DE4437963C2 - Mehrschicht-Leiterplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrschicht-Leiterplatte und ein Verfahren zu ihrer Herstellung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 jeweils angegebenen Gattung.

Mehrschicht-Leiterplatten zur dichten Anordnung von elek­ tronischen Bauelementen bestehen in der Regel aus einem Substrat und aus metallischen Verdrahtungsmustern auf denen ein organischer Isolierfilm aufgebracht ist, um Oberflä­ chenoxidation der Leiterbahnen des Verdrahtungsmusters zu verhindern.

Gemäß der JP-A-60 10755 werden die mehrschichtigen Leiter­ bahnen der Verdrahtungsmuster und deren Isolierfilme durch aufeinanderfolgende Ätzvorgänge der Schichten erzeugt, wo­ bei die Verdrahtungsschichten, die Widerstandsschichten und die Isolierschichten in der Reihenfolge von der oberen Schicht zu den unteren Schichten geätzt werden. Beim Ätzen einer unteren Schicht kann eine Unterätzung der oberen Schichten erfolgen. Wenn außerdem ein Film aus Verdrah­ tungsmaterial über dem bereits gebildeten Verdrahtungsmu­ ster einer Mehrschichtstruktur gebildet wird, kann der Film des Verdrahtungsmaterials im Unterätzungsabschnitt nicht ausreichend ausgebildet werden, was seine Abdeckeigenschaft beeinträchtigt. Um darüber hinaus ein Auftreten der Un­ terätzung zu verhindern, sind im Stand der Technik mehrere Mustererzeugungsschritte mittels eines Maskierungsmaterials sowie mehrere Photoätzschritte notwendig. Dadurch steigt die Anzahl der Prozeßschritte unerwünscht an.

Aus der US-5 256 247 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Dünnschicht-Widerstandselements bekannt, bei welchem auf einem Keramiksubstrat zumindest zwei leit­ fähige Metallschichten aus CrSiO₂ und Al aufgebracht wer­ den. Durch Vorsehen von Masken und mehrere Ätzvorgänge mit unterschiedlichen Ätzlösungen werden aus den ganzflächigen Schichten die erforderlichen Stege und Leiterbahnen ent­ sprechend dem von der Maske vorgegebenen Muster geätzt. Nach Abnahme der Maske kann ein Schutzfilm aufgebracht wer­ den.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer gattungsgemäßen Mehrlagen-Leiterplatte die Haftung der Überzugsschichten (Isolierfilm) zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patent­ ansprüchen 1 und 2 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Zur Formung des invert konischen Querschnitts der Zwischen­ schicht wird zunächst die obere Schicht und anschließend die darunterliegende Schicht geätzt, wobei die seitliche Ätzung der unteren Schicht mit einer der Dicke der oberen Schicht entsprechenden Breite erfolgt und die von der Maske abgedeckte obere Schicht die untere Schicht seitlich über­ ragt hat. Wenn nur die dachüberhangförmige obere Schicht mit einer geeigneten Ätzlösung an den freien Seitenflächen und an der Unterseite geätzt wird, entsteht die invert ko­ nische Querschnittsform mit schmaler Unterseite und breiter Oberseite.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsfor­ men anhand der schematischen Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 eine Mehrschicht-Leiterplatte mit einem erfindungs­ gemäß hergestellten Dünnfilm-Widerstandselement im Quer­ schnitt;

Fig. 2a-2e Querschnitte der Leiterplatte nach Fig. 1 in verschiedenen Herstellungsphasen;

Fig. 3 eine weitere Mehrschicht-Leiterplatte im Quer­ schnitt; und

Fig. 4a-4f Querschnitte der Leiterplatte nach Fig. 3 in verschiedenen Herstellungsphasen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Mehr­ schicht-Leiterplatte nach Fig. 1 besitzt ein Substrat 1 mit einer Isolierschicht 2, auf der übereinander Widerstände 3, Widerstandselektroden 4 und Verdrahtungselektroden 5 ange­ ordnet sind.

Die Verdrahtungselektroden 5 sind mit in Durchgangsbohrun­ gen 6 (6a, 6b, 6c) im Substrat 1 eingebetteten Leitern elektrisch verbunden.

Auf der Mehrschicht-Leiterplatte ist ein Dünnfilm-Wider­ standselement 31a, 31b mit einer Durchgangsbohrung 6b als Mittelpunkt angeordnet, das im mittleren Bereich mit den Widerstandselektroden 4 und über die Verdrahtungselektroden 5 mit der Durchgangsbohrung 6b im Substrat 1 verbunden ist. An seinem Außenrand ist das Dünnfilm-Widerstandselement 31a, 31b mit den Widerstandselektroden 4 und über die Ver­ drahtungselektroden 5 mit der Durchgangsbohrung 6c oder mit einem (in Fig. 1 nicht gezeigten) anderen Teil der oberen Schicht verbunden.

Bei einer solchen Leiterplatte sind die Seitenflächen stu­ fenförmig ausgebildet, wie dies in Fig. 1 in dem gestri­ chelt dargestellten Kreis gezeigt ist.

Die Herstellung einer derartigen Leiterplatte mit abgestuf­ ten Seitenkanten wird anhand der Fig. 2a bis 2e beschrie­ ben.

• (1) Wie in Fig. 2a gezeigt, wird auf dem mit den Durch­ gangsbohrungen 6 versehenen Substrat 1 eine Isolier­ schicht 2 ganzflächig gebildet, auf der nacheinander durch Katodenzerstäubung eine Widerstandsschicht 3, die CrSiO₂ enthält, sowie eine Widerstandselektrodenschicht 4 als Al-Schicht mit einer Dicke von 0,3 µm bzw. 0,4 µm gebildet werden.
• (2) Gemäß Fig. 2b wird anschließend auf der Al-Schicht 4 eine Maske 9 gebildet, welche in den Abschnitten 7 zur Ausbildung von Durchgangsbohrungen und im Abschnitt 8 zur Trennung der Widerstandselektrode 4 von der Ver­ drahtungselektrode 5 Durchbrüche enthält.
• (3) Nach Herstellung des Maskenmusters werden zunächst die Widerstandselektrodenschicht 4 und anschließend die Wi­ derstandsschicht 3 geätzt. Bei diesem Ätzvorgang werden zwei verschiedene Ätzlösungen verwendet, die selektiv das Al der Widerstandselektrodenschicht 4 bzw. das CrSiO₂ der Widerstandsschicht 3 ätzen können. Die Ätz­ lösung für die Widerstandselektrodenschicht 4 besteht im wesentlichen aus Phosphorsäure, Essigsäure, Salpe­ tersäure und Wasser im Verhältnis 72 : 10 : 2 : 16. Zum Ätzen des Widerstandsfilms 3 wird eine Ätzlösung aus Fluor­ wasserstoffsäure, Ammoniumfluorid, Chlorwasserstoffsäu­ re, Phosphorsäure im Verhältnis 3 : 2 : 2 : 1 verwendet. Die Ätzungen werden bei Raumtemperatur während 15 s in ei­ nem Tauchbehälter ausgeführt. Auf diese Weise wird in der Widerstandsschicht 3 unter dem Widerstandselektro­ denfilm 4 Unterätzungsabschnitte 15 von ungefähr 5 bis 10 µm gebildet, die in Fig. 2c gezeigt sind.
• (4) Nach Entfernen der Maske 9, die z. B. einen Photoresist enthält, wird die Ätzung mit der Ätzlösung für die Wi­ derstandselektrodenschicht 4 durchgeführt, die den Wi­ derstandsfilm 3 nicht ätzt. Danach wird mit der Ätzlö­ sung für den Widerstandselektrodenfilm 4 während zwei Minuten bei einer Lösungsmitteltemperatur von 50°C mittels einer Ätzsprühvorrichtung eine weitere Ätzung ausgeführt, in welcher die Seitenflächen der Wider­ standselektrodenschicht 4 gegenüber den Seitenflächen der Widerstände 3 ungefähr 1 bis 2 µm zurückversetzt werden (vgl. Fig. 2d). Bei der so erzeugten Mehr­ schichtstruktur bilden die Widerstandsschicht 3 und die Widerstandselektrodenschicht 4 Stufen.
• (5) Zur Bildung von Durchgangsbohrungen im Isolierfilm 2 in den Positionen der Durchgangsbohrungen 6 wird die Maske 9 entfernt, woraufhin eine Maske zum Ätzen der Durch­ gangsbohrungen in der Isolierschicht 2 verwendet und die Durchgangsbohrungen im Isolierfilm 2 erzeugt wer­ den. Darauf wird durch z. B. Katodenzerstäubung eine Verdrahtungsschicht 5 gebildet. Die Mehrschicht-Lei­ terplatte hat dann eine in Fig. 2e dargestellte Quer­ schnittstruktur.

In der obigen Ausführung der vorliegenden Erfindung können die Seitenfläche des geätzten Widerstandselektrodenfilms 4 und die Seitenfläche des Widerstandsfilms 3 in gestufter Form einfach ausgebildet werden. Im Ergebnis kann der Ver­ drahtungselektrodenfilm 5 durch Katodenzerstäubung oder dgl. mit guter Abdeckung der Seitenflächen des Widerstands­ elektrodenfilms 4 und des Widerstandsfilms 3 gebildet wer­ den, so daß eine Mehrschicht-Leiterplatte mit hoher Zuver­ lässigkeit gefertigt werden kann.

Die in Fig. 3 gezeigte Mehrschicht-Leiterplatte weist auf einem Glassubstrat 11 eine Mehrschicht-Metallverdrahtung 12, die eine Cr-Schicht 12a und eine Al-Schicht 12b ent­ hält, eine Blindverdrahtung 14 und darauf eine organische Isolierschicht 13 auf. Die obere Al-Schicht 12b der Mehr­ schichtverdrahtungen 12, 14 hat einen invert konischen Querschnitt mit oberer Basisfläche, wodurch die Anhaftung der Isolierschicht 13 verbessert wird.

Mit Bezug auf Fig. 4a bis 4f wird die Herstellung dieser Mehrschicht-Leiterplatte beschrieben.

• (1) Wie in Fig. 4a gezeigt, werden auf dem Glassubstrat 11 durch Katodenzerstäubung oder dgl. eine Cr-Schicht 12a mit einer Dicke von 0,3 µm sowie eine Al-Schicht 12b mit einer Dicke von 2 µm gebildet.
• (2) Anschließend wird auf der Al-Schicht 12b eine Maske 16 aufgebracht, deren Muster die künftige Metallverdrah­ tung 12 oder die Blindverdrahtung 14 auf dem Glas­ substrat 11 abdeckt.
• (3) Anschließend werden durch Photoätzung die Metallver­ drahtung 12 und die Blindverdrahtung 14 für die elek­ tronischen Schaltungen unter Verwendung von verschiede­ nen Ätzlösungen für die Cr-Schicht 12a bzw. die Al- Schicht 12b gebildet. Die obere Al-Schicht 12b wird mit einer Ätzlösung aus Phosphorsäure, Essigsäure, Salpe­ tersäure und Wasser im Verhältnis 15 : 3:1 : 1 geätzt, wo­ bei die in Fig. 4c gezeigte Struktur erhalten wird.
• (4) Dann wird die Cr-Schicht 12a beispielsweise mit einer wäßrigen Ammonium-Ceriumnitrat-Lösung geätzt, so daß eine Seiten- und Unterätzung mit einer der Dicke der Al-Schicht 12b (dem Abschnitt d in Fig. 4d) entspre­ chenden Breite erhalten wird. In Fig. 4d ist eine Sei­ tenätzung mit einer Länge l (=d) gezeigt.
• (5) Anschließend wird der Al-Film 12b einer isotropen Ät­ zung mit der obenerwähnten Ätzlösung unterworfen. Da diese isotrope Ätzung nach der Seitenätzung (Unterät­ zung) des obigen Schritts (4) ausgeführt wird, kann die Ätzlösung von der Seitenfläche der Cr-Schicht 12a auf die Unterseite der Al-Schicht 12b einwirken, so daß die Ätzung der Al-Schicht 12b aus zwei Richtungen, d. h. von den Seitenflächen und von der Unterseite, erfolgt. Da diese Ätzung isotrop ist, erhält die Al-Schicht 12b ei­ nen sich nach unten konisch verjüngenden Querschnitt, wobei ihr Kontaktbereich mit der oberen Schicht vergrö­ ßert und mit der unteren Schicht verkleinert ist. In diesem Beispiel kann der Al-Film 12b mit der umgekehrt konisch zulaufenden Form mit einem Radius von 2 µm er­ halten werden (Fig. 4e).
• (6) Die Maske 16 wird entfernt, woraufhin ein Polyimidharz- Überzug aufgebracht und eingebrannt wird, der den orga­ nischen Isolierfilm 13 bildet.

Die in Fig. 3 gezeigte Merschicht-Leiterplatte kann mit ei­ ner verminderten Anzahl an Verfahrensschritten hergestellt werden. Der den Isolierfilm 13 bildende Polyimid-Überzug haftet nur ungenügend am Glassubstrat 11, weshalb bisher die Haftung durch Bearbeitung mit einem Chelat-Mittel oder dgl. verbessert werden müßte. Bei der Mehrschicht-Leiter­ platte gemäß der Erfindung wird durch die invert konische Querschnittsform der Verdrahtungsschicht eine Verankerungs­ wirkung erzielt, welche die Anhaftung verbessert.

In der obigen Ausführung werden zwei Metallschichten ge­ ätzt. Die vorliegende Erfindung läßt sich jedoch auch auf mehrere Metallschichten anwenden, die eine Widerstands­ schicht und eine leitende Verdrahtungsschicht enthalten. In diesem Fall werden Ätzlösungen verwendet, die die jeweili­ gen Metallschichten selektiv ätzen. Zunächst wird die Ätz­ behandlung der Schichten sukzessive beginnend bei der obe­ ren Schicht bis zu unteren Schicht ausgeführt, anschließend wird nach Beendigung der Ätzung der unteren Schicht die Ätzbehandlung der Schichten erneut beginnend bei der an die unterste Schicht anschließenden Metallschicht bis zur obe­ ren Schicht ausgeführt.

Ferner kann das Verfahren gemäß der Erfindung auch zur Her­ stellung von Durchgangsbohrungen in Isolierfilmen verwendet werden, welche eine Laminatstruktur aus mehreren verschie­ denen Isolatoren enthalten. Diese Herstellung kann eben­ falls mit Ätzmaterialien ausgeführt werden, die die jewei­ ligen Isolatoren selektiv ätzen.

Wie oben erläutert, können gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Herstellung einer Mehrschicht-Leiterplatte die Ver­ drahtungsschicht und die Isolierschicht der Mehrschicht­ struktur in bezug auf ihre Seitenflächen in die gewünschte Form bearbeitet werden, beispielsweise in die Form einer Stufe oder eines umgekehrten Konus, wobei eine Maske nur einmal erzeugt wird; dadurch ist die Anzahl der erforderli­ chen Schritte geringer, ferner kann die Abdeckung der dar­ auf gebildeten anderen Schichten verbessert werden. Auf diese Weise können Mehrschicht-Leiterplatten mit hoher Zu­ verlässigkeit hergestellt werden.

Claims (3)

1. Mehrschicht-Leiterplatte, bestehend aus

• - einem Substrat (1; 11) mit Durchgangsbohrungen (6),
• - mehreren auf dem isolierten (2) Substrat (1, 11) übereinanderliegenden durch selektives Ätzen struk­ turierten Leit- und Widerstandsschichten (3, 4; 12a, 12b) und
• - einer oberen Deckschicht (5; 13) dadurch gekennzeichnet, daß
• - die obere (4, 12b) der strukturierten Leit- und Wi­ derstandsschichten (3, 4; 12a, 12b) eine invert ko­ nische Querschnittform mit größerer Oberseite und kleinerer Unterseite hat.

2. Verfahren zum Herstellen einer Mehrschicht-Leiter­ platte mit strukturierten Leit- und Widerstandsschich­ ten nach Anspruch 1, wobei

• a) auf das Isoliersubstrat zwei oder mehr entsprechend leitfähige Metallschichten ganzflächig aufgebracht werden,
• b) entsprechende Masken vorgesehen werden,
• c) die jeweiligen Schichten einzeln nacheinander mit entsprechenden Ätzmitteln geätzt werden und
• d) anschließend die Maske entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

in Verfahrensschritt c) eine untere Schicht (3; 12a) selektiv unterätzt wird, wobei die Unterätzung der Dicke der Schicht (3; 12a) entspricht, und anschlie­ ßend die darüberliegende abgedeckte Schicht (4; 12b) von den Seiten und der freien Unterseite her zur Aus­ bildung einer invert konischen Querschnittsform isotrop geätzt wird.