DE10350829A1 - Verfahren zur Herstellung eines Multilayers aus ungebrannter Keramik - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines Multilayers aus ungebrannter Keramik mit erweiterten Strukturierungsprozessen zu entwickeln, wobei die ungebrannte Keramik vor dem schädlichen Einfluss von Prozesschemikalien temporär geschützt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe dadurch, dass das bekannte Verfahren zumindest um die Prozessschritte DOLLAR A È Aufbringen einer Schutzschicht DOLLAR A È zumindest teilweises Entfernen der Schutzschicht in den nicht von den funktionellen Materialien bedeckten Bereichen DOLLAR A erweitert wird. DOLLAR A Anwendung findet dieses Verfahren bei der Herstellung von vielschichtigen multifunktionalen Mikrosystemen mit sensorischen und aktorischen Funktionen.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Multilayers aus ungebrannter Keramik, wobei die ungebrannte Keramik vor dem schädlichen Einfluss von Prozesschemikalien temporär geschützt werden muss.
- Im Stand der Technik werden zur Herstellung von mikrotechnischen Bauteilen vorwiegend Layer aus Silizium oder Glas verwendet. Diese Materialien eignen sich jedoch nicht zur Herstellung von vielschichtigen multifunktionalen Mikrosystemen mit sensorischen und aktorischen Funktionen. Deshalb werden zunehmend ungebrannte niedrigsinternde Keramikfolien (LTCC-Folien – low temperature cofired ceramics) oder höhersinternde Keramikfolien (HTCC-Folien – high temperature cofired ceramics) in der Elektronikindustrie als Schaltungsträger und für erweiterte Funktionen in der Mikrotechnik eingesetzt.
- Durch die Funktionserweiterung entsteht ein zunehmender Bedarf an neuen Strukturierungsverfahren und neuen funktionellen Werkstoffen, die mit der Keramikfolie kombiniert werden können.
- Unter erweiterten Strukturierungsprozessen sind vor allem solche Prozesse zu verstehen, die über den bisher üblichen Siebdruck auf Keramikfolien hinausgehen, insbesondere die lithografische Strukturierung oder die Galvanoformung funktioneller Materialien (z.B. von Metallen). Die Galvanoformung ist für eine Reduzierung des Widerstandes von Leiterbahnen vorteilhaft, da galvanisch hergestellte Leiterbahnen bei gleichem Querschnitt einen deutlich geringeren Widerstand (etwa Faktor 0,5 oder kleiner) als gedruckte Leiterbahnen haben.
- Werden für diese Prozesse ungebrannte Keramikfolien eingesetzt, kommt es unter den Prozessbedingungen zu einer Zerstörung des ungebrannten Keramikmaterials, da dieses Material im ungebrannten Zustand durch einen Polymerbinder mit niedriger Erweichungstemperatur gebunden ist, der durch übliche Prozesschemikalien wie Entwickler, Elektrolyte oder Ätzer aufgequollen oder zersetzt wird.
- Nach dem Stand der Technik sind diese Prozesse nur auf gebrannter Keramik anwendbar. Damit sind sie auf das Post-Prozessing beschränkt und können nicht in Innenlagen von Multilayeraufbauten eingesetzt werden.
- In bekannten Herstellungsprozessen von Multilayeraufbauten mit Keramikfolien werden folgende Schritte durchlaufen:
-
- – Zuschneiden der Folien
- – Stanzen der Durchkontaktierungen
- – Füllen der Durchkontaktierungen
- – Siebdrucken der funktionellen Strukturen (Dielektrika, Leit- und Widerstandspasten)
- – Stapeln
- – Laminieren
- – Sintern
- – Post-Prozessing
- Um neue funktionelle Strukturen in die Innenlagen zu bringen, ist es erforderlich, die notwendigen erweiterten Strukturierungsschritte vor dem Sintern auf der noch ungebrannten Keramik durchzuführen. Das ist nach dem gegenwärtigen Stand der Technik nicht möglich.
- Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zu entwickeln, das die Herstellung eines Multilayers mit erweiterten Strukturierungsprozessen aus ungebrannter Keramik ohne deren Zerstörung ermöglicht.
- Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe dadurch, dass das bekannte Verfahren zumindest um die Prozessschritte
- – Aufbringen einer Schutzschicht
- – zumindest teilweises Entfernen der Schutzschicht in den nicht von den funktionellen Materialien bedeckten Bereichen
- Eine vorteilhafte Ausführungsform wird am Beispiel einer galvanisch hergestellten Silberleiterbahn beschrieben.
- Das Ausgangsmaterial, eine ungebrannte Keramikfolie wird durch thermische Verdampfung zuerst mit einer Aluminiumschicht von mindestens 500 nm Dicke und anschließend mit einer Silberschicht von ebenfalls mindestens 500 nm beschichtet. Anschließend folgen die üblichen Schritte des Folienschneidens, Stanzens und Füllens von Durchkontaktierungen. Nun wird eine in der Leiterplattenindustrie übliche fotoempfindliche Resistfolie auflaminiert. Diese wird mit der gewünschten Maskengeometrie belichtet und anschließend mit den üblichen Entwicklern entwickelt. Schon bei diesem Prozessschritt schützt die doppelte Schutzschicht die Keramikfolie vor der Zersetzung durch den Entwickler. Ebenso beim folgenden Galvanikprozess. Hier ist es vorteilhaft, spezielle Silberelektrolyte beispielsweise auf Thiocyanatbasis mit einem niedrigen pH-Wert zu verwenden, welche die üblichen Leiterplattenresistfolien nicht angreifen.
- Nach der galvanischen Auffüllung der Strukturen wird zuerst der Resist entfernt und anschließend die Silberschicht, die als Startschicht diente, in den freiliegenden Bereichen. Bei diesem Prozessschritt schützt die Aluminiumschicht die Keramikfolie. Erst beim letzten erfindungsgemäßen zusätzlichen Prozessschritt, dem Ätzen der Aluminiumschicht treten Prozesschemikalien in den direkten Kontakt mit der Keramikfolie. Zum Ätzen der Aluminiumschicht kann vorteilhaft KOH verwendet werden, dass bei den erforderlichen kurzen Ätzzeiten nicht zu einer schädlichen Beeinflussung der Keramik führt.
- Für alle beschriebenen Prozessschritte, die in flüssigen Medien stattfinden, wird durch eine geeignete Folienhalterung dafür gesorgt, dass die Folienrückseite geschützt wird. Vorteilhaft ist die Verwendung von rotierenden Aufnahmen für die Folie, auf die die Prozesschemikalien durch einen Sprühstrahl aufgetragen werden (z.B. Sprühentwickler).
- Das Stapeln und Laminieren erfolgt in üblicher Weise. Für das Sintern ist es vorteilhaft, eines der sogenannten 0-Schrumpfungsverfahren anzuwenden, bei denen die laterale Schrumpfung stark reduziert wird. Alternativ zu metallischen Schutzschichten sind auch polymere Schutzschichten möglich.
erweitert wird. Der erste zusätzliche Prozessschritt wird vorteilhaft vor oder nach dem Zuschneiden der Keramikfolie durchgeführt. Der zweite zusätzliche Prozessschritt kann entweder unmittelbar nach dem Aufbringen der funktionellen Strukturen vorzugsweise durch chemischen Abtrag oder beim Sintern durch thermische Zersetzung erfolgen. Im zweiten Fall ist ein Sintern unter Druck (constrained sintering) erforderlich, um den innigen Verbund der Schichten zu erzielen.
Claims (11)
- Verfahren zur Herstellung eines Multilayers aus ungebrannter Keramik mit den Verfahrensschritten – Zuschneiden der Folien – Stanzen der Durchkontaktierungen – Füllen der Durchkontaktierungen – Siebdrucken der funktionellen Strukturen (Dielektrika, Leit- und Widerstandspasten) – Stapeln – Laminieren – Sintern – Post-Prozessing dadurch gekennzeichnet, dass a) auf der Keramik mindestens eine dünne Schutzschicht großflächig aufgetragen wird und b) diese mindestens eine Schutzschicht nach dem Aufbringen von funktionellen Materialien zumindest teilweise entfernt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus einer oder mehreren Metallschichten besteht und eine Dicke von mindestens 500 nm besitzt.
- Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht zumindest in der unterste Metallschicht aus Aluminium besteht.
- Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht aus einem Polymer besteht und eine Dicke von wenigen Mikrometern besitzt.
- Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht chemisch entfernt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern des Keramikverbundes unter mechanischem Druck erfolgt und die Schutzschicht beim Sintern thermisch zersetzt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die aufzubringenden funktionellen Materialien vorzugsweise elektrisch leitfähige Materialien sind.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen von funktionellen Materialien durch maskierte galvanische Abscheidung erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das funktionelle Material großflächig aufgebracht wird und direkt fotolithografisch strukturiert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen von funktionellen Materialien durch Sieb- oder Schablonendruck erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die ungebrannte Keramik vor dem Aufbringen von funktionellen Materialien mit Vertiefungen und Ausnehmungen versehen wird.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004023674A1 (de) * | 2003-05-19 | 2005-02-03 | Technische Universität Ilmenau | Verfahren zur Beschichtung von Keramikfolien mit Wirkstrukturen sowie Verfahren zur Herstellung eines Keramikverbundes aus diesen |
DE102004001107A1 (de) * | 2004-01-05 | 2005-07-28 | Siemens Ag | Strukturierung auf Oberflächen mittels Folie |
DE102009006181A1 (de) | 2009-01-27 | 2010-07-29 | Via Electronic Gmbh | Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen oder derartigen elektronischen Bauelementen |
-
2003
- 2003-10-27 DE DE10350829A patent/DE10350829A1/de not_active Withdrawn
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DE102004001107B4 (de) * | 2004-01-05 | 2005-12-29 | Siemens Ag | Strukturierung auf Oberflächen mittels Folie |
DE102009006181A1 (de) | 2009-01-27 | 2010-07-29 | Via Electronic Gmbh | Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen oder derartigen elektronischen Bauelementen |
DE102009006181B4 (de) * | 2009-01-27 | 2021-06-24 | Via Electronic Gmbh | Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen oder derartigen elektronischen Bauelementen |
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