DD213556A1 - METHOD FOR STRUCTURING THICKNESS LAYER STRIPS BY MEANS OF LASER BEAM MACHINING - Google Patents
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- DD213556A1 DD213556A1 DD24777183A DD24777183A DD213556A1 DD 213556 A1 DD213556 A1 DD 213556A1 DD 24777183 A DD24777183 A DD 24777183A DD 24777183 A DD24777183 A DD 24777183A DD 213556 A1 DD213556 A1 DD 213556A1
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Dickschichttechnologie. Ziel der Erfindung ist es, feinste Leiterbahnstrukturen zu realisieren. Dies soll gemaess Aufgabe der Erfindung durch eine Laserstrahlstrukturierung geschehen. Erfindungsgemaess erfolgt zur Feinstrukturierung zunaechst eine erste Laserstrahlbearbeitung des aufgebrachten Leiterbahnmaterials mit einer in einem aeusserst engen Toleranzbereich um 85 % d. praktisch notwendigen Schneidleistung liegenden Leistung des Strahles. Es schliesst sich eine zweite Laserstrahlbearbeitung an, derart, dass ein Laserstrahl erzeugt wird, d. eine zur praktisch notwendigen Schneidleistung eine auf 40 bis 50% verminderte Schneidleistung aufweist. Mit diesem Laserstrahl wird maximal 70 % d. Abstandes der materialabtragenden Grenzen in der Laserenergieverteilungskurve der ersten Laserstrahlbearbeitung getroffen, so dass eine um 30% verminderte Abtragspurbreite erreicht wird. Innerhalb des Verfahrens werden die bearbeiteten Substrate einer definierten Ultraschalleinwirkung ausgesetzt. Die Erfindung findet Anwendung bei feinsten Leiterbahnstrukturierungen (Leiterbahnbreite, Leiterbahnabstaende kleiner 70mym), insbesondere bei der Herstellung von Spulen auf Keramiktraegern.The invention relates to the field of thick-film technology. The aim of the invention is to realize the finest interconnect structures. This should happen according to the object of the invention by a laser beam structuring. According to the invention, a first laser beam machining of the applied printed conductor material takes place first of all for fine structuring with an extremely narrow tolerance range of 85% d. practically necessary cutting power lying power of the beam. It is followed by a second laser beam processing, such that a laser beam is generated, d. a cutting performance that is practically necessary has a cutting capacity reduced to 40 to 50%. With this laser beam a maximum of 70% d. Distance of the material-removing boundaries made in the laser energy distribution curve of the first laser beam machining, so that a 30% reduced Abtragspurbreite is achieved. Within the process, the processed substrates are exposed to a defined ultrasonic action. The invention finds application in the finest conductor track structuring (conductor track width, conductor track distances less than 70 μm), in particular in the production of coils on ceramic carriers.
Description
in ι ι ι ι in ι ι ι ι
Volker SeidelVolker Seidel
Karl-Heinz SuphanKarl-Heinz Suphan
Hartmut WottawaHartmut Wottawa
Prof. Dr. Gerhard ZscherpeProf. Dr. Gerhard Zscherpe
Jürgen HennebergerJürgen Henneberger
Georg Pfeil ; j :Georg Pfeil; j:
Achim BergerAchim Berger
Hans-Jürgen . L^ebs eher..:.Hans-Jürgen. L ebs rather ..:.
Titel der Erfindung '-.' : ' ' ; Title of the invention '-.' : '';
Verfahren zur Strukturierung von DickschichtIeiterbahnen mittels der Laserstrahlbearbeitung .Process for structuring thick-film printed conductors by means of laser beam processing.
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektroniktechnologie* Ihre Anwendung ist dort möglich und zweckmc4ßig, wo Dickschichtleiterbahnen mit geringen Stegbreiten und geringen Abständen.zueinander strukturiert werden sollen.The invention relates to the field of electronic technology. Its application is possible and expedient where thick-film conductors with small web widths and small spacings are to be structured relative to one another.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solutions
Es ist bekannt, Dickschichtleiterbahneh über Siebdruckprozesse aufzubringen, wobei Leiterbahnbreiten und Leiterbahnabstände von 200 ,um realisiert werden. Bekannt ist auch ein quasilit högräfisches Verfahren, v/o mit Hilfe des Aufdruckes vonIt is known to apply thick film conductors via screen printing processes, whereby conductor widths and conductor spacing of 200 μm are realized. Also known is a quasi-liturgical process, v / o with the help of the imprint of
' · :': :/ ; " '' ·;" ' " ,"" ' ' · ' -Ζ 2 - :· ' · '-V'':::: /; "'''';'''','''' · '-Ζ 2 - : ·' · '-V'
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''i'odel" - Pasten leiterbahnabstände von 80.' /Um und Leiter-.· bahnbreiten von 50 /um erreicht werden.- Der Widerstand, der Leiterbahnen ist hier allerdings mit 10 bis 15 ml2 /θ für bestimmte Anwendungen zu hoch. Ein Druck mit lietallmasken, dex auch bekannt ist, führt aber auch nur zu Leiterbahnbreiten von 100 yum und zu Leiterbahnabständen von 150 /um. Ebenfalls ist allgemein bekannt, Dick- und Dünnschichtstrukturen durch eine Laserstrahlbearbeitung zu strukturieren. . (DD-PS 93 192). Sollen aber Peinststrukturierungen (Abtragspurbreite bzw« Stegbreite kleiner 70 /um) mittels Laserstrahlen vorgenommen werden, so ergeben sich erhebliche Wachteile bzw. eine lichtrealisierbarkeit. Bei der Strukturierung, von Dickschichtleiterbahnen mit den genannten Geometrien treten bei der Laserstrahlbearbeitung Rück- und Überdampfungen des abgetragenen Materials, in:die Abtragspuren auf. Damit ergibt sich eine wesentliche Verminderung des Isolationswiderstandes zwischen den Leiterbahnen. Dadurch kann dieses Verfahren nur bei weit auseinanderliegenden Abtragspuren (mindestens 0,5 mm Abstand): angewendet werden^ da dort der Rückdampfprozeß vernächlässigbar ist.''i'odel'- Paste conductor distances of 80.' The resistance of the printed conductors is here however with 10 to 15 ml2 / θ too high for certain applications.A pressure with lietallmasken, dex is also well-known, leads however also It is also generally known to structure thick and thin film structures by means of laser beam processing (DD-PS 93 192), however, if one wishes to have stress patterns (cut-off track width or web width smaller than 70 μm) In the structuring of thick-film conductor tracks with the mentioned geometries, back and over-evaporation of the ablated material occurs in laser beam processing, in: the removal tracks the insulation resistance between the interconnects Ablative removal marks (at least 0.5 mm distance): be used ^ there the Rückdampfprozeß is negligible.
Es ist dem Fachmann allgemein bekannt, welche Schneidleistungen notwendig sind, um Leiterbahnen üblicher Geometrien und Abmessungen mit bestimmten Abtragspurbreiten zu strukturieren. Dabei geht es in erster Linie darum, einen vollständigen Abtrag des Materials in den Spuren zu erreichen.It is generally known to the person skilled in the art which cutting powers are necessary in order to pattern conductor tracks of conventional geometries and dimensions with specific removal track widths. It is primarily about achieving a complete removal of the material in the tracks.
der Erfindungthe invention
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Strukturierung von Dickschichtleiterbahnen mittels der Laserstrahlbearbeitung zu finden, das auch bei der Herstellung feinster Strukturen einen hohen Isolationswiderstand(R.so > 10 Sl ) zwischen den einzelnen Strukturen gewährleistet. .The aim of the invention is to find a method for patterning of thick film conductor tracks using the laser beam machining, which ensures even in the manufacture finest structures a high insulation resistance (R. S> Sl 10) between the individual structures. ,
' '· . . ' · ' .. - 3, - ' ' . , . , .P 932 V'' ·. , '·' .. - 3, - ''. ,. , .P 932 V
.,: : ' '. ..$ ·' ' ' · ; .'- : .. ' · ' . .,:: ''. .. $ · '' '·; .'-: .. '·'.
Darlegung des Wesens der Erfindung Explanation of the essence of the invention
Die Aufgabe der Erfindung.besteht darin, ein Verfahren zur Strukturieruhg von Dickschichtleiterbahnen mittels der Laserstrahlbearbeitung zu schaffen, das eine 3?einststrukturierung mit geringem Aufwand ermöglicht, ohne daß Rück- und Überdampfüngen des abgetragenen Materials in die Bearbeitungsspuren sichnachteilig bemerkbar machen. Erfindungsgemäß erfolgt zur Peinststrukturierung zunächst eine erste Laserstrahlbearbeitung des auf ein Substrat aufgebrachten Leiterbahnmaterials mit einer in einem äußerst engen Toleranzbereich um. 85 % der praktisch notwendigen Schneidleistung liegenden Schneidleistung des Strahles. Es schließt sich daran eine zweite Iaserstrahlbearbeitung an, derart, daß ein Laserstrahl erzeugt wird, der eine zur praktisch notwendigen Schneidleistung eine auf 40 bis 50 % verminderte Schneidleistung aufweist. Mit diesem laserstrahl wird maximal 70 % des Abstandes der materialabtragenden Grenzen in der LaserenergieVerteilungskurve der ersten Laserstrahlbearbeitung getroffen, so daß eine um 30 % verminderte Abtragspurbreite erreicht wird. Innerhalb des Verfahrens ^werden die bearbeiteten Substrate einer definierten ultraschalleinwirkung ausgesetzt. In Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die zweite Läserstrahlbearbeitung aus mehreren Bearbeitungszyklen besteht, wobei die Schneidleistungen von Zyklus zu Zyklus gleich bleiben oder definiert vermindert werden* Die Erfindung wird weiterhin dahin ausgestaltet, daß die Ultraschalleinwirkung während oder nach der zweiten Lasers tr ahlbe arbeitung erfolgt. Ss ist zweckmäßig, daß die Ultraschalleinwirkung nach der zweiten Laserstrahlbearbeitung in Anwesenheit eines Lösungsmittels erfolgt, wobei nach der Erfindung insbesondere Methylenchlorid verwendet wird..;....: Es ist weiterhin zweckmäßig, das zu strukturierende Leiterbahnmaterial ganzflächig aufzubringen. Auch das Siebdrucken hat sich als sinnvoll Ausgestaltung der Erfindung ergeben, , wobei grobstrukturierte Leiterbahngeometrien aufgebrachtThe object of the invention is to provide a method for structuring thick-film conductor tracks by means of laser beam machining, which enables a 3-time structuring with little effort, without the back and overdamping of the removed material into the machining tracks being disadvantageous. According to the invention, a first laser beam machining of the printed conductor material applied to a substrate takes place firstly with an in a very narrow tolerance range for the fine structuring. 85 % of the practically necessary cutting power lying cutting power of the beam. It is followed by a second Iaserstrahlbearbeitung, such that a laser beam is generated, which has a cutting power practically necessary to a 40 to 50 % reduced cutting performance. With this laser beam, a maximum of 70 % of the distance of the material-removing boundaries in the laser energy distribution curve of the first laser beam machining is met, so that a 30 % reduced Abtragspurbreite is achieved. Within the process, the processed substrates are subjected to a defined ultrasound effect. In an embodiment of the invention, it is expedient that the second Läserstrahlbearbeitung consists of several cycles, the cutting performance from cycle to cycle remain the same or defined reduced * The invention is further designed so that the Ultraschallalleinwirkung during or after the second laser tr ahlbe processing he follows. It is expedient that the ultrasound action after the second laser beam machining takes place in the presence of a solvent, in which case methylene chloride is used in particular according to the invention.; ....: It is furthermore expedient to apply the entire strip material to be patterned. Screen printing has also proved to be a useful embodiment of the invention, with coarse-structured conductor track geometries being applied
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werden. Beim Siebdrucken hat es sich als besonders effektiv erwiesen, wenn das Leiterbahnmaterial dort, wo es entfernt werden soll, mit geringerer Dicke gedruckt wird. Es war überraschend, daß bei der Laserstrahlbearbeitung mit zweimal verminderter Schneidleistung eine Peijiststrukturierung von Leiterbahnen aus Dickschichtmaterial möglich wird, wobei die nachteiligen Auswirkungen von Rück- und Überdampfpro-, _ zessen vermieden werden« '.': . · ·.. . 'become. In screen printing, it has proven to be particularly effective if the printed circuit material is printed at a lower thickness where it is to be removed. It was surprising that when the laser beam machining with reduced cutting performance twice a Peijiststrukturierung of traces of thick film material is possible, the adverse effects of back and Überdampfpro-, _ be avoided processes''.'. · · ... '
Ausfuhrungsbeispie1 . . ,Ausfu hrungsbei spie1. , .
Die Erfindung soll nachstehend an einem ,Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an embodiment.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand der Herstellung von feinststrukturierten Spulen, die auf Keramikträgern deponiert werden, beschrieben v/erden.The process according to the invention will be described on the basis of the production of finely structured coils which are deposited on ceramic carriers.
Die Spulenstrukturen, die z.B. aus Gold bestehen, werden entweder aus einer ganzflächig aufgebrachten Goldschicht strukturiert oder mittels Siebdruck grobstrukturiert aufgebracht und dann gemäß der Erfindung feinststrukturiert. Aus ökonomischen Gründen erweist es sich als besonders günstig, wenn das Leiterbahnmaterial mit einem bestimmten Profil aufgedruckt wird j wobei die Dicke des aufgedruckten Leiterbahnmaterials dort geringer ist, wo das Material entfernt werden soll. ' . . . '.' .· ' - '. ; ... Die eigentliche Peinststrukturierung, d.h. die Herstellung feinster Spulenstrukturen mit Stegbreiten kleiner 70,Um und Leiterbahnabständen im gleichen Bereich erfolgt nun nach der Erfindung derart, daß zunächst eine erste Laserstrahlbearbeitung durchgeführt wird. Die Sehneidleistung des Strahles beträgt in einem äußerst engen Toleranzbereich um 85 % der praktisch notwendigen Schneidleistung für Leiterbahn-Durcntrennungen. Dabei werden die Ränder der Bearbeitungsspur aufgeschmolzen, aber schon weitgehend Rück- und ' tJberdampfungen vermieden. Es gilt nun diese in der Bearbei-.. tungsspur verbliebenen Materialteilchen zu entfernen. Dazu wird zunächst ein Laserstrahl erzeugt,, der eine auf 40. bisThe coil structures, e.g. consist of gold, are either structured from a gold layer applied over the entire surface or coarse structured by screen printing and then finely textured according to the invention. For economic reasons, it proves to be particularly advantageous if the conductor material is printed with a certain profile j wherein the thickness of the printed conductor material is lower there, where the material is to be removed. '. , , '.' · '-'. ; ... the actual penalty structuring, i. The production of finest coil structures with ridge widths less than 70, Um and trace distances in the same area is now carried out according to the invention such that first a first laser beam machining is performed. The optical power of the beam is within a very narrow tolerance range of 85% of the practically necessary cutting performance for printed conductor Durcntrennungen. The edges of the processing track are melted, but already largely avoided return and 'tuberdungen. It is now necessary to remove these remaining in the processing track trace material particles. For this purpose, a laser beam is first generated, the one on 40th to
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50 % zur praktisch notwendigen Schneidleistung verminderte Sehneidleistung aufweist. Mit diesem Laserstrahl wird maximal 70 % des Abstandes der materialabtragenden Grenzen in der Laserenergieverteiiungskurve der ersten Laserstrahlbearbeitung getroffen, so daß eine um 30 % verminderte Abtragspurbreite erreicht wird.50 % to the practically necessary cutting performance reduced Sehneidleistung has. A maximum of 70 % of the distance of the material-removing boundaries in the laser energy distribution curve of the first laser beam machining is hit with this laser beam, so that a cut-off track width reduced by 30 % is achieved.
Dadurch gelingt es, erneute Bearbeitungsspurrandaufschmel-2ungen zu vermeiden und die sich noch in der Spur befindlichen Materialteilchen zu lockern bzw. zu entfernen. In der folgenden Tabelle werden die Parameter der einzelnen Laserstrahlbearbeitungen gegenübergestellt:This makes it possible to avoid re Bearbeitungssspurrandaufschmel-2ungen and loosen or to remove the material particles still in the track. The following table compares the parameters of the individual laser beam machining:
Trimmgeschwindigkeittrim speed
ImpulsfolgefrequenzPulse repetition rate
-1 1 -1 1
Laserlei stungLaser power
Schnittcut
lei-managerial
stungstung
normale .. . S chnit t führung 16normal ... Leadership 16
1. Laserstrahlbearbeitung 201. Laser beam machining 20
2. Ijaserstrahlbearbeitung 322. Ijaser jet machining 32
4 64 6
1,91.9
100;100;
1,9 40 .:;..5P1,9 40.:; .. 5P
Das restliche, relativ lockere in der Bearbeitungsspur verbliebene Leiterbahnmaterial, hier z.B. Gold, wird durch Ultraschalleinwirkung abgesprengt und geeignet beseitigt. Die Ultraschalleinwirkung erfolgt während der zweiten Laserstrahlbearbeitung oder nach dieser Bearbeitung. Besonders gute Ablösungseffekte sind zu erreichen, wenn die Ultraschallbehand-: lung nach der zweiten Laserstrahlbearbeitung in einem Lösungsmittelbad, insbesondere in einem Methylenchloridbad, duiOhgeführt wird* Folgende Parameter des Ultraschallbades werden bevorzugt angewendet:The remaining, relatively loose trace material remaining in the processing track, here e.g. Gold, is blasted off by ultrasound and appropriately eliminated. The ultrasonic effect takes place during the second laser beam processing or after this processing. Particularly good peeling effects can be achieved if the ultrasonic treatment is carried out after the second laser beam machining in a solvent bath, in particular in a methylene chloride bath. The following parameters of the ultrasonic bath are preferably used:
P 932P 932
US- HF-Leistung:· 75 W . .US RF power: · 75 W ,
Frequenz f: 40 kHz : Frequency f: 40 kHz :
y/aschz.eit ΐ; . . 1 min. < t <. 5 miny / aschz.eit ΐ; , , 1 min. <t <. 5 min
IJach diesem Vorgang sind feinststrukturierte Leiterbahnstrufctur.en, insbesondere Spulen, hergestellt, worden, wobei Isolationswiderstände zwischen den einzelnen Leiterbahnen größer 1,6 . 10 Ii erreicht werden. Zur "Verstärkung des Effektes der zweiten; Laserstrahlbearbeitung wird diese mehrmals wiederholt. Dabei wird ein Laserstrahl gleicher Schneidleistung oder von Zyklus zu Zyklus verminderter Schneidleistung verwendet, .After this process, finely structured printed circuit traces, in particular coils, have been produced, insulation resistances between the individual printed conductors being greater than 1.6. 10 li can be achieved. In order to "amplify the effect of the second laser beam processing, it is repeated several times using a laser beam of the same cutting power or reduced cutting power from cycle to cycle.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Peinststrukturierung von DickschichtIeiterbahnen mit Abmessungen, wie sie in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen .-.genannt wurden, ermöglicht. Die Anzahl der notwendigen Siebdrucke und die Anzahl der 'Einbrennprozesse kann dadurch beträchtlich verringert werden. Durch die Miniaturisierung der Strukturen wird Leiterbahnmaterial eingespart. .. . . Zur Untersetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Richtung der Verbesserung des Isolationswiderstandes kann über die Abtragspur oder über die gesamte Struktur eine Isolationspaste gedruckt wenden. :. -. ' ' .- . The method according to the invention makes possible a fine structuring of thick-layer printed circuit boards with dimensions, as mentioned in the characteristics of the known technical solutions. The number of screen prints required and the number of burn-in processes can thereby be considerably reduced. Due to the miniaturization of the structures, conductor material is saved. ... , To reduce the method according to the invention in the direction of improving the insulation resistance, an insulation paste can be printed via the removal track or over the entire structure. :. -. '' .-.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD24777183A DD213556A1 (en) | 1983-02-08 | 1983-02-08 | METHOD FOR STRUCTURING THICKNESS LAYER STRIPS BY MEANS OF LASER BEAM MACHINING |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD24777183A DD213556A1 (en) | 1983-02-08 | 1983-02-08 | METHOD FOR STRUCTURING THICKNESS LAYER STRIPS BY MEANS OF LASER BEAM MACHINING |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DD213556A1 true DD213556A1 (en) | 1984-09-12 |
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ID=5544821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DD24777183A DD213556A1 (en) | 1983-02-08 | 1983-02-08 | METHOD FOR STRUCTURING THICKNESS LAYER STRIPS BY MEANS OF LASER BEAM MACHINING |
Country Status (1)
Country | Link |
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DD (1) | DD213556A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4017698A1 (en) * | 1990-06-01 | 1991-12-05 | Bosch Gmbh Robert | Sensor mfr. using thick film technique - to bond sensor and circuit substrates before sepn. into individual sensors |
WO2003037049A1 (en) * | 2001-10-22 | 2003-05-01 | Invint Limited | Circuit formation by laser ablation of ink |
-
1983
- 1983-02-08 DD DD24777183A patent/DD213556A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4017698A1 (en) * | 1990-06-01 | 1991-12-05 | Bosch Gmbh Robert | Sensor mfr. using thick film technique - to bond sensor and circuit substrates before sepn. into individual sensors |
WO2003037049A1 (en) * | 2001-10-22 | 2003-05-01 | Invint Limited | Circuit formation by laser ablation of ink |
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