DE10333439A1

DE10333439A1 - Verfahren zur Herstellung eines aus mehreren Verdrahtungsebenen bestehenden Hybrid-Produktes

Info

Publication number: DE10333439A1
Application number: DE10333439A
Authority: DE
Inventors: Walter Roethlingshoefer; Mark Leverkoehne
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-02-17
Also published as: HUP0401476A2; US20050019534A1; HU0401476D0; JP2005045257A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines aus mehreren Verdrahtungsebenen (2, 3) bestehenden Hybrid-Produktes (1) mit folgenden Schritten: Bedrucken der mehreren Verdrahtungsebenen (2, 3) mit einem einheitlichen Metallisierungs-Basismaterial (4); Durchführen mindestens eines geeigneten Sinter-Schrittes zum Fixieren des Metallisierungs-Basismaterials (4); und einheitlich Chemisch-Beschichten des freiliegenden gebrannten Metallisierungs-Basismaterials (4) mit mindestens einem Beschichtungsmaterial (8, 9, 10).

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus mehreren Verdrahtungsebenen bestehenden Hybrid-Produktes sowie eine Sensorschaltung und ein Steuergerät mit einem nach diesem Verfahren hergestellten Hybrid-Produkt.
Bei gegenwärtigen Standard-Hybridtypen werden verschiedene Metallisierungen, wie beispielsweise Silber Ag, Silberpalladium AgPd, Silberplatin AgPt oder Gold Au auf verschiedenen Substratmaterialien, wie beispielsweise Aluminiumoxid Al₂O₃, eingesetzt. Diese unterschiedlichen Metallisierungsmaterialien decken jeweils bestimmte abgegrenzte Funktionen der entsprechenden Metallisierungsschicht ab. Beispielsweise wird reines Silber Ag vorzugsweise für eine günstige und hochstromtragfähige Verdrahtung eingesetzt.
Nachteilig bei reinem Silber ist jedoch die Tatsache, dass aufgrund möglicher Korrosion und Elektromigration die Silberverdrahtung nicht für Dünndraht-Bondpads und Dickdraht-Bondpads oder Lötpads geeignet ist. Stattdessen ist reines Gold für Dünndraht-Bondpads und Silberpalladium für Dickdraht-Bondpads oder Lötpads vorzugsweise geeignet.
Daher werden gemäß dem Stand der Technik in jeder durch beispielsweise Isolations-Glasschichten voneinander abgetrennten Verdrahtungsebenen mehrere, beispielsweise drei verschiedene Metallisierungen bzw. Metallisierungsmaterialien siebgedruckt und jeweils separat oder auch gemeinsam eingebrannt bzw. gesintert.
1 zeigt ein Hybrid-Produkt 1, welches gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt wurde. Es ist ersichtlich, dass verschiedene Metallisierungsmaterialien, beispielsweise ein erstes Metallisierungsmaterial 4, beispielsweise Silber, und ein zweites Metallisierungsmaterial 5, beispielsweise Silberpalladium, in den beiden Verdrahtungsebenen 2 und 3 als Metallisierungen verwendet werden.
Ein weiterer Nachteil des Ansatzes gemäß dem Stand der Technik ist ebenfalls aus 1 ersichtlich, welcher darin besteht, dass freiliegendes Silber 4 nach dem Abschluss der Verfahrensschritte mit einem Isolationsmaterial bzw. einem Abdeckmaterial, beispielsweise einem Abdeckglas 7, gegen äußere Umgebungseinflüsse wie Feuchte, Schmutz, usw. geschützt werden muss. Somit ist ein zusätzlicher Verfahrensschritt notwendig, der auch mit zusätzlichen Kosten verbunden ist.
Ein weiterer Nachteil, wie in 1 ersichtlich, besteht darin, dass etwaige Widerstände 12 in Aussparungen der vorher bereits gedruckten Lagen hineingedruckt werden. Die Folge sind ausgeprägte Topographie-Effekte, die insbesondere bei kleinen Widerstandsflächen zu Schwierigkeiten beim Erzielen der richtigen Widerstandswerte und damit zu einem erhöhten Ausschuss führen.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 weist gegenüber dem bekannten Ansatz gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass durch den Einsatz eines chemischen Beschichtungsverfahrens im Standard-Hybridbereich eine einheitliche Metallisierung in den mehreren Verdrahtungsebenen geschaffen wird, welche verschiedene Funktionen, beispielsweise Dünndraht-Bonden, Dickdraht-Bonden, Kleben, Löten, usw. erfüllen und zudem einen guten Korrosions- und Migrationsschutz aufweisen. Basismaterial ist Ag, so dass gegenüber dem gemäß dem Stand der Technik aufgebrachten AgPd, AgPt oder Au Materialkosten eingespart werden können. Zudem kann das zusätzliche Abdeckglas entfallen, wodurch ein zusätzlicher Verfahrensschritt und zusätzliche Kosten eingespart werden können. Ferner können die vorzusehenden Widerstände vor einem Aufbringen von etwaigen Isolationsmaterialien bzw. dielektrischen Materialien gedruckt werden, so dass Topographie-Effekte vermieden werden können. Aufgrund der einheitlichen Metallisierungsmaterialien können verschiedene Siebdruckschritte bzw. Sinterschritte gemäß dem Stand der Technik entfallen und durch einen einheitlichen Siebdruckschritt bzw. Sinterschritt ersetzt werden. Dadurch werden erheblich Materialkosten und Arbeitsaufwand eingespart.
Das erfindungsgemäße Verfahren schafft diesen Vorteil dadurch, dass folgende Schritte bei der Herstellung eines aus mehreren Verdrahtungsebenen bestehenden Hybrid-Produktes vorgesehen sind: Bedrucken der mehreren Verdrahtungsebenen mit einem einheitlichen Metallisierungs-Basismaterial; Durchführen mindestens eines Sinterschrittes zum Fixieren des Metallisierungs-Basismaterials; und einheitlich Chemisch-Beschichten des freiliegenden gebrannten Metallisierungs-Basismaterials mit mindestens einer Beschichtungs-Materialschicht.
Des Weiteren schafft die vorliegende Erfindung eine Sensorschaltung mit einem Hybrid-Produkt, wobei das Hybrid-Produkt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Die vorliegende Erfindung liefert zudem ein Steuergerät mit einem Hybrid-Produkt, wobei das Hybrid-Produkt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Verbesserungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als einheitliches Metallisierungs-Basismaterial reines Silber verwendet. Reines Silber ist besonders kostengünstig und weist gute thermische und elektrische Leitfähigkeiten auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Silber mittels eines Siebdruckverfahrens auf den mehreren Verdrahtungsebenen gedruckt. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass aufgrund des einheitlichen Metallisierungsmaterials, nämlich Silber, ein einheitliches Siebdruckverfahren ausreicht.
Vorzugsweise werden als Beschichtungsmaterial Materialien verwendet, welche beim chemischen Beschichtungsvorgang lediglich das Metallisierungs-Basismaterial und nicht etwaige Isolationsmaterialien bzw. dielektrische Materialien beschichten. Somit ist gewährleistet, dass lediglich die Metallisierungen eine entsprechende Beschichtung erhalten.
Insbesondere werden als Beschichtungsmaterial Nickel, Palladium und Gold verwendet. Vorzugsweise besteht eine Beschichtung aus drei übereinander liegenden Lagen, wobei die unterste Lage durch beispielsweise Nickel, die mittlere Lage durch beispielsweise Palladium und die obere Lage durch beispielsweise Gold gebildet wird.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Widerstände zum Verhindern von Topographie-Effekten vor einem Bilden von Isolationsschichten bzw. dielektrischen Schichten gedruckt.
ZEICHNUNGEN
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Von den Figuren zeigen:
1 eine Querschnittsansicht eines Hybrid-Produktes, hergestellt gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik;
2 eine Querschnittsansicht eines Hybrid-Produktes nach Bedrucken der Verdrahtungsebenen mit einem einheitlichen Metallisierungs-Basismaterial gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine Querschnittsansicht eines Hybrid-Produktes nach einem einheitlich Chemisch-Beschichten des freiliegenden Metallisierungs-Basismaterials gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
4 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts A in 3.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
2 illustriert eine Querschnittsansicht eines Hybrid-Produktes 1 in einem bestimmten Verfahrenszustand des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. Auf einem Substrat 11, beispielsweise einem Al₂O₃-Keramiksubstrat 11, ist eine erste Verdrahtungsebene 2 vorgesehen. Diese Verdrahtungsebene 2 besteht aus verschiedenen Bereichen einer Metallisierungsschicht, im vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehend aus dem Metallisierungs-Basismaterial Silber. Besonders geeignet ist reines Silber 4, da es kostengünstig ist und gute thermische und elektrische Leitfähigkeiten aufweist. Das reine Silber wird beispielsweise mit einer Dicke von 10 μm bis 15 μm mittels eines Siebdruckverfahrens auf dem Substrat 11 aufgedruckt und zum Fixieren des Silbermaterials 4 auf dem Substrat 11 gebrannt. Anschließend können Widerstände 12 gedruckt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da bei dem Bedrucken der Widerstände keine zusätzlichen Schichten, wie beispielsweise Isolationsschichten oder dielektrische Schichten, außer der bereits aufgedruckten Silberschicht 4 vorhanden sind und den Druckprozess stören. Zudem ist die Silberschicht 4 mit ungefähr 10 μm bis 15 μm relativ flach und behindert daher nicht das Bedrucken der Widerstände 12. Somit können die Widerstände 12 ohne Topographie-Effekte gedruckt werden im Vergleich zu der Ausführung in 1 gemäß dem Stand der Technik.
Als nächster Schritt wird ein Isolationsmaterial 6, beispielsweise ein Isolationsglas 6, über den etwaigen Widerständen 12 und an bestimmten Bereichen der Silberschichten 4 mittels beispielsweise Siebdrucktechnik aufgebracht. Somit dient die erste Isolationsschicht bzw. das Isolationsglas 6 zudem derart als Abdeckung des Widerstandes 12, dass nur die Silberbereiche 4 und das Isolationsglas 6 nachfolgenden chemischen Prozessen ausgesetzt werden.
In einem nächsten Verfahrensschritt werden beispielsweise mittels Siebdrucktechnik auf bestimmten Bereichen des Isolationsglases 6 in der oberen Verdrahtungsebene 3 das vorher bereits verwendete Metallisierungs-Basismaterial, beispielsweise Silber 4, aufgebracht und zum Fixieren des Metallisierungsmaterials (Silber) erneut gebrannt. Hierbei handelt es sich, wie oben bereits erwähnt, um vorzugsweise reines Silber, welches die oben genannten Vorteile aufweist.
Im Folgenden wird Bezug genommen auf die 3 und 4. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt werden auf allen freiliegenden Silberschichten 4 in den Verdrahtungsebenen 2 und 3 vorzugsweise drei übereinander liegende Beschichtungsmaterialien 8, 9 und 10 aufgebracht. 3 illustriert eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Hybrid-Produktes 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nach einem Aufbringen einer bzw. mehrerer Beschichtungsmaterialien 8, 9 und 10. 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A in 3.
Demnach werden nacheinander, vorzugsweise mittels eines chemischen Beschichtungsverfahrens, ein erstes Beschichtungsmaterial 8, beispielsweise Nickel, ein zweites Beschichtungsmaterial 9, beispielsweise Palladium, und ein drittes Beschichtungsmaterial 10, beispielsweise Gold, in übereinander liegenden Schichten auf allen freiliegenden Materiallisierungsschichten, beispielsweise Silber 4, Verdrahtungsebene 2 und 3 gebildet (so genannte Plating-Technologie). Dabei durchläuft die Oberfläche des Hybrid-Produktes 1 mehrere aufeinander folgende Reinigungs- und Beschichtungsbäder, wobei sich im jeweiligen Bad eine bestimmte Beschichtung mittels eines entsprechenden Beschichtungsmaterials 8, 9 oder 10 auf der Silberschicht 4 aufbaut. Die Dicke der jeweiligen Beschichtung 8, 9 oder 10 hängt von der Aussetzdauer und eingestellten Parametern in dem jeweiligen Reinigungsbad ab. Beispielsweise wird durch eine bestimmte Baddauer eine Nickel-Beschichtung von ca. 5 μm, anschließend in einem weiteren Bad eine Palladium-Beschichtung von ca. 0,1 μm und danach in einem weiteren Bad eine Gold-Beschichtung von etwa 30 nm bis 40 nm gebildet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden diese drei Beschichtungen 8, 9 und 10 eine einheitliche Gesamtbeschichtung der freiliegenden Silber-Schichten 4.
Durch den Einsatz dieses chemischen Beschichtungsverfahrens kann die Anzahl unterschiedlicher Metallisierungs-Pasten und Überlappungen sowie die Anzahl an Prozessschritten deutlich reduziert werden. Die Beschichtungen 8, 9 und 10 sind vorzugsweise derart gewählt, dass sie sich lediglich auf den freiliegenden Silber-Schichten 4, und nicht auf etwaigen Isolationsschichten bzw. dielektrischen Schichten 6 bilden.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass vor der chemischen Beschichtung, d.h. vor einem Aufbringen der Beschichtungen 8, 9 und 10, die Metallisierungen 4 bereits gebrannt wurden. Somit sind keine weiteren Brennvorgänge erforderlich, welche gegebenenfalls die Beschichtungen 8, 9, 10 in ihren Funktionen beeinträchtigen könnten.
Vorzugsweise werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Hybrid-Produkte in Sensorschaltungen, Auswerteschaltungen für Sensoren oder in Steuergeräten eingesetzt. Jedoch sind andere Verwendungsbereiche selbstverständlich vorstellbar.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Beispielsweise ist anstelle des Metallisierungs-Basismaterials Silber ein anderes Metallisierungs-Basismaterial, beispielsweise Kupfer, verwendbar. Ebenso können die oben genannten Materialien, wie beispielsweise die Beschichtungsmaterialien 8, 9 und 10, durch andere Materialien ersetzt werden, welche ähnliche oder erweiterte Eigenschaften und/oder Funktionen aufweisen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines aus mehreren Verdrahtungsebenen (2, 3) bestehenden Hybrid-Produktes (1) mit folgenden Schritten: Bedrucken der mehreren Verdrahtungsebenen (2, 3) mit einem einheitlichen Metallisierungs-Basismaterial (4); Durchführen mindestens eines geeigneten Sinter-Schrittes zum Fixieren des Metallisierungs-Basismaterials (4); und einheitlich Chemisch-Beschichten des freiliegenden gebrannten Metallisierungs-Basismaterials (4) mit mindestens einem Beschichtungsmaterial (8, 9, 10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als einheitliches Metallisierungs-Basismaterial (4) reines Silber verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das reine Silber mittels eines Siebdruckverfahrens auf den mehreren Verdrahtungsebenen aufgebracht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial (8, 9, 10) Materialien verwendet werden, welche beim chemischen Beschichtungsprozess lediglich das Metallisierungs-Basismaterial (4) und nicht etwaige Isolationsmaterialien bzw. dielektrische Materialien (6) beschichten.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial (8) Nickel verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial (9) Palladium verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial (10) Gold verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander eine Nickel- (8), eine Palladium- (9) und eine Gold-Schicht (10) auf dem Metallisierungs-Basismaterial (4) gebildet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Widerstände (12) vor dem Aufbringen von Isolationsschichten bzw. dielektrischen Schichten (6) zum Verhindern von Topographie-Effekten aufgebracht bzw. gedruckt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (12) und/oder andere aufgebrachte Schichten durch ein Abdeckmaterial, beispielsweise ein Isolationsglas (6), derart abgedeckt werden, dass sie nicht chemisch beschichtet und den während der chemischen Beschichtung eingesetzten Bädern nicht direkt ausgesetzt werden.
Sensorschaltung bzw. Auswerteschaltung für einen Sensor mit einem Hybrid-Produkt, wobei das Hybrid-Produkt nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
Steuergerät mit einem Hybrid-Produkt, wobei das Hybrid-Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.