DE2821196C2

DE2821196C2 - Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtwiderstandes

Info

Publication number: DE2821196C2
Application number: DE2821196A
Authority: DE
Inventors: Takeo Kimura; Hidehiko Fuji Kobayashi; Kaoru Ohmura; Ichiro Shibazaki
Original assignee: Asahi Kasei Kogyo KK
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1977-05-16
Filing date: 1978-05-13
Publication date: 1983-02-17
Also published as: DE2821196A1; GB1597806A; FR2391538B1; FR2391538A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtwiderstandes durch Aufbringen einer dünnen geschlossenen Widerstandsschicht aus einem Metall, einer Metall-Legierung oder einer Metallverbindung auf einen isolierten Träger und Bestrahlen dieser Widcrstandsschichl durch eine Maske mit dem gewünschten Widerstandsbild hindurch mit Energiestrahlen unter Entfernung des Widerstandsmaterials an den bestrahlten Stellen. &o

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 21 17 199 bekannt.

Dünnschichtwiderstände werden seit einiger Zeit für zahlreiche Anwendungen, z. B. für integrierte Dünnschicht-Hybridschaltungen (nachstehend als Hybrid-IC bezeichnet) und für thermische Tastköpfe verwendet, so daß man bestrebt ist, sehr hochwertige Dünnschichtwickrstände zuverlässig mit feinen Konturen zu erhalten unter gleichzeitiger Vereinfachung ihres Herstellungsverfahrens,

Bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen mit Widerständen werden die Widerstände als gesonderte Bauelemente einzeln nacheinander auf den Isolierträger der Schaltung gepackt, indem die Zuleitungen der jeweiligen Widerstände angelötee werden. Dieses Verfahren ist jedoch sehr kostenaufwendig und die Qualität das erhaltenen Produkts für die Verwendung in einer Mikroschaltung unzureichend.

Dünnschichtwiderstände mit Mikroschaltungsstruktur für die Herstellung von integrierten Dünnschicht-Hybridscbaltungen können darüber hinaus entweder durch bildmäßige Abscheidung hergestellt werden, wobei das Widerstandsmaterial auf einen Träger als gewünschtes Bild durch eine Maske hindurch aufgedampft wird, oder durch das Photoätzverfahren, bei dem das mit einem Träger verbundene Widerstandsmaterial mit einem lichtempfindlichen Harz (oder Photoresist) beschichtet und dieses dann durch eine Maske belichtet wird. Anschließend wird die Harzschicht gespült und selektiv entfernt, wobei das gewünschte Schaltbild erhalten wird. Das Ätzen erfolgt durch die Maske zur Entfernung unerwünschter Teile des Widerstandsmaterials auf dem Isolierträger, während das gewünschte Schaltungsbild des Widerstandes zurückbleibt Dieses Photoresistverfahren ist beispielsweise in der US-PS 39 77 840 beschrieben. Diese bekannten Verfahren erfordern jedoch sehr komplizierte Arbeitsgänge zum Aufbringen eines gewünschten Widerstandes, zeigen Probleme infolge Fehlausrichtung der Maske durch Strahlungswärme aus einer Verdampfungsquelle für die Abscheidung des Schaltungsbildes und erfordern daher genaueste Kontrolle. Die nach diesen Verfahren gebildeten Widerstände werden mit Lasern oder durch Sandstrahlen getrimmt Als Beispiel ist der in der US-PS 39 47 801 beschriebene lasergetrimmte Schichtwiderstand zu nennen, bei dessen Trimmen ohne Maske gearbeitet und das laserbestrahlte Widerstandsmaterial verdampft^ber praktisch nicht dispiergiert wird. Da Mehrfachbestrählung erforderlich ist, sind die Herstellungskosten demzufolge hoch, zumal noch die Photoätzmethode angewendet wird und ein umständlicher Naßprozeß somit unvermeidlich ist

Schließlich beschreibt A. Lewicki in »Einführung in die Mikroelektronik« 1966, S. 126 ff. ein Verfahren, bei dem ein Photoresist durch eine Maske hindurch belichtet und dieses belichtete gemusterte Photoresist entwickelt wird, worauf dann beim Ätzprozeß die nicht vom Photoresist bedeckten Stellen entfernt werden, während das Muster aus dem Widerstandsmaterial zunächst von dem Photoresist, das erst später entfernt wird, bedeckt bleibt

Da auch dieses Verfahren ebenso wie die zuvor geschilderten noch nicht voll befriedigte, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtwiderstandes verfügbar zu machen, das die vereinfachte Erzeugung eines genauen Leitungsbildes ohne Trimmen in gesonderten Schaltungselementen oder Mikroschaltungen, z. B. Hybrid-IC, ermöglicht, auf eine übliche gedruckte Schaltung anwendbar ist, das Bestücken mit dem Widerstand ohne Löten gestattet und den Packungs- oder Bestückungsprozeß vereinfacht und die Kosten senkt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Widerstandsschicht aus Ni, Ru, Pt, Pd, W. Mo, Ta. Rutheniumoxid, Tantaloxid oder einer Ni-B-, Ni-Ce-.

Ni-Cr- Ni-P-, Ce-P-, Co-P-, Cr-B- oder Cr-P-Legierung besteht und in einer Picke von 10 nm bis 1 μνη auf wenigstens einer Hauptseite des Trägers aufgebracht und bei Raumtemperatur und Normaldruck durch die das Widerstandsbild abdeckende Maske hindurch dem von einer Xenon-Entladungslampe mit einer Leistungsaufnahme von 1100 Watt oder mehr ausgestrahlten Licht ausgesetzt wird und hierbei alle von der Maske nicht abgedeckten Bereiche der Widerstandsschicht auf einmal entfernt werden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.

Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Dünn-Schichtwiderstandes in einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig.2A und Fig.2B veranschaulichen schematisch das Verfahren zur Herstellung des in F i g. 1 dargestellten Widerstandes.

F i g. 3 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform eines Schaltungsträgers, auf dem ein Widerstand erfindungsgemäß aufgebracht ist

Fig.4 zeigt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Schaltungsträgers mit einem Widerstand gemäß der Erfindung.

Fig.5A bis Fig.5E veranschaulichen schematisch eine andere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zum Aufbringen eines Dünnschichtwiderstandes auf einen Schaltungsträger. _M

Fig.6A bis Fig.6C veranschaulichen schematisch eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Herstellung eines Dünnschichtwiderstandes.

F i g. 1 zeigt im Querschnitt den Grundaufbau eines erfindungsgemäß hergestellten Dünnschichtwiderstandes. Hierbei ist eine dünne Schicht 2 aus Widerstandsmaterial in einem gewünschten Bild auf einen Isolierträger 1 aufgebracht Der Träger 1 kann aus einem beliebigen Werkstoff bestehen, der das Aufbringen des Dünnschichtwiderstandmaterials ermöglicht Geeignet sind beispielsweise Keramikträger, z. B. aus Tonerde, Glasträger, monokristalline Saphirträger oder Träger aus Harz, die für Dünnschicht-Hybrid-IC verwendet werden. Von diesen Trägermaterialien haben Träger aus Harz gegenüber den anderen Trägern den besonderen Vorteil, daß sie eine niedrigere Dispersionsschwellenergie für die später beschriebene Erzeugung des Widerstandsbildes benötigen und ein großes Substrat (Schaltungsträger) verfügbar ist Bevorzugt als Harze für den lyolierträger werden Polyimide, Polyamide, Epoxyharze, Polyester, Polyäthylen, Polystyrol, Polyparabansäure und Phenolharze. Ein Schaltungsträger in Form eines Laminats aus einem dieser Materialien wird zweckmäßig als Träger 1 verwendet

Das Verfahrensschema in Fig.2A und Fig.2B veranschaulicht das Verfahren zur Herstellung des in F i g. 1 dargestellten Dünnfilmwiderstandes. Zur Erzeugung des Bildes 2 des Dünnschichtwiderstandes wird ein Widerstandsmaterial, das die Fähigkeit hat, durch Absorption von Strahlungsenergie zu zerfallen, als geschlossene Schicht 22 auf die gesamte Oberfläche einer Hauptseite des Trägers I in einer bestimmten Dicke aufgebracht, wie in Fig. 2A dargestellt. Eine Maske 6 aus nichtrostendem Stahl oder Nickel oder eine 1,5 Chrommaske 6 wird aufgebracht, wie in Fig. 2B dargestellt, worauf Fnergiestrahlen in der durch Pfeile angedeuteten Richtung aus der nicht dargestellten Strahlungsquelle, nämlich einer Xenon-Emladwngslampe der genannten Leistungsaufnahme, zur Einwirkung gebracht wird Hierbei wird der bestrahlte Teil 7 der Widerstandsschicht 22 auf einmal von der Oberfläche des Trägers 1 entfernt, während die unbestraften Teile 2 der Widerstandsschicht nicht entfernt werden und das Widerstandsbild darstellen. Der spezifische Widerstand der Trägeroberfläche an den Teilen, in denen die Widerstandsschicht 22 durch die Energiestrahlen zerteilt worden ist, entspricht im wesentlichen dem spezifischen Widerstand des Trägers. Der Oberflächenwiderstand liegt in der Größenordnung von 10^I2Ohm.

Dieses Verfahren gemäß der Erfindung ist ein Trockenprozeß der Bilderzeugung durch Energiestrahlung und Materialzerfall, wobei das als dünne Schicht auf den ioslierten Träger aufgebrachte Widerstandsmaterial die Strahlungsenergie absorbiert und entweder durch die Oberflächenspannung, die den diskreten Zustand erzeugt, in feine Teilchen oder durch augenblickliche Wärniespannung in feine Fragmente unter Bildung des diskreten Zustandes zerfällt In jedem Fall werden die feinen Teilchen oder Rainen Fragmente der bestrahlten Widerstandsschicht von c'sr Oberfläche des Trägers auf einmal entfernt Der Zerfall der Widerstandsschicht kann mit dem Mikroskop oder nach der Lichtdurchlässigkeitsmethode festgestellt werden.

Als kritischer Wert der erfindungsgemäß notwendigen Energie ist die Mindestenergie anzusehen, die erforderlich ist das Material der dünnen Widerstandsschicht zu entfernen. Die Mindestenergie kann als Energie pro Flächeneinheit des bestrahlten Körpers ausgedrückt werden und ist der aufgenommenen Leistung der Energiestrahlungsvorrichtung proportional.

Während die Leistungsaufnahme der Xenon-Entladungslampe, die die Energie als Licht auf die Widerstandsschicht abstrahlt allmählich ausgehend von einem niedrigen Wert ansteigt, beginnt der Zerfall der bestrahlten Widerstandsschicht bei Erreichen einer bestimmten Menge der von dieser Schicht aufgenommenen Energie, wobei die Geschlossenheit der dünnen Schicht verlorengeht Mit weiterer Steigerung der Energieaufnahme zerfallen die bestrahlten Teile der Widerstandsschicht vollständig und werden auf einmal entfernt.

Das Widerstandsmaterial wird auf die Oberfläche des in Fig.2A dargestellten Trägers nach bekannten Verfahren, beispielsweise durch Aufdampfen im Vakuum. Kathodenzerstäubung oder Ionenbeschichtung aufgebracht. Die Dicke des Widerstandsfilms hängt vom jeweils verwendeten Material ab, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 5 nm bis 3 μηι, insbesondere im Bereich von 10 nm bis 1 μΐη.

F i g. 3 zeigt eine Ausiührungsform der Erfindung in af.r Anwendung auf einen Schalungsträger, wobei ein Bild von Dünnschichtwiderständen 2 und ein Bild von Leitern (Lettungs.Äigen) 3 auf dem dielektrischen Träger 1, der der Schaltungsträger ist, erzeugt worden sind. Die Widerstände 2 und die Leitungszüge sind als überlappte Platten ausgebildet, die während des Fertigungsprozesses direkt miteinander verbunden werden, so daß kein Löten, d h, keine Lötverbindung zum Verbinden der Widerstände 2 erforderlich ist. In F i g. 3 sind die Leitungszüge 3 vorher auf dem Schaltungsträger 1 gebildet worden, worauf die Dünnsch^;r-ht\viderstände 2 aufgebracht worden s^;rd !n Abhängigkeit von der Konstruktion und vom Bild ist es jedoch auch möglich, zunächst ein gewünschtes Bild des

Dünnschichtwiderstandes 2 zu erzeugen und dann die l.eitungsbahnen 3 der gedruckten Schaltung beispielsweise durch stromloses Beschichten so aufzubringen, daß Teile der Leitungsbnlincn sich teilweise mit den Widerständen 2 überlappen, so daß Widerstände und Leiterbahnen übereinanderliegend ohne Leitung direkt verbunden werden.

F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch eine gedruckte Schaltung gemäß einer anderen Ausführungsform, bei der die Dünnschichtwiderstände 2 bildmäßig auf einer Hauptseite des Isolierträgers 1 gebildet worden sind. Wie Fig.4 zeigt, trägt der Schaltungsträger die durch den Trockenprozeß der Bilderzeugung unter Ausnutzung der Entfernbarkeit des Widerstandsmaterials gebildeten Dünnschichtwiderstände 2 auf einer Hauptseile und die Leitungszüge 3 auf der anderen Hauptseitc des Isolierträgers. Die Widerstandsbahnen und Leitungszüge auf beiden Seiten des Isolierträgers sind durch Durchgangslöcher, die sich durch den Isolierträger erstrecken und innen mit einer leitfähigen Schicht belegt sind, miteinander verbunden. Obwohl nicht dargestellt, kann bei der gedruckten Schaltung mit Durchgangslöcher für die elektrische Verbindung der beiden Seiten der Isolierplatte die Packungsdichte der elektronischen Elemente erhöht werden, wenn die Dünnschichlwiderstände 2 und die Leitungszüge 3 integral auf beiden Seiten der Isolierplatte gebildet worden sind.

Bei der gedruckten Schaltung, die vorteilhaft gemäß der Erfindung ausgebildet ist, kann das Leitermaterial für ein Schaltungsbild eines Leitungszuges aus Metall oder einer Legierung bestehen, die üblicherweise als Leiter verwendet wird. Bevorzugt als Leitermaterialicn werden bekannte Metalle wie Al, Au, Cu, Pt. Pd. Pb. Sn. Fe, Zn, In, Ni. Cr, Ag, Bi oder Ti und Legierungen dieser Metalle. Das Material kann in jeder beliebigen erforderlichen Form verwendet werden und wird vorzugsweise auf den Träger in Form eines dünnen Films oder einer Folie aufgebracht. Die Leitungszüge können nach bekannten Verfahren, die üblicherweise zur Bildung des dünnen Films angewendet werden, oder nach bekannten Verfahren, die zur Herstellung von gedruckten Schaltungen angewendet werden, gebildet werden.

Bevorzugt als Verfahren zur Bildung der Leitungszüge werden das Ätzen des auf dem Träger gebildeten dünnen leitenden Films oder der dünnen Folie zur Erzeugung des Leitungsbildes, ein Verfahren zum Aufdampfen der Leiterbahnen im Vakuum in Form eines Schaltungsbildes, das Verfahren der Kathodenzerstäubung in Form eines Schaltungsbildes, das Verfahren zum Aufbringen von Drähten und ein Verfahren zum Aufbringen des Leitungsbildes durch chemische Verfahren.

F i g. 5A bis F i g. 5E veranschaulichen das Verfahren gemäß der Erfindung zur Bildung der Dünnschichtwiderstände und der Leitungszüge auf einem Hybrid-Schaltungsträger.

Wie Fig.5A zeigt, wird die dünne Schicht 22 des Widerstandsmaterials zunächst auf dem Schaltungsträger 1 gebildet Eine harte Maske wird in Abhängigkeit von den Herstellungsbedingungen direkt auf das Widerstandsmaterial gelegt oder in geeignetem Abstand dazu angeordnet, um die Widerstandsbereiche eines kombinierten Bildes (F i g. 5D) eines gewünschten o Widerstandsbildes und eines gewünschten Bildes von Leitungszügen abzugrenzen. Dann wird das aufgebrachte Widerstandsmaterial mit einer über dem Schwellenwert liegenden Energie bestrahlt, um das in f" ig. ^r»R dargestellte kombinierte Bild der Widerstandsbahnen 2 zu erzeugen. Dann wird eine Maske 9 als Schicht unter Verwendung eines Resists aufgebracht und leitfähiges , Metall nur als Bild der Leitiingszüge 5 auf die auf dem Träger zurückgebliebene Schicht 2 aus Widerstandsmaterial aufgebracht: die Bereiche 2. auf die kein leitfähiges Metall aufgebracht worden ist. sind als Widerstände wirksam.

u, Zur Bildung der Leitiingszüge auf den Dünnschichtwiderständen wird als Widerstandsmaterial vorzugsweise Ni, Pt, Cr, Ru, Ta oder eine Legierung dieser Metalle verwendet. Als Resist kann ein lichtempfindliches Epoxyharz verwendet werden, das den Vorteil hat, ι-, daß es nach dem Beschichten nicht entfernt werden muß, sondern als Teil der gedruckten Schaltung sowie als Schutzschicht zum Schutz, der gebildeten Widerstände gegen ihre Umgebung verwendet werden kann.

Wenn (siehe F i g. 4) die gedruckte Schaltung mit .•ο Durchgangslöchern unter Verwendung eines doppelseitigen oder einseitigen kupferbclegten Laminats hergestellt wird, können die Durchgangslöcher mit Kupfer, wie dies bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen üblich ist, beschichtet werden. Wenn ein kerami- >-, sches Substrat als Träger vorwendet wird, kann ein zur Herstellung der Hybrid-IC übliches Verfahren angewendet werden. Das Durchbohren kann vor oder nach der nach dem Trockenprozeß stattfindenden Herstellung der Schaltungsbilder erfolgen. Die Innenwände der ίο Durchgangslöcher können gleichzeitig mit dem Metallisierungsprozeß zum Aufbringen der Leitungsbahnen metallisiert werden.

F i g. 6A bis F i g. 6C veranschaulichen eine andere Aiisführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung. j5 Bei dieser Ausführungsform wird eine Polymerschicht 8 als Unterlage, d. h. als Grundierschicht für die Widerstandsschicht verwendet, um die Erzeugung des Bildes der Widerstandsbahnen nach dem oben beschriebenen Verfahren der Entfernung des Widerstandsmaterials mit Energiestrahlen zu erleichtern, da hierdurch die Empfindlichkeit der Bilderzeugung erhöht und der Schwellenwert der Strahlungsenergie gesenkt wird.

Die Polymerschicht 8 beispielsweise aus einem Epoxyharz wird auf die Oberfläche des Trägers 1 aufgebracht (F i g. 6A), worauf die geschlossene Widerstandsschicht 22 auf die Polymerschicht 8 aufgebracht wird (Fig. 6B). Dann wird das Blitzlicht 10 einer Xenon-Entladungslampe auf die Oberfläche des Trägers von F i g. 6B einwirken gelassen durch eine Maske 6 aus in einer dünnen Chromschicht, die auf einem Glasträger gebildet worden ist, oder durch eine harte Maske aus dünnem Metallblech, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl, in der öffnungen in einem gewünschten Muster gebildet worden sind (F i g. 6C). Die Polymerschicht 8 wird durch die Energiestrahlen nicht beeinflußt

Im Gegensatz zum Verfahren gemäß der Erfindung sind zur Erzeugung des Bildes der Dünnschichtwiderstände nach dem bekannten Photoätzverfahren die Stufen des Aufbringens des Resists, das Trocknen, η Belichten, Entwickeln, Spülen. Trocknen und Ätzen erforderlich, während beim Verfahren gemäß der Erfindung lediglich die Belichtung notwendig ist. um den gewünschten Dünnschichtwiderstand zu bilden. Im Vergleich zu den komplizierten Maßnahmen des ϊ bekannten Verfahrens wird somit beim Verfahren gemäß der Erfindung die Zahl der erforderlichen Stufen wesentlich verringert und damit das Verfahren vereinfacht Als Apparatur zur Fertigung ist lediglich die

Belichtungsvorrichtung erforderlich. Da ferner keine Erfahrung und Geschicklichkeit zur Durchführung des Verfahrens erforderlich ist. kann ein sehr genauer Widerstand hergestellt werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist somit für die verschiedensten Zwecke -, anwendbar, bei denen winzige Widerstände oder Miniaturwiderstände erforderlich sind, /. Π. für die Bildung der Dünnschichtwiderstandsschaltung auf einem Schalungsträger oder keramischen Dielektrikum oder zir Bildung des Widerstandes auf einem m thermischen Tastkopf.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Fertigung von gedruckten Schaltungen mit einem Bild von feinen Widerständen sowie die Herstellung von Prä/isionswidersiänden auch mit hoher Packungsdichte ι , und Betriebssicherheit und ist frei von Problemen der Alterung infolge Zurückbleibens des Ätzmittels oder der Notwendigkeit des Trimmens.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert. pn

Beispiel 1

Ein Resist wurde im Siebdruckverfahren auf ein kupferbelegtes Laminat aufgebracht, das aus glasfaserverstärktem Phenol-Epoxyharz bestand. Das Kupfer ?-, wurde mit einer Eisen(lll)-chloridlösung so geätzt, daß eine gedruckte Schaltung mit Leitungsbahnen und zwölf Anschlußenden für Widerstände erhalten wurde. Nach Entfernung des Ätzresists wurde eine Ni-Cr-Legierung als dünner Film auf die gesamte Oberfläche der in dieser jo Weise gebildeten gedruckten Schaltung in einer Dicke von 50 nm im Vakuum aufgedampft. Dann wurde ein starkes Blitzlicht mit einer Dauer von 100 μ-Sekunden als Einzelschuß einer 1300 W-Xenon-Entladungslampe unter Verwendung eines optischen Systems auf das j-, Leitungsbild und die Teile zwischen den jeweiligen Paaren der zwölf Anschlußenden durch eine Chrommaske, die das Widerstandsbild aufwies, bei Raumtemperatur und Normaldruck zur Einwirkung gebracht, wodurch der dünne Film aus der Ni-Cr-Legierung von 4n den bestrahlten Teilen entfernt wurde. In dieser Weise wurden außer dem Bild der Widerstandsbahnen alle Teile des dünnen Films aus der Ni-Cr-Legierung entfernt und sechs Widerstände, nämlich ein Widerstand von 200 kOhm, zwei Widerstände von 1,5 kOhm, ι-, ein Widerstand von 3 kOhm, ein Widerstand von 5 kOhm und ein Widerstand von lOkOhm, auf der gedrückten Schaltung zwischen den jeweiligen Paaren der zwölf Anschlußenden gebildet. Die Widerstandswerte der Widerstände wurden gemessen, wobei ;< > festgestellt wurde, daß die Präzision sehr hoch war und ± 3ⁿ'n betrug. Das Blitzlicht wurde gemäß der in F i g. 2B dargestellten Anordnung zur Einwirkung gebracht und eine Chrommaske als Maske 6 verwendet.

Nachdem die Leitungszüge und die Widerstände auf dem Träger 1 gebildet worden waren, wurde ein im Handel erhältliches Phenol-Epoxyharz in einer Dicke von 5 μπι aufgebracht, wobei die Anschlußenden, die an Bauelemente außerhalb der gedruckten Schaltung anzuschließen waren, freigelassen wurden. Die Harzschicht wurde dann eine Stunde bei 160° C gehärtet, um eine Schutzschicht zu bilden. Der Träger 1 mit der Schutzschicht wurde dann in ein bei 200° C gehaltenes Lötbad getaucht, wobei Pb-Sn-Lötmittel mit einem Schmelzpunkt von 183° C auf die freiliegenden Anschlußenden aufgebracht wurde. In dieser Weise wurde die gedruckte Schaltung mit Dünnschichtwiderständen hergestellt

Zur Bildung der Widerstände auf der gedruckten Schaltung genügt beim Verfahren pcmäß der Erfindung das Vakuumbedampfen und die Belichtung mit Blitzlicht im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, bei dem die Widerstände durch Löten mit den Leitungszügen verbunden werden müssen. Das Herstellungsverfahren ist daher einfach, und die Bestückungskosten pro Widerstand werden um einen Faktor von etwa drei gesenkt. Da ferner die elektrischen Anschlußteile der Widerstände keine gelöteten Bereiche aufweisen, besteht keine Gefahr, daß Anschlußteile brechen.

Beispiel 2

Eine Hybridschaltung wurde erfindiingsgemäß wie folgt hergestellt:

Als Widerstandsmaterial wurde eine Ni-Cr-Legierung im Vakuum in einer Dicke von 50 nm auf die gesamte Oberfläche eines keramischen Trägers aufgedampft, der die Leitungszüge enthielt. Das aufgedampfte Widerstandsmaterial wurde durch eine harte Maske aus nichtrostendem Stahl, die mit dem gewünschten Bild versehen war. mit intensivem Blitzlicht aus einer I 500 W-Xenon-F.ntladungslampe mit einer Dauer von 100 μ-Sekunden belichtet. In dieser Weise wurden zwei Widerstände von 100 Ohm, zwei Widerstände von 200 Ohm, zwei Widerstände von I kOhm und zwei Widerstände von 2 kOhm zwischen jeweiligen Paaren von Anschlußenden auf der gedruckten Schaltung gebildet. Ferner wurde eine Schaltung mit fünf Widerständen von 3 kOhm gebildet. Dann wurde eine Schutzschicht aus einem Epoxyharz auf den Träger mit Ausnahme der nach außen führenden Anschlußenden aufgebracht. Der Überzug wurde thermisch behandelt, um die Schutzschicht vollständig auszuhärten. In dieser Weise wurde eine Dünnschichtschaltung unter Verwendung eines keramischen Trägers hergestellt.

Beispiel 3

Bei dem hier beschriebenen Versuch wurde der Träger vor dem Aufbringen des Widerstandsmaterials auf den in Beispiel 2 beschriebenen keramischen Träger einer Vorbehandlung unterworfen, um die Erzeugung des Bildes der Widerstandsbahnen durch die Energiestrahlung zu erleichtern und zu verbessern.

Eine gedruckte Schaltung mit Leitungszügen auf dem keramischen Träger, auf den ein Phenol-Epoxyharz in einer Dicke von 5 μπι aufgebracht worden war, wurde hergestellt. Auf die gesamte Oberfläche des Trägers wurde ein Widerstandsmaterial in Form einer Ni-Cr-Legierung in einer Dicke von 50 nm aufgedampft. Mit einem einzelnen Blitz aus einer Xenon-Entladungslampe mit einer Dauer von 100 μ-Sekunden wurde der Tnger durch eine Chrommaske belichtet, wobei drei 100 Ohm-Widerstände, ein 500 Ohm-Widerstand und ein 2 kOhm-Widerstand auf dem Träger gebildet wurden. Im vorliegenden Fall wurde aufgrund der Phenol-Epoxyharz-Unterschicht der Schwellenwert der Energie der Xenon-Entladungsblitzlampe so gesenkt, daß der Zerfall durch die Strahlung bei einer Ausgangsleistung von HOOW stattfand und das der Chrommaske entsprechende Widerstandsbild gebildet wurde. Anschließend wurde eine Schutzschicht aus dem Epoxyharz auf die Oberfläche des Trägers mit Ausnahme der nach außen führenden Verbindungsteile aufgebracht, worauf das Ganze erhitzt wurde, um die Schicht vollständig zu härten. In dieser Weise wurde die Dünnschichischaltung unter Verwendung des keramischen Trägers fertiggestellt.

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Beispiel 4

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung einer gedruckten Schaltung mit den in Fig. 4 dargestellten Dünnschichtwiderständen.

Ein im Handel erhältliches Epoxyharz wurde auf beide Seiten einer Polyimidfolie in einer solchen Menge aufgetragen, daß die Schicht nach dem Trocknen eine Dicke von I" μηι hatte. Das Material wurde dann 30 Minuten auf 180⁰C erhitzt. ι

Auf eine Seite der als Träger dienenden Polyimidfolie wurde Nickel in einer Dicke von 100 nm und auf die andere Seite Nickel-Chrom in einer Dicke von 100 nm aufgedampft, wobei ein Trägermaterial für eine gedruckte Schaltung erhalten wurde. In den unbestück- ι ten Schaltungsträger wurden Löcher gestanzt. Auf die Löcher wurde Kupfer schräg in einer Dicke von 400 nm von der Seite der Nickel-Abscheidung der Polyimid-Trägerfolie aufgedampft.

Blitzlicht aus einer 1500 W-Xenon-Entladungslampc wurde für eine Dauer von 100 μ-Sckunden auf die Nickelleitcrschicht und die Nickelchrom-Widerstandsschicht auf dem Träger durch das gewünschte Schaltungsbild aufweisende Masken zur Einwirkung gebracht. In dieser Weise wurden zwei 5 kOhm-Widcrstände, fünf 10 kOhm-Widerstände und ein 80 kOhm-'Viderstand auf einer Seite des Schalungsträger pcbildet. Die Nickelleiterschicht auf der anderen Seite ,ervollständigte die gewünschte gedruckte Schaltung. Die Abweichung oder Präzision aller Dünnschichtwiderstände der gedruckten Schaltung betrug ±5%. Zum Widerstandsbild gehörte ein feines Muster von 20 Linien/mm.

Beispiel 5

Hin im Handel erhältliches Epoxyharz wurde auf beide Seiten eines glasfaserverstärkten Epoxyharzlaminats in einer solchen Menge aufgebracht, daß die Schicht nach dem Trocknen eine Dicke von 25 μηι hatte. Die Epoxyharzschicht wurde 20 Minuten bei 180"C erhitzt. Auf eine Seite des Laminats wurde Kupfer in einer Dicke von 10 nm aufgedampft. Auf das Kupfer wurde Nickel in einer Dicke von 10 nm aufgedampft. Auf die andere Seite des Laminats wurde Nickel-Chrom in einer Dicke von 300 nm aufgedampft, wobei ein unbestückter Schaltungsträger erhalten wurde. In den Schaltungsträger wurden Löcher mit Hilfe eines bekannten numerischen Regelsystems gebohrt. Die Wände der Löcher wurden aktiviert, indem eine aus Zinnchlorid und Palladiumchlorid bestehende Aktivierungslösung in die Löcher getropft wurde. Anschließend wurde auf die in Beispiel 4 beschriebene Weise Blitzlicht aus der Xenon-Entladungslampe auf beide Seiten des Laminats durch Masken zur Einwirkung gebracht, wobei das Kupferleitungsbild auf einer Seite des Laminats und das Widerstandsbild auf der anderen Seite des Laminats erzeugt wurde. Auf die Widerstandsseite des Laminats wurde das obengenannte Epoxyharz in einer solchen Menge aufgebracht, daß die Schicht nach dem Trocknen eine Dicke von 10 μπι hatte. Das Leitungsbild und die Löcher wurden dann mit einem Kupferbad in einer Dicke von 5 μπι stromlos metallisiert. Die Metallbeschichtung wurde dann 60 Minuten bei 180⁰C gehalten. In dieser Weise wurde die gedruckte Schaltung mit den Widerständen auf einer Seite mit den Leitungszügen auf der anderen Seite durch die Löcher vervollständigt.

Beispiel 6

Der Versuch wurde auf die in F i g. 5A bis Fig. 5E dargestellte Weise durchgeführt.

Ein im Handel erhältliches Epoxyharz wurde auf die Polyimidfolie in einer solchen Menge aufgebracht, daß die Schicht nach dem Trocknen eine Dicke von 10 μηι

(i hatte. Die Schicht wurde dann 20 Minuten bei 180C gehalten, worauf Nickel in einer Dicke von 100 nm aufgedampft wurde. Dann wurde Blitzlicht aus der 1500 W-Xenon-Entladungslampe für eine Dauer von 100 μ-Sekunden durch eine das gewünschte Schaltungs-

-, bild aufweisende Maske einwirken lassen. Eine lichtempfindliche Masse auf Basis von Epoxyharz, bestehend aus 20 Gew.-Teilen Epoxyharz (Bisphenol-A, Epoxväquivalent 450-500). 2,06 Gew.-Teilen des Reaktionsproduktes von 1,73 Gew.-Teilen 4-Aminomethyl-l.ci-

■o diaminooetan und 1,06 Gew.-Teilen Acrylnitril. 6,22 Gew.-Teilen Tetrabromkohlenstoff und 40 Gew.-Teilen Chloroform, wurde auf das Nickelleitungsbild in einer solchen Menge aufgebracht, daß die Schicht nach dem Trocknen eine Dicke von 5 μηι hatte. Sie wurde

■ ·, dann mit einer 2 kW-Quecksilberdampflampe 2 Minuten durch eine das gewünschte Leitungsbild aufweisende Maske belichtet. Anschließend wurde die Schaltung 20 Minuten auf 110°C erhitzt und dann mit Aceton entwickelt, wobei die Bereiche, die den Leitungszügen

in entsprachen, herausgewaschen wurden. Die Leitungszüge wurden dann mit Kupfer unter Verwendung eines Kupferbades in einer Dicke von 5 μίτι stromlos metallisiert und dann bei 180" C wärtnebchandeli. wobei die gedruckte Schaltung mit einem feinen Bild von

i\ Widerständen mit 10 Linien/mm,dem Bild der Leitungszüge, kupferbeschichteten Leitungszügen und nicht-beschichteten Nickel-Dünnsehichtwiderständen gebildet wurde.

Beispiel 7

Platin wurde durch Kathodenzerstäubung in einer Dicke von 30 nm auf eine als Schalungsträger dienende Polyimidfolie aufgebracht. Der Platinfilm wurde dann mit Blitzlicht aus der 1500 W-Xenon-Entladungslampe

ι, für eine Dauer von 100 μ-Sekunden belichtet, wodurch das auf die Trägerfolie aufgebrachte Platin selektiv entfernt wurde. Auf das Platinwiderstandsbild wurde eine lichtempfindliche Epoxyharzmasse aus 20 Gew.-Teilen eines Epoxyharzes, 1,9 Gew.-Teilen Diaminodi-

>o phenylmethan, 6.3 Gew.-Teilen Tetrabromkohlenstoff und 40 Gew.-Teilen Methylethylketon in einer solchen Menge aufgebracht, daß die Schicht nach dem Trocknen eine Dicke von 5 μπι hatte. Die Epoxyharzmasse wurde mit der 2 kW-Quecksilberdampflampe 2 Minuten durch eine das gewünschte Leitungsbild aufweisende Maske belichtet, dann 30 Minuten bei 130° C erhitzt und mit Aceton entwickelt, um die den Leitungszügen entsprechenden Teile herauszuwaschen. Dann wurden die Leitungszüge unter Verwendung eines Kupferbades in einer Dicke von 5 μπι stromlos metallisiert. Durch Erhitzen für 60 min bei 180° C wurde die gedruckte Schaltung mit den als feines Muster angeordneten Platin-Dünnschichtwiderständen mit 10 Linien/mm und den kupferbeschichteten Leitungszügen in dichtgepackter Bauweise erhalten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

U Verfahren zur Herstellung eines Dijnnschichtwiderstandes durch Aufbringen einer dünnen geschlossenen Widerstandsschicht aus einem Metall, ^ einer Metall-Legierung oder einer Metall verbindung auf einen isolierten Träger und Bestrahlen dieser Widerstandsschicht durch eine Maske mit dem gewünschten Widerstandsbild hindurch mit Energiestrahlen unter Entfernung des Widerstandsmaterials |₀ an den bestrahlten Stellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (22) aus Ni, Ru, Pt, Pd. W, Mo, Ta, Rutheniumoxid, Tantaioxid oder einer Ni-B-, NiCe-, Ni-Cr-, Ni-P-, Ce-P-, Co-P-, Cr-B- oder Cr-P-Legierung besteht und in einer Dicke von 10nm bis Ium auf wenigstens einer Hauptseite des Trägers (1) aufgebracht und bei Raumtemperatur und Normaldruck durch die das Widerstandsbild (2) abdeckende Maske (6) hindurch dem von einer Xenon-Entladungslampe mit einer Leistungsaaiaahme von 1100 Watt oder mehr ausgestrahlten Uefa! ausgesetzt wird und hierbei alle von der Maske (6) nicht abgedeckten Bereiche der Widerstandsschicht (22) auf einmal entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite des dielektrischen Trägers (1) ein Widerstandsbild (2) und ein Leitungsbild (3) erzeugt wird, die jeweils über Durchgangslöcher im Träger (1) mit leitfähigen Metallschichten auf den inneren Wandungen in an sich bekannter Weise elektrisch miteinander zu verbinden sir.-t
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daO ein kombiniertes Üild des gewünschten Widerstandsbildes und ties gewünschten Leitungsbildes erzeugt wird, indem erst «.as Widerstandsbild (2 in Fi g. 5D) und dann auf Teile des Widerstandsbildes (2) das Leitungsbild (5) aufgebracht wird (Fig. 5E).
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (22) durch Vakuumbedampfung, Kathodenzerstäubung oder Ionenbeschichtung aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (22) auf einen eine Polymerbeschichtung (8) aufweisenden Isolierträger (1) aufgebracht wird (F i g. 6B).