DE3635558A1

DE3635558A1 - Substrat mit duennschichtschaltung

Info

Publication number: DE3635558A1
Application number: DE19863635558
Authority: DE
Inventors: Johann Dr Rer Nat Springer; Hans Dr Rer Nat Volz
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1986-10-20
Filing date: 1986-10-20
Publication date: 1988-04-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Substrat mit Dünnschichtschaltung, insbesondere für einen optischen Druckkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bei optischen Druckköpfen bekannt, daß sie zwei Substrate aufweisen. Ein Substrat besteht aus einem elektrooptisch aktiven Werkstoff, wie einer Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat-Verbindung (PLZT), auf dem eine Elektrodenstruktur zur Bildung von Lichttoren und Leiterzüge angebracht ist. Das andere Substrat besteht z. B. aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), auf dem die zur Ansteuerung notwendigen elektronischen Bauelemente und dazugehörige Leiterzüge angeordnet sind. Ein PLZT-Substrat ist dabei so auf ein Al₂O₃-Substrat aufgebracht, daß durch Lichttore hindurchtretende Lichtstrahlen nicht auf das Al₂O₃-Substrat treffen. Das PLZT-Substrat wird auf das Al₂O₃-Substrat geschraubt oder geklebt. Die elektrische Verbindungen zwischen den Leiterzügen des PLZT-Substrats und denen des Al₂O₃-Substrats bestehen aus Draht-Verbindungen, die an Inseln der Leiterzüge angebracht sind. Für jede Elektrode wird eine Draht-Verbindung benötigt. Der Grund dafür, daß zwei Substrate benötigt werden, liegt darin, daß PLZT-Substrate gegenüber Al₂O₃-Substraten teuer sind und daß PLZT-Substrate, wenn auf ihnen auch die elektronische Bauelemente angeordnet werden sollten, auf dem derzeitigen Markt in der benötigten Größe und Stückzahl nicht erhältlich sind.

Nachteilig bei einer solchen Anordnung ist, daß die verwendeten Draht-Verbindungen einzeln angebracht werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Lösung zu Draht-Verbindungen als elektrische Verbindungen zwischen zwei Substratteilen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei der Herstellung durch das Entfallen der Draht-Verbindungen zwischen zwei Substratteilen kein zusätzlicher Prozeßschritt notwendig ist. Es entfallen vielmehr Prozeßschritte, da die Substratteile nicht mehr einzeln, sondern gleichzeitig strukturiert werden. Da die Isolationsschicht an Kreuzungsstellen von Leiterbahnen zwischen den Leiterbahnen von gleichem Werkstoff sein kann wie die Pufferschicht, können diese beiden Schichtarten auch gleichzeitig aufgebracht werden. Ferner entfallen die Inseln zur Befestigung der Draht-Verbindung auf dem PLZT-Substrat, wodurch das Übersprechverhalten zwischen den Leiterbahnen speziell an den Inseln reduziert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezug auf die Fig. 1 bis 10 beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Substrats mit Dünnschichtschaltung und elektronischen Bauelementen in der Draufsicht,

Fig. 2 das erste Ausführungsbeispiel im Querschnitt A-B,

Fig. 3 ein erster, vergrößert abgebildeter Ausschnitt aus Fig. 2,

Fig. 4 ein zweiter, vergrößert abgebildeter Ausschnitt aus Fig. 2,

Fig. 5 die Anordnung von Substratteilen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 das zweite Ausführungsbeispiel gem. Fig. 5 im Querschnitt, und

Fig. 7 bis 10 ein Verfahrensbeispiel zur Aufbringung der Dünnschichtschaltung und der Pufferschicht nach verschiedenen Verfahrensstufen.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Substrats 1 mit Dünnschichtschaltung 5 abgebildet.

Das Ausführungsbeispiel weist ein Al₂O₃-Substratteil 2 auf, in den eine stufenförmige Aussparung 6 (Fig. 2 und 3) mit rechteckiger Form, in der Draufsicht betrachtet, eingearbeitet ist. Ein als elektrooptisch aktives Substratteil ausgebildeter PLZT-Substratteil 3 ist in der Aussparung 6 so angeordnet, daß er auf der Stufe 7 aufsitzt und mit der Oberfläche des Al₂O₃-Substratteils 2 eben angeordnet ist. Das PLZT-Substratteil 3 ist streifenförmig ausgebildet. Auf dem PLZT-Substratteil 3 sind Elektroden 9 zur Bildung von Lichttoren 10 aufgebracht. Die Verlängerungen der Elektroden 9 sind als Leiterbahnen 11 ausgebildet und führen zu elektronischen Bauelementen 12, die sich auf dem Al₂O₃-Substratteil 2 befinden. Auf der Oberfläche 8 der Substratteile 2 und 3 ist im Bereich ihrer angrenzenden Seitenflächen eine Pufferschicht 4 aufgebracht, so daß die Leiterbahnen 11 vom Al₂O₃-Substratteil 2 über die Pufferschicht 4 zum PLZT-Substratteil 3 gelangen. Die Pufferschicht 4 besteht aus einem Kunststoff wie Polyamid, aus einem Dielektrikum wie Glas, oder aus Al₂O₃ und dient zum mechanischen Schutz der Leiterbahnen 11 am Übergang zwischen den beiden Substratteilen. Die Pufferschicht 4 verhindert, daß durch Versatz unterschiedlicher Substratteile aufgrund unterschiedlicher Temperaturkoeffizienten die darüberliegenden Leiterbahnen an den Stoßkanten der Substratteile nicht abgeschert werden. Die Inhomogenitäten, die bei der Fertigung der Substratteile an deren Seitenflächen entstehen und beim Zusammenbau und der Beschichtung zu Kurzschlüssen führen können, werden durch die Pufferschicht 4 ebenfalls verhindert.

Ferner werden durch die Pufferschicht 4 die parasitären Kapazitäten und somit das Übersprechverhalten zwischen den Elektroden 9 wesentlich verkleinert, da die Pufferschicht 4 eine Dielektrizitätskonstante kleiner als 10 und ein Substratteil wie der PLZT-Substratteil 3 eine Dielektrizitätskonstante größer als 3000 hat.

Die elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnen 11 und den elektronischen Bauelementen 12 kann, wenn die elektronischen Bauelemente als diskrete Bauelemente vorliegen, aus Steckverbindungen oder aus Draht-Verbindungen bestehen (nicht abgebildet). In der Fig. 1 sind die Leiterbahnen 11 und die Elektroden 9 als Striche symbolisch und nur für ein elektronisches Bauelement 12 eingezeichnet. Zwischen den elektronischen Bauelementen 12 und Kontakten 13 ergeben sich Kreuzungsbereiche 14 der Leiterbahnen 11 und 11′, bei denen sich kreuzende Leiterbahnen, wenn erwünscht, durch eine Isolationsschicht 15 getrennt sind. Die Isolationsschicht 15 kann aus dem gleichen Werkstoff wie die Pufferschicht 4 bestehen (Fig. 4). Kreuzungsbereiche 14 von Leiterbahnen können auch auf dem PLZT-Substratteil 3 bei komplizierten Elektrodenstrukturen vorliegen (nicht abgebildet).

Der Al₂O₃-Substratteil 2 weist, wenn er Bestandteil eines optischen Druckers zum Bedrucken von Blättern mit DIN A4-Format ist, eine Länge von 220 mm, ein Breite von 100 mm und eine Dicke von 5 mm auf. Die Aussparung 6 weist eine Länge von 210 mm, eine Tiefe bis zur Stufe 7 von 0,3 mm eine Breite oberhalb der Stufe von 2 mm und eine Breite unterhalb der Stufe 7 von 1,8 mm auf. Das in die Aussparung 6 eingepaßte PLZT-Substratteil 3 weist eine Länge von 210 mm, eine Breite von 2 mm und eine Dicke von 0,3 mm auf. Da derart lange PLZT-Substratteile in großer Stückzahl nicht erhältlich sind, können auch mehrere, kürzere PLZT-Substratteile aneinandergereiht werden. Die Leiterbahnen 11, 11′ und die Elektroden 9 sind zweischichtig ausgebildet. Auf einer 50 nm dicken Chromschicht ist eine 500 nm dicke Goldschicht aufgebracht. Die Pufferschicht 4 aus Polyimid weist eine Dicke von 5000 nm auf.

Natürlich eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung auch für Substrate, deren Substratteile aus anderen Werkstoffen bestehen.

Ein zweites Ausfürhungsbeispiel ist in den Fig. 5 und 6 schematisch abgebildet. In Fig. 5 ist ein PLZT-Substratteil 16 zwischen zwei Al₂O₃-Substratteilen 17 und 17′ angeordnet. Die Substratteile 16, 17 und 17′ weisen geschliffene Seitenflächen auf, sind auf eine Glasplatte 20 aufgeklebt und werden durch einen Rahmen 18 zusammengehalten. Die Oberfläche 19 ist wie im ersten Ausführungsbeispiel eben ausgebildet, und weist auch dieselben geometrischen Abmessungen auf. Die Dicken der Substratteile betragen 0,3 mm, die Dicke der Glasplatte 20 beträgt 5 mm. Der Rahmen 18 ist als Metallrahmen ausgebildet und besteht aus einer Nickel-Chrom-Legierung, einer sogenannten "Memory-Legierung" und wird aufgeschrumpft. Die Anordnung der Dünnschichtschaltung mit Elektroden, der elektronische Bauelemente, sowie der Pufferschichten entspricht der aus dem ersten Ausführungsbeispiel.

Im folgenden wird ein Verfahren zum Aufbringen der Pufferschicht 4 und einer Dünnschichtschaltung auf eben angeordneten Substratteilen 16, 17 und 17′ anhand der Fig. 7 bis 10 angegeben. Zuerst wird die ebene Oberfläche 8 des Substrats 1 poliert, was aber nicht unbedingt notwendig ist. Anschließend wird das Substrat 1 mit einer Fotolackschicht 21 versehen und fotolithographisch strukturiert, wobei der Fotolack an den Stellen entfernt wird, an denen eine erste Ebene von Leiterbahnen 22 aufgebracht werden soll. Da die Leiterbahnen 22 zweischichtig, aus einer Chrom- und aus einer Goldschicht ausgebildet sind, werden die Substratteile 16, 17 und 17′ mittels Aufdampfen oder Aufstäuben zuerst mit der Chromschicht und anschließend mit der Goldschicht versehen (Fig. 7). Die restliche Fotolackschicht wird samt der darauf aufgebrachten Chrom- und Goldschicht abgetragen. Auf den Substratteilen verbleibt nur die erste Ebene von Leiterbahnen 22. Im nächsten Verfahrensschritt wird die Pufferschicht 4, vorzugsweise eine Polyimidschicht in Dickschichttechnik, durch Schleudern oder Walzen aufgebracht, vorgehärtet und mit einer zweiten strukturierten Fotolackschicht bedeckt. Diese Fotolackschicht wird belichtet und anschließend entwickelt. Der Entwickler dieser zweiten Fotolackschicht wird so gewählt, daß er im Anschluß nach dem Entwickeln dieser Fotolackschicht die freigelegten Bereiche der Polyimidschicht abträgt. Die auf den Substratteilen verbleibende Polyimidschichtteile bilden nun die Pufferschicht 4 im Bereich der Seitenflächen der Substratteile und die Isolationsschicht 15 im Kreuzungsbereich 14 zwischen den Leiterbahnen 11 und 11′ (Fig. 4). Zur Strukturierung einer zweiten Ebene von Leiterbahnen 23, die direkt mit den Elektroden 9 verbunden ist, wird eine weitere Fotolackschicht aufgebracht, belichtet und entwickelt. Der Entwickler dieser dritten Fotolackschicht wird aber so gewählt, daß er nur die Fotolackschicht abträgt, die Polyimidschicht aber nicht angreift. Anschließend erfolgt das Aufbringen der wiederum zweischichtig ausgebildeten zweiten Ebene von Leiterbahnen 23 und das Abtragen der dritten Fotolackschicht samt der darüberliegenden Teile der zweiten Ebene von Leiterbahnen. Abschließend erfolgt die optische Vergütung des PLZT-Substrats 16 durch Auftragen einer Antireflexionsschicht 24 aus Siliciumdioxid auf der Oberfläche 8 des PLZT-Substratteils 16.

Claims

1. Substrat mit Dünnschichtschaltung, insbesondere für einen optischen Druckkopf, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus mehreren Substratteilen (2, 3) besteht, sich die Dünnschichtschaltung über mehrere Substratteile (2, 3) erstreckt und wenigstens im Bereich des Übergangs der Dünnschichtschaltung von einem Substratteil zu einem anderen Substratteil zwischen der Dünnschichtschaltung und den Substratteilen eine mechanisch strapazierfähige, elektrisch isolierende Pufferschicht (4) angeordnet ist.

2. Substrat mit Dünnschichtschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Substratteile (2, 3) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

3. Substrat mit Dünnschichtschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Art Substratteile (2) aus einer Keramik, wie Aluminiumoxid, und eine andere Art Substratteile (3) aus einem elektrooptischen Werkstoff, wie einer Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat-Verbindung, bestehen, auf den Substratteilen der einen Art (2) elektronische Bauelemente (12) und auf Substratteilen (3) der anderen Art Elektroden (9) zur Bildung von Lichttoren (10) aufgebracht sind und die Pufferschicht (4) zwischen der Dünnschichtschaltung und den Substratteilen aus einem Kunststoff wie Polyamid, aus einem Dielektrikum wie Glas, oder aus Al₂O₃ besteht.

4. Substrat und Dünnschichtschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substratteil (2) eine derart stufenförmig ausgebildete Aussparung (6) aufweist, daß ein oder mehrere andere Substratteile (3) auf der Stufe (7), in der Aussparung (6) eingepaßt anzuordnen sind und alle Substratteile zusammen eine ebene Oberfläche (8) aufweisen.

5. Substrat und Dünnschichtschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Aussparung (6) aufweisende Substratteil (2) ein Substratteil der einen Art aus einer Keramik und der oder die eingepaßten Substratteile (3) Substratteile der anderen Art aus einem elektrooptisch aktiven Werkstoff sind.

6. Substrat mit Dünnschichtschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Substratteile in der Weise wenigstens auf einer Seite eine ebene Oberfläche bildend angeordnet sind, daß sie wenigstens an den Seitenflächen zwischen zwei Substratteilen geschliffen sind und das Substrat (1) von einem Rahmen (18) umgeben ist.

7. Substrat mit Dünnschichtschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Substratteilen der einen Art (17, 17′), ein oder eine Reihe von Substratteilen der anderen Art (16) angeordnet sind und der Rahmen (18) aus einer Memory-Legierung besteht.