Lagen kann dabei Leiterbahnen, Widerstände und zumindest ein Loch zur Durchkontaktierung der Lage aufweisen. Solche Löcher werden dabei im Siebdruck oder Schablonendruck mit einer Dickschicht befüllt (VIA Füllen) . D.h., diese Löcher sind bereits befüllt, bevor der Stapel zusammengepresst wird. Ein solcher Stapel wird anschließend isostatisch verpresst, aber nicht etwa um die Löcher zu befüllen bzw. auszufüllen, sondern um den Stapel zu verpressen. Ein derart verpresster Stapel von einzelnen grünlingslagen wird schließlich in einem Ofen ausgesintert bzw. durch die Trocknung und den Brennvorgang im Ofen zu einer festen bzw. verdichteten und verfestigten Sinterkeramik ausgebildet. Unter Sintern im Zusammenhang mit der Durchkontaktierung ist im Sinne dieser Anmeldung ein Vorgang zu verstehen, bei dem aus einem pastösen Gemisch - etwa aus einem Edelmetall, einem Glas, einem Harz und einem Verdünner - zur Verwendung als Leitpaste bzw. Sinterpaste eine physikalisch feste und elektrisch leitende Struktur entsteht.
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Eine derartige Metallisierung des Loches gewährleistet eine ausfallsichere Durchkontaktierung des Substrates, weil an jeder Stelle des Loches genügend elektrisch leitendes Material vorhanden ist.
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Darüber hinaus benötigt eine solche Metallisierung einen kleineren Bereich um das Loch herum, der zum Zweck der Durchkontaktierung metallisiert werden muss.
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Die metallhaltige Sinterpaste ist eine silber- und palladiumhaltige Paste bzw. Silber-Palladiumpaste.
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Die Silber-Palladiumpaste weist dabei einen Palladiumgehalt von mindestens 5% auf, vorzugsweise 10 bis 15%. Das Palladium ist dabei ein wichtiger Bestandteil der Pastenzusammensetzung, denn es erhöht die Haftfestigkeit der Sinterpaste im Loch des gesinterten Keramiksubstrates. Ein solches Loch wird mittels eines Lasers gebohrt. Dabei bildet sich auf der Oberfläche des Loches eine Verglasung aus, welche die Verbindung mit der Sinterpaste erschwert. Durch die Zugabe von Palladium wird der Bindemechanismus beim Verpressen der Sinterpaste in das Loch wesentlich verbessert.
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Der Palladiumgehalt in der Sinterpaste bewirkt zudem eine bessere Verträglichkeit mit einer im Nachhinein im Siebdruck oder Schablonendruck im Bereich des ausgefüllten Lochs aufgedruckten metallischen und als Leiterbahn fungierenden Sinterpaste, indem das Palladium den sogenannten Kirkendall-Effekt verringert bzw. eliminiert, der als solcher dem Fachmann bekannt ist.
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Der Kirkendall-Effekt besteht darin, dass sich bei genügend hoher Temperatur bei zwei aneinander liegenden festen Phasen das Volumen der einen Phase verringert, während sich das Volumen der anderen Phase vergrößert. Der Effekt wird besonders gut sichtbar, wenn die Phasengrenze vorher markiert war, da man dann eine Verschiebung der Markierung relativ zu einer äußeren Probengeometrie beobachtet. Die Phasengrenze wandert nicht selbst, sondern es bewegt sich Materie zwischen den Phasen und damit die Position der Phasengrenze relativ zur äußeren Probengeometrie. Die metallhaltige Sinterpaste kann dabei bleihaltig oder bleifrei sein, je nachdem welche Anforderungen an die Sinterpaste gestellt werden.
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Nach einer Ausführungsform weist das Keramiksubstrat mindestens zwei derart metallisierte Löcher zur Durchkontaktierung auf, welche die Leiterbahnen miteinander verbinden, wobei die Löcher mit gleichen und/oder verschiedenen Durchmessern ausgebildet sein können.
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Es wird ferner ein Sensor vorgeschlagen, insbesondere ein Kraftstofffüllstandssensor, mit einer Leiterplatte der zuvor beschriebenen Art. Nach einer Ausführungsform wird eine solche Leiterplatte insbesondere zur Verwendung in einem sogenannten magnetischen, passiven Positionssensor, auch MAPPS genannt (MAgnetic Passive Position Sensor), vorgeschlagen. Ein solcher Sensor ist z.B. in der Patentschrift
EP 0 844 459 B1 beschrieben, die hiermit zum Offenbarungsgehalt dieser Beschreibung gemacht wird.
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Außerdem wird ein Kraftstofffüllstandsmesssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Sensor der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen.
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Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen, bei dem mindestens ein Loch eines gesinterten Keramiksubstrates der Leiterplatte metallisiert wird, um eine Durchkontaktierung des Keramiksubstrates zu erzielen. Bei dem Keramiksubstrat kann es sich um eine Aluminiumoxidkeramik handeln.
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Dabei wird das Loch in das gesinterte Keramiksubstrat unter Aufbringung eines Pressdrucks mit einer metallhaltigen Sinterpaste befüllt, wobei die Sinterpaste anschließend getrocknet und gebrannt wird und dabei beim Brennen aussintert. Die Sinterung erfolgt dabei unter Temperatureinwirkung bei etwa 850°C, z.B. in einem Ofen und/oder mittels anderer Wärmequellen.
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Die Sinterpaste geht dabei im ausgesinterten Zustand zumindest eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Keramiksubstrat ein und füllt dabei das Loch vollständig aus.
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Je nachdem, ob bei der Ausfüllung des Loches mit der Sinterpaste ein Überstand an Material bzw. ein Materialpfropfen gebildet wird, welcher die jeweilige Keramiksubstratseite bzw. den jeweiligen Lochrand hintergreift, kann auch ein Formschluss zwischen dem Keramiksubstrat und der Sinterpaste entstehen. Ein derartiger Pfropfen kann einen Materialüberstand an Sinterpaste gegenüber der jeweiligen Substratseite von etwa 2 bis 5µm darstellen.
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Es wird ein Pressdruck von 2 bis 4 bar mittels eines beweglichen Bauteils aufgebracht, um die Sinterpaste zu verpressen. Unter einem beweglichen Bauteil im Sinne dieser Anmeldung ist ein Kolben zu verstehen, der mit einem umgebenden Gehäuse einen abgeschlossenen Raum bildet, welcher mit der zu verpressenden Sinterpaste befüllt ist. Der Kolben kann dabei eine längliche Erstreckung aufweisen, etwa in der Gestalt eines Schwertes, um mehrere Löcher, die in einer Reihe zueinander angeordnet sind, gleichzeitig befüllen zu können. Nach einer Ausführungsform beträgt der Pressdruck 3bar.
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Ein solcher Pressdruck muss bei Substratdicken ab ca. 0,25mm aufgebracht werden, um eine Befüllung des Lochs des gesinterten Keramiksubstrates zu gewährleisten. Grundsätzlich eignet sich der zuvor genannte Pressdruckbereich zur Bearbeitung von Substratdicken von ca. 0, 25mm bis 5mm. Nach einer Ausführungsform beträgt der bevorzugte Bereich von Substratdicken 0,5mm bis 0,7mm.
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Nach einer weiteren Ausführungsform können vorteilhafterweise mindestens zwei derartige Löcher mit gleichen und/oder unterschiedlichen Durchmessern gleichzeitig mit der Sinterpasste befüllt bzw. ausgefüllt werden, um eine Verfahrensoptimierung zu gewährleisten. Somit lassen sich verfahrenstechnisch eine Vielzahl von derartigen Keramiksubstraten mit derart metallisieren Löchern gleichzeitig herstellen.
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Das Keramiksubstrat kann dabei auf einem Träger mittels eines Unterdruckes fixiert werden, indem das Keramiksubstrat über mindestens einen im Träger ausgebildeten Ansaugkanal gegen den Träger angesaugt wird, nachdem es zuvor entsprechend ausgerichtet worden ist bzw. unter Zuhilfenahme von zumindest einem Anschlag positioniert worden ist.
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Zweckmäßigerweise wird das mindestens eine Loch des Keramiksubstrates unter Verwendung einer Schablone ausgefüllt. Dadurch lassen sich Verunreinigungen auf einer Seite des Substrates vermeiden. Um auch die andere Seite des Keramiksubstrates vor Verunreinigungen zu schützen, kann eine nachgiebige Lage verwendet werden, die zwischen dem Keramiksubstrat und dem Träger angeordnet wird. Nach einer Ausführungsform wird zu diesem Zweck eine Papierlage verwendet. Das Keramiksubstrat kann dabei von einem Verstärkungsrahmen eingefasst werden, welcher das Substrat vor Beschädigungen infolge der Beaufschlagung mit Pressdruck beim Ausfüllen der Löcher mit der Sinterpaste schützt.
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Auf einem derart durchkontaktierten Substrat lassen sich schließlich Leiterbahnen unterschiedlicher Breite und Dicke im Siebdruck oder Schablonendruck auftragen.
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Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Metallisierung eines Substratloches nach dem Stand der Technik,
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Metallisierung eines Substratloches und
- 3 eine schematische Darstellung einer Pressdruckfüllvorrichtung.
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1 veranschaulicht ein Substrat 2 als Teil einer Leiterplatte 1. Das Substrat 2, das aus einer gesinterten Keramik, z.B. einer Aluminiumoxidkeramik gefertigt sein kann, weist dabei ein Loch 3 auf und ist auf einer ersten Seite mit einer ersten elektrisch leitenden Schicht 4 bzw. Dickschicht 4 und auf einer zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüberliegt, mit einer zweiten elektrisch leitenden Schicht 5 bzw. Dickschicht 5 bedruckt. Das Loch 3 ist dabei fertigungsbedingt kegelförmig ausgebildet. Die beiden Dickschichten 4, 5 erstrecken sich zum Teil in das Loch 3 und überlappen sich dabei. Eine derartige Beschichtung des Lochs 3 stellt eine Durchkontaktierung des Substrates 2 dar, durch die auf den beiden Seiten des Substrates 2 ausgebildete Leiterbahnen 4, 5 miteinander verbunden sind.
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Solche eine Beschichtung des Lochs 3 wird dadurch erreicht, dass die beiden Dickschichten 4, 5 nacheinander von der jeweils gegenüberliegenden Seite des Substrates 2 mittels eines Unterdruckes in das Loch 3 zum Teil eingesaugt werden. In diesem Beispiel wurde zunächst die Dickschicht 4 eingesaugt und dann in einem Ofen ausgesintert. Danach wurde die Dickschicht 5 eingesaugt und im Ofen ausgesintert.
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Dabei kann es zu einer Ausbildung von Schwachstellen mit sehr geringen Schichtdicken kommen, etwa einer Schwachstelle 6 am unteren der beiden Lochränder. Eine solche Schwachstelle 6, die eine Schichtdicke von etwa 1 bis 2µm aufweisen kann, kann bei einer hohen Stromlast sogar zu einem Ausfall der Durchkontaktierung führen. Verschließt man ferner das Loch 3, etwa durch eine weitere Druckschicht oder durch weitere Druckschichten, oder indem zum Beispiel eine Glasmasse in das Loch 3 eingebracht bzw. eingefüllt wird, weil etwa eine der beiden Substratseiten hermetisch abgeschlossen sein soll, so kann eine solche Ausfüllung des Lochs 3 zu einer übermäßigen Veränderung des Widerstandes und somit auch zu einer übermäßigen Veränderung des elektrischen Verhaltens der Durchkontaktierung führen, wobei diese Veränderung als solche inakzeptabel sein kann.
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2 veranschaulicht die vorgeschlagene Verbesserung, nach der das Loch 3 im Substrat 2 vollständig mit einer metallhaltigen Sinterpaste 7 bzw. Leitpaste, vorzugsweise einer Siber- Palladiumpaste ausgefüllt ist. Die Sinterpaste 7 ist dabei zumindest stoffschlüssig mit dem Substrat 2 verbunden. Die Sinterpaste 7 kann zusätzlich dazu auch formschlüssig mit dem Substrat 2 verbunden sein, auch wenn dies nicht in der 2 dargestellt ist. Dies hängt davon ab, ob sich bei der Ausfüllung des Lochs mit der Sinterpaste ein Überstand an Material bzw. ein Materialpfropfen bildet, welcher die jeweilige Substratseite bzw. den jeweiligen Lochrand hintergreift. Das Substrat 2 ist zudem im Bereich des ausgefüllten Lochs 3 zu beiden Seiten mit je einer elektrisch leitenden Dickschicht 4, 5 bedruckt.
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Bei der das Loch 3 ausfüllenden Sinterpaste 7 handelt es sich dabei um ein pastöses Gemisch, welches zumindest Silber, Palladium, ein Glas, ein Harz und einen Verdünner aufweist. Diese Sinterpaste 7 verfestigt und verdichtet sich beim Durchlaufen eines Sinterofens zu einer physikalisch festen und elektrisch leitenden Struktur. Die Sinterpaste 7 enthält dabei einen Palladiumgehalt von vorzugsweise 10 bis 15%. Die Sinterpaste 7 kann dabei je nach Anwendung bleihaltig oder bleifrei sein. Vorteilhaft an einer solchen Metallisierung des Lochs 3 ist, dass an jeder Stelle des Loches genügend elektrisch leitendes Material vorhanden ist, um eine ausfallsichere Durchkontaktierung des Substrates 2 zu gewährleisten.
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Außerdem ist der nach 2 zur Metallisierung benötigte Bereich X' um das Loch 3 herum kleiner im Vergleich zum Bereich X nach 1. Folglich führt die vorgeschlagene Art der Metallisierung auch zu einer Einsparung von Platz. Der Bereich X kann etwa 600 bis 900µm betragen und der Bereich X' etwa 300µm und weniger. Somit ist der Bereich X' im Ergebnis höchstens halb so groß wie der Bereich X.
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Die in den 1 und 2 dargestellten Substrate weisen jeweils eine Dicke von ca. 0,63mm auf. Ferner weisen die in den 1 und 2 dargestellten Löcher 3 jeweils eine Kegelform auf. Eine solche Kegelform entsteht fertigungsbeding beim Bohren der Löchermittels eines Lasers. Der obere Lochdurchmesser kann dabei ca. 0,1 bis 0,3mm betragen.
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3 veranschaulicht eine Anordnung 30 einer Substratmatrix 20 in einer Pressdruckfüllvorrichtung 10. Aus einer solchen Substratmatrix 20 ergeben sich im Ergebnis eine Vielzahl von Substraten 2 (vgl. 2). Beispielsweise kann die Substratmatrix 20 insgesamt 16 Substrate 2 umfassen, etwa in einer 2x8 Anordnung, d.h. in einer Anordnung mit zwei Reihen und jeweils 8 Substraten 2. Die Pressdruckfüllvorrichtung 10 ermöglicht dabei zumindest eine gleichzeitige Befüllung der in einer Reihe angeordneten Löcher 3 der Substratmatrix 20 mit der besagten Sinterpaste 7. Diese Lochreihe erstreckt sich dabei gedanklich in vertikaler Richtung zur 3 bzw. zur Bildebene.
Im Einzelnen ist die Substratmatrix 20 zu sehen, die auf einem Träger 25 angeordnet ist. Die Substratmatrix 20 ist dabei vorzugsweise von einem Verstärkungsrahmen 22 eingefasst und derart zum Träger 25 positioniert, dass die Löcher 3 der einzelnen Substrate 2 zu rechtwinklig zueinander angeordneten Kanälen 26 des Trägers 25 ausgerichtet sind. Die positionsgenaue Ausrichtung der Substratmatrix 20 kann dabei zum Beispiel über zumindest einen entsprechenden, etwa am Träger 25 ausgebildeten - nicht dargestellten - Anschlag gewährleistet werden, gegen den z.B. der Verstärkungsrahmen 22 anstoßen kann. Der Träger 25 umfasst ferner vertikal verlaufende Ansaugkanäle 28, über welche die Substratmatrix 20 mittels eines Unterdruckes gegen den Träger 25 angesaugt und somit fixiert wird.
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Zwischen der Substratmatrix 20 und dem Träger 25 ist zweckmäßigerweise eine nachgiebige Lage 24, vorzugsweise in der Gestalt einer Papierlage angeordnet, welche die Sinterpaste 7 auffängt.
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Auf der Substratmatrix 20 liegt zweckmäßigerweise eine Schablone 18 mit einer Vielzahl von Löchern 19 auf, die zu den Löchern 3, die es zu befüllen gilt, ausgerichtet sind. Die Dicke der Schablone beträgt ca. 0,1mm. Oberhalb der Schablone 18 ist eine Druckrakel 14 angedeutet, mit Hilfe dessen die besagte Lochreihe der Substratmatrix 20 mit der Sinterpaste 7 ausgefüllt wird. Diese Druckrakel 14 umfasst dabei eine Sammelkammer 16 und eine daran angrenzende, kleinere Kammer 17, welche die besagte Lochreihe der Substratmatrix 20 abdecken kann.
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Die Befüllung der Substratmatrix 20 läuft dabei wie folgt ab:
- Mittels eines länglich ausgebildeten Kolbens in der Gestalt eines Schwertes 12, der in der Sammelkammer 16 verfahrbar ist, wird die sich in der Kammer 16 befindende Sinterpaste 7 in vertikaler Richtung Y über die Kammer 17 und die Schablone 18 in die Löcher 3 der Lochreihe gedrückt. Dabei wird ein Pressdruck von etwa 2 bis 4 bar aufgebracht. In diesem Beispiel wird ein Pressdruck von ca. 3 bar aufgebracht. Die Sinterpaste 7 wird dabei derart dosiert in die Löcher 3 eingefüllt, dass sich an der Unterseite der Substratmatrix 20 nur sehr geringe Überstande an Material bzw. Materialtropfen ausbilden, die sich in den Kanal 26 erstrecken und dabei die Papierlage 24 lokal durchwölben, ohne sie zu zerreißen bzw. zu beschädigen. Die einzelnen Pfropfen bilden dabei einen Materialüberstand gegenüber der Unterseite der Substratmatrix 20 von etwa 2 bis 5µm.
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Die Druckrakel 14 bewegt sich von Lochreihe zu Lochreihe in horizontaler Richtung X, um die einzelnen Lochreihen nacheinander mit der Sinterpaste 7 zu befüllen. Sowohl die Schablone 18, über welche die Druckrakel 14 entlang streicht, als auch die Papierlage 24 dienen dazu, eine Verschmierung des Substratmatrix 20 zu unterbinden.
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Grundsätzlich bildet sich auch ein geringfügiger Materialüberstand gegenüber der Oberseite der Substratmatrix 20 aus, so dass die Füllungen der einzelnen Löcher 3 im Wesentlichen die Ausbildung eines Niets aufweisen.
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Im Anschluss an den zuvor beschriebenen Füllvorgang durchläuft die Substratmatrix 20 einen Sinterofen. Dabei verfestigen und verdichten sich die Füllungen der einzelnen Löcher 3 zu einer physikalisch festen und elektrisch leitenden Struktur. Im Sinterofen durchläuft die Substratmatrix 20 ein Temperaturprofil mit Temperaturen bis zu 850°C. Dabei erfahren die Füllungen der einzelnen Löcher 3 sowohl eine Reduktion als auch eine Oxidation und gehen dabei zumindest eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Keramiksubstrat 2 ein. Im ausgesinterten Zustand füllen diese Füllungen die jeweiligen Löcher vollständig aus.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
