DE3306154A1

DE3306154A1 - Loetfaehiges schichtensystem, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung

Info

Publication number: DE3306154A1
Application number: DE19833306154
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. 8000 München Krüger; Wolfgang Dr.-Ing. 8011 Baldham Welsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-02-22
Filing date: 1983-02-22
Publication date: 1984-08-23

Description

Lötfähiges Schichtensystem, Verfahren zu seiner Herstel-
lung und seine Verwendung.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fertigungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Beschichtungsemthode wird in der älteren, noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung P 31 36794.1 beschrieben.
In der zitierten Anmeldung wird vorgeschlagen, eine Indium-/Zinnoxid(ITO)-Leitschicht in einer Vakuumtechnik durchoxidiert aufzutragen und diese Schicht im gleichen Vakuum mit einem lötfähigen Metall wie Kupfer zu überziehen. Eine solche Technik ermöglicht einen besonders einfachen Schichtenaufbau, denn der Überzug kommt ohne einen Haftvermittler aus und benötigt in der Regel auch keinen Korrosionsschutz. Sie ist aber noch immer relativ aufwendig: Nach wie vor muß auch die Lötschicht in evakuierter Umgebung erzeugt werden, wobei das Vakuum zwischen den beiden Beschichtungsschritten nicht unterbrochen werden darf. Kupfer hat zudem eine geringe Aufstäubrate, so daß man auf die Verwendung von mehreren Targets angewiesen ist und die Sputteranlage entsprechend auslegen muß. Hinzukommen ein relativ hoher Materialverbrauch - die Lötschicht wird zunächst ganzflächig aufgetragen -und eine recht mühsame Struktuflerung, da Leit- und Lötschicht unterschiedliche Muster erhalten sollen. Darüber hinaus ist eine gewisse Äusfallrate unvermeidlich, weil man eine Reihe von Einzelschritten aufeinander abstimmen muß und vor allem die gesamte Einheit erst nach Abschluß aller Arbeiten auf ihre Funktionsfähigkeit hin überprüfen kann. Dieser Nachteil fällt vor allem dann ins Gewicht, wenn es - wie etwa bei Flüssigkristallanzeigen -in erster Linie auf eine kostengünstige Herstellung ankommt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Fertigungsverfahren der eingangs genannten Art eine Alternative gegenüberzustellen, die qualitativ gleichwertige Lötkontakte gewährleistet, dabei aber wesentlich einfacher ist und eine hohe Ausbeute garantiert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Im vorliegenden Zusammenhang haben die Begriffe "Edelmetall und stromlose Abscheidung" eine umfassende bzw.
spezielle Bedeutung. Zu den Edelmetallen gehören neben Gold, Silber, Quecksilber und Rhenium auch die Platinmetalle (Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin). Mit einer "stromlosen Abscheidung" wird der elektrochemische Vorgang bezeichnet, bei dem Metall katalytisch aus seiner Salzlösung abgeschieden wird, und zwar unter Aufnahme von Elektronen, die nicht aus einer externen Stromquelle, sondern aus lösungsinternen chemischen Prozessen stammen. Der Begriff stromlos beschreibt insofern die physikalischen Verhältnisse nicht ganz zutreffend; er hat sich aber weitgehend durchgesetzt.
Normalerweise gelingt es nicht, lötfähiges Material auf Leitschichten mit einem Gehalt an Indium- und/oder Zinnoxid stromlos abzusetzen. Erfindungsgemäß wird die Elektrode deshalb entsprechend präpariert: Ihre Oberfläche wird durch eingebaute oder adsorbierte Edelmetallkeime "aktiviert, die katalytisch den Abscheidungsprozeß einleiten und aufrechterhalten. Mitunter gestaltet sich die Keimbildung schwierig, etwa dann, wenn ein zunächst in gelöster Form vorliegendes Edelmetall in der Lösung verbleibt. In diesen Fällen empfiehlt es sich, die Leitschichtoberfläche zuvor mit einem die Edelmetall-Ionen reduzierenden Mittel zu "sensibilisieren". Aktivierung und Sensibilisierung sind an sich bekannte Maßnahmen; sie wurden bisher allerdings nur zur Vorbehandlung von Kunststoffen verwendet (vgl. hierzu in der Monographie von G.G.Gawrilov "Chemische (stromlose) Vernickelung, 1974, Eugen G.Leuze Verlag, Saulgau, das Kapitel 13.14.1).
Das vorgeschlagene Verfahren liefert festhaftende, korrosionsbeständige Schichten mit einer einstellbaren Dicke und erleichtert die Fertigung in mehrfachr Hinsicht: Die Lötschicht kann in normaler Atmosphäre erzeugt werden, und zwar gleich im richtigen Muster. Alle erforderlichen Wärmebehandlungen, etwa die Plattenverklebung bei einer Flüssigkristallanzeige, lassen sich vor dem Lötschichtauftrag durchführen, so daß die Lötschichtoberfläche oxidfrei bleiben kann. Die Punktionsprüfung kann in einem relativ frühen Stadium erfolgen, nämlich vor dem Abscheideprozeß und bei Bedarf auch noch vor der Leitschichtaktivierung. Darüber hinaus zeigt sich ein wertvoller Nebeneffekt: Eine mit einem Edelmetall versetzte ITO-Schicht ist elektrochemisch außerordentlich stabil (vgl. hierzu die ältere, noch nicht veröffentlichte Patentanmeldung P 3211066.9).
Zum Aktivieren verwendet man vorzugsweise Palladium, und zum Reduzieren von Edelmetall-Ionen gewöhnlich Zinn(II).
Insofern sind die Verhältnisse bei Verwendung einer ITO-Schicht besonders günstig, weil-dieser Werkstoff das zweiwertige Zinn bereits enthält und deshalb nicht mehr eigens sensibilisiert werden muß. Die Lötschicht besteht normalerweise aus einer Nickel-Legierung, und zwar deshalb, weil man die stromlose Vernickelung am besten beherrscht.
Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens stehen mehrere Varianten zur Verfügung. So könnte man Aktivierung, Sensibilisierung und Leitschichterzeugung in einem Schritt zusammenfassen, anschließend das gewünschte Leitschichtmuster herausarbeiten und dann weiter beschichten. Dane- ben ist es aber auch möglich, die Leitschicht erst (sensibilisiert) aufzutragen und zu konfigurieren und erst dann zu akt#vieren. Die erste Alternative zeichnet sich durch extrem wenig Fertigungsprozesse aus, die zweite Alternative ermöglicht einen in der Schrittabfolge besonders frühen Funktionstest. In beiden Fällen ist automatisch dafür gesorgt, daß sich das Lötschichtmaterial nicht auf dem - gewöhnlich aus Glas oder Kunststoff bestehenden - Träger, sondern nur auf der Leitschicht ablagert Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
Der Lösungsvorschlag soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher erläutert werden.
Die Figur zeigt in einem etwas schematisierten Seitenschnitt eine Flüssigkristallanzeige, die nach dem Prinzip der sogenannten '1Drehzelle" (DE-AS 21 58 563) arbeitet. Die Anzeigevorrichtung enthält im einzelnen einen vorderen Linearpolarisator 1, eine vordere Trägerplatte (Vorderplatte) 2, eine hintere Trägerplatte (Rückplatte) 3, einen hinteren, zum vorderen gekreuzten Linearpolarisator 4 und einen Reflektor 6. Die beiden Substrate sind über einen Rahmen 7 in einem vorgegebenen Abstand dicht miteinander verbunden. Der vom Rahmen und den beiden Platten umschlossene Raum enthält eine Flüssigkristasllschicht 8. Die Platten sind auf ihren einander zugewandten Flächen jeweils mit Elektroden (getrennt ansteuerbare Segmentelektroden 9 mit Zuleitungen 11, durchgehende Elektrode 12) sowie mit einer Orientierungsschicht 13, 14 versehen. Die Vorderplatte 2 ragt seitlich über die Rückplatte 3 hinaus und trägt in ihrem überstehenden Bereich eine Ansteuereinheit, die eine Reihe von elektronischen Bauelementen umfaßt und durch einen mit 16 bezeichneten Block angedeutet ist. Die Bauelemente, dieb«$piiswAse mikropackverpackte Treiber-ICs sein können, ruhen auf Lotstützen 17, die sowohl zur Fixierung als auch zur elektrischen Kontaktierung mit den Elektrodenzuleitungen dienen.
Die Segmentelektroden und ihre Lötkontakte werden folgendermaßen hergestellt: Zunächst sputtert man in üblicher Weise eine ITO-Schicht reaktiv auf. Die Schicht erhält eine Dicke von beispielsweise 21nm, mit der sie innerhalb der Flüssigkristallzelle praktisch nicht reflektiert. Das Sputter-Target enthält neben Indium einen Anteil von 5Gew9# bis 10GewN Zinn Palladium (die io-Angaben beziehen sich auf das Gesamtsystem). Die so erhaltene Schicht ist bereits sensibilisiert und aktiviert und wird anschließend auf photolithographischem Wege segmentiert. Dann vervollständigt man die Flüssigkristallzelle in gewohnter Weise. Anschließend wird die Vorderplatte in eine auf knapp 1000C erwärmte, saure Hypophosphitlösung getaucht. Es scheidet sich eine phosphorhaltige Ni-Schicht 18 mit einer Geschwindigkeit zwischen 20fm/h und 30 w ab, und die Platte wird aus dem Bad genommen, wenn die Schicht eine Dicke zwischen 0,2fm und 1 erreicht hat.
Anschließend verlötet man die Einheit an den dafür vorgesehenen Stellen, etwa durch Eintauchen in ein flüssiges Lot auf Zinnbasis. Weitere Einzelheiten gehen aus der bereits zitierten Darstellung von Grawrilov, insbesondere aus den dortigen Kapiteln 6 und 7, hervor.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das detailliert geschilderte Ausführungsbeispiel. So kann man neben ITO auch andere (Transparent-)Elektrodenmaterialien, etwa Bi-dotiertes Indiumoxid, stromlos vernickeln oder verkupfern. Außer Zinn(II) kommen auch andere kräftige Reduktionsmittel, beispielsweise zweiwertiges Chrom, in Frage, und als Katalysator eignet sich vor allem auch Platin. Davon abgesehen ist es auch möglich, die Leitschicht durch Eintauchen in eine (SnCl2- bzw. PdCl2-) Lösung zu sensibilisieren und zu aktivieren. Soll die Lötschicht besonders beständig und/oder niederohmig sein, so kann es angebracht sein, die Nickel-Legierung mit einem weiteren Metall (Cu, Au) anzureichern bzw. zu überziehen oder auf eine Verkupferung überzugehen. In aller Regel wird das lötfähige Metall aus einer wässrigen Lösung abgeschieden; im Einzelfall wäre aber auch ein Niederschlag aus der Dampfphase denkbar.
- Leerseite -

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung eines lötfähigen Schichtensystems mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (Leitschicht) auf Indium- und/oder Zinnoxid-Basis und einer lötfähigen, Ni- und/oder Cu-haltigen Schicht (Lötschicht), bei dem erst die Leitschicht auf einen Träger und dann auf die Leitschicht die Lötschicht aufgetragen werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man zunächst die Leitschicht zumindest an ihrer Oberfläche mit einem Edelmetall versieht ("aktiviert") und anschließend die Lötschicht stromlos abscheidet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h gekenn--z e i c h n e t, daß man die Leitschicht während oder vor ihrer Aktivierung zumindest an ihrer Oberfläche mit einem Reduktionsmittel für das Edelmetall versieht ("sein sibilisiert??).
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch g e k e n n z ei c h n e t, daß man die Leitschicht beim Aufbringen aktiviert und ggf. auch sensibilisiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h gekennz e i c h n e t, daß man die Leitschicht aus einem Target, in dem das Edelmetall und ggf. auch das Reduktionsmittel enthalten ist, reaktiv aufsputtert.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Leitschicht beim Aufbringen sensibilisiert und die aufgebrachte Leitschicht aktiviert.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h gekennz e i c h n e t, daß man die Leitschicht aus einem Target, in dem das Reduktionsmittel enthalten ist, reaktiv aufsputtert und anschließend einer Edelmetall-Lösung aussetzt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a d u r ch g e k e n n z ei c h n e t, daß man die Leitschicht zunächst aufträgt, dann sensibilisiert und anschließend aktiviert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h gekennz e i c h n e t, daß man die Leitschicht vaknumtechnisch aufträgt, dann einer Reduktionsmittel-Lösung und anschließend einer Edelmetall-Lösung aussetzt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Leitschicht zunächst ganzflächig aufgebracht und dann konfiguneft wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß man die Leitschicht vor ihrer Aktivierung konfiguriert.

10. Nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6 hergestelltes Schichtensystem, d a d u r ch g e k ennz e i c h n e t, daß die Lötschicht eine Indium-/Zinnoxid-Legierung ist, in der Indium und Zinn mit einem Gewichtsverhältnis zwischen 8:1 und 22:1 vorliegen.

11. Nach einem Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4 hergestelltes Schichtensystem, d 2 d u r c h gekennz e i c h n e t, daß das Edelmetall in der Leitschicht mit einem Gewichtsanteil bis 2% vorliegt.

12. Nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestelltes Schichtensystem, dadurch gek nz e i c h n e t, daß das Reduktionsmittel zweiwertiges Zinn ist.

15. Nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestelltes Schichtensystem, da d u r c h gekennz e i c h n e t, daß das Edelmetall Palladium, Platin oder Gold ist.

14. Nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestelltes Schichtensystem, dadurch g ek e n nz e i c hn e t, daß die Lötschicht zwischen 0,2#m und 1Fzm, insbesondere etwa 0,3tzm, dick ist.

15. Schichtensystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es in einer Flüssigkristallanzeige verwendet wird.