DE112020004962T5

DE112020004962T5 - Leiterplatte und verfahren zur herstellung einer leiterplatte

Info

Publication number: DE112020004962T5
Application number: DE112020004962.0T
Authority: DE
Inventors: Tomoki Kato
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2022-06-30
Also published as: JPWO2021095401A1; US20220272837A1; CN114747301A; CN114747301B; JP7243856B2; WO2021095401A1

Abstract

Eine Leiterplatte 1 wird durch eine Isolierschicht 20 gebildet, die ein keramisches Niedertemperatursintermaterial und eine Verdrahtung aufweist. Die Verdrahtung beinhaltet ein thermisches VIA 30 mit einer Fläche von 0,0025 mm2oder mehr in Draufsicht, das thermische VIA 30 ist ein Stapel aus verjüngten Leitern 31 mit verjüngten Endflächen und jede Endfläche (31a und 31b) der verjüngten Leiter 31 berührt die Isolierschicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte und ein Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte.
Technischer Hintergrund
Eine bekannte Art von Leiterplatte für die Montage von Lichtemittern, Halbleitervorrichtungen und anderen auf ihr befindlichen wärmeerzeugenden Elementen ist eine solche, die mit einem Niedertemperatur-Sinterkeramik-Material als Isolierstoff hergestellt wurden.
Patentschrift 1 offenbart eine Leiterplatte für Lichtemitter, das sich aus einem Isoliersockel und einem Metallelement zusammensetzt, das sich durch den Isoliersockel erstreckt. Der Isoliersockel ist eine Niedertemperatur-Brennkeramik, die bei 1050 °C oder weniger gebrannt wird, und das Metallelement hat eine höhere Temperaturleitfähigkeit als der Isoliersockel.
In Patentschrift 1 führen die Erfinder einen Schritt des Perforierens eines vorgegebenen Punkts einer keramischen Grünfolie mit einem Durchgangsloch und einem Schritt des Platzierens einer Metallfolie auf der perforierten keramischen Grünfolie durch. Der perforierte Bereich der keramischen Grünfolie wird von der Metallfolienseite her gepresst, um das Durchgangsloch mit einem Teil der Metallfolie zu verstopfen, wodurch die keramische Grünfolie und die Metallfolie miteinander kombiniert werden.
Dann werden die keramische Grünfolie und die Metallfolie eingebrannt (co-fired), wodurch ein Isoliersockel entsteht, durch dessen Inneres sich ein Metallelement erstreckt.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentschrift
Patentschrift 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2006-41230
Darstellung der Erfindung
Technisches Problem
In Patentschrift 1 fügten die Erfinder einen Isoliersockel und ein sich durch dieses hindurcherstreckendes Metallelement zusammen, mittels Einbrennen einer keramischen Grünfolie und einer Metallfolie. Dies ist jedoch dahingehend nachteilig, dass aufgrund einer kleinen Bondfläche zwischen dem Isolierkörper und dem Metallelement der Stoffschluss („Bond“) schwach ist.
Schwacher Stoffschluss zwischen dem Isolierkörper und dem Metallelement kann dazu führen, dass diese sich aufgrund der thermischen Belastung, die beispielsweise aus einer Wärmeerzeugung eines auf dem Metallelement montierten, wärmeerzeugenden Elements resultiert, voneinander lösen.
Es bestand außerdem Bedarf an wirksameren Management von Wärme aus dem Metallelement.
Angesichts dieses Problems soll die vorliegende Erfindung eine Leiterplatte bereitstellen, durch die ein starker Stoffschluss eines Leiters, der sich für das Management von Wärme eignet, die durch ein wärmeerzeugendes Element (nachfolgend als thermisches VIA bezeichnet) an einer Isolierschicht erzielt wird.
Lösung der Aufgabe
Eine Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine solche, die durch eine Isolierschicht und eine Verdrahtung gebildet ist, wobei die Isolierschicht ein keramisches Niedertemperatursintermaterial enthält. Die Verdrahtung weist ein thermisches VIA mit einer Fläche von 0,0025 mm² oder mehr in Draufsicht auf, wobei das thermische VIA ein Stapel aus Schichten verjüngter Leiter ist, die jeweils verjüngte Endflächen haben und jede Endfläche der verjüngten Leiter die Isolierschicht berührt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte umfasst ferner einen Schritt des Perforierens einer keramischen Grünfolie mit einem Durchgangsloch mit unterschiedlichen Ausdehnungen an Ober- und Unterseite und einer oberen Ausdehnungsfläche von 0,0025 mm² oder mehr, wobei die keramischen Grünfolie ein keramisches Niedertemperatursintermaterial enthält; einen Schritt zum Bilden eines Leiters durch Füllen des Durchgangslochs mit einer metallhaltigen Leitpaste; einen Schritt zur Herstellung eines Mehrschichtkörpers durch Aufeinanderstapeln mehrerer keramischer Grünfolien mit einem Leiter im Inneren, so dass die VIA-Durchkontaktierungen miteinander fluchten; und einen Schritt zum Brennen des Mehrschichtkörpers.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Leiterplatte bereitgestellt werden, durch die ein starker Stoffschluss eines thermischen VIAs an einer Isolierschicht erzielt wird. Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Querschnittsdarstellung, die schematisch ein Beispiel eines Teils der Struktur einer erfindungsgemäßen Leiterplatte veranschaulicht.
2 ist eine weitere Darstellung der verjüngten Leiter in dem thermischen VIA in 1, in der diese als getrennte Schichten dargestellt sind.
3 ist eine vergrößerte Darstellung, in der Endflächen der verjüngten Leiter schematisch veranschaulicht sind.
4 ist eine Aufnahme im Querschnitt bzw. ein Querschnittsbild, das/die ein Beispiel eines thermischen VIAs in einer erfindungsgemäßen Leiterplatte und einen Teil einer Isolierschicht veranschaulicht, die das thermische VIA berührt.
5 ist eine Querschnittsdarstellung, die schematisch eine beispielhafte Leiterplatte mit einem hochwärmeleitenden Keramiksubstrat veranschaulicht, das den Boden des thermischen VIAs berührt und einem an der Oberseite des thermischen VIAs montiertes wärmeerzeugendes Element.
6 ist eine Querschnittsdarstellung, die schematisch einen beispielhaften Mehrschichtkörper veranschaulicht.
7 ist eine grafische Darstellung von Bondfestigkeit in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden eine Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte beschrieben.
Untenstehend werden nicht nur die möglichen Implementierungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, sondern die vorliegende Erfindung kann mit beliebigen notwendigen Änderungen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung versehen werden. Kombinationen von zwei oder mehr der konkreten, bevorzugten Ausführungsformen die unten beschrieben werden, der Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sowie das Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte sind ebenfalls Teil der vorliegenden Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Leiterplatte wird durch eine Isolierschicht und eine Verdrahtung gebildet, wobei die Isolierschicht ein keramisches Niedertemperatursintermaterial enthält. Die Verdrahtung beinhaltet ein thermisches VIA mit einer Fläche von 0,0025 mm² oder mehr in Draufsicht.
1 ist eine Querschnittsdarstellung, die schematisch ein Beispiel eines Teils des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Leiterplatte veranschaulicht.
In 1 ist schematisch ein Teil einer Leiterplatte 1 veranschaulicht, die ein thermisches VIA 30, teilweise Verdrahtung in ihrer Isolierschicht 20 besitzt.
Die Isolierschicht ist eine Schicht, die ein keramisches Niedertemperatursintermaterial enthält.
Das keramische Niedertemperatursintermaterial meint einen keramischen Werkstoff, der bei Temperaturen von 1000 °C oder weniger gesintert wird und der mit Silber oder Kupfer eingebrannt werden kann, die beide bevorzugte Metallwerkstoffe zur Verwendung bei Verdrahtungen sind.
Bei dem keramischen Niedertemperatursintermaterial handelt es sich bevorzugt um eine SiO₂-CaO-Al₂O₃-B₂O₃ oder SiO₂-MgO-Al₂O₃-B₂O₃ -Glaskeramik.
Die Leiterplatte weist Verdrahtungen auf. Die Verdrahtung wird bevorzugt durch ein Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit auf Silber- oder Kupferbasis gebildet.
Es ist ferner bevorzugt, dass die Verdrahtung aus dem gleichen Material hergestellt ist wie das thermische VIA, das später beschrieben wird.
Die Bestandteile der Verdrahtung, bei denen es sich nicht um das thermische VIA handelt, werden in der vorliegenden Schrift nicht erläutert.
Das thermische VIA ist ein Teil einer Verdrahtung mit einer Fläche von 0,0025 mm² oder mehr in Draufsicht. Aufgrund seiner großen Fläche wird das thermische VIA als Verdrahtungsstück im Thermomanagement verwendet.
Beispielweise kann an der Oberseite des thermischen VIAs ein wärmeerzeugendes Element montiert werden. In diesem Fall wird das thermische VIA dazu verwendet, Wärme durch es hindurch zu transportieren und die transportierte Wärme aus seiner Unterseite freizusetzen.
Es wird angemerkt, dass die thermischen VIAs für einen anderen Zweck verwendet werden als gestapelte VIAs, die dazu verwendet werden, in Richtung der Dicke einer Leiterplatte eine elektrische Kopplung herzustellen.
Die Fläche in Draufsicht des thermischen VIAs beträgt 0,0025 mm² oder mehr, bevorzugt 0,015 mm² oder mehr, ferner bevorzugt 0,25 mm² oder mehr.
Die Fläche des thermischen VIAs in Draufsicht beträgt 100 mm² oder weniger.
Die Form in Draufsicht des thermischen VIAs ist nicht entscheidend. Beispiele umfassen runde und mehreckige (quadratische, rechteckige etc.) Formen.
Wenn die Form in Draufsicht des thermischen VIAs ein Kreis ist, so ist es bevorzugt, dass ihr Durchmesser 0,06 mm oder mehr beträgt, da dies sicherstellt, dass die Fläche in Draufsicht des thermischen VIAs innerhalb einer beliebigen der obigen Spannen liegt.
Wenn die Form in Draufsicht des thermischen VIAs ein Quadrat ist, so ist es bevorzugt, dass jede Seite davon 0,05 mm oder mehr misst.
Bei dem thermischen VIA handelt es sich um einen Schichtstapel aus verjüngten Leitern, die jeweils verjüngte Endflächen aufweisen.
Das in 1 gezeigte thermische VIA 30 wird durch einen Stapel aus vier Schichten verjüngter Leiter gebildet.
Bei einem tatsächlichen thermischen VIA würden die mehreren Schichten verjüngter Leiter als eine Festkörperstruktur vorliegen. In 1 ist daher zwischen den Schichten verjüngter Leiter keine Grenze gezogen.
Ferner liegen die Abschnitte der Isolierschicht, die den mehreren Abschnitten der verjüngten Leiter entsprechen, ebenfalls als Festkörperschicht vor. In 1 wird daher keine Grenze gezogen zwischen solchen Lagen der Isolierschicht.
2 ist eine weitere Darstellung der verjüngten Leiter in dem thermischen VIA in 1, in dem diese als getrennte Schichten dargestellt sind.
In 2 sind Begrenzungen zwischen den verjüngten Leitern 31, 32, 33 und 34, die das thermische VIA 30 ausbilden, durch gepunktete Linien angedeutet.
Rechts der konischen Leiter 31, 32, 33 und 34 liegen jeweils verjüngte Endflächen 31a, 32a, 33a und 34a. Links weisen sie ebenfalls verjüngte Endflächen 31b, 32b, 33b und 34b auf.
Die Querschnittsdarstellung in 2 sieht aus, als würden sie links und rechts verjüngte Endflächen aufweisen. Stattdessen sind die Endflächen der verjüngten Leiter ringsum verjüngt.
Die Endflächen 31a, 32a, 33a und 34a der verjüngten Leiter 31, 32, 33 und 34 berühren außerdem jeweils die Isolierschichten 21, 22, 23 und 24.
Wie vorliegend verwendet, meint „verjüngt“ eine Form eines verjüngten Leiters in Querschnittsansicht, bei der ihre Endflächen nicht parallel mit der Richtung ihrer Dicke sind, der Leiter aber an seiner Oberseite oder Unterseite breiter ist. Obgleich die verjüngten Leiter in 2 in einer oben breiten verjüngten Form vorliegen, ist ebenfalls zulässig.
Die mehreren verjüngten Leiter, die die thermischen VIAs ausbilden, eine Mischung aus solchen sind, die oben breit und unten breit sind.
Die Endflächen, die die verjüngte Form bilden, dürfen ferner in ihrer Querschnittsansicht nicht gerade sein, die Endflächen, die die verjüngte Form bilden, können gewölbt sein.
Das thermische VIA in der Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung liegt in einer Form vor, die durch einen Stapel von Schichten verjüngter Leiter gebildet wurde, von denen jeder verjüngte Endflächen hat und jede Endfläche der verjüngten Leiter die Isolierschicht berührt. Eine solche Struktur garantiert eine große Bondfläche, wenn die Endflächen der verjüngten Leiter an die Isolierschicht angefügt werden und die resultierende Verankerungswirkung dazu führt, dass zwischen dem thermischen VIA und der Isolierschicht ein starker Stoffschluss entsteht.
Ein solcher starker Stoffschluss zwischen dem thermischen VIA und der Isolierschicht verhindert, dass sich das thermische VIA und die Isolierschicht hervorgerufen durch thermischen Belastung, die aus Wärmeerzeugung durch ein Wärmeerzeugungselement resultiert, voneinander lösen.
An den Grenzflächen zwischen den Endflächen der verjüngten Leiter und der Isolierschicht können Hohlräume (leere Raumbereiche) vorhanden sein.
Die Verjüngungslänge der verjüngten Leiter im Querschnitt beträgt 20 µm oder mehr.
3 ist eine vergrößerte Ansicht, die schematisch Endflächen der verjüngten Leiter darstellt.
In 3 ist die Verjüngungslänge durch den Bidirektionalpfeil L angedeutet. Die Verjüngungslänge ist definiert als die Differenz zwischen einem Ende der breiteren Seite (oben in 3) der verjüngten Leiter und dem der schmaleren Seite (unten in 3).
3 veranschaulicht ferner einen Diffusionsabschnitt 25, in dem ein Teil der Isolierschicht, in der das Metallmaterial, das die verjüngten Leiter ausbildet, diffundiert wurde. Der Diffusionsabschnitt wird später ausführlich beschrieben.
Die verjüngten Leiter enthalten bevorzugt ein Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit auf Basis von Silber oder Kupfer.
Das Silber oder Kupfer können mit dem keramischen Niedertemperatur-Sintermaterial eingebrannt(„co-fired“) werden.
Die verjüngten Leiter enthalten ferner ein Metall und das gleiche keramische Niedertemperatursintermaterial wie in der Isolierschicht. Das Beimischen des keramischen Niedertemperatursintermaterials in ein Metall führt dazu, dass die Differenz beim thermischen Ausdehungskoeffizienten zwischen dem thermischen VIA und dem Teil der umliegenden Isolierschicht kleiner wird, wodurch die Bondfestigkeit zwischen dem thermischen VIA und der Isolierschicht verbessert wird.
Für einen stärkeren Stoffschluss zwischen dem thermischen VIA und der Isolierschicht ist es bevorzugt, dass der prozentuale Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials in den verjüngten Leitern 10% oder mehr beträgt.
Für höhere thermische Leitfähigkeit der verjüngten Leiter ist es außerdem besser, dass der prozentuale Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials in den verjüngten Leitern nicht zu hoch ist. Es wird daher bevorzugt, dass der prozentuale Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials in den verjüngten Leitern 50% oder weniger beträgt.
Die Dicke des thermischen VIAs beträgt bevorzugt 50 µm oder mehr, ferner bevorzugt 100 µm oder mehr. Die Dicke des thermischen VIAs beträgt bevorzugt 5000 µm oder weniger.
Das Erhöhen der Dicke des thermischen VIAs ist deswegen bevorzugt, da es den Widerstand des thermischen VIAs kleiner machen wird, was den Durchfluss einer größeren Menge Strom durch das thermische VIA ermöglicht.
Die Anzahl von Schichten verjüngter Leiter, die zum Bilden des thermischen VIAs gestapelt wurden, ist nicht kritisch. Es wird jedoch bevorzugt, dass die Anzahl gestapelter Schichten vier oder mehr beträgt, ferner bevorzugt 16 oder mehr. Die Anzahl der gestapelten Schichten beträgt bevorzugt 40 oder weniger.
Die Dicke jeder Schicht eines verjüngten Leiters beträgt bevorzugt 25 µm oder mehr, bevorzugt 150 µm oder weniger.
Da das thermische VIA in Draufsicht eine große Fläche hat, ist ferner auch die Fläche in Draufsicht auf das thermische VIA proportional zur Dicke des thermischen VIAs groß. Es wird daher bevorzugt, dass das Aspektverhältnis des thermischen VIAs, repräsentiert durch (entsprechender Kreisdurchmesser der Fläche in Draufsicht/Dicke) 1 oder mehr beträgt. Dieses Aspektverhältnis beträgt bevorzugt 25 oder weniger.
Bevorzugt hat die Isolierschicht dort, wo sie jede Endfläche der verjüngten Leiter, die das thermische VIA bilden, berührt, einen Diffusionsabschnitt, einen Abschnitt in dem der Metallwerkstoff, der die verjüngten Leiter ausbildet, diffundiert wurde.
In 3 ist schematisch der Diffusionsabschnitt 25 im Innern der Isolierschichten 21 und 22 veranschaulicht.
Das Vorhandensein eines Diffusionsabschnitts kann mittels Durchführung einer EDS-Elementanalyse bestätigt werden. Wenn in ihrem Inneren der Metallwerkstoff detektiert wird, der die verjüngten Leiter (beispielsweise Silber oder Kupfer) ausbildet, so besitzt die Isolierschicht einen Diffusionsabschnitt.
Ein Diffusionsabschnitt im Innern der Isolierschicht verbessert die Festigkeit des Stoffschlusses zwischen dem thermischen VIA und der Isolierschicht. Er führt ferner zu einer Abschwächung der Differenzen beim thermischen Ausdehnungskoeffizienten nahe der Grenzfläche zwischen dem thermischen VIA und der Isolierschicht, wodurch die Widerstandsfähigkeit gegen thermische Belastung, die durch die Differenz beim thermischen Ausdehnungskoeffizienten hervorgerufen wird, verbessert wird. Im Ergebnis wird eine Beschädigung der Fuge, die unter warmen Bedingungen (etwa Halten bei 80°C/30 Minuten) auftreten würde, verhindert.
Mittels Einbrennen einer Leitpaste als Ausgangsmaterial für das thermische VIA mit keramischen Grünfolien, die das keramische Niedertemperatursintermaterial enthalten, als Ausgangsmaterial für die Isolierschicht, kann im Innern der Isolierschicht ein Diffusionsabschnitt gebildet werden, indem der Metallwerkstoff in diesen diffundiert wird. Mit anderen Worten liefert das Vorhandensein eines Diffusionsabschnitts Hinweise für die Annahme, dass die Herstellung der Leiterplatte mit dem Einbrennen einer Leitpaste und keramischen Grünfolien einherging.
4 ist eine Aufnahme im Querschnitt, die ein Beispiel eines thermischen VIAs in einer Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung und einen Teil einer Isolierschicht zeigt, die das thermische VIA berührt.
Die Aufnahme der 4 ist eine Aufnahme im Querschnitt der in Beispiel 1 erhaltenen Leiterplatte, später beschrieben wird.
In 4 sind ein thermisches VIA 30 und eine Isolierschicht 20 dargestellt. Von diesen abgesehen ist der thermische Leiter 31 mit einem Bezugszeichen bezeichnet, zum Darstellen der verjüngten Leiter und einer Endfläche 31a eines verjüngten Leiters, um die Endflächen der verjüngten Leiter darzustellen.
Der Diffusionsabschnitt 25 ist der leicht andersfarbige und dunklere Abschnitt im Innern des Abschnitts der Isolierschicht 20 angrenzend an das thermische VIA 30 in dem Bild. Einige Punkte sind mit Bezugszeichen 25 bezeichnet, um den Bereich darzustellen, in dem sich der Diffusionsabschnitt befindet.
Die Länge der Verjüngung wird ferner durch den Bidirektionalpfeil L dargestellt.
Wenn das thermische VIA ein Stapel von Schichten verjüngter Leiter ist, die jeweils verjüngte Endflächen haben, wobei jede Endfläche wie in 4 die Isolierschicht berührt, kommt es beim Stoffschluss zwischen den Endflächen der verjüngten Leiter und der Isolierschicht zum Verankerungseffekt. Im Ergebnis kommt es zwischen dem thermischen VIA und der Isolierschicht zu einem festen Bonden.
Ein Diffusionsabschnitt im Innern der Isolierschicht verhindert außerdem die Festigkeit des Bondens zwischen dem thermischen VIA und der Isolierschicht.
5 ist eine Querschnittsdarstellung, die schematisch ein Beispiel einer Leiterplatte mit einem hochwärmeleitfähigen Keramiksubstrat, das die Unterseite des thermischen VIAs berührt und einem an der Oberseite des thermischen VIAs montierten wärmeerzeugenden Element darstellt.
5 veranschaulicht ein hochwärmeleitfähiges Keramiksubstrat 40, das die Unterseite des thermischen VIAs 30 der Leiterplatte 1 berührt. Ferner ist ein wärmeerzeugendes Element 50 vorhanden, das mittels Lötpaste 60 an der Oberseite des thermischen VIAs 30 montiert ist.
Die erfindungsgemäße Leiterplatte kann ein hochwärmeleitfähiges Keramiksubstrat aufweisen, das die Unterseite des thermischen VIAs berührt. Ein hochwärmeleitfähiges Keramiksubstrat, das die Unterseite des thermischen VIAs berührt, ermöglicht eine unmittelbare Übertragung von Wärme vom thermischen VIA zu ihm.
Das hochwärmeleitfähige Keramiksubstrat ist bevorzugt ein Sinterkeramiksubstrat, das beispielsweise bevorzugt aus Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid hergestellt ist.
Das bzw. die wärmeerzeugenden Element(e), die an der Oberseite des thermischen VIAs montiert sind, sind (ein) Element(e) von zumindest einer Klasse, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Leistungsbauteilen, Steuereinrichtungen, passiven Bauteilen und Lichtemittern.
Das bzw. die Leistungsbauteil(e) sind aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke, bevorzugt Siliziumkarbid oder Galliumnitrid, hergestellt.
Bei den/dem Lichtemitter(n) handelt es sich bevorzugt um einen/solche mindestens einer Klasse, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus LEDs organischer LEDs, LIDAR-Vorrichtungen, RADAR-Vorrichtungen und Millimeterwellen-Vorrichtungen.
Das bzw. die wärmeerzeugenden Element(e), die an der Oberseite der thermischen VIAs auf der erfindungsgemäßen Leiterplatte montiert sind, ermöglichen die Verwendung der erfindungsgemäßen Leiterplatte als Wärmeerzeugungselementbestückte Platine.
Als nächstes wird ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leiterplatte beschrieben.
Die erfindungsgemäße Leiterplatte kann durch ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte hergestellt werden, die einen Schritt des Perforierens einer keramischen Grünfolie mit einem Durchgangsloch, das unterschiedliche Ausdehnungen an der Oberseite und der Unterseite hat und eine obere Ausdehnungsfläche von 0,0025 mm² oder mehr, wobei die keramische Grünfolie ein keramisches Niedertemperatursintermaterial enthält; einen Schritt zum Bilden einer VIA-Durchkontaktierung durch Befüllen des Durchgangslochs mit einer metallhaltigen Leitpaste; einen Schritt zur Herstellung eines Mehrschichtkörpers durch Aufeinanderstapeln mehrerer keramischer Grünfolien mit einer VIA-Durchkontaktierung im Innern auf eine Weise derart, dass sie miteinander fluchten; und einen Schritt des Brennens des Mehrschichtkörpers.
Zunächst wird eine keramischen Grünfolie hergestellt, die ein keramisches Niedertemperatursintermaterial enthält.
Der anorganische Feststoffbestandteil für die keramische Grünfolie kann ein Pulver aus einem keramischen Niedertemperatursintermaterial sein. Es kann ferner ein Pulvergemisch verwendet werden, das Aluminiumoxidpulver enthält.
Ein Beispiel einer keramischen Grünfolie ist eine Folie die durch Hinzugabe eines Harzes, eines Dispergiermittels, eines Weichmachers und eines Lösungsmittels in ein solches Pulver, Vermischen der Bestandteile zu Schlacke und Verteilen der Schlacke in einer vorgegebenen Dicke mittels Rakeln erhalten wird.
In die keramische Grünfolie wird ein Durchgangsloch eingebracht, das unterschiedliche Ausdehnungen an der Oberseite und Unterseite und eine obere Ausdehnungsfläche von 0,0025 mm² oder mehr hat.
Das Durchgangsloch kann mittels Stanzen durch eine Stanze gebildet werden, die eine Form hat, bei der die obere und untere Ausdehnung unterschiedlich sind und bei der die obere Ausdehnungsfläche 0,0025 mm² oder mehr beträgt.
Alternativ kann das Durchgangsloch mithilfe einer Laserstanze gebildet werden, die konfiguriert ist, ein Loch mit einer oberen Ausdehnungsfläche von 0,0025 mm² oder mehr und unterschiedlichen oberen und unteren Ausdehnungen zu bilden.
Dann wird durch Befüllen des Durchgangslochs mit einer metallhaltigen Leitpaste eine VIA-Durchkontaktierung gebildet.
Die Leitpaste ist bevorzugt eine solche, die silber- oder kupferhaltig ist.
Es wird ferner bevorzugt, dass die Leitpaste ein Metall und das gleiche keramische Niedertemperatursintermaterial wie bei der Keramischen Grünfolie enthält und dass der prozentuale Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials am Gesamtgewicht des Metalls und des keramischen Niedertemperatursintermaterials 50 % oder weniger beträgt.
Es wird ferner bevorzugt, dass der prozentuale Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials am Gesamtgewicht des Metalls und des keramischen Niedertemperatursintermaterials 10% oder mehr beträgt.
Die Leitpaste kann einen Harzbestandteil, ein Lösungsmittel, ein Dispergiermittel etc. beinhalten.
Dann wird mittels Aufeinanderstapeln von mehreren keramischen Grünfolien mit einer VIA-Durchkontaktierung im Inneren ein Mehrschichtkörper hergestellt, auf eine Weise derart, dass die VIA-Durchkontaktierungen miteinander fluchten.
6 ist eine Querschnittsdarstellung, die schematisch einen beispielhaften Mehrschichtkörper veranschaulicht.
Bei dem in 6 dargestellten Mehrschichtkörper 101 handelt es sich um einen Stapel keramischer Grünfolien 124, 123, 122 und 121, die im Innern jeweils VIA-Durchkontaktierungen 134, 133, 132 und 131 besitzen.
Dann werden die VIA-Durchkontaktierungen 134, 133, 132 und 131 miteinander fluchtend platziert.
In 6 sind die VIA-Durchkontaktierungen so dargestellt, als befänden sie sich von Schicht zu Schicht immer an exakt derselben Position. Die VIA-Durchkontaktierungen können jedoch von Schicht zu Schicht versetzt sein, solange sie sich überlappen, so dass sie elektrisch miteinander gekoppelt werden können.
Dann wird der Mehrschichtkörper gebrannt.
Der Mehrschichtkörper wird bevorzugt bei einer Temperatur gebrannt, die für das Sintern des keramische Niedertemperatursintermaterial geeignet ist. Beispielsweise wird bevorzugt, dass die Brenntemperatur bei oder unterhalb von 1000 °C liegt. Die Brenntemperatur liegt bevorzugt bei oder oberhalb von 850 °C und bei oder unterhalb von 990 °C liegt.
Die Brenndauer (zeitliche Länge, für die die Brenntemperatur beibehalten wird) beträgt bevorzugt 10 Minuten oder länger und 30 Minuten oder länger.
Druckfeuerung, bei der der Mehrschichtkörper unter Druck gebrannt wird, kann ebenfalls durchgeführt werden.
Die Atmosphäre, in der das Brennen stattfindet, ist bevorzugt Luft.
Durch Brennen wird das keramische Niedertemperatursintermaterial, das in den keramischen Grünfolien beinhaltet ist, gesintert, wodurch es eine Isolierschicht ausbildet. Die gestapelten VIA-Durchkontaktierungen werden zu einem thermischen VIA kombiniert.
Das Brennen eines Mehrschichtkörpers 101, wie in 6 gezeigt ergibt eine Leiterplatte 1 mit der in 1 dargestellten Struktur.
Es wird ferner bevorzugt, vor dem Brennen eine Begrenzungsschicht über und unter dem Mehrschichtkörper zu platzieren.
Die Sperrschichten sind Folien, die werden erhalten, indem ein Harz, ein Dispergiermittel, ein Weichmacher und ein Lösungsmittel in ein Keramikpulver beigemischt werden, das beim Brennschritt nicht sintert, Mischen der Bestandteile, so dass sich eine Schlacke ergibt, und Verteilen der Schlacke mittels Rakeln. Das Keramikpulver, das zur Herstellung der Begrenzungsschichten verwendet wird, ist Aluminiumoxidpulver. Die Dicke der Folien beträgt beispielsweise bevorzugt 0,2 mm.
Begrenzungsschichten helfen beim Steuern der Schrumpfung der keramischen Grünfolien in dem Brennschritt, was die Verbesserung der Formgenauigkeit der Isolierschicht unterstützt.
Beim Brennen des Mehrschichtkörpers werden das keramische Niedertemperatursintermaterial und die VIA-Durchkontaktierungen eingebrannt. Das Einbrennen bildet gleichzeitig eine Isolierschicht und ein thermisches VIA.
Auf diese Weise kann eine fest gebondete Struktur aus einer Isolierschicht und einem thermischen VIA erhalten werden, ohne Verwendung eines Haftklebers, um diese zusammenfügen.
Mittels Durchführen von Einbrennen kann im Innern der Isolierschicht ein Diffusionsabschnitt gebildet werden, indem der Metallwerkstoff in diese diffundiert wird. Ein Diffusionsabschnitt verringert Differenzen beim thermischen Ausdehnungskoeffizienten nahe der Schnittstelle zwischen dem thermischen VIA und der Isolierschicht, wodurch die Beständigkeit gegen thermische Spannung erhöht wird, die durch die Differenz beim thermischen Ausdehungskoeffizienten hervorgerufen wird. Im Ergebnis wird eine Beschädigung der Fuge, die unter warmen Bedingungen (etwa Halten bei 80 °C/30 Minuten) auftreten würde, verhindert.
BEISPIELE
Die nachstehenden Ausführungen sind Beispiele konkreterer Offenbarungen der Leiterplatte und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplatte. Es wird angemerkt, dass diese Beispiele nicht die einzigen möglichen Formen der vorliegenden Erfindung sind.
(Beispiel 1)
Als Ausgangsmaterial wurde Aluminiumoxidpulver hergestellt. Ein Borosilikatglaspulver wurde ebenfalls hergestellt die in Bezug auf die Zusammensetzung 59 Gew.-% SiO₂, 10 Gew.-% B₂O₃, 25 Gew.-% CaO und 6 Gew.% Al₂O₃.
Dieses Glaspulver ist ein keramische Niedertemperatursintermaterial.
Diese Aluminiumoxid- und Glaspulver wurden in einem Gewichtsverhältnis von 40:60 vermischt und das resultierende Pulvergemisch wurde mit geeigneten Mengen an Bindemittel, einem Dispergiermittel, einem Weichmacher, einem organischen Lösungsmittel etc. vermischt, um eine Keramikschlacke zu ergeben.
Dann wurde ein Aluminiumoxidpulver mit geeigneten Mengen an Bindemittel, einem Dispergiermittel, einem Weichmacher, einem organischen Lösungsmittel etc. vermischt, um eine Sperrschichtschlacke zu ergeben.
Nach dem Entgasen wurden die Keramikschlacke und die Sperrschichtschlacke zu 100-µm dicken keramischen Grünfolien bzw. Sperrschicht-Folien mittels Rakeln verstrichen.
Dann wurden die 100-µm dicken keramischen Grünfolien mittels Ausstanzen eines quadratischen 0,05 mm-Durchgangslochs derart perforiert, dass das Loch an seiner Oberseite und Unterseite unterschiedliche Ausdehnungen besitzt.
Durch Befüllen des sich ergebenden Durchgangslochs mit einer silberhaltigen Leitpaste wurde eine VIA-Durchkontaktierung gebildet.
Die silberhaltige Leitpaste enthielt das gleiche Glaspulver wie das keramische Niedertemperatursintermaterial in den keramischen Grünfolien. Der prozentuale Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials zum Gesamtgewicht des Metalls und des keramische Niedertemperatursintermaterials in der Leitpaste betrug 10%.
Im Anschluss wurde ein Mehrschichtkörper hergestellt, indem die Folien wie folgt aufeinandergestapelt wurden.
Zunächst wurde eine Begrenzungsfolie als äußerste Lage platziert. Dann wurden fünfzehn keramische Grünfolien mit einer VIA-Durchkontaktierung im Innern aufeinandergestapelt und als innerste Schicht wurde eine Begrenzungsfolie platziert. Beim Aufeinanderstapeln der keramischen Grünfolien wurden die VIA-Durchkontaktierungen miteinander fluchtend platziert.
Der bei diesem Stapelvorgang erhaltene Mehrschichtkörper wurde dann in Dickenrichtung zusammengepresst.
Dann wurde der zusammengepresste Mehrschichtkörper bei 900 °C gebrannt, wodurch eine Leiterplatte fertiggestellt wurde.
Das keramische Niedertemperatursintermaterial und die VIA-Durchkontaktierungen wurden eingebrannt, wodurch gleichzeitig eine Isolierschicht und ein thermisches VIA gebildet wurden.
Wie bei der Dicke für jede Lage in der Isolierschicht, die nach dem Brennen entsteht, betrug die Dicke in der Isolierschicht 50 µm, wenn die Dicke als keramische Grünfolie 100 µm betrug.
Dann wurden die Begrenzungsschichten, die über und unter dem Mehrschichtkörper platziert werden, mittels Vorreinigung mit einem Ultraschallkopf und darauffolgendem Druckreinigen mit einem Hochdruckreiniger entfernt.
(Vergleichsbeispiel 1)
Keramische Grünfolien und Sperrschicht-Folien wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Dann wurden die 100 µm dicken keramischen Grünfolien mittels Stanzen mit einem quadratischen 0,05 mm-Durchgangsloch perforiert, das an seiner Ober- und Unterseite gleiche Ausdehnungen hat.
Als äußerste Schicht wurde eine Begrenzungsschicht platziert, dann wurden fünfzehn keramische Grünfolien, die mit einem Durchgangsloch perforiert waren, gestapelt und als innerste Schicht wurde eine Begrenzungsschicht platziert. Das Durchgangsloch wurde nicht mit einer Leitpaste gefüllt. Beim Stapeln der keramischen Grünfolien wurden die Durchgangslöcher miteinander fluchtend positioniert.
Der bei diesem Stapelvorgang erhaltene Mehrschichtkörper wurde dann in Dickenrichtung zusammengepresst.
Dann wurde der gepresste Mehrschichtkörper wie in Beispiel 1 bei 900 °C gebrannt. Im Anschluss wurden die Begrenzungsschichten, die über und unter dem Mehrschichtkörper platziert wurden, mittels Vorreinigung mit einem Ultraschallkopf und darauffolgendem Druckreinigen mit einem Hochdruckreiniger entfernt.
Dann wurde in das Durchgangsloch eine Silbermetallplatte im gebrannten Mehrschichtkörper eingesetzt, und die Metallplatte und die Isolierschicht wurden zusammen mit einem Haftkleber zusammengefügt. Auf diese Weise wurde die Leiterplatte erhalten.
[Bondfestigkeits-Test]
Das thermische VIA in der Leiterplatte aus Beispiel 1 und die Metallplatte in der Leiterplatte aus Vergleichsbeispiel 1 wurden jeweils an ihrer Oberseite mit Nickel/Gold plattiert. Dann wurde ein Leitungsdraht auf die vernickelte/vergoldete Oberfläche gelötet.
Im Anschluss wurde dieser Leitungsdraht an einem Ende mit einem Zugfestigkeitstester gehalten. Der Leitungsdraht wurde angehoben, während die Last gemessen wurde und die Last beim Ablösen des thermischen VIAs oder der Metallplatte von der Leiterplatte wurde ermittelt.
Die Last, die durch die Fläche des Durchgangslochs (0,05 mm²) geteilt wurde, wurde als Bondfestigkeit notiert.
Diese Prüfung zum Bewerten der Bondfestigkeit wurde bei Zimmertemperatur (24 °C) und nach der Hochtemperaturbehandlung (Halten bei 80 °C / 30 Minuten in einer temperierten Kammer)durchgeführt. Die Ergebnisse sind in 7 dargestellt.
7 ist eine graphische Darstellung der Bondfestigkeit in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1.
Wie in 7 gezeigt, herrschte bei der Leiterplatte 1 eine hohe Bondfestigkeit bei Raumtemperatur und die Abnahme der Bondfestigkeit war selbst nach der Hochtemperaturbehandlung gering.
[Betrachtung im Querschnitt]
Es wurde ein Querschnittsbild aufgenommen, das ein Beispiel eines thermischen VIAs in der in Beispiel 1 erhaltenen Leiterplatte und ein Teil einer Isolierschicht, die das thermische VIA berührt. Dieses Bild ist das in 4 gezeigte Querschnittsbild.
Wie der Beschreibung der 4 zu entnehmen ist, war die Bildung eines Diffusionsabschnitts im Innern der Isolierschicht zu beobachten.
(Beispiel 2)
Die keramischen Grünfolien und die Sperrschicht-Folien wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Dann wurden die 100-µm dicken keramischen Grünfolien mittels Stanzen perforiert, mit einem quadratischen 4mm-Durchgangsloch derart, dass das Loch oben und unten unterschiedliche Ausdehnungen haben würde.
Es wurde eine VIA-Durchkontaktierung erhalten, durch Befüllen des resultierenden Durchgangslochs mit einer kupferhaltigen Leitpaste.
Die kupferhaltige Leitpaste, enthielt das gleiche Glaspulver wie das keramische Niedertemperatursintermaterial in den keramischen Grünfolien. Der prozentuale Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials zum Gesamtgewicht des Metalls und des keramische Niedertemperatursintermaterials in der Leitpaste betrug 10%.
Es wurde ein Mehrschichtkörper hergestellt und auf dieselbe Weise gebrannt wie in Beispiel 1, abgesehen davon, dass die Anzahl keramischen Grünfolien mit einer VIA-Durchkontaktierung im Innern zu 20 geändert wurde. Die Sperrschicht-Folien wurden wie in Beispiel 1 entfernt, wodurch abschließend eine Leiterplatte hergestellt wurde.
(Vergleichsbeispiel 2)
Die keramischen Grünfolien und die Sperrschicht-Folien wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Dann wurden die 100 µm dicken keramischen Grünfolien in ihrem quadratischen 4 mm-Bereich mit acht 0,15 mm-Durchmesser-Durchgangslöchern perforiert, die an ihrer Ober- und Unterseite gleiche Ausdehnungen haben, wobei der Abstand von einem Loch zum anderen 0,2 mm beträgt.
Durch Befüllen der resultierenden Durchgangslöcher mit der gleichen Leitpaste wie sie in Beispiel 2 verwendet wurde, wurden VIA-Durchkontaktierungen gebildet.
Auf einer der keramischen Grünfolien wurde mittels Aufdrucken ein quadratisches 4 mm-Pad gebildet.
Mit dieser keramischen Grünfolien mit einem darauf befindlichen VIA-Pad als oberste Lage wurde ein Mehrschichtkörper hergestellt, durch Hinzufügen von 19 keramischen Grünfolien mit VIA-Durchkontaktierungen im Innern.
Ferner wurde über und unter dem Mehrschichtkörper eine Sperrschicht-Folie platziert.
Mit Ausnahme von diesen wurde ein Mehrschichtkörper auf dieselbe Weise hergestellt und gebrannt wie in Beispiel 1. Die Sperrschicht-Folien wurden wie in Beispiel 1 entfernt, wodurch abschließend eine Leiterplatte hergestellt wurde.
(Vergleichsbeispiel 3)
Die keramischen Grünfolien und die Sperrschicht-Folien wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Ein Mehrschichtkörper wurde hergestellt, indem 20 Keramische Grünfolien aufeinandergestapelt wurden und dieser Mehrschichtkörper wurde gebrannt, wobei oberhalb und unterhalb davon eine Sperrschicht-Folie platziert ist.
Nach dem Entfernen der Sperrschicht-Folien wurde die Isolierschicht mithilfe einer Laserbearbeitungsmaschine perforiert, mit einem quadratischen 4 mm-Durchgangsloch, das an seiner Oberseite und Unterseite gleiche Ausdehnungen hat.
Dann wurde eine 4,02 mm große, in Draufsicht quadratische Kupfermetallplatte mittels Presspassung in das Durchgangsloch eingebracht. Auf diese Weise wurde die Leiterplatte erhalten.
(Vergleichsbeispiel 4)
Der gleiche Prozess wie in Vergleichsbeispiel 3 folgte auf den Schritt zum Einbringen eines Durchgangslochs.
Anstelle des Presspassens einer Kupfermetallplatte in das Durchgangsloch wurde eine 3,9 mm große, in Draufsicht quadratische Kupfermetallplatte in das Durchgangsloch eingesetzt und mittels eines Haftklebers an die Isolierschicht angefügt. Auf diese Weise wurde die Leiterplatte erhalten.
[Thermomanagement-Test]
Das thermische VIA in der Leiterplatte aus Beispiel 2, das VIA-Pad auf der Leiterplatte aus Vergleichsbeispiel 2 und die Kupfermetallplatten in den Vergleichsbeispielen 3 und 4 wurden jeweils an ihrer Oberseite mit Nickel/Gold plattiert.
Dann wurde mittels Löten auf der Nickel/Gold-plattierten Oberfläche ein wärmeerzeugendes Element montiert.
An das wärmeerzeugende Element (Leistungsbauteil) wurde eine Leistung von 1 W angelegt. Zehn Minuten später wurden die Oberflächentemperatur der Leiterplatte und die des wärmeerzeugenden Elements mit einer Wärmebildkamera gemessen.
Die Leiterplatte wurde als tauglich beurteilt, wenn ihre höchste Temperatur 120 °C oder weniger und wenn die höchste Temperatur des wärmeerzeugenden Elements 150 °C oder weniger betrug.
Die Ergebnisse für das Beispiel wie auch das Vergleichsbeispiel sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

[Tabelle 1]

	Beispiel 2	VergleichsBeispiel 2	VergleichsBeispiel 3	VergleichsBeispiel 4
Höchste Temperatur der Leiterplatte[°C]	119,4	139,1	137,7	131, 6
Höchste Temperatur des wärmeerzeugenden Elements	145,3	189,5	150,2	313, 6

Wie diesen Ergebnissen zu entnehmen ist, war die Leiterplatte aus Beispiel 2 eine solche, die ein thermisches VIA mit besserem Wärmemanagement hatte, die höchste Temperatur der Oberfläche der Leiterplatte war niedrig und die höchste Temperatur des wärmeerzeugenden Elements war ebenfalls niedrig.
(Beispiel 3)
Die keramischen Grünfolien und die Sperrschicht-Folien wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Dann wurden die 100 µm-dicken keramischen Grünfolien mittels Stanzen mit einem quadratischen 2 mm-Durchgangsloch perforiert, auf eine Weise, dass das Durchgangsloch an seiner Ober- und Unterseite unterschiedliche Ausdehnungen hat.
Arten von Leitpasten wurden hergestellt, wobei es sich bei dem enthaltenen Metall um Silber handelte, mit unterschiedlichen prozentualen Gewichtsanteilen des keramischen Niedertemperatursintermaterials zum Gesamtgewicht des Silbers und des keramischen Niedertemperatursintermaterials.
Der prozentuale Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials betrug 0 Gew.-%, 10 Gew.-%, 30 Gew.-% oder 50 Gew.-%.
Dann wurde durch Füllen des zuvor gebildeten Durchgangslochs mit einer silberhaltigen Leitpaste eine VIA-Durchkontaktierung gebildet.
Mehrschichtkörper wurden auf die gleiche Weise hergestellt und gebrannt wie in Beispiel 1, mit Ausnahme dessen, dass die Anzahl keramischer Grünfolien mit einer VIA-Durchkontaktierung im Inneren zu 20 verändert wurde. Wie in Beispiel 1 wurden die Sperrschicht-Folien entfernt, wodurch die Leiterplatten fertiggestellt wurden.
Die VIA-Durchkontaktierungen in den zwanzig keramischen Grünfolien, die denselben Mehrschichtkörper bilden, wurden mit derselben Leitpaste gebildet.
(Vergleichsbeispiel 5)
Die keramischen Grünfolien und die Sperrschicht-Folien wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Dann wurden die 100 µm dicken keramischen Grünfolien mit einem quadratischen 2 mm-Durchgangsloch, das an seiner Ober- und Unterseite gleiche Ausdehnungen hat, mittels Stanzen perforiert.
Typen von Leiterfolien, die in Draufsicht 2,02 mm groß und 50 µm dick waren, wurden mit unterschiedlichen prozentualen Gewichtsanteilen des keramischen Niedertemperatursintermaterials zum Gesamtgewicht von Silber und keramischem Niedertemperatursintermaterial hergestellt.
Der prozentuale Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials betrug 0 Gew.-%, 10 Gew.-%, 30 Gew.-% oder 50 Gew.-%.
Dann wurde mittels Presspassung einer Leiterfolie in das zuvor erzeugte Durchgangsloch eine VIA-Durchkontaktierung erzeugt.
Mehrschichtkörper wurden auf die gleiche Weise hergestellt und gebrannt wie in Beispiel 1, mit Ausnahme dessen, dass die Anzahl keramischer Grünfolien mit einer VIA-Durchkontaktierung im Inneren zu 20 verändert wurde. Wie in Beispiel 1 wurden die Sperrschicht-Folien entfernt, wodurch die Leiterplatten fertiggestellt wurden.
Die VIA-Durchkontaktierung in den zwanzig keramischen Grünfolien, die den gleichen Mehrschichtkörper bilden, wurden mit demselben Typ Leiterfolie gebildet.
[Bondfestigkeits-Test]
Das thermische VIA in den Leiterplatten aus 3 und die Leiterfolie in den Leiterplatten aus Vergleichsbeispiel 5 wurden jeweils auf ihrer Oberseite vernickelt/vergoldet. Dann wurde ein Leitungsdraht auf die vernickelte/vergoldete Oberfläche gelötet.
Im Anschluss wurde dieser Leitungsdraht an einem Ende mit einem Zugfestigkeitstester gehalten. Der Leitungsdraht wurde während dem Messen der Last hochgezogen und es wurde die Last beim Ablösen des thermischen VIAs oder der Leiterfolie von der Leiterplatte ermittelt.
Die Last, die durch die Fläche des Durchgangslochs (2 Quadratmillimeter) geteilt wurde, wurde als Bondfestigkeit notiert.
Dieser Test zum Bewerten der Bondfestigkeit wurde zu Beginn oder vor der Temperaturwechselbeanspruchung (-40 °C bis 125 °C, 1000 Durchgänge) und nach der Temperaturwechselbeanspruchung durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.

[Tabelle 2]

	Beispiel 3 (Verjüngte Endflächen)				Vergleichsbeispiel 5 (Endflächen nicht verjüngt)
Prozentualer Gewichtsanteil des Niedertemperatur-Sinterkeramikmaterials [%]	0	10	30	50	0	10	30	50
Ausgangsbondfestigkeit [N/2-mm im Quadrat]	40	45	45	45	20	25	25	25
Bondfestigkeit nach der Temperaturwechselbeanspruchung [N/2-mm im Quadrat]	40	45	45	45	10	10	10	10

Wie diesen Ergebnissen entnommen werden kann, haben die Leiterplatten aus Beispiel 3 eine hohe Anfangsbondfestigkeit erreicht und ihre Bondfestigkeit blieb selbst nach der Temperaturwechselbeanspruchung hoch.
Die Bondfestigkeit war außerdem höher als wenn ein keramisches Niedertemperatursintermaterial enthalten war, als dann, wenn dessen prozentualer Gewichtsanteil 0% betrug. Dies zeigt, dass dann, wenn die verjüngten Leiter das gleiche keramische Niedertemperatursintermaterial wie bei der Isolierschicht enthalten, die Differenz beim thermischen Ausdehungskoeffizienten zwischen dem thermischen VIA und dem Teil des diese umgebenden Isolierschicht kleiner ist und, im Ergebnis, die Bondfestigkeit zwischen dem thermischen VIA und der Isolierschicht verbessert ist. Die Ergebnisse deuten ferner an, dass es für einen stärkeren Stoffschluss zwischen dem thermischen VIA und der Isolierschicht besser ist, wenn der prozentuale Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials 10% oder mehr beträgt.
Bezugszeichenliste

1: Leiterplatte
20, 21, 22, 23, 24: Isolierschicht
25: Diffusionsabschnitt
30: Thermisches VIA
31, 32, 33, 34: Verjüngter Leiter
31a, 32a, 33a, 34a, 31b, 32b, 33b, 34b: Endfläche eines verjüngten Leiters
40: hochwärmeleitfähiges Keramiksubstrat
50: wärmeerzeugendes Element
60: Lot
101: Mehrschichtkörper
121, 122, 123, 124: keramische Grünfolie
131, 132, 133, 134: VIA-Durchkontaktierung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 200641230 [0006]

Claims

Leiterplatte, aufweisend eine Isolierschicht und eine Verdrahtung, wobei die Isolierschicht ein keramisches Niedertemperatursintermaterial enthält, wobei: die Verdrahtung ein thermisches VIA mit einer Fläche von 0,0025 mm² in Draufsicht aufweist, das thermische VIA ein Stapel aus Schichten verjüngter Leiter ist, die jeweils verjüngte Endflächen haben; und jede Endfläche der verjüngten Leiter die Isolierschicht berührt.
Leiterplatte nach Anspruch 1, wobei eine Verjüngungslänge der verjüngten Leiter im Querschnitt 20 µm oder mehr beträgt.
Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, wobei die verjüngten Leiter ein Metall und das gleiche keramische Niedertemperatursintermaterial wie in der Isolierschicht enthalten und ein prozentualer Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials in den verjüngten Leitern 50 % oder weniger beträgt.
Leiterplatte nach Anspruch 3, wobei der prozentuale Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials in den verjüngten Leitern 10% oder mehr beträgt.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Isolierschicht einen Diffusionsabschnitt aufweist, einen Abschnitt, in dem ein Metallwerkstoff, der die verjüngten Leiter bildet, diffundiert ist, dort, wo die Isolierschicht jede Endfläche der verjüngten Leiter berührt.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Dicke des thermischen VIAs 50 µm oder mehr beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt zum Perforieren einer keramischen Grünfolie mit einem Durchgangsloch mit unterschiedlichen oberen und unteren Ausdehnungen und einer oberen Ausdehnungsfläche von 0,0025 mm² oder mehr, wobei die keramische Grünfolie ein keramisches Niedertemperatursintermaterial enthält; einen Schritt zum Bilden einer VIA-Durchkontaktierung durch Füllen des Durchgangslochs mit einer metallhaltigen Leitpaste; einen Schritt zur Herstellung eines Mehrschichtkörpers durch Stapeln einer Vielzahl von keramischen Grünfolien mit einer VIA-Durchkontaktierung in ihrem Innern derart, dass die VIA-Durchkontaktierungen miteinander fluchten; und einen Schritt zum Brennen des Mehrschichtkörpers.
Verfahren nach Anspruch 7 zur Herstellung der Leiterplatte, wobei der Mehrschichtkörper bei einer Temperatur von 1000 °C oder weniger gebrannt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 zur Herstellung einer Leiterplatte, wobei die Leitpaste ein Metall und das gleiche keramische Niedertemperatursintermaterial wie in der keramischen Grünfolie aufweist und ein prozentualer Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials zu einem Gesamtgewicht des Metalls und dem keramischen Niedertemperatursintermaterial 50% oder weniger beträgt.
Verfahren nach Anspruch 9 zur Herstellung einer Leiterplatte, wobei der prozentuale Gewichtsanteil des keramischen Niedertemperatursintermaterials zu dem Gesamtgewicht des Metalls und des keramischen Niedertemperatursintermaterials 10% oder mehr beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 zur Herstellung einer Leiterplatte, wobei das Durchgangsloch mittels Stanzen mit einer Stanze, die unterschiedliche obere und untere Ausdehnungen aufweist, oder mithilfe einer Laserstanze, die konfiguriert ist, ein Loch mit unterschiedlichen oberen und unteren Ausdehnungen zu schneiden, erzeugt wird.