DE2049163A1 - Verfahren zum Schweißen eines Schalt elements oder von Schaltelementen auf eine Unterlage - Google Patents

Description

Western Electric Company Incorporated Burns 3-5

New York, N. Y. 10007 V. St. A.

Verfahren zum Schweißen eines Schaltelements oder von Schaltelementen

auf eine Unterlage

Die Erfindung bezieht sich auf das Schweißen; sie ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich für Schweißungen verwendbar, wie sie bei der Herstellung von integrierten Hybridschaltungen u. dgl. erforderlich sind.

In der noch schwebenden deutschen Patentanmeldung P 17 52 679.3 ist ein Schweißverfahren angegeben, nach welchem die zu verbindenden Werkstücke auf eine Unterlage gesetzt werden, ein nachgiebiges Mittel, »twa ein Aluminiumstreifen, darübergelegt und dann mit Hilfe eines erhitzten Stempels Wärme und Druck zugeführt werden. Das Aluminium, verformt sich um das obenliegende Werkstück herum. Die Schweißparameter werden geregelt, so daß in dem Augenblick, wenn das Aluminium sich um das obenliegende Werkstück herum verformt hat und sich gegen das untenliegende Werkstück (im allgemeinen eine Dünnschicht-Unterlage) abflacht, der Kontaktbereich so groß ist, daß der Stempeldruck unter der Fließfestigkeit des Aluminiums im Kontaktbereich liegt, womit die Verformungen aufhören. Diese Arbeitsweise ist sehr vorteilhaft beim Schweißen von integrierten Stützleiterschaltungen auf Dünnschichtsubstrate.

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Eine der größten Schwierigkeiten beim Schweißen aller Mikrominiaturschaltungeri auf eine Unterlage liegt in der Notwendigkeit der genauesten" Einhaltung der gegenseitigen Positionierung von Substrat, der Schaltung oder des Elements (nachstehend als "Element" bezeichnet) und des Schweißwerkzeugs. Beispielsweise kann eine integrierte Schaltung mit sechzehn Stützleitern einen Abstand der 0, 013 mm (0, 5 mil) breiten Leiter von 0, 013 mm (0, 5 mil) haben; zum Schweißen muß jeder Leiter auf der zugehörigen Leiterbahn der Unterlage liegen, und das Schweißwerkzeug muß genau den Teil der Leiter bedecken, der geschweißt werden soll. In der erwähnten schwebenden Patentanmeldung ist gezeigt, daß das nachgiebige Mittel zum Vereinfachen des Positionier ens verwendet werden kann. Insbesondere kann das nachgiebige Mittel genau gelocht werden, um die Schaltung an seiner Unterseite aufzunehmen, wobei diese mittels eines Klebers o. dgl. gehalten wird, der die Oberseite der Leiter leicht an der Unterfläche des nachgiebigen Teils anheftet. Dieses läßt sich dann mit genau angebrachten Markierungen (Kerben, Offnungen oder dergleichen) versehen, so daß die Position leicht eingehalten werden kann. Ein weiterer Vorteil des "nachgiebigen Schweißens" ist, daß man ein flaches Werkzeug verwenden kann, das nicht sehr genau ausgerichtet werden muß. Das Element kann aber auch auf die Unterlage gelegt werden, danach ein nachgiebiger Rahmen darübergelegt und ein erhitzter flacher Stempel zum Schweißen abwärts geführt werden.

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Zwar vereinfachen die angegebenen Maßnahmen das Problem des Positionierens, dafür ergeben sich aber andere Schwierigkeiten. Die Verbindung des Elements mit dem nachgiebigen Teil muß ihrerseits genau sein, das zum Anheften verwendete Material darf die fertige Schaltung nicht verunreinigen und es muß das Element beim Schweißen freigeben. Wenn das Element auf die Unterlage gesetzt wird, ist darauf zu achten, daß es sich nicht aus der richtigen Lage bewegt.

Die Herstellung vollständiger Dünnschichtschaltungen bietet noch weitere Schwierigkeiten, auch wenn die aktiven Elemente mit einem nachgiebigen Mittel geschweißt werden. Die Schaltungen werden immer so ausgelegt, daß sie mit möglichst wenigen oder am besten ohne Über kreuzungen auskommen, die tatsächlich ein Problem darstellen. Außerdem ist es bei manchen Schaltungen zweckmäßig, relativ dicke gutleitende "Stromleitflächen¹¹ für das Energieverteilungsnetzwerk vorzusehen. Zum Herstellen eines gemeinsamen Massenanschlusses empfehlen sich "Mas se-Flächen". Da die üblichen Dünnschichtleiter hierfür ungeeignet sind, hat man vorgeschlagen, diese Ebenen in die Unterlage zu versenken, wobei "Röhren" an die Oberfläche der Unterlage führen, die ,an geeignete Schaltelemente angeschlossen werden. Die Zahl der zum Herstellen eines derartigen Bauteils erforderlichen Schritte würde jedoch zu groß sein, und der Vorschlag hat nicht zum Erfolg geführt.

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Die beim Herstellen von Überkreuzungen bei Dünnschichtschaltungen auftretenden Schwierigkeiten sind in gewissem Sinne einmalig und müssen besonders berücksichtigt werden. Zum Trennen der Leiter-Muster sind ^% sowohl Luft als auch feste Werkstoffe als Dielektrikum benutzt worden. Vom elektrischen Standpunkt aus ist wegen seiner niedrigen Dielektrizitätskonstante Luft vorzuziehen, mechanisch betrachtet, stellt die Überkreuzung mit Luft-Dielektrikum ein sehr zerbrechliches Gebilde dar, das während des Herstellungsprozesses sorgfältig behandelt werden muß. Die Überkreuzung mit festem Dielektrikum kann mit organischem oder anorganischem Material zum Trennen der Leiter ausgeführt werden. Diese Überkreuzungen sind zwar verhältnismäßig stabil, aber die ziemlich wenig bekannten Vorgänge der elektrischen und mechanischen Alterung der vorgeschlagenen festen Dielektrika geben Anlaß zu Bedenken.

Mindestens einige Hersteller bevorzugen aus fabrikatorischen Gründen von diesen beiden Möglichkeiten das Luft-Dielektrikum. Bei der derzeit üblichen Technik ergeben sich aber zwei Schwierigkeiten. Einerseits ist eine Anzahl schwieriger Produktions schritte bei der Herstellung der Überkreuzungen vorzunehmen, und diese Schritte spielen sich auf einer ziemlich kostspieligen Unterlage ab. Andererseits muß die Unterlage nach der Herstellung der verhältnismäßig bruchgeffthrdeten Überkreuzungen noch dem Prozeß des Aufschweißens der integrierten Schaltungen

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unterworfen werden. Daraus können sich wieder verschiedene Schwierigkeiten ergeben. Großflächiges Schweißen integrierter Schaltungen auf die Unterlage ist beim "nachgiebigen Schweißen" möglich, und während das bei einer bereits mit luft-dielektrischen Überkreuzungen versehenen Unterlage durchaus möglich sein kann, müssen in das nachgiebige Mittel zahlreiche weitere Löcher gestanzt werden. Wenn die Reihenfolge der Schweißungen umgekehrt wird, d. h. erst die integrierten Schaltungen angeheftet werden und dann das Überkreuzungsschweißen erfolgt, erhebt sich das Problem, das Beschädigen der integrierten Schaltungen zu vermeiden.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Schweißen eines Schaltelements bzw. von Schaltelementen auf eine Unterlage anzugeben, bei dem das Element bzw. die Elemente auf einem Schweißträger gebildet wird bzw. werden, der gegenüber der Unterlage in eine geeignete Lage gebracht wird, und bei dem das Element bzw. die Elemente durch Zu- μ

führen von Schweißenergie zu dem Element bzw. zu den Elementen auf die Unterlage geschweißt wird bzw. werden.

Als Schweißträger kann beispielsweise ein nachgiebiges Mittel, etwa ein Polyimidfilm auf einer festen Unterlage oder ein Polyimidfilm auf einer nachgiebigen Unterlage verwendet werden.

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Das Schaltungselement bzw. die Schaltungselemente können eine Überkreuzung aufweisen, die, von ihren Enden abgesehen, vor dem Schweißen in eine zugehörige Eintiefung oder öffnung in dem Träger aufgenommen wird.

Vor dem Schweißen kann mindestens ein aktives Element an dem Träger angebracht werden, wobei dieses Element in eine zugehörige Eintiefung oder öffnung dieses Trägers aufgenommen wird.

Ein weiteres Erfindungsziel ist die Angabe eines Verfahrens zur Herstellung eines Dünnschichtkondensators, bei dem eine untere Elektrode mit daran befindlichem Leiter und ein weiterer Leiter aus einem dünnen Metallfilm auf einer Unterlage hergestellt werden, eine obere Elektrode mit daran befindlichem Leiter auf einem Schweißträger hergestellt wird, der Schweißträger gegenüber der Unterlage richtig ausgerichtet und ein ^ Kondensator-Dielektrikum zwischen die obere und die untere Elektrode

gebracht wird, und bei dem Schweißenergie zugeführt wird, um die obere Elektrode, das Dielektrikum und die untere Elektrode miteinander zu verschweißen und auch den weiteren Leiter mit dem an der oberen Elektrode befindlichen Leiter zu verschweißen.

Zur Verwirklichung der Erfindung bedient man sich zweckmäßigerweise eines verhältnismäßig neuen Filmmaterials vom Polyimid-Typ, insbe-

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sondere des von der E. I. du Pont de Nemours & Co. unter dem Handels namen "Kapton" vertriebenen Erzeugnisses. Dieses Material steht, chemisch gesehen, dem Nylon, einem Polyamid, nicht fern, Polyimid-Werkstoffe dieser Art werden hergestellt durch einen Kondensations prozeß zwischen Pyromellith-Dianhydrid und Oxydianilin oder einem anderen geeigneten Amin. Aus diesem Material hergestellte Schichten haben einige bemerkenswerte Eigenschaften. Wegen der starken Aromatform (aromaticity) des Polymeraufbaus haben die Schichten hohe ther- ä mische Festigkeit. Eine 0, 025 mm (1 mil) starke Schicht ist kurzzeitig mit ca. 540°C (1000°F) belastbar. Diese Filme stellen sehr wirksame Wärmeschutzschichten und elektrische Isolatoren dar. Beim Erhitzen werden die absorbierten Wassermoleküle aus dem Polymer aufbau ausgetrieben. Schließlich ist das Material zwar nicht streckbar, es kann aber verformt werden und weist eine gewisse Elastizität und auch plastisches Verhalten auf.

Unter "aktivem Element" sind hier Transistoren, integrierte Schaltungen '

mit oder ohne Stützleiter u. dgl. zu verstehen. Mit "leitendem Teil" wird eine Über kreuzung, ein schichtverdickender Leiter, Stromleitfläche oder Massefläche u. dgl. bezeichnet. Unter "passivem Element" werden Widerstand, Kondensator u. dgl. auf der Unterlage verstanden, die im allgemeinen einen Bestandteil der Dünnschichtschaltung darstellen. Im

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Zusammenhang mit dem Schweißen wird der Ausdruck "nachgiebiges Mittel" allgemein für. ein beliebiges derartiges Material benutzt; der Einfachheit halber wird der Handelsname "Kapton" für Polyimid-Filme der beschriebenen Art verwendet, die zur Ausübung der Erfindung besonders zweckmäßig erscheinen.

Die besonderen Eigenschaften von Kapton und anderen Polyimid-Filmen machen diese zu einem hervorragenden Schweißmedium oder -Träger bei zahlreichen Anwendungsfällen. Insbesondere lassen sich auf Kapton leitende Teile in genau der Position herstellen, die sie in der Schaltung einnehmen. Dies kann beispielsweise geschehen, indem eine Metallschicht auf den Film laminiert oder stromlos plattiert wird, woran sich Maskieren, Belichten, Entwickeln, Ätzen usw. zur Her stellung des gesuchten Musters anschließen; diese Schritte sind bei der Herstellung von Mikroschaltungen an sich bekannt. In manchen Fällen kann der in der schwebenden deutschen Patentanmeldung P 19 17 474.4 angegebene Verfahrensablauf angewandt werden, nach welchem auf die Oberfläche ein chemischer Film aufgebracht wird, der lediglich durch eine spezielle Strahlungsart in dem gewünschten Schaltungsmuster aktiviert wurde. Anschließend wird Metall nur auf das Schaltungsnauster stromlos plattiert. Danach wird der Dickenaufbau des Musters durch aufeinanderfolgendes stromloses und elektrolytisches Plattieren hergestellt. Bei diesem Vor-

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gehen werden das Maskieren, Entwickeln und Ätzen der üblichen Herstellungsprozesse vermieden. Alle Verfahren zum Herstellen dieser Schaltelemente werden nachstehend zusammenfassend als "chemische Herstellung" von Schaltelementen bezeichnet. Zu irgendeinem Zeitpunkt während der Musterbildung oder danach wird die Rückseite des Films auf einer starren oder nachgiebigen Trägerplatte befestigt. Eine starre Platte ist mit Eintiefungen oder öffnungen an den geforderten Überkreuzungsstellen versehen. Danach kann die Verformung der als Überkreu- % zungen vorgesehenen Schaltmusterelemente vorgenommen werden. Danach wird die Platte zur Unterlage ausgerichtet, und Wärme und Druck oder sonstige Schweißenergie wird zugeführt.

Es läßt sich zeigen, daß Kapton und andere Polyimid-Filme unter Druck in gewissem Umfang Fließen zeigen und sich beispielsweise während des Schweißens um kleine Leiter verformen lassen, die Behauptung wäre aber nicht korrekt, daß immer dann, wenn ein derartiger Film als Schweißträger verwendet wird, Thermokompression an einem nachgiebigen Medium das hervorstechende Verfahrensmerkmal wäre. Zum Beispiel kann ein einige Tausendstel Zoll starkes leitendes Teil auf einem 0, 013 mm (0, 5 mil) starken Kapton-Film, der auf einer starren Platte angebracht ist, hergestellt werden. Wenn ein erwärmtes Werkzeug diese Anordnung gegen eine Unterlage drückt, kann ein geringfügiges Fließen

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des Kapton eintreten, das eigentliche Schweißverfahren ist aber die Thermokompression. Bei Verwendung von Kapton beim Schweißen durch Thermokompression treten zwei besondere Vorteile in Erscheinung: leitende Teile lassen sich auf dem Kapton in ihren gegenseitigen Lagen herstellen, die sie auf der Unterlage einnehmen werden, und jedes zwischenzeitliche Hantieren wird vermieden; ferner führt das Austreten von Wasser und/oder die Extrusion des Films dazu, daß die Teile sich ^ unter den beim Schweißen herrschenden Bedingungen von dem Film lösen.

Diese beiden Vorteile begründen die Bevorzugung dieses Films als Schweißmedium oder Träger.

Der genaue Mechanismus des Lösens eines Elements vom Film ist nicht bekannt. Das Austreten (oder Verdampfen) von Wasser aus der Filmoberfläche unter den beim Schweißen herrschenden Bedingungen spielt offenbar eine Rolle, man nimmt jedoch an, daß die eigentliche Extrusion des Films, wenn er zwischen dem zu schweißenden Element und dem

Stempel (oder dem starren oder nachgiebigen Teil) gequetscht wird, ebenfalls von Bedeutung ist.

Beim "nachgiebigen Schweißen", wie beim gewöhnlichen Schweißen durch Thermokompression, wird durch ei$,en beheizten Stempel oder ein beheiztes Werkzeug Schweißenergie in Form von Wärme und mechanischer

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Energie zugeführt, wobei die Unterlage darunter auf einem geeigneten Amboß gehalten wird. Wird jedoch Kapton als Schweißmedium verwendet, ist es schwierig, ausreichende Wärme durch den Film hindurch während eines vernünftigen Schweißzyklus an die Schweißzone zu bringen und gleichmäßig gute Schweißungen zu erzielen, zumindest bei Schweißmaterialien, die eine relativ hohe Temperatur erfordern, (Die außergewöhnlichen Wärmeisolationseigenschaften des Kaptons werden besonders deutlich, wenn man sich vergegenwärtigt, daß der Film nicht stärker als * 0, 025 mm (1 mil) zu sein braucht.) Werden hohe Temperaturen benötigt, so empfiehlt es sich, entweder die Wärmeenergie zum Schweißen von unten, etwa durch Vorerhitzen der Dünnschichtunterlage, durch Verwenden eines erhitzten Ambosses usw., zuzuführen oder die Anlage umzukehren und den erhitzten Stempel von unten gegen die Unterseite der Unterlage zu führen, was funktionsmäßig dasselbe bedeutet. Wenn andererseits der Kapton-Film nur 0, 013 mm (0, 5 mil) stark ist, läßt sich im allgemeinen eine ausreichend große Wärmemenge hindurchleiten, ohne daß der Film verkohlt oder andere Schwierigkeiten auftreten.

Natürlich ist es wünschenswert, gleichzeitig aktive Teile und leitende Teile zu schweißen. Wenn das möglich ist, werden mehrere Vorteile erzielt. Zunächst erspart man sich einen zusätzlichen V erfahr ens schritt und die Schwierigkeiten, die sich ergeben, wenn man versucht, aktive

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Teile nach dem Schweißen von Überkreuzungen zu schweißen und umgekehrt. Der zweite Vorteil ist die Möglichkeit des zerstörungsfreien Prüf ens. Wenn alle aktiven und leitenden Teile an ihrer Stelle auf der Unterlage und unter normalem Anpreßdruck liegen, aber noch nicht geschweißt ist, kann man die Schaltung auf Betriebsfähigkeit prüfen, oftmals mit nur zwei oder drei Untersuchungen. Das steht im Gegensatz zu der grpßen Zahl von Einzelprüfungen, die bei einer noch nicht vollständigen Schaltung erforderlich sind.

Mit Aluminium oder einem anderen gebräuchlichen nachgiebigen Mittel kann das Schweißen von aktiven und leitenden Teilen folgendermaßen ausgeführt werden.

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Zunächst wird das nachgiebige Teil an den Stellen gelocht, an denen aktive Teile anzuordnen sind. Dann wird eine Ätzresistschicht über die gesamte Fläche gezogen, darüber eine laminierte oder plattierte Metallschicht, etwa Gold. Danach wird das erforderliche Muster von Uberkreuzungen und anderen leitenden Teilen auf die übliche Weise durch Maskieren, Belichten, Entwickeln, Ätzen usw. hergestellt. Dann drückt ein Werkzeug diejenigen Teile herunter, die Uberkreuzungen darstellen sollen. Danach werden an den vorgesehenen Stellen aktive Teile angebracht. Nun wird das nachgiebige Teil umgekehrt, auf die Unterlage

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gesetzt und die Schweißung vorgenommen. Wenn unter den Überkreuzungen anstelle eines Luft-Dielektrikums ein festes Dielektrikum vorgesehen ist, wird das feste Material entweder vorher auf die Unterlage gelegt oder an der Überkreuzung vor dem Schweißen angebracht.

Eine vorteilhafte Abwandlung dieser Methode ist es, einen sehr dünnen Kapton-Film als adhäsive Schicht vorzusehen (genauer: der Kapton-Film wird mit einem Klebemittel an dem nachgiebigen Mittel angebracht). |

Wenn als nachgiebiges Mittel an einer starren Platte angebrachtes Kapton vorgesehen ist, verlaufen die Verfahrensschritte entsprechend, abgesehen davon, daß die Platte zuvor mit Eintiefungen für die Überkreuzungen und mit öffnungen für die aktiven Teile versehen werden muß. Ferner muß ein besonderes Bindemittel zum Anbringen der aktiven Teile an dem Film verwendet werden.

Die Erzeugung und das Aufschweißen eines gutleitenden Stromversorgungsnetzwerks und/oder von Masseflächen kann durch Kombinieren der genannten Techniken erfolgen. Zum Beispiel kann zunächst ein relativ starkes Leitermuster auf einem nachgiebigen Aluminiumteil erzeugt und dann eine Kapton-Schicht darauf geschweißt werden. Ein Überkreuzungsmuster kann anschließend auf das Kapton über den Leitern erzeugt und

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in beschriebener Weise aufgeschweißt werden.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen weiter erläutert werden.

Die Figuren IA-E stellen die Herstellung und das Schweißen zweier Überkreuzungen auf einer Unterlage dar.

Die Figuren 2A-E zeigen die Herstellung einer Überkreuzung und das Anordnen eines aktiven Teils vor dem Schweißen.

Fig. 3 zeigt Stromleit- und Masseflächen vor dem Schweißen im Schnitt.

Die Figuren 4A-C geben die Herstellung einer Überkreuzung mit festem Dielektrikum wieder.

Die Figuren 5A-C zeigen die Herstellung eines Dünnfilm-Kondensators.

Nach den Figuren IA bis IE ist Aluminium oder ein anderes nachgiebiges Teil 10 mit einem Ätzresist-Klebstoff 12, etwa einem Styrol- oder Acryl Klebstoff beschichtet; darauf ist eine Goldfolie 14 von 0, 025 mm (1 mil) Stärke laminiert. Darauf wird ein (nicht eingezeichneter) geeigneter Photoresist geschichtet, die Oberfläche wird in geeigneter Weise belichtet, das Muster entwickelt, indem die löslichen (unbelichteten) Teile des Resists weggenoinmen werden und die nun ungeschützten Bereiche der

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Goldschicht weggeätzt werden, wodurch sich das in Fig« IB gezeigte Muster ergibt. Man sieht, daß von der Folienschicht 14 nur die Goldstreifen 16, 18 stehen bleiben. Dann werden die Überkreuzungen mit einem (nicht gezeichneten) geeigneten Werkzeug eingedrückt, so daß die gewünschten Überkreuzungsformen nach Fig. IC entstehen. Dann wird das nachgiebige Teil 10 umgekehrt und über eine Dünnschichtunterlage 20 mit darauf befindlichem Leitermuster 22 (Fig. ID) gehalten. Fig. IE zeigt schließlich die Unterlage 20 mit den darauf geschweißten Überkreuzungen 16, 18.

Die Figuren 2A-E erläutern die Einzelschritte bei der Herstellung von Überkreuzungen und beim Schweißen der aktiven und der passiven Teile in einem einzigen Arbeitsgang unter Verwendung von Kapton als nachgiebigem Mittel. Nach Fig. 2A ist eine Stahlplatte 24 mit öffnungen oder Eintiefungen 26, 28 versehen. Solange diese Eintiefungen tiefer sind als das Teil oder Element, sind sie brauchbar, ihre Tiefe ist dann ohne ä

Bedeutung. Nach Fig. 2B ist die Platte 24 mit einer Schicht 30 von Kapton und einer Goldfolienschicht 32 bedeckt. Jede dieser Schichten kann beispielsweise 0, 025 mm (1 mil) stark sein. Wie zuvor laufen die einzelnen Schritte zur Erzeugung des Musters ab, wobei (bei diesem Beispiel) ein einzelner Überkreuzungsstab 34 (Fig. 2C) hergestellt wird. Bei einer anderen Methode kann ein kupferplattierter Kapton-Film als Ausgangs-

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material gewählt werden. Das Muster wird mit Gold als Ätzresist hergestellt, d. h. ein Photoresist wird mit einem Muster versehen, das die Folie abdeckt, ausgenommen die Stellen, an denen Überkreuzungen vorgesehen sind, auf diese Stellen wird Gold plattiert, der Resist wird entfernt, und sämtliches freiliegendes Kupfer wird weggeätzt. Unabhängig von der verwendeten Schrittfolge ergibt sich die in Fig. 2C dargestellte Konfiguration. Nach Fig. 2D besteht der nächste Schritt darin, die Überkreuzung 34 in die Eintiefung 26 zu drücken, um das erforderliche Überkreuzungsprofil herzustellen. Wenn der Film 30 während dieses Vorgangs reißt, so ist das bedeutungslos; die Grenzschicht zwischen dem niedergedrückten Teil und dem Film nimmt an dem Schweißvorgang nicht teil, und die während des Schweißens zugeführte Wärme läßt die beiden Flächen sich voneinander trennen. Handelt es sich bei 24 um eine starre Platte, so muß sie vor den anderen Vorgängen eingetieft oder durchbrochen werden, weil sie wesentlich härter ist als die Überkreuzung 34 und ein für das Eindrücken der Platte 24 ausreichender Stoß die Überkreuzung zerstören würde.

Die Platte 24 kann starr, nachgiebig oder aus Teilen mit diesen beiden Eigenschaften zusammengesetzt sein. Als Beispiel hierfür sei eine Molybdänplatte genannt, die zunächst an allen Stellen, an denen aktive Teile, Überkreuzungen o. dgl. vorgesehen sind, gelocht wird. Dann wird

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eine Kupferfolie gelocht und mit entsprechenden öffnungen versehen. Dann wird über das Kupfer die Kapton-Schicht gelegt. In diesem Fall gibt das Kupfer dem so gebildeten Schweißträger einige Nachgiebigkeit. Andererseits können das Kapton und die Folie auch mit einem anderen Träger verwendet werden und die gelochte Platte im wesentlichen als Form für die Herrichtung der Folie benutzt werden.

Während des Eindrückens kann der Film 30 gelocht werden, damit die ^

öffnung 28 freigelegt wird. Damit kann ein mit Stützleitern versehenes Teil 36 in umgekehrter Lage in die öffnung geführt und auf den Film 30 gelegt werden. Das ist in Fig. 2E dargestellt. Bei bestimmten Anwendungsfällen kann es erforderlich sein, aktive Teile auf der Unterlage anzuordnen und die Gruppe mit den Überkreuzungen usw. darauf abzusenken. Die gesamte Anordnung ist vorbereitet, um umgedreht, über eine Dünnschichtunterlage gehalten und in einem einzigen Arbeitsgang verschweißt zu werden. Bei diesem Beispiel kann das Schweißen der Leiter des Teils λ

36 (wegen ihrer geringen Größe) im wesentlichen "nachgiebig" ablaufen, während das Schweißen der Überkreuzung 34 im wesentlichen durch Thermokompression erfolgt. Wie oben erwähnt, können wegen der Wärmeisolationseigenschaften des Kaptons Schwierigkeiten bei der Zuführung der für das Schweißen erforderlichen Wärme durch den Film auftreten. Wenn andererseits die Wärme durch die Unterlage zugeführt wird, muß

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darauf geachtet werden, daß die Unterlage, die aus Glas oder einer Tonerdekeramik bestehen kann, keinen Wärmeschock erleidet.

Von einer Reihe von Faktoren hängt es ab, ob der Polyimidfilm auf einen (starren oder nachgiebigen) Träger vor oder nach der Erzeugung des Musters geschichtet werden soll. Wenn der Film auf einem Träger vor der Mustererzeugung aufgebracht wird, verbessert sich die Dimensionsstabilität des Musters, aber der Träger muß gegen die verschiedenen während der Erzeugung des Musters benutzten Reagenzien geschützt werden.

Wie erwähnt, besitzt Kapton eine gewisse Nachgiebigkeit und wirkt so, daß die Schaltungselemente während des Schweißens freigegeben werden. Ein sehr brauchbarer Schweißträger ist demnach ein nachgiebiges Mittel, etwa Aluminium oder Kupfer, mit einem darauf geschichteten sehr dünnen Kapton-Film. Zum Herstellen derart dünner Filme gibt es zwei Möglichkeiten. Ein stärkerer, etwa 0, 025 mm (1 mil) starker Film wird durch Ätzen abgetragen. Dieser Weg ist bis zu dem Augenblick befriedigend, in dem Unebenheiten des geätzten Produktes ein Problem darstellt. Für sehr dünne Filme ist es vorzuziehen, von einem Imid-Material in flüssiger Form (d.h. von unpolymerisiertem Imid) auszugehen und das Polymerisationsprodukt in situ herzustellen. Die Technik entspricht weit-

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gehend derjenigen beim Herstellen von Photoresist-Film: die Flüssigkeit wird über die Unterlage versponnen, um einen gleichmäßigen Film regelbarer Stärke herzustellen; die Stärke hängt von der Viskosität der Flüssigkeit und der Spinnrate ab. Dann wird die beschichtete Unterlage zum Austreiben der Lösungsmittel erwärmt und zum Polymerisieren des Materials erhitzt. Auf diese Weise lassen sich sehr dünne Filme herstellen, wobei die Unter grenze durch Schwierigkeiten wegen des Auftretens von Lochporosität gebildet wird. %

Bei der Anwendung der Erfindung für die Herstellung und Schweißung von Stromleitflächen und Masseflächen geht man in ähnlicher Weise vor, wie durch die Figuren 2A-D beschrieben; Fig. 3 zeigt ein nachgiebiggs Aluminiumteil 38 mit einer unter seine Unterseite mittels (nicht gezeichneter) Klebemittel befestigter Massefläche 40. Eine Isolierschicht 42, zweckmäßigerweise Kapton, trennt die Massefläche 40 von einer Stromleitfläche 44. Eine weitere Isolierschicht 46 trennt die letztere von einer Über kreuzung 48. Dieser Aufbau wird durch mehrfaches Anwenden der zuvor beschriebenen verschiedenen Schritte hergestellt. Der wirtschaftliche Vorteil einer solchen Anordnung gegenüber den früher angegebenen eingelassenen Flächen, ist deutlich. Bei verhältnismäßig einfachen Schaltungen wird es sich im allgemeinen empfehlen, einfach die Leiter eines vorhandenen Stromverteilungsnetzwerks durch Aufsehweißen von flachen,

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dicken Leitern (vgl. Fig. 2C) zu verstärken, statt von der komplizierteren Anordnung nach Fig. 3 Gebrauch zu machen.

Die Figuren 4A-C zeigen die Herstellung einer Überkreuzung mit festem Dielektrikum. In Fig. 4A ist 50 eine Unterlage mit darauf befindlichen leitenden Teilen 52, 54, 56, und die Teile 52, 54 sollen durch eine Überkreuzung miteinander verbunden werden. Nach Fig. 4B wird eine Schicht Isoliermaterial 58 über das Teil 56 zwischen den Teilen 52 und 54 gelegt. Dann wird eine Überkreuzung 60 auf die leitenden Teile 52, 54 geschweißt (Fig. 4C). Das Dielektrikum 58 kann vorher auf die Unterlage aufgebracht werden oder es kann vor dem Schweißen an der Überkreuzung angebracht werden. In jedem Fall ist es nicht erforderlich, die Überkreuzung vor dem Schweißen zu formen, weil sie sich über das Isoliermaterial 58 hinweg während des Schweißens verformt.

In manchen Fällen kann es erwünscht sein, Überkreuzungen mit festem Dielektrikum wegen ihrer mechanischen Festigkeit zu Beginn des Herstellungsvorgangs zu haben, bei der fertigen Anordnung aber Überkreuzungen mit Luft als Dielektrikum wegen der besseren Isolierwirkung. Dazu werden feste Überkreuzungen hergestellt, wie oben in den Figuren 4A-C beschrieben. Die Art und Weise, wie das Isoliermaterial entfernt Wird, hängt von der Natur dieses Materials ab. Ist Kapton das Isoliermittel, So kann man es durch Lösen mit Ätznatronlösung entfernen.

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Natürlich braucht das Material 58, wenn es vor dem Prüfen der Schaltung entfernt wird, überhaupt kein Isolator zu sein. Seinen physikalischen Eigenschaften nach muß es nur die Belastung durch das Schweißen aushalten, und es muß im übrigen ohne Beschädigung der Anordnung · daraus zu entfernen sein.

Nach einem entsprechenden Verfahren läßt sich ein Dünnschicht-Kondensator herstellen, wie die Figuren 5A-C zeigen. Nach Fig. 5A ist eine " Unterlage 62 mit einem leitenden Teil 64 versehen, sowie mit einer unteren Elektrode 66, die mit einem leitenden Teil 68 einstückig verbunden ist. Das Kondensator-Dielektrikum 70 (Fig. 5B) wird dann entweder an Ort und Stelle oder auf der oberen Elektrode in ähnlicher Weise erzeugt wie bei dem festen Dielektrikum unter der Überkreuzung (Fig. 4). Zuletzt wird die obere Elektrode 72 durch Schweißen aufgebracht (Fig. 5C). Die obere Elektrode 72 ist als "Teil-Überkreuzung" ausgeführt, wobei ein Leiter nach einer Seite vorsteht und mit dem leitenden Teil 64 ver- M schweißt wird. Natürlich müssen die obere und die untere Elektrode 66, 72 mit dem zwischen ihnen liegenden Dielektrikum 70 verschweißt werden, ebenso die zugehörigen leitenden Teile.

Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf das Thermokompressionsschweißen im allgemeinen und das "nachgiebige Schweißen" im besonderen beschrieben worden, aber natürlich läßt sie sich auch bei jeder anderen Form der Zuführung von Sehweißenergie verwenden, etwa bei Verwendung von Ultraschallenergie zum Schweißen.

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Claims (9)

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   Patentansprüche

   1/ Verfahren zum Schweißen eines Schaltelements oder von Schaltelementen auf eine Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß das Element oder die Elemente (16,18) auf einem Schweißträger (10, 12) gebildet wird bzw. werden, der gegenüber der Unterlage (20) in eine geeignete Lage gebracht wird und bei dem das Element bzw. die Elemente durch Zuführen von Schweißenergie zu dem Element bzw. zu den Elementen auf die Unterlage geschweißt wird bzw. werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schweißträger ein nachgiebiges Medium gewählt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schweißträger ein Polyimid-Film auf starrem Träger gewählt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schweißträger ein Polyimid-Film auf einem nachgiebigen Träger gewählt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Schaltelemente eine Überkreuzung aufweist,

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   die, abgesehen von ihren Endabschnitten, vor dem Schweißen in eine zugehörige Eintiefung oder Öffnung in dem Träger aufgenommen wird.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schweißen mindestens ein aktives Teil (36) an dem Träger angebracht und in eine zugehörige Eintiefung oder Öffnung in dem Träger aufgenommen wird.
7. 7. Verfahren nacheinem tier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißenergie sich aus Wärme- und Druckenergie zusammensetzt.
8. 8. Verfahren zum Herstellen eines Dünnschicht-Kondensators, dadurch gekennzeichnet, daß eine untere Elektrode (66) mit einem daran befindlichen Leiter (68) und ein weiterer Leiter (64) aus einem dünnen Metallfilm auf einer Unterlage (62) hergestellt werden, daß eine obere Elektrode (72) mit daran befindlichem Leiter auf einem Schweißträger hergestellt wird, daß der Schweißträger in geeigneter Weise relativ zu der Unterlage ausgerichtet und ein Kondensator-Dielektrikum (70) zwischen die obere und die untere Elektrode gebracht wird, und daß Schweißenergie zugeführt wird, um die obere Elektrode, das Dielektrikum und die untere Elektrode

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   It

   miteinander zu verschweißen und den weiteren Leiter (64) mit dem an der oberen Elektrode (72) befindlichen Leiter zu verschweißen.
9. 9. Unterlage und Schaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche miteinander verschweißt sind.

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