DE112012000993B4

DE112012000993B4 - Unschädliches Verfahren zur Herstellung von durchgehenden leitenden Leiterbahnen auf den Oberflächen eines nicht-leitenden Substrats

Info

Publication number: DE112012000993B4
Application number: DE112012000993.2T
Authority: DE
Inventors: Sheng-Hung YI; Pen-Yi Liao
Original assignee: Taiwan Green Point Enterprise Co Ltd
Current assignee: Taiwan Green Point Enterprise Co Ltd
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: GB201316916D0; US9420699B2; KR20130126977A; KR20150067403A; US20140102775A1; GB2502753B; GB2502753A; WO2012116107A1; US9295162B2; JP5850954B2; US8621749B2; TW201517723A; TW201247065A; JP2014506737A; US20140116885A1; CN103477725B; CN103477725A; TWI604766B; DE112012000993T5; US20110278050A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines durchgehenden leitenden Schaltkreises oder einer durchgehenden Leiterbahn (380) auf einem nicht-leitenden Substrat (305), mit den Schritten:Aufbringen einer Basisschicht (320) aus einem Metall, das ein aktives Metall umfasst, auf mindestens einer Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (305);Erzeugen eines Schaltungs- oder Leiterbahnmusters (330) in der Basisschicht (320) aus Metall auf Grundlage eines Schaltungsentwurfs unter Verwendung eines Lasers, wobei die Basisschicht (320) aus Metall mit dem Schaltungs- oder Leiterbahnmuster (330) räumlich vom Rest der Basisschicht (320) aus Metall, der auf der mindestens einen Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (305) vorhanden ist, getrennt ist, wobei ein Abschnitt der mindestens einen Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (305), der das Schaltungs- oder Leiterbahnmuster (330) umschließt, als Bereich mit Beschichtung (335) bezeichnet wird, wobei der Bereich der zumindest einen Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (305), der den Rest darstellt, als Bereich ohne Beschichtung (340) bezeichnet wird, wobei der Bereich mit Beschichtung (355) von dem Bereich ohne Beschichtung (340) durch eine freiliegende Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (305) getrennt ist; undHinzufügen einer ersten Metallschicht (355) auf der Basisschicht (320) aus Metall mittels eines chemischen Galvanisierungsprozesses (345),Hinzufügen einer zweiten Metallschicht (370) auf der ersten Metallschicht (355) des Bereichs mit Beschichtung (355) mittels eines Galvanisierungsprozesses (360),wobei die zweite Metallschicht (370) begrenzt wird, um zu verhindern, dass diese auf der ersten Metallschicht (355) des Bereichs ohne Beschichtung (340) hinzugefügt wird.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von elektronischen Schaltungen und, insbesondere, ein unschädliches Verfahren zur Herstellung von durchgehenden Leiterbahnen auf den Oberflächen eines nicht-leitenden Substrats.
Design und Fertigung von Schaltkreisen ist ein mühsamer Prozess mit vielen präzisen Schritten. Während diese Schritte präzise, hochwertige Elektronikschaltungen erzeugen, ist die Vorgehensweise zum Design/Herstellung starr und unflexibel in Bezug auf Änderungen geworden. Änderungen im Schaltungsdesign führen zu einer exponentiellen Anzahl von Änderungen an Elementen bzw. Einzelschritten des Herstellungsprozesses.
Zum Beispiel macht bei der Herstellung von integrierten Schaltungen (IC) eine Änderung des Schaltungsentwurfs oft eine Änderung der Masken von mehreren Schichten und/oder von Parametern für die Ausführung eines bestimmten Verfahrensschrittes erforderlich.
Diese mangelnde Flexibilität, die für herkömmliche Herstellungsprozesse von Schaltungen typisch geworden ist, erstickt die Fähigkeit eines Unternehmens, Änderungen eines Entwurfs in einer fristgerechten und kostengünstigen Art und Weise zu realisieren. Ferner beruhen herkömmliche Herstellungsverfahren darauf, dass Verfahrensschritte innerhalb des nicht-leitenden Substrats ausgeführt werden, das dazu verwendet wird, um die Schaltung zu enthalten. Die Schaltungselemente werden in das nicht-leitende Substrat eingelassen oder in diesem ausgebildet.
In der EP 0 530 564 Al wird ein Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten offenbart, bei dem auf ein Substrat nacheinander eine Metallschicht und eine Ätzresistschicht aufgebracht werden. Die Ätzresistschicht wird mittels Laserstrahlung strukturiert und die dadurch freigelegte Metallschicht weggeätzt. Anschließend wird auf die verbleibende Metallschicht eine zweite Metallschicht durch galvanische Abscheidung aufgebracht. Ein ähnliches Verfahren wird in der EP 0 543 045 Al offenbart, wobei das Aufbringen von Resistschichten und entsprechende Ätzverfahren nicht gegeben sind.
In der WO 2008/ 087 172 Al wird ein Verfahren zur Herstellung strukturierter, elektrisch leitfähiger Oberflächen auf einem Substrat beschrieben, bei dem eine Basisschicht mittels Laser strukturiert und anschließend durch stromloses Galvanisieren oder Elektroplattieren behandelt wird.
Kurze Zusammenfassung
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung eines durchgehenden leitenden Schaltkreises oder einer durchgehenden Leiterbahn auf einem nicht-leitenden Substrat nach Anspruch 1. Dieser Gesichtspunkt kann mit dem Aufbringen einer Basisschicht aus einem Metall auf einer Oberfläche eines nicht-leitenden Substrats beginnen. Die Basisschicht aus Metall kann aus Palladium, Rhodium, Platin, Iridium, Osmium, Gold, Nickel und/oder Eisen bestehen. Ein Schaltungs- bzw. Leiterbahnmuster kann in der Basisschicht aus Metall basierend auf einem Schaltungsentwurf erzeugt werden. Die Basisschicht aus Metall, die das Schaltungs- bzw. Leiterbahnmuster umfasst, kann physikalisch von dem Rest der Basisschicht aus Metall auf dem nicht-leitenden Substrat getrennt sein. Der Bereich der Oberfläche des nicht-leitenden Substrats, der das Schaltungs- bzw. Leiterbahnmuster umschließt, kann als Bereich mit Beschichtung bezeichnet werden. Der Rest der Oberfläche des nicht-leitenden Substrats kann als Bereich ohne Beschichtung bezeichnet werden. Eine erste Metallschicht kann dann auf der Basisschicht aus Metall hinzugefügt werden. Eine zweite Metallschicht kann auf der ersten Metallschicht des Bereichs mit Beschichtung hinzugefügt werden. Die zweite Metallschicht kann elektrisch leitend sein und darauf beschränkt sein, auf der ersten Metallschicht des Bereichs ohne Beschichtung hinzugefügt zu werden.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung eines durchgehenden leitenden Schaltkreises oder einer durchgehenden Leiterbahn auf einem nicht-leitenden Substrat nach Anspruch 10. Nach diesem Gesichtspunkt kann ein nicht-leitendes Substrat in eine aktive Metall-Lösung für eine vorbestimmte Zeitdauer eingetaucht werden. Die aktive Metall-Lösung kann metallische Teilchen enthalten. Wenn die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, kann das nicht-leitende Substrat aus der aktiven Metall-Lösung herausgenommen werden. Das herausgenommene nicht-leitende Substrat kann eine Basisschicht aus Metall umfassen, die aus den metallischen Teilchen ausgebildet ist. Ein Leiterbahn- bzw. Schaltungsmuster kann durch Entfernen eines Teils der Basisschicht aus Metall von der nicht-leitenden Oberfläche ausgebildet werden. Das resultierende Substrat mit dem Leiterbahn- bzw. Schaltungsmuster kann als Zwischenprodukt bezogen werden. Die Basisschicht aus Metall kann mindestens zwei verschiedene durchgehende Bereiche aufweisen, die voneinander getrennt sind, so dass die beiden verschiedenen durchgehenden Bereiche elektrisch voneinander isoliert sind. Das Zwischenprodukt kann in ein chemisches Galvanisierungsbad eingebracht werden, was zu einer ersten Metallschicht führt, die auf der Oberseite der Basisschicht aus Metall ausgebildet ist. Das Zwischenprodukt kann durch Anlegen von Elektroden nur an die erste Metallschicht von einem der mindestens zwei verschiedenen durchgehenden Bereiche galvanisch beschichtet werden, um eine zweite Metallschicht auf der Oberseite der ersten Metallschicht für diesen zusammenhängenden Bereich auszubilden. Mindestens einer der mindestens zwei verschiedenen durchgehenden Bereiche kann nach dem Galvanisieren ohne die zweite Metallschicht ausgebildet sein.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann ein durchgehender leitender Schaltkreis oder eine durchgehende Leiterbahn umfassen, die nach einem der erfinderischen Verfahren hergestellt werden. Das nicht-leitende Substrat kann aus mindestens einem der nachfolgenden Materialien ausgebildet werden: aus einem hochmolekularen Polymer, Glas, Keramik, Holz und Gewebe. Die Basisschicht aus Metall kann auf einem Abschnitt des nicht-leitenden Substrats ausgebildet werden. Die Basisschicht aus Metall kann ein Leiterbahn- bzw. Schaltungsmuster auf der Leiterbahn ausbilden. Die Basisschicht aus Metall kann aus Palladium, Rhodium, Platin, Iridium, Osmium, Gold, Nickel und/oder Eisen bestehen. Ein Abschnitt des nicht-leitenden Substrats ohne die Basisschicht aus Metall kann eine Vielzahl von Laser-Mustern aufweisen, die erzeugt werden, wenn das Leiterbahn- bzw. Schaltungsmuster innerhalb der Basisschicht aus Metall unter Verwendung eines Lasers erzeugt wird. Die erste Metallschicht kann vorhanden sein und kann auf der Oberseite der Basisschicht aus Metall anhaften bzw. mit dieser verbunden sein. Der Abschnitt des nicht-leitenden Substrats, dem die Basisschicht aus Metall fehlt, wird auch nicht die erste Metallschicht aufweisen. Die erste Metallschicht kann strukturelle Eigenschaften aufweisen, die dafür stehen, dass die erste Metallschicht unter Verwendung eines chemischen Galvanisierungsverfahren hinzugefügt wurde. Die zweite Metallschicht kann vorhanden sein und auf der Oberseite der Basisschicht aus Metall anhaften bzw. mit dieser verbunden sein.
Der Abschnitt des nicht-leitenden Substrats, dem die Basisschicht aus Metall fehlt, wird auch nicht die zweite Metallschicht aufweisen. Die zweite Metallschicht kann strukturelle Eigenschaften aufweisen, die dafür stehen, dass die zweite Metallschicht unter Verwendung eines chemischen Galvanisierungsverfahren hinzugefügt wurde.
Figurenliste

1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens, das einen allgemeinen Überblick über ein unschädlichen Verfahrens für die Herstellung von durchgehenden Leiterbahnen auf der Oberfläche eines nicht-leitenden Substrats gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten erfindungsgemäßen Anordnungen ermöglicht.
2 ist ein detaillierteres Flussdiagramm eines Verfahrens zur Beschreibung des unschädlichen Verfahrens für die Herstellung von durchgehenden Leiterbahnen auf der Oberfläche eines nicht-leitenden Substrats gemäß einer Ausführungsform der hierin offenbarten erfindungsgemäßen Anordnungen.
3 ist eine Darstellung eines Verfahrensablaufs 300, welche die unschädliche Erzeugung einer durchgehenden Leiterbahn 380 auf einem nicht-leitenden Substrat gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten erfindungsgemäßen Anordnungen zeigt.
3A zeigt den Endzustand der Erzeugung einer durchgehenden Leiterbahn auf der Oberfläche eines nicht-leitenden Substrats unter Verwendung des beschriebenen unschädlichen Verfahrens.

Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Erfindung offenbart ein unschädliches Verfahren, das durchgehende Leiterbahnen auf der Oberfläche eines nicht-leitenden Substrats erzeugt. Eine Basisschicht aus Metall kann auf eine oder mehrere Oberflächen des nicht-leitenden Substrats aufgebracht werden. Ein Leiterbahnmuster kann in der Basisschicht aus Metall durch Entfernen der Basisschicht aus Metall um die Elemente des Leiterbahnmusters herum ausgebildet werden. Eine erste Metallschicht kann zu der Basisschicht aus Metall hinzugefügt werden. Eine zweite Metallschicht aus einem elektrisch leitenden Metall kann auf der ersten Metallschicht des Leiterbahnmusters hinzugefügt werden.
Die 1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100, das eine grundlegende Übersicht des unschädlichen Verfahrens zum Erzeugen von durchgehenden Leiterbahnmustern auf der Oberfläche eines nicht-leitenden Substrats gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten erfindungsgemäßen Vorkehrungen bereitstellt.
So, wie hierin verwendet, kann der Begriff „nicht-leitendes Substrat“ sich auf eine Vielzahl von Materialien beziehen, die überhaupt keinen Strom leiten oder nur in einem vernachlässigbaren Ausmaß. Beispiele für nicht-leitende Substrate, die in dem hierin beschriebenen Verfahren verwendet werden können, jedoch dieses nicht darauf beschränken, sind hoch-molekulare Polymere, Glas, Keramiken, Holz, Gewebe und dergleichen. Außerdem können nicht-leitende Substrate, auch aus Edelstahl, in dem hierin beschriebenen Verfahren verwendet werden.
So, wie hierin verwendet, kann der Begriff „unschädlich“ dazu verwendet werden um anzudeuten, dass das beschriebene Verfahren keinen Schaden an der Unversehrtheit des nicht-leitenden Substrats anrichtet oder dieses beschädigt. Dies bedeutet, dass eine durchgehende Leiterbahn, die unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens auf der Oberfläche des nicht-leitenden Substrats hergestellt wird, ohne Kompromisse hinsichtlich der Eigenschaften und/oder der ursprünglichen Form des nicht-leitenden Substrats existieren kann.
Das Verfahren 100 kann in dem Schritt 105 beginnen, in welchem eine Basisschicht auf Metall auf die Oberfläche oder die Oberflächen des nicht-leitenden Substrats aufgebracht werden kann. Metalle, die zum Erzeugen der Basisschicht aus Metall verwendet werden, können Palladium, Rhodium, Platin, Iridium, Osmium, Gold, Nickel, Eisen und Kombinationen daraus sein, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Ein Leiterbahnmuster kann dann in der Basisschicht aus Metall in dem Schritt 110 ausgebildet werden. In dem Schritt 115 kann eine erste Metallschicht auf der Oberseite der Basisschicht aus Metall unter Verwendung eines chemischen Galvanisierungsprozesses hinzugefügt werden. Eine zweite Metallschicht kann auf der Oberseite der ersten Metallschicht in dem Schritt 120 unter Verwendung eines chemischen Galvanisierungsprozesses hinzugefügt werden, wodurch eine durchgehende Leiterbahn auf der Oberfläche oder den Oberflächen des nicht-leitenden Substrats erzeugt wird.
Nach Beenden des Schritts 120 kann das nicht-leitende Substrat und/oder die durchgehende Leiterbahn weiter in einem elektronischen Herstellungsprozess verwendet werden (d.h. elektronische Bauelemente können mit der erzeugten durchgehenden Leiterbahn verbunden werden und/oder auf dem nicht-leitenden Substrat in ein Gerät eingebaut werden).
Die 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100, das das unschädliche Verfahren zum Erzeugen von durchgehenden Leiterbahnen auf der Oberfläche eines nicht-leitenden Substrats genauer anhand von Ausführungsbeispielen der hierin offenbarten erfindungsgemäßen Anordnungen beschreibt.
Das Verfahren 200 kann mit dem Schritt 205 beginnen, in dem ein vorbereitetes nicht-leitendes Substrat in einer aktiven Metall-Lösung angeordnet werden kann. Die Vorbereitung des nicht-leitendes Substrats kann Vorgänge beinhalten, wie beispielsweise eine Reinigung, ein Entfetten, Ätzen usw., je nach der speziellen Realisierung des unschädlichen Verfahrens und/oder des Typs des gerade verwendeten nicht-leitenden Substrats. Nach Ausbilden der metallischen Basisschicht aus dem aktiven Metall auf der Oberfläche oder auf den Oberflächen des nicht-leitenden Substrats kann das nicht-leitende Substrat aus der aktiven Metall-Lösung in dem Schritt 210 herausgenommen werden.
Die Ausführung des Schritts 210 kann auf quantitativen Parametern beruhen, wie beispielsweise der Zeitdauer in der Lösung und/oder der Dicke der aktiven Metallschicht. Diese Parameter können je nach der Art des nicht-leitenden Substrats, des Aufbringens von durchgehenden Leiterbahnen und/oder den Einzelheiten des Metallisierungsprozesses (beispielsweise Molarität, speziell verwendetes aktives Metall) variieren.
In dem Schritt 215 können Abschnitte der Basisschicht aus Metall entfernt werden, um ein Leiterbahnmuster in der Basisschicht aus Metall zu realisieren. Das Entfernen der Basisschicht aus Metall zur Realisierung des Leiterbahnmusters kann Leiterbahnelemente von der Basisschicht aus Metall auf dem verbleibenden Teil des nicht-leitenden Substrats trennen. Der Bereich der Oberfläche oder der Oberflächen des nicht-leitenden Substrats, in dem das Leiterbahnmuster realisiert worden ist, kann als der Bereich mit Beschichtung bezeichnet werden; der Rest der Oberfläche oder der Oberflächen des nicht-leitenden Substrats kann als Bereich ohne Beschichtung bezeichnet werden.
Nach einer angedachten Ausfuhrungsform kann die Vorbereitung des nicht-leitenden Substrats nach Schritt 205 das Aufbringen eines Materials auf einem Abschnitt des nicht-leitenden Substrats umfassen, der ein Anhaften der Basisschicht aus Metall verhindert oder in einem gewissen Grad unterdrückt, wenn das nicht-leitende-Substrat in die aktive Metall-Lösung eingebracht wird. Dieser Anhaft-Hemmstoff kann ein Entfernen von Abschnitten der Basisschicht aus Metall bewirken, um den Bereich mit Beschichtung (gemäß Schritt 215) einfacher zu erzeugen, als dies ansonsten der Fall wäre.
Das gemusterte nicht-leitende Substrat kann im Schritt 220 dann in ein chemisches Galvanisierungsbad eingebracht werden. Im Schritt 225 kann das nicht-leitende Substrat nach Ausbildung einer ersten Metallschicht, die aus dem in dem chemischen Galvanisierungsbad enthaltenen Metall besteht, auf der Basisschicht aus Metall aus dem chemischen Galvanisierungsbad entfernt werden. Bereiche des nicht-leitenden Substrats, die nach dem Entfernen der Basisschicht aus Metall im Schritt 215, frei liegen, können von dem chemischen Galvanisierungsbad unbeeinflusst sein.
Der Bereich mit Beschichtung kann dann für eine Galvanisierungsprozess in dem Schritt 230 vorbereitet werden (beispielsweise gewaschen, getrocknet, mit Elektroden versehen werden usw.). In dem Schritt 235 kann eine zweite Metallschicht auf die erste Metallschicht des Bereichs mit Beschichtung galvanisch aufgebracht werden.
Es sei hervorgehoben, dass der Galvanisierungsprozess nur auf dem Bereich mit Beschichtung ausgeführt wird und der Bereich mit Beschichtung von dem Bereich ohne Beschichtung isoliert ist; folglich kann sich die zweite Metallschicht nicht auf der ersten Metallschicht des Bereichs ohne Beschichtung ausbilden.
In dem Schritt 240 können die erste Metallschicht und die Basisschicht aus Metall von der Oberfläche oder den Oberflächen des nicht-leitenden Substrats in dem Bereich ohne Beschichtung entfernt werden. Somit wird ein Muster aus einer durchgehenden Leiterbahn, das aus einer Basisschicht aus Metall, einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht zusammengesetzt ist, auf der Oberfläche oder den Oberflächen des nicht-leitenden Substrats zurück bleiben, ohne dass dadurch das nicht-leitende Substrat beeinträchtigt würde.
Die 3 ist eine Darstellung eines Verfahrensdiagramms 300, das die unschädliche Erzeugung einer durchgehenden Leiterbahn 380 auf einem nicht-leitenden Substrat 305 gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten erfindungsgemäßen Anordnungen zeigt. Das Verfahrensdiagramm 300 kann für ein spezielles Ausführungsbeispiel der Verfahren 100 und/oder 200 stehen.
Das Verfahrensdiagramm 300 kann mit einem nicht-leitenden Substrat 305 beginnen, bei dem die Oberfläche oder die Oberflächen, auf der bzw. denen die Leiterbahn 380 ausgebildet werden soll, bereits für eine Metallisierung vorbereitet wurden. Es sei betont, dass die Oberfläche oder Oberflächen des nicht-leitenden Substrats 305 nicht auf eine planare Form beschränkt zu sein brauchen. Das bedeutet, dass das beschriebene Verfahren eine Leiterbahn 380 auf einem nicht-leitenden Substrat erzeugen kann, dessen Oberfläche abschnittsweise eine konkave und/oder konvexe Form aufweist.
Beispielsweise kann dieses Verfahren Leiterbahnen 380 auf einer äußeren (konvexen) oder inneren (konkaven) Oberfläche eines sphärischen oder zylindrischen Körpers erzeugen. Alternativ kann die Oberfläche eine Mehrzahl von kleinen konvexen und/oder konkaven Abschnitten beispielsweise in der Form von Wellen oder Riffelungen aufweisen.
Als solches kann das beschriebene Verfahren die Art der Topographie des nicht-leitenden Substrats 305 erweitern, und zwar zusätzlich zu den Formen, die als Basis für nicht-leitende Substrate 380 verwendet werden können. Dieses Verfahren kann die Verwendung von nicht-leitenden Substraten 305 ermöglichen, deren Oberflächenabweichungen für herkömmliche Verfahren als nicht akzeptabel eingestuft würden, und/oder die Notwendigkeit nach Verfahrensschritten zur Verbesserung der Oberflächenebenheit verringern, beispielsweise nach einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP für chemical-mechanical Planarization). Das bedeutet, dass bei Verwendung des hierin beschriebenen Verfahrens keine Maßnahmen zur Verbesserung der Oberflächenebenheit im Anschluss an eine photomechanische Bearbeitung (PCM für photochemical machining) notwendig sind.
Bei dem Beispiel des dargestellten Verfahrens 300 kann das nicht-leitende Substrat 305 ein Stück aus Polycarbonat sein. Das nicht-leitende Substrat 305 kann in eine aktive Metall-Lösung 310 eingebracht werden, beispielsweise eine Palladiumlösung mit einer Molarität von 10 - 70 ppm.
Das Untertauchen und anschließende Herausnahmen des nicht-leitenden Substrats 305 in die bzw. aus der aktiven Metall-Lösung 310 kann in einem Zwischenprodukt 315 resultieren. Wie für dieses Beispiel gezeigt, kann das Zwischenprodukt 315 eine Basisschicht 320 aus Metall, was durch die hellgraue Farbe angedeutet ist, auf der Oberfläche des nicht-leitenden Substrats 305 aufweisen, die aus dem aktiven Metall aus der bereit gestellten aktiven Metall-Lösung 310 ausgebildet ist.
Die spezielle Dicke der aktiven Metallschicht 320 kann je nach dem Typ des aktiven Metalls, dem Typ des nicht-leitenden Substrats 305, dem Typ der gerade ausgebildeten Leiterbahn 380 und in Abhängigkeit von anderen Prozess-spezifischen Variablen variieren.
Es sei angemerkt, dass die Basisschicht 320 aus Metall auf der gesamten Oberfläche, die von dem nicht-leitenden Substrat 305 dargeboten wird, ausgebildet werden kann und dass die in dem Verfahrensdiagramm 300 dargestellte Schichtfolge einen Teilschnitt darstellen kann, um so die Unterschiede zwischen den Schichten zu betonen. Das bedeutet, dass, wenn alle Oberflächen des plattenförmigen nicht-leitenden Substrats 305 freiliegen und in die aktive Metall-Lösung 310 eingebracht werden, das resultierende Zwischenprodukt 315 eine Basisschicht 320 aus Metall aufweisen würde, welche das gesamte nicht-leitende Substrat 305 bedecken würde, und nicht nur eine „obere“ Schicht, wie für dieses Beispiel dargestellt.
Ein Leiterbahnmuster 330 kann in der Basisschicht 320 aus Metall ausgebildet werden, was in einem Zwischenprodukt 325 resultiert. Die Ausbildung des Leiterbahnmusters 330 kann den Schritt des Entfernens der Basisschicht 320 aus Metall von dem nicht-leitenden Substrat 305 um Bereiche herum beinhalten, welche das Leiterbahnmuster 330 aufweisen.
Beispielsweise kann ein YAG-Laser dazu verwendet werden, um die Basisschicht 320 aus Metall zu entfernen. Bei einem solchen Prozess kann der YAG-Laser eine Leistung von 4 - 10 kW bei einer Wiederholfrequenz von 5 - 30 kHz und einer Leistungsdichte von 1 - 7 % bereitstellen.
Außerdem kann das Verfahren das Leiterbahnmuster 330 in der Basisschicht 320 aus Metall so ausbilden, dass die Basisschicht 320 aus Metall körperlich in zwei getrennte Bereiche getrennt ist. Der Bereich mit Beschichtung 335 kann das Leiterbahnmuster 330 und beliebige andere Bereiche umfassen, die in dem Verfahren später galvanisch aufgebracht werden sollen. Der Rest der Basisschicht 320 aus Metall, der nicht in dem Bereich mit Beschichtung 335 enthalten ist, kann als Bereich ohne Beschichtung 340 bezeichnet werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens 300 kann die Basisschicht 320 aus Metall des Bereichs ohne Beschichtung 340 ebenfalls entfernt werden, was nur den Bereich mit Beschichtung 335 auf der Oberfläche des nicht-leitenden Substrats 305 zurück lässt.
Das Zwischenprodukt 325 kann dann in ein chemisches Galvanisierungsbad 345 eingebracht werden, um ein Zwischenprodukt 350 zu erzeugen. Wie für das Zwischenprodukt 350 dargestellt ist, kann das chemische Galvanisierungsbad 345 eine erste Metallschicht 355, angedeutet durch die mittelgraue Schicht, auf der Oberfläche der Basisschicht 320 aus Metall, also der hellgrauen Schicht, ausbilden.
Beispielsweise kann ein elektrodenloser Kupfer-Galvanisierungsprozess zu einer ersten Metallschicht 355 aus Kupfer führen oder ein elektrodenloser Nickel- Galvanisierungsprozess eine Nickel-Schicht 355 erzeugen.
Es ist wichtig anzumerken, dass die erste Metallschicht 355 auf der Basisschicht 320 aus Metall sowohl in dem Bereich mit Beschichtung 335 als auch in dem Bereich ohne Beschichtung 340 ausgebildet werden kann. Während die erste Metallschicht 355 im Wesentlichen nur auf der Basisschicht 320 aus Metall des Leiterbahnmusters 330 vorhanden zu sein braucht, kann die Erzeugung der ersten Metallschicht sowohl in dem Bereich 335 als auch in dem Bereich 340 kosteneffizienter und zeitsparender sein als eine Prozessierung der nicht-leitenden Substrats 305, um die Ausbildung der ersten Metallschicht 355 in dem Bereich ohne Beschichtung 340 zu verhindern. Das bedeutet, dass eine Beschichtung der gesamten Basisschicht 320 aus Metall mit der ersten Metallschicht 355 und ein anschließendes Entfernen der ersten Metallschicht 355 von dem Bereich ohne Beschichtung 340 einfacher und effizienter sein kann als der Versuch, die Ausbildung der ersten Metallschicht 355 nur auf den Bereich mit Beschichtung 335 zu begrenzen.
Ein Galvanisierungsprozess 360 kann auf dem Bereich mit Beschichtung 335 des Zwischenprodukts 350 verwendet werden, um ein Zwischenprodukt 365 zu erzeugen. Die Elektroden, die in dem Galvanisierungsprozess 360 verwendet werden, können miteinander verbunden sein, sodass ein Kontakt nur mit dem Bereich mit Beschichtung 335 hergestellt ist. Deshalb kann die zweite Metallschicht 370, die durch die dunkelgraue Schicht angedeutet ist, nur auf der ersten Metallschicht 375 ausgebildet werden, die in dem Bereich mit Beschichtung 335 enthalten ist.
Weil außerdem die erste Metallschicht 355 des Bereichs mit Beschichtung 335 und die erste Metallschicht 355 des Bereichs ohne Beschichtung 340 körperlich voneinander getrennt sind, können die nicht-leitenden Eigenschaften des Substrats 305 für eine zusätzliche Isolierung sorgen und den Galvanisierungsprozess 360 nur auf den Bereich mit Beschichtung 335 begrenzen.
Das Zwischenprodukt 365 kann dann als Ausgangsprodukt für andere Prozesse zur Ausbildung von elektronischen Schaltkreisen bzw. Leiterbahnen verwendet werden. Alternativ können die erste Metallschicht 355 und die Basisschicht aus Metall 320 von dem Zwischenprodukt 365 entfernt werden, um das Endprodukt 375 herzustellen, wie dieses in der 3A dargestellt ist.
Das Endprodukt 375 kann die Leiterbahn 380 umfassen, die auf der Oberfläche des nicht-leitenden Substrats 305 ausgebildet ist. Die Leiterbahn 380 kann die Basisschicht 320 aus Metall umfassen, welche die ersten und zweiten Metallschichten 355 und 370 mit dem nicht-leitenden Substrat 305 verbindet.
Es ist wichtig anzumerken, dass das nicht-leitende Substrat 305 durch die Ausbildung der Leiterbahn 380, die in dem Endzustand 375 abgebildet ist, nicht bereits verändert worden ist. Das Verfahren 300 kann die Leiterbahn 380 ohne Beschädigung der Oberfläche des nicht-leitenden Substrats 305 erzeugen, was im Gegensatz zu anderen herkömmlichen Verfahren steht, bei denen eine oder mehrere Schichten der Leiterbahn 380 in das nicht-leitende Substrat 305 eingelassen werden. Dies kann die Unversehrtheit des nicht-leitenden Substrats 305 aufrecht erhalten.
Weil dieses unschädliche Verfahren nicht weitere Modifikationen des nicht-leitenden Substrats 305 berücksichtigen muss, um den Entwurf der Leiterbahn 330 aufzunehmen, kann außerdem die Zeit, die zur Realisierung eines neuen Leiterbahnmusters 330 oder einer Modifikation zu einem bestehenden Leiterbahnmuster 330 erforderlich ist, erheblich reduziert werden.
Beispielsweise kann der typische Herstellungsprozess für einen integrierten Schaltkreis (IC) (d.h. einen Mikroprozessor oder Chip) spezielle Substrate (d.h. dotierte Silizium-Wafer) and mehrere photolithographische Schritte, Ätzschritt und/oder Abscheidungsschritte erfordern, um das Leiterbahnmuster 380 auszubilden. Die Realisierung einer einzigen Änderung des Designs an dieser Art von Prozess kann zu einer Umarbeitung und/oder Veränderung von jeder Maske resultieren, welche das Leiterbahnmuster 330 aufweist, ganz abgesehen von einer Umkonfiguration der verwendeten Maschinen bzw. Anlagen, um mit den neuen/geänderten Masken zu arbeiten.
Wegen dieses hohen zusätzlichen Aufwands können Veränderungen des Entwurfs zur Realisierung im Hinblick auf die aktuellen Herstellungsbedingungen einen hohen Zeitaufwand erforderlich machen. Somit neigen Hersteller von ICs dazu, Veränderungen des Designs oder Überlegungen hierzu in eine neue Produktionslinie zu schieben, anstatt zu versuchen, den Entwurf während eines laufenden Herstellungsprozesses zu ändern.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann jedoch ein Entwurf rascher und mit geringerem Aufwand realisiert werden. Weil das Leiterbahnmuster 330 auf die Oberfläche des nicht-leitenden Substrats 305 als einzelne Struktur aufgebracht wird, kann eine Änderung des Entwurfs innerhalb dieses Verfahrens einfach durch Anpassen des Verfahrens an das neue Leiterbahnmuster 330 realisiert werden.
Beispielsweise kann die Realisierung des Leiterbahnmusters 330 innerhalb der Basisschicht 320 aus Metall abgeändert werden, um das neue Leiterbahnmuster 330 zu verwenden (d.h. die Person, die den Laser bedient, würde entsprechend dem neuen Leiterbahnmuster 330 vorgehen). Das neue Leiterbahnmuster 330 kann auch eine Änderung der Anordnung der Elektroden während des Galvanisierungsprozesses 360 erforderlich machen. Diese Änderungen des Verfahrens können im Vergleich zu denjenigen bei einem herkömmlichen Herstellungsprozess einer Leiterbahn 380 als vergleichsweise gering angesehen werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines durchgehenden leitenden Schaltkreises oder einer durchgehenden Leiterbahn (380) auf einem nicht-leitenden Substrat (305), mit den Schritten: Aufbringen einer Basisschicht (320) aus einem Metall, das ein aktives Metall umfasst, auf mindestens einer Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (305); Erzeugen eines Schaltungs- oder Leiterbahnmusters (330) in der Basisschicht (320) aus Metall auf Grundlage eines Schaltungsentwurfs unter Verwendung eines Lasers, wobei die Basisschicht (320) aus Metall mit dem Schaltungs- oder Leiterbahnmuster (330) räumlich vom Rest der Basisschicht (320) aus Metall, der auf der mindestens einen Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (305) vorhanden ist, getrennt ist, wobei ein Abschnitt der mindestens einen Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (305), der das Schaltungs- oder Leiterbahnmuster (330) umschließt, als Bereich mit Beschichtung (335) bezeichnet wird, wobei der Bereich der zumindest einen Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (305), der den Rest darstellt, als Bereich ohne Beschichtung (340) bezeichnet wird, wobei der Bereich mit Beschichtung (355) von dem Bereich ohne Beschichtung (340) durch eine freiliegende Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (305) getrennt ist; und Hinzufügen einer ersten Metallschicht (355) auf der Basisschicht (320) aus Metall mittels eines chemischen Galvanisierungsprozesses (345), Hinzufügen einer zweiten Metallschicht (370) auf der ersten Metallschicht (355) des Bereichs mit Beschichtung (355) mittels eines Galvanisierungsprozesses (360), wobei die zweite Metallschicht (370) begrenzt wird, um zu verhindern, dass diese auf der ersten Metallschicht (355) des Bereichs ohne Beschichtung (340) hinzugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen der Basisschicht (320) aus Metall einen Flüssigkeits-basierten Aufbringungsprozess verwendet, der umfasst: Eintauchen des nicht-leitenden Substrats (305) in eine aktive Metall-Lösung (310) für eine vorgegebene Zeitdauer, wobei die aktive Metall-Lösung (310) Metallteilchen enthält, um die Basisschicht (320) aus Metall auszubilden; und wenn die vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist, ein Herausnehmen des nicht-leitenden Substrats aus der aktiven Metall-Lösung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen des Schaltungs- oder Leiterbahnmusters weiterhin umfasst: Positionieren des Schaltungs- oder Leiterbahnmusters (330) an einer gewünschten Stelle auf der mindestens einen Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (305); und Entfernen der Basisschicht (320) aus Metall von der mindestens einen Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (305) um jedes Element des Schaltungs- oder Leiterbahnmusters (330) herum.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Hinzufügen der ersten Metallschicht (355) weiterhin umfasst: ein Anordnen des nicht-leitenden Substrats in einem chemischen Galvanisierungsbad (345) für eine vorbestimmte Zeitdauer, wobei das chemische Galvanisierungsbad (345) Metallteilchen enthält, um die erste Metallschicht (355) auszubilden; wenn die vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, ein Herausnehmen des nicht-leitenden Substrats (305) aus dem chemischen Galvanisierungsbad (345), wobei die erste Metallschicht (355) auf der Basisschicht aus Metall (320) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hinzufügen der zweiten Metallschicht (370) weiterhin umfasst: ein Anbringen des Bereichs mit Beschichtung (355) des nicht-leitenden Substrats (315) an einer Vorrichtung für einen Galvanisierungsprozess (360); und ein Durchführen des Galvanisierungsprozesses (360), um die zweite Metallschicht (370) auf der ersten Metallschicht (355) innerhalb des Bereichs mit Beschichtung (355) des nicht-leitenden Substrats (315) auszubilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend: nach dem Hinzufügen der zweiten Metallschicht (370), ein Entfernen der ersten Metallschicht (355) und der Basisschicht (320) aus Metall von dem Bereich ohne Beschichtung (340), wobei nur eine durchgehende Leiterbahn (380) auf der mindestens einen Oberfläche des nicht-leitenden Substrats (315) verbleibt, die aus der Basisschicht (320) aus Metall, der ersten Metallschicht (355) und der zweiten Metallschicht (370) besteht.
Durchgehender leitender Schaltkreis oder durchgehende Leiterbahn (380) auf einem nicht-leitenden Substrat, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1
Durchgehender leitender Schaltkreis oder durchgehende Leiterbahn (380) nach Anspruch 7, wobei die Leiterbahn (380) nicht eben ist, eine konvexe Form, eine konkave Form, eine Mehrzahl von konvexen und konkaven Formen oder Kombinationen davon aufweist.
Durchgehender leitender Schaltkreis oder durchgehende Leiterbahn (380) nach Anspruch 7, wobei der Teil des nicht-leitenden Substrats (305), von dem die metallische Basisschicht (320) mittels Laser entfernt wurde, eine Vielzahl von Laser-Mustern (385) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines durchgehenden leitenden Schaltkreises oder einer durchgehenden Leiterbahn (380) auf einem nicht-leitenden Substrat (305), umfassend: ein Eintauchen des nicht-leitenden Substrats in eine aktive Metall-Lösung (310) für eine vorgegebene Zeitdauer, wobei die aktive Metall-Lösung (310) Metallteilchen enthält; wenn die vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist, ein Herausnehmen des nicht-leitenden Substrats (305) aus der aktiven Metall-Lösung (310), wobei das herausgenommene nicht-leitende Substrat (305) eine Basisschicht (320) aus einem Metall aufweist, die aus den Metallteilchen ausgebildet ist; ein Ausbilden eines Schaltungs- oder Leiterbahnmusters (330) durch Entfernen eines Teils der Basisschicht (320) aus Metall mittels eines Lasers von der nicht-leitenden Oberfläche, wobei das resultierende Substrat mit dem Schaltungs- oder Leiterbahnmuster (330) als Zwischenprodukt beziehbar ist, wobei die Basisschicht (320) aus Metall mindestens zwei verschiedene durchgehende Bereiche aufweist, die voneinander getrennt sind, sodass die beiden verschiedenen durchgehenden Bereiche elektrisch voneinander isoliert sind; und ein Anordnen des Zwischenprodukts in einer chemischen Galvanisierungslösung, was in einer ersten Metallschicht (355) resultiert, die auf der Basisschicht (320) aus Metall ausgebildet ist sowie ein Galvanisieren des Zwischenprodukts durch Anbringen von Elektroden nur an der ersten Metallschicht (355) von einem der mindestens zwei verschiedene durchgehenden Bereiche, um eine zweite Metallschicht (370) auf der Oberseite der ersten Metallschicht (355) für diesen durchgehenden Bereich auszubilden, wobei mindestens einem der mindestens zwei verschiedenen durchgehenden Bereichen die zweite Metallschicht (370) nach dem Galvanisieren fehlt.