DE4434468A1 - Verfahren zur Herstellung des Aufnehmerteils einer Mikrosteckverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Auf­ nehmerteils einer Mikrosteckverbindung.

Aus der DE 34 40 109 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung ver­ formbarer Vielfach-Verbindungen für den elektrischen Anschluß mikroelektronischer Bauelemente bekannt. Bei diesem Verfahren werden in einer Platte aus röntgenstrahlenempfindlichem Kunst­ stoff durch partielles Bestrahlen und Entfernen der bestrahlten Bereiche des Kunststoffes an vorgegebenen Positionen Hohl­ strukturen von Verbindungselementen erzeugt, deren Höhe ein Vielfaches ihrer kleinsten lateralen Abmessungen beträgt. Die Hohlstrukturen werden zur Herstellung der Verbindungselemente galvanisch mit einem Metall aufgefüllt. Danach werden die gal­ vanisch hergestellten Verbindungselemente auf einer Halte­ platte fixiert und der röntgenstrahlenempfindliche Kunststoff entfernt.

Diese Verbindungselemente sind für die dauerhafte Fixierung mikroelektronischer Bauteile vorgesehen; eine zerstörungsfreie Trennung ist nicht möglich.

Aus der DE 34 40 110 C1 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, das zur Herstellung mechanisch trennbarer Vielfach-Verbindun­ gen für den elektrischen Anschluß mikroelektronischer Bauele­ mente dient. Die danach hergestellten hergestellten Verbin­ dungselemente bestehen aus einem Steckerteil in Form zweier aneinandergesetzter Zylinder mit gemeinsamer Symmetrieachse, von denen derjenige Zylinder, der in die Haltestruktur ein­ greift, einen größeren Durchmesser aufweist. Die Haltestruktur besteht aus einer Röhre, die im Querschnitt eine Dreiecksform aufweist, die an einer Stelle unterbrochen ist. Mit Hilfe ei­ ner Verfahrensvariante lassen sich auch verriegelnde Vor­ sprünge herstellen; zur Herstellung dieser verriegelnden Vor­ sprünge muß jedoch eine der Röntgenbestrahlungen mit definier­ ter Eindringtiefe vorgenommen werden. Eine solche Röntgenbe­ strahlung ist schwierig durchzuführen und liefert an den Stel­ len der maximalen Eindringtiefe meist keine scharfdefinierten Strukturen, weil selbst schwach von Röntgenstrahlung getrof­ fene Bereiche beim Entwickeln noch in geringem Maß löslich sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung des Aufnehmerteils einer Mikrosteckverbindung vor­ zuschlagen, bei dem auf eine Röntgenbestrahlung mit definier­ ter Eindringtiefe verzichtet werden kann. Das Verfahren soll außerdem die Herstellung einer größeren Anzahl verschiedener Formen von verriegelnden Strukturen ermöglichen.

Die Aufgabe wird durch das im Patentanspruch beschriebene Ver­ fahren gelöst.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird im folgenden anhand von Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt das Aufnehmerteil einer herzustellenden Ausfüh­ rungsform a: in perspektivischer Ansicht, b: in Draufsicht, c: im Schnitt;

Fig. 2 zeigt das Aufnehmerteil einer weiteren herzustellenden Ausführungsform in perspektivischer Ansicht.

Das in Fig. 1 gezeigte Aufnehmerteil ist auf einem Substrat 3 aufgebaut. Auf diesem Substrat stehen zwei Stützstrukturen 1, die in ihrem unteren Teil zueinander parallel ausgerichtet sind und im Abstand zueinander stehen. Das obere Ende der Stützstrukturen 1 ist in Form eines Daches gestaltet, das einen Führungsschlitz 5 für einen Stecker aufweist. Die Stütz­ strukturen 1 umschließen daher einen Aufnehmerraum. In der ge­ zeigten Ausführungsform sind die Haltestrukturen 2 für den Stecker 4 innerhalb des Aufnehmerraums an den unteren Teilen der Stützstrukturen 1 angebracht.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Aufnehmerteil liegen die Hal­ testrukturen 2 für einen Stecker auf dem Dach, das durch die beiden Stützstrukturen 1 gebildet wird. Der Führungsschlitz 5 wird durch einseitig mit den Stützstrukturen 1 verbundene, fe­ dernde Zungen gebildet, die an ihrem freien Ende abgeflacht sind. Mit Hilfe der abgeflachten Enden dieser Zungen wird ein entsprechend geformter Stecker gehalten. Werden die Zungen auseinandergedrückt, wird der Stecker wieder freigegeben.

Bei beiden dargestellten Ausführungsformen wird der Aufnehmer­ raum durch das Substrat 3 begrenzt. Auf ein Substrat kann ver­ zichtet werden, wenn der Stecker durch einen Aufsatz im Füh­ rungsschlitz 5 geführt wird.

Im folgenden wird die Herstellung der Aufnehmerteile beschrie­ ben.

Für das Herstellungsverfahren wird ein ebenes Substrat benö­ tigt, das eine elektrisch leitende Oberfläche aufweist. Das Substrat kann eine Metallplatte darstellen; brauchbar sind auch Kunststoff- oder Keramikplatten, die mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen sind.

Die elektrisch leitfähige Oberfläche wird nachfolgend voll­ ständig mit einer Schicht eines strahlenempfindlichen Kunst­ stoffs überdeckt. Als strahlenempfindlicher Kunststoff kann entweder ein röntgenstrahlen- oder lichtempfindlicher Kunst­ stoff eingesetzt werden. Da die Dicke dieser Schicht die Höhe des Aufnehmerraums zwischen dem Substrat und den dachartigen Teilen der Stützstruktur bestimmt, wird man für größere Ab­ stände einen röntgenstrahlenempfindlichen Kunststoff wählen, während für kleinere Abstände, etwa im Bereich vom 0,5 µm bis 50 µm, ein lichtempfindlicher Photolack ausreicht. Zum Auftra­ gen des Kunststoffs eignen sich die bekannten Verfahren.

Auf der Schicht des Kunststoffs wird danach eine elektrisch leitfähige Schicht aufgetragen. Diese Schicht besteht vorzugs­ weise aus einem Metall wie z. B. Gold oder einer Metallegie­ rung. Die Dicke dieser Schicht ist im Prinzip frei wählbar; sie muß lediglich eine galvanische Abscheidung von Metall er­ möglichen. Da diese Schicht nachfolgend etwa durch naßchemi­ sches Ätzen strukturiert wird, wird man eine dünne Schicht be­ vorzugen. Für die Herstellung dieser Schicht sind wiederum alle bekannten Verfahren (Aufstäuben [Sputtern], Aufdampfen etc.) anwendbar.

Die elektrisch leitfähige Schicht wird anschließend struktu­ riert. Die Strukturierung erfolgt in der Weise, daß die Berei­ che der dachartigen Teile der Stützstrukturen ausgeformt wer­ den. Zur Herstellung der in den Figuren dargestellten Aufneh­ merteile wird die Strukturierung somit in der Weise vorgenom­ men, daß die elektrisch leitfähige Schicht die den Aufnehmer­ raum überdachenden Strukturen aufweist, die die unteren, auf dem Substrat auf stehenden Teile der Stützstrukturen miteinan­ der verbindet. Die strukturierte elektrisch leitfähige Schicht bildet somit die dem Substrat gegenüberliegende innere Begren­ zung des Aufnehmerraums.

An den übrigen Stellen wird die elektrisch leitfähige Schicht entfernt. Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn man die elek­ trisch leitfähige Schicht an den Stellen der dachartigen Teile der Stützstrukturen, die Aussparungen aufweisen, überdeckt. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform stellt der Führungs­ schlitz 5 eine solche Aussparung dar. In der in Fig. 2 gezeig­ ten Ausführungsform stellen die offenen Flächen, die die fe­ dernden Zungen begrenzen, diese Aussparungen dar. Außerdem kann die elektrisch leitfähige Schicht an den Stellen, die außerhalb der Begrenzungen des Aufnehmerteils liegen, über­ deckt werden. Die überdeckten Teile der elektrisch leitfähigen Schicht brauchen nicht entfernt zu werden.

Die Überdeckung erfolgt durch ein elektrisch isolierendes Ma­ terial, z. B. einen strahlenempfindlichen Kunststoff, der sich durch licht- oder röntgenlichtoptische Methoden in entspre­ chender Weise strukturieren läßt.

Soll die Strukturierung der leitfähigen Schicht nicht durch Überdeckung mit einem elektrisch isolierenden Material, son­ dern durch Entfernung der nicht benötigten Bereiche vorgenom­ men werden, müssen die bestehen bleibenden Bereiche der elek­ trisch leitfähigen Schicht selektiv gegenüber den übrigen Be­ reichen entfernt werden. Wenn die Schicht aus einem Metall oder einer Metallegierung besteht, kann dies durch naßchemi­ sches Ätzen oder durch Trockenätzverfahren geschehen. Besteht die zweite elektrisch leitfähige Schicht etwa aus Gold, so kann das Ätzen mit einer wäßrigen Kaliumjodid-Jod-Lösung er­ folgen. Wird naßchemisch geätzt, muß zuvor eine Ätzmaske her­ gestellt werden.

Die Ätzmaske kann hergestellt werden, indem die elektrisch leitfähige Schicht mit einem Photolack in einer Dicke von we­ nigen µm beschichtet wird. Die über den zu entfernenden Teilen der elektrisch leitfähigen Schicht liegenden Bereiche des Pho­ tolacks werden über eine entsprechende Maske belichtetund die belichteten Bereiche mit einem Entwickler wie beispielsweise KOH entfernt. Damit liegen diejenigen Bereiche der elektrisch leitfähigen Schicht frei, die selektiv gegenüber den übrigen Bereichen entfernt werden sollen. Um die nachfolgende völlige Entfernung dieser Photolackschicht zu erleichtern, wird der gesamte verbleibende Photolack flutbelichtet. Danach werden die frei liegenden Bereiche der elektrisch leitfähigen Schicht wie beschrieben durch Ätzen entfernt, wodurch diese Schicht in der angegebenen Weise strukturiert wird.

Nun wird die Schicht des strahlenempfindlichen Kunststoffs strukturiert. Die Strukturierung erfolgt je nach Art des Kunststoffs durch Bestrahlen mit Röntgenstrahlung oder Licht. Bestrahlt werden ausschließlich diejenigen Bereiche des Kunst­ stoffs, die senkrecht über den Aufstandsflächen der unteren Teile der Stützstrukturen liegen, sofern ein Positivrestist verwendet wurde. Bei einem Negativresist werden ausschließlich die übrigen Bereiche bestrahlt. Bei der in Fig. 1 dargestell­ ten Ausführungsform bildet auch die Haltestruktur einen Teil der Aufstandsfläche. Durch Entwickeln wird in beiden Fällen die elektrisch leitende Oberfläche des Substrats an den Auf­ standsflächen der Stützstrukturen auf dem Substrat freigelegt.

Danach werden die erzeugten Hohlräume innerhalb des strahlen­ empfindlichen Kunststoffs galvanisch mit Metall aufgefüllt, wodurch die unteren, auf dem Substrat aufstehenden Teile der Stützstrukturen geschaffen werden. Die galvanische Abscheidung beginnt an den deren Aufstandsflächen. Das galvanisch abge­ schiedene Metall wächst in den Hohlräumen oberhalb der Auf­ standsflächen auf, bis diese aufgefüllt sind. Danach beginnt ein Seitenwachstum des galvanisch abgeschiedenen Metalls, und zwar an denjenigen Bereichen der elektrisch leitfähigen Schicht, die nach der Strukturierung bestehen geblieben sind oder nicht überdeckt wurden. Die verbliebenen Teile des strah­ lenempfindlichen Kunststoffs werden nun z. B. mit dem Lösungs­ mittel Aceton entfernt. Die Dicke der Überdachung des Aufneh­ merraums kann durch die Dauer der galvanischen Abscheidung eingestellt werden.

Die Dicke der seitlich wachsenden, galvanisch abgeschiedenen Schicht bestimmt die Dicke der dachartigen Teile der Stütz­ strukturen bzw. der Haltestrukturen bei der in Fig. 2 darge­ stellten Ausführungsform. Sollen die dachartigen Teile ver­ hältnismäßig dick sein, besteht die Gefahr, daß das galvanisch abgeschiedene Metall beim Seitenwachstum auch die vorgegebene Struktur der leitfähigen Schicht seitlich überwächst, so daß deren Struktur nicht exakt nachgebildet wird und damit keine scharfen seitlichen Begrenzungen erhalten werden.

Dieser Gefahr kann dadurch begegnet werden, daß man die beste­ hen bleibenden Bereiche der elektrisch leitfähigen Schicht mit senkrechten Seitenwänden der vorgesehenen Form versieht, die gleich hoch oder höher sind als die gewünschte Dicke der durch galvanische Abscheidung hergestellten dachartigen Teile. Diese Seitenwände können in folgender Weise hergestellt werden.

Auf die strukturierte elektrisch leitfähige Schicht wird nach dem vollständigen Entfernen der Ätzmaske ein weiterer strah­ lenempfindlicher Kunststoff aufgetragen. Beispielsweise kann eine 8 µm dicke Photolackschicht aufgetragen werden, die nach­ folgend über eine Maske bestrahlt wird. Die offene Fläche der Maske hat in diesem Fall die Form der strukturierten elek­ trisch leitfähigen Schicht. Die weitere strahlenempfindliche Kunststoffschicht bildet nach der Entfernung der bestrahlten Bereiche die gewünschte wannenähnliche Form, die eine scharfe Begrenzung der dachartigen Teile bei der galvanischen Abschei­ dung ermöglicht. Nach der galvanischen Abscheidung werden alle verbliebenen Teile der weiteren strahlenempfindlichen Kunst­ stoffschicht z. B. mit Aceton entfernt.

Das Substrat kann ggf. nach dem Herauslösen aller verbliebenen Reste des strahlenempfindlichen Kunststoffs von der galvanisch erzeugten Struktur abgetrennt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Durchführungsbei­ spiels näher erläutert.

Auf ein Kupfersubstrat wird eine dünne Titanschicht aufge­ stäubt, die naßchemisch oxidiert wird. Diese oxidierte Titan­ schicht bildet die elektrisch leitfähige Oberfläche des Sub­ strats. Die Oberfläche wird mit einer 200 mm dicken Schicht aus Polymethylmethacrylat (PMMA) überzogen. Auf die PMMA- Schicht wird eine ca. 50 nm dicke Goldschicht als elektrisch leitfähige Schicht aufgestäubt. Die Goldschicht wird durch naßchemisches Ätzen strukturiert.

Auf die strukturierte Goldschicht wird eine Photolackschicht aufgetragen, die lichtoptisch in der Weise strukturiert und entwickelt wird, daß sich wannenförmige Begrenzungen für das nachfolgend herzustellende, galvanisch abgeschiedene Metall ergeben. Danach erfolgt die Strukturierung der PMMA-Schicht; hierbei werden die Aufstandsflächen auf dem Substrat freige­ legt. Die Hohlräume über den Aufstandsflächen werden in einem Galvanoformungsprozeß ausgehend von der leitfähigen Titan­ oxidoberfläche mit Nickel aufgefüllt. Sobald der galvanische Niederschlag die elektrisch leitfähige Goldschicht auf der PMMA-Oberfläche kontaktiert, werden die Strukturen über den be­ stehen gebliebenen Bereichen der Goldschicht mit Nickel über­ deckt. Anschließend wird die Photolackschicht und die PMMA- Schicht entfernt.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung des Aufnehmerteils einer Mikrosteck­ verbindung, das

   • - zwei miteinander einen Aufnehmerraum umschließende Stütz­ strukturen (1) mit einem Führungsschlitz (5) enthält, an denen
   • - auf zwei einander gegenüberliegenden Flächen Haltestrukturen (2) ausgeformt sind,
2. mit den Schritten:

   • a) es wird ein ebenes Substrat (3) mit elektrisch leitender Oberfläche hergestellt,
   • b) die elektrisch leitende Oberfläche wird mit einer Schicht eines strahlungsempfindlichen Kunststoffs überdeckt,
   • c) auf der Schicht des strahlungsempfindlichen Kunststoffs wird eine elektrisch leitfähige Schicht aufgetragen,
   • d) die elektrisch leitfähige Schicht wird in der Weise struk­ turiert, daß die Schicht zumindest
   • - an den Stellen, die nicht zwischen den beiden Stütz­ strukturen (5) liegen, und
   • - im Bereich des Führungsschlitzes (5) entfernt oder mit einem elektrisch nicht leitenden Material abgedeckt ist,
   • e) nachfolgend werden Aufstandsflächen der Stützstrukturen (1) auf dem Substrat (3) durch Bestrahlen und Entwickeln des strahlungsempfindlichen Kunststoffs freigelegt,
   • f) auf den freigelegten Aufstandsflächen wird so lange galva­ nisch ein Metall oder eine Metallegierung abgeschieden, bis das Metall oder die Metallegierung die strukturierte elek­ trisch leitfähige Schicht überdeckt, wonach g) der strahlungsempfindliche Kunststoff vollständig entfernt wird.