DE4015292A1 - Drucksieb fuer den siebdruck von elektrischen elementen und strukturen auf einer traegerplatte mit unebenheiten - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Drucksieb für den Siebdruck von elektrischen Elementen und Strukturen auf einer Trägerplatte mit Unebenheiten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist allgemein bekannt, in der sogenannten Dickfilmtechnik mit Hilfe des Siebdrucks Strukturen, wie Leiterbahnen und Brücken sowie elektrische Elemente, wie Widerstände, auf Lei­ terplatten als Trägerplatten aufzubringen. Allgemein besteht in der Halbleitertechnologie die Forderung nach kleineren Strukturgrößen in der Aufbau- und Verbindungstechnik und damit in der Entwicklung feinerer Leiterbahnen und geringerer Abstände.

Ein wesentliches Hindernis auf dem Weg zu feineren Strukturen waren die Stützstrukturen der bisher verwendeten Drucksiebe aus Stahl- oder Polyestergewebe.

Eine bekannte Verbesserung wird dadurch erreicht, daß das Drucksieb als Metallmaske ausgebildet ist. Diese Metallmaske hat eine bestimmte Materialstärke und enthält von unten her gesehen Aussparungen in der Gestalt und Höhe der zu drucken­ den Elemente und Strukturen. Zur Rakelseite hin sind durch­ gehende Drucköffnungen vorgesehen bzw. Stege im oberen Be­ reich der Materialstärke enthalten, so daß sich die Druck­ paste über die Drucköffnungen in der Aussparung auch unter­ halb der Stege zusammenhängend verteilen kann. Eine solche Metallmaske weist somit eine glatte Oberfläche auf, wobei eine regelmäßig durchgehende Siebstruktur fehlt und statt dessen im Bereich der zu druckenden Strukturen die Druck­ öffnungen mit den Stegen vorhanden sind. Damit werden gleich­ mäßige Drucke hoher Genauigkeit mit gleichmäßigen Randausbil­ dungen möglich, sofern die Trägerplatte eben ist und die Me­ tallmaske entsprechend eben aufliegt.

Präzise reproduzierbare Dickschichtstrukturen werden jedoch nicht mehr bei Unebenheiten auf der Trägerplatte erzielt, da dann das Drucksieb bzw. die Metallmaske während des Drucks von den Unebenheiten hochgehalten wird und nicht mehr flächig in Kontakt mit der Trägerplatte, beispielsweise einem kerami­ schen Substrat, kommt. Die Folge davon sind ungleichmäßige Ränder und insbesondere ungleichmäßige Schichtstärken. Diese ungleichmäßigen Stärken hängen zudem von der Struktur der Un­ ebenheiten ab. Solche Unebenheiten sind durch bereits vorhan­ dene, in wenigstens einem vorhergegangenen Druckprozeß aufge­ brachte Dickschichtstrukturen, insbesondere Leiterbahnen und/oder Isolationsglasschichten, gebildet. Diese ungleichmäßigen Schichtstärken sind besonders ungünstig, wenn nach mehreren Druckprozessen Widerstände mit einer Widerstandspaste ge­ druckt werden, da dadurch nur ungenau definierte Widerstands­ werte erreichbar sind. Die Stabilität und Trimmbarkeit dieser Widerstandsschichten wird somit erheblich negativ beeinflußt.

Vorteile der Erfindung

Zusätzlich zu den Aussparungen in den Bereichen wo gedruckt wird, sind in den Bereichen der Unebenheiten auf der Träger­ platte ebenfalls von unten her Aussparungen in der Material­ stärke des Drucksiebs vorgesehen, die jedoch keine durchgehen­ den Drucköffnungen aufweisen und damit von der Rakelseite her abgedeckt sind. Das Drucksieb wird somit an den Unebenheiten nicht mehr hochgehalten, sondern liegt im wesentlichen eben auf der Trägerplatte auf und ist damit auch an der Rakelseite plan und eben. Damit sind konturgenauere Drucke mit gleich­ mäßigeren Schichtdicken möglich, was insbesondere bei ge­ druckten Widerständen vorteilhaft ist und zu besser reprodu­ zierbaren Ergebnissen führt.

Die Unebenheiten auf der ursprünglich planen Trägerplatte, insbesondere aus keramischem Substrat, werden durch Dick­ schichtstrukturen, insbesondere Leiterbahnen und/oder Isolier­ glasschichten gebildet, die in vorhergegangenen Druckprozes­ sen aufgebracht wurden. Vorteilhaft werden diese Dickschicht­ strukturen insgesamt in der Materialstärke von unten her aus­ gespart. Durch die ebene Auflage sind schon in unmittelbarer Nähe dieser Unebenheiten neue Drucke mit gleichmäßiger Schichtstärke und gleichmäßigen Rändern herstellbar. Damit sind insgesamt feinere und gleichmäßigere Strukturen möglich.

Vorteilhaft wird das Drucksieb aus Metallblech als Metall­ schablone durch beidseitiges Ätzen hergestellt. Eine Verbesse­ rung der Elastizität und der Standzeiten wird erreicht, wenn eine solche Metallschablone auf ein Gewebe, insbesondere ein Stahlgewebe oder Kunststoffgewebe eines Siebdruckrahmens, auf­ geklebt wird.

Zeichnung

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein auf eine Trägerplatte mit bereits vorhandener Struktur aufgelegtes Drucksieb beim Druck von Widerständen nach dem Stand der Tech­ nik,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Drucksiebs als Metallschablone, aufgelegt auf eine Trä­ gerplatte mit bereits vorhandener Struktur,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Drucksiebs als geätzte Metallschablone und

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drucksiebs.

In Fig. 1 ist eine Trägerplatte 1 als keramisches Substrat dargestellt, wobei im gezeichneten Querschnitt beispielsweise als Unebenheit eine Isolierglasbahn 2, die in einem vorherge­ gangenen Druckprozeß bereits fest aufgebracht wurde, ange­ geben ist. Ein Drucksieb 3 ist von unten her mit einer Sieb­ gewebebeschichtung 4 versehen, die an den zu druckenden Be­ reichen von oben her durchgehende Drucköffnungen 5, 6 auf­ weist; der übrige Bereich ist durch die Siebgewebebeschich­ tung 4 abgedeckt. Im vorliegenden Fall werden Widerstände 7, 8 zu beiden Seiten der Isolierglasbahn 2 gedruckt.

Fig. 1 zeigt den Stand der Technik, wobei zu erkennen ist, daß durch die Isolierglasbahn 2 als Unebenheit das elastische Drucksieb 3 angehoben und im Bereich neben der Isolierglas­ bahn 2 von der Trägerplatte 1 abgehalten wird und sich erst allmählich in einem größeren Abstand wieder anlegt. Damit wird ein im Querschnitt unbestimmter, keilförmiger Druckbe­ reich hergestellt, wobei die Siebgewebebeschichtung als Druck­ maske von der zu bedruckenden Trägerplatte abgehoben ist und damit die Druckpaste ziemlich undefiniert die Siebgewebebe­ schichtung unterwandern kann, wie dies in Fig. 1 an den Widerständen 7, 8 dargestellt wurde. Die erforderlichen, ge­ nauen Abmessungen, Schichtdicken und gleichmäßigen Randaus­ bildungen werden damit in der Nähe von Unebenheiten 2 nur unbefriedigend erhalten.

In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Drucksieb als Edelmetall­ schablone 9 bzw. Metallmaske dargestellt. Auch hier sollen un­ mittelbar zu beiden Seiten einer Isolierglasbahn 2 auf einer Trägerplatte 1 in Bereichen 10, 11 Widerstandsbahnen gedruckt werden.

Dazu sind in den Bereichen 10, 11 an sich bekannte Aussparun­ gen 12, 13 mit Querstegen 14, 15 vorgesehen. Die Querstege 14, 15 liegen nur im oberen Bereich der Materialstärke, so daß darunter eine durchgehende, tunnelartige Ausnehmung gebil­ det ist.

Zusätzlich ist im Bereich der Isolierglasbahn 2 in der Edel­ metallschablone 9 von unten her eine weitere Aussparung 16 enthalten, die in der Form und Höhe der Isolierglasbahn 2 ent­ spricht, jedoch nach oben zur Rakelseite hin keine durchgehen­ de Öffnung aufweist und somit die Isolierglasbahn 2 nur über­ greift und abdeckt.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen, wird dadurch eine für den Druckvor­ gang plane und ebene Oberfläche des Drucksiebs bzw. der Edel­ metallschablone 9 geschaffen, wobei in den Druckbereichen 10, 11 die Schablone mit den Druckbereich begrenzenden Rändern auf der Trägerplatte 1 aufliegt. Damit werden beim Druckvor­ gang präzise Ränder und vorbestimmte Schichtdicken, insbeson­ dere für Widerstände, erhalten.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführung eines Drucksiebs als Me­ tallschablone 17 dargestellt. Auf der Trägerplatte 1 sind aus vorhergehenden Druckprozessen bereits Leiterbahnen 18, 19, 20, eine Isolierglasabdeckung 21 über der Leiterbahn 18 und eine Brücke 22 von der Leiterbahn 19 über die Isolierglasab­ deckung 21 aufgebracht. In der dargestellten Anordnung wird ein Widerstand 23 zwischen den Leiterbahnen 19, 20 mit Hilfe der Metallschablone 17 gedruckt.

Die Metallschablone 17 hat dazu wieder von unten her eine Aus­ sparung 24, die die Unebenheit aus der Isolierglasabdeckung 21 und der Brücke 22 aufnimmt. Die weitere Aussparung 25 hat zur Rakelseite durchgehende Drucköffnungen 26 in der Form eines Rasters und bestimmt die Lage und Größe des Widerstan­ des 23. Beim Druckvorgang wird mit Hilfe der Rakel die Wider­ standspaste durch die Drucköffnungen 26 in die Aussparung 25 gepreßt. Auch hier sind die Druckbereiche in der Größe und Form klar definiert, so daß gleichmäßige, reproduzierbare For­ men und Schichtdicken erhalten werden.

Die Metallschablone 17 wird aus einem Metallblech als Metall­ schablone hergestellt. Die Schichtdicke ist dabei je nach den abzudeckenden und in der Schichtdicke aufzunehmenden Uneben­ heiten und der gewünschten Schichtdicke für die zu druckenden Elemente zu wählen. Zweckmäßig wird rostfreier Stahl (Ni-, Cr-, Co-, Mo-Legierungen) verwendet. Eine solche Metallfolie wird im Tauchlackierverfahren mit flüssigen Fotoresists oder mit Trockenresists im Laminierverfahren auf beiden Seiten mit handelsüblichen Laminatoren beschichtet, wie sie beim Herstel­ len gedruckter Schaltungen üblich sind. Die Größe der Metall­ folie wird dabei zweckmäßig so gewählt, daß sie auf allen vier Seiten etwa 30 bis 50 mm über die zu bedruckende Träger­ platte in der Größe hinausragt. Kopiert wird in an sich be­ kannten Taschen, wobei je nach Art des verwendeten Resists entweder negative oder positive Taschen eingesetzt werden. Auf der einen Seite befindet sich dann das zu ätzende Raster des Siebs bzw. der Drucköffnungen 26 und auf der anderen Sei­ te das zu druckende Motiv in Form der Struktur der Aussparun­ gen 24 und 25. Nach erfolgter Kopie und Entwicklung wird dann der Ätzprozeß in einer doppelseitig arbeitenden Ätzmaschine von beiden Seiten her durchgeführt. Von der Rakelseite her entsteht somit das "Sieb" in Form der Drucköffnungen 26, wäh­ rend von der Unterseite her die Druckschablone mit den Ausspa­ rungen 24 und 25 entsteht, wodurch die Metallschablone eine Doppelfunktion als Sieb und zugleich einer Abdeck- und Druck­ schablone aufweist.

In Fig. 4 sind wieder die Trägerplatte 1, Leiterbahnen 18, 19, 20, eine Isolierglasabdeckung 21, eine Brücke 22 und der gerade gedruckte Widerstand 23 entsprechend der Anordnung nach Fig. 3 sowie eine weitere Ausführungsform eines Druck­ siebs 27 zu erkennen. Auch hier ist eine geätzte Metallfolie 28 in Verbindung mit einem geflochtenen Metallsieb 29 ver­ wendet. Im Bereich des Widerstands 23 ist das Metallsieb 29 von oben her offen und durchlässig. In den anderen Bereichen ist das Metallsieb 29 dagegen durch Fotoresists 30 geschlos­ sen und die darunterliegenden Teile sind abgedeckt.

Die geätzte Metallfolie kann durch Verbindung mit einem Stahl­ gewebe 29 oder einem Kunststoffgewebe hochelastisch gestaltet werden, so daß sie ohne Beeinträchtigung oder Zerstörung für hohe Auflagen eingesetzt werden kann.

Claims (6)

1. Drucksieb für den Siebdruck von elektrischen Elementen und Strukturen auf einer Trägerplatte mit Unebenheiten, wobei das Drucksieb eine bestimmte Materialstärke aufweist und im ge­ wünschten Druckbereich von unten her in der Materialstärke Aussparungen in der Gestalt und Höhe der zu druckenden Elemen­ te und Strukturen mit zur Rakelseite durchgehenden Drucköff­ nungen enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Be­ reich der auf der Trägerplatte (1) vorliegenden Unebenheiten (2; 18 bis 22) in der Materialstärke des Drucksiebs (9; 17; 27) von unten her wenigstens in der Höhe der Unebenheiten (2; 18 bis 22) mit Aussparungen (16; 24) ausgenommen ist, die Aus­ sparungen (16; 24) jedoch von der Rakelseite her nicht durch­ gehend und damit abgedeckt sind, so daß das Drucksieb (9; 17; 27) im wesentlichen eben auf der Trägerplatte (1) aufliegt.

2. Drucksieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheiten (2; 18 bis 22) auf der Trägerplatte (1) durch be­ reits vorliegende, in wenigstens einem vorhergegangenen Druck­ prozeß aufgebrachte Dickschichtstrukturen, insbesondere Lei­ terbahnen (18, 19, 20, 22) und/oder Isolationsglasschichten (2; 21) gebildet sind und entsprechende Aussparungen (16; 24) im Drucksieb (9; 17; 27) enthalten sind, die nahe an neuen Druckbereichen (10, 11) liegen, wobei insbesondere elektri­ sche Widerstände (23) mit gleichmäßiger Schichtstärke und geraden, gleichmäßigen Rändern herstellbar sind.

3. Drucksieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (1) aus einem Substrat, insbesondere einem keramischen Substrat oder einer Leiterplatte, besteht.

4. Drucksieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Drucksieb (9; 17; 27) aus Metallblech, ins­ besondere aus einer Edelstahlfolie als Metallschablone herge­ stellt ist.

5. Drucksieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Drucksieb bzw. die Metallschablone durch beidseitiges Ätzen hergestellt ist, wobei von der einen Seite (Rakelseite) her ein Raster mit den durchgehenden Drucköffnun­ gen (26) und von der anderen Seite her die Aussparungen (16; 24) für die abzudeckenden Unebenheiten (2; 18 bis 22) und die Aussparungen (12, 13; 25) für die zu druckenden Bereiche ge­ ätzt sind.

6. Drucksieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Drucksieb bzw. die Metallschablone auf ein Gewebe, insbesondere ein Stahlgewebe (29) oder Kunststoffge­ webe eines Siebdruckrahmens aufgeklebt ist.