Beim Aufbau von mehrschichtigen Leiterplatten werden die einzelnen Schichten der Leiterplatten mehrfach miteinander verpresst. Die dabei zugeführte Temperatur-und Druckbean- spruchung führt bei den für Leiterplatten verwendeten Materi- alien zu ungewollten Verzügen, wie beispielsweise Schrumpfun- gen bzw. Dehnungen. Bei den unterschiedlichen Verpressvorgän- gen können sich die Leiterplatten bis zum fertigen Zustand mehrmals in ihrer Dimension verändern. Abhängig von dem Leiterplatten-Layout, d. h. der durch Kupferflächen realisier- ten Leiterbahnstrukturen in einzelnen Schichten, kann es dabei auch. zu nichtlinearen Verzügen kommen, bei denen, die Dehnung bzw. Schrumpfung in unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich stark ausfällt.

Um bei einer schichtweise aufgebauten Leiterplatte verschie- dene, in unterschiedlichen Schichten ausgebildete Leiterbahn- strukturen gezielt elektrisch miteinander verbinden zu kön- nen, muss man bei der Leiterplattenherstellung sowohl beim Aufbringen von Schichten als auch beim Durchkontaktieren von verschiedenen Anschlussflächen unterschiedlicher Leiterbahn- strukturen senkrecht zur Schichtebene den in der Ausgangs- schicht vorhandenen Verzügen folgen. Um diesen Verzügen zu folgen, werden üblicherweise auf der Ausgangsschicht Markie- rungen angebracht bzw. freigelegt, die von einem optischen System vermessen werden. Aus den Abweichungen der Ist- Position von der Soll-Position dieser Markierungen wird dann der Verzug der Ausgangsschicht ermittelt. Um diesen Verzug

für alle Gitterpunkte der Ausgangsschicht zu bestimmten, wird aus den zuvor ermittelten Abweichungen eine mathematische Transformation bestimmt, mittels welcher der Verzug für jeden beliebigen Gitterpunkt der Ausgangsschicht errechnet werden kann. Dabei ist unter dem Begriff Gitterpunkt jeder beliebige Punkt der Ausgangsschicht zu verstehen, also nicht nur ausge- wählte Punkte, die auf einem diskreten Gitter liegen.

Die Transformation von einer Soll-Position zu einer Ist- Position lässt sich in einem x-y-Koordinatensystem nach folgender Gleichung 1 bestimmten : xist = a1+b1#xsoll+C1#ysoll + dl Z xsoll « soll yist = a2+b2#ysoll+C2#xsoll+d2#xsoll#ysoll Dabei beschreiben die Parameter al und a eine lineare Ver- schiebung, die Parameter bi, b2, cl und C2 beschreiben eine Dehnung bzw. Schrumpfung sowie eine Drehung und die Parameter dl, d2 beschreiben eine eventuell auftretende Scherung der Ausgangsschicht. Da dieses Gleichungssystem für jede Koordi- nate vier zu bestimmende Parameter a, b, c und d aufweist, müssen zur vollständigen Bestimmung dieser Parameter insge- samt vier Markierungen vermessen werden, so dass das resul- tierende Gleichungssystem mit insgesamt acht unbekannten Parametern eindeutig lösbar ist.

Es wird darauf hingewiesen, dass für eine Reihe von Anwen- dungsfällen eine Scherung der Ausgangsschicht vernachlässig- bar ist und somit die Koeffizienten dl und d2 gleich Null gesetzt werden können. In diesem Fall genügt die Vermessung von drei Markierungen um die verbleibenden Parameter al, a2, bl, b2, cl und c2 eindeutig zu bestimmen.

Verschiedene Schichten weisen jedoch häufig ein unterschied- liches Verzugverhalten auf oder eine nachfolgende Schicht kann aus prozesstechnischen Gründen einem bestimmten Verzug

der darunter liegenden Schicht nicht folgen. In einem solchen Fall sind die Anschlussflächen verschiedener Leiterplatten- strukturen bei Verwendung der mit Gleichung 1 beschriebenen Transformation häufig versetzt zueinander angeordnet, so dass der Überlapp zwischen den zu kontaktierenden Anschlussflächen häufig nicht ausreichend groß ist, um einen zuverlässigen elektrischen Kontakt der betreffenden Anschlussflächen zu ermöglichen. Derart produzierte Leiterplatten sind daher häufig fehlerhaft und müssen aus dem Herstellungsprozess aussortiert werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Her- stellen von mehrschichtigen Substraten zu schaffen, bei dem trotz auftretender Verzüge ein zuverlässiger Kontakt zwischen ausgewählten Bereichen verschiedener Schichten gewährleistet ist und damit eine geringere Ausschussrate bei der Herstel- lung von schichtweise aufgebauten Leiterplatten erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von mehrschichtig aufgebauten Substraten mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß wird zunächst auf einer ersten Schicht eine Mehrzahl von auf dieser Schicht aufgebrachten Markierungen vermessen und nachfolgend für jede Markierung eine Abweichung der gemessenen Ist-Position von einer vorbekannten Soll- Position bestimmt. Anhand der bestimmten Abweichungen werden zwei unterschiedliche Transformationen für die Bestimmung der Positionsabweichungen von Gitterpunkten der ersten Schicht bestimmt, wobei bei der Bestimmung von zumindest einer der beiden Transformationen vorbekannte Randbedingungen für mögliche Positionsabweichungen von Gitterpunkten der zweiten Schicht berücksichtigt werden. Dabei sind die Randbedingungen in geeigneter Weise durch entsprechende Beziehungen zwischen den Parametern a, b, c und d der obigen Gleichung 1 vorgege- ben. Danach werden die beiden ermittelten Transformationen

miteinander kombiniert und die erste Schicht wird unter Berücksichtigung der kombinierten Transformation bearbeitet.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Bearbeitung der zweiten Schicht nicht ausschließlich der Verzug der Ausgangsschicht berücksichtigt wird, sondern dass vielmehr bereits im Vorfeld mögliche prozesstechnische Be- schränkungen bei der Kompensation dieses Verzuges beim Auf- bringen der zweiten Schicht zumindest zum Teil berücksichtigt werden. Somit nimmt man bei der Bearbeitung der ersten Schicht bewusst eine nicht optimale Kompensation des Verzuges der Ausgangsschicht in Kauf. Dieser in den meisten Anwen- dungsfällen nur scheinbare Nachteil wird beim Aufbringen der zweiten Schicht mehr als kompensiert.

Es wird darauf hingewiesen, dass zur Vermessung der Markie- rungen beispielsweise eine Kamera verwendet werden kann, die bei der Herstellung von schichtweise aufgebauten Substraten ohnehin vorhanden ist und üblicherweise zur Positionsbestim- mung des herzustellenden Substrates eingesetzt wird.

Gemäß Anspruch 2 werden unter Berücksichtigung der kombinier- ten Transformation Löcher durch die erste Schicht gebohrt.

Ein nachfolgendes Aufbringen der zweiten Schicht auf die durch Bohren bearbeitete erste Schicht kann dann entweder indirekt unter Berücksichtigung der Bohrpositionen oder direkt unter Berücksichtigung der kombinierten Transformation aufgebracht werden. Die gebohrten Löcher, welche entweder Sacklöcher oder Durchgangslöcher sind, dienen insbesondere zur Kontaktierung von verschiedenen Anschlussflächen in unterschiedlichen Schichten. Ein elektrischer Kontakt wird dabei durch ein Metallisieren des entsprechenden Bohrlochs realisiert.

Gemäß Anspruch 3 werden die Löcher bevorzugt mittels Laser- strahlen hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass beim Einsatz von modernen Laserbearbeitungsmaschinen zum Laserbohren von

Mehrschichtsubstraten sowohl eine hohe Ausbeute, d. h. eine hohe Anzahl an pro Zeiteinheit gebohrten Löchern erreicht werden kann. Ferner können die räumlichen Dimensionen der Löcher so klein gehalten werden, dass eine hohe Packungsdich- te von elektronischen Baugruppen auf schichtweise aufgebauten Leiterplatten realisiert werden kann.

Gemäß Anspruch 4 wird unter Berücksichtigung der kombinierten Transformation bei der Bearbeitung der ersten Schicht (210) eine Zwischenschicht zwischen der ersten Schicht (210) und der zweiten Schicht (220) ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass senkrecht zur Schichtebene stets eine maximaler Überlap- pung zwischen ausgewählten Bereichen sämtlicher Schichten erreicht werden kann.

Gemäß Anspruch 5 kann die Anzahl der vermessenen Markierungen variieren. Bei der Vermessung von nur zwei Markierungen kann somit mittels der beiden Transformationen lediglich eine Verschiebung und zusätzlich entweder eine Dehnung bzw.

Schrumpfung oder alternativ eine Drehung berücksichtigt werden. Bei der Vermessung von drei Markierungen kann neben einer Verschiebung der Ausgangsschicht auch noch eine Dehnung bzw. Schrumpfung sowie eine Drehung berücksichtigt werden.

Bei der Vermessung von vier Markierungen kann im Vergleich zu der Vermessung von drei Markierungen zusätzlich noch eine durch den Einfluss von Scherkräften erzeugte Scherung berück- sichtigt werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch jeweils mehr als die Mindestanzahl an zu vermessenden Marken vermessen werden können. Dies hat zur Folge, dass ein Glei- chungssystem mit einer Überbestimmung der Transformationspa- rameter aufgestellt werden kann, welches auf vorteilhafte Weise für eine genauere Bestimmung (insbesondere durch Mit- telwertbildung) der einzelnen Transformationsparameter ge- nutzt werden kann. Dabei kann auf allgemein bekannte Verfah-

ren zur Lösung von überbestimmten Gleichungssystemen zurück- gegriffen werden.

Das Verfahren nach Anspruch 6, bei dem für die zweite Schicht eine Scherung ausgeschlossen ist, hat hohe praktische Bedeu- tung, da der schichtweise Aufbau von Substraten in der Regel eine Belichtung zum Ausbilden einer Leiterbahnstruktur auf- weist. Derartige prozesstechnische Belichtungen werden übli- cherweise unter Verwendung einer Maske durchgeführt, bei der lediglich eine (gegebenenfalls in x-und in y-Richtung unter- schiedliche) Dehnung bzw. Schrumpfung der ersten Schicht berücksichtigt werden kann. Die Innenwinkel einer üblicher- weise rechtwinkligen Maske sind aber mit 90° fest vorgegeben.

Eine derartige Transformation, bei der die oben angegebenen Parameter dl und d2 gleich Null sind, wird deshalb auch als sog. orthogonale Transformation bezeichnet.

Gemäß Anspruch 7 wird als Kombination eine gewichtete Überla- gerung der beiden Transformationen verwendet. Dabei wird ein Gewichtungsfaktor z verwendet, der den Anteil der zweiten Transformation an der Gesamttransformation bestimmt. Bevor- zugt ergibt sich der Gewichtungsfaktor z aus der Größe der Flächen, die jeweils für die ausgewählten Bereiche der ersten Schicht verwendet werden geteilt durch die Summe aus der Größe der Flächen, die jeweils für die ausgewählten Bereiche der ersten Schicht und für die ausgewählten Bereiche der zweiten Schicht verwendet werden. Ausgewählte Bereiche sind insbesondere auf der ersten Schicht und/oder auf der zweiten Schicht ausgebildete Anschlussflächen zur Herstellung von elektrischen Kontakten zwischen einzelnen Schichten.

Gemäß Anspruch 8 sind die ausgewählten Bereiche Anschlussflä- chen zur Kontaktierung der ersten Schicht mit der zweiten Schicht, so dass durch eine senkrecht zur Schichtebene durch- geführte Kontaktierung auf verschiedenen Schichten ausgebil- dete Leiterbahnstrukturen gezielt miteinander kontaktiert werden können.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform.

Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Herstellung einer Leiter- platte mit zwei unterschiedlichen Leiterbahnstruktu- ren, welche mittels Laserbohren miteinander kontak- tiert werden, und Figur 2 zeigt die Herstellung einer Leiterplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei durch das Laserbohren an durch eine Kombination unterschiedli- cher Transformationen bestimmten Bohrpositionen eine zuverlässige Kontaktierung zwischen verschiedenen Leiterbahnstrukturen erreicht wird.

An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeich- nung die Bezugszeichen einander entsprechender Elemente lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden.

Die Figuren la und 1b illustrieren die Herstellung einer schichtweise aufgebauten Leiterplatte 100 gemäß dem Stand der Technik. Der Aufbau der Leiterplatte 100 beginnt mit einer ersten Schicht 110, auf welcher vier Markierungen 111 aufge- bracht sind. Die Positionen dieser Markierungen werden ver- messen und aus den Abweichungen von den Ist-Positionen zu den jeweiligen Soll-Positionen wird eine Transformation gemäß Gleichung 1 bestimmt, mittels welcher der Verzug für sämtli- che Gitterpunkte der ersten Schicht 110 bestimmt wird. Dieser Verzug ist im allgemeinen für sämtliche Gitterpunkte sehr gut ermittelbar.

Die auf der ersten Schicht 110 ausgebildete Leiterbahnstruk- tur weist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt sechs erste Anschlussflächen 112 auf, welche in zwei Gruppen mit je drei ersten Anschlussflächen 112 aufge-

teilt sind. Die Anschlussflächen 112 von jeder der beiden Gruppen sind durch zwei erste Leiterbahnen 113 miteinander verbunden.

Da der Verzug von jedem Gitterpunkt der ersten Schicht 110 bei Anwendung von Gleichung 1 sehr gut berechnet werden kann, kann durch eine entsprechende Ansteuerung einer nicht darge- stellten Laserbohrmaschine die erste Schicht 110 derart gebohrt werden, dass die Bohrungen 114,114a im wesentlichen in der Mitte der dargestellten ersten Anschlussflächen 112 angebracht werden. Somit wird der Verzug der ersten Schicht 110 durch eine gezielte Wahl der Bohrpositionen nahezu opti- mal kompensiert.

Nachfolgend wird eine zweite Schicht 120 auf die erste Schicht aufgetragen, wobei die erste Schicht 110 und die zweite Schicht 120 durch eine nicht dargestellte Isolations- schicht voneinander getrennt sind. Gemäß dem hier dargestell- ten Ausführungsbeispiel weist die zweite Schicht 120 insge- samt zwölf Anschlussflächen 122,122a auf, welche gemeinsam "mit den zweiten Leiterbahnen 123 die Leiterbahnstruktur der zweiten Schicht 120 darstellen. Für den Aufbau dieser Leiter- bahnstruktur wird ein nicht dargestelltes Belichtungsverfah- ren verwendet, bei dem eine Belichtungsmaske eingesetzt wird, bei welcher zwar die Dehnung bzw. Schrumpfung frei gewählt werden kann, die Eckenbereiche der Maske jedoch durch einen 90° Winkel fest vorgegeben sind. Somit kann die zweite Schicht 120 lediglich durch eine Verschiebung 130, eine Drehung 131 sowie durch eine nicht dargestellte Dehnung bzw.

Schrumpfung der für die Belichtung verwendeten Maske an die Leiterbahnstruktur der ersten Schicht 110 angepasst werden.

Dies hat zur Folge, dass insbesondere die Bohrungen 114a nur den Außenbereich der Anschlussflächen 122a treffen und somit nur ein schlechter oder gar ein unterbrochener Kontakt zwi- schen den gegeneinander verschoben angeordneten Anschlussflä- chen 112 und 122a ausgebildet wird.

Es wird darauf hingewiesen, dass in Anbetracht der mit moder- nen Laserbohrmaschinen möglichen kleinen Kontaktierungslö- chern bereits ein geringer Unterschied zwischen dem ungewoll- ten ersten Verzug der ersten Schicht 110 und dem gewollten zweiten Verzug der zweiten Schicht 120 zu einem so großen Versatz zwischen zu kontaktierenden Anschlussflächen führen kann, dass eine Kontaktierung senkrecht zur Schichtebene nicht mehr möglich ist.

Die Figuren 2a und 2b zeigen einen Herstellungsprozess einer schichtweise aufgebauten Leiterplatte gemäß einem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser Her- stellungsprozess unterscheidet sich von dem bekannten in Figur la und lb dargestellten Herstellungsprozess dadurch, dass die Bohrpositionen 214,214a nicht lediglich auf die Anschlussflächen 212 der ersten Schicht 210 optimiert werden. Vielmehr wird bei der Wahl der Bohrpositionen zusätzlich auch die beschränkten Verzugsmöglichkeiten der zweiten Schicht 220 berücksichtigt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden die durch die Orthogonalität der Belichtungsmaske begrenzten Verzugsmöglichkeiten der zweiten Schicht 220 bereits bei der Wahl der Bohrpositionen 214,214a berücksich- tigt. Dies bedeutet, dass bei der Wahl der Bohrpositionen 214,214a bewusst auf eine optimale Zentrierung relativ zu den Anschlussflächen 212 verzichtet wird. Dieser im allgemei- nen nur scheinbare Nachteil wird auf jeden Fall durch einen besseren Überlapp der Anschlussflächen 222,222a der zweiten Schicht 220 mit den Bohrungen 214,214a mehr als ausgegli- chen.

Für die Bestimmung der im allgemeinen nicht zentrisch zu den Anschlussflächen 212 angeordneten Bohrungen 214 und insbeson- dere der Bohrungen 214a wird eine Gesamttransformation G verwendet, welche durch folgende Gleichung 2 beschrieben wird : (ß G x x = k tY) 5011 Y 11 Y g v Mt H oH oH

Dabei ist Ftrans 1 eine Transformation, bei der die oben be- schriebenen Transformationsparameter al, a2, bl, b2, cl, c2, d und d verwendet werden. Die Orthogonalität der Belichtungs- maske wird in FTrans2 dadurch berücksichtigt, dass diese Transformation lediglich die Transformationsparameter al, a2, bl, b2, cl und c2 aufweist. Die Gesamttransformation G be- stimmt sich aus einer gewichteten Kombination der beiden Transformationen FTransl und FTrans2r wobei der Gewichtungsfak- tor z zwischen 0 und 1 gewählt werden kann. Ein Gewichtungs- faktor von z = 1 bedeutet eine Abarbeitung des Herstellungs- prozesses nach lediglich der orthogonalen Transformation FTrans2. Wählt man die Gewichtungsfaktor z = 0, so bedeutet dies eine Abarbeitung lediglich nach dem Algorithmus FTransl- Für z = 0,5 werden bei der Gesamttransformation G beide Transformationen FTrans i und FTrans2 gleich stark gewichtet.

Eine optimale Ausbeute an zuverlässig kontaktierten An- schlussflächen erhält man dann, wenn man den Gewichtungsfak- tor z entsprechend der folgenden Gleichung 3 bestimmt : Toleranz Schicht 1 z = Toleranz Schicht 1 + Toleranz Schicht 2 Dabei werden die Toleranzen von Schicht 1 bzw. Schicht 2 durch die Größe der jeweiligen Anschlussflächen in Schicht 1 bzw. Schicht 2 bestimmt. So ergibt sich beispielsweise bei im Vergleich zu den Anschlussflächen in der zweiten Schicht 2 sehr großflächigen Anschlussflächen in der ersten Schicht 1 ein Wert von z, der nur unwesentlich kleiner als 1 ist. Dies bedeutet, dass die Gesamttransformation hauptsächlich durch die Transformation Ftrans 2 bestimmt wird.

Zusammenfassend bleibt festzustellen : Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen von Substraten 200, welche durch

aufeinanderfolgende flächige Prozessschritte mit einer ersten Schicht 210 und zumindest einer auf die erste Schicht 210 abgestimmten zweiten Schicht 220 hergestellt werden. Zunächst werden auf der ersten Schicht 210 mehrere Markierungen 211 vermessen und für jede Markierung 211 eine Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position bestimmt. Aus diesen Abweichungen wird eine Transformation FTransi für die Positi- onsabweichungen von beliebigen Gitterpunkten der ersten Schicht 210 und eine Transformation FTrans 2 für mögliche Posi- tionsabweichungen von Gitterpunkten der zweiten Schicht 220 bestimmt. Bei der Bestimmung der Transformation FTrans 2 werden vorbekannte Randbedingungen für ein mögliches Verhalten des Verzuges der zweiten Schicht berücksichtigt. Beim nachfolgen- dem Bearbeiten der zweiten Schicht 220 wird eine kombinierte Transformation aus den beiden zuvor bestimmten Transformatio- nen FTrans 1 und FTrans 2 berücksichtigt. Dadurch kann trotz unterschiedlicher Verzüge der beiden Schichten 210,220 eine zuverlässige Kontaktierung von Leiterbahnen gewährleistet werden, so dass bei der Herstellung von mehrschichtigen Leiterplatten ein geringer Ausschuss an defekten Leiterplat- ten erzeugt wird.

Bezugszeichenliste 100 Leiterplatte 110 erste Schicht 111 Markierung 112 erste Anschlussfläche 113 erste Leiterbahn 114 Bohrung 114a Bohrung 120 zweite Schicht 122 zweite Anschlussfläche 122a schlecht kontaktierte Anschlussfläche 123 zweite Leiterbahn 130 Verschiebung 131 Drehung 200 Leiterplatte 210 erste Schicht 211 Markierung 212 erste Anschlussfläche 213 Leiterbahn 214 Bohrung 214a nicht zentrische Bohrung 220 zweite Schicht 222 zweite Anschlussfläche 222a sicher kontaktierte Anschlussfläche 223 Leiterbahn 230 Verschiebung 231 Drehung