EP1116165A2 - Method for producing metallic microstructures and use of this method in the production of sensor devices for detecting fingerprints - Google Patents

Method for producing metallic microstructures and use of this method in the production of sensor devices for detecting fingerprints

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Publication number
EP1116165A2
EP1116165A2 EP99953565A EP99953565A EP1116165A2 EP 1116165 A2 EP1116165 A2 EP 1116165A2 EP 99953565 A EP99953565 A EP 99953565A EP 99953565 A EP99953565 A EP 99953565A EP 1116165 A2 EP1116165 A2 EP 1116165A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
base layer
auxiliary carrier
fine structures
metallic fine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99953565A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Max Zellner
Jörg ZAPF
Peter Demmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1116165A2 publication Critical patent/EP1116165A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing

Definitions

  • the invention specified in claim 1 is based on the problem of creating a simple and economical method for producing flexible metallic fine structures with structural finenesses of less than 100 ⁇ m.
  • the method should also be suitable in particular for the production of the sensor field of sensor arrangements for recording fingerprints.
  • the invention is based on the knowledge that the disadvantages associated with the processing of flexible carrier materials can be avoided if a thin base layer made of a flexible organic material is first applied to a rigid auxiliary carrier and after the production of the metallic fine structures without the risk of Detach damage from the auxiliary carrier.
  • a gentle detachment of the base layer from the auxiliary carrier can be carried out by laser ablation from the back of the auxiliary carrier, provided that the auxiliary carrier consists of a material which is at least largely transparent to the laser radiation used.
  • the solution according to the invention offers the following advantages: application of thin-film technology on a rigid auxiliary carrier also enables the formation of multilayered fine structures.
  • auxiliary carrier Detaching the single-layer or multi-layer structure from the auxiliary carrier is possible quickly and inexpensively. - The assembly of ICs, passive components and sensors can still be done on the auxiliary carrier, for example by gluing or soldering.
  • the auxiliary carrier can be used several times.
  • the degree of flexibility can be adjusted by the material and thickness of the lowest base layer.
  • the flexible circuit can be transferred to any, even three-dimensional, carrier.
  • the flexible circuits can also be used at elevated ambient temperatures.
  • the flexible fine structures are chemically very stable.
  • the embodiment according to claim 2 enables the auxiliary carrier to be permeable to the laser radiation of approximately 90%.
  • the embodiment according to claim 3 also enables the auxiliary support to be permeable to the laser radiation of approximately 90%, although here the relatively low costs for an auxiliary support made of borosilicate glass must also be emphasized.
  • the development according to claim 4 enables an improved adhesion of the base layer during the processing of the by applying an adhesive layer on the auxiliary carrier Construction.
  • an adhesive layer made of titanium, which is transparent to the laser radiation when the base layer is detached, is preferred.
  • the adhesive layer with an extremely small layer thickness can be applied favorably by sputtering onto the auxiliary carrier.
  • the embodiment according to claim 7 enables extremely simple and economical application of the base layer to the auxiliary carrier.
  • a film made of a thermostable polyimide is preferred, especially since this enables the use of the finished product even at an elevated ambient temperature.
  • the film can then have a very high surface quality by applying a plan coating, which enables the formation of the finest metallic structures.
  • the development according to claim 10 enables the application of a second layer of metallic fine structures, that is to say, for example, the creation of a second wiring layer, the flexibility of the entire structure being retained after being detached from the auxiliary support.
  • a second layer of metallic fine structures that is to say, for example, the creation of a second wiring layer
  • Through-plating between the two wiring layers can be realized in a simple manner by introducing holes in the insulation layer.
  • the embodiment according to claim 12 enables effective handling protection of the entire multilayer structure by the application of a passivation layer.
  • the method according to the invention can be used, in particular, for the production of inexpensive sensor arrangements for recording fingerprints.
  • FIG. 1 shows a partial top view of the sensor field of a sensor arrangement for recording fingerprints
  • FIG. 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an arrangement for detaching the multilayer structure according to FIG. 2 from the auxiliary carrier
  • FIG. 4 shows a possible application of flexible fine structures produced according to the invention for three-dimensional packaging.
  • FIG. 1 shows a partial top view of the sensor field of a sensor arrangement for recording fingerprints, the multilayer structure of the sensor field being evident from the section shown in FIG. 2.
  • the individual layers of the multilayer structure are shown in an exploded state in FIG. 2.
  • the sensor field shown in greatly simplified form in FIGS. 1 and 2 is a multi-layer structure for producing a capacitive sensor arrangement for recording fingerprints.
  • An at least partially comparable multilayer structure of a sensor field is evident, for example, from EP-B-0 459 808.
  • auxiliary support 1 made of borosilicate glass is assumed.
  • an adhesive layer 2 made of titanium is applied by sputtering.
  • a base layer 3 is then applied to this adhesive layer 2.
  • this base layer 3 is a film made of a thermostable polyimide, which has a thickness of 50 ⁇ m and is applied by lamination. Subsequently, the base layer 3 is spun on by an insulation material planarized, this process being shown in FIG. 2 by a separately represented planarization 4.
  • the subsequent production of metallic fine structures 5 can in principle be carried out using subtractive technology, additive technology or semi-additive technology.
  • the fine structures 5 are produced semi-additively as conductor track structures.
  • a photoresist (not shown in the drawing) is applied to the planarization 4 sputtered over the entire area with a layer sequence of titanium and palladium and structured in such a way that, for example, galvanic gold or galvanic or chemical copper can be deposited. After stripping the photoresist, the regions of the regions which do not correspond to the desired fine structures 5
  • a photostructurable insulation layer 6 is then applied to the fine structures 5, into which holes 61 which have a diameter of 25 ⁇ m, for example, are made by exposure and development.
  • holes 61 which have a diameter of 25 ⁇ m, for example, are made by exposure and development.
  • vias 71 are then produced, which form electrically conductive connections between the two structure levels and complete the structuring for the sensor field and the chip contact.
  • the thickness of the fine structures 5 and 7 can be, for example, between 1 ⁇ m and 5 ⁇ m.
  • the width of the individual structures and the distance between these structures can easily be realized with dimensions of significantly less than 50 ⁇ m.
  • the sensor field is provided with a passivation layer 8, which consists, for example, of BaTiO3, Al2O3 or SiO3.
  • the multi-pole control ICs of the sensor arrangement are contacted by means of gluing or soldering.
  • SnPb bumps are generated galvanically in thin-film technology and, after remelting, serve as solder deposits for chip contacting in flip-chip technology.
  • the multi-layer structure consisting of several interrelated individual arrangements is separated into individual sensor fields down to the adhesive layer 2, for example with an Nd: YAG laser.
  • the layer structure is ablated from the auxiliary carrier with the help of an excimer laser, which is operated with XeF (wavelength 350 nm).
  • the laser ablation mentioned above is carried out with the aid of an arrangement shown schematically in FIG.
  • the laser radiation LS of the excimer laser is directed in the direction of arrow 9 onto a deflecting mirror 10 and deflected onto the surface of the auxiliary carrier 1 via telecentric imaging lenses 11 and 12.
  • the auxiliary carrier 1 and the structure A consisting of the layers 3 to 8 are arranged on an XY table, not shown in FIG. 3, which performs a scanning with a relative movement between the laser beam LS having a rectangular beam profile and the auxiliary carrier 1 enables. This scanning movement is indicated in FIG. 3 by arrows 13.
  • the adhesive effect between the adhesive layer 2 and the base layer 3 is at least largely eliminated in a cold process, so that the structure A can be detached, as is indicated in FIG. 3 by the arrow 14.
  • the laser radiation LS cancels the effect of this adhesive in a comparable manner.
  • the auxiliary carrier 1 with the adhesive layer 2 can be reused after cleaning.
  • FIG. 4 shows in a highly simplified schematic representation how flexible fine structures 15 produced by the method according to the invention can be used for three-dimensional packaging. After active and passive components 16 and / or sensors have been glued or soldered to the last wiring level, they can be stacked on top of one another by simple folding after the laser ablation described above. The 3D package produced in this way can easily be contacted with BGA.
  • the method according to the invention can also be used to produce multi-layer coils. Initially, a number of single or multi-layer, flexible coils in a spiral form are produced. These can now be overlaid by folding. This makes it possible to produce coils with high inductance at low cost.

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Abstract

A base layer, which is preferably flexible, has first conductor tracks, a first insulation layer, fine structures with first electrodes, second conductor tracks and second electrodes, and finally a second insulation layer applied to it in succession. The first electrodes are connected, via plated-through holes, to associated first conductor tracks. Changes, caused by lines in the skin of a finger pad, in the stray capacitance between adjacent first and second electrodes are evaluated for recording fingerprints.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Herstellung metallischer Feinstrukturen und Anwendung des Verfahrens bei der Herstellung von Sensoranord- nungen zur Erfassung von FingerabdruckenProcess for the production of metallic fine structures and application of the process in the production of sensor arrangements for the acquisition of fingerprints
Bei der Herstellung von Leiterplatten unterscheidet man grundsätzlich die weit verbreitete Subtraktivtechnik, die von metallkaschierten Substraten bzw. Basismaterialien ausgeht und das nicht für Leiterzuge benötigte Metall durch Atzung entfernt, von der Additivtechnik, die, auf haftvermittlerbe- schichteten Substraten aufbauend, das Leitermaterial nur dort aus Badern aufbringt, wo Leiterzuge benotigt werden. Auch Kombinationen dieser Techniken sind üblich. So wird bei der Durchkontaktierung, d.h. der Kupferbelegung der Lochwandung von beidseitig vorhandenen - subtraktiv hergestellten - Leiterbildern additiv gearbeitet. In der Semiadditivtechnik werden auf beispielsweise stromlos abgeschiedenen, dünnen metallischen Grundschichten die Leiterbahnen durch galvanische Verstärkung aufgebaut und die restliche Grundschicht durch Atzen, d.h. subtraktiv, wieder entfernt.When manufacturing printed circuit boards, a fundamental distinction is made between the widespread subtractive technology, which starts from metal-clad substrates or base materials and removes the metal not required for conductor lines by etching, from the additive technology, which, based on substrates coated with adhesion promoters, only removes the conductor material from there Badern brings up where ladder cables are needed. Combinations of these techniques are also common. Thus, in the case of through-plating, i.e. the copper assignment of the hole wall of the double-sided - subtractively produced - circuit diagrams worked additively. In semi-additive technology, the conductor tracks are built up by electrolytic reinforcement on, for example, electrolessly deposited thin metallic base layers and the remaining base layer by etching, i.e. subtractive, removed again.
Die vorstehend geschilderten Techniken können auch bei der Herstellung von flexiblen Verdrahtungen, d.h. von sog. Flex- oder Folienschaltungen, angewandt werden. Die Strukturdimensionen für flexible Verdrahtungen liegen bei den derzeit auf dem Markt erhaltlichen Produkten jedoch über 100 μm. Die Herstellung deutlich feinerer Strukturen ist aufgrund der von der Leiterplattentechnologie übernommenen Strukturierungsver- fahren und der für einen Mehrlagenaufbau unzureichenden Justiergenauigkeit derzeit nicht möglich. Diese unzureichende Justiergenauigkeit ist dabei durch einen unvermeidbaren Verzug des flexiblen organischen Tragermaterials der flexiblen Verdrahtungen zurückzuführen.The techniques outlined above can also be used in the manufacture of flexible wiring, i.e. of so-called flex or foil circuits. However, the structural dimensions for flexible wiring in the products currently available on the market are over 100 μm. The production of significantly finer structures is currently not possible due to the structuring method adopted by the printed circuit board technology and the inaccurate adjustment required for a multilayer structure. This inadequate adjustment accuracy is due to an unavoidable warping of the flexible organic carrier material of the flexible wiring.
Bei Forderungen naτrh Strukturfeinheiten von weniger als 100 μm werden Schaltungen in Dünnfilmtechnik auf Silizium aufgebaut. Eine Flexiblisierung dieser Schaltungen kann dabei, innerhalb bestimmter Grenzen, durch kostenintensives Dünnschleifen des Siliziumträgers erreicht werden. Vergleichbare Verdrahtungsdichten konnten auf einem flexiblen, organi- sehen Tragermaterial nur durch eine entsprechende Anzahl zusätzlicher Verdrahtungsebenen realisiert werden.In the case of demands for structural finenesses of less than 100 μm, thin-film circuits are made on silicon built up. A flexibilization of these circuits can be achieved, within certain limits, by costly thin grinding of the silicon carrier. Comparable wiring densities could only be achieved on a flexible, organic carrier material by a corresponding number of additional wiring levels.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Her- Stellung flexibler metallischer Feinstrukturen mit Strukturfeinheiten von weniger als 100 μm zu schaffen. Das Verfahren soll dabei insbesondere auch für die Herstellung des Sensorfeldes von Sensoranordnungen zur Erfassung von Fingerabdruk- ken geeignet sein.The invention specified in claim 1 is based on the problem of creating a simple and economical method for producing flexible metallic fine structures with structural finenesses of less than 100 μm. The method should also be suitable in particular for the production of the sensor field of sensor arrangements for recording fingerprints.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die mit der Prozessierung flexibler Tragermaterialien verbundenen Nachteile dann vermieden werden können, wenn es gelingt, eine dünne Basisschicht aus einem flexiblen organischen Material zunächst auf einen starren Hilfstrager aufzubringen und nach der Herstellung der metallischen Feinstrukturen ohne die Gefahr von Beschädigungen wieder vom Hilfstrager abzulösen. Eine derartige schonende Ablösung der Basisschicht vom Hilfstrager kann durch Laserablation von der Ruckseite des Hilfs- tragers aus vorgenommen werden, sofern der Hilfstrager aus einem für die verwendete Laserstrahlung zumindest weitgehend durchlassigen Material besteht.The invention is based on the knowledge that the disadvantages associated with the processing of flexible carrier materials can be avoided if a thin base layer made of a flexible organic material is first applied to a rigid auxiliary carrier and after the production of the metallic fine structures without the risk of Detach damage from the auxiliary carrier. Such a gentle detachment of the base layer from the auxiliary carrier can be carried out by laser ablation from the back of the auxiliary carrier, provided that the auxiliary carrier consists of a material which is at least largely transparent to the laser radiation used.
Die erfindungsgemaße Losung bietet folgende Vorteile: - Anwendung der Dünnfilmtechnik auf einem starren Hilfstrager ermöglicht auch die Ausbildung mehrlagiger Feinstrukturen.The solution according to the invention offers the following advantages: application of thin-film technology on a rigid auxiliary carrier also enables the formation of multilayered fine structures.
- Die hohe erreichbare Auflosung verringert die in der Leiterplattentechnologie erforderliche Lagenanzahl.- The high achievable resolution reduces the number of layers required in printed circuit board technology.
- Die Verarbeitung starrer Substrate ist wesentlich gunsti- ger, als die Prozessierung flexibler Materialien.- The processing of rigid substrates is much cheaper than the processing of flexible materials.
- Ein Ablosen des einlagigen oder mehrlagigen Aufbaues vom Hilfstrager ist schnell und kostengünstig möglich. - Die Montage von ICs, passiven Bauelementen und Sensoren kann, noch auf dem Hilfstrager, beispielsweise durch Kleben oder Loten erfolgen.- Detaching the single-layer or multi-layer structure from the auxiliary carrier is possible quickly and inexpensively. - The assembly of ICs, passive components and sensors can still be done on the auxiliary carrier, for example by gluing or soldering.
- Der Hilfstrager ist mehrfach verwendbar. - Der Grad der Flexibilität kann durch Material und Dicke der untersten Basisschicht eingestellt werden.- The auxiliary carrier can be used several times. - The degree of flexibility can be adjusted by the material and thickness of the lowest base layer.
- Das Vereinzeln der Schaltungen ist kostengünstig möglich.- The separation of the circuits is inexpensive.
- Eine mehrlagige Weiterverdrahtung ist bis zur Systemebene möglich. - Hohe mechanische Belastbarkeit der flexiblen Schaltungen.- Multi-layer further wiring is possible up to the system level. - High mechanical resilience of the flexible circuits.
- Ein übertragen der flexiblen Schaltung ist auf einen beliebigen, auch dreidimensional geformten Trager möglich.- The flexible circuit can be transferred to any, even three-dimensional, carrier.
- Bei Verwendung temperaturstabiler Materialien (Zyklisiertemperaturen 350°C) können die flexiblen Schal- tungen auch bei erhöhter Umgebungstemperatur eingesetzt werden.- When using temperature-stable materials (cyclization temperatures 350 ° C), the flexible circuits can also be used at elevated ambient temperatures.
- Bei Verwendung bestimmter Materialien, z.B. Polyimide, sind die flexiblen Feinstrukturen chemisch sehr stabil.- When using certain materials, e.g. Polyimides, the flexible fine structures are chemically very stable.
Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemaßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 12 angegeben.Preferred embodiments of the method according to the invention are specified in claims 2 to 12.
Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemaßen Verfahrens ist im Anspruch 13 angegeben.A preferred application of the method according to the invention is specified in claim 13.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 2 ermöglicht eine Durchlässigkeit des Hilfstragers für die Laserstrahlung von etwa 90%.The embodiment according to claim 2 enables the auxiliary carrier to be permeable to the laser radiation of approximately 90%.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 ermöglicht ebenfalls eine Durchlässigkeit des Hilfstragers für die Laserstrahlung von etwa 90%, wobei hier jedoch zusatzlich die relativ geringen Kosten für einen Hilfstrager aus Borosilicatglas zu betonen sind.The embodiment according to claim 3 also enables the auxiliary support to be permeable to the laser radiation of approximately 90%, although here the relatively low costs for an auxiliary support made of borosilicate glass must also be emphasized.
Die Weiterbildung nach Anspruch 4 ermöglicht durch das Aufbringen einer Haftschicht auf den Hilfstrager eine verbesserte Haftung der Basisschicht wahrend der Prozessierung des Aufbaues. Dabei wird gemäß Anspruch 5 eine Haftschicht aus Titan, die für die Laserstrahlung beim Ablosen der Basis- schicht durchlassig ist, bevorzugt. Gemäß Anspruch 6 kann die Haftschicht mit einer äußerst geringen Schichtdicke gunstig durch Sputtern auf den Hilfstrager aufgebracht werden.The development according to claim 4 enables an improved adhesion of the base layer during the processing of the by applying an adhesive layer on the auxiliary carrier Construction. According to claim 5, an adhesive layer made of titanium, which is transparent to the laser radiation when the base layer is detached, is preferred. According to claim 6, the adhesive layer with an extremely small layer thickness can be applied favorably by sputtering onto the auxiliary carrier.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 7 ermöglicht eine äußerst einfache und wirtschaftliche Applikation der Basisschicht auf den Hilfstrager. Gemäß Anspruch 8 wird dabei eine Folie aus einem thermostabilen Polyimid bevorzugt, zumal hierdurch der Einsatz des fertigen Produkts auch bei erhöhter Umgebungstemperatur ermöglicht wird. Die Folie kann dann gemäß Anspruch 9 durch das Aufbringen einer Planaπsierung eine sehr hohe Oberflachenqualitat erhalten, welche die Ausbildung feinster metallischer Strukturen ermöglicht.The embodiment according to claim 7 enables extremely simple and economical application of the base layer to the auxiliary carrier. According to claim 8, a film made of a thermostable polyimide is preferred, especially since this enables the use of the finished product even at an elevated ambient temperature. The film can then have a very high surface quality by applying a plan coating, which enables the formation of the finest metallic structures.
Die Weiterbildung nach Anspruch 10 ermöglicht das Aufbringen einer zweiten Lage von metallischen Feinstrukturen, also beispielsweise die Erzeugung einer zweiten Verdrahtungslage, wo- bei die Flexibiltat des gesamten Aufbaues nach der Ablösung vom Hilfstrager erhalten bleibt. Durchkontaktierungen zwischen den beiden Verdrahtungslagen können dabei gemäß Anspruch 11 auf einfache Weise durch das Einbringen von Lochern in die Isoliationsschicht realisiert werden.The development according to claim 10 enables the application of a second layer of metallic fine structures, that is to say, for example, the creation of a second wiring layer, the flexibility of the entire structure being retained after being detached from the auxiliary support. Through-plating between the two wiring layers can be realized in a simple manner by introducing holes in the insulation layer.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 12 ermöglicht durch das Aufbringen einer Passivierungsschicht einen wirksamen Handlmg- Schutz des gesamten mehrlagigen Aufbaues.The embodiment according to claim 12 enables effective handling protection of the entire multilayer structure by the application of a passivation layer.
Gemäß Anspruch 13 kann das erfmdungsgemaße Verfahren insbesondere zur Herstellung von kostengünstigen Sensoranordnungen zur Erfassung von Fingerabdrucken eingesetzt werden.According to claim 13, the method according to the invention can be used, in particular, for the production of inexpensive sensor arrangements for recording fingerprints.
Im folgenden werden Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigenExemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. Show it
Figur 1 eine teilweise Draufsicht auf das Sensorfeld einer Sensoranordnung zur Erfassung von Fingerabdrucken,FIG. 1 shows a partial top view of the sensor field of a sensor arrangement for recording fingerprints,
Figur 2 einen Schnitt gemäß der Linie II - II der Figur 1,FIG. 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1,
Figur 3 eine Anordnung zur Ablösung des mehrschichtigen Aufbaus gemäß Figur 2 vom Hilfsträger und3 shows an arrangement for detaching the multilayer structure according to FIG. 2 from the auxiliary carrier and
Figur 4 eine Anwendungsmoglichkeit erfindungsgemaß hergestellter flexibler Feinstrukturen für dreidimensionales Packaging.FIG. 4 shows a possible application of flexible fine structures produced according to the invention for three-dimensional packaging.
Figur 1 zeigt eine teilweise Draufsicht auf das Sensorfeld einer Sensoranordnung zur Erfassung von Fingerabdrucken, wobei der mehrschichtige Aufbau des Sensorfeldes aus dem in Figur 2 dargestellten Schnitt zu entnehmen ist. Um eine bessere Übersicht zu ermöglichen, sind die einzelnen Schichten des mehrlagigen Aufbaues in Figur 2 in einem auseinandergezogenen Zustand dargestellt.FIG. 1 shows a partial top view of the sensor field of a sensor arrangement for recording fingerprints, the multilayer structure of the sensor field being evident from the section shown in FIG. 2. In order to enable a better overview, the individual layers of the multilayer structure are shown in an exploded state in FIG. 2.
Bei dem m den Figuren 1 und 2 stark vereinfacht dargestell- ten Sensorfeld handelt es sich um einen mehrschichtigen Aufbau zur Herstellung einer kapazitiv wirkenden Sensoranordnung zur Erfassung von Fingerabdrucken. Ein zumindest teilweise vergleichbarer mehrschichtiger Aufbau eines Sensorfeldes geht beispielsweise aus der EP-B-0 459 808 hervor.The sensor field shown in greatly simplified form in FIGS. 1 and 2 is a multi-layer structure for producing a capacitive sensor arrangement for recording fingerprints. An at least partially comparable multilayer structure of a sensor field is evident, for example, from EP-B-0 459 808.
Bei der Herstellung des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Sensorfeldes wird von einem starren Hilfstrager 1 aus Borosi- licatglas ausgegangen. Um die Haftung des nachfolgenden Auf- baus auf dem Hilfstrager 1 mit Sicherheit zu gewahrleisten, wird durch Sputtern eine Haftschicht 2 aus Titan aufgebracht. Auf dieser Haftschicht 2 wird dann eine Basisschicht 3 aufgebracht. Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel handelt es sich bei dieser Basisschicht 3 um eine Folie aus einem thermostabilen Polyimid, die eine Dicke von 50 μm aufweist und durch Laminieren aufgebracht wird. Anschließend wird die Basisschicht 3 durch das Aufschleudern eines Isolationsmaterials planarisiert, wobei dieser Vorgang in Figur 2 durch eine separat dargestellte Planarisierung 4 aufgezeigt ist.In the manufacture of the sensor field shown in FIGS. 1 and 2, a rigid auxiliary support 1 made of borosilicate glass is assumed. In order to guarantee the liability of the subsequent structure on the auxiliary carrier 1 with certainty, an adhesive layer 2 made of titanium is applied by sputtering. A base layer 3 is then applied to this adhesive layer 2. In the exemplary embodiment shown, this base layer 3 is a film made of a thermostable polyimide, which has a thickness of 50 μm and is applied by lamination. Subsequently, the base layer 3 is spun on by an insulation material planarized, this process being shown in FIG. 2 by a separately represented planarization 4.
Die nachfolgende Erzeugung metallischer Feinstrukturen 5 kann grundsätzlich in Substraktivtechnik, Additivtechnik oder Se- miadditivtechnik vorgenommen werden. Im geschilderten Ausführungsbeispiel werden die Feinstrukturen 5 als Leiterbahnstrukturen semiadditiv hergestellt. Auf die ganzflächig mit einer Schichtenfolge aus Titan und Palladium besputterte Planarisierung 4 wird dabei ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Fotoresist aufgebracht und so strukturiert, daß auf das freientwickelte Leiterbahnbild z.B. galvanisch Gold oder galvanisch bzw. chemisch Kupfer abgeschieden werden kann. Nach dem Strippen des Fotoresists werden dann die nicht den gewünschten Feinstrukturen 5 entsprechenden Bereiche derThe subsequent production of metallic fine structures 5 can in principle be carried out using subtractive technology, additive technology or semi-additive technology. In the exemplary embodiment described, the fine structures 5 are produced semi-additively as conductor track structures. A photoresist (not shown in the drawing) is applied to the planarization 4 sputtered over the entire area with a layer sequence of titanium and palladium and structured in such a way that, for example, galvanic gold or galvanic or chemical copper can be deposited. After stripping the photoresist, the regions of the regions which do not correspond to the desired fine structures 5
Schichtenfolge aus Titan und Palladium durch selektives Ätzen bis zur Oberfläche der Planarisierung 4 abgetragen.Layer sequence of titanium and palladium removed by selective etching up to the surface of the planarization 4.
Auf die Feinstrukturen 5 wird dann eine fotostrukturierbare Isolationsschicht 6 aufgebracht, in welche durch Belichten und Entwickeln Löcher 61 eingebracht werden, die beispielsweise einen Durchmesser von 25 μm aufweisen. Bei der nachfolgenden Herstellung der zweiten Lage metallischer Feinstrukturen 7, die der Herstellung der ersten Lage von Feinstrukturen 5 entspricht, werden dann Durchkontaktierungen 71 erzeugt, welche elektrisch leitende Verbindungen zwischen den beiden Strukturebenen bilden und die Strukturierung für das Sensorfeld und die Chipkontaktierung vervollständigen.A photostructurable insulation layer 6 is then applied to the fine structures 5, into which holes 61 which have a diameter of 25 μm, for example, are made by exposure and development. During the subsequent production of the second layer of metallic fine structures 7, which corresponds to the production of the first layer of fine structures 5, vias 71 are then produced, which form electrically conductive connections between the two structure levels and complete the structuring for the sensor field and the chip contact.
Die Stärke der Feinstrukturen 5 und 7 kann beispielsweise zwischen 1 μm und 5 μm liegen. Die Breite der einzelnen Strukturen und der Abstand zwischen diesen Strukturen kann problemlos mit Maßen von deutlich weniger als 50 μm realisiert werden.The thickness of the fine structures 5 and 7 can be, for example, between 1 μm and 5 μm. The width of the individual structures and the distance between these structures can easily be realized with dimensions of significantly less than 50 μm.
Abhängig von den schaltungstechnischen Erfordernissen bzw. von dem Wunsch nach einem wirksamen Handling-Schutz, wird das Sensorfeld abschließend mit einer Passivierungsschicht 8 versehen, die beispielsweise aus BaTiθ3, AI2O3 oder Siθ3 besteht.Depending on the circuitry requirements or the desire for effective handling protection, this will be Finally, the sensor field is provided with a passivation layer 8, which consists, for example, of BaTiO3, Al2O3 or SiO3.
Die Kontaktierung der in der Zeichnung nicht dargestellten hochpoligen Steuer- IC 's der Sensoranordnung erfolgt mittels Kleben oder Loten. Für eine Lotverbindung werden dabei in Dünnfilmtechnik SnPb-Bumps galvanisch erzeugt, die nach dem Umschmelzen als Lotdepots für die Chipkontaktierung in Flip- Chip-Technik dienen.The multi-pole control ICs of the sensor arrangement, not shown in the drawing, are contacted by means of gluing or soldering. For a solder connection, SnPb bumps are generated galvanically in thin-film technology and, after remelting, serve as solder deposits for chip contacting in flip-chip technology.
Nach elektrischer und optischer Prüfung wird der aus mehreren zusammenhangenden Einzelanordnungen bestehende Mehrlagenaufbau beispielsweise mit einem Nd:YAG - Laser bis auf die Haft- schicht 2 hinunter in einzelne Sensorfelder getrennt. Nun erfolgt die Ablation des Schichtaufbaus vom Hilfstrager mit Hilfe eines Excimer-Lasers, der mit XeF (Wellenlange 350 nm) betrieben wird.After electrical and optical testing, the multi-layer structure consisting of several interrelated individual arrangements is separated into individual sensor fields down to the adhesive layer 2, for example with an Nd: YAG laser. Now the layer structure is ablated from the auxiliary carrier with the help of an excimer laser, which is operated with XeF (wavelength 350 nm).
Die vorstehend erwähnte Laserablation wird mit Hilfe einer in Figur 3 schematisch dargestellten Anordnung vorgenommen. Die Laserstrahlung LS des Excimer-Lasers wird dabei in Richtung des Pfeiles 9 auf einen Umlenkspiegel 10 gerichtet und über telezentrische Abbildungslinsen 11 und 12 auf die Oberflache des Hilfstragers 1 umgelenkt. Der Hilfstrager 1 und der aus den Schichten 3 bis 8 (vgl. Figur 2) bestehende Aufbau A sind auf einem in Figur 3 nicht dargestellten XY-Tisch angeordnet, der ein Scannen mit einer Relativbewegung zwischen der ein rechteckiges Strahlprofil aufweisenden Laserstrahlung LS und dem Hilfstrager 1 ermöglicht. Diese Scanbewegung ist in Figur 3 durch Pfeile 13 angedeutet.The laser ablation mentioned above is carried out with the aid of an arrangement shown schematically in FIG. The laser radiation LS of the excimer laser is directed in the direction of arrow 9 onto a deflecting mirror 10 and deflected onto the surface of the auxiliary carrier 1 via telecentric imaging lenses 11 and 12. The auxiliary carrier 1 and the structure A consisting of the layers 3 to 8 (cf. FIG. 2) are arranged on an XY table, not shown in FIG. 3, which performs a scanning with a relative movement between the laser beam LS having a rectangular beam profile and the auxiliary carrier 1 enables. This scanning movement is indicated in FIG. 3 by arrows 13.
Durch die Einwirkung der Laserstrahlung LS wird in einem kalten Vorgang die Haftwirkung zwischen der Haftschicht 2 und der Basisschicht 3 zumindest weitgehend aufgehoben, so daß der Aufbau A abgelöst werden kann, so wie es in Figur 3 durch den Pfeil 14 angedeutet ist. Ist die Basisschicht 3 mit Hilfe eines Klebers auf die Haftschicht 2 aufgebracht, so hebt die Laserstrahlung LS in vergleichbarer Weise die Wirkung dieses Klebers auf.By the action of the laser radiation LS, the adhesive effect between the adhesive layer 2 and the base layer 3 is at least largely eliminated in a cold process, so that the structure A can be detached, as is indicated in FIG. 3 by the arrow 14. Is the base layer 3 with the help an adhesive applied to the adhesive layer 2, the laser radiation LS cancels the effect of this adhesive in a comparable manner.
Der Hilfsträger 1 mit der Haftschicht 2 (vgl. Figur 2) kann nach einer Reinigung wiederverwendet werden.The auxiliary carrier 1 with the adhesive layer 2 (see FIG. 2) can be reused after cleaning.
Figur 4 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung, wie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte flexible Feinstrukturen 15 für dreidimensionales Packaging eingesetzt werden können. Nachdem aktive und passive Bauelemente 16 und/oder Sensoren auf die letzte Verdrahtungsebene geklebt oder gelötet worden sind, können sie nach der vorstehend geschilderten Laserablation durch einfaches Falten über- einandergestapelt werden. Das so hergestellte 3D-Package kann in einfacher Weise BGA-kontaktiert werden.FIG. 4 shows in a highly simplified schematic representation how flexible fine structures 15 produced by the method according to the invention can be used for three-dimensional packaging. After active and passive components 16 and / or sensors have been glued or soldered to the last wiring level, they can be stacked on top of one another by simple folding after the laser ablation described above. The 3D package produced in this way can easily be contacted with BGA.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Herstellung mehrlagiger Spulen verwendet werden. Dabei werden zunächst einige nebeneinander liegende ein- oder mehrlagige, flexible Spulen in Spiralform hergestellt. Diese können nun durch Falten übereinandergelegt werden. So ist es möglich, Spulen mit hoher Induktivität kostengünstig herzustellen. The method according to the invention can also be used to produce multi-layer coils. Initially, a number of single or multi-layer, flexible coils in a spiral form are produced. These can now be overlaid by folding. This makes it possible to produce coils with high inductance at low cost.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung metallischer Feinstrukturen (5) auf einer dünnen Basisschicht (3) aus einem flexiblen organi- sehen Material, mit folgenden Schritten:1. Process for the production of metallic fine structures (5) on a thin base layer (3) made of a flexible organic material, with the following steps:
- Aufbringen der Basisschicht (3) auf einen starren Hilfstrager (1);- Applying the base layer (3) to a rigid auxiliary carrier (1);
- Erzeugung der metallischen Feinstrukturen (5) auf der Basisschicht (3) ; - Ablösung der Basisschicht (3) vom Hilfstrager (1) durch- Generation of the metallic fine structures (5) on the base layer (3); - Detach the base layer (3) from the auxiliary support (1)
Einwirkung von Laserstrahlung (LS) , die durch den Hilfstrager (1) hindurch auf die Basisschicht (3) gerichtet wird, wobeiExposure to laser radiation (LS), which is directed through the auxiliary carrier (1) onto the base layer (3), wherein
- der Hilfsträger (1) aus einem für die zur Ablösung der Ba- sisschicht (3) verwendete Laserstrahlung (LS) zumindest weitgehend durchlässigen Material besteht.- The auxiliary carrier (1) consists of a material which is at least largely transparent to the laser radiation (LS) used to detach the base layer (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Hilftrager (1) aus Quarzglas verwendet wird und daß für die Ablösung der Basisschicht (3) ein Excimerlaser mit einer Wellenlange der Laserstrahlung (LS) von 248 nm verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that an auxiliary carrier (1) made of quartz glass is used and that an excimer laser with a wavelength of the laser radiation (LS) of 248 nm is used for the detachment of the base layer (3).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Hilfstrager (1) aus Borosilicatglas verwendet wird und daß für die Ablösung der Basisschicht (3) ein Excimerlaser mit einer Wellenlange der Laserstrahlung (LS) von 350 nm verwendet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that an auxiliary carrier (1) made of borosilicate glass is used and that an excimer laser with a wavelength of laser radiation (LS) of 350 nm is used for the detachment of the base layer (3).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß vor dem Aufbringen der Basisschicht (3) eine Haftschicht (2) auf den Hilfstrager (1) aufgebracht wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that before the application of the base layer (3) an adhesive layer (2) is applied to the auxiliary carrier (1).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Haftschicht (2) aus Titan auf den Hilfsträger (1) aufgebracht wird.5. The method according to claim 4, characterized in that an adhesive layer (2) made of titanium is applied to the auxiliary carrier (1).
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Haftschicht (2) durch Sputtern auf den Hilfsträger (1) aufgebracht wird.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the adhesive layer (2) is applied to the auxiliary carrier (1) by sputtering.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Basisschicht (3) in Form einer Folie aufgebracht wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the base layer (3) is applied in the form of a film.
8. Verfahren nach Anspruch 7, g e k e n n z e i c h n e t durch die Verwendung einer Folie aus einem thermostabilen Polyimid.8. The method of claim 7, g e k e n e z e i c h n e t by using a film made of a thermostable polyimide.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auf die Basisschicht (3) eine Planarisierung (4) aus einem elektrisch isolierenden Material aufgebracht wird.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that a planarization (4) made of an electrically insulating material is applied to the base layer (3).
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auf die metallischen Feinstrukturen (5) eine Isolationsschicht (6) aufgebracht wird, daß auf der Isolationsschicht (6) eine zweite Lage von metallischen Feinstrukturen (7) er- zeugt wird und daß dann die Basisschicht (3) vom Hilfsträger (19) abgelöst wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an insulating layer (6) is applied to the metallic fine structures (5), that a second layer of metallic fine structures (7) is produced on the insulating layer (6) and that then the base layer (3) is detached from the auxiliary carrier (19).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in die Isolationsschicht (6) Löcher (61) eingebracht werden, die bei der Erzeugung der zweiten Lage von metallischen Feinstrukturen (7) Durchkontaktierungen zur ersten Lage von metallischen Feinstrukturen (5) bilden.11. The method according to claim 10, characterized in that in the insulation layer (6) holes (61) are introduced, which are used in the generation of the second layer of metallic Fine structures (7) form vias to the first layer of metallic fine structures (5).
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß vor der Ablösung der Basisschicht (3) eine Passivierungs- schicht (8) auf die zweite Lage von metallischen Feinstrukturen (7) aufgebracht wird.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that a passivation layer (8) is applied to the second layer of metallic fine structures (7) before the base layer (3) is detached.
13. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 12 zur Herstellung von Sensoranordnungen zur Erfassung von Fingerabdrücken . 13. Application of the method according to one of claims 10 to 12 for the production of sensor arrangements for the detection of fingerprints.
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