DE60312422T2

DE60312422T2 - Verbessertes Verfahren zum Einbetten von Dickschichtkomponenten

Info

Publication number: DE60312422T2
Application number: DE60312422T
Authority: DE
Inventors: John James Chapel Hill Felten
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2023-01-18
Also published as: KR100511042B1; KR20030069086A; TW200303160A; US6860000B2; EP1355519A3; JP2003249735A; EP1355519B1; EP1355519A2; CN1438834A; CN100420356C; TWI284013B; HK1055530A1; US20030154592A1; DE60312422D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Methode gerichtet, bei der eine Verstärkungsschicht zwischen einem Substrat und einer Dickschichtwiderstandskomponente anzutreffen ist, und wahlweise eine Einkapselungsmittelschicht zugegeben wird, die die Dickschichtwiderstandskomponente bedeckt. Die Verstärkungsschicht reduziert die Rissbildung in der Komponente, während sie eine Einbettung durchmacht, die typischerweise durch Laminieren erfolgt. Die Verstärkungsschicht ermöglicht auch das Laserbeschneiden der Widerstandskomponente.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Passive Komponenten liegen heute als Trägersubstrat mit eingebauten passiven Zusammensetzungen vor, die gewöhnlich aus Widerstands- oder dielektrischen Dickschichttechnologien abgeleitet sind, die durch Metallleiter terminiert sind. Die Komponenten werden einzeln mit Einlegegeräten auf einer Oberfläche einer gedruckten Verdrahtungsplatte (PWB) montiert und elektrisch an einen Schaltkreis durch einen oder mehrere komplizierte Vorgänge angeschlossen, die Klebstoffe, Lötmittel, Lötzusammensetzungen, Wellenlöten oder Aufschmelzen involvieren können.
Mit steigender Nachfrage für miniaturisierende elektronische Geräte, ist sowohl die Schaltkreisdichte als auch die Dichte von Komponenten pro Einheitsbereich drastisch gestiegen. Die Anzahl von Komponenten ist exponentiell gestiegen, was das Reduzieren der Komponentengröße erforderlich macht. Da die Konstruktion kleinerer, dichterer Platten sich der praktischen Grenze für die Technologie von heute annähert, haben die Schaltkreiskonstrukteure den Realzustand maximiert und können keine weiteren Komponenten hinzusetzen, es sei denn, sie werden für das Oberflächenmontieren viel kleiner oder innerhalb der Innenschichten vergraben, d.h. das vertikale Stapeln von Komponenten. Es ist wünschenswert, Komponenten zur Hand zu haben, die aus Dickschichtzusammensetzungen innerhalb der eingebetteten Schichten stammen. Der Dickschichtwiderstand und die dielektrischen Zusammensetzungen stellen eine schon vorhandene Technologie dar, derart, dass eine viskose Dickschichtzusammensetzung in einer erwünschten Konstruktion siebgedruckt, dann bei einer Temperatur zum Herausbrennen organischer Komponenten und Sintern der anorganischen Substanzen gebrannt wird. Das Ergebnis ist eine Dickschichtkomponente, die in der Schaltungsanordnung eingebettet ist.
EP 1093327 A offenbart eine Methode für das Einbetten von passiven Dickschichtkomponenten in einem organischen Substrat, wobei die Methode Folgendes umfasst: Aufbringen eines Leiterpastenunteraufdrucks auf ein flexibles Metallsubstrat; Brennen des vorhin erwähnten Gegenstands; Aufbringen mindestens einer passiven Komponentenpaste auf den Unteraufdruck; Brennen des vorher erwähnten Gegenstands und Aufbringen der passiven Komponentenseite des Metallsubstrats auf mindestens eine Seite einer organischen Schicht, die mindestens teilweise mit einer Klebstoffschicht beschichtet ist, wobei die passive Komponentenseite des Gegenstands in die Klebstoffschicht eingebettet wird.
Obwohl Dickschichtwiderstände dünn genug zum Einbetten sind, können sie wegen eines Brennschritts beim Herstellungsvorgang nicht direkt auf eine gedruckte Verdrahtungsplatte aufgedruckt werden. Die Widerstandszusammensetzung kann auf ein brennbares Substrat gedruckt und gebrannt und dann auf die Platte laminiert werden. Jedoch besteht eine Tendenz, dass die gebrannten Komponenten während der Laminierung Risse bilden, wodurch die Ausbeute reduziert wird. Es ist eine Methode erforderlich, die das Laminieren von Dickschichtkomponenten auf eine gedruckte Verdrahtungsplatte unter reduziertem Vorkommen von Rissbildung erlaubt.
Ein weiteres Hindernis bezüglich der Verwendung von Dickschichtwiderständen auf einer gedruckten Verdrahtungsplatte besteht darin, dass sie unter Anwendung der gegenwärtigen Technologie nicht laserbeschnitten werden können. Das Laserbeschneiden ist eine Methode zum Einstellen des Widerstands eines gebrannten Dickschichtwiderstands. Es wird der Widerstand gemessen und die Änderung der Breite, die zum Erreichen des richtigen Widerstands erforderlich ist, wird berechnet. Ein Laser schneidet durch den Dickschichtwiderstand teilweise quer durch den Stromweg. Dieser Schnitt reduziert die effektive Breite des Dickschichtwiderstands und erhöht den Widerstand auf den erwünschten Wert. Wenn das Beschneiden an einer gedruckten Verdrahtungsplatte stattfindet, so schneidet der Laser durch den Dickschichtwiderstand und verbrennt die Platte. Das verbrannte Material kann eine leitfähige Kohlenstoffbrücke über den Schnittweg bilden, was den Widerstand des Dickfilmwiderstands reduzieren und/oder das Driften des Widerstands verursachen kann. Die vorliegende Erfindung löst das Problem des Laserbeschneidens von gedruckten Dickschichtwiderständen auf organischen Substraten wie gedruckten Verdrahtungsbrettern und löst auch das Problem der Rissbildung während des Laminierens.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Methode Anspruch 1 gemäß für das Einbetten von Dickschichtkomponenten in eine gedruckte Schaltung gerichtet, die die folgenden Schritte umfasst:

(a) das Aufbringen einer Verstärkungszusammensetzung auf eine Widerstandszusammensetzung, die sich auf einem Metallsubstrat befindet, unter Bildung eines Aufbaus, wobei die Widerstandszusammensetzung mindestens teilweise mit der Verstärkungszusammensetzung beschichtet wird;
(b) das Verarbeiten des Aufbaus; und
(c) das Aufbringen des Aufbaus auf mindestens eine Seite eines organischen Substrats unter Bildung einer Komponente, wobei das organische Substrat mindestens teilweise mit einer Klebstoffschicht beschichtet ist und wobei die verstärkende Zusammensetzungsseite des Aufbaus in die Klebstoffschicht eingebettet ist, wobei die Verstärkungszusammensetzung eine brennbare oder eine Polymerdickschichtzusammensetzung umfasst; und nichtleitfähige Feststoffe oder lichtbrechende Füllstoffe enthält ausgewählt unter Bleioxid, Titandioxid, Zirconiumdioxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid oder Mischungen derselben. Die Erfindung umfasst des Weiteren eine gedruckte Verdrahtungsplatte nach Anspruch 14.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Darstellung einer allgemeinen erfindungsgemäßen Methode.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist auf eine Methode nach Anspruch 1 zum Einbetten von Dickschichtkomponenten in eine gedruckte Schaltung und eine gedruckte Verdrahtungsplatte nach Anspruch 14 gerichtet, wobei eine Verstärkungsschicht verwendet wird. Die Verstärkungsschicht erhöht die Festigkeit der Dickschichtkomponente, wodurch das Vorkommen von Rissbildung während des Laminierens reduziert wird. Der Vorteil ergibt sich während des Laminierens eines flexiblen Metallsubstrats, das die Komponenten trägt, an eine gedruckte Schaltung und außerdem, wenn Schichten der Schaltungsanordnung oben auf die Dickschichtkomponenten auflaminiert werden. Die Verwendung einer Verkapselungsschicht und einer Verstärkungsschicht, derart, dass die Dickschichtkomponenten dazwischen eingebettet sind, reduziert die Rissbildung noch weiter.
Die Verstärkungsschicht wirkt auch als Barriere zum Schützen des darunterliegenden Substrats während des Laserbeschneidens einer Dickschichtwiderstandskomponente. Die Schicht verhindert das Verbrennen des darunterliegenden Substrats und die Kohlenstoffüberbrückung der Dickschichtwiderstandskomponenten. Das Lasertrimmen kann mit oder ohne Vorliegen einer Einkapselungsschicht durchgeführt werden.
DICKSCHICHTZUSAMMENSETZUNG
Dickschichtzusammensetzungen werden für Widerstände und Dielektrika, elektrisch nicht leitungsfähige verstärkende und Verkapselungsmittelschichten und erfindungsgemäße leitfähige Unteraufdrücke verwendet. Dickschichtwiderstands-, Leiter- und dielektrische Zusammensetzungen sind in der Industrie allgemein bekannt und im Handel erhältlich. Im Allgemeinen gibt es zwei Haupttypen von Dickschichtzusammensetzungen, die bei dieser Erfindung verwendet werden können. Bei beiden handelt es sich um herkömmliche Produkte, die in der Elektronikindustrie verkauft werden. Zuerst werden Dickschichtzusammensetzungen, in denen die organischen Substanzen der Zusammensetzungen während des Verarbeitens verbrannt oder herausgebrannt werden, als „ausheizbare Dickschichtzusammensetzungen" bezeichnet. Typischerweise umfassen sie leitfähige, ohmsche oder dielektrische Pulver und anorganische Bindemittel, die in einem organischen Medium dispergiert sind. Vor dem Brennen kann ein Verarbeitungserfordernis eine wahlweise Wärmebehandlung wie: Trocknen, Aushärten, Aufschmelzen, Löten und andere, die den mit dem Stand der Technik der Dickschichttechnologie vertrauten Fachleuten bekannt sind, umfassen. Zweitens werden Dickschichtzusammensetzungen, die typischerweise leitfähige, ohmsche oder dielektrische Pulver umfassen und in einem organischen Medium dispergiert sind, wobei die Zusammensetzungen während des Verarbeitens ausgehärtet werden und die organischen Substanzen verbleiben, als „polymere Dickschichtzusammensetzungen" bezeichnet. Ausheizbare Dickschichtzusammensetzungen und polymere Dickschichtzusammensetzungen werden hier im Allgemeinen als „Dickschichtzusammensetzungen" bezeichnet, es sei denn, es wird spezifisch etwas Anderes angegeben. „Organische Substanzen" umfassen polymere Komponenten einer Dickschichtzusammensetzung.
Bei Leiteranwendungen, wie beispielsweise wenn ein leitfähiger Unteraufdruck bei der erfindungsgemäßen Methode verwendet wird, besteht die funktionelle Phase der Dickschichtzusammensetzung aus elektrisch funktionellem feinverteiltem Leiterpulver. Die elektrisch funktionellen Pulver in einer vorgegebenen Dickschichtzusammensetzung können einen einzigen Typ Pulver, Mischungen von Pulvern, Legierungen oder Verbindungen mehrerer Elemente von Pulvern umfassen. Beispiele derartiger Pulver umfassen: Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Aluminium, Platin, Palladium, Molybdän, Wolfram, Tantal, Lanthan, Gadolinium, Ruthenium, Kobalt, Titan, Yttrium, Europium, Gallium und Legierungen und Kombinationen derselben und andere im Stand der Technik von Dickschichtzusammensetzungen häufig vorkommende. Typischerweise wird das Leiterpulver, das in der ausheizbaren Unteraufdruckdickschichtzusammensetzung angetroffen wird, auf die Metallkomponente abgestimmt, die in einem Metallfoliensubstrat anzutreffen ist, das bei den hier involvierten Verfahren verwendet wird.
Bei Widerstandsdickschichtzusammensetzungen besteht die funktionelle Phase im Allgemeinen aus einem leitfähigen Oxidpulver wie RuO₂. Beispiele einer Leiterphase in einer im Handel erhältlichen Dickschichtwiderstandszusammensetzung werden unter RuO₂, SnO₂, TaN und LaB₆ ausgewählt. Andere Beispiele umfassen Rutheniumpyrochloroxid, das eine Multikomponentenverbindung von Ru⁺⁴, Ir⁺⁴ oder eine Mischung dieser (M'') ist, wobei die Verbindung durch folgende allgemeine Formel: (M_xBi_2-x)(M'_yM''_2-y)0_7-z ausgedrückt wird, wobei
M aus der Gruppe ausgewählt wird bestehend aus Yttrium, Thallium, Indium, Cadmium, Blei, Kupfer und Seltenerdmetallen,
M' aus der Gruppe ausgewählt wird bestehend aus Platin, Titan, Chrom, Rhodium und Antimon,
M'' Ruthenium, Iridium oder eine Mischung derselben ist,
x 0 bis 2 bedeutet, unter der Voraussetzung, dass x ≤ 1 für einwertiges Kupfer ist,
y 0 bis 0,5 bedeutet, unter der Voraussetzung, dass, wenn M' Rhodium oder zwei oder mehr unter Platin, Titan, Chrom, Rhodium und Antimon ist, y für 0 bis 1 steht, und
z 0 bis 1 bedeutet, unter der Voraussetzung, dass, wenn M zweiwertiges Blei oder Cadmium ist, z mindestens gleich etwa x/2 ist.
Diese Rutheniumpyrochloroxide sind im Einzelnen in der US-Patentschrift Nr. 3.583.931 beschrieben. Die bevorzugten Rutheniumpyrochloroxide sind Wismutruthenat (Bi₂Ru₂O₇) und Bleiruthenat (Pb₂Ru₂O₆).
In dielektrischen oder nichtleitfähigen Zusammensetzungen ist die funktionelle Phase, die nichtleitende Eigenschaften verleiht, im Allgemeinen ein Glas, Keramikmaterial oder ein nichtleitfähiger Füllstoff. Dielektrische Dickschichtzusammensetzungen sind nichtleitfähige Zusammensetzungen oder Isolatorzusammensetzungen, die elektrische Ladungen trennen und zur Speicherung einer elektrischen Ladung führen können. Sie werden für nichtleitfähige erfindungsgemäße Verstärkungs- und Einkapselungsmittelzusammensetzungen verwendet. Die dielektrischen Dickschichtzusannensetzungen enthalten typischerweise Keramikpulver, Oxide und/oder Nichtoxidfritten, Kristallisationsinitiatoren oder -inhibitoren, Tenside, Färbemittel, organische Medien und andere Komponenten, die im Stand der Technik der dielektrischen Dickschichtzusammensetzungen häufig sind. Einige Beispiele keramischer Feststoffe umfassen: Aluminiumoxid, Titanate, Zirconate, Stannate, BaTiO₃, CaTiO₃, SrTiO₃, PbTiO₃, CaZrO₃, BaZrO₃, CaSnO₃, BaSnO₃, Al₂O₃, Glas und Glas-Keramikmaterial. Es ist auch auf Vorläufer derartiger Materialien, z.B. feste Materialien, die auf das Brennen hin in dielektrische Feststoffe umgewandelt werden, und auf Mischungen derselben anwendbar.
Die oben beschriebenen Pulver werden in einem organischen Medium fein dispergiert und wahlweise sind sie von anorganischen Bindemitteln, Metalloxiden, Keramikmaterialien und Füllstoffen, wie anderen Pulvern oder Feststoffen, begleitet. Die Funktion eines anorganischen Bindemittels in einer Dickschichtzusammensetzung besteht aus dem Binden der Teilchen aneinander und an das Substrat nach dem Brennen. Beispiele organischer Bindemittel umfassen Glasbindemittel (Fritten), Metalloxide und Keramikmaterialien. Glasbindemittel, die in der Dickschichtzusammensetzung nützlich sind, sind im Stand der Technik herkömmlich. Einige Beispiele umfassen Borsilicate und Aluminosilicatglasarten. Beispiele umfassen des Weiteren Kombinationen von Oxiden wie: B₂O₃, SiO₂, A2₂O₃, CdO, CaO, BaO, ZnO, SiO₂, Na₂O, PbO und ZrO, die unabhängig oder in Kombination zum Bilden von Glasbindemitteln verwendet werden können. Typische Metalloxide, die in Dickschichtzusammensetzungen nützlich sind, sind im Stand der Technik herkömmlich und können beispielsweise ZnO, MgO, CoO, NiO, FeO, MnO und Mischungen derselben sein.
Die funktionelle Phase und irgendwelche anderen Pulver werden typischerweise mit einem organischen Medium durch mechanisches Mischen unter Bildung einer pastenähnlichen Zusammensetzung gemischt, die eine geeignete Konsistenz und Rheologie für das Drucken aufweist. Eine umfangreiche Reihe inerter Flüssigkeiten kann als organisches Medium verwendet werden. Das organische Medium muss eines sein, in dem die Feststoffe mit einem ausreichenden Grad an Stabilität dispergierbar sind. Die rheologischen Eigenschaften des Mediums müssen derart sein, dass sie der Zusammensetzung gute Anwendungseigenschaften verleihen. Derartige Eigenschaften umfassen: das Dispergieren von Feststoffen mit einem ausreichenden Grad an Stabilität, gute Anwendbarkeit der Zusammensetzung, geeignete Viskosität, Thixotropie, geeignete Benetzbarkeit des Substrats und der Feststoffe, eine gute Trocknungsgeschwindigkeit, gute Brenneigenschaften und eine Stärke des getrockneten Films, die ausreicht, um einer unsachten Handhabung zu widerstehen. Das organische Medium ist von im Stand der Technik herkömmlicher Art und typischerweise eine Lösung des Polymers in Lösungsmittel(n). Das in ausheizbaren Dickschichtzusammensetzungen für diesen Zweck am häufigsten verwendete Polymer ist Ethylcellulose. Andere Beispiele von Polymeren umfassen Ethylhydroxyethylcellulose, Holzkollophonium, Mischungen von Ethylcellulose und Phenolpolymeren, Polymethacrylate niederer Alkohole und Monobutylether von Ethylenglykolmonoacetat kann ebenfalls verwendet werden. Die in brennbaren Dickschichtzusammensetzungen angetroffenen am häufigsten verwendeten Lösungsmittel sind Ethylacetat und Terpene wie alpha- oder beta-Terpineol oder Mischungen derselben mit anderen Lösungsmitteln wie Kerosin, Dibutylphthalat, Butylcarbitol, Dibutylcarbitol und anderen Glykolethern, Butylcarbitolacetat, Hexylenglykol und hochsiedenden Alkoholen und Alkoholestern. Verschiedene Kombinationen dieser und anderer Lösungsmittel werden so formuliert, um die Viskositäts- und Flüchtigkeitserfordernisse, die erwünscht sind, zu erfüllen.
Außerdem kann die Dickschichtzusammensetzung auch andere Metallteilchen und anorganische Bindemittelteilchen zum Verbessern verschiedener Eigenschaften der Zusammensetzung, wie Haftung, Sintern, Verarbeiten, Hartlötbarkeit, Lötbarkeit, Verlässlichkeit usw. während des Verarbeitens umfassen. Durch Oxalsäure katalysiertes Alkyl-tert-buty/Amylphenolpolymer ist ein Beispiel eines Adhäsionsbeschleunigers, der zum Erhöhen der Haftung der Dickschichtzusammensetzung an einem Träger verwendet wird, der unten noch weiter beschrieben wird.
In einer ausheizbaren Dickschichtzusammensetzung wird beim Brennen im Temperaturbereich von 300 bis 1000°C die Haftung der Dickschichtzusammensetzung am Substrat im Allgemeinen dadurch erreicht, dass die geschmolzene(n) Glasfritte(n) das Substrat benetzt bzw. benetzen. Der anorganische Bindemittelteil (Glasfritten, Metalloxide und andere Keramiksubstanzen) der Dickschichtzusammensetzung ist der Brennpunkt der Haftung auf dem Substrat. Beispielsweise werden beim herkömmlichen Brennen einer Dickschichtleiterzusammensetzung gesinterte Metallpulver durch das organische Bindemittel benetzt oder damit zusammengebackt, während gleichzeitig das anorganische Bindemittel das Substrat benetzt oder mit diesem zusammenbackt, wodurch die Haftung zwischen den gesinterten Metallpulvern und dem Substrat erzeugt wird. Daher ist es für die Dickschichtfunktionalität wichtig, dass die Bemusterungstechnologie eine gut dispergierte Dickschichtzusammensetzung mit all den erforderlichen Bestandteilen innerhalb der vorgeschriebenen Mengen absetzt. Bei Brenntemperaturen über 1000°C könnten zusätzlich zu Haftungsmechanismen anorganischer Bindemittelbenetzung/Zusammenbackung andere Wechselwirkungen und Verbindungsbildungen zu den Haftungsmechanismen beitragen.
Polymere Dickschichtzusammensetzungen bestehen hauptsächlich aus leitfähigen, ohmschen oder dielektrischen Pulvern, wie sie oben besprochen worden sind, die in einem organischen Medium dispergiert sind, das Polymer und/oder Natur- und/oder Syntheseharz (im Folgenden als „Polymer" bezeichnet) und Lösungsmittel, typischerweise ein flüchtiges Lösungsmittel und ein Polymer enthält. Typischerweise enthalten sie keine Glasfritte, da sie ausgehärtet, aber nicht gebrannt werden. Nützliche Polymere sind in der Industrie allgemein bekannt. Polyimide und Polyacrylate sind geeignet. Das Bindemittel kann auch ein vernetzbares Polymer sein. Das gestattet, dass die nichtleitfähige Zusammensetzung sich während des Aushärtens erhärtet. Das vernetzbare Polymer kann ein Epoxidharz sein. Einige Beispiele typischer Polymere, die in polymeren Dickschichtzusammensetzungen verwendet werden, sind Polyester, Acrylsubstanzen, Vinylchloride, Vinylacetate, Urethane, Polyurethane, Epoxide, Phenolharzsysteme oder Mischungen derselben. Das organische Medium wird bevorzugt so formuliert, dass es eine geeignete Benetzbarkeit der Teilchen und des Substrats, eine gute Trocknungsrate, Stärke des getrockneten Films, die ausreicht, unsachter Handhabung zu widerstehen, zu ergeben. Ein zufriedenstellendes Aussehen der getrockneten Zusammensetzung ist ebenfalls wichtig.
Geeignete Lösungsmittel müssen das Polymer lösen. Einige Beispiele von Lösungsmitteln werden angegeben: Propylenglykolmonomethyletheracetat, Methylpropanolacetat, 1-Methoxy-2-propanolacetat, Methylcellosolvacetat, Butylpropionat, primäres Amylacetat, Hexylacetat, Cellosolvacetat, Pentylpropionat, Diethylenoxalat, Dimethylsuccinat, Dimethylglutarat, Dimethyladipat, Methylisoamylketon, Methyl-n-amylketon, Cyclohexanon, Diacetonalkohol, Diisobutylketon, n-Methylpyrrolidon, Butyrolacton, Isophoron, Methyl-n-isopropylketon. Verschiedene Kombinationen dieser und anderer Lösungsmittel werden formuliert, um die erwünschten Viskositäts- und Flüchtigkeitserfordernisse für das Verfahren zu erreichen, indem die polymere Dickschichtzusammensetzung verwendet werden soll.
In polymeren Dickschichtzusammensetzungen muss das organische Medium dem erwünschten Substrat die notwendige Haftung verleihen; und es bietet der Zusammensetzung auch die erforderliche Oberflächenhärte, Widerstandsfähigkeit gegen Umweltänderungen und Flexibilität. Zusatzmittel, wie sie den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten bekannt sind, können in dem organischen Medium zum Feineinstellen der Viskosität für das Drucken verwendet werden.
Nach dem Aufbringen einer polymeren Dickschichtzusammensetzung auf ein Grundmaterial wird die Zusammensetzung typischerweise durch Erhitzen bei Temperaturen von bis zu etwa 150°C getrocknet, was verursacht, dass die flüchtigen Lösungsmittel abgetrieben oder getrocknet werden. Nach dem Trocknen macht die Zusammensetzung je nach der Anwendung einen Aushärtungsvorgang durch, bei dem das Polymer das Pulver unter Bildung eines Schaltungsmusters oder von einem anderen erwünschten Ergebnis bindet. Um die erwünschten endgültigen Eigenschaften zu erhalten, weiß ein mit dem Stand der Technik vertrauter Fachmann, dass es wichtig ist, dass die Dickschichtzusammensetzung eine optimierte Menge jedes der erwünschten Bestandteile enthält, um dem Endergebnis zu entsprechen. Eine optimierte Menge jedes Bestandteils ist wichtig, um den erwünschten Dickschichtleiter, Widerstand und die erwünschten dielektrischen Eigenschaften zu erzielen. Die erforderlichen Eigenschaften können die Bedeckung, Dichte, gleichförmige Dicke und die Schaltungsmusterdimensionen, elektrischen Eigenschaften wie den spezifischen Widerstand, Stromspannungs-Temperaturcharakteristiken, Mikrowellen, Hochfrequenzcharakteristiken, Kapazitanz, Induktanz usw.; Schaltverbindungscharakteristiken wie: Löt- oder Hartlötbenetzen, Komprimieren und Drahtbinden, Klebemittelverbinden und Kreuzverbindungseigenschaften; optische Eigenschaften wie: Fluoreszenz; und andere anfängliche und Alterungs-/Spannungstesteigenschaften, die erforderlich sein können, umfassen.
Typischerweise werden beim Formulieren einer Dickschichtzusammensetzung die Feststoffe mit einem organischen Medium durch mechanisches Mixen unter Anwendung eines Planetenmischers gemischt, dann auf einer Dreiwalzenmühle unter Bildung einer Zusammensetzung dispergiert, die eine geeignete Konsistenz und Rheologie für den Siebdruck aufweist. Letztere wird als „Dickschicht" auf herkömmliche Weise auf ein Substrat gedruckt. Dispersionsverfahren, bei denen es sich nicht um Dreiwalzenmahlen handelt, einschließlich Pulvermischen, sind ebenfalls möglich. Diese Dispersionsverfahren sind in der Industrie allgemein bekannt.
Das Verhältnis von Vehikel zu Feststoffen in den Dispersionen kann beträchtlich variieren und hängt von der Art und Weise, auf die die Dispersion aufgebracht werden soll und der Art des organischen Mediums, das verwendet wird, ab. Eine gute Bedeckung kann mit Dispersionen erreicht werden, die zusätzlich 30-91 % Feststoffe und 70-9 % Vehikel, wie oben beschrieben, enthalten. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können natürlich durch Zusatz anderer Materialien, die ihre vorteilhaften Charakteristiken nicht beeinflussen, modifiziert werden. Derartige Rezepturen liegen ohne weiteres innerhalb des Stands der Technik.
Die Zusammensetzungen können bequemerweise in einer Dreiwalzenmühle oder einer Mischmaschine hergestellt werden. Die Viskosität der Zusammensetzungen kann innerhalb folgender Bereiche liegen, wenn sie auf einem Viskosimeter bei niedrigen, mittleren und hohen Schergeschwindigkeiten gemessen wird:
VERSTÄRKENDE ZUSAMMENSETZUNG
Die verstärkende Zusammensetzung kann entweder eine brennbare oder eine polymere Dickschichtzusammensetzung, wie oben beschrieben, je nach der erwünschten Anwendung und Verwendung sein. Eine Komponente der Zusammensetzung besteht aus nichtleitfähigen Feststoffen oder lichtbrechenden Füllstoffen.
Der Zweck der nichtleitfähigen Feststoffe in der Verstärkungszusammensetzung ist zweifacher Art: (1) Um einen Laserstrahl so schnell wie möglich zu brechen, um zu verhindern, dass er während des Laserbeschneidens eines Widerstands tief in das Substrat einschneidet, und (2) um der Metallfolie bei gebrannten Widerständen und/oder anderen Dickschichtkomponenten zusätzliche Festigkeit zu verleihen, wenn sie auf einen gedruckten Verdrahtungsplattenkern oder in eine Mehrschichtplatte laminiert wird.
Die Fähigkeit, Licht zu brechen, beschränkt die Anzahl von Füllstoffen, die zur Wahl stehen. Licht wird durch Füllstoffe in Beschichtungen im Verhältnis zum Unterschied zwischen dem Brechungsindex des Füllstoffs und demjenigen der Polymermatrix, die in der Beschichtung verwendet wird, gebrochen. Wenn der Brechungsindex des Füllstoffs und der organischen Matrix identisch ist, so erscheint die Beschichtung dem Auge durchsichtig. Da die meisten organischen Polymere einen Brechungsindex von 1,35 bis 1,6 oder so aufweisen, ist ein Brechungsindex, der wesentlich höher ist als derjenige der organischen Matrix, erforderlich. Beispiele der Füllstoffe sind wie folgt:
Unter diesen ist Bleioxid toxisch und Zirconiumdioxid relativ teuer. Zinkoxid und Aluminiumoxid sind wesentlich weniger lichtbrechend als die drei ersten. Zink wird kosmetisch in Sonnenschutzmitteln zum Verhindern von Sonnenbrand verwendet. Titandioxid ist nicht toxisch und relativ billig, wodurch es zum populärsten Weißpigment für Anstrichmittel und Beschichtungen geworden ist. Es wird auch als lichtbrechender Füllstoff für die Verstärkungsschicht der Verstärkungszusammensetzung vorgezogen. Es hält den Laser davon ab, die Verstärkungsschicht völlig abzutragen und ermöglicht die vollständige Entfernung des umgebenden Bindemittels, so dass eine Kohlenstoffüberbrückung und ein schmutziges oder unstabiles Beschneiden nicht vorkommt. Der Begriff Kohlenstoffüberbrückung betrifft restlichen Kohlenstoff in dem laserbeschnittenen Bereich, der als Leiter wirkt und den Widerstand des Dickschichtwiderstands ändert. Es verursacht auch, dass der Widerstandswert im Laufe der Stabilitätstests nach dem Laserbeschneiden und anderer darauffolgender Verarbeitungsschritte sich wesentlich verschiebt.
Eine Mischung von Füllstoffen ist ebenfalls nützlich. Beispielsweise können Mischungen von Aluminiumoxid und Titandioxid verwendet werden. Außerdem kann eine Mischung von Teilchengrößen verwendet werden, die die Feststoffbeladung in der Zusammensetzung erhöhen. Es ist vorteilhaft, die Feststoffbeladung zu erhöhen, weil sie die Menge an organischem Material, das schließlich während der Laserbeschneidung herausgebrannt wird, reduziert.
Die Menge an nichtleitfähigem Füllstoff, die verwendet wird, sollte ausreichen, um das Auftreten von Rissbildung in den Dickschichtkomponenten zu reduzieren. Sie sollte auch ausreichen, um die Beschädigung des darunterliegenden Substrats während der Laserbeschneidung zu verhindern. Eine geeignete Menge von nichtleitfähigem Füllstoff beträgt etwa 35 bis 75 Gewichtsprozent, auf die gesamte Zusammensetzung bezogen.
Das Auftreten von Rissbildung in den Dickschichtkomponenten kann noch weiter durch Verwendung einer Verstärkungsschicht mit einer hohen Glasübergangstemperatur (T_g) reduziert werden. Eine höhere T_g stellt sicher, dass die Verstärkungsschicht trotz der erhöhten Temperaturen, die für das Laminieren angewendet werden, steif bleibt. Eine steife Verstärkungsschicht verhindert die Übertragung von Beanspruchungen in die Dickschichtkomponenten, so dass sie nicht verformt werden und Risse bilden. Polyimide weisen eine sehr hohe T_g von über 200°C auf, während Laminationsarbeiten typischerweise bei 150°C durchgeführt werden, wodurch sie ein besonders geeignetes Bindemittel für die nichtleitfähigen Zusammensetzungen sind. Eine hohe T_g ist auch für eine Einkapselungsmittelschicht wünschenswert, wo zusätzliche Schichten auf das Substrat oben auf den Dickschichtkomponenten auflaminiert werden sollen. Beispielsweise ist Bisphenol-A/Formaldehyd/Epichlorhydrin ein geeignetes Epoxidpolymer. Ein derartiges Polymer ist im Handel von Shell als EPON^® 862 erhältlich.
Die Bestandteile der nichtleitfähigen Zusammensetzung können ein vernetzbares Polymer und ein Vernetzungsmittel enthalten. Ein Vernetzungsmittel verursacht, dass das vernetzbare Polymer sich während des Aushärtens vernetzt und hart wird. Durch diese Erhärtung wird die Verstärkungsschicht oder die Einkapselungsmittelschicht dauerhafter. Nicht alle Vernetzungsmittel werden alle vernetzbaren Polymere vernetzen. Die beiden Komponenten werden als System ausgewählt. Derartige gepaarte Systeme sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Einige Systeme können mit Hitze ausgehärtet werden, während andere durch Ultraviolettstrahlung ausgehärtet werden können. Beispielsweise ist Cyanoguanidin ein geeignetes Vernetzungsmittel zum Bilden eines mit Epoxid vernetzten Polymers. Cyanoguanidin ist im Handel von SKF, Inc., erhältlich. Dieses System kann mit Hitze ausgehärtet werden. Die Menge an Vernetzungsmittel, die verwendet wird, sollte ausreichen, um die nichtleitfähige Zusammensetzung dazu zu bringen, während des Aushärtens hart zu werden. Eine geeignete Menge an Vernetzungsmittel ist 2 bis 4 Gewichtsprozent, auf die gesamten Bestandteile bezogen.
Einige aus vernetzbarem Polymer/Vernetzungsmittel bestehende Systeme härten sich sehr langsam aus. Die Aushärtungsrate ist eventuell zu langsam für ein kommerziell machbares Verfahren. Wenn ein vernetzbares Polymer verwendet wird, kann ein Beschleunigungsmittel in die nichtleitfähigen Zusammensetzungsbestandteile zum Beschleunigen des Aushärtens eingeschlossen werden. Die Wahl des Beschleunigungsmittels, das verwendet wird, hängt von dem vernetzbaren Polymer und/oder dem Vernetzungsmittel und der Aushärtungsmethode, die verwendet wird, ab. Geeignete Kombinationen sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Eine Carbamidverbindung ist ein geeignetes thermisches Beschleunigungsmittel für ein Epoxidsystem. DYHARD^® UR500 ist ein geeignetes thermisch beschleunigendes Mittel für ein Epoxid/Cyanoguanidinsystem und ist im Handel von SKF, Inc., erhältlich. Die Menge von Beschleunigungsmittel, die verwendet wird, kann ausreichen, um die Zeit, die für das Aushärten des vernetzbaren Polymers erforderlich ist, auf eine erwünschte Zeitspanne zu verkürzen. Eine geeignete Menge Vernetzungsmittel ist 0,1 bis 2 Gewichtsprozent, auf die gesamten Bestandteile bezogen.
Ein Lösungsmittel kann in die nichtleitfähigen Zusammensetzungsbestandteile eingeschlossen werden, um eine erwünschte Rheologie für die Druckdicke zu erreichen. Diethylenglykoldibutylether ist ein Beispiel eines geeigneten Lösungsmittels für ein Epoxidsystem.
Andere nichtleitfähige Zusammensetzungen liegen ebenfalls innerhalb des Umfangs der Erfindung, die wie oben beschrieben ausgehärtet oder gebrannt werden können. Der Ausdruck „Verarbeiten" umfasst das Aushärten oder Brennen. Die Verstärkungszusammensetzung wird im Allgemeinen durch Siebdruck aufgebracht, jedoch sind andere Auftragsmethoden, die innerhalb des Stands der Technik von Dickschichtzusammensetzungen liegen, geeignet.
VERFAHREN
Das erfindungsgemäße Verfahren ist unten beschrieben. 1 wird zum schematischen Veranschaulichen des Verfahrens benutzt. Der erste Schritt besteht darin, ein Metallsubstrat (101) zu erhalten. Das Metallsubstrat sollte flexibel sein, um das Laminieren auf ein Substrat zu erlauben. Das Metallsubstrat kann eine Metallfolie sein. Metallfolien sind in der Elektronikindustrie erhältlich. Beispielsweise stehen zahlreiche Typen von Metallfolien, wie Kupferfolien, zur Verfügung und finden in der Industrie der gedruckten Schaltungen weitverbreitete Anwendung und die Folien weisen im Allgemeinen Haftungseigenschaften auf die für verschiedene Anwendungen bestimmt sind. Beispielsweise gibt es reversbehandelte Kupferfolien und doppeltbehandelte Kupferfolien, die eine rauere Oberfläche bieten, die die Haftung an gedruckten Schaltungen verbessert. Elektrophoretisch abgeschiedene Kupferfolien können bei einigen Anwendungen ebenfalls eine verbesserte Haftung aufweisen. Einseitige trommelbehandelte und walzengeglühte Kupferfolien weisen im Allgemeinen eine glattere Oberfläche auf, von der nicht zu erwarten wäre, dass sie eine ausreichende Haftung an den meisten Dickschichtzusammensetzungen bieten würde, wo mechanische Verriegelungsmechanismen den bevorzugten Bindungsansatz darstellen. Es gibt auch eine Reihe verschiedener Beschichtungen, die auf Kupferfolien kommerzieller Qualität aufgebracht werden, die in der Industrie gedruckter Schaltungen zum Zweck der verbesserten Haftung, des reduzierten Anlaufens oder aus anderen Gründen verwendet werden. Diese umfassen nickelbeschichtete und zinkbeschichtete Kupferfolien. Kupferfolien verschiedener Typen für Anwendungen bei gedruckten Schaltungen sind von Unternehmen wie Gould und Oak-Mitsui erhältlich. Zusätzlich zu den obigen können andere geeignete Metallfolien Silber-, Gold-, Aluminium-, Nickel- oder Eisenfolien umfassen. Typische Foliendicken sind etwa 5-250 μm. Dicken von 10-150 μm sind bevorzugt und 15-50 μm sind noch bevorzugter. Bei einigen der Verfahren, wie beispielsweise denjenigen, die Anwendungen von Widerstandszusammensetzungen involvieren, ist im Stand der Technik bekannt, dass die Haftung einer gebrannten Dickschichtwiderstandszusammensetzung an einem Substrat durch eine Anzahl von Faktoren beeinflusst wird, einschließlich der Widerstandszusammensetzung und der Natur der Substratoberfläche. Was die Widerstandszusammensetzung anbetrifft, so ist der Typ und der Volumengehalt an Glasfritte in der Dickschichtzusammensetzung ein Schlüsselfaktor, wobei eine größere Menge Glasfritte im Allgemeinen zu einer besseren Bindung führt. Es gibt auch andere Zusatzmittel, die in der Dickschichtzusammensetzung anzutreffen sind, die im Stand der Technik bekannt sind, die Reaktionsbindungen mit Substratoberflächen durch Bilden neuer Verbindungen an der Grenzfläche zwischen der Dickschichtzusammensetzung und dem Substrat während des Brennvorgangs bilden können. Schließlich besteht ein häufig vorkommender Mechanismus für die Haftung von Dickschichtzusammensetzungen und Substraten aus einem einfachen mechanischen Verriegelungsmechanismus, der von der Rauheit der Substratoberfläche abhängt.
In einer Ausführungsform ist, wie in 1 gezeigt, es notwendig, einen Unteraufdruck (110) auf dem Metallsubstrat zu bilden. Der Unteraufdruck erlaubt es einer Widerstandszusammensetzung, an einem Metallsubstrat anzuhaften. Der Unteraufdruck muss eine gute Haftung sowohl am Metallsubstrat als auch an den gebrannten Dickschichtbestandteilen aufweisen. Eine geeignete Methode zum Herstellen eines Unteraufdrucks besteht darin, eine Schicht Dickschichtleiterzusammensetzung auf das Metallsubstrat aufzubringen, dann das Metallsubstrat zu brennen.
Das Metall, das in der Unteraufdruckzusammensetzung anzutreffen ist, kann auf das Metall abgestimmt werden, das im Metallsubstrat anzutreffen ist. Beispielsweise kann, wenn eine Kupferfolie verwendet werden soll, eine Kupferzusammensetzung als ausheizbare Unteraufdruckzusammensetzung verwendet werden. Beispiele anderer Anwendungen wären das Paaren von Silber-, Gold- und Nickelfolien mit einer ähnlichen Metalldickschicht-Unteraufdruckzusammensetzung.
Die Dickschichtunteraufdruckzusammensetzung kann als offene Beschichtung über die ganze Oberfläche des Metallsubstrats oder auf ausgewählte Bereiche aufgebracht werden. Die Methode des Siebdruckens kann zum Aufbringen der Dickschichtunteraufdruckzusammensetzung verwendet werden. Bereiche können auch durch ein Druck- und Ätzverfahren ausgewählt werden. Wenn eine Kupferfolie verwendet wird und die Folie in einer mit Sauerstoff dotierten Atmosphäre gebrannt werden soll, so sollte die gesamte Oberfläche der Folie beschichtet werden. Das Glas in der Kupferzusammensetzung verzögert die oxidative Korrosion der Kupferfolie.
Die aufgebrachte Dickschichtleiterzusammensetzung wird getrocknet, um Lösungsmittel zu entfernen, dann bei einer hohen Temperatur gebrannt, um die organischen Substanzen herauszubrennen und die verbleibenden Bestandteile zu sintern. Das Brennen kann unterhalb entweder des Erweichungs- oder Schmelzpunkts des Metalls durchgeführt werden. Wenn eine Kupferzusammensetzung und Kupferfolie verwendet werden, so kann die Kupferzusammensetzung bei 120-130°C getrocknet und in einer Stickstoffatmosphäre bei 900°C gebrannt werden.
Silberfolie ist eine Alternative zu Kupferfolie. Wenn Silberfolie verwendet wird, so können luftgebrannte Widerstände verwendet werden, da Silber beim Luftbrennen beständig ist. Luftgebrannte Widerstände weisen eventuell überlegene elektrische Eigenschaften auf. Silber ist teurer, neigt dazu, unter elektrischen Feldern, wo Feuchtigkeit vorliegt, zu migrieren und ein Ätzverfahren ist in der Industrie allgemein bekannt. Das Metall, das im Metallsubstrat anzutreffen ist, stellt auf das Verarbeiten hin die Anschlüsse für die Komponenten und wahlweise die Schaltspuren für diese Schicht dar. Dieses Verfahren ist in der US-Patentschrift 6.317.023, die hier summarisch eingefügt wird, noch weiter beschrieben.
Der nächste Schritt besteht darin, eine oder mehrere Dickschichtwiderstandszusammensetzungen und/oder dielektrische Dickschichtzusammensetzungen auf das Metallsubstrat aufzubringen. Wenn ein Unteraufdruck vorliegt, so sollte(n) die Zusammensetzung(en) auf die Unteraufdruckseite des Foliensubstrats aufgebracht werden. Siebdruck, Tintenstrahl oder irgendeine andere Methode, die im Stand der Technik der Dickschichttechnologie bekannt ist, kann zum Aufbringen der Zusammensetzungen verwendet werden. Diese nassen Zusammensetzungen werden dann zum Entfernen von Lösungsmittel getrocknet und gebrannt. Typischerweise erfolgt das Brennen unterhalb des Erweichungs- oder Schmelzpunkts des Metalls. Die gebrannten Zusammensetzungen werden als „Dickschichtkomponenten" bezeichnet. Dieser Ausdruck „Dickschichtkomponenten" ist ein allgemeiner Ausdruck und kann sich beispielsweise auf „Dickschichtwiderstandskomponenten" oder „dielektrische Dickschichtkomponenten" beziehen. Bei der Erfindung wird eine Verstärkungszusammensetzung (1(b)) (103) verwendet, die mindestens teilweise schichtförmig über die Dickschichtkomponenten aufgetragen sind. Die Verstärkungszusammensetzung bildet eine Verstärkungsschicht. Eine Möglichkeit zum Aufbringen der Verstärkungszusammensetzung ist der Siebdruck. Die Verstärkungsschicht erlaubt das Laserbeschneiden des Dickschichtwiderstands ohne eine Beschädigung des organischen Substrats zu verursachen. Die Verstärkungsschicht verhindert auch die Rissbildung in den Dickschichtkomponenten. Anders ausgedrückt wird die Verstärkungsschicht schichtförmig auf die Dickschichtkomponenten zur Laserbeschneidbarkeit oder der Verhinderung der Rissbildung oder sowohl zur Laserbeschneidbarkeit als auch der Verhinderung der Rissbildung aufgebracht. Im Allgemeinen wird die Haftung durch Verwendung eines Bindemittels in der Verstärkungszusammensetzung unterstützt, das chemisch mit dem organischen Substrat/der Klebstoffschicht verträglich ist. Beispielsweise verbessert die Verwendung von vernetzbarem Epoxidpolymer die Haftung einer polymeren Dickschichtzusammensetzung an einer Epoxidprepregklebstoffschicht eines organischen Substrats (104). Die Verstärkungszusammensetzung (103) kann die Dickschichtkomponente vollständig bedecken, wie in 1(b) gezeigt. In einer Ausführungsform kann die Verstärkungszusammensetzung sich über die Kanten der Dickschichtkomponente hinaus erstrecken. In einer anderen Ausführungsform kann die Verstärkungszusammensetzung das gesamte Metallsubstrat beschichten. Die Verstärkungszusammensetzung wird dann unter Bildung einer Verstärkungsschicht ausgehärtet. Das Aushärtungsverfahren kann ein Hitze- oder Ultraviolettstrahlungsverfahren sein. Das Brennen ist mit brennbaren Dickschichtzusammensetzungen möglich, wenn sie als Verstärkungszusammensetzung verwendet werden. Ist das Bindemittel ein Polymer, so wird die nichtleitfähige Zusammensetzung mit Hitze ausgehärtet, um das Lösungsmittel zu entfernen und die Zusammensetzung zu verfestigen. Ist das Bindemittel ein vernetzbares Polymer, so wird beim Aushärten das Polymer zum Verfestigen der Zusammensetzung vernetzt.
Das Metallsubstrat mit dem wahlweisen Unteraufdruck, die Dickschichtkomponenten und die Verstärkungsschicht werden als Laminationsaufbau bezeichnet. Der Laminationsaufbau wird auf ein Substrat (104), wie eine gedruckte Verdrahtungsplatte (PWB) aufgebracht. Das Substrat wird mit einem Klebstoff imprägniert oder mindestens teilweise mit mindestens einer Schicht Klebstoff imprägniert (Prepreg) (105), so dass die Dickschichtkomponenten und die Verstärkungsschichten in den Klebstoff unter Bildung einer Fläche einsinken, die für das Ätzen der Anschlüsse geeignet ist. Die Verstärkungsschichten erhöhen die Festigkeit der Dickschichtkomponenten und reduzieren die Menge an Rissbildung, die während des Laminierens stattfinden würde. Laminationsaufbaue können auf beide Seiten des Substrats oder auf eine Seite eines Substrats auflaminiert werden. Der Laminationsaufbau kann auch auf ein Substrat laminiert werden, das schon eine Schicht oder mehrere der Schaltungsanordnung darauf aufweist.
Beispiele von Substraten, die bei dieser Erfindung verwendet werden, können die unten beschriebenen Typen von Platten sein. Im Allgemeinen ist irgendein Substrat, das in der Elektronikindustrie verwendet wird und gegen Hitze empfindlich ist, ein Kandidat für diesen Vorgang. Alle Typen von gedruckten Verdrahtungsplatten, wie Hochdrucklaminate, können verwendet werden. Definitionsgemäß besteht ein Laminat aus Schichten faseriger Materialien, die unter Hitze und Druck mit einem duroplastischen Polymer miteinander verbunden werden. Typischerweise besteht es aus einem Papier elektrischer Qualität, das mit Phenol- oder Epoxidpolymer oder einem aus kontinuierlichem Filament bestehenden Glasfasergewebe mit einem Epoxidpolymersystem verbunden wird. Noch spezifischer umfassen einige Beispiele:
XXXPC, das aus einem elektrischen Papier hoher Qualität hergestellt wird, das mit Phenolpolymer imprägniert ist;
FR-2, der Qualität XXXPC ähnlich, mit der Ausnahme, dass es eine flammhemmende Eigenschaft aufweist;
FR-3 ist ein selbstlöschendes Papierepoxid;
G-10 ist ein Hochqualitätslaminat, das aus Platten von Glasfasergewebe hergestellt wird, die mit Epoxidpolymer verbunden werden;
FR-4 ist G-10 ziemlich ähnlich, mit Ausnahme der zusätzlichen Selbstlöscheigenschaft. G-11 ist ein Glasfasergewebeepoxid;
FR-5 ist eine flammfeste Modifikation von G-11.
Die Klebstoffschichten sollten elektrisch isolierend sein. Einige Klebstoffe werden allgemein mit Prepreg bezeichnet. Einige Beispiele umfassen Klebstoffe vom Epoxid-, Polymer-, Acryl- oder Keramiktyp. Die Dicke des aufgebrachten Klebstoffs kann etwa 0,04 bis etwa 0,2 Millimeter betragen. Einige im Handel erhältliche Klebstoffe umfassen DuPont THERMOUNT^®- und PYRALUX WA^®-Klebstoffe.
Wahlweise können Schaltspuren zusätzlich zu den Widerstandsanschlüssen als Schaltungsentwurf gebildet und in das Metallsubstrat eingeätzt werden. Die Techniken für die Bildung des Schaltungsentwurfs und des Ätzens sind in der Industrie allgemein bekannt. Noch spezifischer wird ein Fotolack wie DuPont RISTON^® (106) auf die Metallseite des Substrats auflaminiert. Der Fotolack wird dann durch eine mit dem Schaltentwurf versehene Fotomaske (107) unter Bildung eines Schaltentwurfs der Metallanschlüsse und wahlweise anderer Schaltspuren UV-Licht (109) gegenüber ausgesetzt. Der ausgesetzte Fotolack wird dann entwickelt und das so ausgesetzte Metall unter Bildung der Anschlüsse (und wahlweise von Schaltspuren) wie in 1(g) gezeigt, weggeätzt. Der Fotolack wird dann abgezogen unter Zurücklassen der erwünschten Anschlüsse und Schaltspuren, wie in 1(h) gezeigt.
Die ausgesetzten Dickschichtkomponenten können dann laserbeschnitten werden. Laserbeschneidungstechniken sind in der Industrie allgemein bekannt. Wenn Dickschichtwiderstände laserbeschnitten werden, so wird vermieden, dass die Verstärkungsschicht die Platte beschädigt und eine Kohlenstoffüberbrückung verursacht. Das Eliminieren der Kohlenstoffüberbrückung verbessert die elektrischen Eigenschaften und die Stabilität der Widerstände. Da die Stärke des Laserstrahls einstellbar ist, könnte die Stärke hoch genug eingestellt werden, um vollständig durch die Dickschichtwiderstände hindurchzuschneiden, jedoch nicht hoch genug, um vollständig durch die Verstärkungsschicht hindurchzuschneiden, wie in 1(i) gezeigt. Es ist immer noch möglich, durch die Verstärkungsschicht hindurchzuschneiden und die Platte zu beschädigen, wenn die Laserstärke zu hoch ist. Aus diesem Grund sollte die Laserstärke, die angewendet wird, minimiert werden. Die Verwendung mindestens einer Stärke, mit der vollständig durch den Widerstand geschnitten wird, wird vorgezogen, weil die überschüssige Stärke carbonisiertes Material bildet, das Widerstandsdrift verursachen kann.
Wenn Dickschichtdielektrika laserbeschnitten werden, ist es der Metallanschluss, der beschnitten wird. Das Dickschichtdielektrikum blockiert dann den Laser und verhindert die Beschädigung des darunterliegenden Substrats. Die Verstärkungsschicht ist nicht erforderlich, um die Beschädigung zu verhindern. Jedoch kann die Verstärkungsschicht die Rissbildung im Dickschichtdielektrikum immer noch verhindern.
Wahlweise kann mindestens eine nichtleitfähige Zusammensetzung wie in 1(j) (108) mindestens teilweise schichtförmig auf die Dickschichtkomponenten als Einkapselungsmittelzusammensetzung aufgebracht werden. Dies schützt die Dickschichtkomponenten noch weiter gegen Rissbildung bei darauffolgenden Laminierungsarbeiten und reduziert den Drift elektrischer Eigenschaften, der der durch das Laminieren induzierten Beanspruchung zuzuschreiben ist. Siebdruck ist eine geeignete Methode für das Aufbringen der Einkapselungsmittelzusammensetzung.
Die ausgehärtete Einkapselungsmittelzusammensetzung, die schichtförmig über die Komponenten aufgetragen ist, kann aus einer oder mehreren Schichten bestehen. Die Einkapselungsmittelschichten können einen Teil oder die gesamten Dickschichtkomponenten oder das gesamte darunterliegende Substrat bedecken. Es ist möglich, die Dickschichtkomponenten sogar nach dem Beschichten mit einer Einkapselungsmitteldeckschicht, wie in 1(k) gezeigt, mit Laser zu beschneiden.
Geeignete Zusammensetzungsrezepturen, Anwendungsmethoden und Verarbeitungsbedingungen für die Einkapselungsmittelzusammensetzung können denjenigen identisch sein, die für die Verstärkungszusammensetzung verwendet werden. Wenn die Dickschichtkomponenten durch die Einkapselungsmittelschicht hindurch laserbeschnitten werden sollen, so sollte ein nichtleitfähiger Füllstoff, der Laserlicht nicht streut, verwendet werden. Aluminiumoxid ist ein geeigneter nichtleitfähiger Füllstoff für diesen Zweck. Aluminiumoxid kann auch in der Verstärkungszusammensetzung verwendet werden, wenn die Dickschichtkomponenten laserbeschnitten werden.
Es ist auch möglich, eine Einkapselungsmittelschicht ohne Verstärkungsschicht zu verwenden. Sie kann dazu beitragen, die Rissbildung während darauffolgender Laminierungsschritte zu verhindern.
Das obige Verfahren kann auf doppelseitige Strukturen aufgebracht werden. Ein Laminationsaufbau würde dann auf beide Seiten des Substrats auflaminiert. Zusätzliche Schaltanordnungsschichten können ebenfalls oben auf den Laminationsaufbau auflaminiert oder aufgebracht werden.
Die vorliegende Erfindung wird in weiteren Einzelheiten durch Angabe praktischer Beispiele beschrieben. Der Umfang der Erfindung ist jedoch auf keine Weise durch diese praktischen Beispiele beschränkt.
BEISPIEL 1
Das Metallsubstrat bestand aus 1 Unze (28,4 g) Kupferfolie. Die Leiterzusammensetzung bestand aus einer Kupferzusammensetzung folgender Zusammensetzung:

TEXANOL^® 15,00 % (auf das Gewicht bezogen)

Ethylcellulose 0,75 %

Glas A 0,60 %

Kugelförmiges Kupfer 83,50 %

Phosphatbenetzungsmittel* 0,15 %

*Tridecylphosphat

Zusammensetzung von Glas A:

Siliciumdioxid 9,4 % (auf das Gewicht bezogen)

B₂O₃ 12,2 %

Bleioxid 65,9 %

Cadmiumoxid 6,7 %

Natriumfluorid 3,2 %

Aluminiumoxid 0,2 %
Die Leiterzusammensetzung wurde durch Siebdruck aufgebracht und bedeckte fast die gesamte Folie. Sie wurde bei 130°C getrocknet und in einem Bandofen bei einer Höchsttemperatur von 900°C in einer Stickstoffatmosphäre zehn Minuten lang gebrannt. Die gesamte Aufenthaltszeit im Ofen betrug eine Stunde. Die Widerstandszusammensetzung bestand aus DuPont QP602, wobei es sich um eine Dickschichtwiderstandszusammensetzung auf der Basis von LaB₆ handelt. Die Dickschichtwiderstandszusammensetzung wurde in zwei Größen von kleinen Rechtecken auf das gleiche Metallsubstrat durch Siebdruck aufgebracht: 20 × 50 mil und 30 × 55 mil (1 mil = 25,4 μm). Es lagen 96 jeder Dickschichtwiderstandsgröße auf dem Substrat vor. Die Widerstandszusammensetzung wurde bei 150°C getrocknet und bei 900°C in einer Stickstoffatmosphäre unter Anwendung der gleichen gesamten Aufenthaltszeit im Ofen von einer Stunde, wie beim vorhergehenden Drucken, gebrannt.

Die Verstärkungszusammensetzung wurde durch Mischen der folgenden Bestandteile gebildet:

EPON^®862 Epoxidpolymer (Shell)	35,5 % (auf das Gewicht bezogen)
Cyanoguanidin	2,4 %
DYHARD^® UR500 Carbamid (Shell)	1,3 %
Titandioxidpulver (0,3 μm)	55,9 %
Diethylenglykoldibutylether	4,9 %

Die ersten drei Bestandteile wurden 10 Minuten lang mit einer durch Luft angetriebenen Mischmaschine mit Rührwerkzeug gemischt. Das Titandioxidpulver wurde allmählich zugegeben und mit der Maschine eingemischt. Als die Viskosität für ein gutes Mischen der Zusammensetzung zu hoch wurde, wurde Diethylenglykoldibutylether zugegeben, bevor noch mehr Titandioxidpulver zugegeben wurde. Die Verstärkungszusammensetzung wurde in großen Rechtecken siebgedruckt, die die Reihen von Widerständen vollständig bedeckten und sich überlappten. Jedes Rechteck bedeckte 16 Dickschichtwiderstände. Die Verstärkungszusammensetzung wurde eine Stunde lang bei 150°C ausgehärtet, um das Epoxidpolymer zu vernetzen.
Eine Vakuumlaminatorpresse wurde zum Laminieren des Laminationsaufbaus an das darunterliegende Substrat mit der Widerstandsseite nach unten verwendet. Das darunterliegende Substrat bestand aus einem FR-4-Kern von 8 mil und der Klebstoff bestand aus mit Glasgewebe gefülltem Epoxid-FR-4-Prepreg von 1,5 mil. Die Laminationsbedingungen waren 208 psi und 165°C für eine Stunde unter Vakuum. Der DuPont RISTON^®-Trockenschichtfotolack wurde dann auf die Folie auflaminiert. Der Fotolack wurde mit einer Druckvorlagemaske bedeckt und UV-Licht gegenüber ausgesetzt. Die Druckvorlagemaske wurde entfernt und der Fotolack entwickelt, um Teile der Kupferfolie, die weggeätzt werden sollten, bloßzulegen. Das Kupfer wurde geätzt und der verbleibende Fotolack abgezogen. Das verbleibende Kupfer bildete Testkissen und Schaltspuren, die zu den Widerstandsanschlüssen führten. Die effektive Größe der Widerstände betrug 20 × 20 mil und 30 × 30 mil (1 mil = 25,4 μm).
Es wurde der Widerstands jedes Dickschichtwiderstands gemessen. Die Dickschichtwiderstände wurden dann laserbeschnitten und nochmals gemessen. Sechs verschiedene Stärkeeinstellungen wurden für den Laser angewendet: 0,6, 0,8, 1,0, 1,2, 1,5 und 1,8 Watt. Die Q-Rate wurde auf 2000 Pulse/Sekunde eingestellt und die Schnittgröße wurde auf 0,1 mil (1 mil = 25,4 μm) eingestellt. Die Dickschichtwiderstände wurden auf Endwerte von entweder 45 oder 60 Ohm beschnitten. Das Laserbeschneiden beschädigte die Platten nicht und die Schnitte in den Dickschichtwiderständen waren sauber und präzise. Die Platten wurden dann auf Nachbeschneidungsstabilität durch 15 Minuten langes Erhitzen bei 120°C geprüft. Die Dickschichtwiderstände wurden nochmals gemessen. Der durchschnittliche Prozentsatz der Änderung des Widerstands im Stabilitätstest nach dem Beschneiden betrug 1,5 %.
BEISPIEL 2
Der Vorgang aus Beispiel 1 wurde mit folgenden Änderungen wiederholt: QP601 (von The DuPont Company hergestellt, wobei es sich um eine mit Stickstoff brennbare Widerstandszusammensetzung auf der Basis von LaB₆ von 10 Ohm/m³ handelte) wurde als Dickschichtwiderstandszusammensetzung verwendet; die Stärkeeinstellungen betrugen 1,2, 1,5 und 1,8 Watt; und der Zielwiderstand betrug 14 Ohm. Die Laserbeschneidung beschädigte die Platten nicht und die Schnitte in den Dickschichtwiderständen waren sauber und präzise. Der durchschnittliche Prozentsatz der Änderung des Widerstands im Stabilitätstest nach dem Beschneiden betrug 1,2 %.

Claims

Verfahren zum Einbetten einer Dickschichtwiderstandszusammensetzung in eine gedruckte Verdrahtungsplatte, umfassend: (a) das Aufbringen einer Verstärkungszusammensetzung (103) auf eine Widerstandszusammensetzung, die sich auf einem Metallsubstrat (101) befindet, unter Bildung eines Aufbaus, wobei die Widerstandszusammensetzung mindestens teilweise mit der Verstärkungszusammensetzung beschichtet wird; (b) das Verarbeiten des Aufbaus; und (c) das Aufbringen des Aufbaus auf mindestens eine Seite eines organischen Substrats (104) unter Bildung einer Komponente, wobei das organische Substrat mindestens teilweise mit einer Klebstoffschicht (105) beschichtet ist und wobei die verstärkende Zusammensetzungsseite des Aufbaus in die Klebstoffschicht eingebettet ist; wobei die Verstärkungszusammensetzung eine ausheizbare oder eine polymere Dickschichtzusammensetzung umfasst und nichtleitfähige Feststoffe oder lichtbrechende Füllstoffe enthält ausgewählt unter Bleioxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid oder Mischungen derselben.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend den Schritt des Aufbringens eines Unteraufdrucks (110) auf das Metallsubstrat vor dem Aufbringen der Widerstandzusammensetzung, in der der Unteraufdruck und das Substrat verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, des Weiteren umfassend die Schritte des: (d) Aufbringens eines Photolacks (106) auf das Metallsubstrat; (e) Verarbeitens der Photolacks; und (f) Ätzens des Metallsubstrats.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, des Weiteren umfassend den Schritt des Laserbeschneidens der Dickschichtkomponente.
Verfahren nach Anspruch 4, des Weiteren umfassend den Schritt des Aufbringens einer Einkapselungsmittelzusammensetzung (108), die die Komponente zumindest teilweise bedeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Metallsubstrat Kupferfolie ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Unteraufdruck dasselbe Metall wie das Metallsubstrat umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das organische Substrat ein Hochdrucklaminat ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Verstärkungszusammensetzung Titandioxid enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Verarbeitungsschritt das Brennen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Verarbeitungsschritt das Aushärten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Einkapselungsmittelzusammensetzung eine Polymerdickschichtzusammensetzung ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Einkapselungsmittelzusammensetzung Aluminiumoxid umfasst.
Gedruckte Verdrahtungsplatte mit einer eingebetteten Dickschichtwiderstandszusammensetzung, wobei die gedruckte Verdrahtungsplatte durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 erhältlich ist.