DE3245272A1

DE3245272A1 - Verfahren zur herstellung miniaturisierter dick- und duennschichtschaltungen

Info

Publication number: DE3245272A1
Application number: DE19823245272
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Ing.(FH) 8401 Aufhausen Gassner
Original assignee: Ernst Roederstein Spezialfabrik Fuer Kondensatoren 8300 Landshut GmbH; ROEDERSTEIN KONDENSATOREN; Ernst Roederstein Spezialfabrik fuer Kondensatoren GmbH
Current assignee: Roederstein Spezialfabriken fur Bauelemente Der E
Priority date: 1982-12-07
Filing date: 1982-12-07
Publication date: 1984-06-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
miniaturisierten, auf einem Trägersubstrat angeordneten und zumindest in einer Ebene liegenden Leiterbahngeometrien, insbesondere für Dick- und Dünnschichtschaltungen.
Bei den bekannten Dick- und Dünnschichtschaltungen werden die benötigten Leitungsbahnen in Siebdruck- bzw. Maskentechnik aufgebracht, wobei der Verlauf der Leitungsbahnen zunächst in vergrößerter Form positiv dargestellt und die eigentlichen Masken nach entsprechender Verkleinerung gefertigt werden.
Mittels dieser bekannten Technik ist es üblich, Leiterbahnen mit einer minimalen Breite von etwa 400/ um und einem gegenseitigen Abstand von ebenfalls etwa 400 um herzustellen.
Die Ausfallquote bei der Fertigung von mit derartigen Leiterbahnen versehenen Substraten steigt jedoch mit zunehmender Miniaturisierung der Leiterbahngeometrie an, so daß es aus Platzgründen häufig erforderlich ist, unter Verwendung von Crossdruck die Leiterbahnen in verschiedenen Ebenen anzuordnen. Dies ist aber aufwendig und insbesondere dann unwirtschaftlich, wenn nur aufgrund weniger Verbindungsleitungen dieser Übergang zu Mehrschichtbauweise erfolgen muß.
Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs definierte Verfahren zur Herstellung miniaturisierter Leiterbahngeometrien in der Weise zu verbessern, daß die Leiterbahndichte ohne Beeinträchtigung der definierten und elektrisch einwandfreien Leitungsführung um ein Mehrfaches erhöht werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß zunächst zumindest auf diejenigen Bereiche des Substrats, an denen eine miniaturisierte Leiterbahngeometrie vorgesehen ist, eine vollflächige Schicht aus leitendem Material aufgebracht wird und daß diese Schicht dann mittels eines nach einem negativen Layout-Programm gesteuerten, bezüglich des Substrats justierten Lasers in voneinander getrennte, wenigstens zum Teil jeweils eine Leiterbahn bildende Teilflächen und/oder Streifen unterteilt wird.
Durch den Übergang von der bisher üblichen Positivtechnik der Layout-Gestaltung zur Negativtechnik und den Einsatz von Lasern zur Erzeugung genau definierter, jedoch sehr schmaler, im Bereich von etwa 50 um und darunter liegender Brennspuren zur Begrenzung von definiert verlaufenden, leitenden Bereichen oder Streifen wird es möglich, die Leiterbahndichte im Vergleich zur herkömmlichen Technik ohne Schwierigkeiten um das Vierfache zu erhöhen, was wiederum zur Folge hat, daß aufgrund der wesentlich erhöhten Leiterbahndichte in vielen Fällen auf den sonst erforderlichen Crossdruck zur Unterbringung aller benötigten Leitungszüge verzichtet werden kann.
Es ist zwar bereits bekannt, z.B. aus der DE-OS 28 12 928, in elektrischen Meß-, Regel- oder Steuerkreisen angeordnete Schichtwiderstände unter Einsatz eines Laserstrahls abzugleichen, indem der wirksame Querschnitt des Widerstandsleiters durch lokales Einwirken von Strahlungswärme vermindertvwird, aber bei solchen Anwendungsfällen, wie sie im übrigen auch bei der Herstellung von Widerständen üblich sind, wird der Laserstrahl praktisch nur als Ersatz einer sonst erforderlichen Schleifeinrichtung genutzt.
Da bei der gemäß der Erfindung vorgesehenen Vorgabe eines negativen Layout-Programms eine sehr hohe, nur durch den einzuhaltenden Minimalabstand zwischen benachbarten Brennspuren begrenzte Variabilität gegeben ist und ein Laserstrahl gemäß heutiger Technik mit sehr hoher Genauigkeit und sehr hoher Geschwindigkeit gesteuert bzw. geführt werden kann, lassen sich mit geringster Ausfallquote extrem miniaturisierte Dickschichtschaltungen fertigen.
Es ist dabei sowohl möglich, sämtliche Leiterbahnen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu fertigen oder das erfindungsgemäße Verfahren nur in den sogenannten kritischen Bereichen, wo eine sehr hohe Leiterbahndichte gefordert wird, einzusetzen, d.h. es ist auch eine Kombination zwischen herkömmlicher Siebdruck- bzw. Maskentechnik und dem Verfahren nach der Erfindung möglich.
Das Anschließen der erfindungsgemäß ausgebildeten, zumindest zum Teil lediglich einen gegenseitigen Abstand von 50 um aufweisenden Leiterbahnen an Bauelemente, IC-Pads, außenliegende Kontakte und dergleichen kann in herkömmlicher Weise durch Bonden, Löten und auch in Reflow-Technik erfolgen.
Von wesentlichem Vorteil ist auch, daß durch Intensitätssteuerung des Laserstrahles die Eindringtiefe des Brennstrahls sehr genau gesteuert werden kann, was es wiederum ermöglicht, die erfindungsgemäße Leiterbahnbildung auch bei Anwendung der Mehrschichttechnik zu verwenden, da durch diese Intensitätssteuerung verhindert werden kann, daß unter einer Schicht liegende weitere Schichten beschädigt werden, wenn in einer obenliegenden Schicht Brennspuren gelegt werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Leiterbahnen müssen keineswegs über ihre jeweilige Länge gleiche Breite besitzen. Es ist Vielmehr in vielen Fällen von Vorteil, die einzelnen Leiterbahnen über ihre Länge durch divergierende Brennspuren unterschiedlich breit auszuführen. Ein Beispiel dafür ist der Anschluß einer Vielzahl von IC-Pads an eine umliegende Peripherie.
Zu diesem Zweck werden vorzugsweise ausgehend von IC sternförmig auseinanderlaufende Leiterbahnen geschaffen, die IC-seitig sehr schmal und jeweils einem der eng nebeneinanderliegenden Pads zugeordnet sind und mit ihrem verbreiterten außenliegenden Ende an Peripherieanschlüsse geführt sind.
Aufgrund der erzielbaren Miniaturisierung der Leitungen kann entweder das jeweilige Substrat verkleinert oder auf dem Substrat eine größere Anzahl von Bauelementen angebracht wercPn;' Vorteilhafterweise kann ein durch die Miniaturisierung gewonnener freier Flächenbereich auf einem Substrat auch zur unmittelseren Ausbildung einer Indiktuvität in der vollflächigen leitenden Schicht genutzt werden, was beispielsweise durch spiralförnige Brennspurführung möglich ist. Da die Brennspuren bei der Schaffung einer solchen Induktivität sehr eng gezogen werden können, läßt sich pro Flächeneinheit eine große Windungszahl erzielen, die im wesentlichen nur durch die Beachtung der erforderlichen Widerstandswerte begrenzt ist.
Bei Mehrschichtanordnungen können zwischen übereinanderliegenden Schichten durch einander zumindest teilweise überdeckende, von jeweils einer zusammenhängenden Brennspur begrenzte Fl#chenbereiche Kapazitäten ausgebildet werden, was gemäß herömmlicher Technik vor allem deshalb nicht in wirtschaftlicher weise möglich war, weil für die Schaffung derartiger, integriert ausgebildeter Kapazitäten nicht genügend Raum auf den Substraten zur Verfügung stand.
In der Praxis ist auch von Bedeutung, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren nahtlos in den bisherigen Fertigunosablauf bei der Herstellung von Dick- oder Dünnschichtschaltungen einfügt und die erforderlichen Operationen mittels bekannter und zur Verfügung stehender Maschinen und Einrichtungen durchführbar sind. Da hinsichtlich der Geometrie der zur Schaffung bestimmter Leitprzüge erforderlichen Brennspuren praktisch keinerlei Einschränkungen bestehen und die Reproduzierbarkeit der Brennspurverläufe stets gegeben ist, kann das erfindungsgem##e Verfahren sehr vielseitig und mit hoher Wirtschaftlichkeit angewandt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert; dabei zeigt: Fig. 1 einen stark vergrößert dargestellten Ausschnitt einer in Dickschichttechnik ausgeführten Schaltungsplatine, und Fig. 2 einen ebenfalls stark vergrößert dargestellten Ausschnitt einer- gemäß der Erfindung ausgebildeten Induktivitsät.
Fig. 1 zeigt einen Eckbereich eines IC's mit über seinem Umfang verteilt und eng benachbart angeordneten Anschluß-Pads. Dieser. integrierte Schaltkreis 12 ist auf einem Substrat angebracht und zunächst von einer vollflächig auf das Substrat aufgebrachten Schicht aus Leiterbahnmaterial umgeben. Die Verbindungsleitungen bzw. Leitungsbahnen 10 zu den einzelnen Anschlüssen des integrierten Schaltkreises 12 werden erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß in exakt definierter Weise mittels eines Laserstrahls Brennspuren 11 gezogen werden, welche die zunächst vollflächige Leiterbahnschicht in der Weise unterteilen, daß sich sternförmig nach außen erweiternde Leiterbahnen 12 ergeben, wobei jedem Anschlußpad eine solche Leiterbahn 10 zugeordnet ist.
Fig. 2 zeigt wiederum einen Ausschnitt einer Draufsicht auf ein in Dickschichttechnik ausgeführtes Substrat, wobei in der aus leitendem Material bestehenden vollflächigen Schicht 13 mittels eines programmierten Lasers erzeugte Brennspuren so geführt bzw. gelegt sind, daß sich eine Induktivität ergibt.
Durch zumindest im Prinzip spiralförmige Anordnung der zwischen jeweils zwei Brennspuren 11 gelegenen Leiterbahn 14 läßt sich ein sehr kompakter und damit platzsparender Induktivitätsaufbau erzielen. Ein flächig vergrößerter Anschlußbereich für diese Induktivität ist bei 15 zu sehen.
Induktivitäten lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren problemlos ab einer Leiterbahnbreite von etwa 120 /um herstellen, wobei aber stets darauf zu achten ist, daß sich kein zu hoher Gleichstromwiderstand ergibt.
Zu erwähneh ist auch noch, daß bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung bei in Gold ausgeführten Anschlußpads sowohl die Übergangszone Gold/PdAg als auch der Goldbereich sauber aufgetrennt werden kann und damit die Leiterbahnen auch in Goldausführung bis an das jeweilige IC-herangefuhrt werden können.
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Claims

Verfahren zur Herstellung miniaturisierter Dick- und Dünnschichtschaltungen Patentansprüche 1} Verfahren zur Herstellung von miniaturisierten, auf einem Trägersubstrat angeordneten und zumindest in einer Ebene liegenden Leiterbahngeometrien, insbesondere für Dick-und Dünnschichtschaltungen, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zunächst zumindest auf diejenigen Bereiche des Substrats, an denen eine miniaturisierte Leiterbahngeometrie vorgesehen ist, eine vollflächige Schicht aus leitendem Material aufgebracht wird und daß diese Schicht dann mittels eines nach einem negativen Layout-Programm gesteuerten, bezüglich des Substrats justierten Lasers in voneinander getrennte, wenigstens zum Teil jeweils eine Leiterbahn bildende Teilflächen und/oder Streifen unterteilt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die minimale Leiterbahnbreite zumindest im wesentlichen gleich der Schnittbreite des Lasers gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß bei der Ausbildung der Leiterbahnen mit einer eine konstante Breite besitzenden Laser-Brennspur gearbeitet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n'n z e i c h n e t , daß Leiterbahnen zwischen dicht benachbarten Anschlüssen und weniger dicht benachbarten Anschlüssen jeweils durch zwei divergierende Brennspuren gebildet werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß durch insbesondere spiralförmige Brennspurführung Induktivitäten in der vollflächigen leitenden Schicht ausgebildet werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als leitende und mittels des Laserstrahls zu unterteilende Schicht eine auf einem Substrat vollflächig befestigte, insbesondere aufgeklebte Metallfolie verwendet wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Mehrschichtanordnungen zwischen übereinanderliegenden Schichten durch einander zumindest teilweise überdeckende, von jeweils einer zusammenhängenden Brennspur begrenzte Flächenbereiche der jeweiligen vollflächigen, leitenden Schicht Kapazitäten ausgebildet werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen einer Vielzahl von IC-Pads und am Außenumfang des zugehörigen Substrats vorgesehenen Peripherieänschlüssen durch von innen nach außen divergierende Laser-Brennspuren sternförmig auseinanderlaufende Leiterbahnen mit schmalen Innenanschlußstellen und im Vergleich dazu breiten Außenanschlußstellen erzeugt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß bei in Gold ausgeführten Anschlußpads sowohl die übergangszone Gold/PdAg als auch der Goldbereich aufgetrennt und die Leiterbahnen in Goldausführung bis an das jeweilige IC herangeführt werden.
10. Schaltungsplatine, insbesondere in Dickschichtausführung, mit einer Mehrzahl von auf einem Trägersubstrat yorgesehenen, sich zwischen Rand- und/oder Bauelementenanschlüssen erstreckenden Leitungsbahnen, die insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Leitungsbahnen (10) zumindest teilweise aus durch Laser-Brennspuren (11) in Streifen und/oder Teilflächen unterteilten, zunächst vollflächig auf das Substrat aufgebrachten Schichten aus leitendem Material bestehen.