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Die Erfindung betrifft ein leiterbahnspezifisches Fertigungsverfahren, insbesondere eine Verbesserung eines leiterbahnspezifischen Fertigungsverfahrens.
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Mit der Miniaturisierung von elektronischen Geräten wie Smartphones, Tablet-PCs, ultra-dünnen Notebooks (Ultrabocks) müssen die Leiterbahnanordnungen in den einzelnen elektronischen Geräten immer raffinierter sein, um die Nachfrage nach der miniaturisierten Konfiguration der internen Schaltungen in den elektronischen Geräten zu decken.
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Mit der Raffinierung der Leiterbahnanordnung sind jedoch oft Probleme aufgetreten, z. B. wie das Basismaterial mit den Leiterbahnen anforderungsgerecht formschlüssig verbunden wird und wie die einzelnen segmentierten Leiterbahnen aneinander plausibel angekoppelt werden.
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Im Stand der Technik werden nur die Kupfer-Nanopartikel zum Bilden einer Leitfolie als eine Leiterbahn verwendet. Diese Bauart ist zeitraubend im Hinblick auf das Fertigungsverfahren, da die nanometrischen Partikel sehr klein sind und deshalb zum Erzielen einer leitfähigkeitsgerechten Filmdicke mehrmals wiederkehrend aufgetragen werden müssen. Des Weiteren muss ein Dispersionsmittel verwendet werden, um einen aus organischen Verbindungen bestehenden Deckfilm auf den Oberflächen der Kupfer-Nanopartikel zu bilden und damit sich die Kupfer-Nanopartikel gleichmäßig und standfest auf der Beschichtungsflüssigkeit verteilen. Es sei bemerkt, dass das dafür eingesetzte Dispersionsmittel jedoch der Hochtemperaturbedingung des nachfolgenden Backprozesses angepasst sein muss. In diesem Fall bleibt die Auswahl des Dispersionsmittels eingeschränkt. Darüber hinaus kann die Zunahme der Fertigungsschritte dazu führen, dass der Fertigungsprozess zu kompliziert wird und die Qualität der gebildeten Leiterbahn beeinträchtigt wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das herkömmliche Fertigungsverfahren zu vereinfachen.
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Die weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fertigungsverfahren, welches eine ausgezeichnete Leitfähigkeit bereitstellt und eine einfache Qualitätskontrolle ermöglicht, bereitzustellen.
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Zum Lösen der Aufgabe wird ein leiterbahnspezifisches Fertigungsverfahren zur Herstellung einer Leiterbahnanordnung auf einem Basismaterial bereitgestellt, das aus den folgenden Schritten besteht: 1. die aus Metallpartikeln, einem flüchtigen organischen Lösungsmittel sowie einem Klebemittel bestehende Dispersionsflüssigkeit entsprechend einem Schaltplan auf das Basismaterial auftragen, 2. einen Wärmebehandlungsprozess zum Entfernen des flüchtigen organischen Lösungsmittels ausführen, 3. einen Laserbeschussprozess zum Auflösen des Klebemittels und zum Sintern der Metallpartikel ausführen, damit sich die Metallpartikel am Basismaterial haften und somit eine Leiterbahn bilden, wobei die durchschnittliche Korngröße der Metallpartikel in der Dispersionsflüssigkeit ca. 0,01 bis 3 μm beträgt.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform enthalten die Metallpartikel in der Dispersionsflüssigkeit mikrometrische Kupferpartikel.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird Ethanol als das flüchtige organische Lösungsmittel in der Dispersionsflüssigkeit verwendet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Klebemittel in der Dispersionsflüssigkeit aus Ethylcellulose (ethylcellulose), Decylalkohol (decanol) und Rizinusöl (Castor).
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung macht der Anteil der Metallpartikel 7% bis 8% des Volumens des Dispersionsflüssigkeit aus, der Anteil des Ethanols 76% bis 79%, der Anteil der Ethylcellulose 2% bis 3%, der Anteil des Decylalkohols 10% bis 11%, der Anteil des Rizinusöls 1% bis 2%.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Basismaterial als ein Harzgrundwerkstoff aus mindestens einer Kombination aus freiem Polyimid, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Celluloseester, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyurethanen, Silikonen, Polyvinylether, Polysulfiden, Polyolefin oder Polyacrylat.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Dicke der gebildeten Leiterbahn mindestens 7 μm.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Temperatur des Wärmebehandlungsprozesses 80 bis 120°C.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Laserbeschußprozess mit einem pulsierenden Laserstrahl in der Wellenlänge von 300 bis 600 nm ausgeführt, wobei die Frequenz des Impulslaserstrahls bei 1 bis 400 kHz liegt und die Impulsbreite 1 bis 50 ns beträgt.
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Daher kann gemäß der Erfindung eine gewünschte Leiterbahn-Stärke aufgrund der mikrometrischen Korngrößen der Metallpartikel auch bei wenigeren Beschichtungsschritten erzielt werden, die notwendigen Ablaufschritte bzw. den Zeitbedarf der Leiterbahnanordnung innerhalb eines Fertigungsverfahrens vermindert werden und die in dem herkömmlichen Fertigungsverfahren oftmals auftretenden Abweichungen vermieden werden.
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1 Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen leiterbahnspezifischen Fertigungsverfahrens.
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2 Ansicht des Beschichtungsprozesses der erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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3 Ansicht des Wärmebehandlungsprozesses der erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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4 Ansicht des Laserbeschussprozesses der erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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5 Ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leiterbahnanordnung.
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Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.
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Wie 1 als ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens darstellt, besteht das leiterbahnspezifische Fertigungsverfahren zur Leiterbahnanordnung auf einem Basismaterial aus den folgenden Ablaufschritten: S10, die aus Metallpartikeln, einem flüchtigen organischen Lösungsmittel und einem Klebemittel bestehende Dispersionsflüssigkeit nach einem Schaltplan auf das Basismaterial auftragen, wobei die Dispersionsflüssigkeit keine nanometrischen Metallpartikel enthält; S20, einen Wärmebehandlungsprozess zum Entfernen des flüchtigen organischen Lösungsmittels ausführen; S30, einen Laserbeschussprozess zum Auflösen des Klebemittels und zum Sintern der Metallpartikel ausführen, damit sich die Metallpartikel am Basismaterial haften und somit eine Leiterbahn bilden.
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Wie aus 2 als einer Ansicht des Beschichtungsprozesses der erfindungsgemäßen Ausführungsform ersichtlich ist, wird zuerst eine Dispersionsflüssigkeit über eine Beschichtungsanlage 10 auf ein Basismaterial 100 aufgetragen (für das anschließende Bilden einer Leiterbahn 200). Das Basismaterial 100 kann als ein Harzgrundwerkstoff aus mindestens einer Kombination aus freiem Polyimid, Polyethylenterephthalat, Polycarbonat, Celluloseester, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyurethanen, Silikonen, Polyvinylether, Polysulfiden, Polyolefin oder Polyacrylat bestehen, beispielsweise als ein thermisch gehärtetes oder thermisch ausgeformtes Harzmaterial. Es gibt dabei keine besonderen Beschränkungen für das Verfahren zur Beschichtung der Dispersionsflüssigkeit auf dem Basismaterial 100. Dafür ist ein bekanntes Verfahren wie Siebdruck (screen), Tauchbeschichtung (dip coating), Sprühbeschichtung (spray), Schleuderbeschichtung (spin coating) oder Tintenstrahlbeschichtung zulässig. Es gibt dabei auch keine besonderen Beschränkungen für die Beschichtungsprofile. Die jeweiligen Profile können als das Basismaterial 100 vollständig abdeckende Planflächen, Linien oder Punkte ausgebildet sein.
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Bei einer Metallpartikel enthaltenen Dispersionsflüssigkeit beträgt die durchschnittliche Korngröße der Metallpartikel ca. 0,01 bis 3 μm, unter denen die mikrometrischen Partikel dominieren. Deshalb ist es einerseits unnötig, eine Nanopartikel enthaltene Dispersionsflüssigkeit zu verwenden, und andererseits lässt sich die Dispersionsflüssigkeit nach dem Laserbeschußprozess vollständig bzw. rückstandsfrei auflösen. Im Anschluss an den Sinterprozess entstehen hochleitfähige Leitfolien ohne Hohlräume oder organische Rückstände wie Kohlenstoffe.
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Die oben genannten Metallpartikel können sowohl als mikrometrische Kupferpartikel als auch als kupferlegierte Partikel ausgebildet sein. Die durchschnittliche Korngröße der mikrometrischen Kupferpartikel oder kupferlegierten Partikel beträgt ca. 0,01 bis 3 μm, vorzugsweise 1 bis 3 μm. Die minimale Stärke der gebildeten Leiterbahn beträgt 7 μm. Dadurch erfolgt die Beschichtung nur einmal oder mit sehr weinigeren Beschichtungsschritten.
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Die oben genannte Dispersionsflüssigkeit kann Metallpartikel (ferner mit zusätzlichen mikrometrischen oder gleichzeitig mit mikrometrischen Kupferpartikel oder mit einem kleinen Anteil nanometrischer Kupferpartikel möglich), Lösungsmittel und Zusatzmittel (z. B. Klebemittel, Viskositätskonditionierer) enthalten. Der Anteil der Metallpartikel macht ca. 7 bis 8% des gesamten Volumens aus, das Lösungsmittel aus zum Beispiel Ethanol macht ca. 76 bis 79% aus, das Klebemittel aus zum Beispiel Ethylcellulose im Zusatzmittel macht ca. 2 bis 3% aus, der Viskositätskonditionierer aus zum Beispiel Decylalkohol in ca. 10 bis 11% und Rizinusöl in ca. 1 bis 2%. Vorzugsweise macht der Anteil der Metallpartikel ca. 7,4% des gesamten Volumens aus, der Anteil des Ethanols ca. 77,4%, der Anteil des Ethylcelluloses ca. 2,7%, der Anteil des Decylalkohols ca. 11%, der Anteil des Rizinusöls ca. 1,5%.
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Wie 3 als eine Ansicht des Wärmebehandlungsprozesses der erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt, wird eine Wärmetrocknung 20 dabei nach der Beschichtung der Dispersionsflüssigkeit auf dem Basismaterial 100 ausgeführt, um das verbleibende Lösungsmittel zu entfernen. Beim entfernten Lösungsmittel wird die Möglichkeit ausgeschlossen, dass geringfügige Risse oder Spalte aufgrund der Expansion des Lösungsmittels im nachfolgenden Laserbeschussprozess auftreten, so dass sich die Leitfähigkeit der Leitfolie der Leiterbahn erhöht und die formschlüssige Verbindungen der Leitfolie der Leiterbahn mit dem Basismaterial optimiert werden. Für den Wärmebehandlungsprozess kann ein Heiz- und Trocknungsgerät wie Warmlufttrockner eingesetzt werden, Behandlungstemperatur umfassen 80~120°C, bevorzugter 100°C, überschreiten aber 120°C nicht. Insofern wird 120°C als Behandlungstemperaur besten sein.
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Wie 4 als eine Ansicht des Laserbeschußprozesses der erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt, wird der durch den vorderen Ablaufschritt entstehende Grundfilm zum Bilden der Leiterbahn 200 durch eine Laseranlage 30 schrittweise bestrahlt, damit die Metalloxide desoxydieren und somit zu einer metallhaltigen Leitfolie, nämlich Leiterbahn 200, werden.
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Beim Bestrahlen mit dem Laserlicht erfolgt eine Reduktionsreaktion der Metalloxide aufgrund der Lichtabsorption der Metalloxide und eine Umwandlung des absorbierten Lichts in Wärme. Die erzeugte Wärme dringt ins Innere des Grundfilms ein, so dass eine Reduktionsreaktion im Inneren des Grundfilms auch stattfindet. Demzufolge schweißen sich die durch die Metalloxid-Reduktion entstehenden Metallpartikel aneinander zu Körnern, die sich weiter zu einer Leitfolie der Leiterbahn 200 durch die Sinterungswirkung des Laserstrahls bilden.
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Der Laserbeschussprozess wird beispielsweise mit einem pulsierenden Laserstrahl mit der Wellenlänge von 300 bis 600 nm ausgeführt, wobei die Frequenz des Impulslaserstrahls bei 1 bis 400 kHz liegt und die Impulsbreite 1 bis 50 ns beträgt.
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In 5 ist ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leiterbahnanordnung dargestellt. Das ist ein Anwendungsbeispiel in einem Objektivmodul, wobei die Oberfläche der Objektivfassung 110 eine Leiterbahn 210 aus mikrometrischen Metallpartikeln enthält. Das Durchgangsloch 112 ist zur Aufnahme des Objektivs ausgebildet. Mit den eingesetzten mikrometrischen Metallpartikeln wird der Fertigungszeitaufwand bei der herkömmlichen Technik, wobei nur nanometrische Kupferpartikel eingesetzt sind, verkürzt und kein herkömmliches Dispersionsmittel benötigt. Das herkömmliche Dispersionsmittel verbrennt nach einem Sinterprozess oft nicht vollständig oder es verdampft nicht, so dass das Dispersionsmittel teilweise in einer großflächigen Kupferebene zurückbleibt, was Luftspalte erzeugt und das Leitfähigkeitsverhalten beeinträchtigt. Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren kann demzufolge, im Vergleich zu der herkömmlichen Technik, die Fertigungsschritte vereinfachen, die elektrischen Ankoppelungen plausibel gewährleisten und den Fertigungszeitaufwand des Objektivmoduls verkürzen.
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Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel. In diesem Zusammenhang werden alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale als erfindungswesentlich angesehen. Es sind ausschließlich die nachfolgenden Patentansprüche für den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung gültig.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Beschichtungsanlage
- 20
- Wärmetrocknung
- 30
- Laseranlage
- 100
- Basismaterial
- 110
- Objektivfassung
- 112
- Durchgangsloch
- 200
- Leiterbahn
- 210
- Leiterbahn
- S10~S30
- Ablaufschritte
