DE3751658T2 - Siebdruckpaste zur Anwendung als Barriereschicht auf einem Substrat während der maskenlosen Bekleidung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein siebdruckfähiges Pastenmaterial zur Maskierung von ausgewählten Teilen einer metallurgischen Struktur auf einem Trägersubstrat während der masken losen Plattierung der anderen Teile der metallurgischen Struktur.
• Die Mehrschichtkeramik-(MLC-)Technologie zur Herstellung von dielektrischen Substratträgern für Packungsbaugruppen von integrierten Halbleiterschaltungen ist bekannt. Das MLC-Substrat wird hergestellt, indem ganze 32 Schichten aus Metallkeramikfolie (das aus mit Bindemittel gemischtem Aluminiumoxid erzeugt wird) laminiert werden und das Laminat bei hohen Temperaturen gesintert wird. Jede Keramikfolie hat eine aufgedruckte metallische (typischerweise Molybdän) Struktur, und es werden Löcher in die Folie gestanzt, um Metallzwischenverbindungen (Durchkontaktierungen) zwischen Leiterplattenlagen zu ermöglichen. Das gesinterte Substrat wird für die Montage von aktiven Bauelementen wie beispielsweise Halbleiterchips verwendet. Bei hochintegrierten Schaltkreispackungen ist es bekannt, ein MLC-Substrat zusätzlich zu den Chipverbindungs-Kontaktstellen für ein kontrolliertes Einsacken (C-4-Kontaktstellen) mit Konstruktionsänderungs-(EC-)Kontaktstellen für eine Lötverbindung mit den Halbleiterchips zu versehen. Dieses Konzept ist ausführlicher in US- A-3 726 002, US-A-3 968 193 und US-A-4 221 047, die auf die IBM Corporation übertragen wurden, und im IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 15, Nr. 8, Jan. 1973, Seite 2575, beschrieben. In der Praxis werden einzelne Drähte mit den EC-Kontaktstellen ultraschallgebondet, die eine zusätzliche oder alternative Verdrahtung bereitstellen, welche in der Lage ist, die verschiedenen C-4-Kontaktstellen der auf dem Substrat montierten Chips zu verbinden.
• Die Chipmontage wird im allgemeinen mit Hilfe einer "Flip-Chip"- Ausrichtung durchgeführt, wobei die Chips auf den C-4-Kontaktstellen auf der Substratoberfläche unter Anwendung eines Lötmittel- (typischerweise Blei-Zinn) Aufschmelzverfahrens montiert werden. Um eine gute Bondverbindung für das Blei-Zinn-Lötmittel zu erreichen, wird die C-4-Kontaktstelle für die Chipmontage häufig mit einer sehr dünnen Schicht aus Gold auf einer dünnen Schicht aus Nickel präpariert, die über dem Molybdän mittels Metallurgie aufgebracht wird. US-A-4 493 856 an Kumar u.a., die auf die jetzige Anmelderin übertragen wurde (und hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird) beschreibt einen Zweimaterial-Metallisierungsprozeß, der sowohl auf die C-4- als auch die EC-Kontaktstellen angewendet wird. Wie darin erläutert wird, haftet Nickel hervorragend an Molybdän und die nachfolgende dünne Überzugsschicht aus Gold verhindert eine Oxidation des Nikkels. Außerdem bietet der sehr dünne Goldüberzug auf den C-4-Kontaktstellen eine gute Lötverbindung für die Chipmontage. Eine starke Konzentration von Gold auf den C-4-Kontaktstellen führt jedoch zu Lötmittel-Benetzbarkeitsproblemen, die nach Temperaturwechselbeanspruchungen zu mangelnder Funktionssicherheit führen. Andererseits erfordern die mit Nickel und Gold behandelten EC-Kontaktstellen eine zusätzliche starke Goldplattierung, um beim Drahtbonden häufige und wiederholte Anderungen an den Kontaktstellen zu ermöglichen, um dadurch für das Prüfen, für Konstruktionsänderungen und für eine Fehlerkompensation ausgelegt zu sein.
• Ein Galvanisierungsverfahren zur Erzeugung einer starken Goldplattierung auf MLC-Substraten ist im IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 20, Nr. 5, Oktober 1977, Seite 1740 beschrieben. Das Aufbringen einer starken Goldschicht auf diesen Kontaktstellen durch ein Plattierungsverfahren hat eine Geschichte von Problemen. Manchmal sind es die starken Goldblasen, ein anderes Mal ist die Haftung von Gold schlecht. US-A-4 526 859 an Qhristensen u.a., die an die jetzige Anmelderin übertragen wurde (und hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird), beschreibt die Verwendung von Fotoresisten als Maskierungsschichten zum Errei- chen einer starken Schicht aus einem Metall (Gold) auf entweder den EC- oder den C-4-Kontaktstellen. Die Verwendung von Resist als Maskenmaterial ist bekannt, vgl. beispielsweise US-A-3 957 552 an Ahn u.a. und die japanische Patentanmeldung Nr. 50- 124930, 19. April 1977. Wie bei Christensen u.a. beschreiben diese in Bezug genommenen Schriftstücke das Aufbringen eines Resists, die selektive Belichtung des Resists unter Verwendung einer geeigneten Maske und die Entwicklung des belichteten Resists, das eine Struktur bildet und die darunterliegende Oberfläche, die metallisiert werden soll, freilegt. Eine Metallisierung der gesamten Oberfläche folgt, wobei die Metallschicht auf das unbelichtete Potoresist und auf die strukturierte, darunterliegende Oberfläche aufgebracht wird. Eine Entfernung des restlichen Resists mit dem darüberliegenden Metall durch Wegschmelzoder Atzverfahren führt zu einer Metallisierungsstruktur auf der Oberfläche.
• Analog dazu können Metailmasken verwendet werden, indem sie in Deckung mit dem Substrat gebracht werden und der Siebdruck im wesentlichen durch die Maske erfolgt. Es ist jedoch schwierig, eine Deckung einer vorgeformten Metallmaske mit einem MLC-Substrat zu erreichen, das während des Sinterns eine ungleichmäßige Verkleinerung erfahren hat.
• Ein anderes bekanntes Verfahren zum selektiven Aufbringen einer Metallschicht auf bereits vorhandenen leitenden Kontaktstellen (EC oder C-4), das keinen Maskierungsschritt erforderlich macht, ist das maskenlose Plattierungsverfahren, das in US-A-4 442 137 an Kumar beschrieben ist, die an die jetzige Anmelderin übertragen worden ist. Bei diesem Verfahren wird eine unstrukturierte Metallschicht durch Sputtern, Aufdampfung oder ein anderes bekanntes Verfahren, aufgebracht und anschließend auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, damit sich die darüberliegende Schicht, z.B. Gold, mit der darunterliegenden Metallurgie vermischt. Zur selben Zeit, zu der die Diffusion zwischen den Metallen auftritt, entstehen Spannungen, die ausreichen, damit das auf das Substrat aufgebrachte Metall abplatzt oder splittert und folglich in einem nachfolgenden mechanischen Reinigungsschritt, wie beispielsweise der Ultraschallentfernung des Rückstands, ohne weiteres entfernt werden kann. Jedoch ist das Aufbringen und die Diffusion nichtselektiv und bewirkt daher, daß das schwere darüberliegende Metall diffundiert und an allen Metall- Verbindungskontaktstellen haftet. An den EC- und C-4-Kontaktstellen genauso. Wie oben erwähnt, ist es wünschenswert, eine dicke Goldschicht auf den EC-Kontaktstellen, nicht aber auf den C-4-Kontaktstellen zu haben.
• Das bei weitem vielversprechendste von allen bekannten, dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren zum Aufbringen von Metall auf einen ausgewählten Teil einer metallurgischen Struktur ist in US-A-4 582 722 an Herron u.a. beschrieben, die an den jetzigen Rechsnachfolger übertragen worden ist (und hiermit durch Bezugnahme Bestandteil hiervon ist) . Bei diesem Verfahren (bekannt als das Plattierungsverfahren) wird eine Sperrschicht verwendet, um die Bereiche der darunterliegenden Metallurgie zu isolieren, auf denen eine weitere Metallbeschichtung nicht gewünscht ist. Die darin beschriebene Sperrschicht besteht aus einer Keramikpartikelpaste mit einem Polymer-Bindemittel und einem Lösungsmittel mit niedrigem Dampfdruck. Die Sperrschicht darf trocknen, um das Lösungsmittel auszutreiben, und wird in einer Reduzieratmosphäre gehärtet, um das Polymer-Bindemittel auszutreiben. Die verbleibende anorganische Schicht, die keine organischen oder karbonhaltigen Rückstände hat, verfügt über ausreichend Festigkeit, um den nachfolgenden Verarbeitungsschritten der maskenlosen Plattierung, der Metallbeschichtung, Diffusion und Strukturierung, zur Entfernung des Metalls von den nichtmetallischen Substratflächen standzuhalten. Während der "Strukturierung", wie beispielsweise durch Ultraschallmittel, wird die Sperrschicht ebenfalls entfernt und hinterläßt eine selektiv metallisierte Oberfläche.
• Obwohl sich das oben erwähnte Verfahren von Herron u.a. als ein äußerst zuverlässiges Plattierungsverfahren erwiesen hat, hat es dennoch den Nachteil, daß es ein polymeres Material erforderlich macht, um die Partikel, welche die Paste bilden, "zusammenzukleben" oder zusammenzuhalten. Das Entfernen der Paste nach dem Siebdruck und dem Trocknen erfordert es, daß sie einer hohen Temperatur im Bereich von ca. 350-ºC bis 450 ºC ausgesetzt wird. Eine Behandlung bei einer solch hohen Temperatur kann, je nach der Dicke der darüberliegenden Goldschicht, bei den nickelbehandelten EC-Kontaktstellen zu einer hohen Nickelkonzentration auf der Oberfläche führen, wodurch die Zuverlässigkeit der EC-Kontaktstelle nachteilig beeinflußt wird. Von einem gesundheitlichen und ökologischen Standpunkt aus betrachtet, ist die Handhabung einer solchen Paste aufgrund der allgemein flüchtigen Beschaffenheit des in der Paste verwendeten polymeren Materials selbst in einer äußerst gut belüfteten Fertigungseinrichtung unangenehm. Auch kann die Entfernung eines beliebigen nichtzersetzten Polymers (beispielsweise Amylacetat), das in der Paste verwendet wird, ein starkes Lösungsmittel (wie beispielsweise Trichlorethan oder Xylol) erforderlich machen, was die Situation noch weiter verschärft. Insbesondere vom Standpunkt der Reinigungsfähigkeit von nichtzersetztem polymeren Material in der Paste, da Ultraschallverfahren im allgemeinen für das Reinigen in einer Fertigungsumgebung mit großen Stückzahlen eingesetzt werden, ist zum Schutz gegen gesundheitliche und Explosionsgefahren, die mit den zum Reinigen verwendeten Lösungsmitteln verbunden sind, die Errichtung eines komplizierten Ultraschallreinigungs-Behältersystems erforderlich. Ein solches System erhöht die Herstellungskosten des Produkts. Eine weitere grundlegende Unzulänglichkeit der dem Stand der Technik entsprechenden Paste auf Polymerbasis für das Plattierungsverfahren ist die, daß sie aufgrund der grundlegenden Erfordernis, daß das Substrat einer hohen Temperatur ausgesetzt werden muß, um das Bindemittel in der Paste zu zersetzen, nicht in Verbindung mit einem Substrat verwendet werden kann, das selbst aus einem thermisch abbaubaren Material besteht oder mit einem solchen Material beschichtet ist. Eine solche Situation ist die Herstellung von weiterentwickelten Chippackungen, die als Dünnfilm-Umverteilung (TFR) bekannt ist, wobei eine oder mehr Metallisierungs- und Isoliermaterialschichten auf ein MLC-Substrat aufgebracht werden und jede Schicht mit einem photolithographischen Verfahren strukturiert wird. Die Metallisierungsschichten selbst können aus mehreren verschiedenen Metallen bestehen, die hintereinander aufgesputtert werden. Beim TFR-Verfahren ist es wünschenswert, daß die metallisierten EC-Kontaktstellen eine weitere aufgesputterte Metallschicht haben, welche die C-4-Kontaktstellen nicht haben. Eine Möglichkeit, eine zusätzliche Metallschicht ausschließlich auf die EC-Kontaktstellen aufzubringen, ist die Durchführung eines zeitraubenden und teuren neuen photolithographischen Zyklus aus Beschichten, Belichten, Entwickeln, Aufsputtern und Entfernen. Eine zweckmäßigere Art, die ECS in einem TFR-Kontext selektiv zu metallisieren, ist die, eine Paste, die sich als Maskierungsmaterial eignet, selektiv auf die EC-Kontaktstellen aufzubringen. In diesem Kontext wäre die dem Stand der Technik entsprechende Paste auf Polymerbasis als Maskierungsmaterial ungeeignet, da der thermische Schritt bei hohen Temperaturen zum Zersetzen des polymeren Gehalts der Paste auch die Tendenz hätte, die auf dem Substrat gebildeten lichtempfindlichen Polymerschichten zu zersetzen, wodurch die TER-Struktur zerstört würde. Selbst wenn die lichtempfindliche Polymerschicht bei dieser hohen Temperatur nicht zerstört wird, kann eine Zwischendiffusion der Metallurgie-Schichten, welche die Funktionalität von einer oder mehr Metallisierungsschichten ruiniert, nicht vermieden werden.
• EP-A-0 016 498 beschreibt eine siebdruckfähige Tinte, die aus einer im wesentlichen aus Zinkoxid und Kobaltoxid bestehenden Keramikphase und einer in einem organischen Lösungsmittel feinst verteilten Glasphase besteht. Die Glasphase enthält ein Glas, das durch Auflösen des Zinkoxids bei hohen Temperaturen entglast werden kann.
• Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Siebdruckpaste bereitzustellen, die vor ihrer Entfernung keine Erwärmung bei hohen Temperaturen erforderlich macht.
• Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Siebdruckpaste
• bereitzustellen, die frei von polymerem Material ist.
• Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Sperrschicht aus einem Material zur selektiven Maskierung einer Metallisierung bereitzustellen, die einer leichten Entfernbarkeit und Reinigungsfähigkeit dienlich ist.
• Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Sperrschicht aus einem Material bereitzustellen, um einen ausgewählten Teil einer Metallisierung auf einem Trägersubstrat zu bedecken, das entweder selbst aus einem organischen, polymeren Material besteht oder eine oder mehrere Schichten eines solchen Materials enthält.
• Diese Aufgaben werden durch eine Siebdruckpaste und ein Verfahren, wie in den Ansprüchen 1 bis 8 angegeben, erreicht. Genauer gesagt, werden sie durch die Verwendung einer neuartigen, hierin beschriebenen Siebdruckpaste zum Bedecken eines ausgewählten Metallisierungsbereichs auf einem Trägersubstrat während der maskenlosen Plattierung erreicht. In ihrer allgemeinsten Form besteht die Paste aus einem inerten und nichtpolymeren, anorganischen Füllmaterial, einem organischen, nichtpolymeren Lösungsmittel, bei dem es sich um einen linearen Alkohol handelt, und einem anorganischen Verdickungs- oder Rheologie-Kontrollmittel aus amorphem, verdampftem Siliciumoxid. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung besteht das inerte Füllmaterial aus festen Keramikpartikeln. Vorzugsweise bestehen die Keramikpartikel aus Aluminiumoxid mit einer Partikelgröße von weniger als ca. 0,5 µm. In einem spezifischen Beispiel setzt sich die Siebdruckpaste aus 75 Gewichtsprozent bis 80 Gewichtsprozent Aluminiumoxid, 15 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent linearem Alkohol, der aus einer Mischung aus 85 % n-Dodekanol und 15 % n-Tetradekanol besteht, und 2 Gewichtsprozent bis 8 Gewichtsprozent amorphen, verdampfpen Siliciumoxid-Partrkeln zusammen. Die Formulierung der Paste kann durch Mischen der Bestandteile unter Anwendung herkömmlicher Verfahren erfolgen.
• In der Praxis wird die anorganische Paste auf ausgewählte Teile eines metallisierten Substrats aufgebracht, während die anderen Teile der Metallurgie unbedeckt bleiben. Das alkoholische Lösungsmittel in der aufgebrachten Schicht wird verdampft, indem das Substrat auf eine Temperatur unter 275 ºC erwärmt wird oder vorzugsweise indem das Substrat einer Vakuumbehandlung bei Raumtemperatur unterzogen wird. Die resultierende Schicht aus Aluminiumoxid- und Siliciumoxid-Partikeln, die riß- und rückstandsfrei ist, verfügt über ausreichend Festigkeit, um dem nachfolgenden maskenlosen Plattierungsverfahren der unstruktürierten Metallbeschichtung und "Strukturierung" standzuhalten. Während der "Strukturierung", die typischerweise durch Ultraschallerschütterungen durchgeführt wird, werden das unerwünschte Metall und die Beschichtung entfernt und hinterlassen eine saubere, selektiv metallisierte Oberfläche.
• Die neuartigen Merkmale, die für die Erfindung charakteristisch sind, sind in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung selbst jedoch läßt sich am besten durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen verstehen, wobei:
• Fig. 1A bis Fig. 1D in Querschnittsdarstellung die Verarbeitungsschritte veranschaulichen, die mit der Verwendung der neuartigen Siebdruckpaste gemäß der Erfindung verbunden sind.
• Die neuartige Siebdruckpaste gemäß der Erfindung besteht grundsätzlich aus drei Materialien: einem anorganischen, nichtpolymeren und inerten Füllmaterial; einem anorganischen Verdickungsmittel aus amorphem, verdampftem Siliciumoxid; und einem organischen, nichtpolymeren Träger oder Lösungsmittel, bei dem es sich um einen linearen Alkohol handelt, um die vorstehend erwähnten Bestandteile in Form einer Paste zu liefern. Da die Paste frei von jedwedem organischen, polymeren Bindemittel ist, das die festen Teilchen der Paste zusammenhält, macht die Entfernung der Paste nach Gebrauch keine Zersetzung der Polymere durch hohe Temperaturen erforderlich. Diese einzigartige Kombination aus Bestandteilen bietet die thermischen und mechanischen Eigenschaften, die man sich von einer Siebdruckpaste für ein Plattierungsverfahren wünscht.
• Das anorganische Füllmaterial besteht aus Keramikpartikeln. Ein Beispiel für das anorganische Füllmaterial ist Aluminiumoxid (Al&sub2;0&sub3;) in Pulverform. Die bevorzugte Größe der Aluminiumoxid- Partikel beträgt weniger als ca. 0,5 µm. Ein im Handel erhältliches feinstgemahlenes Aluminiumoxid mit dieser Partikelgröße ist das von der Aluminum Corporation of America vertriebene XA-139. Wenn Aluminiumoxid in dieser feinstgemahlenen Form nicht erhältlich ist, läßt sich, wenn man von Aluminiumoxid mit einer etwas größeren Partikelgröße ausgeht und es dem Kugelmahlen in einem geeigneten Träger, wie beispielsweise Methanol, unterzieht, gefolgt von einem Trocknungsschritt, damit das Methanol verdampft, die bevorzugte Partikelgröße erreichen. Das Kugelmahlen hätte den zusätzlichen Vorteil, daß es jedwede Aluminiumoxid-Anhäufungen aufbricht, die andernfalls dazu führen könnten, daß die Pertigpaste von einer ziemlich ungleichmäßigen Konsistenz ist. Ein im Handel erhältliches Aluminiumoxid mit dieser größeren Kristallgröße ist das der Güteklasse C-75 der Alcan Aluminum Corporation.
• Das Verdickungsmittel in der Siebdruckpaste ist amorphes, ver dampftes Siliciumoxid. Verdampftes Siliciumoxid ist ein Keramikmaterial wie die Aluminiumoxid-Füllung und hat eine sehr feine Partikelgröße. Das verdampfte Siliciumoxid dient zur Beeinflussung der Thixotropie der Paste, d.h. wie schnell die Paste nach dem Auftragen geliert. Die gewünschte Thixotropie richtet sich nach der bestimmten vorgesehenen Verwendung der Paste, nämlich der Feinheit der Metallisierungsleitungen, die von der Paste maskiert werden sollen, und der Dicke der Pastenschicht, die für einen solchen Maskierungszweck notwendig ist. Ein im Handel erhältliches verdampftes Siliciumoxid ist das von der Cabot Corporation vertriebene Cabosil M-5.
• Das organische Lösungsmittel, das die Siebdruckpaste bildet, ist ein linearer Alkohol. Dieses organische Material dient als Träger um die festen Aluminiumoxid-Partikel und das verdampfte Siliciumoxid auf die Substratoberfläche abzugeben. Ein linearer Alkohol wird wegen seines niedrigen Dampfdrucks bei Raumtemperatur, seines geringen Molekulargewichts, seiner geringen Giftigkeit und seiner Fähigkeit, unter Vakuum oder bei Erwärmung leicht zu verdampfen, gewählt. Ein Beispiel für einen linearen Alkohol ist n-Dekanol. Ein anderes Beispiel ist eine Mischung der linearen Alkohole n-Dodekanol und n-Tetradekanol. Ein im Handel erhältlicher linearer Alkohol, der eine Mischung dieser beiden spezifischen Alkohole ist, ist Epal 12/85, der von der Ethyl Corporation vertrieben wird. Epal 12/85 besteht aus 85 % n-Dodekanol und 15 % n-Tetradekanol.
• Der spezifische Anteil des Füllmaterials, des Verdickungsmittels und des Trägers richtet sich nach der bestimmten vorgesehenen Verwendung der Paste. Die Siebdruckpaste sollte eine ausreichende Menge an Feststoffen und Verdickungsmittel haben, so daß sie nach dem Auftragen auf eine Fläche stabil bleibt und geliert und dadurch eine gute Strukturauflösung möglich macht. Mit anderen Worten sollte der darin enthaltene Flüssigkeitsgehalt nicht so sein, daß die Paste auslaufen kann und nicht vorgesehene Bereiche abdeckt. Um die Paste beispielsweise als Plattierung auf MLC-Metallisierungsleitungen mit einem Leitungsabstand von ca. 0,10 mm bis 0,25 mm durch Siebdruck aufzubringen, wären die folgenden Anteile (Gewichtsprozent) geeignet:
• Aluminiumoxid 75 bis 80 %
• linearer Alkohol 15 bis 20 %
• verdampftes Siliciumoxid 2 bis 8 %
• Die Formulierung der Paste kann vorgenommen werden, indem die Bestandteile von Hand gemischt werden und die resultierende Mischung dann einem Ultraschalltrichter ausgesetzt wird Alternativ dazu kann die Mischung mit Hilfe eines mechanischen Mixers oder eines Ultraschall-Pastenmischwerkzeugs vorgenommen werden. Noch ein anderes Verfahren zur Formulierung der Paste, insbeson- dere wenn Aluminiumoxid mit einer feinen Partikelgröße nicht erhältlich ist, ist das Verfahren mittels Kugelmahlen. Das Aluminiumoxid wird in Methanol kugelgemahlen, um gesinterte Aluminiumoxid-Anhäufungen aufzubrechen. Das Methanol wird ausgetrieben. Als nächstes werden das deagglomerierte Aluminiumoxid und der lineare Alkohol gründlich miteinander vermischt, und die gründlich durchmischte Mixtur wird anschließend kugelgemahlen. Schließlich wird der Inhalt der Kugelmühle in einen mechanischen Mixer überführt und mit dem verdampften Siliciumoxid zu einer konsistenten und siebdruckfähigen Paste gemischt.
BEISPIEL
• Um eine Siebdruckpaste zur Plattierung der C-4-Kontaktstellen eines MLC-Substrats während des Aufbringens einer starken Goldschicht auf den EC-Kontaktstellen vorzubereiten, wurden die folgenden Volumenprozentanteile der drei grundlegenden Bestandteile ausgewählt:
• Vorgemahlenes Aluminiumoxid (Alcan C-75) 75,2 %
• Verdampftes Siliciumoxid (Cabosil M-5) 5,0 %
• (Partikelgröße 0,014 µm)
• Linearer Alkohol (Epal 12/85) 19,8 %
• -Das Vormahlen des Aluminiumoxids erfolgte, indem das Aluminiumoxid in der erhaltenen Form, das eine ziemlich große Partikelgröße von ca. 3 µm und recht große (50 µm bis 100 µm) Agglomerate hatte, und das Methanol ausgewogen wurden. Diese beiden Bestandteile wurden ungefähr fünf Minuten lang bei mittlerer Geschwindigkeit gründlich vermischt, um das Aluminiumoxid zu dispergieren. Die gründlich durchmischte Mixtur wurde dann in eine Kugelmühle überführt, um die Agglomerate bis hinab auf eine Größe von weniger als ca. 10 µm, wie von einer Mahlmeßlehre gemessen, aufzubrechen. Das Vormahlen wurde durch Trocknen abgeschlossen, um das Methanol auszutreiben.
• Im Anschluß an den Trocknungsschritt wurden das gemahlene Aluminiumoxid und der lineare Alkohol in einer mit Zirkoniumoxid- Kugeln ausgestatteten Kugelmühle mit einem hohen Schergefälle gemahlen, um das Aluminiumoxid zu dispergieren. Zirkoniumoxid- Kugeln wurden verwendet, um eine hohe Mahleffizienz zu erreichen. Im Anschluß an die Feinstverteilung des Aluminiumoxids wurde der Inhalt der Kugelmühle in einen mechanischen Mixer überführt, um die Paste zu verdicken. Verdampftes Siliciumoxid wurde dann in den Mixer hinzugegeben und in die dickflüssige Mischung dispergiert, wodurch man eine dicke Siebdruckpaste erhielt.
• Das Verfahren zur Verwendung der neuartigen, hierin beschriebenen Siebdruckpaste wird nun mit Bezug auf das maskenlose Goldplattierungsverfahren beschrieben, bei dem EC-Kontaktstellen auf einem MLC-Substrat mit einer dicken Goldschicht überzogen werden müssen, während sichergestellt wird, daß eine solche Goldschicht nicht auf den C-4-Kontaktstellen gebildet wird. Bezugnehmend auf die Figuren 1A bis 1D bezeichnet 10 ein metallisiertes MLC-Substrat, das eine Struktur aus C-4-Kontaktstellen 12 zur Montage eines Schaltkreischips und EC-Kontaktstellen 14, die mit dem Substrat verbunden sind, enthält. Um nur die EC-Kontaktstellen 14 mit einer starken Goldschicht zu überziehen, ohne gleichzeitig das Substrat 10 oder die C-4-Kontaktstellen 12 zu beschichten, wird die nichtpolymere Paste gemäß der Erfindung durch eine offene Maske in Form einer Sperrschicht 16 auf die C-4-Bereiche 12 des Substrats durch Siebdruck aufgebracht, wie in Fig. 1B veranschaulicht ist. Im Anschluß an den Siebdruck-Schritt wird das Substrat bei einer niedrigen Temperatur unter 275 ºC ungefähr 10 Minuten bis 20 Minuten lang einem Härtungsprozeß unterzogen, um den linearen Alkohol aus der Sperrschicht auszutreiben. Um den Trocknungsprozeß zu beschleunigen oder die Trocknungstemperatur zu verringern, kann die Trocknung unter Vakuumbedingungen durchgeführt werden. Die jeweilige Temperatur, der die Sperrschicht ausgesetzt werden muß, um das darin enthaltene Lösungsmittel zu verdampfen, ist ziemlich modifizierbar. Da der Alkohol in der Paste leicht verdampft, kann er sogar bei Raumtemperatur ausgetrieben werden, indem die Sperrschicht einem hohen Vakuum unterworfen wird. Um die Verdampfungstemperatur zu verringern, könnte ein linearer Alkohol mit einem geringeren Molekulargewicht als das Pasten-Lösungsmittel verwendet werden. Die Sperrschicht, die nach dem Austreiben des darin enthaltenen Alkohol-Trägers zurückbleibt, ist sauber, trocken und rißfrei und verfügt über ausreichend Festigkeit, um den nachfolgenden Verfahrensschritten der maskenlosen Plattierung, beispielsweise den während des Aufsputterns von Gold erfahrenen Temperaturen, standzuhalten. Als nächstes wird dann, wie in Fig. 1C veranschaulicht ist, eine starke Goldschicht 18 auf das Substrat aufgesputtert. Schließlich wird die außer auf den EC-Kontaktstellen 14 überall gebildete Goldschicht 18 durch Bürstenreinigung oder indem die Struktur Ultraschallerschütterungen unterworfen wird entfernt. Während dieses letzten Schrittes wird die trockene Schutzschicht 16 ebenfalls entfernt und hinterläßt eine Oberfläche, auf der nur die EC-Kontaktstellen mit einer dicken Goldschicht 20 überzogen sind, wie in Fig. 1D gezeigt ist.
• Da die Sperrschicht vor der Metallaufsputterung vollkommen trokken ist, wird eine Verunreinigung der Metallschicht aufgrund des Ausgasens, das für die dem Stand der Technik entsprechenden Pasten auf Polymerbasis charakteristisch ist, vermieden. Da die Siebdruckpaste keine Behandlung bei hohen Temperaturen erforderlich macht, um das darin enthaltene Lösungsmittel verdunsten zu lassen, ist sie zur Verwendung mit Substratstrukturen von Nutzen, die den Behandlungen bei hohen Temperaturen nicht standhalten können, denen sich die Pasten auf Polymerbasis während ihrer maskenlosen, leitfähigen Plattierung unterziehen müssen. Von einem gesundheitlichen und ökologischen Standpunkt aus betrachtet, eignet sich die Paste auf Alkoholbasis für eine leichte Entfernung während der Reinigung mit einem relativ unschädlichen Isopropyl-Alkohol.
• Somit wird gemäß der Erfindung eine neurartige Siebdruckpaste bereitgestellt, welche die oben dargelegten Aufgaben und Vorteile erfüllt.

Claims (8)

1. Siebdruckpaste (16) zum Bedecken eines ausgewählten Metallisierungsbereichs (12) auf einem Substrat (10) während der maskenlosen Plattierung, die ein inertes und nichtpolymeres anorganisches Füllmaterial, amorphes&sub1; verdampftes Siliciumoxid und ein organisches, nichtpolymeres Lösungsmittel enthält, wobei das Siliciumoxid als Verdickungsmittel verwendet wird und es sich bei dem Lösungsmittel um einen linearen Alkohol handelt.

2. Paste nach Anspruch 1, wobei das Füllmaterial aus Keramikpartikeln besteht.

3. Paste nach Anspruch 2, wobei die Keramikpartikel Aluminiumoxid-Partikel mit einer Größe von weniger als ca. 0,5 µm enthalten.

4. Paste nach Anspruch 3, wobei sich die Paste aus 75 Gewichtsprozent bis 80 Gewichtsprozent Aluminiumoxid, 2 Gewichtsprozent bis 8 Gewichtsprozent amorphem, verdampftem Siliciumoxid und 15 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent linearem Alkohol zusammensetzt.

5. Paste nach Anspruch 4, wobei es sich bei dem linearen Alkohol um eine Mischung aus 85 % n-Dodekanol und 15 % n-Tetradekanol handelt.

6. Verfahren zum selektiven Beschichten eines metallischen leitfähigen Materials (18) auf mindestens einer (14) von einer Vielzahl von Metallflächen "12, 14) auf einem Substrat (10), die durch einen Abstand voneinander getrennt sind, wobei die Paste gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird und das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Beschichten einer ausgewählten Anzahl der Metallflächen (12) mit der Paste, um die Metallflächen (12) vor dem nachfolgenden Beschichten mit einem metallischen leitfähigen Material (18) zu schützen;

Austreiben des Alkohols aus der Schicht (16), indem das Substrat einer Temperatur unter 275 ºC unterworfen wird;

Unstrukturiertes Beschichten der Substratoberfläche mit einem Film aus einem metallischen leitfähigen Material (18) einschließlich Beschichten von mindestens einer der Vielzahl der durch einen Abstand voneinander getrennten Metallflächen (14), und

Entfernen des aus dem metallischen leitfähigen Material bestehenden Films von Bereichen des Substrats, die nicht mit der Vielzahl der durch einen Abstand voneinander getrennten Metallflächen belegt sind, während gleichzeitig die Pastenschicht und der darüberliegende Film aus dem metallischen leitfähigen Material von der ausgewählten Anzahl der Metallflächen (12) entfernt werden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der Schritt des Austreibens des Alkohois erfolgt, indem das Substrat Vakuumbedingungen bei Raumtemperatur unterworfen wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei das Substrat aus polymerem Material besteht, das metallische leitfähige Material Gold ist und der Schritt des Entfernens durchgeführt wird, indem die Struktur einem Ultraschalltrichter ausgesetzt wird.