用于在衬底上热压印至少一个印制导线的方法、具有至少一个印制导线的衬底以及压印模具

摘要

本发明涉及用于把至少一个印制导线（17）热压印到一个衬底（1）上的一种方法，其中具有至少一个导电层（4）的薄膜（3）借助具有结构化压印面（8）的压印模具（7）在模压方向（16）上被压向该衬底（1）。根据本发明而规定，该薄膜（3）被压印，使得该印制导线（17）获得一种三维成型。另外本发明还涉及衬底（1）以及一种压印模具（7）。

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分所述的一种用于热压印的方法、根据权利要求15前序部分所述的衬底以及根据权利要求21前序部分所述的一种压印模具（Pr?gestempel）。

背景技术

在尤其由聚合物材料构造的衬底上热压印印制导线是用于制造印制导线的一种环保的可能性。在已知的热压印方法中，具有所期望的微结构的衬底首先比如借助一种压力铸造方法来制造。然后该衬底与施加于其上的金属薄膜一起被放置在压力机中，于是平面的（二维的）印制导线在采用压力和温度的情况下借助被结构化为加深结构的压印模具而被压印。在该衬底凸起的结构平面上的剩余薄膜在该压印过程之后从该衬底上再次被去除。该去除过程是极其严格的。该去除过程的进行基本取决于金属薄膜的抗撕强度。未去除的薄膜残余可能导致在印制导线之间的短路。在该去除过程中，如果压印压力不是足够大，那么就尤其可能把真正的、与凸起的结构平面有间距的、下沉的印制导线一同去除或损坏。在该去除过程中，从而一方面允许（凸起的）要去除的剩余薄膜不是太强地被压到该衬底上，这导致下沉的、位于较深处的印制导线仅利用这个最大力来施加。但另一方面该压印力必须选择得足够大，以保证该印制导线在剩余薄膜的去除过程之后足够强地附着在该衬底上。

另外在已知方法中的缺点是，平面的（二维的）印制导线仅仅能够被引入在下沉的结构平面中。这导致，如果在印制导线与凸起的结构平面之间的高度差低于凸点的高度，那么仅能够借助一种倒装粘合方法来把半导体芯片固定在印制导线上。在金球凸点中该高度约为50μm。这在技术上是难以实现的，因为在这种微小的压印深度下由于要采用的金属薄膜的最小厚度实际不能冲压该金属薄膜，并从而不能把印制导线保持位于该衬底上。对于焊接倒装处理，仅有条件地能够可采用已知的、具有被压印印制导线的衬底，因为焊接凸点是球状的并且从而对于窄的印制导线仅仅小的压印深度是可接收的。

发明内容

本发明所基于的任务是，推荐用于把至少一个印制导线热压印到尤其由塑料构成的衬底上的一种可替选的、可靠的方法。优选地利用这种方法而设置有至少一个印制导线的衬底应该适于借助一种倒装方法来施加半导体器件。另外该任务还在于，提供具有至少一个压印印制导线的一种相应优化的衬底以及用于实施前述方法的一种压印模具。

该任务在具有权利要求1所述特征的方法方面、在具有权利要求15所述特征的衬底以及在具有权利要求21所述特征的压印模具方面而得到解决。本发明的有利的改进在从属权利要求中给出。由在说明书、权利要求和/或附图中所公开的至少两个特征组成的所有组合都属于本发明的范畴。为了避免重复，按照装置而公开的特征应视为按照方法而公开的特征，并且是能够要求权利的。同样按照方法而公开的特征也应视为按照装置而公开的特征，并且是能够要求权利的。

本发明所基于的想法是，尤其通过压印模具的合适结构化、尤其微结构化来实现该压印过程，使得首先平面的（二维的）薄膜在该压印过程期间获得一种三维造型。在此该三维成型可以如此来获得，即薄膜借助压印模具在压力和温度作用下被压到一个相应的、三维的、已有的衬底结构化物上，或者优选地通过（先）借助结构化的压印模具同时随着薄膜相对于衬底的按压或固定把支持该三维印制导线的（三维的）衬底结构、尤其微结构引入到该衬底中。通过薄膜或衬底的三维成型能够把薄膜-如稍后所述-逐段地设置在凸起的（上面的）衬底平面中，由此半导体器件能够以倒装方法被施加到凸起的印制导线区段上。同时印制导线通过其三维成型而获得了较大的截面，因为该印制导线可以伸展到所述凸起的衬底平面之下的区域、也即衬底结构沟槽中，由此提高了相应印制导线的载流能力。与现有技术相反，并不仅仅提供有平面的（二维的）印制导线区段来进行电流传导。

在本发明的改进中有利地规定，如此来实施薄膜的结构化以形成三维成型的印制导线，即没有在衬底上形成无用的剩余薄膜区域，由此能够省略在压印过程之后在相邻印制导线之间的模具区域中把薄膜从衬底中去除的方法步骤。换句话说，通过薄膜的合适的三维结构化，能够有效使用全部被压印的薄膜，这样用于电流传导。

尤其特别优选的是一种实施方案，其中该薄膜借助压印模具而被热压印，使得由热压印所形成的至少一个印制导线逐段地设置在于一个凸起的、尤其平的衬底平面上，以能够以倒装方法固定半导体器件。同时压印的印制导线延伸到与凸起衬底平面邻接的、与衬底平面成角度设置的衬底侧壁，也即在该方向上延伸到与凸起的衬底平面相邻的或者邻接的结构沟槽中。在该衬底侧壁上所设置的印制导线侧壁所具有的基本任务是，增大印制导线的载流能力，并优选地并不用于保持被固定在印制导线上的半导体器件。该印制导线侧壁优选地包括了所有的“薄膜盈余”，使得避免了在该衬底上的无用的剩余薄膜区域。

尤其优选的是该方法的一种实施方案，其中该衬底侧壁没有底切（hinterschneidet）所述凸起的、优选平的衬底平面，以能够保证在热压印过程之后衬底从该压印模具脱模。也就是说，在该衬底侧壁与凸起的衬底平面之间的角度至少选择得如此大，使得该衬底侧壁垂直于衬底平面延伸，并且最大选择得如此大，使得凸起的衬底平面和衬底侧壁没有位于一个共同的平面中，而是相互成角度来设置。也就是说，衬底侧壁与凸起的衬底平面优选地张开在约90°和约179°之间范围内的一个角度，优选地在约110°和约160°之间值域内的一个角度，尤其优选地在约120°和约150°之间的一个角度。

如果该薄膜如此被热压印，使得两个相邻的印制导线在横向上如此相间隔，使得印制导线相互电绝缘，那么这是尤其优选的，其中在相邻的印制导线之间在热压印过程中不产生剩余薄膜，而是该薄膜完全分布于印制导线上，尤其分布于印制导线的印制导线侧壁上。因为不是通过压印深度、而是通过横向间距来进行两个相邻印制导线的电绝缘，所以压印深度基本不影响绝缘效果。

如前所述，优选的是一种实施方案，其中在两个相邻的、三维成型的印制导线之间的一个区域中在该压印过程之后在该衬底上不具有薄膜残余，而不会为此需要一个去除过程，而是如此来实施该压印过程，使得薄膜分布于相邻的印制导线上、尤其分布于相互相对的印制导线侧壁上。

前述的优选实施方案有利地借助一种压印模具来实现，其中该压印模具包含有具有刀片刃的刀区段，该刀区段用于把薄膜尤其在压印过程中在两个要制造的印制导线之间的区域中尤其居中地进行分离，其中相互相对的薄膜区段借助继续移动的压印模具分别被挤压向衬底侧壁，并从而在横向上相互隔开。也就是说，借助该压印模具来实施一个分离压印过程，在该过程中薄膜首先被分断开，并在继续实施的其他模压过程中被压到该衬底侧壁上以及凸起的衬底平面上，由此产生了三维成型的印制导线，其中该印制导线在横向上相互隔开。

优选地该刀片区段具有窄的、在衬底方向上变细的楔形形状。

在本发明的改进中有利地规定，该薄膜包含有至少一个金属层、尤其铝层、铜层和/或金层，或者由前述的层组成。

根据一个符合目的的改进方案而有利地规定，要采用的薄膜在朝向衬底的一侧设置有至少一个粘合层比如塑料薄膜或粘合材料层。或者也可以考虑采用在机械上相对较大程度粗糙化的层，以改善与衬底的粘合效果。可以直接在该导电层或机械粗糙化层上施加一个附加的比如由黑色氧化物组成的粘合层或者枝状处理的层，由此达到了与熔化的衬底表面更强的机械啮合。

在本发明的改进中有利地规定，尤其在该薄膜与衬底相背的一侧设置有至少一个精加工层。该精加工层比如可以由锡构成。该精加工层按照性质而定地用于防止腐蚀现象，或者用于改善薄膜以及三维成型印制导线的可焊接性和/或可引线键合性和/或可倒装性。设置精加工层和薄膜的另一优点是，必要时该薄膜仅需要对不是全部的、可能敏感的衬底实施一个相应的比如电镀精加工过程。

要采用的压印模具比如可以由黄铜、钢或陶瓷来构造。在任何情况下该压印模具的至少结构化的模压表面应该由一种工具材料构成，该工具材料比要采用的薄膜更硬，以降低压印模具的磨损。

在开头所述的、在现有技术中所公开的热压印方法中另外还具有的缺点是，其仅能够应用在单个的衬底上，因为其问题在于，如果一个共同的薄膜被同时放置在多个衬底上，薄膜在压印过程时将较大偏移并起皱。为了解决该问题，并为了能够利用一个共同的薄膜同时、也即并行制造、也即热压印多个衬底，推荐把薄膜在压印过程之前和/或期间至少逐段地层压到至少一个、优选全部的要压印的衬底上，也即预固定。附加地或代替地把薄膜在共同的压印过程之前和/或期间比如借助一个张紧框架张紧到至少一个衬底、优选多个衬底上方。

尤其有利的是（尤其在前述的预固定和/或前述的把共同的薄膜张紧到多个衬底上或上方之后），同时利用至少相应的一个三维印制导线来压印多个衬底。优选地在此采用了具有多个压印区段的一个共同的压印模具。同样也可以考虑通过该共同的薄膜的层压、也即预固定和/或预张紧在不同的衬底区段中来同时压印一个平的衬底，其中能够实现把不同的、优选相同类型的衬底区段在该压印过程之后相互分隔，以获得单个的、优选相同的元件。所述分隔比如可以通过切割或锯切来进行。

前述的方法可以如此来优化，即同时随着至少一个三维印制导线的压印借助该压印模具对该衬底进行结构化。比如可以尤其在薄膜覆盖的区域之外把微结构、优选的是流体结构、如通道、通孔、孔穴等压印到优选由聚合物构成的衬底中。

本发明还涉及衬底，其中在该衬底上通过薄膜的热压印而压印了印制导线。根据本发明而规定，该印制导线具有三维形式。尤其优选的是，该印制导线具有凸起的、尤其平的、设置于凸起衬底平面中的印制导线平面以及另外至少一个与该凸起印制导线平面相邻接的、设置于衬底侧壁上的印制导线侧壁。尤其优选的是一种实施方案，其中在两侧、也即横切于（quer zur）印制导线的纵向延伸方向紧接着凸起设置的印制导线平面是朝衬底方向上延伸到其中的衬底侧壁。

尤其优选的是一种实施方案，其中该印制导线侧壁与凸起设置的印制导线平面成角度来设置，其中该衬底侧壁在极端情况下垂直于、但优选平着、相对于印制导线平面而角度偏转。

在本发明的改进中有利地规定，两个横切于其纵向延伸方向而相邻印制导线在横向上、也即横切于其纵向延伸方向而相互隔开，使得该印制导线相互电绝缘。

尤其优选的是该衬底的一种实施方案，其中该薄膜没有到达在两个相邻印制导线之间所构造的衬底沟槽的底部，而是在深度方向上在衬底沟槽底部之前结束于与该衬底沟槽相邻接的衬底侧壁。凸出于侧面的印制导线末端的衬底沟槽区段优选地利用用于分割薄膜的刀片区段而在热压印时被引入衬底中。

尤其优选的是该衬底的一种实施方案，其中在横切于其纵向延伸方向上相邻的两个印制导线的两个相互相对的印制导线侧壁之间在衬底上没有薄膜残余，其中尤其优选的是在热压印时在该区域中更是完全不产生薄膜残余，而是把薄膜分布于相邻的印制导线侧壁上。

本发明还涉及用于实施前述热压印方法的压印模具。该压印模具具有结构化的压印面（模压平面）。在此结构化的压印面设置有至少一个、优选成锐角延伸到刀片刃的刀片区段，与之相邻地设置有一个压印区段，用于把薄膜压向衬底侧壁。也可以在把该薄膜压到该衬底上时利用该压印区段把该衬底侧壁压印到该衬底上。关于该刀片区段以及压印区段的构造存在不同的可能。那么比如可以考虑把该刀片区段和压印区段由压印模具的不同角度偏转的结构区段来构造。也可以实现一种实施方案，其中该刀片区段和压印区段由压印模具的一个优选楔形的结构区段的一个共同结构侧壁来构造。

附图说明

本发明的其他优点、特征和细节参见下文优选实施例的说明以及附图。其中：

图1示出了两个不同的聚合物衬底，

图2示出了可能采用的薄膜的一个实施例，

图3示出了压印模具的一种可能的实施方案，

图4示出了一个压力机（Presse），其中衬底设置有完全地施加于其上的薄膜，

图5示出了一个压力机，其中设置有多个衬底，在该衬底上在真正的压印步骤之前层压了一个共同的薄膜，

图6示出了层压到一个唯一衬底上的两个薄膜的一种局部布置，

图7示出了放入压力机中的一个衬底，在该衬底上层压了两个相间隔的薄膜，其中该压印模具在该薄膜之外的区域中为了该衬底的结构化也设置有压印结构，

图8示出了由图7的压印过程而产生的、设置有三维成型的印制导线的衬底。

具体实施方式

在附图中相同部件和具有相同功能的部件用相同的参考符号来表示。

在图1中上下依次示出了由塑料材料构成的两个不同的衬底1。图中上面的衬底1是未结构化的，相反在图中下面的衬底1设置有微结构2，其中该微结构比如在一个去除方法中或者在一个成型方法中或者比如在压铸法中进行制造时被引入。

在图2中示出了一个优选的、用于制造三维结构化的印制导线的薄膜3。该薄膜3在所示的实施例中实施为三层的。在所示的实施例中中间的导电层4由金来构造。在图面中位于其上的是一个精加工层5。在稍后的压印过程中朝向该衬底1的下侧上设置有一个粘合层6。

在图3中示出了一个优选的、可用于热压印过程的、具有压印面8（模压面）的压印模具7。该压印面8设置有一个压印结构9（微米结构）。

如在图面右侧压印模具7的细节局部的放大图中所示，该模具结构包含有尖锐延伸的楔形突起10。每个（结构）突起10都可以划分为在图面中位于下面的、朝向该衬底1的刀片区段11，该刀片区段在图面中在下面被延伸到图面里面的（尖锐的）刀片刃12限定边界，该刀片刃用于在热压印过程中分割该薄膜3。在图面中在刀片区段11上面紧接着是一个截锥形的压印区段13，其用于把薄膜区段压到稍后还要解释的衬底侧壁上。另外还可以看出，与该压印区段13成角度地设置有另一压印区段14，其用于把薄膜3压印到同样稍后还要解释的一个凸起衬底平面上。通过设置刀片区段12以及与模压方向相反与之相接的（较宽的）压印区段13，该薄膜在热压印步骤中被该刀片刃12分割，并之后通过该压印模具7的其他方法在模压方向16上、也即在朝向衬底方向上被压到衬底侧壁23上，其中该衬底侧壁或者已经存在于该衬底1中，或者优选地借助该压印结构9在用于压印该薄膜3的热压印过程中被引入到该衬底1中。在热压印之后温度被降低，使得该衬底1再次是硬的，由此该模具7再次与模压方向16相反地被去除。

在图4中示出了具有压印模具7的压力机15。在该压力机15中放置了一个未结构化的衬底1。在其之上具有一个三层薄膜3（参见图3），该薄膜或者仅放置在该衬底1上，但优选的是在之前的一个步骤中被层压到其上。代替地可以比如在一个张紧框架中张紧该薄膜3。该压印模具7在两个相互隔开的区段中分别设置有一个压印结构9，其中每个压印结构9都连接有楔形突起10，该楔形突起分别具有朝向该衬底1的一个刀片区段以及在背向该衬底1一侧与之相连的、基本截锥形的一个压印区段13（参见图3）。在模压（压印）时，在图4所示的实施例中获得了两个相同地被压印的衬底区段，该区段在之后的步骤中可以被相互分离。

在图5的实施例中，在该压力机15中放入了多个不同的、未结构化的衬底1，这些衬底覆盖有一个共同的薄膜3。该薄膜3层压到全部的衬底1上。代替地可以比如在一个张紧框架中来张紧该薄膜3。

在图6的实施例中，在一个唯一的、未结构化的衬底1上层压了两个横向上相隔开的薄膜3。通过一个压印过程，其中通过该压印过程该压印模具7在模压方向16（压印方向）上相对于该衬底1而被移动到该衬底1上，可以获得两个相同地被结构化的、也即分别设置有至少一个三维印制导线的衬底区段，其中这些衬底区段可以在一个稍后的方法步骤中被相互分开。

在图7的实施例中，在一个压力机15中引入了一个唯一的、未结构化的衬底1。在该衬底上层压了两个相互隔开的、大小不同的薄膜3。该压印模具7不仅在薄膜3之上的区域中设置一个压印结构9，而且在位于该薄膜3之外的区域中也具有一个压印结构9，利用该压印结构可以把图8中示例示出的微结构2、尤其一种流体微结构2引入到该衬底1中。

除了前述的方法步骤之外，也可以在事先预结构化的衬底1上来实施该热压印过程，以制造三维印制导线。

在图8中示出了由图7的热压印过程所形成的衬底1。可以看出，由该薄膜3形成了三维成型的、相互绝缘的印制导线17。

每个印制导线17都具有一个平的、关于微结构2而凸起设置的并且延伸到图面里面的印制导线平面18以及至少一个与印制导线平面18成角度设置的印制导线侧壁19。

能够看出，按照印制导线17在该衬底1上的布置而定地，更确切地说按照压印微结构2的布置而定地，一个唯一的印制导线平面18或者具有一个单侧的印制导线侧壁19，或者具有两个横切于印制导线17的纵向延伸方向而相互隔开的印制导线侧壁19。该印制导线侧壁19延伸到微结构2的衬底沟槽20中（也即在背向压印模具方向上），但并不到达相应衬底沟槽20的底部21。

另外由图8得知，每两个相邻的印制导线18至少近似地设置在相同的高度或平面上，并通过横向的间隔而相互电绝缘。

另外由图8得知，该微结构具有多个相互隔开的、平的、凸起设置的衬底平面22（凸起的衬底区段），其中在该凸起的衬底平面22上部分压印印制导线平面18（凸起的印制导线区段）。在凸起衬底平面22的侧面上，在进入衬底1的方向上连接有背向该压印模具延伸的、分别具有两个衬底侧壁23的衬底沟槽20。相应两个相邻衬底侧壁23在所属衬底沟槽的底部21处相交。衬底侧壁23用作印制导线侧壁19的承载面，其中衬底侧壁23从该印制导线侧壁19开始在朝向所属衬底沟槽20底部21方向上延伸。

由图8还可以得知，在两个相邻的、相互相对的衬底侧壁19之间的区域中，在该衬底1上不具有剩余薄膜。这比如不会导致在该压印过程之后从该衬底1上去除剩余薄膜区段，而相反会导致该薄膜3在压印过程中借助压印模具7的刀片区段11被分割，并之后直接由邻近相应刀片区段11的压印区段13压到衬底侧壁23上。从而全部薄膜都是电可利用的，印制导线截面增大，并且载流能力提高。从而通过利用平的压印区段14把薄膜3压印到该衬底1上，导致把薄膜3压到凸起的衬底平面22上，以形成印制导线平面18。

另外由图8还可以得知，在所示的实施例中，衬底侧壁23与所属的、直接邻近的凸起衬底平面22夹角成约140°的角度α。在凸起的印制导线平面18与与之邻近的印制导线侧壁19之间张开了相同的角度α。该角度α可以在90°（垂直伸展）和179°（在印制导线17相互间距非常远时非常平地延伸）之间的角度范围内变化。