DE10011455B4

DE10011455B4 - Verfahren zum Aufbringen von metallischen Leiterbahnen als Elektroden auf eine Kanalplatte aus Glas für großflächige Flachbildschirme

Info

Publication number: DE10011455B4
Application number: DE10011455A
Authority: DE
Inventors: Marten Dr. Walther; Andreas Weber; Tobias KÄLBER; Burkhart Danielzik; Dirk Dr. Schlatterbeck
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2020-03-11
Also published as: DE10011455A1; WO2001069640A2; WO2001069640A3; AU8147101A

Abstract

Verfahren zum Aufbringen von metallischen Leiterbahnen auf eine Kanalplatte aus Glas für großflächige Flachbildschirme, die eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden, durch Stege abgetrennten und mit Leiterbahnen als Elektroden versehenen Kanälen aufweist, mit den Schritten:
– Aufrauhen der Kanalplatte zumindest in den zu beschichtenden Elektrodenbereichen der Kanäle durch eine Kombination von mechanischer und chemischer Vorbehandlung in Verbindung mit dem Einsatz eines benetzungsfördernden Mittels,
– Abscheiden der metallischen Leiterbahnen selektiv nur in den Elektrodenbereichen der Kanäle mittels außenstromloser und/oder galvanischer Abscheideverfahren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen von metallischen Leiterbahnen auf eine Kanalplatte aus Glas für großflächige Flachbildschirme, die eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden, durch Stege abgetrennten und mit den Leiterbahnen als Elektroden versehenen Kanälen aufweist.
Moderne großflächige Flachbildschirme, sogenannte Plasmadisplay-Panels (PDPs) und Plasmaadressierte Flüssigkeitdisplays (PALCs) benötigen für ihre Funktion eine sogenannte Kanalplatte aus Glas, auf der mittels Stegen, auch Barrieren oder Separatoren genannt, Kanäle ausgebildet sind, und auf der sich eine definierte Anzahl von vertikal (bei PDP) oder horizontal (bei PALC) verlaufenden Leiterbahnen als Elektroden befinden. Diese Elektroden sind zwischen den rippenförmigen Stegen, die ihrerseits erst nach der Formierung der Elektroden aufgebaut werden oder bereits vorher auf dem Glassubstrat ausgeformt worden sind, aufgebracht. Die 1 zeigt eine typische Ausführungsform einer derartigen Kanalplatte.
Der Aufbau der modernen Flachbildschirme, insbesondere der Kanalplatte, wird im einschlägigen Schrifttum umfassend beschrieben.
Das Aufbringen dieser Elektroden ist nicht zuletzt wegen der Mikrostrukturierung der Kanalplatte – der Abstand zwischen den rippenförmigen Stegen, d.h. die Kanalbreite, auch Pitch genannt, liegt im Bereich von 100 bis 600 μm – nicht unproblematisch.

Die JP 08 273 434 A beschreibt ein Verfahren, bei der durch das strukturierte Aufbringen von metallartigen Pasten mittels Siebdruck oder anderer Druckverfahren die Elektroden auf der Kanalplatte ausgebildet werden. Die prinzipiellen Nachteile dieses bekannten Verfahrens liegen in der mangelnden Auflösung der verfügbaren Druckverfahren und im hohen Preis der metallhaltigen Druckpasten, der einer wirtschaftlichen Herstellung der großflächigen Flachbildschirme im Wege steht. Ferner eignet sich dieses Verfahren nur für die Aufbringung von Elektroden auf ebenen Glassubstraten, auf denen sich noch keine Stege befinden.

In der US 4,359,663 wird ein Verfahren zum Aufbringen der Elektroden in den Kanälen durch Sputtern des gewünschten Elektrodenmaterials auf das Glassubstrat beschrieben. Der wesentliche Nachteil dieses Sputterverfahrens sind die hohen Produktionskosten aufgrund hoher Anlageinvestitionen und der relativ geringe Substratdurchsatz.

Auch auf anderen technischen Gebieten, z.B. bei der Herstellung von Kontaktbahnen auf flächigen elektronischen Bauteilen, wie LCD-Zellen, von Leiterbahnen bei mikrominiaturisierten Schaltkreisen oder dergleicher, ist es bekannt, strukturierte Metallisierungen auf einem Substrat aufzubringen.

So zeigt die DE 43 30 961 C1 ein Verfahren, bei dem eine homogene Metallschicht flächig auf einem Träger aufgebracht wird, der seinerseits über das zu metallisierende Substrat gebracht und dann mit einem Laserstrahl entsprechend der aufzubringenden Struktur bestrahlt wird. Dieser Laserstrahl bewirkt eine gezielte Verdampfung des Metalles mit nachfolgender Kondensation auf der Substratoberfläche, die damit selektiv bekeimt ist. Danach wird eine Metallisierung der bekeimten Bereiche in einem chemisch-reduktiven Bad vorgenommen. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht zum Aufbringen von Elektroden für PDPs oder PALCs, da für diese Anwendungen große Flächen mit Diagonalen von 42 Zoll und mehr metallisiert werden müssen. Das genannte Verfahren setzt auch Laser zur Strukturierung ein, mit denen keine großflächigen Substrate wirtschaftlich bearbeitet werden können.

Die WO 95/29573 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bildung metallischer Leitungsmuster bei elektronischen Schaltkreisen, bei dem auf einen isolierenden Träger eine Metallisierung aufgebracht wird, die anschließend in einem Elektrotauchbad mit einer Schutzschicht versehen wird. Mittels einer Laserstrahlung und eines nachfolgenden Ätzvorganges wird die Schutzschicht und die darunterliegende Metallisierung selektiv unter Belassung des gewünschten Leitungsmusters entfernt. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht zur Herstellung von PDP- oder PALC-Kanalplatten, da die Flanken der Barriererippen nicht ohne weiteres mit dem Laser belichtet werden können und somit die beschriebene, notwendige selektive Entfernung der Schutzschicht nicht durchgeführt werden könnte. Für die Herstellung von PDP- oder PALC-Kanalplatten ist jedoch die vollständige Entfernung jeglicher Metalle an den Flanken der rippenartigen Stege notwendig. Außerdem ist, wie bereits angemerkt, durch die Notwendigkeit der Benutzung eines Lasers mit diesem Verfahren eine wirtschaftliche Bearbeitung großflächiger Substrate nicht möglich.

In der EP 0 534 576 B1 wird ein Verfahren zum Aufbringen von Leiterbahnen auf Glassubstraten für elektronische Schaltkreise beschrieben, bei dem in dem Strahlengang eines Excimerlasers eine Maske mit dem Negativ der aufzubringenden Leiterbahnstruktur gebracht wird. Die aus der Maske austretende Laserstrahlung wird auf eine plane Quarzglasscheibe gerichtet, deren Rückseite mit einem reduktiven Kupferbad, auch "chemisch Kupfer" genannt, in Kontakt ist, wodurch laserinduziert dünne Kupferbahnen entsprechend der gewünschten Struktur abgeschieden werden. Da auch bei diesem Verfahren ein, zudem spezieller, Laser eingesetzt werden muß, eignet es sich nicht für großflächige Glassubstrate und zudem muß teures Quarzglas eingesetzt werden, da nur dieses Glas für das Licht des notwendigen Excimerlasers durchlässig ist und die rückwärtige Kupferabscheidung ermöglicht.

Die JP 08-222 128 A beschreibt wiederum ein einschlägiges Verfahren zum Aufbringen von Elektroden auf einem flachen Glassubstrat für einen Display Panel.

Von dieser Schrift geht die Erfindung aus.

Im bekannten Fall erfolgt eine Abscheidung der Elektroden mittels außenstromloser und galvanischer Verfahren, wobei die Metallisierung unselektiv auf der gesamten Fläche des Displays abgeschieden wird. Bei typischen Flächenanteilen der Elektrode von 5–20% der Displayfläche muß bei ganzflächiger Abscheidung die gesamte restliche Fläche von 95–80% der Displayfläche zur Strukturierung der Elektroden freigeätzt werden. Damit nutzt dieses Verfahren den Metallanteil der verwendeten Galvanikbäder nur unzureichend aus. Es entstehen metallhaltige oder schwermetallhaltige Abfälle, die unter hohem Kostenaufwand entsorgt werden müssen. Zusätzlich wird in dieser Schrift nur eine einzige transparente leitfähige Schicht (ITO) als Basis erwähnt. Diese Schicht kann jedoch nur mittels Vakuumverfahren (Sputtern oder Verdampfen) aufgebracht werden, so daß die beschriebenen Vorteile der Metallisierung aus der flüssigen Phase teilweise entfallen.

Ferner betrifft dieses JP-Dokument keine Kanalplatte für großflächige TV Flachbildschirme im eingangs berzeichneten Sinne. Diese Kanalplatten weisen, wie die vorgenannten Ausführungen zeigen, eine Mikrostruktur in Form von Stegen und Kanälen auf, mit einer Kanaibreite im Bereich von 0,1–0,5 mm. Die Elektroden sind dabei selektiv in den Kanälen, d.h. zwischen den "hochstehenden" Rippen, aufzubringen. Es ist verständlich, daß es einen deutlichen technischen Unterschied macht, ob ein flaches Glassubstrat wie im Fall des vorgenannten JP-Dokumentes oder eine großflächige dreidimensional mikrostrukturierte Kanalplatte mit winzigen Kanalbreiten selektiv mit Elektroden versehen werden soll.

Die Druckschrift EP 0 083 458 B1 beschreibt ein vergleichbares Verfahren zum Aufbringen von Leiterbahnen auf ein übliches Display. Auf das Glassubstrat wird zunächst ganzflächig, wie im Fall des vorgenannten JP-Dokumentes, eine transparente ITO-Elektrode aufgebracht, in der durch selektives Ätzen ein Leitungsmuster herausgearbeitet wird, auf das dann außenstromlos bzw. galvanisch eine Nickelschicht selektiv aufgebracht wird. Durch das Wegätzen der nicht benötigten Teile der ITO-Schicht entstehen die gleichen Nachteile wie beim vorgenannten JP-Dokument beschrieben.

Ein weiteres Problem bei dem Aufbringen der Elektroden besteht darin, daß die aus der flüssigen Phase abgeschiedene Elektrodenschicht gut auf dem Glassubstrat haften muß. Das Beschichten von Glassubstraten mit metallischen Leiterbahnen stellt jedoch eine besondere Problematik dar, da "naturgemäß" auf der sehr glatten Glasoberfläche die Haftung von Metall sehr gering ist. Im Fall der vorgenannten JP-Druckschrift wird daher auf das flache Glassubstrat zunächst eine Silikat-Schicht aufgebracht, die dann vor dem Aufbringen der ITO-Schicht durch eine starke alkalische Lösung aufgerauht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem bezeichneten Verfahren dieses so zu führen, daß es verfahrensmäßig kostengünstiger unter Verringerung des Verbrauches an abzuscheidenden Metallen, unter Wegfall von zusätzlichen Verfahrensschritten zum Wegätzen von Metallen und dadurch bedingten Sonderabfällen und ohne den Einsatz kostenintensiver Vakuumverfahren durchzuführen ist und ohne weitere Zwischenschichten zu gut haftenden Flektrodenbahnen führt.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zum Aufbringen von metallischen Leiterbahnen auf eine Kanalplatte aus Glas für großflächige Flachbildschirme, die eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden, durch Stege abgetrennten und mit den Leiterbahnen als Elektroden versehenen Kanälen aufweist, mit den Schritten:

– Aufrauhen der Kanalplatte zumindest in den zu beschichtenden Elektrodenbereichen der Kanäle durch eine Kombination von mechanischer und chemischer Vorbehandlung in Verbindung mit dem Einsatz eines benetzungsfördernden Mittels,
– Abscheiden der metallischen Leiterbahnen selektiv nur in den Elektrodenbereichen der Kanäle mittels außenstromloser und/oder galvanischer Abscheideverfahren.

Im Fall der Erfindung wird das Glassubstrat, die Kanalplatte, direkt durch eine mechanische bzw. chemische Vorbehandlung in Verbindung mit dem Einsatz eines benetzungsfördernden Mittels für die abzuscheidende Elektrodenschicht haftfähiger gemacht. Es ist daher mit Vorteil das Aufbringen einer ganzflächigen Silikat-Zwischenschicht nicht notwendig. Dazu sieht die Erfindung eine Aufrauhung des Glassubstrates in den Elektrodenbereichen durch eine geeignete Kombination von mechanischer und chemischer Vorbehandlung in Verbindung mit einem benetzungsfördernden Mittel vor.

Überraschenderweise kann durch eine zusätzliche aufrauhende chemische Vorbehandlung zur mechanischen Vorbehandlung, wie Schleifen oder Sandstrahlen, typischerweise in Form von Ätzbädern, später eine bessere Verzahnung der Metallschicht mit dem Glassubstrat stattfinden. Denn üblicherweise tritt durch solche Glasätzbäder eine Glättung ein. Ausschlaggebend ist hierbei, daß die Ätzdauer so kurz und die Konzentration sowie die Temperatur des Ätzbades so niedrig gewählt werden, daß keine Glättung des behandelten Bereiches eintritt. Im Fall der Flußsäure als Ätzmittel liegt die Korzentration der Flußsäure im Bereich von 0,5–1 Volumprozent die Badtemperatur im Bereich von 15°–80° C, vorzugsweise zwischen 20° und 40° C, und die Ätzdauer im Bereich von 0,5–15 min, vorzugsweise zwischen 1 und 5 min.

Die besondere Vorbehandlung des Aufrauhens hat den Vorteil, daß eine gute/ausreichende Haftung der stromlos bzw. galvanisch abgeschiedenen Metallelektroden erzielbar ist, da

– eine alleinige mechanische Aufrauhung meist nicht ausreicht
– eine alleinige chemische Aufrauhung bei den eingesetzten Gesamt schichtdicken von wenigen Mikrometern nicht ausreicht
– Standardprozeduren zur Vorbehandlung aus der Leiterplattenindustrie für Glassubstrate nicht einsetzbar sind
– die selektiv metallisierten Glassubstrate im weiteren Bearbeitungsprozeß hohen Temperaturen (300–500 ° C) ausgesetzt sind und daher extreme Anforderungen an die Schichthaftung gestellt sind.

Der Einsatz eines benetzungsfördernden Mittels sorgt dabei dafür, daß sich die Metallschicht optimal mit dem rauhen Untergrund verzahnt und gewährleistet so eine gute Haftung.

Die chemische Aufrauhung kann sowohl ganzflächig als auch nur selektiv an den künftigen Elektrodenflächen, erfolgen.

Eine vorteilhafte Verfahrensführung ist gegeben, wenn das Ätzbad der chemischen Aufrauhung eine Ammoniumhydrogenfluorid-Lösung oder eine Flußsäure-Lösung enthält.

Besondere Vorteile hinsichtlich des Haftvermögens werden erzielt, wenn der Einsatz des benetzungsfördernden Mittels vor oder während der chemischen Vorbehandlung und/oder vor bzw. während einer Aktivierung der behandelten Bereiche durch Bekeimung erfolgt.

Bei dem vorliegenden Verfahren werden nach der erfindungsgemäßen vorbeschriebenen Aufrauhung mittels kombinierter Maßnahmen selektive außenstromlose Metallabscheidungen und galvanische (strombehaftete) Metallabscheidungen, d.h. selektive Abscheidungen aus der flüssigen Phase, eingesetzt. Diese Verfahren sind im Vergleich zu Vakuumprozessen (z.B. Sputtern oder Bedampfen) sehr kostengünstig, da nur niedrige Investitionskosten notwendig und hohe Substratdurchsätze möglich sind. Zudem sind die Bedingungen an die Reinraumklasse deutlich relaxiert gegenüber Hochvakuumtechnologien. Erreicht werden diese Vorteile im vorgenannten Verfahren insbesondere dadurch, daß keine ganzflächigen Metallisierungen, wie im Fall des vorgenannten JP 08 222 128 A vorgenommen werden, sondern die Elektronenbahnen selektiv auf dem Glassubstrat aufgebaut werden. Hierdurch wird der Verbrauch an Metallen um einen Faktor von mindestens 10 gesenkt. Ferner sind keine nachfolgenden Ätzschritte mehr notwendig, wie dies beim oben genannten Verfahren nach der japanischen Druckschrift der Fall ist. Neben dem Wegfall dieser Prozeßschritte entstehen beim vorliegenden Verfahren dadurch keine metallhaltigen oder schwermetallhaltigen Abfälle, die unter hohem Kostenaufwand entsorgt werden müßten.

Derartige Verfahren mit den Schritten:

– Aufrauhen der Kanalplatte zumindest in den zu beschichtenden Elektrodenbereichen der Kanäle durch eine Kombination von mechanischer und chemischer Vorbehandlung, und
– Abscheiden der metallischen Leiterbahnen selektiv nur in den Elektrodenbereichen der Kanäle mittels außenstromloser und/oder galvanischer Abscheideverfahren

sind bereits Gegenstand der in der DE 198 41 900 A1 nachveröffentlichten älteren deutschen Patentanmeldung.

Die DE 44 38 799 A1 beschreibt ebenfalls die selektive metallische Beschichtung einer ABS-Platte, wie sie beispielsweise in Form der Telefonkarten oder der Geldautomatenkarten bekannt ist. Sie enthält jedoch keine Hinweise auf die Beschichtung von Glassubstraten und insbesondere keine Hinweise in Richtung der selektiven Beschichtung von mikrostrukturierten Glas-Kanalplatten.

Für den Aufbau der Leiterbahnen nach erfolgter Aufrauhung des Glassubstrates sind eine Reihe von Wegen möglich. Besondere Vorteile werden erzielt, wenn zunächst außenstromlos eine dünne Leiterbahn aufgebracht wird, welche dann anschließend durch eine galvanische oder chemische Abscheidung verstärkt wird. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß zunächst eine dünne, ganzflächige, leitfähige Schicht als Startschicht abgeschieden wird, welche danach selektiv abgedeckt und dann selektiv an den vorgesehenen Flächen der Elektroden galvanisch und/oder stromlos verstärkt wird, und bei der abschließend die dünne, ganzflächige Startschicht außerhalb der Elektrodenbereiche wieder entfernt wird. Vorzugsweise erfolgt dabei die selektive Verstärkung der Elektrodenbereiche mittels einer selbstjustierenden Maske.

Das Verfahren kann alternativ so geführt werden, indem zunächst eine dünne, ganzflächige, leitfähige Schicht als Startschicht abgeschieden wird, die danach photolithographisch strukturiert und anschließend galvanisch und/oder stromlos verstärkt wird.

Als leitfähige Startschicht kann entweder ein Metall oder ein leitfähiges Oxid mit einer Maximalschichtdicke von 500 nm, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von maximal 200 nm aufgebracht werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens zum Aufbringen von metallischen Leiterbahnen als Adressierelektroden auf eine Kanalplatte läßt sich erzielen, wenn zur Vorbereitung des selektiven Aufbaues der Leiterbahnen zunächst die Kanalplatte mittels Photolithographie unter Verwendung eines die gesamte Kanalplatte bedeckenden Photolackes und einer Positiv-Maske entsprechend der Leiterbahnstruktur strukturiert wird, anschließend die photolithographisch vorgegebenen freien Bahnen mit Palladiumkeimen belegt werden, danach der Photolack auf den anderen Bereichen gestrippt und abschließend auf den bekeimten Bahnen die metallischen Leiterbahnen aus der flüssigen Phase abgeschieden und mit mindestens einer Schutzschicht versehen werden. Dieses Verfahren gewährleistet festhaftende Leiterbahnen unter Aufwendung einer verhältnismäßig geringen Menge von Metall.

Alternativ dazu läßt sich das Verfahren in vorteilhafter Weise derart führen, daß zur Vorbereitung des selektiven Aufbaues der Leiterbahnen Palladiumkeime selektiv entsprechend der Leiterbahnstruktur aufgebracht und abschließend auf den bekeimten Bahnen die metallischen Leiterbahnen aus der flüssigen Phase abgeschieden und mit mindestens einer Schutzschicht versehen werden.

Für das selektive Aufbringen der Palladiumkeime sind mehrere Möglichkeiten denkbar. So ist es gemäß einer Ausgestaltung möglich, daß das selektive Aufbringen der Palladiumkeime mit der Tintenstrahltechnologie erfolgt. Alternativ dazu kann das selektive Aufbringen der Palladiumkeime durch Ätzen oder Sandstrahlen der Kanalplatte über eine mechanische oder photolithographisch strukturierte Maske mit Öffnungen entsprechend der Leiterbahnstruktur unter Aufrauhung der nicht abgedeckten Bahnbereiche für eine selektive Bekeimung aus einem Palladiumbad erfolgen.

Eine weitere Möglichkeit das Verfahren durch zuführen besteht darin, daß zum Vorbereiten des selektiven Aufbringens der Leiterbahnen zunächst die gesamte Kanalplatte mit Palladiumkeimen belegt wird, abschließend mittels Photolithographie unter Verwendung eines die gesamte Kanalplatte bedeckenden Photolackes und einer Maske die Bahnen für die Elektrodenstruktur durch selektive Abscheidung von Metallen in den Bahnen erzeugt werden, danach der Photolack mit den darunterliegenden Palladiumkeimen in den anderen Bereichen gestrippt und anschließend die abgeschiedenen Leiterbahnen mit mindestens einer Schutzschicht versehen werden. Die flächige Palladiumkeimung stellt keine durchgängige Metallschicht dar, sondern ist nur eine verteilte Einbringung von vereinzelten Keimen. Dadurch wird allenfalls eine sehr dünne ganzflächige Startschicht benötigt, die dann selektiv verstärkt werden kann, wie im vorstehenden beschrieben.

Unter dem Begriff "photolithographisch Strukturieren" sollen verstanden werden die Schritte: Belacken mit Photolack, Belichten, Entwickeln, Ätzen des Untergrundes an den freigelegten Stellen und anschließendes Strippen des Photolackes (bzw. artverwandte Verfahren wie lift-off).

Falls Reaktionen mit dem Glas vermieden werden sollen, ist es zweckmäßig, unter die ganzflächige Palladiumbekeimungsschicht eine SiO₂ Diffusionssperre ganzflächig einzubringen.

Eine besonders wirtschaftliche Führung des Verfahrens läßt sich erzielen, wenn zur außenstromlosen oder galvanischen Abscheidung Metalle oder Metallegierungen verwendet werden, die sowohl die Funktion des Stromtransports als auch die Funktion des Korrosionsschutzes und eines Sputterschutzes leisten. Dabei ist es gemäß einer ersten Ausgestaltung zweckmäßig, wenn das Elektrodenmaterial aus Nickel und/oder Kupfer in Verbindung mit einem metallischen Korrosionsschutz besteht, wobei das Korrosionsschutz-Metall aus einem außenstromlos abscheidbaren korrosionsschützenden Metall, vorzugsweise Nickel; Palladium oder Gold besteht. Gemäß einer Alternative dazu ist es zweckmäßig, daß das Elektrodenmaterial aus Nickel und/oder Edelmetall in Verbindung mit einem metallischen Korrosionsschutz besteht, wobei das Edelmetall aus einem außenstromlos oder galvanisch abscheidbaren Metall, wie z.B. Palladium, Silber, Gold besteht und das Korrosionsschutzmetall aus einem außenstromlos abscheidbaren korrosionsschützenden Metall, vorzugsweise Nickel, Palladium, oder Gold besteht. Bei der außenstromlosen Abscheidung liegen dabei die Metalle in einem reduktiven Bad vor; bei einer gewünschten Abscheidung von Kupfer beispielsweise ist ein reduktives Kupferbad vorgesehen, das auch als "chemisch Kupfer" bezeichnet wird und welches ein autokatalytisches Abscheiden der Metalle ermöglicht.

Die nachfolgend beschriebenen Beispiele erläutern den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und machen auch dessen Vorteile im konkreten deutlich.
Beispiel 1 (siehe 2)
Mit einem Schleifwerkzeug werden parallele Gräben von 400 μm Breite und 200 μm Tiefe in ein planes AF 45 Glassubstrat geschliffen. Durch diese Bearbeitung ist die Glasoberfläche im Graben mechanisch aufgerauht.
Danach wird das Glassubstrat (100 × 100 × 3 mm³) einseitig mit einem Phptoresist (Photolack), z. B. (Shipley 1818) in einer Dicke von 2 μm beschichtet und über eine Maske selektiv entsprechend der gewünschten Elektrodenstruktur belichtet (Schritt 1). Nach der Entwicklung wird das Substrat für drei Minuten in eine wäßrige Ammoniumhydrogenfluoridlösung getaucht, um die Glasoberfläche chemisch leicht aufzurauhen und dadurch eine weitere verbesserte Haftung des Metalls zum Glas zu erreichen. Das Glassubstrat befindet sich derart in einem Halterungsrahmen, daß jeweils nur eine Glasseite der Flüssigkeit ausgesetzt ist. Danach wird das Glassubstrat in eine 5 %ige salzsaure Zinn(II)chloridlösung getaucht, danach 30 Sekunden mit destilliertem Wasser abgespült und dann eine Minute in eine 0,05 %ige salzsaure Palladium(II)chloridlösung getaucht, wobei die Palladiumkeimbildung einsetzt (Schritt 2). Danach wird das Glassubstrat eine Minute mit fließendem destilliertem Wasser gespült. Der Photolack wird dann durch Eintauchen in Aceton gestrippt und es verbleiben dann nur die Palladiumkeime auf dem Glas, die für den weiteren Aufbau der Elektrode benötigt werden (Schritt 3).
Das so behandelte Glas wird dann für eine Minute in ein chemisch Nickelbad (Ni-Gehalt 4,5 g/l, Hypophosphit-Gehalt 22 g/l, pH-Wert 4,5) mit einer Temperatur von 70° C getaucht, wobei sich nun selektiv Nickelbahnen mit einer Dicke von 150 nm und der photolithographisch vorgegebenen Breite abscheiden (Schritt 4). Diese Leiterbahnen werden bei 200° C getrocknet, um eine bessere Haftung zu erreichen. Das so selektiv vernickelte Glas wird nun 45 Minuten in ein chemisch Kupferbad (Cu-Gehalt 2,5 g/l, Formalinkonzentration 37 %ig 8 ml/l, pH-Wert 8,2) bei 40° C getaucht, wobei sich 2,5 μm Kupfer auf dem Nickel abscheiden (Schritt 5). Die Kupferbahnen werden nun zum Korrosionsschutz vernickelt, wobei das Substrat für 30 Sekunden in eine 5%ige salzsaure Zinn(II)chloridlösung getaucht, danach 15 Sekunden mit destilliertem Wasser gespült und danach 30 Sekunden in einen Aktivator (Pd-Gehalt 50 mg/l, pH-Wert 2) getaucht werden. Nach dem Abspülen mit destilliertem Wasser wird das Glassubstrat dann wieder 5 Minuten bei 65° C in die o. a. chemisch Nickellösung getaucht, wobei sich dann eine 1 μdicke Nickel-Phosphor-Schicht ausbildet, welche als Korrosionsschutz dient (Schritt 6).
Beispiel 2 (siehe ebenfalls 2)
Ein Glassubstrat wie im Beispiel 1 wird ebenfalls mit Palladiumkeimen selektiv versehen, mit dem Unterschied, daß die Palladiumkeime direkt mit Hilfe der Tintenstrahltechnologie strukturiert aufgebracht werden. Das so behandelte Glas wird dann für eine Minute in das bereits beschriebene chemisch Nickelbad mit einer Temperatur von 70° C getaucht, wobei sich selektiv Nickelbahnen mit einer Dicke von 150 nm und der drucktechnisch vorgegebenen Breite abscheiden (Schritt 4). Nach dem Druckprozeß werden die Schichten thermisch bei 200° C fixiert. Das so selektiv vernickelte Glas wird 45 Minuten in das bereits beschriebene Kupferbad bei 40° C getaucht, wobei sich 2,5 μm Kupfer auf dem Nickel abscheiden (Schritt 5). Die Kupferbahnen werden nun zum Korrosionsschutz vernickelt, wobei das Substrat für 30 Sekunden in eine 5%-ige salzsaure Zinn(II)chloridlösung getaucht, danach 15 Sekunden mit destilliertem Wasser gespült und danach 30 Sekunden in den im Beispiel 1 erwähnten Aktivator getaucht wird. Nach dem Abspülen mit destilliertem Wasser wird das Glassubstrat wieder fünf Minuten bei 65° C in die beschriebene chemische Nickellösung getaucht, wobei sich dann eine 1 μm dicke Nickel-Phosphor-Schicht ausbildet, welche als Korrosionsschutz dient (Schritt 6).
Beispiel 3 (siehe 3)
Ein planes D 263 Glassubstrat (100 × 100 × 3 mm³) wird durch Sandstrahlen mechanisch aufgerauht und danach für fünf Minuten in eine wässrige Ammoniumhydrogenfluoridlösung getaucht, um die Glasoberfläche weiter chemisch leicht aufzurauhen und so die Haftung des Metalls auf dem Glas zu verbessern. Das Glassubstrat befindet sich derart in einem Halterungsrahmen, daß jeweils nur eine Glasseite der Flüssigkeit ausgesetzt ist. Danach wird das Glassubstrat in eine 5 %ige salzsaure Zinn(II)chloridlösung getaucht, danach 30 Sekunden mit destilliertem Wasser abgespült und dann eine Minute in eine 0,05 %ige salzsaure Palladium(II)chloridlösung getaucht, wobei die Palladiumkeimbildung einsetzt (Schritt 1). Danach wird das Glassubstrat eine Minute mit fließendem destilliertem Wasser gespült. Anschließend wird auf der chemisch behandelten Glasseite der negative Photoresist aufgebracht (3 μm) und mit einer entsprechenden Maske strukturiert (Schritt 2). Das so behandelte Glas wird dann für eine Minute in das bereits beschriebene Nickelbad mit einer Temperatur von 60° C getaucht, wobei sich nun selektiv Nickelbahnen mit einer Dicke von 100 nm und der photolithographisch vorgegebenen Breite abscheiden (Schritt 3). Das so selektiv vernickelte Glas wird nun 45 Minuten in das ebenfalls bereits beschriebene Kupferbad bei 40° C getaucht, wobei sich 2,5 μm Kupfer auf dem Nickel abscheiden (Schritt 4). Der Photolack und die darunterliegenden Palladiumkeime werden nun durch Eintauchen in eine wäßrige alkalische Lösung (10 %ige Natronlauge), die den Komplexbildner Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) in einer Konzentration von 100 g/l enthält, gestrippt (Schritt 5). Die Kupferbahnen werden danach zum Korrosionsschutz vernickelt, wobei das Substrat für 30 Sekunden in eine 5 %ige salzsaure Zinn(II)chloridlösung getaucht, danach 15 Sekunden mit destilliertem Wasser gespült und anschließend 30 Sekunden in den erwähnten Aktivator getaucht wird. Nach dem Abspülen mit destilliertem Wasser wird das Glassubstrat dann wieder fünf Minuten in die chemische Nickellösung getaucht, wobei sich dann eine 1 μm dicke Nickel-Phosphor-Schicht ausbildet, welche als Korrosionsschutz dient (Schritt 6).
Beispiel 4 (mit 4)
Ein planes AF 45 Glassubstrat (200 × 150 × 3 mm³) wird per Siebdruck mit einem mechanisch resistenten Lack beschichtet (Schritt 1). Das derart strukturierte Glassubstrat wird nun einem Sandstrahlprozeß unterzogen, wobei Aluminiumoxidkörner eingesetzt werden (Schritt 2). Nach dem Sandstrahlen wird der Lack gestrippt, so daß sich auf dem Glassubstrat nur noch die durch das Sandstrahlen erzeugten aufgerauhten Strukturen befinden (Schritt 3). Auf diese Weise werden Gräben mit einer Tiefe von ca. 5 μm erhalten. Auf dem Kanalboden liegt die Rauhtiefe bei 0,5 μm. Das so definiert aufgerauhte Glassubstrat wird in eine 5. %ige salzsaure Zinn(II)chloridlösung getaucht, danach 30 Sekunden mit destilliertem Wasser abgespült und dann eine Minute in eine 0,05 %ige salzsaure Palladium(II)chloridlösung getaucht, wobei die Palladiumkeimbildung einsetzt (Schritt 4). Danach wird das Glassubstrat fünf Minuten lang mit destilliertem Wasser unter Zuhilfenahme eines Sprühstrahles gespült. Auf diese Weise werden die Keime von den nicht aufgerauhten Partien des Glases entfernt, während in den aufgerauhten Grabenbereichen immer noch genügend Keime haften bleiben (Schritt 5). Das so behandelte Glas wird dann für eine Minute in das beschriebene Nickelbad mit einer Temperatur von 60° C getaucht, wobei sich nun selektiv Nickelbahnen mit einer Dicke von 100 nm und der vorgegebenen Breite abscheiden (Schritt 6). Das so selektiv vernickelte Glas wird nun 45 Minuten in das erwähnte Kupferbad bei 40° C getaucht, wobei sich 2,5 μm Kupfer auf dem Nickel abscheiden (Schritt 7). Die Kupferbahnen werden nun zum Korrosionsschutz vergoldet, wobei das Substrat für 15 Minuten in ein Goldbad (Goldgehalt 3 g/l, pH-Wert 4,6) bei einer Temperatur von 85 ° C eingetaucht wird, wodurch sich dann selektiv auf dem Kupfer eine 100 nm dicke Goldschicht niederschlägt (Schritt 8).
Diese Beispiele belegen, daß es durch die Erfindung möglich ist, die Adressierelektroden auf den Kanalplatten für Flachbildschirme gut haftend, kostengünstig und damit auf wirtschaftliche Weise aufzubringen, sei es durch die Verfahren selbst und sei es durch den wesentlich geringeren Metallverbrauch infolge der selektiven Aufbringung der metallischen Leiterbahnen.
Bei allen Beispielen werden mit Vorteil zur Optimierung der Haftung benetzungsfördernde Mittel, wie beispielsweise

a) – anionische, oder - kathionische, oder - nicht ionische Tenside,
b) wasserlösliche Polymere, oder
c) Polyvinylalkohol

Claims

Verfahren zum Aufbringen von metallischen Leiterbahnen auf eine Kanalplatte aus Glas für großflächige Flachbildschirme, die eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden, durch Stege abgetrennten und mit Leiterbahnen als Elektroden versehenen Kanälen aufweist, mit den Schritten: – Aufrauhen der Kanalplatte zumindest in den zu beschichtenden Elektrodenbereichen der Kanäle durch eine Kombination von mechanischer und chemischer Vorbehandlung in Verbindung mit dem Einsatz eines benetzungsfördernden Mittels, – Abscheiden der metallischen Leiterbahnen selektiv nur in den Elektrodenbereichen der Kanäle mittels außenstromloser und/oder galvanischer Abscheideverfahren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mechanische Vorbehandlung zum Aufrauhen durch Schleifen oder Sandstrahlen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die chemische Vorbehandlung zum Aufrauhen durch Ätzen erfolgt, wobei die Ätzdauer so kurz und die Konzentration sowie die Temperatur des Ätzbades so niedrig gewählt werden, daß keine Glättung des behandelten Bereiches eintritt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Ätzbad eine Ammoniumhydrogenfluorid-Lösung oder eine Flußsäure-Lösung enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Einsatz des benetzungsfördernden Mittels vor oder während der chemischen Vorbehandlung und/oder vor bzw. während einer Aktivierung der behandelten Bereiche durch Bekeimung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Konzentration der Flußsäure im Bereich von 0,5–1 Volumprozent, die Badtemperatur im Bereich von 15°–80° C, vorzugsweise zwischen 20° und 40° C, und die Ätzdauer im Bereich von 0,5–15 min, vorzugsweise zwischen 1 und 5 min liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zunächst außenstromlos eine dünne Leiterbahn aufgebaut wird, welche dann anschließend durch eine galvanische oder chemische Abscheidung verstärkt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem zunächst eine dünne, ganzflächige, leitfähige Schicht als Startschicht abgeschieden wird, die danach selektiv abgedeckt und dann selektiv an den vorgesehenen Flächen der Elektroden galvanisch und/oder stromlos verstärkt wird, und bei der abschließend die dünne, ganzflächige Startschicht außerhalb der Elektrodenbereiche wieder entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die selektive Verstärkung der Elektrodenbereiche mittels einer selbstjustierenden Maske erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem eine dünne, ganzflächige, leitfähige Schicht als Startschicht abgeschieden wird, die danach photolithographisch strukturiert und anschließend galvanisch und/oder stromlos verstärkt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem zunächst selektiv eine dünne leitfähige Schicht als Startschicht strukturiert wird, vorzugsweise nach der Tintenstrahltechnologie und vorzugsweise unter Aufspritzen von metallhaltigen Lösungen, Suspensionen oder Pasten, welche dann anschließend galvanisch und/oder stromlos verstärkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem als leitfähige Startschicht ein Metall mit einer Maximalschichtdicke von 550 nm aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Schichtdicke maximal 200 nm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem als leitfähige Startschicht ein leitfähiges Oxid mit einer Maximalschichtdicke von 500 nm aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Schichtdicke maximal 200 nm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem zur Vorbereitung des selektiven Aufbaues der Leiterbahnen zunächst die Kanalplatte mittels Photolithographie unter Verwendung eines die gesamte Kanalplatte bedeckenden Photolackes und einer Positiv-Maske, entsprechend der Leiterbahnstruktur, strukturiert wird, anschließend die photolithographisch vorgegebenen freien Bahnen mit Palladiumkeimen belegt werden, danach der Photolack auf den anderen Bereichen gestrippt und abschließend auf den bekeimten Bahnen die metallischen Leiterbahnen aus der flüssigen Phase abgeschieden und mit mindestens einer Schutzschicht versehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem zur Vorbereitung des selektiven Aufbaues der Leiterbahnen Palladiumkeime selektiv entsprechend der Leiterbahnstruktur aufgebracht und abschließend auf den bekeimten Bahnen die metallischen Leiterbahnen aus der flüssigen Phase abgeschieden und mit mindestens einer Schutzschicht versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 1,7, bei dem das selektive Aufbringen der Palladiumkeime mit der Tintenstrahltechnologie erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das selektive Aufbringen der Palladiumkeime durch Ätzen oder Sandstrahlen der Kanalplatte über eine mechanische oder photolithographisch strukturierte Maske mit Öffnungen entsprechend den Leiterbahnstrukturen unter Aufrauhung der nicht abgedeckten Bahnbereiche für eine selektive Bekeimung aus einem Palladiumbad erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem zum Vorbereiten des selektiven Aufbringens der Leiterbahnen zunächst die gesamte Kanalplatte mit Palladiumkeimen belegt wird, anschließend mittels Photolithographie unter Verwendung eines die gesamte Kanalplatte bedeckenden Photolackes und einer Maske die Bahnen für die Elektrodenstruktur unter selektiver Abscheidung von Metallen in den Bahnen erzeugt werden, danach der Photolack mit den darunterliegenden Palladiumkeimen in den anderen Bereichen gestrippt und anschließend die abgeschiedenen Leiterbahnen mit mindestens einer Schutzschicht versehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem auf die Kanalplatte, vorzugsweise unter die ganzflächige Palladium-Bekeimungsschicht, eine SiO₂-Diffusionssperre ganzflächig aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem zur außenstromlosen oder galvanischen Abscheidung Metalle oder Metallegierungen verwendet werden, die sowohl die Funktion des Stromtransports als auch die Funktion des Korrosionsschutzes und eines Sputterschutzes leisten.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das Elektrodenmaterial aus Nickel und/oder Kupfer in Verbindung mit einem metallischen Korrosionsschutz besteht, wobei das Korrosionsschutz-Metall aus einem außenstromlos abscheidbaren korrosionsschützenden Metall, vorzugsweise Nickel, Palladium oder Gold besteht.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das Elektrodenmaterial aus Nickel und/oder Edelmetall in Verbindung mit einem metallischen Korrosionsschutz besteht, wobei das Edelmetall aus einem außenstromlos oder galvanisch abscheidbaren Metall, wie z.B. Palladium, Silber, Gold besteht und das Korrosionsschutzmetall aus einem außenstromlos abscheidbaren korrosionsschützenden Metall, vorzugsweise Nickel, Palladium, Chrom oder Gold besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, bei dem die die Elektroden bildenden Schichten als mehrlagige Schichten ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die mehrlagigen Schichten jeweils aus einer haftvermittelnden Schicht, einer stromleitenden Schicht und mindestens einer Schutzschicht bestehen.