DE10243814B4

DE10243814B4 - Verfahren zur Herstellung einer leitenden Beschichtung auf einem isolierenden Substrat

Info

Publication number: DE10243814B4
Application number: DE10243814.5A
Authority: DE
Inventors: Walter Beck; Eric Ochs; Walter Roethlingshoefer; Bernhard Bachor; Dietmar Schaible; Albert-Andreas Hoebel; Klaus-Peter Dambock; Juergen Schwaiger; Detlef Nitsche
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2022-09-21
Also published as: JP2004115913A; US20040131869A1; JP4787462B2; US7976892B2; DE10243814A1; FR2844917B1; FR2844917A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer leitenden Beschichtung auf einem isolierenden Substrat, gekennzeichnet durch folgende Schritte:- wenigstens eine Oberfläche des elektrisch isolierenden Substrats wird in Bereichen mit einer Beschichtung aus Silber versehen, wobei die Beschichtung aus Silber die Struktur von Leiterbahnen aufweist,- die beschichtete Oberfläche wird gereinigt,- die Beschichtung aus Silber auf dem Substrat wird zur Ausbildung einer Keimschicht mit Keimen aus Palladium bekeimt,- auf die mit Palladium bekeimte Beschichtung aus Silber wird eine Schicht aus Palladium abgeschieden,- das mit Silber und Palladium beschichtete Substrat wird durch einen Brennvorgang gebrannt

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer leitenden Beschichtung auf einem isolierenden Substrat.
In der modernen Mikroelektronik zielt der Trend auf eine immer stärkere Reduzierung der Bauteilgrößen und auf die Integration auch passiver Bauelemente, um die bestehenden Forderungen nach immer höherer Integrationsdichte der Schaltkreise erfüllen zu können. Eine aussichtsreiche Technologie zur Erreichung dieses Ziels ist die sogenannte Low Temperature Cofired Ceramic (LTCC), die beispielsweise aus der Zeitschrift „productronic“ 8, 1995, Seiten 40 ff. bekannt ist. Unter LTCC versteht man ein Glas-Keramik-Gemisch, das zusammen mit beispielsweise aus Ag, AgPd, Au bestehenden Metallisierungspasten bei einer relativ niedrigen Temperatur, die unter dem Schmelzpunkt der genannten Metalle liegt, gebrannt wird. Die Patentschrift US 6 448 199 B1 zeigt ein Verfahren zur Bildung einer wasserstoffdurchlässigen Membran. Ausgegangen wird hierbei von einer keramischen porösen Membran, welche durch einen komplexen Beschichtungsprozess eine Silber-Palladium-Legierung auf der Innenseite der porösen Keramikstruktur ausbildet. Kennzeichnend hierbei ist eine Beschichtung der Membran über ihre gesamte Fläche. Die derart beschichtete Membran kommt als Katalysatorelement in der chemischen Industrie zum Einsatz.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lösung schlägt ein besonders einfaches und daher kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer metallischen Beschichtung bei LTCC und Keramiksubstraten vor. Bisher übliche Nickel- und Goldbäder können entfallen, wodurch der Prozessablauf vereinfacht und dadurch auch sicherer wird. Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Beschichtungen haben sich als hervorragend geeignet zur Herstellung von Bondverbindungen erwiesen
Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt 1 ein stellenweise mit einer Schicht eines ersten Metalls beschichtetes Substrat, 2 die Bekeimung der Schicht des ersten Metalls mit einem zweiten Metall, 3 das Substrat mit einer Schicht eines zweiten Metalls auf der Schicht des ersten Metalls, 4 das Substrat mit Metallbeschichtung nach einem Brennvorgang, 5 ein Ablaufdiagramm mit Darstellung des Verfahrensablaufs.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
Das Verfahren geht von einem elektrisch isolierenden Substrat 1 aus, das stellenweise mit einer Schicht eines ersten Metalls 2 beschichtet ist (1 und Schritt 20 in 5). Als Substrat 1 eignet sich ein aus herkömmlicher Keramik bestehendes Substrat. Besonders gut geeignet ist jedoch ein Substrat aus LTCC. Als erstes Metall eignet sich insbesondere Silber. Das erste Metall 2 ist derart strukturiert, das es wenigstens eine Hauptoberfläche des Substrats 1 nur stellenweise bedeckt. Insbesondere hat die aus dem ersten Metall 2 bestehende Schicht die Struktur von Leiterbahnen, die sich auf einer Hauptoberfläche des Substrats 1 erstrecken. Das mit dem ersten Metall 2 beschichtete elektrisch isolierende Substrat 1 wird in einem nächsten Verfahrenschritt (Schritt 21 in 5) zunächst gründlich gereinigt. Für diese Reinigung wird ein in der Galvanotechnik üblicher Standardreiniger verwendet, der störende Verunreinigungen auf der Oberfläche des Substrats beseitigen soll. Als besonders gut geeignet hat sich ein Reiniger mit Natriumacetattrihydrat erwiesen. In dem nächsten Verfahrensschritt (Schritt 22 in 5) wird auf die gereinigte Oberfläche der Schicht 2 des ersten Metalls eine Keimschicht 3a (2) aus einem zweiten Metall aufgebracht. Für die Bekeimung zur Herstellung der Keimschicht 3a wird vorzugsweise Palladium verwendet. Dieses wird stromlos auf dem ersten Metall abgeschieden. In der Praxis hat sich dabei eine Dicke von einigen Atomschichten bewährt. In einem anschließenden Verfahrensschritt (Schritt 23 in 5) wird, ausgehend von der Keimschicht 3a in 2 durch weiteres stromloses Abscheiden von Palladium eine geschlossene Schicht 3b des zweiten Metalls hergestellt, die die Oberfläche der Schicht 2 des ersten Metalls auf dem Substrat 1 abdeckt. Bei diesem Beschichtungsvorgang wird zweckmäßig eine Palladiumschicht im Verhältnis von 0,1 bis 50% abgeschieden. Das heißt, dass man nach dem Diffusionsvorgang einen Mengenanteil von rund 0,1 bis etwa 50 Gewichtsprozent Palladium im Silber vorfindet. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine AgPd-Legierung mit einem Palladiumgehalt größer als etwa 20-25 % erwiesen. Sie bietet nämlich einen besonders guten Korrosionsschutz und eine hohe Beständigkeit gegen eine Silbermigration. Auch ist die Leachingbeständigkeit im Lotbad bei einer derartigen Legierung deutlich besser als bei einer reinen Silberleiterbahn. Dadurch ergibt sich eine hervorragende Lötfähigkeit. In einem abschließenden Verfahrensschritt (Schritt 24 in 5) wird das beschichtete Substrat 1 gebrannt. Der Brennvorgang wird bei einer Temperatur von 830 bis 870 °C, insbesondere bei einer Temperatur von 850 °C durchgeführt. Dieser Brennvorgang wird vorzugsweise in einem Durchlauf- oder Batchofen durchgeführt. Als Ergebnis des Brennvorgangs entsteht die in 4 dargestellte Schichtstruktur, bei der auf dem Substrat 1 die Schicht 2 des ersten Metalls Silber angeordnet ist, und bei der sich auf der Schicht 2 des ersten Metalls eine Schicht 3c des zweiten Metalls Palladium befindet. In einem Schliffbild der Schichtstruktur zeigt sich, dass es bei dem Brennvorgang nicht zu einer vollständigen Durchmischung des Silbers der Schicht 2 mit dem Palladium der Schicht 3b kommt. Im Schliffbild lässt sich deutlich die Diffusion des Palladiums in die Silberschicht nachweisen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schicht eignet sich hervorragend als Kontaktfläche für Dünndrahtbondverbindungen. Es konnten außerordentlich zuverlässige Bondverbindungen mit dünnem Bonddraht im Durchmesser von 25-50µ aus Gold hergestellt werden. Die Bondergebnisse sind vergleichbar zum Bonden auf AgPd-Leiterbahnpasten.
Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes isolierendes Substrat mit einer leitenden Beschichtung besteht somit aus Keramik oder LTCC mit einer leitenden Beschichtung aus Silber und Palladium, wobei der Palladiumgehalt der leitenden Beschichtung zwischen 0,1 bis 50, insbesondere > 20 Gewichtsprozent beträgt.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Erstes Metall
3a: Keimschicht zweites Metall
3b: Schicht zweites Metall
3c: Metallschicht
20: erster Verfahrensschritt: bereitstellen teilweise beschichtetes Substrat
21: zweiter Verfahrensschritt: Reinigung
22: dritter Verfahrensschritt: Bekeimung
23: vierter Verfahrensschritt: Beschichtung
24: fünfter Verfahrensschritt: Brennen

Claims

Verfahren zur Herstellung einer leitenden Beschichtung auf einem isolierenden Substrat, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - wenigstens eine Oberfläche des elektrisch isolierenden Substrats wird in Bereichen mit einer Beschichtung aus Silber versehen, wobei die Beschichtung aus Silber die Struktur von Leiterbahnen aufweist, - die beschichtete Oberfläche wird gereinigt, - die Beschichtung aus Silber auf dem Substrat wird zur Ausbildung einer Keimschicht mit Keimen aus Palladium bekeimt, - auf die mit Palladium bekeimte Beschichtung aus Silber wird eine Schicht aus Palladium abgeschieden, - das mit Silber und Palladium beschichtete Substrat wird durch einen Brennvorgang gebrannt
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als isolierendes Substrat eine Keramik oder eine LTCC benutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Palladium auf die mit Palladium bekeimte Beschichtung aus Silber derart abgeschieden wird, dass sich nach dem Brennvorgang durch einen Diffusionsvorgang das Palladium in einem Mengenanteil von 0,1 bis 50 Gewichtsprozent in der Beschichtung aus Silber vorfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Palladium auf die mit Palladium bekeimte Beschichtung aus Silber derart abgeschieden wird, dass sich nach dem Brennvorgang durch einen Diffusionsvorgang das Palladium in einem Mengenanteil von > 20 Gewichtsprozent in der Beschichtung aus Silber vorfindet
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Keimschicht aus Palladium als auch die Schicht aus Palladium stromlos abgeschieden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennvorgang bei einer Temperatur zwischen 830 und 870 °C, insbesondere bei einer Temperatur von 850 °C durchgeführt wird.
Isolierendes Substrat mit einer leitenden Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Keramik oder LTCC besteht, und dass die leitende Beschichtung aus Silber und Palladium besteht, wobei der Palladiumgehalt im Silber der leitenden Beschichtung zwischen 0,1 bis 50 Gewichtsprozent, insbesondere >20 Gewichtsprozent, beträgt.