DE3344639A1

DE3344639A1 - Verfahren zum herstellen von metallelektroden an einer folie

Info

Publication number: DE3344639A1
Application number: DE19833344639
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Phys. 8520 Erlangen Bartsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1983-12-09
Publication date: 1985-06-20
Also published as: DE3344639C2

Description

Verfahren zum Herstellen von Metallelektroden an einer
Folie Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Metallelektroden an einer Folie aus Polyvinylidenfluorid PVDF oder einem ihrer Copolymere mit piezoaktivierten Bereichen, die jeweils mit einer Aluminium enthaltenden Metallisierung versehen sind.
Verstreckte Kunststoffolien, die wenigstens im wesentlichen aus Polyvinylidenfluorid PVDF oder einem PVDF-Copolymer bestehen, zeigen bekanntlich nach einer Polarisationsbehandlung einen ausgeprägten Piezoeffekt.
Die Anwendung einer solchen polarisierten Folie in einem technischen Gerät erfordert eine haftfeste Metallisierung, die mit einem elektrischen Anschlußleiter nur durch eine Lötverbindung unlösbar verbunden werden kann. Da auf Folien mit größerer Flächenausdehnung im allgemeinen nur Teilbereiche piezoaktiv sein müssen, wird vor der Polarisationsbehandlung die Metallisierung photolithographisch strukturiert. Eine gute Haftung erhält man zwar mit einer Metallisierung, die aus Aluminium besteht; eine sehr dünne Schicht dieses Metalls kann aber mit vertretbarem Aufwand mit einem elektrischen Anschlußleiter nicht verlötet werden. Die elektrischen Anschlußleiter werden deshalb im allgemeinen mittels einer lösbaren Verbindung, beispielsweise einer Klemmverbindung, befestigt.
Aus mehreren Schichten bestehende Metallisierungen, die Chrom enthalten, beispielsweise aus Chrom-Nickel CrNi oder Chrom-Gold CrAu, können zwar mit elektrischen Anschlußleitern verlötet werden, es wurde jedoch erkannt, daß sich solche Metallisierungen auf die Piezokonstante der Folie ungünstig auswirken.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Metallelektroden an einer Folie der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem man eine Metallisierung erhält, die mit elektrischen Anschlußleitern in einfacher Weise verlötet werden kann und mit der man eine hohe Piezokonstante erhält. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß nur eine geringe Piezokonstante zu erwarten ist, wenn die Dicke der Metallisierung einen vorbestimmten Grenzbereich überschreitet.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Verfahrensmerkmalen nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Die Metalle der zweiten und dritten Schicht sind so ausgewählt, daß sie selektiv geätzt werden können. Die Aluminiumschicht hat nur die Funktion, bei der Polarisationsbehandlung im Gleichfeld die entsprechende Feldstärke zuzuführen und später die Piezospannungen abzugreifen. Die zweite Metallschicht dient sowohl als Haftvermittler zur ersten Metallschicht als auch als Löt- und Atzsperre gegen die dritte Schicht, die zur Kontaktierung eines elektrischen Anschlußleiters dient.
Die Dicken der Schichten sind zur Erfüllung der genannten Funktionen aufeinander abgestimmt. Die sehr dünne Aluminium-Schicht wird in ihrer Dicke so begrenzt, daß eine Inselbildung gerade vermieden wird und eine zusammenhängende Schicht entsteht. Ihre Dicke wird deshalb wenigstens 0,02 pm betragen. Die Dicke der zweiten Schicht wird so gewählt, daß sie sowohl ihre Funktion als Lötstopp gegenüber der dritten Metallschicht als auch als Haftvermittler zur ersten Schicht erfüllt. Das Material dieser zweiten Schicht hat bei der Temperatur der Verlötung des Anschlußleiters nur eine geringe Löslichkeit in dem Material der dritten Schicht, die zur Kontaktierung des elektrischen Anschlußleiters dient. Diese Funktion erfüllt die zweite Schicht bereits bei einer Dicke von wenigstens 0,005 pm. Als Lötstoppschicht kann beispielsweise Platin gewählt werden, vorzugsweise geeignet ist Titan. Da die dritte Metallschicht lediglich Oberflächenbereiche der Folie bedeckt, welche für die Funktion als piezoelektrisch wirksame Sensoren unbedeutend sind, so kann die Dicke dieser dritten Metallschicht an sich nahezu beliebig gewählt werden. Ihre Dicke wird so gewählt, daß über die Betriebsdauer eine hinreichende Kontaktfestigkeit gewährleistet ist und kann deshalb vorzugsweise wenigstens 0,1 pm betragen. Zur Verlötung mit einem elektrischen Anschlußleiter wird vorzugsweise Gold verwendet; es ist jedoch auch Silber oder Kupfer geeignet.
Ein ungünstiger Einfluß auf die Steifigkeit der Folie und damit die piezoelektrischen Eigenschaften der Folie in den piezoelektrisch wirksamen Bereichen wird vermieden, solange die Dicke der Aluminium-Schicht auf höchstens 0,1 pm begrenzt wird. Die Dicke der zweiten Schicht beträgt im allgemeinen nicht wesentlich mehr als 0,05 pm.
Von diesen drei Metallschichten werden dann in den beiden folgenden photolithographischen Ätzprozessen die weder zur Polarisierung noch zur Signalübertragung und zur Kontaktierung benötigten Teile wieder entfernt.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 eine PVDF-Folie mit einer Metall struktur als Draufsicht schematisch veranschaulicht ist. Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung nach Figur 1.
In der Anordnung nach Figur 1 ist eine Folie 2 aus Polyvinylidenfluorid PVDF oder einem PVDF-Copolymer mit einer Dicke von etwa 5 bis 50 ~ihm, vorzugsweise etwa 10 bis 15 Mm, in piezoelektrisch wirksamen Bereichen 4, 5 und 6, die beispielsweise jeweils als Ultraschallwandler dienen können, mit einer ersten Metallschicht aus Aluminium versehen. Der Bereich 4 ist über einen Verbindungsleiter 8 mit einem Kontaktierungsbereich 12 aus dem gleichen Material verbunden. In gleicher Weise sind die piezoelektrisch aktiven Bereiche 5 und 6 über Verbindungsleiter 9 und 10 mit einem gemeinsamen Kontaktierungsbereich 13 verbunden. Die Aluminium-Schichten der Kontaktierungsbereiche 12 und 13 sind jeweils durch eine zweite, als Lötstopp und Haftvermittler dienende Metallschicht 14 bzw. 15 abgedeckt.
Diese Schichten sind jeweils noch mit einer dritten Metallschicht 16 bzw. 17 abgedeckt, die zur Kontaktierung dienen und mit Hilfe eines Lotes 20 bzw. 21 jeweils an einem elektrischen Anschlußleiter 22 bzw. 23 befestigt sind.
Zum Herstellen der strukturierten Metallisierung der Folie 2 wird nach Figur 2 auf die Folie 2 eine erste Metallschicht 31 aus Aluminium mit einer geringen Dicke von etwa 0,02 bis 0,1 ~ihm, vorzugsweise etwa 0,03 bis 0,08 ~ihm, insbesondere etwa 0,05 ~ihm, aufgebracht, vorzugsweise aufgedampft oder aufgestäubt (aufgesputtert).
Auf dieser ersten Metallschicht wird eine als Lotstopp-und Haftvermittlerschicht dienende zweite Metallschicht 32 mit einer Dicke von vorzugsweise etwa 0,01 bis 0,05 ~ihm, insbesondere etwa 0,02 bis 0,03 ~ihm, aufgebracht, die vorzugsweise aus Titan bestehen kann. Auf dieser Lötstoppschicht wird dann eine dritte Metallschicht 33 abgeschieden, die als Kontaktierungsschicht dient und vorzugsweise aus Gold mit einer Dicke von beispielsweise etwa 0,1 bis 1 pm bestehen kann.
Zum Herstellen der strukturierten Metallisierung der Folie 2 nach Figur 2 wird nun in einem ersten lithographischen Ätzprozeß die dritte Metallschicht 33 in den Bereichen, die nach Figur 1 als Kontaktierungsbereiche 16 und 17 vorgesehen sind, mit einer Abdeckung versehen und anschließend die übrigen zur Kontaktierung nicht benötigten Teile der dritten und zweiten Schicht durch Ätzen entfernt. Zu diesem Zweck kann zunächst das Gold der dritten Metallschicht 33 mit einem Ätzmittel entfernt werden, das beispielsweise aus Salzsäure mit Salpetersäure (Königswasser) bestehen kann. Zum Ätzen des Titans der zweiten Metallschicht 32 ist beispielsweise Flußsäure geeignet. Nach dem Entfernen der zweiten und dritten Schicht werden von der ersten Schicht 31 die piezoelektrisch aktiven Bereiche 4, 5 und 6 sowie deren Zuleitungen 8, 9 und 10 abgedeckt und die nicht benötigten Teile der ersten Schicht durch ein Ätzmittel entfernt, das vorzugsweise aus einem basischen Ätzmittel, beispielsweise Kalilauge KOH oder auch Natronlauge NaOH, bestehen kann. Anschließend kann die dritte Schicht in den Kontaktierungsbereichen 16 und 17 jeweils mit einem elektrischen Anschlußleiter verlötet werden, von denen in Figur 2 nur der Leiter 22 angedeutet ist.
If Patentansprüche 2 Figuren - Leerseite -

Claims

Patentansprüche y. Verfahren zum Herstellen von Metallelektroden an einer Folie (2) aus Polyvinylidenfluorid PVDF oder einem PVDF-Copolymer mit piezoelektrisch aktiven Bereichen (4 bis 6), die jeweils mit einer Metallisierung aus Aluminium versehen sind, d a d u r c h g e k e n z e i c h n e t , daß die Oberfläche der Folie (2) mit der ersten Metallschicht (31) aus Aluminium mit einer Dicke von höchstens 0,1 pm und anschließend mit einer zweiten Metallschicht (32) versehen wird, die an der ersten Metallschicht (31) gut haftet und für die erste Metallschicht (31) einen Ätz- und Lötstopp bildet und nur eine geringe Löslichkeit hat in dem Material einer dritten Metallschicht (33), welche auf die zweite Metallschicht (32) aufgebracht wird und selektiv ätzbar ist gegen die zweite Metallschicht (32), und daß anschließend in einem ersten photolithographischen Ätzprozeß nacheinander die dritte und zweite Metallschicht (33 bzw. 32) in den Oberflächenbereichen entfernt werden, die zum Herstellen einer unlösbaren Verbindung mit einem elektrischen Anschlußleiter (22 bzw. 23) nicht vorgesehen sind, und daß dann in einem zweiten photolithographischen Ätzprozeß die erste Schicht (31) in den Bereichen entfernt wird, die nicht zur Piezoaktivierung vorgesehen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die erste Metallschicht (31) mit einer Dicke von 0,03 bis 0,08 pm aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Material für die zweite Metallschicht (32) Titan gewählt wird, das bis zu einer Dicke von etwa 0,01 bis 0,05 pm, insbesondere etwa 0,02 bis 0,03 pm, aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Material für die dritte Metallschicht (33) Gold gewählt wird, das bis zu einer Dicke von vorzugsweise etwa 0,05 bis 1 pm, insbesondere etwa 0,1 m, aufgebracht wird.