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Title:
PRODUCTION OF INDUCTIVE ELECTRICAL COMPONENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/081352
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing an inductive electrical component by depositing layers of different materials on a substrate material. The layers form a functional layer, by means of which the electrical function of the inductive electrical component is obtained. A carrier layer is applied to the substrate material directly or indirectly via a connecting layer arranged on the substrate material, which carrier layer is produced by depositing carrier material and to which carrier layer formed from the carrier material the further layers of the functional layer are applied by deposition. The invention further relates to an inductive electrical component of this type and to a component assembly formed with such components.

Inventors:
MAIER, Hans Jürgen (Kornstraße 27, Neustadt am Rbge., 31535, DE)
WURZ, Marc Christopher (Erika-Pfingsten-Straße 15, Hannover, 30629, DE)
BERINGER, Sebastian (Ottweilerstraße 17, Hannover, 30559, DE)
Application Number:
EP2018/078651
Publication Date:
May 02, 2019
Filing Date:
October 18, 2018
Export Citation:
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Assignee:
GOTTFRIED WILHELM LEIBNIZ UNIVERSITÄT HANNOVER (Welfengarten 1, Hannover, 30167, DE)
International Classes:
H01F17/00; H01F41/04; H01L21/78; H01L49/02; H05K1/16; H05K3/00
Domestic Patent References:
WO2014200827A12014-12-18
Foreign References:
US20120154690A12012-06-21
US20140034373A12014-02-06
US20170287622A12017-10-05
JP2001267167A2001-09-28
DE102013013464A12015-02-19
Attorney, Agent or Firm:
GRAMM, LINS & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PARTGMBB (Freundallee 13a, Hannover, 30173, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zur Herstellung eines induktiven elektrischen Bauelements (18) durch Aufbringen von Schichten (5-13) unterschiedlicher Materialien auf einem Substratmaterial (M1 ), wobei die Schichten (5-13) eine Funktionsschicht (14) bilden, durch die die elektrische Funktion des induktiven elektrischen Bauelements (18) realisiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substratmaterial (M1 ) unmittelbar oder mittelbar über eine auf dem Substratmaterial (M1 ) angeordnete Verbindungsschicht (2,3) eine Trägerschicht (4) aus einem Trägermaterial (M3) aufgebracht wird und auf die aus dem Trägermaterial (M3) gebildete Trägerschicht (4) die weiteren Schichten (5-13) der Funktionsschicht (14) aufgebracht werden.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Aufbringung der Funktionsschicht (14) auf der Trägerschicht (4) das Substratmaterial (M1 ) vollständig oder zumindest überwiegend entfernt wird.

3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratmaterial (M1 ) entfernt wird, indem zunächst die Verbindungsschicht (2,3) zumindest teilweise entfernt wird und dann das Substratmaterial (M1 ) vollständig oder zumindest überwiegend entfernt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht ganz oder zumindest teilweise durch elektrochemische Auflösung entfernt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht ganz oder zumindest teilweise aus einem für eine elektrochemische Auflösung geeigneten Anodenmaterial gebildet ist und zusätzlich ein Kathodenmaterial vorhanden ist, das die Kathode für die elektrochemische Auflösung bilden kann, wobei das Kathodenmaterial durch das Substratmaterial oder eine zusätzliche Kathodenschicht, die zwischen dem Substratmaterial und dem Ano- denmaterial angeordnet ist, gebildet ist.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (4) mit einer geringeren Schichtdicke erzeugt wird als die Dicke des Substratmaterials (M1 ).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (14) mit einer größeren Schichtdicke erzeugt wird als die Schichtdicke der Trägerschicht (4). 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der induktiven elektrischen Bauelemente (18) in einem gemeinsamen Herstellungsprozess auf einem gemeinsamen Substratmaterial (M1 ) und/oder einer gemeinsamen Trägerschicht (4) in Panel-Technik hergestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (M3) ein organisches Material, insbesondere ein Polymermaterial, ist. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trägerschicht (14) zur Bildung von Sollbruchstellen Perforationslinien in Form eines Linien- oder Matrixmusters erzeugt werden.

1 1 . Induktives elektrisches Bauelement (18), aufweisend wenigstens eine Träger- schicht (4) aus einem Trägermaterial (M3) und eine auf der Trägerschicht (4) aufgebrachte Funktionsschicht (14) , durch die die elektrische Funktion des induktiven elektrischen Bauelements (18) realisiert ist, wobei die Funktionsschicht (14) einen mehrschichtigen Aufbau aus unterschiedlichen metallischen und nicht-metallischen Materialien aufweist, gekennzeichnet durch eines, mehrere oder alle der folgenden Merkmale a), b), c), d):

a) die Funktionsschicht (14) weist eine größere Schichtdicke auf als die Trägerschicht (4),

b) Teile der Funktionsschicht (14) sind zumindest in geringem Umfang in das Trägermaterial (M3) der Trägerschicht (4) eingebettet,

c) das Trägermaterial (M3) der Trägerschicht (4) ist ein organisches Material, insbesondere ein Polymermaterial,

d) an der Trägerschicht (4) befinden sich auf der der Funktionsschicht (14) abgewandten Seite Reste einer im Herstellungsprozess verwendeten Verbindungsschicht (2,3), die aus einem anderen Material gebildet ist als das Trägermaterial (M3).

12. Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive elektrische Bauelement (18) wenigstens eine Mikrospule (15) und/oder einen Spulenkern (16) aufweist.

13. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die größte Außenabmessung des Bauelements (18) kleiner als zwei Millimeter ist.

14. Bauelement, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

15. Bauelementanordnung, aufweisend eine Vielzahl von induktiven elektrischen Bauelementen (18) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, die linien- oder mat- rixförmig nebeneinander angeordnet sind und eine gemeinsame Trägerschicht (4) aufweisen, wobei die Funktionsschichten (14) der Bauelemente (18) voneinander separiert sind.

16. Bauelementanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die größte Außenabmessung der Bauelementanordnung wenigstens fünfzig Zentimeter beträgt.

Description:
Herstellung induktiver elektrischer Bauelemente

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines induktiven elektrischen Bauelements durch Aufbringen von Schichten unterschiedlicher Materialien auf einem Substratmaterial, wobei die Schichten eine Funktionsschicht bilden, durch die die elektrische Funktion des induktiven elektrischen Bauelements realisiert ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein induktives elektrisches Bauelement dieser Art sowie eine mit solchen Bauelementen gebildete Bauelementanordnung.

Induktive elektrische Bauelemente werden in der Elektrotechnik für unterschiedlichste Zwecke eingesetzt, z. B. für den Aufbau elektrischer Schaltungen und als Komponenten elektrischer Maschinen, Sensoren und Aktuatoren. Induktive elektrische Bauelemente sind beispielsweise Spulen, sowohl mit als auch ohne Spulen- kern. Solche induktiven elektrischen Bauelemente werden beispielsweise als Induktivitäten in elektrischen Schaltungen, als Sensoren beispielsweise unter Nutzung des Hall-Effekts oder der AMR-Effekts, als Elektromagneten, Transformatoren oder Spulenwicklungen für Elektromotoren eingesetzt. Insbesondere der Bedarf an induktiven elektrischen Bauelementen mit geringer Baugröße, z. B. Mikro-Bauelemente, hat sich deutlich erhöht. Insbesondere im Bereich sehr kleiner elektrischer Bauelemente erfolgt die Herstellung in der Regel durch Abscheidung von Schichten auf einem Substratmaterial, z. B. durch CVD- und/oder PVD-Verfahren (CVD - chemische Gas- phasenabscheidung, PVD - physikalische Gasphasenabscheidung). Der montagetechnische Einsatz entsprechender Induktivitäten erfolgt dabei zum größten Teil nicht an der Produktionsstätte, sodass ein Transport der Induktivität von der Produktionsstätte zur Montagestätte die Normalität darstellt. Auf der einen Seite ist dabei an der Montagestätte ein Höchstmaß an Portabilität einem flexiblen und dy- namischen Montageprozess zuträglich. Auf der anderen Seite ist während des Herstellungsprozesses im Bereich der Sensorproduktionstechnik die Mehrheit der Produktionsparameter festgelegt. Insbesondere bei der Herstellung von Induktivitäten durch CVD oder PVD Verfahren gilt es Toleranzen einzuhalten, die z.B. durch die Verwendung von Substratoberflächen erzeugt werden können, die sich im Bereich von Oberflächenrauheiten im Bereich von < R a =0,034nm R z = 0,1 nm befinden.

Ein solches induktives elektrisches Bauelement kann insbesondere als Leistungselektronik-Bauelement ausgebildet sein, d.h. als Bauelement, das für die Aufnahme und/oder Übertragung höherer elektrischer Leistungen ausgebildet ist.

Insbesondere im Bereich der Leistungselektronik gilt es den elektronischen Leistungsumfang des induktiven elektrischen Bauelements zu optimieren. Bisher wird zwischen dem Siliziumsubstrat und den leitfähigen Schichten eine SiO2-Schicht als Isolator vorgesehen, was die Leistungsfähigkeit begrenzt, da ein Durchschlag ab

300V auftreten kann. Alternativ können zusätzliche Isolierschichten aufgebracht werden, die jedoch die Herstellungskosten erheblich erhöhen.

Aus der DE 10 2013 013 464 A1 ist ein induktives elektrisches Bauelement sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Herstellungsverfahren und die damit erzeugbaren Bauelemente weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass auf dem Substratmaterial unmittelbar oder mittelbar über eine auf dem Substratmaterial angeordnete Verbindungsschicht eine Trägerschicht aus einem Trägermaterial aufgebracht wird und auf die aus dem Trägermaterial gebildete Trägerschicht die weiteren Schichten der Funktionsschicht aufgebracht werden. Auf diese Weise wird erstmalig die Möglichkeit der Herstellung von induktiven elektrischen Bauelementen, insbesondere Leistungselektronikbauelementen, auf Dünnfilmbasis geschaffen. Dies wird ermöglicht durch die Hinzufügung der Trägerschicht, die zwischen dem relativ dickschichtigen und dementsprechend verwindungssteifen Substratmaterial und der Funktionsschicht angeordnet ist. Durch die Beibehaltung des Substratmaterials als Grundkörper der gesamten Anordnung kann während der Ab- scheidungsvorgänge die mechanische Stabilität und Steifigkeit der Anordnung sichergestellt werden. Nach Fertigstellung des induktiven elektrischen Bauelements ist das Substratmaterial aber für dessen elektrische Funktion nicht mehr erforderlich. Die zusätzlich erzeugte Trägerschicht ermöglicht es nun, dass das Substratmaterial nach dem Herstellungsvorgang wieder entfernt wird und die einzelnen induktiven elektrischen Bauelemente weiterhin gut handhabbar bleiben, da sie durch die Gesamtdicke des Systems genügend mechanische Stabilität für die Weiterverarbeitung aufweisen.

Durch die Hinzufügung der zusätzlichen Trägerschicht kann auch die bisherige Beschränkung auf die Herstellungsgröße einer mit einer Vielzahl solcher Bauelemente gebildeten Bauelementanordnung überwunden werden. Bisher war die maximale Größe einer Bauelementanordnung auf die typische Größe eines Silizium-Wafers, z.B. auf 4 Zoll, beschränkt. Diese Beschränkung kann nun überwunden werden, so dass auch Bauelementanordnungen mit wesentlichen größeren Außenabmessungen hergestellt werden können.

Das Substratmaterial kann ein anorganisches Material sein, z.B. Silizium, Keramik, Metall, Glas.

Als Prozess für das Aufbringen der unterschiedlichen Schichten kommen verschiedenste Verfahren in Betracht, beispielsweise Abscheidungsverfahren wie PVD, CVD, galvanische Abscheidung, oder anderen Arten der Aufbringung wie Aufsprühen oder Spincoating.

Die Erfindung eignet sich grundsätzlich für die Herstellung induktiver elektrischer Bauelemente jeder Art. Die Erfindung eignet sich besonders für die Herstellung von Leistungselektronikbauelementen, für Sensoren für die magnetoresistive Sensorik, insbesondere für besonders kleinbauende Sensoren (Mikrosensoren).

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Trägerschicht bei Wahl eines geeigneten isolierenden Materials als Trägermaterial zugleich die Isolation der damit erzeugten Bauelemente und damit die Hochspannungsfestigkeit (Durchschlagfestigkeit) verbessert werden kann, so dass sich die Erfindung auch besonders für die Herstellung von Bauelementen für die Hochspannungstechnik eignet.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Baugröße, insbesondere die Bauhöhe der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Bauelemente deutlich reduziert werden kann, da die bisher erforderliche relativ dicke Schicht aus Substratmaterial im Endprodukt nun entfallen kann. Die Bauhöhe kann auf diese Weise signifikant reduziert werden, z.B. auf ca. die Hälfte der bisherigen Bauhöhe. Die Erfindung eignet sich auch für die Herstellung von miteinander induktiv gekoppelten Bauelementen. Dies ist z.B. möglich durch die Erzeugung induktiver elektrischer Bauelemente auf den beiden gegenüberliegenden Seiten der Trägerschicht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach der Aufbringung der Funktionsschicht auf der Trägerschicht das Substratmaterial vollständig oder zumindest überwiegend entfernt wird. Auf diese Weise kann die erwähnte Baugrößenminimierung der hergestellten induktiven elektrischen Bauelemente erreicht werden. Die Bauhöhe wird durch die Eliminierung des Substratmaterials deutlich reduziert. Das Substratmaterial kann für weitere Anwendungen wieder- verwendet werden.

Das Substratmaterial kann z.B. durch mechanische Bearbeitung entfernt werden. Besonders vorteilhaft ist ein Entfernen des Substratmaterials durch elektrochemische Verfahren. Diese lassen sich pH-neutral realisieren, so dass hierdurch die hergestell- ten Bauelemente nicht beschädigt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Substratmaterial entfernt wird, indem zunächst die Verbindungsschicht zumindest teilweise entfernt wird und dann das Substratmaterial vollständig oder zumindest überwiegend entfernt wird. Bei entsprechender Wahl der Materialien der Verbindungsschicht kann die Verbindungsschicht z.B. durch ein erwähntes elektrochemisches Verfahren entfernt werden, z.B. durch anodische Auflösung der Verbindungsschicht. Durch Einhüllen des Systems in einen Isolator, z.B. Polyimid, wird eine elekt- rochemische Auflösung der Verbindungsschicht begünstigt, so dass durch die Verwendung des isolierenden Materials die Herstellung eines entsprechenden Bauelements auf Dünnfilm-Basis realisiert wird. Zum anderen trägt der Isolator zur Befähigung der anodischen Auflösung bei. Die Verbindungsschicht bildet damit eine Opfer- schicht.

Die Verbindungsschicht kann insgesamt, das heißt vollständig, eine Anodenschicht bilden, die die Anode für die elektrochemische Auflösung bildet. Die Verbindungsschicht kann auch nur teilweise die Anodenschicht bilden, zum Beispiel, wenn die Verbindungsschicht wenigstens zweischichtig aufgebaut ist und die nachfolgend noch erläuterte Haftvermittlungsschicht aufweist. In diesem Fall wird durch die elektrochemische Auflösung lediglich eine aus Anodenmaterial gebildete und als Anodenschicht dienende zweite Teilschicht der Verbindungsschicht aufgelöst.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungsschicht ganz oder zumindest teilweise aus einem für eine elektrochemische Auflösung geeigneten Anodenmaterial gebildet ist und zusätzlich ein Kathodenmaterial vorhanden ist, das die Kathode für die elektrochemische Auflösung bilden kann, wobei das Kathodenmaterial durch das Substratmaterial oder eine zusätzliche Kathodenschicht, die zwischen dem Substratmaterial und dem Anodenmaterial der Verbindungsschicht angeordnet ist, gebildet ist. Das Anodenmaterial kann somit bei der elektrochemischen Auflösung die Anode bilden, die elektrochemisch aufgelöst wird Hierdurch kann die erwähnte elektrochemische Auflösung der Verbindungsschicht o- der zumindest eines Teils der Verbindungsschicht besonders vorteilhaft realisiert werden. Ist der genannte Teil der Verbindungsschicht aufgelöst, kann das verbleibende Substratmaterial, ggf. zusammen mit einem verbleibenden Teil der Verbindungsschicht, einfach entfernt werden.

Die zusätzliche Kathodenschicht kann beispielsweise direkt auf dem Substratmaterial aufgebracht sein oder auf der Haftvermittlungsschicht, die Teil der Verbindungsschicht ist. Zwischen der Kathodenschicht und dem Anodenmaterial der Verbindungsschicht kann zusätzlich eine Elektrolytschicht vorhanden sein, durch die die elektrochemische Auflösung gefördert wird. Alternativ kann das Bauelement in ein Elektrolytmaterial eingetaucht werden, sodass die äußeren Oberflächen der Anodenschicht und der Kathodenschicht in Verbindung mit dem Elektrolyten kommen und auf diese Weise die elektrochemische Auflösung des Anodenmaterials der Verbindungsschicht erfolgt.

Auf diese Weise kann die erforderliche elektrische Kontaktierung zur Durchführung der elektrochemischen Auflösung bereitgestellt werden. Die Kontaktierung kann auch dadurch erfolgen oder zumindest verbessert werden, dass das Substratmaterial ein Halbleitermaterial ist, das hochdotiert ist, oder als Edelstahl-Substratmaterial ausge- bildet ist.

Gegenüber anderen Möglichkeiten zur Entfernung des Substrats, zum Beispiel durch Ätzverfahren, hat die elektrochemische Auflösung zumindest eines Teils der Verbindungsschicht den Vorteil, dass sie durch elektrische Signale gezielt gesteuert beziehungsweise geregelt werden kann. Durch den zwischen Anode und Kathode eingespeisten Strom kann die Auflösungsrate des Anodenmaterials eingestellt werden. Dabei ist während des gesamten Auflösungsprozesses diese Steuerung möglich. Beispielsweise kann der Auflösungsprozess durch das Anlegen einer bestimmten elektrischen Spannung induziert und auch unmittelbar wieder gestoppt werden.

Die Verbindungsschicht kann insbesondere zweischichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein, wobei eine aus dem Anodenmaterial gebildete Anodenschicht der Verbindungsschicht an der der Funktionsschicht zugewandten Seite angeordnet ist. Zwischen der Anodenschicht und dem Substratmaterial kann zusätzlich eine Haftvermittlerschicht der Verbindungsschicht vorhanden sein. Mittels der Haftvermittlerschicht kann die Haftung zwischen dem Substratmaterial und der Verbindungsschicht verbessert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kathodenmaterial einen elektrischen Widerstand von weniger als 1 10 Qcm aufweist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kathodenmaterial eine geringere Oxidationszahl aufweist als das Anodenmaterial. Dies hat den Vorteil, dass eine elektrochemische Auflösung der Verbindungsschicht oder zumindest eines Teils der Verbindungsschicht durchgeführt werden kann. Als Katho- denmaterial kommen Materialien wie z.B. Gold in Frage, die in der elektrochemischen Spannungsreihe edler sind als das Anodenmaterial. Es kommen aber auch elektrisch leitfähige Werkstoffe als Kathodenmaterial in Betracht, die nicht unedler sind als das Anodenmaterial, wie zum Beispiel Edelstahle, Titanlegierungen, elektrisch leitfähige Polymere wie zum Beispiel mit einem elektrisch leitfähigen Material wie Graphit gefüllte Polymere und Verbundwerkstoffe, zum Beispiel CFK- und GFK-Werkstoffe.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der elektrochemischen Auflösung zumindest eines Teils der Verbindungsschicht das induktive elektrische Bauelement mit einem Elektrolyten in Kontakt gebracht wird. Hierbei befinden sich die Anode und die Kathode zumindest teilweise in dem Elektrolyten. Durch den Elektrolyten wird die elektrochemische Auflösung gefördert. Es ist hierbei vorteilhaft, bei der elektrischen Kontaktierung der Anodenschicht und der Ka- thodenschicht die Kontaktstelle gegenüber dem Elektrolyten zu isolieren.

Eine solche Kontaktierung mittels des Kathodenmaterials kann je nach Bedarf zum Beispiel durch einen Sputterprozess erfolgen, durch den das Kathodenmaterial auf das Substrat aufgebracht wird. Hierbei kann zuvor eine Maskierung des Substrats vorgenommen werden. Auf diese Weise können die notwendigen Leiterbahnen zur Generierung einer elektrochemischen Spannungsreihe erzeugt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trägerschicht mit einer geringeren Schichtdicke erzeugt wird, als die Dicke des Substrat- materials. Dies begünstigt die Herstellung der Bauelemente mit geringer Bauhöhe. Die Trägerschicht kann insbesondere wesentlich dünner sein als das Substratmaterial, z.B. weniger als 50 % oder weniger als 20 % der Dicke des Substratmaterials aufweisen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Funktionsschicht mit einer größeren Schichtdicke erzeugt wird als die Schichtdicke der Trägerschicht. Die Funktionsschicht kann beispielsweise wenigstens doppelt so dick sein wie die Trägerschicht. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Vielzahl der induktiven elektrischen Bauelemente in einem gemeinsamen Herstel- lungsprozess auf einem gemeinsamen Substratmaterial und/oder einer gemeinsamen Trägerschicht in Panel-Technik hergestellt wird. Die einzelnen Bauelemente können dabei matrixartig nebeneinander auf der Trägerschicht angeordnet sein. Durch die Herstellung in Panel-Technik können relativ große Bauelementanordnungen hergestellt werden, z.B. in Rechteckform. Der Begriff der Panel-Technik stammt aus der Herstellung von Solarmodulen („Solar-Panel") und bezeichnet die Bereitstellung der hergestellten Strukturen auf einem rechteckigen Träger.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trägermaterial ein organisches Material, insbesondere ein Polymermaterial, ist. Auf diese Weise kann die Bauelementanordnung auch nach Entfernen des Substratmaterials gut gehandhabt werden. Das organische Material erlaubt zudem die Bereit- Stellung einer besonders flexiblen Trägerschicht. Zudem wirkt das Trägermaterial isolierend. Das Trägermaterial kann z.B. Polyimid sein.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Trägerschicht zur Bildung von Sollbruchstellen Perforationslinien in Form eines Li- nien- oder Matrixmusters erzeugt werden. Die Perforationslinien können z.B. durch ein Schneidwerkzeug in die Trägerschicht eingebracht werden. Durch diese Sollbruchstellen ist eine Vereinzelung der hergestellten Bauelemente leicht möglich, ohne dass die Bauelemente beschädigt werden. An den einzelnen Bauelementen verbleibt dann ein jeweiliger Abschnitt der Trägerschicht.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein induktives elektrisches Bauelement, aufweisend wenigstens eine Trägerschicht aus einem Trägermaterial und eine auf der Trägerschicht aufgebrachte Funktionsschicht, durch die die elektrische Funktion des induktiven elektrischen Bauelements realisiert ist, wobei die Funktionsschicht einen mehrschichtigen Aufbau aus unterschiedlichen metallischen und nicht-metallischen Materialien aufweist, gekennzeichnet durch eines, mehrere oder alle der folgenden Merkmale a), b), c), d):

a) die Funktionsschicht weist eine größere Schichtdicke auf als die Trägerschicht, b) Teile der Funktionsschicht sind zumindest in geringem Umfang in das Trägermaterial der Trägerschicht eingebettet,

c) das Trägermaterial der Trägerschicht ist ein organisches Material, insbesondere ein Polymermaterial,

d) an der Trägerschicht befinden sich auf der der Funktionsschicht abgewandten Seite Reste einer im Herstellungsprozess verwendeten Verbindungsschicht, die aus einem anderen Material gebildet ist als das Trägermaterial.

Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Das induktive elektrische Bauelement kann dabei eines, mehrere oder alle der zuvor bezüglich des Verfahrens genannten Bauelement-Merkmale aufweisen. Das induktive elektrische Bauelement kann durch ein Verfahren der zuvor erläuterten Art hergestellt werden.

Die im Herstellungsprozess verwendete Verbindungsschicht kann z.B. durch die zu- vor erläuterte elektrochemische Auflösung ganz oder zumindest teilweise entfernt worden sein. In diesem Fall befinden sich an der Trägerschicht auf der der Funktionsschicht abgewandten Seite Reste einer im Herstellungsprozess elektrochemisch entfernten Verbindungsschicht. Diese Reste können z.B. noch Spuren des verwendeten Anodenmaterials aufweisen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das induktive elektrische Bauelement wenigstens eine Mikrospule und/oder einen Spulenkern aufweist. Der Spulenkern kann dabei innerhalb der Windungen der Mikrospule angeordnet sein. Der Spulenkern kann beispielsweise ein Eisenkern oder einer Fer- ritkern sein.

Das Bauelement kann dabei als Mikro-Bauelement hergestellt werden, z.B. als SMD- Bauelement. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die größte Außenabmessung des Bauelements kleiner als 2 mm sein, oder kleiner als 1 mm.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Bauelementanordnung, aufweisend eine Vielzahl von induktiven elektrischen Bauelementen der zuvor erläuterten Art, wobei die Bauelemente linien- oder matrixförmig nebeneinander an- geordnet sind und eine gemeinsame Trägerschicht aufweisen, wobei die Funktionsschichten der Bauelemente voneinander separiert sind. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von induktiven elektrischen Bauelementen in vorteilhafter Weise für eine Weiterverarbeitung bereitgestellt werden, insbesondere für eine automatisierte Wei- terverarbeitung. Die Trägerschicht kann dabei Perforationslinien aufweisen, die Sollbruchstellen bilden, so dass einzelne Bauelemente oder Gruppen von Bauelementen leicht abgetrennt werden können. Die Bauelementanordnung kann z.B. in Form eines Streifens bereitgestellt werden, der entlang einer streifenförmigen Trägerschicht eine Vielzahl von induktiven elektrischen Bauelementen aufweist, die linienförmig hinterei- nander angeordnet sind. Eine solche Bauelementanordnung eignet sich besonders für automatische Bestückungssysteme in der Elektronikfertigung.

Die erwähnte Bauelementanordnung kann unmittelbar durch das zuvor erwähnte Herstellungsverfahren mit wesentlich größeren Außenabmessungen bereitgestellt werden als bei bisherigen Verfahren. So kann das Verfahrensprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens, eine Bauelementanordnung, ohne zusätzliche Maßnahmen bereits mit einer größten Außenabmessung von wenigstens 50 cm bereitgestellt werden. Auch hierdurch wird die effiziente Weiterverarbeitung der Bauelemente gefördert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen die

Figuren 1 bis 7 die Herstellung eines induktiven elektrischen Bauelements in den einzelnen Herstellungsschritten jeweils in seitlicher Schnittdarstellung.

Die Figur 1 zeigt zunächst die Reihenfolge der einzelnen Schichten bei der Herstellung des induktiven elektrischen Bauelements in voneinander separater Form, um auf diese Weise in aufgelöster Darstellung den Schichtaufbau zu verdeutlichen.

Durch unterschiedliche Texturen der einzelnen für die verschiedenen Schichten verwendeten Materialien M1 , M2, M3, M4, M5, M6, M7 soll beispielhaft eine vorteilhafte Materialauswahl dargestellt werden. Die Materialien können wie folgt ausgewählt sein: M1 - ein geeignetes Substratmaterial, z.B. Silizium, Metall, Keramik oder Glas

M2 - ein elektrisch gut leitfähiges Material, z.B. Kupfer

M3 - ein organisches oder sonstiges isolierendes Material, insbesondere ein

Polymermaterial wie beispielsweise Polyimid

M4 - ein Kernmaterial zur Bildung eines Spulenkerns, z.B. Cobalt-Eisen

M5 - eine Haftvermittlungsschicht als erste Teilschicht 2 einer Verbindungsschicht, z.B. Chrom

M6 - eine elektrochemisch auflösbare zweite Teilschicht 3 der Verbindungs- schicht, z.B. Aluminium

Aus diesen Materialien werden durch verschiedene Arten von Abscheidungsprozes- sen und anderen Aufbringungsprozessen auf einem aus dem Substratmaterial M1 gebildeten Grundkörper 1 zunächst die erste Teilschicht 2 und dann die zweite Teil- schicht 3 abgeschieden, die zusammen eine Verbindungsschicht 2, 3 bilden. Auf der Verbindungsschicht 2, 3 wird eine Trägerschicht 4 aus dem Trägermaterial M3 aufgebracht. Darauf werden mit unterschiedlicher Strukturierung, d.h. mit unterschiedlichen Masken, die Schichten 5 und 6 aus dem Material M2 abgeschieden. Auf die so strukturierte Oberfläche mit den Schichten 5 und 6 wird eine Isolationsschicht 7 ab- geschieden, z.B. aus dem Material M3. Auf der so gebildeten Anordnung wird zunächst eine Spulenkern-Schicht 8 aus dem Material M4 aufgebacht. Zudem wird eine weitere strukturierte Schicht 9 aus dem Material M2 aufgebracht. Diese strukturierte Oberfläche wird wiederum mit einer Isolationsschicht 10 beschichtet. Darauf wird eine weitere strukturierte Schicht 1 1 aus dem Material M2 aufgebracht. An bestimm- ten Stellen wird zudem eine Kontaktschicht 12 aufgebracht. Die auf diese Weise strukturierte Oberfläche wird wiederum mit einer Isolationsschicht 13 beschichtet.

Die zuvor erläuterten Schichten können beispielsweise wie folgt erzeugt werden:

Schichten 2, 3: PVD-Verfahren

Schichten 4, 7, 10, 13: Spincoating

Schichten 5, 6, 8, 9, 1 1 , 12: Galvanische Abscheidung

Die Figur 2 zeigt eine Stufe des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens, bei der bereits die Verbindungsschicht 2, 3 und die Trägerschicht 4 auf dem Grundkörper 1 aufgebracht sind. Die Figur 3 zeigt eine Stufe des Herstellungsverfahrens, bei der auf der Trägerschicht 4 dann die Schichten 5, 6 aufgebracht wurden. Zudem wurde die Isolationsschicht 7 aufgebracht, so dass erkennbar ist, dass das Material M2 der Schichten 5, 6 in das Material M3 der Isolationsschicht 7 eingebettet ist, nach oben hin aber nicht durch das Material M3 abgedeckt ist, so dass die weiteren elektrisch leitfähigen Schichten darauf aufgebracht werden können. Die Figur 4 zeigt eine Fortsetzung des Verfahrens, bei der auf der Isolationsschicht 7 die den späteren Spulenkern bildende Schicht 8 aus dem Kernmaterial M4 aufgebracht sind. Zudem wurden zur Bildung der späteren Spulenwindungen weitere Bereiche des Materials M2 in Form der Schicht 9 aufgebracht. Zudem wurde auch bereits die weitere Isolationsschicht 10 aufgebracht, die beispielsweise das Kernmaterial M4 der Schicht 8 überdeckt.

Die Figur 5 zeigt die gesamte Anordnung nach Abschluss des Abscheidungsprozes- ses, d.h. wenn sämtliche Schichten 2 bis 13 auf dem Grundkörper 1 aufgebracht sind. Die Schichten 5 bis 13 bilden dabei eine Funktionsschicht 14, durch die die elektrische Funktion des damit hergestellten induktiven elektrischen Bauelements 18 realisiert ist. Die Schicht 12 bildet elektrische Anschlusskontakte 17 des Bauelements 18. Die Anschlusskontakte 17 sind durch im Material M3 eingebettete Kontakt- schichten mit in diesem Material gebildeten Spulen 15 verbunden. Innerhalb der Spulen 15 ist durch das Material M4 jeweils ein Spulenkern 16 gebildet.

Die Anordnung gemäß Figur 5 wird weiterbearbeitet, wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist. Es wird zunächst durch anodische Auflösung die zweite Teilschicht 3 zu- mindest überwiegend entfernt, wobei Reste des Materials M6 an der Unterseite der Trägerschicht 4 verbleiben können. Auf diese Weise ist der Grundkörper 1 mit der Schicht 2 von dem Bauelement 18 ablösbar, so dass lediglich das Bauelement 18 mit der Trägerschicht 4 verbleibt, wie die Figur 7 zeigt. Hierbei können auf einer gemeinsamen Trägerschicht 4 mehrere Bauelemente 18 nebeneinander matrixförmig ange- ordnet sein.

Der Herstellungsvorgang kann beispielsweise mit den nachfolgend angegebenen Schritten und Parametern durchgeführt werden. Es kann ein 500 μηη dicker einkristalliner Siliziumträger als Grundkörper 1 bereitgestellt werden. Das Opferschichtsystem mit den Teilschichten 2, 3 kann mittels Kathodenzerstäubung abgeschieden werden und kann sich aus 50 nm Chrom gefolgt von 200 nm Aluminium zusammensetzen. Die Chromschicht fungiert dabei als Haftver- mittler sowie als elektrischer Leiter zur Auflösung der Aluminium-Teilschicht 3 durch ein später durchgeführtes anodisches Auflösungsverfahren.

Nach dem Aufbau des Opferschichtsystems folgt das Aufbringen der Trägerschicht 4. Hierfür kann ein kupferkompatibler Polyimid-Präkursor mit einer Zieldicke von 20 m nach der Imidisierung verwendet werden. Die Schichtdicke des Polyimid-Präkursor kann dabei durch einen Aufschleuder-Verfahren definiert werden. Anschließend kann in einer zweistufigen Thermobehandlung ein signifikanter Anteil des Lösemittel ausgetrieben werden. Danach kann eine 10minütige Thermobehandlung bei 348,15K durchgeführt werden. Daraufhin kann der Präkursor ganzflächig belichtet (negativ antwortender Fotoresist) werden.

Eine Stunde nach der Belichtung kann eine einstündige Thermobehandlung bei 623,15 im Hochvakuum erfolgen. Die Aufheizrate kann 4 K pro Minute betragen. Danach kann die Abkühlung mit maximal 4 K pro Minute erfolgen.

Während der Thermobehandlung kommt es zur Imidisierung des Präkursors, welcher davor als Polyamidsäure vorlag. Diese Thermobehandlung wird für die weiteren Einbettungsschritte mit Material M3 ebenfalls verwendet. Anschließend erfolgt die Ab- scheidung des Startschichtsystems für die nachfolgende elektrochemische Abschei- dung der Justiermarken, unteren Spulenebenen und Wickelbrücken. Hierfür kann das Polyimid in einem Plasmaprozess aufgeraut werden. Ohne Vakuumbruch kann dann die Abscheidung von 50 nm Chrom und 200 nm Kupfer durch Kathodenzerstäubung erfolgen. Anschließend kann ein positiv antwortender Fotoresist, (AZ 9260 Lacksystem), mit einer Schichtdicke von 13 μιτι aufgeschleudert werden. Dieser er- fuhr eine Thermobehandlung bei 368,15 K für 13 Minuten.

Das Substrat wird von 295,15 K auf 368,15 K mit einer Aufheizrate von 8 K pro Minute aufgeheizt und danach auf einer Heizplatte abgekühlt. Diese Prozessführung wird ebenfalls für alle weiteren Lacksysteme des AZ 9260 verwendet, wobei die Haltezeit bei 368,15 K der Lackdicke angepasst wird. Die Justiermarken und Trenn- schleifmarken werden fotolithografisch übertragen und nasschemisch entwickelt. Diese werden elektrochemisch in einer horizontalen Paddlezelle mit 5 μιτι Nickel auf- gefüllt. Der Elektrolyt wird auf 303,15 K temperiert. Die Stromdichte beträgt

1 mA/mm2. Das Lacksystem wird gelöst und das Substrat gereinigt. Für die Abscheidung der unteren Leiterebene wird ein Lacksystem mit 30 μιτι Zieldicke verwendet. Die Thermobehandlung findet gemäß dem Lackdicke-Zeit-Äquivalent statt. Die untere Leiterebene setzt sich dabei aus dem unteren Spulenaufbau und den Kontakt- pads zusammen. Die untere Leiterebene wird elektrochemisch mit 20 μιτι Kuper in einer horizontalen Paddlezelle aufgefüllt. Die Stromdichte während der Abscheidung beträgt 2 mA pro 10 mm2.

Die Prozessdaten für die elektrochemische Abscheidung des Kupfers werden in den nachfolgenden Schritten äquivalent angewendet. Das Lacksystem wird gelöst und das Substrat gereinigt. Danach wird das Lacksystem für die Wickelbrücken aufgebracht. Das Lacksystem ist 40 μιτι dick, da auf die bereits bestehende untere Leiterebene sequenziell elektrochemisch abgeschieden wird. Das Lacksystem wird gelöst und das Substrat gereinigt. Das aufgebaute Leiterbild wird strukturiert in Polyimid eingebettet.

Durch das Herstellungsverfahren entfällt die Notwendigkeit einen zusätzlichen Isolator zwischen Substrat und Bauelement vorzusehen. Durch die Verwendung des Po- lyimids kann der konservative Herstellungsprozess aufrechterhalten werden, da die- ses über eine Wärmeresistenz bis zu 300°C verfügt. Eine Vereinzelung kann konstruktionsbedingt am„Einsatzort" vorgenommen werden, sodass sich der Transport erheblich vereinfacht.