DE102004044144A1

DE102004044144A1 - Verfahren zum Herstellen einer Schaltung

Info

Publication number: DE102004044144A1
Application number: DE102004044144A
Authority: DE
Inventors: Walter Roethlingshoefer; Josef Weber; Klaus Krueger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-09-14
Also published as: DE102004044144B4; US20060057280A1; CN1750741A; JP2006086531A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer gedruckten Schaltung, mit mindestens folgenden Schritten: DOLLAR A Zuführen unterschiedlicher Kolloidtinten (18.1, 18.2, 18.3) zu unterschiedlichen Druckdüsen (15) mindestens eines Druckkopfes (14), wobei die Kolloidtinten (18.1, 18.2, 18.3) jeweils einen Druckträger und Partikel eines Grundstoffes enthalten, DOLLAR A Drucken einzelner Tröpfchen (22) der unterschiedlichen Kolloidtinten (18.1, 18.2, 18.3) auf eine Substratoberfläche (2a) eines Substrates (2) zwischen Leiterbahnen (4, 5) derartig, dass die Tröpfchen (22) sich zu einer Widerstandsschicht (9) vermischen, und DOLLAR A Backen des Substrates (2) mit den Leiterbahnen (4, 5) und der aufgedruckten Widerstandsschicht (9) derartig, dass der Druckträger zumindest weitgehend entfernt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß können die Widerstände somit schnell, vorteilhafterweise in einem Durchlauf des Druckkopfes, gedruckt werden. Es kann durch entsprechende Dosierung der einzelnen Kolloid-Tinten für jeden Widerstand ein geeigneter Quadratwiderstandswert eingestellt werden, sodass der Flächenbedarf auf dem Substrat (2) gering ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltung auf einem Substrat.

In der Dickschichttechnik werden Widerstände mittels Siebdruckverfahren in dünnen Schichten aufgebracht. Die Schichtdicken der gebrannten Schichten betragen z.B. 10 bis 15 μm. Die Widerstandsschichten bestehen typischerweise aus einem Glas-Rutheniumoxid (RuO2)-Gemisch und werden an Leiterbahnen auf dem Substrat angebunden. Das Gemisch ist mit einem organischen Druckträger, z.B. einem Lösungsmittel bzw. Ethylzellulose versetzt, um die erforderliche Siebdruckfähigkeit herzustellen.

Über das Glas/Rutheniumoxid-Verhältnis können unterschiedliche Widerstandsdekaden eingestellt werden. So werden z.B. Pasten mit Quadratwiderständen von 10 Ohm, 100 Ohm, 1 kOhm, 10 kOhm, 100 kOhm und 1000 kOhm verwendet. Der Widerstandswert wird über das Längen-/Breiten-Verhältnis mit einer Toleranz von +/– 50 % vorgefertigt und nachfolgend mittels eines Laserstrahls auf einen Sollwert mit einer Genauigkeit von +/– 0,5 % genau getrimmt. Je nach Widerstandswert sind bis zu sechs verschiedene Druckebenen erforderlich.

Da der genaue Widerstandswert durch die geometrische Auslegung eingestellt wird, ist im allgemeinen ein großer Flächenbedarf erforderlich. Bei Verwendung mehrerer Pasten kann der Flächenbedarf zwar kleiner gehalten werden; die verschiedenen Pasten müssen jedoch beim Siebdruckverfahren in mehreren, aufeinander folgenden Druckschritten mit zwischenzeitigem Trocknen aufgebracht werden. Die Herstellung ist somit zeit- und kostenaufwendig.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet demgegenüber einige Vorteile. Erfindungsgemäß werden die Widerstandspasten über einen Druckkopf mit mehreren Druckdüsen, d.h. nach dem Prinzip eines Tintenstrahldruckers im Farbdruckverfahren, aufgebracht. Über die Druckdüsen – vorteilhafterweise Piezodüsen – werden unterschiedliche Kolloidtinten in feinen Tröpfchen dosiert, wobei der Widerstandswert über eine in situ - Mischung sehr genau eingestellt werden kann. Der jeweilige Widerstandswert kann hierbei vorab theoretisch ermittelt oder mittels eines Testmusters und Testbrandes bestimmt und eingestellt werden. Erfindungsgemäß kann somit unter Verwendung einer vorgegebenen Anzahl, z.B. drei, verschiedener Kolloidtinten eine große Vielzahl unterschiedlicher Widerstandswerte eingestellt werden. Somit müssen nicht wie beim Stand der Technik mehrere Dekaden unterschiedlicher Widerstandswerte verwendet und gehandhabt werden. Die erfindungsgemäße Schaltung kann hierbei unter effektiverer Nutzung der Fläche bzw. platzsparender ausgebildet werden, da nicht nur separate Widerstandsdekaden, sondern beliebige Widerstandswerte eingestellt werden können.

In den Kolloidtinten sind Grundstoffe in einem organischen Druckträger, z.B. Wachs fein dispergiert. Die Kolloidtinten können hierbei flüssig, pastös oder grundsätzlich auch fest sein; sie werden jeweils aus separaten Behältern dem Druckkopf über eine Heizeinrichtung zugeführt, so dass die Kolloidtinten innerhalb eines hinreichenden Zeitraums als dünnflüssiger Stoff über die Piezodüsen fein dosiert werden und sich auf dem Substrat vermischen, bevor die Mischung erstarrt. Eine Sedimentation bzw. Entmischung der Grundstoff-Partikel bzw. -Pigmente wird hierdurch vermieden.

Vorteilhafterweise erfolgt das Aufdrucken der Widerstände in einem einzigen Durchlauf des Druckkopfes, so dass das mehrfache Drucken und Trocknen der Schichten entfällt. Hierdurch ergeben sich sehr kurze Durchlaufzeiten. Das nachfolgende Trimmen entfällt zumindest bei der Mehrzahl der Widerstände, vorteilhafterweise bei allen Widerständen.

Zur Ausbildung sehr dicker Widerstände können grundsätzlich auch mehrere Schichten aufgetragen werden. Erfindungsgemäß können auch weitere Elemente der Schaltung, insbesondere Leiterbahnen, gegebenenfalls auch Kondensatoren, mittels des Druckkopfes gedruckt werden. Die Leiterbahnen werden hierbei vorteilhafterweise in einem ersten Durchlauf gedruckt und trocknen vor dem nachfolgenden Durchlauf des Druckkopfes, in dem die Widerstände und gegebenenfalls auch Kondensatoren gedruckt werden. Die Widerstände können in an sich bekannter Weise durch eine Abdeckschicht aus Glas nach oben verschlossen werden, bevor die Schaltung gebacken bzw. gesintert wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einer Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Querschnitt durch einen Widerstand;

2 eine Draufsicht auf den Widerstand aus 1;

3 einen Zwischenschritt der Herstellung des Widerstandes;

4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Drucken der Widerstände.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist ein – insbesondere keramisches – Substrat 2 auf, auf dem eine Schaltung 3 mit Leiterbahnen 4, 5 und mehreren Bauelementen, unter anderem Widerständen 6, aufgedruckt ist.

Der in 1, 2 gezeigte ohmsche Widerstand 6 weist in an sich bekannter Weise eine Widerstandsschicht 9 aus z.B. einem Rutheniumoxid-Glas-Gemisch auf, die auf die Substratoberfläche 2a des Substrates 2 aufgedruckt ist und Bereiche der Leiterbahnen 4, 5 teilweise überdeckt. Auf der Widerstandsschicht 9 ist eine Abdeckschicht 10 aus einem Glas, z.B. einem Borsilikat-Glas, aufgetragen. Der ohmsche Widerstandswert des Widerstan des 6 ergibt sich in Abhängigkeit der Länge l zwischen den Leiterbahnen 4, 5, der lateralen Breite b und einem Quadratwiderstand R_w als R = R_w·l/b.

Zur Herstellung des Widerstandes 6 wird eine in 4 schematisch wiedergegebenen Druckvorrichtung 12 verwendet. Sie weist unter anderem einen Druckkopf 14 mit Piezodüsen 15, eine dem Druckkopf 14 vorgeschalteten Heizeinrichtung 16 und drei Kolloidtinten-Behältern 17 auf. In den Kolloidtinten-Behältern 17 sind unterschiedliche Kolloidtinten 18.1, 18.2 und 18.3 aufgenommen, die jeweils einen Druckträger, z.B. ein Harz, und Partikel eines Grundstoffs enthalten. Grundstoffe können hierbei verschiedene Mischungen von Rutheniumoxid und Glas sein; ergänzend kann z.B. die Kolloidtinte 18.3 auch metallische Partikel, z.B. Silber, enthalten, mit dem die Leiterbahnen 4, 5 aufgedruckt werden. Die Kolloidtinten 18.1, 18.2 und 18.3 können grundsätzlich flüssig, pastös oder auch fest sein; in der Heizeinrichtung 16 werden sie durch Erhitzen dünnflüssig, so dass sie über die Piezodüsen 15, von denen jede jeweils einer Kolloidtinte zugeordnet ist, als feine Tröpfchen 22 auf die Substratoberfläche 2a gedruckt werden. Hierbei fährt der Druckkopf 14 – wie bei Piezodruckern grundsätzlich bekannt – parallel zur Oberfläche 2a und rastert den zu bedruckenden Bereich ab.

Erfindungsgemäß können lediglich die Widerstände 6 oder auch weitere Bauelemente, insbesondere die gedruckten Leiterbahnen 4 und 5 sowie z.B. Kondensatoren, mittels des Druckkopfes 14 und unter Verwendung der verschiedenen Kolloidtinten gedruckt werden. Für jedes Element 4, 5, 6 wird jeweils eine spezifische Mischung der verfügbaren Kolloidtinten 18.1, 18.2, 18.3 eingestellt; alternativ zu der gezeigten Ausführungsform können gegebenenfalls mehr als drei Kolloidtinten dem Druckkopf 14 über entsprechende Leitungen 20 zugeführt werden. Erfindungsgemäß können hierbei unterschiedliche Widerstände 6 mit unterschiedlichen Kolloidtinten-Gemischen, d.h. unterschiedlichem R_w, gedruckt werden.

Gemäß 3 werden zunächst die Leiterbahnen 4 und 5 auf die Sub stratoberfläche 2a aufgedruckt, z.B. durch ein Siebdruckverfahren oder mittels des Druckkopfes 14. Nach Trocknen der Paste der Leiterbahn 4 und 5 werden die unterschiedlichen Kolloidtinten – in 3 sind der Einfachheit halber nur zwei Kolloidtinten 18.1 und 18.2 gezeigt – gerastert aufgedruckt, wie es bei Farbdruckern grundsätzlich bekannt ist. Die von den Piezodüsen 15 ausgegebenen einzelnen Tröpfchen 22 mischen sich hierbei auf der Substratoberfläche 2a; nachfolgend trocknet bzw. erhärtet das aufgebrachte Gemisch. Anschließend wird die Abdeckschicht 10 z.B. durch ein Siebdruckverfahren oder auch mittels des Druckkopfes 14 aufgedruckt.

Nachfolgend wird die gesamte Vorrichtung 1 in einem Ofen gebrannt, so dass der organische Druckträger verdampft oder verbrennt und sich die in 1, 2 gezeigte Schaltung ergibt.

Durch geeignete Wahl der Kolloidtinten 18.1, 18.2 und 18.3 können Quadratwiderstandswerte innerhalb eines großen Bereichs von z.B. 10 Ohm bis 1 MOhm erreicht werden. Die gedruckten Widerstände 6 müssen nachfolgend nicht zusätzlich mit einem Laserstrahl getrimmt werden; gegebenenfalls können einige sehr feine Strukturen durch einen Laserstrahl getrimmt werden. Um das Mischungsverhältnis von Rutheniumoxid und Glas sehr genau einzustellen, können insbesondere als Kolloidtinten bereits unterschiedliche Mischungsverhältnisse verwendet werden. Da z.B. eine Mischung mit 50 % Rutheniumoxid einen Quadratwiderstand von 10 Ohm und eine Mischung mit 15 % Rutheniumoxid bereits einen Quadratwiderstand von 10 MOhm aufweist, können drei Kolloidtinten 18.1, 18.2, 18.3 mit unterschiedlichem Rutheniumoxid-Gehalt, z.B. 50%, 30% und 15 %, verwendet werden, um die Zwischenwerte genau einstellen zu können. Ergänzend können die Tinten auch z.B. Platinoxid (PtO) enthalten. Falls die Leiterbahnen 4, 5 über den Druckkopf 14 aus Silber gedruckt werden, kann das Silber auch beim Drucken des Widerstandes 6 verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer gedruckten Schaltung, mit mindestens folgenden Schritten: Zuführen unterschiedlicher Kolloidtinten (18.1, 18.2, 18.3) zu unterschiedlichen Druckdüsen (15) mindestens eines Druckkopfes (14), wobei die Kolloidtinten (18.1, 18.2, 18.3) jeweils einen Druckträger und Partikel eines Grundstoffes enthalten, Drucken einzelner Tröpfchen (22) der unterschiedlichen Kolloidtinten (18.1, 18.2, 18.3) auf eine Substratoberfläche (2a) eines Substrates (2) zwischen Leiterbahnen (4, 5) derartig, dass die Tröpfchen (22) sich zu einer Widerstandsschicht (9) vermischen, Backen des Substrates (2) mit den Leiterbahnen (4, 5) und der aufgedruckten Widerstandsschicht (9) derartig, dass der Druckträger zumindest weitgehend entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundstoffe der Kolloidtinten (18.1, 18.2, 18.3) verschiedene Quadratwiderstandswerte (R_w) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundstoffe der Kolloidtinten (18.1, 18.2, 18.3) unterschiedliche Mischverhältnisse verschiedener Widerstandsmaterialien, z.B. Rutheniumoxid und Glas, aufweisen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Widerstände (6) mit demselben Druckkopf (14) gedruckt werden, wobei durch unterschiedliche Mischverhältnisse der Kolloidtinten (18.1, 18.2, 18.3) unterschiedliche Quadratwiderstandswerte (R_w) der mehreren Widerstände (6) eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Widerstandsschichten (9) der Schaltung (3) von dem Druckkopf (14) in einem einzigen Durchlauf gedruckt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dickere Widerstandsschichten (9) hergestellt werden, in dem mehrere Lagen aus Kolloidtinten-Mischungen gedruckt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (6) nach dem Drucken ohne nachfolgendes Trimmen gebrannt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolloidtinten (18.1, 18.2, 18.3) vor dem Zuführen zu den Druckdüsen (15) derartig erhitzt werden, dass sie dünnflüssig werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (4, 5) durch Drucken von Kolloidtinte (18.3) mittels des Druckkopfes (14) aufgedruckt werden und der Widerstand nach Trocknen der gedruckten Leiterbahnen (4, 5) aufgedruckt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gedruckte Widerstandsschicht (9) zunächst getrocknet und nachfolgend eine Abdeckschicht (10) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckdüsen Piezodüsen (15), elektrodynamische Düsen oder Bubble-Jet-Düsen verwendet werden.