用于制造导电结构的方法
1.本发明涉及一种用于借助激光辐射制造复合结构的方法，该复合结构由至少一个导电结构、载体和至少一个电子部件制成，所述载体由源自塑料的非导电载体材料制成，该非导电载体材料包含添加剂，该添加剂随后在无外电流的金属化浴中通过利用激光辐射的照射来形成催化活性物质。
2.在已知为激光直接成型(laser-direktstrukturierung，lds)的工艺中，在单组分注塑成型中利用加有特殊添加剂的塑料颗粒将载体材料注塑成型为成型件。借助激光，添加剂可以在物理化学反应中位置选择性地转化为起催化作用的晶核，其中，在随后的化学金属化浴中在以这种方式处理的位置上沉积金属。
3.在de 101 32 092 a1中描述了在非导电载体材料上的线路结构，该线路结构由金属晶核和随后施加到该金属晶核上的金属化组成，其中，金属晶核通过以电磁辐射分解精细分布地包含在载体材料中的不导电的无机金属化合物产生。
4.de 10 2014 114 986 a1描述了一种用于制造线路结构的方法，其中在电路载体上按照待制造的线路结构进行选择性激光辐射，然后在无外电流的金属化浴中制造该线路结构。在此，例如使用波长为1,064纳米并且脉冲频率为100khz的激光辐射。
5.在de 10 2013 100 016 a1中公开的用于制造这种导电结构的方法中，将热塑性的氧化铜-聚酯混合物混合到载体材料中并注塑成型为工件，然后为了后续的金属化而借助激光位置选择性地对该工件进行活化。
6.由于技术限制，现在可以借助lds工艺可靠地制造最低150μm的线路宽度。为了进一步推进期望的mid小型化，必然要进一步压制这一限制。为此目的，正在努力进一步聚焦激光辐射并将其更精确地引导到成型件的表面上。
7.de 10 2012 010 635 a1涉及一种用于硬质、脆性的光学材料的直接3d结构化的方法，在该方法中，利用超短脉冲激光对表面进行结构化并且由此有针对性地引入3d结构或形状。
8.在执行例如在线路的情况下通过激光活化来在非导电载体材料上/中制造导电结构的方法中，出现外来沉积物已被证明是实践中的一个缺点，尤其是在热固性塑料作为载体材料的情况下。由于热固性塑料不会熔化而是分解，因此会释放出大量的碳，这些碳在无外电流的金属化浴中具有催化活性。
9.在金属原子的后续金属化中，外来沉积物也以不希望的方式在加工区域之外出现在金属化浴中具有催化活性的剥蚀产物上。如果所产生的线路之间的距离很小，那么这种外来沉积物实际上会导致短路。在此，剥蚀产物也被证明是非常有问题的，因为由于它们在分解时的高温，剥蚀产物会再次与结构化区域之外的塑料表面结合并且因此几乎不能再去除。随着待制造的结构越来越小型化，这些问题不仅出现在热固性塑料中，而且原则上出现在所有塑料中。
10.如果在结构化时温度过高，则剥落产物会变得这么热，以至于它们会牢固地与载体材料的表面粘在一起，从而该表面无法再被可靠地清洁。粘附的、具有催化活性的剥落产物尤其在凹空部区域会由于凹空部的边缘区域中的外来沉积物而导致“凸缘形成”。尽管实
践表明，可以通过显著地降低激光功率来最小化这种影响，但由此会导致明显更长的循环时间。
11.因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种方法，在该方法中，以这种方式在载体材料上制造的导电结构由于剥蚀产物而受到的损害被显著降低。根据本发明，尤其应该使得能够进一步减小导电结构的结构尺寸。
12.根据本发明，该技术问题利用根据权利要求1的特征的方法来解决。本发明的其他设计方案可以在从属权利要求中找到。
13.在根据本发明的用于借助激光辐射制造复合结构的方法中，该复合结构由至少一个导电结构、载体和至少一个电子部件制成，所述载体由源自热固性塑料的非导电载体材料制成，其中，该非导电载体材料包含添加剂，该添加剂随后在无外电流的金属化浴中通过利用激光辐射的照射来形成催化活性物质，通过借助脉冲持续时间小于100皮秒的脉冲激光辐射进行的照射和随后的无外电流的金属化形成导电结构，并且脉冲重复率被设置为，使得在相应的待活化的添加剂或添加剂区域上，彼此相继的脉冲被彼此重叠地偏转到该添加剂或添加剂区域上。
14.本发明基于如下的意想不到的认知：通过尤其利用超短脉冲激光对包含在添加剂中的金属化合物进行激光活化来制造导电结构的方法，可以尤其在热固性塑料中毫无问题地应用，并且在此具有出现更少外来沉积物的优点。
15.首次提出了这样一种用于激光直接结构化的方法，该方法一方面可靠地实现激光活化所需的能量输入，但另一方面这样限制加热，使得不仅产生显著更少的剥蚀产物，而且剥蚀产物的温度也这么低，以至于对载体材料的附着力非常低并且因此能够被容易地去除。
16.根据本发明，可以以这种方式产生特别精细的导电结构，因为通过避免外来沉积物也预防了与之相关的短路风险。由此可以减小结构宽度和结构之间的距离。
17.还这样实现根据本发明的方法的另一个卓有成效的实施方式，即激光脉冲每秒的数量(脉冲重复率)被设计得这样大，例如2至2.5mhz，使得彼此相继的脉冲在相应的待活化的添加剂颗粒或添加剂区域上以彼此重叠的作用区域起作用。由此，在每个添加剂颗粒或每个添加剂区域上总是有多个彼此相继的脉冲起作用，因此能量输入相应地增加。
18.由此实现了精确的温度管理，通过该温度管理排除了如下情况：耦合到载体材料中的热能这么低，以至于温度不足以将添加剂如cu-cr尖晶石还原为单质铜，并且因此用于所需的金属化的催化活性物质不会或无法可靠地产生，并且尤其出现不规则的部分金属化。此外，通过彼此相继的脉冲的重叠作用区域也确保了结构化时的温度不会过高，从而使剥落产物相对于现有技术不会变热并且进而不会以不希望的方式粘附在载体材料上，使得无法再被可靠地去除。
19.通过该方法产生复合结构，在该复合结构中，非导电载体材料包含添加剂，该添加剂具有由于激光辐射的作用而形成的催化活性物质，其中，该导电结构通过借助脉冲激光辐射、尤其超短脉冲激光的照射，并且通过然后在金属化浴中金属化而形成。根据本发明，通过使用脉冲激光辐射，在正确选择参数的情况下实现了对载体材料的准非热处理，方式为，材料由于极高的峰值强度而直接蒸发，使得不产生或几乎不产生熔体。在此，脉冲这么短，使得在脉冲持续期间，不发生能量向晶格振动中并进而向温度升高中的传递。由此认
为，由超短脉冲引入的能量相应于材料的蒸发所需的能量，因此没有其他的能量用于热化。
20.学术界迄今为止认为，金属化合物的活化和在那些如此被激光活化了的区域中的催化活性晶核的形成对应于一个热过程，该热过程需要高温来分解添加剂颗粒，而与学术界的上述偏见相反，本发明基于如下的意想不到的认知：不是热能输入而是最大强度构成了基础并且从而为金属化合物的活化创造了原因和必要的先决条件。
21.在此，被证明特别有利的是，非导电载体材料包含至少一种最大颗粒尺寸为50μm的无机填料。由此也可以使用不会被起作用的激光辐射破坏或裂解的填料材料，因为这些填料材料由于其小的颗粒尺寸而不会损害或阻碍后续的加工工艺，例如引入诸如包括通孔或盲孔在内的孔的凹空部。因此，可以根据热固性塑料的所需技术特性，例如关于粘度、cte(coefficient of thermal expansion，热膨胀系数)或凝固时间，不受限制地选择填料。
22.因此，可靠地避免了现有技术中特别不利的粘附性的、具有催化活性的剥落产物在孔区域中成为所谓的“凸缘形成”。根据本发明，由此不会增加循环时间。通过使用皮秒激光源的超短脉冲激光，在剥蚀时产生显著更少的热量。这即使在更高的功率下也防止了在钻孔时热的剥落产物的产生和凸缘形成。使用更高的功率会导致更高的剥蚀率，由此在实践中甚至还可以减少循环时间。
23.以特别有利的方式，在对载体材料进行结构化时其他参数保持不变的情况下从纳秒脉冲到皮秒脉冲的改变，和与之相关地减少的、可能会导致添加剂不充分活化的热量输入，通过单脉冲的重叠区域被补偿，这能够通过使用例如在2到2.5mhz之间的范围内的更高的脉冲重复率实现。
24.另一个也卓有成效的实施方式也通过以下方式实现：使用非接触式测量方法，尤其是使用电磁辐射、例如伦琴射线，来确定至少一个电子部件在载体材料中的位置和/或取向，然后确定实际位置和/或实际取向与目标位置和/或目标取向的偏差，并且由此推导出用于随后借助脉冲激光辐射对载体材料进行照射的校正值，最后在考虑这些校正值的情况下执行照射。由此，尤其是在将一个或多个电子部件嵌入到复合质量体中时，确定电子部件与目标位置的个体的位置偏差。为此，例如通过伦琴射线方法确定电子部件的准确的位置和扭转度，并且在考虑校正值的情况下执行对可活化添加剂或催化活性物质的照射。可以借助软件将待结构化的线路和孔适配于电子部件在载体材料中的实际位置和取向，由此避免废品并且显著地提高可靠性。
25.当根据一种优选的扩展方案，包含在载体材料中的各个填料颗粒的尺寸和/或质量显著大于包含在载体材料中的各个添加剂颗粒的尺寸和/或质量时，一方面填料颗粒和另一方面添加剂颗粒的尺寸差异或质量差异以意想不到的方式导致添加剂和填充剂颗粒不均匀地分布，结果是，在载体材料的加工过程中，相对较大或较重的填料颗粒主要聚集在载体材料的内部或中间区域中，而相对较小或较轻的添加剂颗粒与之相对地被排挤到载体材料的靠近边缘的层中。通过增加靠近边缘的层的添加剂的浓度，可以显著改善那里的活化过程，由此就可以以低的辐射强度执行活化过程，而不必为此提高所添加的添加剂的总量。同时，通过载体材料的核心部分中的添加剂比例相应地减少，避免了其他材料性能发生不期望的变化。例如，在载体材料中含有3至15重量百分比、优选地6至12重量百分比的lds添加剂。