DE4017863C1 - - Google Patents
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung eines Montagebandes mit metallischen Leiterzügen,
die an mindestens einem ihrer Enden metallische Erhebungen
aufweisen.
Solche Montagebänder werden für die automatische Montage von
elektronischen Bauelementen, dem sog. Tape Automated Bonding
(TAB), benötigt. Diese Montagebänder weisen metallische
Leiterzüge auf, deren Enden bei der Montage mit den
entsprechenden Anschlußstellen der elektronischen Bauelemente
verbunden werden.
Die Verbindung der metallischen Leiterzügen mit den
elektronischen Bauelementen erfolgt bevorzugt über schweiß-
oder lötbare metallische Erhebungen, den sog. Bumps. Diese
bestehen bevorzugt aus weicheren Metallen als die Leiterzüge
selbst und können sich entweder auf den elektronischen
Bauelementen oder auf den Leiterzügen des Montagebandes
befinden. Bevorzugt ist die letztere Ausführungsform, da so die
aufwendige Ausstattung der zahlreichen unterschiedlichen
elektronischen Bauelemente mit den metallischen Erhebungen
entfällt und einfach ein Montageband für alle Bauelemente
verwendet werden kann.
Es sind sowohl einschichtige Montagebänder bekannt, die nur aus
einer Metallschicht bestehen, als auch mehrschichtige, die
neben einer Metallschicht noch eine isolierende Trägerschicht
und ggf. eine oder mehrere Klebeschichten zwischen der Metall-
und der Trägerschicht aufweisen. Auch sind Montagebänder
bekannt, die auf beiden Seiten der Trägerschicht
Metallschichten und ggf. Klebeschichten tragen. Bevorzugt
werden zwei- bzw. dreischichtige Bänder verwendet aus einer
Träger- und einer Metallschicht bzw. einer zusätzlichen
Klebeschicht.
Die Mehrschichtbänder weisen Trennfenster in der Trägerschicht
und ggf. in der Klebeschicht auf, in die die metallischen
Leiterzüge hineinreichen und so leicht mit den elektronischen
Bauelementen in Kontakt gebracht werden können. Auch sind
üblicherweise Transportlöcher in der Trägerschicht angebracht.
Ein wesentlicher Vorteil der Mehrschichtbänder gegenüber den
einschichtigen Montagebändern ist, daß die mit ihnen
kontaktierten Bauelemente vor ihrer endgültigen Montage
getestet werden können, da bei den Mehrschichtbändern zwischen
den einzelnen metallischen Leiterzügen keine leitenden
Verbindungen bestehen.
Bei der Herstellung von Montagebändern mit metallischen
Leiterzügen, die an mindestens einem ihrer Enden metallische
Erhebungen zur leichteren und besseren Kontaktierung
elektronischer Bauelemente aufweisen, treten bisher immer noch
erhebliche Probleme auf. Zwar wurden schon zahlreiche
Herstellungsverfahren vorgeschlagen, doch keines ist bisher
vollständig zufriedenstellend.
Aus der US 43 96 457 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die
metallischen Erhebungen durch Stanzen erzeugt werden. Diese
sind somit aber nur Ausstülpungen der Leiterzüge und tragen
nicht zur Stabilisierung der Verbindung zu den elektronischen
Bauelementen bei. Zudem wird bei diesem Verfahren durch die
hohe mechanische Beanspruchung beim Stanzen die empfindliche
Metallschicht der Leiterzüge leicht beschädigt, wodurch diese
unbrauchbar werden.
Desweiteren sind Methoden bekannt, nach denen sowohl die
metallischen Leiterzüge als auch die metallischen Erhebungen
durch Ätzverfahren hergestellt werden. In der US 44 11 719 und
der DE 29 26 200 A1 sind Verfahren beschrieben, bei denen die
Ätzschritte von verschiedenen Seiten des Montagebandes her
durchgeführt werden. In der US 37 81 596 erfolgen beide
Ätzschritte von derselben Seite. Nach der EP 02 32 108 A2 werden
zwei verschiedene Photoresists übereinander aufgetragen,
wodurch eine selektiv tiefe Ätzung des Metalls unter
gleichzeitiger Ausbildung der Leiterzüge und der Erhebungen
erfolgen kann. Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß
verschiedene Resists und Auftragungsverfahren notwendig sind und
daß die exakte Registrierung verschiedener Belichtungsmasken auf
verschiedenen Seiten des Montagebandes nur sehr schwer
durchzuführen ist.
Auch die Aufschmelzung der Enden der metallischen Leiterzüge zu
metallischen Verdickungen durch eine Laserbehandlung ist
bekannt (EP 01 17 348 A1). Alle bisher genannten Verfahren haben
aber den Nachteil, daß die metallischen Erhebungen nur aus
demselben Material wie die Leiterzüge selbst hergestellt werden
können.
In EP 00 70 691 A1 bzw. Electronic Production, Nov. 1988, S. 9-10
ist ein Montageband beschrieben, bei dem die metallischen
Erhebungen aus einem weicheren Metall, bevorzugt Gold, als die
Leiterzüge bestehen. Nach diesem Verfahren werden zuerst die
Leiterzüge hergestellt. Da man hierbei Gold als Ätzresist
verwendet, wird das Verfahren extrem teuer. Auf diese
goldüberzogenen Leiterzüge werden dann unter Verwendung eines
zweiten Resists Erhebungen aus Gold aufgalvanisiert. Eine gute
Haftung dieser Erhebungen auf den goldüberzogenen Leiterzügen
ist jedoch nur durch eine spezielle Vorbehandlung der
Goldoberfläche erreichbar.
Das Verfahren der US 45 10 017 geht nicht von einer
isolierenden Trägerschicht, in die üblicherweise die
Trennfenster und Transportlöcher schon eingebracht wurden, aus,
sondern stellt die isolierenden Stellen des Montagebandes durch
Auffüllen von Zwischenräumen zwischen den Leiterzügen mit
isolierendem Material her. Auch in diesem Verfahren wird wieder
eine Goldbeschichtung als Ätzresist verwendet, wodurch die
Herstellung von Montagebändern nach diesem aufwendigen
Verfahren zudem noch kostspielig wird.
Durch Kombination von Ätzung der einen Seite und Plattierung
der anderen Seite des Montagebandes wurden in der US 42 59 436
bzw. der EP 02 49 834 A2 Leiterzüge mit Erhebungen aus anderen
Metallen als sie selbst hergestellt. Hierbei werden wieder zwei
Belichtungsmasken benötigt, die exakt registergerecht auf
verschiedenen Seiten des Montagebandes positioniert werden
müssen.
EP 00 61 863 B1 beschreibt ein Verfahren, wonach die
metallischen Erhebungen separat auf einem Zwischenträger
hergestellt und dann auf die Leiterzüge übertragen werden. Dies
erfordert eine zusätzliche Trägerschicht. Außerdem ist die
Übertragung der Erhebungen durch Probleme beim exakten
Positionieren und beim Ablösen der Erhebungen vom
Zwischenträger erschwert. Auch können die empfindlichen
Leiterzüge bei der Übertragung leicht verbogen oder sogar
zerstört werden.
Wie an der Vielzahl der vorgeschlagenen Verfahren zu erkennen
ist, besteht ein großes Interesse daran, praktikable und
vielseitig anwendbare Verfahren zur Herstellung von
Montagebändern mit metallischen Leiterzügen, die schweiß- oder
lötbare Erhebungen an mindestens einem ihrer Enden tragen, zu
erhalten. Die bisher bekannten Verfahren sind jedoch mit
erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Sie sind langwierig und
teuer, erfordern komplizierte Verfahrensschritte und exakt
einzuhaltende Bedingungen, oder sie sind nur für spezielle
Montagebänder, wie einschichtige oder solche, deren metallische
Erhebungen aus demselben Material wie die Leiterzüge sind,
anwendbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren
zur Herstellung von Montagebändern mit metallischen
Leiterzügen, die an mindestens einem ihrer Enden metallische
Erhebungen tragen, zur Verfügung zu stellen, bei dem die
metallischen Erhebungen eine wohldefinierte Fläche und Höhe und
eine ausgezeichnete Haftung auf den Leiterzügen besitzen, das
Montagebänder mit gleichbleibend hoher Qualität und Ausbeute
liefert, bei allen Montagebandtypen anwendbar ist und wobei das
Material der metallischen Erhebungen nicht auf das der
Leiterzüge beschränkt ist.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach
Anspruch 1 gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wurden schweiß- oder
lötbare metallische Erhebungen hergestellt, die eine sehr gute
Haftung auf den Leiterzügen haben. Sie werden direkt auf die
Leiterzüge galvanisiert, so daß mit den einfachen, gängigen
Verfahren der Leiterplattenindustrie gearbeitet werden kann und
eine besondere Vorbehandlung der zu galvanisierenden Oberfläche
nicht notwendig ist. Die metallischen Erhebungen können
reproduzierbar sowohl mit wohldefinierter Fläche als auch Höhe
hergestellt werden und sie können aus jedem gewünschten Metall
oder einer Metallegierung bestehen. Das erfindungsgemäße
Verfahren ist zur Herstellung sowohl aller Mehrschichtbänder
als auch einschichtiger Montagebänder geeignet.
Der Schritt, durch eine Gold-Ätzmaske die Leiterzüge zu
erzeugen, wie er in manchen bekannten Verfahren notwendig ist,
wird vollständig eliminiert. Dadurch kann die Herstellung von
Montagebändern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich
kostengünstiger erfolgen. Durch eine Anpassung der Photovorlage
zur Erzeugung der Photoresistätzmaske in Form einer
Linienverbreiterung kann dem Grad der Unterätzung Rechnung
getragen werden. Hierdurch wird ein geeigneter
Leiterzugquerschnitt erzielt, und die metallischen Erhebungen
befinden sich mit ihrer gesamten Grundfläche in Kontakt mit den
Leiterzügen. So entfällt das Problem der freistehend über den
Leiterzügen stehenden dünnen Goldschicht, was in älteren
Verfahren zum Abbrechen des Goldes und letztendlich zu
unregelmäßigen Leiterzügen führt.
Es war nicht vorauszusehen, daß das zweite lichtempfindliche
Gemisch zur Erzeugung der metallischen Leiterzüge ohne
zusätzliche Verfahrensschritte über die bereits vorhandenen
metallischen Erhebungen aufgebracht werden kann. Insbesondere
war es überraschend, daß die vorteilhaften Trockenfilmresists
leicht durch Laminierung über die metallischen Erhebungen
hinweg aufgebracht werden können, ohne daß die weichen,
mechanisch nicht sehr stabilen metallischen Erhebungen
beschädigt werden. Außerdem war nicht vorhersehbar, daß die
Trockenfilmresists ohne Lufteinschlüsse, wie sie vom Aufbringen
von Trockenfilmlötstopmasken her bekannt sind, über die
metallischen Erhebungen laminiert werden können. Solche
Lufteinschlüsse würden dazu führen, daß die
Behandlungsflüssigkeiten vor allem um die Leiterbahnen bzw.
metallischen Erhebungen herum eindringen können und zu
unkontrollierbaren Ausätzungen, etc. führen. Es war besonders
überraschend, daß eine einwandfreie Laminierung auch ohne
Verwendung eines Vakuumlaminators möglich ist. Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Dicke des Resists gleich oder
größer wie die Höhe der metallischen Erhebungen ist. Ein
weiterer Vorteil ist, daß dadurch, daß die metallischen
Erhebungen auf die vollflächige Metallschicht aufgebracht
werden und dann ein Photoresist über diese vollflächige
Metallschicht mit den Erhebungen laminiert wird, um die
Leiterzüge herzustellen, verhindert wird, daß wie bei der
umgekehrten Reihenfolge der Verfahrensschritte schon gebildete
Leiterzüge bei der Herstellung der metallischen Erhebungen
beschädigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Herstellung aller
gängigen Montagebänder geeignet. Besonders geeignet ist das
Verfahren zur Herstellung von 2- oder 3-schichtigen Bändern.
Diese mehrschichtigen Bänder erhalten üblicherweise durch eine
Vorbehandlung die notwendigen Trennfenster und Transportlöcher.
Meistens wird hierfür eine Metallschicht, bevorzugt aus Kupfer,
auf eine Trägerschicht mit eingestanzten Fenstern und Löchern
aufgebracht. Auf die Metalloberfläche, die ggf. vorgereinigt
und/oder chemisch angeätzt wurde, wird ein lichtempfindliches
Gemisch aufgebracht und durch eine Vorlage mit einem Muster
entsprechend den zu bildenden metallischen Erhebungen mit
aktinischem Licht belichtet. Ggf. vorhandene Schutzschichten
können vor oder nach der Belichtung entfernt werden.
Bevorzugt wird ein lichtempfindliches Gemisch mit mindestens
einem polymeren Bindemittel, mindestens einer
additionspolymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten
Verbindung und einem Photoinitiator oder einem
Photoinitiatorsystem verwendet. Als Bindemittel eignen sich
insbesonders die Polymere der DE 38 14 567 A1, die benachbarte
Carboxylgruppen und Amidgruppen primärer Amine enthalten.
Bevorzugte Monomere sind solche mit phenolischen
Hydroxylgruppen wie sie in der DE 34 41 787 A1 beschrieben
sind. Weitere Zusatzstoffe wie Füller, Inhibitoren, Farbstoffe,
etc. sind selbstverständlich auch möglich.
Bevorzugt wird das lichtempfindliche Gemisch als
Trockenfilmresist eingesetzt, der durch Laminierung auf die
Metalloberfläche aufgebracht wird wie es z. B. in der
US 34 69 982 beschrieben ist. Nach dem Entfernen der den zu
bildenden metallischen Erhebungen entsprechenden Resistbereiche
- bei den zuvor beschriebenen Gemischen durch Auswaschen der
nicht belichteten Bereiche mit einer wäßrig alkalischen Lösung -
kann ggf. eine thermische Nachhärtung durchgeführt werden.
Anschließend werden die metallischen Erhebungen durch ein
geeignetes Galvanoverfahren aufgebracht. Bevorzugt werden die
Erhebungen aus Metallen aufgebaut, die weicher sind als das
Leiterzugmetall. Besonders geeignet sind die Metalle der
EP 00 70 691 A1, insbesondere Gold. Die zur Plattierung
vorgesehene Metalloberfläche kann ggf. nach einem gängigen
Verfahren vorbereitet werden. Es sind keine besonderen Verfahren
wie bei der Verwendung von Gold als Ätzmaske notwendig. Nach dem
Galvanoverfahren wird der Resist entfernt. Bei den bevorzugt
verwendeten Resists erfolgt dies im allgemeinen durch eine
starke alkalische wäßrige Lösung.
Nun wird ein weiteres lichtempfindliches Gemisch, dasselbe wie
im ersten Schritt oder ggf. auch ein anderes, auf das ggf.
gereinigte Band und über die metallischen Erhebungen
aufgebracht. Bevorzugt wird wieder ein Gemisch mit den
Bindemitteln der DE 38 14 567 A1 und den Monomeren der
DE 34 41 787 A1 verwendet. Besonders vorteilhaft ist die
Verwendung dieses Gemischs in Form eines Trockenfilmresists.
Hierdurch ist das Auftragen durch das einfache und gängige
Laminierverfahren möglich. Die metallischen Oberflächen, die zu
bildenden Leiterzüge und die schon gebildeten metallischen
Erhebungen,
können auf diese Weise vollständig geschützt werden.
Nach der Belichtung durch eine Vorlage mit dem Leiterzugmuster
und dem Entfernen der den Leiterzügen nicht entsprechenden
Resistbereiche mit einem geeigneten Lösungsmittel - im Falle der
bevorzugten Resists ist dies eine wäßrig-alkalische Lösung -
kann der so erhaltene Ätzresist ggf. noch thermisch nachgehärtet
werden. Anschließend wird das freigelegte Metall mit einem der
bekannten Verfahren entfernt. Darauf wird der Ätzresist, ggf.
durch eine stark alkalische, wäßrige Lösung, entfernt. Als
letzter Schritt kann sich dann noch ggf. eine Rundumvergoldung
der Leiterzüge und ihrer metallischen Erhebungen anschließen.
Um das in den Trennfenstern der Trägerschicht freigelegte Metall
während der Galvano- und Ätzverfahrensschritte zu schützen,
werden die Trennfenster auch mit Galvano- bzw. Ätzresist
versehen. Dies geschieht bevorzugt mit demselben Material und
auf dieselbe Art und Weise wie für die Metalloberfläche.
Ein mit 35 µm Kupfer kaschiertes, flexibles Trägerband, in das
bereits Trennfenster eingestanzt waren, wurde für 20 sec in ein
handelsübliches Vorreinigungsbad getaucht, mit Wasser abgespült,
anschließend während 1 min in einer Ammoniumpersulfatlösung
angeätzt, wiederum mit Wasser gespült und getrocknet.
Auf das vorgereinigte Band wurde beidseitig bei 110°C
Walzentemperatur und einer Geschwindigkeit von 1,2 m/min ein
Trockenresistfilm gemäß DE 38 14 567 A1 Beispiel 1 auf einer
12 µm Polyesterunterlage auflaminiert.
Der Rückseitenresist wurde vollflächig, der auf dem Kupfer
aufgebrachte Resist durch eine Photovorlage mit dem Muster der
zu bildenden metallischen Erhebungen mit jeweils 100 mj/cm2 auf
einem handelsüblichen 1000 W Belichter
belichtet.
Nach dem Abziehen der Polyesterfolie wurde der Resist in einer
handelsüblichen Entwicklungsmaschine mit 1%iger Sodalösung bei
30°C entwickelt.
Nach der Entwicklung wurde der Resist für 15 min bei 150°C
thermisch behandelt.
Auf die freiliegenden Kupferflächen wurde nach einer
Vorreinigung und Anätzen (wie oben) in einem Jet-Plater nach dem
Pulse-Plating Verfahren bei einer mittleren Stromstärke von 20
A/dm2 während 5 min Gold aufgalvanisiert. Es wurde eine
Galvanohöhe von 35 µm erreicht ohne jegliches
Untergalvanisieren.
Der Resist wurde nun in einer 3%igen Kaliumhydroxidlösung bei
56°C während 60 sec entfernt.
Nach erneutem Vorreinigen und Anätzen wurde derselbe
Trockenresistfilm, wie oben beschrieben, unter denselben
Bedingungen beidseitig auf das Trägerband auflaminiert. Die auf
der Kupferoberfläche bereits abgeschiedenen Golderhebungen
werden von dem Resist einwandfrei umschlossen und abgedeckt.
Der Rückseitenresist wird wiederum vollflächig, der auf dem
Kupfer aufgebrachte Resist durch eine Photovorlage mit dem
Negativ der zu bildenden Kupferleiterzüge, wie oben beschrieben,
belichtet. Nach dem Abziehen der Polyesterfolie wird der Resist,
wie oben beschrieben, entwickelt.
Das freigelegte Kupfer wurde in einer handelsüblichen
Ätzmaschine bei 50°C und einem pH = 8,2 in der Ätzlösung und pH
= 9,5 in der Regenerierlösung entfernt.
Der Resist wurde wiederum in einer 3%igen Kaliumhydroxidlösung
bei 56°C während 35 sec entfernt.
Es wurden einwandfreie Leiterzüge mit wohldefinierten
Golderhebungen an den Leiterzugenden erhalten.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines Montagebandes mit
metallischen Leiterzügen, die an mindestens einem ihrer
Enden metallische Erhebungen aufweisen, umfassend die
folgenden Verfahrensschritte
- a) Beschichten der Metalloberfläche eines metallischen oder metallkaschierten Bandes mit einem lichtempfindlichen Gemisch
- b) Belichten der lichtempfindlichen Schicht durch eine Vorlage mit einem Muster entsprechend den zu bildenden metallischen Erhebungen,
- c) Entfernen der Teile der belichteten Schicht, die den zu bildenden metallischen Erhebungen entsprechen, unter Ausbildung eines Galvanoresists,
- d) Aufbau der metallischen Erhebungen durch galvanisches Abscheiden eines Metalls,
- e) Entfernen des Galvanoresists,
- f) erneutes Aufbringen eines lichtempfindlichen Gemischs auf die Metalloberfläche des Montagebandes, wobei die gebildeten metallischen Erhebungen mit bedeckt werden,
- g) Belichten der lichtempfindlichen Schicht durch eine Vorlage mit einem Muster entsprechend den zu bildenden metallischen Leiterzügen,
- h) Entfernen der Teile der belichteten Schicht, die den zu entfernenden Metallbereichen entsprechen, unter Ausbildung eines Ätzresists,
- i) Entfernen des freigelegten Metalls und
- j) Entfernen des Ätzresists.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Galvanoresist und/oder der Ätzresist vor dem Galvano-
bzw. dem Ätzschritt thermisch gehärtet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das lichtempfindliche Gemisch im Schritt a) und/oder f) in
Form eines Trockenresists durch Laminieren aufgebracht
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
das lichtempfindliche Gemisch zur Herstellung des Galvano-
und/oder des Ätzresists mindestens ein polymeres
Bindemittel, mindestens eine additionspolymersierbare,
ethylenisch ungesättigte Verbindung und einen
Photoinitiator oder ein Photoinitiatorsystem enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die metallischen Erhebungen aus einem weicheren Metall als
die metallischen Leiterzüge aufgebaut sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Montageband aus einer isolierenden Trägerschicht und
einer Metallschicht besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 6
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Trägerschicht und der Metallschicht eine
Klebeschicht vorhanden ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
Trennfenster und/oder Transportlöcher in der isolierenden
Trägerschicht vorhanden sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Trennfenster während des Verfahrens durch
Resistmaterial geschützt sind, das am Ende des Verfahrens
entfernt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
nach Durchführung aller Verfahrensschritte eine
vollständige Vergoldung der metallischen Leiterzüge und der
metallischen Erhebungen durchgeführt wird.
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