DE69831392T2

DE69831392T2 - Herstellungsverfahren von elektronischen Bauteilen und Apparat zur Herstellung von dünnen Schichten

Info

Publication number: DE69831392T2
Application number: DE69831392T
Authority: DE
Inventors: Kazuyoshi Takatsuki-shi Honda; Noriyasu Kobe-shi Echigo; Masaru Kawanishi-shi Odagiri; Nobuki Matsue-shi Sunagare
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: CN1191597C; EP0938107B1; US20010020754A1; DE69831392D1; US6413456B1; EP0938107A2; KR100312834B1; JPH11186097A; KR19990063454A; CN1224074A; EP0938107A3; MY120359A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen und eine Vorrichtung zur Herstellung von Dünnschichten.
Gegenwärtig werden Dünnschichten in einer sehr großen Auswahl von Produkten eingesetzt, beispielsweise in Verpackungsmaterialien, Magnetbändern, Kondensatoren und Halbleitern. Ohne diese Dünnschichten können moderne Technologien zum Erzielen einer hohen Leistung und einer geringen Größe nicht erklärt werden. Gleichzeitig sind verschiedene Verfahren zur Bildung einer Dünnschicht entwickelt worden, um die Anforderungen der Industrie zu erfüllen. Zum Beispiel wird die für Hochgeschwindigkeits-Massenproduktion vorteilhafte Vakuumbedampfung mit kontinuierlicher Aufnahme für die Herstellung von Dünnschichten zur Verwendung in Einschlagpapier, Magnetbändern, Kondensatoren und dergleichen durchgeführt.
In diesem Fall kann eine Dünnschicht mit den gewünschten Eigenschaften gebildet werden, indem ein Bedampfungsmaterial und ein Substratmaterial entsprechend dem Zweck der auszubildenden Dünnschicht ausgewählt und nötigenfalls ein reaktives Gas in einen Vakuumbehälter eingeleitet und die Dünnschicht mit einem an das Substrat angelegten elektrischen Potential ausgebildet wird. Beispielsweise kann man bei der Herstellung eines Magnetaufzeichnungsmediums durch Verwendung eines Bedampfungsmaterials mit einem magnetischen Element, wie z. B. Co, Ni oder Fe, und Ausführen eines reaktiven Aufdampfens unter Einleiten eines sauerstoffhaltigen Gases in den Vakuumbehälter ein langes Magnetaufzeichnungsmedium erhalten.
Bei einem Halbleiter wird eine Dünnschicht hauptsächlich durch Sputtern hergestellt. Sputtern ist erfolgreich besonders für die Ausbildung einer Dünnschicht unter Verwendung eines Materials auf Keramikbasis. Eine Keramikdünnschicht mit einer Dicke von einigen μm oder mehr wird oft durch Beschichten und Brennen ausgebildet. Eine Keramikdünnschicht mit einer Dicke von 1 μm oder weniger wird oft durch Sputtern hergestellt.
Andererseits wird ein Beschichtungsverfahren zur Ausbildung einer Dünnschicht unter Verwendung eines Harzmaterials angewandt. Großtechnisch wird das Umkehrbeschichten oder Werkzeugbeschichten angewandt. Im allgemeinen wird ein Material aufgetragen, das mit einem Lösungsmittel verdünnt ist, und dann wird das Material zum Härten getrocknet. Der untere Grenzwert der Dicke der durch diese Verfahren ausgebildeten Harzdünnschicht liegt oft in der Nähe von 1 μm, ist aber vom Material abhängig. Eine Harzdünnschicht von geringerer Dicke ist oft mit diesen Verfahren schwer herstellbar. Da die Dicke der Überzugsschicht bei einem allgemeinen Beschichtungsverfahren unmittelbar nach dem Auftrag einige μm oder mehr beträgt, ist zur Ausbildung einer sehr dünnen Harzschicht die Verdünnung mit einem Lösungsmittel notwendig, und eine Harzdünnschicht mit einer Dicke von 1 μm oder weniger kann mit einem solchen Verfahren oft nicht erzielt werden. Ferner ist neben der Tatsache, daß in der Überzugsschicht nach dem Trocknen häufig Defekte auftreten, vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes aus das Verdünnen mit einem Lösungsmittel nicht vorzuziehen. Dementsprechend sind ein Verfahren zur Ausbildung einer Harzdünnschicht ohne Verdünnen mit einem Lösungsmittel und ein Verfahren zur dauerhaften Herstellung einer sehr dünnen Harzschicht wünschenswert. Als diese Verfahren wird ein Verfahren zur Ausbildung einer Harzdünnschicht unter Vakuum vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren wird ein Harzmaterial unter Vakuum verdampft und auf einen Träger aufgebracht. Gemäß diesem Verfahren kann eine Harzdünnschicht ohne Porendefekte ausgebildet werden, und Verdünnen mit einem Lösungsmittel ist nicht notwendig.
Verschiedene Verbunddünnschichten, die auf herkömmliche Weise nicht hergestellt werden können, kann man durch Laminieren einer Keramik- oder Harzdünnschicht mit einem anderen Dünnschichttyp erhalten. Das industrielle Anwendungsgebiet der Verbunddünnschichten ist sehr verschiedenartig. Darunter sind chipförmige Elektronikteile sehr vielversprechend. Kondensatoren, Spulen, Widerstände, kapazitive elektrische Zellen oder Verbundteile daraus oder dergleichen können mit sehr geringer Größe und hoher Leistung durch Laminieren von Dünnschichten gebildet werden. Vertrieb und Marktexpansion dieser Produkte haben bereits begonnen.
Selbstverständlich sind Elektroden für die Herstellung von elektronischen Bauteilen unerläßlich. Bei elektronischen Bauteilen mit Verwendung einer Metalldünnschicht kann eine Metalldünnschicht mit unterschiedlichem elektrischem Potential durch Strukturieren einer Metalldünnschicht ausgebildet werden. Das heißt, komplizierte elektronische Bauteile können geformt werden, indem eine Metalldünnschicht in mehrere Teile mit als Isolierbereichen definierten Strukturierungsabschnitten (Abschnitten, wo die Metalldünnschicht nicht ausgebildet ist) unterteilt wird und die Metalldünnschicht und eine isolierende Dünnschicht auflaminiert werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Beispiels einer Vorrichtung zur Fertigung von elektronischen Bauteilen durch Laminieren von Dünnschichten. Wie in 4 dargestellt, sind rund um eine zylinderförmige Kühltrommel 7 eine Vorrichtung 8 zur Herstellung einer Metalldünnschicht, eine Vorrichtung 9 zu Herstellung einer isolierenden Dünnschicht, die aus einem Harzmaterial oder dergleichen besteht, eine Strukturiermaterialauftragvorrichtung 11 zum Strukturieren der Metalldünnschicht und dergleichen angeordnet. Diese Vorrichtungen sind in einem Vakuumbehälter 5 untergebracht und werden durch ein Evakuierungssystem 6, das eine Saugpumpe oder dergleichen aufweist, auf einem vorgegebenen Unterdruck bzw. Vakuumgrad gehalten. Dann wird auf dem äußeren Umfang der Kühltrommel 7 durch Drehung der Kühltrommel 7 in Pfeilrichtung ein Dünnschichtlaminat ausgebildet, in dem isolierende Dünnschichten und strukturierte Metalldünnschichten abwechselnd übereinander laminiert sind. In 4 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Härtevorrichtung zum Härten der Isolierdünnschicht bis zu einer vorgegebenen Härte, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Strukturiermaterialentfernungsvorrichtung zum Entfer nen des überschüssigen Strukturiermaterials nach Ausbildung der Metalldünnschicht.
Das so gebildete Dünnschichtlaminat wird von der Kühltrommel 7 abgelöst. Zur Ausbildung vieler elektronischer Bauteile wird das Laminat dann für jedes elektronische Bauteil auf eine erforderliche Größe zugeschnitten und mit äußeren Elektroden versehen.
Um die strukturierte Metalldünnschicht zu erhalten, kann außerdem ein Verfahren angewandt werden, das als Ölrandverfahren oder dergleichen bezeichnet wird. Dieses Verfahren nutzt die Tatsache, daß die Metalldünnschicht nicht auf dem Strukturiermaterial ausgebildet wird, wenn die Metalldünnschicht durch Aufdampfen oder dergleichen hergestellt wird, nachdem zuvor das Strukturiermaterial dünn ausgeformt wurde. In der so gebildeten Metalldünnschicht werden die Strukturierabschnitte entfernt. Daher kann eine Metalldünnschicht mit der gewünschten Struktur gebildet werden. Zum Beispiel kann man viele Kondensatoren mit einer in 3 dargestellten Querschnittstruktur erhalten, indem man beim Wiederholen der abwechselnden Laminierung der Metalldünnschicht und der Harzdünnschicht mit der in 4 dargestellten Vorrichtung die Strukturierungsposition wechselt und das Laminat später zuschneidet.
EP-A-0 492 962 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von kapazitiven Strukturen mit den folgenden Schritten: Auflaminieren mehrerer Metalldünnschichten und Isolierdünnschichten auf einen Träger, um ein Laminat zu bilden, und Ablösen des Laminats von dem Träger.
Die durch die obigen Verfahren erzielte Ausbeute an elektronischen Bauteilen vermindert sich jedoch wegen Defekten wie z. B. der Rißbildung, die beim Ablösen des Laminats von dem Träger, wie z. B. einer Trommel, auftritt. Außerdem beeinträchtigt eine solche Rißbildung erheblich die Zuverlässigkeit der elektronischen Bauteile. Ferner sollte jedesmal beim Ablösen des Dünnschichtlaminats von dem Träger der Betrieb der Vorrichtung unterbrochen werden, wodurch die Vakuumatmosphäre zerstört wird. Daher vermindert sich die Geschwindigkeit des Schichtbildungsbetriebs der Vorrichtung.
Um die obigen Probleme bei den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtlaminats für elektronische Bauteile zu lösen, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen bereitzustellen, das eine hohe Produktivität und hohe Zuverlässigkeit bietet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Fertigungsvorrichtung, die ein hochzuverlässiges Dünnschichtlaminat mit hoher Produktivität fertigen kann.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, ist ein Verfahren zur Fertigung von elektronischen Bauteilen nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert. Es weist die folgenden Schritte auf: Ausbilden einer laminierten Dünnschicht auf einem Träger, auf den zuvor ein Formtrennmittel aufgetragen wird, und Ablösen der laminierten Dünnschicht von dem Träger. Da nach dem ersten Aspekt das Formtrennmittel auf den Träger aufgebracht wird, bevor die laminierte Dünnschicht auf dem Träger ausgebildet wird, wird nach der Bildung der laminierten Dünnschicht beim Ablösen der laminierten Dünnschicht von dem Träger eine Beschädigung wie z. B. Rißbildung in der laminierten Dünnschicht vermieden. Daher können elektronische Bauteile in hoher Ausbeute und mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden. Dementsprechend eignet sich das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren für die Massenproduktion von elektronischen Hochleistungsbauteilen einschließlich Hochleistungskondensatoren.
Wenn nach dem ersten Aspekt mehrere laminierte Dünnschichten auflaminiert werden, kann während des Laminierens ein Formtrennmittel auf die Oberfläche der laminierten Dünnschicht aufgebracht werden. Gemäß diesem Aspekt kann man in einem kontinuierlichen Laminierschritt mehrere laminierte Dünnschichten für elektronische Bauteile erhalten, indem eine vorgegebene Zahl der laminierten Dünnschichten auflaminiert und die laminierten Dünnschichten von der Oberfläche abgelöst werden, auf die das Formtrennmittel aufgebracht wird. Außerdem wird beim Ablösen eine Beschädigung vermieden, wie z. B. Rißbildung. Daher können hochzuverlässige elektronische Bauteile mit besserer Produktivität hergestellt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale von Anspruch 3 definiert. Es handelt sich um ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen mit mindestens einer Metalldünnschicht und einer Isolierdünnschicht, mit den Schritten Auflaminieren von zwei oder mehr Metalldünnschichten und zwei oder mehr Isolierdünnschichten auf einen Träger zur Bildung eines Laminats und Ablösen des Laminats in Dickenrichtung. Da gemäß dem zweiten Aspekt mehrere Laminate für elektronische Bauteile in Dickenrichtung laminiert werden können, verbessert sich die Produktivität der elektronischen Bauteile. Daher eignet sich die vorliegende Erfindung für die Massenproduktion von elektronischen Hochleistungsbauteilen einschließlich Hochleistungskondensatoren.
Nach dem zweiten Aspekt wird nach dem Laminieren einer vorgegebenen Zahl der Metalldünnschichten und der Isolierdünnschichten ein Formtrennmittel aufgebracht, und eine vorgegebene Zahl der Metalldünnschichten und Isolierdünnschichten wird weiter auf laminiert. Nach dem zu bevorzugenden Aspekt wird beim Ablösen des Laminats durch Aufbringen des Formtrennmittels auf die Trennfläche eine Beschädigung wie z. B. Rißbildung vermieden. Daher können elektronische Bauteile in hoher Ausbeute und mit hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden.
Nach dem zweiten Aspekt enthält das Fertigungsverfahren ferner vorzugsweise den Schritt zum Aufbringen eines Formtrennmittels auf den Träger vor dem Schritt zum Ausbilden des Laminats. Da gemäß dem zu bevorzugenden Aspekt das Formtrennmittel auf den Träger aufgebracht wird, tritt beim Ablösen des Laminats von dem Träger keine Beschädigung im Laminat auf, wie z. B. Rißbildung. Daher können elektronische Bauteile in hoher Ausbeute mit hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden.
Nach dem zweiten Aspekt ist es vorzuziehen, die Metalldünnschichten und die Isolierdünnschichten kontinuierlich unter Vakuum zu formen, ohne die Vakuumatmosphäre zu zerstören. Außerdem ist es vorzuziehen, die Bildung der Metalldünnschichten und der Isolierdünnschichten sowie das Aufbringen des Formtrennmittels kontinuierlich unter Vakuum durchzuführen, ohne die Vakuumatmosphäre zu zerstören. Hier bedeutet "ohne Zerstörung des Vakuums", daß der Vorgang der Rückkehr zum Atmosphärendruck nicht ausgeführt wird, und schließt nicht eine zulässige Verminderung (Schwankung) des Vakuumgrades ein. Nach dem zu bevorzugenden Aspekt können elektronische Bauteile mit hoher Produktivität hergestellt werden. Da die Oxidation der Metalldünnschichten und die Verunreinigung des Laminats mit Fremdstoffen, die durch Zerstörung des Vakuums verursacht werden, verhindert werden können, läßt sich außerdem eine Verminderung der Ausbeute verhindern, und man kann hochzuverlässige elektronische Bauteile erhalten.
Nach dem ersten und dem zweiten Aspekt ist es vorzuziehen, das Aufbringen des Formtrennmittels nach einem Verfahren durchzuführen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aufdampfen, Zerstäuben, Sputtern und einer Kombination daraus besteht. Da nach dem zu bevorzugenden Aspekt das Aufbringen des Formtrennmittels stabil und zuverlässig durchgeführt werden kann, läßt sich das Laminat leicht ablösen. Daher kann die Verminderung der Ausbeute verhindert werden, und man kann hochzuverlässige elektronische Bauteile erhalten.
Eine Vorrichtung zur Herstellung einer Dünnschicht gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale von Anspruch 8 definiert. Sie weist auf: einen Vakuumbehälter, eine Vakuumpumpe zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Vakuumgrades in dem Vakuumbehälter, einen im Vakuumbehälter angeordneten Träger, eine Metalldünnschichtbildungsvorrichtung zum direkten oder indirekten Ausbilden einer Metalldünnschicht auf dem Träger, eine Isolierdünnschichtbildungsvorrichtung zum direkten oder indirekten Ausbilden einer Isolierdünnschicht auf dem Träger und eine Formtrennmittelauftragvorrichtung zum Auftragen eines Formtrennmittels auf die Oberfläche mindestens einer der Komponenten Träger, gebildete Metalldünnschicht und gebildete Isolierdünnschicht. Da gemäß diesem Aspekt die Fertigungsvorrichtung die Formtrennmittelauftragvorrichtung zum Auftragen eines Formtrennmittels auf die Oberfläche des Trägers, der Metalldünnschicht oder der Isolierdünnschicht aufweist, kann das Formtrennmittel vor oder während der Laminierung aufgebracht werden. Daher läßt sich das erhaltene Dünnschichtlaminat leicht von dem Träger ablösen, oder das Laminat kann leicht in Dickenrichtung gespalten werden. Dementsprechend kann ein Dünnschichtlaminat von hoher Zuverlässigkeit rationell hergestellt werden.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zur Herstellung von Dünnschichten für die Ausführung eines Verfahrens zur Herstellung von elektronischen Bauteilen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Laminatbasiselements;
3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Beispiels eines elektronischen Bauteils in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Beispiels einer Vorrichtung zur Herstellung von Dünnschichten nach dem Stand der Technik.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines mehrschichtigen Laminats für elektronische Bauteile, die Metalldünnschichten und Isolierdünnschichten aufweisen.
Wie in 1 dargestellt, sind rund um eine Laminatschichtträgertrommel 7, die zylinderförmig ist und auf eine vorgegebene Temperatur gekühlt wird, eine Metalldünnschichtbildungsvorrichtung oder -quelle 8, eine Isolierdünnschichtbildungsvorrichtung oder -quelle 9, eine Härtevorrichtung 10, eine Strukturiermaterialauftragvorrichtung 11, eine Strukturiermaterialentfernungsvorrichtung 12 und eine Formtrennmittelauftragvorrichtung 13 angeordnet. Durch Drehung der Trommel 7 in Pfeilrichtung wird auf dem äußeren Umfang der Trommel 7 ein Dünnschichtlaminat ausgebildet, in dem Metalldünnschichten und Isolierdünnschichten abwechselnd laminiert sind. Die Anzahl der Laminierungsschichten entspricht der Anzahl der Drehungen der Trommel 7.
Als Metalldünnschichtbildungsquelle 8 können entsprechend der zu bildenden Metalldünnschicht eine Auf dampfquelle mit Widerstandsheizung, eine Aufdampfquelle mit Induktionshei zung, eine Elektronenstrahlauftragquelle, eine Sputterauftragquelle, eine Clusteraufdampfquelle, andere zur Bildung einer Dünnschicht benutzte Vorrichtungen oder eine Kombination davon verwendet werden.
Als Isolierdünnschichtbildungsquelle 9 kann eine Vorrichtung verwendet werden, die entsprechend der zu bildenden Isolierdünnschicht geeignet ausgewählt wird. Wenn zum Beispiel ein Material auf Harzbasis als Isolierdünnschicht verwendet wird, kann ein Heizelement, ein Verdampfer oder Zerstäuber mit Anwendung von Ultraschallwellen oder eines Sprühvorgangs oder dergleichen eingesetzt werden. Bei Verwendung eines Materials auf Keramikbasis als Isolierdünnschicht kann eine Sputtervorrichtung oder dergleichen eingesetzt werden. Bei Verwendung eines Metalloxids als Isolierdünnschicht kann eine Sputtervorrichtung, eine Aufdampfvorrichtung oder dergleichen für Oxid eingesetzt werden.
Die Härtevorrichtung 10 härtet die Isolierdünnschicht bis zu einer vorgegebenen Härte, und entsprechend der zu bildenden Isolierdünnschicht kann eine Vorrichtung geeignet ausgewählt werden. Wenn zum Beispiel eine Harzdünnschicht als Isolierdünnschicht gebildet wird, können eine Ultraviolettstrahlungs-Härtevorrichtung, eine Elektronenstrahl-Härtevorrichtung, eine Thermohärtevorrichtung oder eine Kombination dieser Vorrichtungen eingesetzt werden.
Die Strukturiermaterialauftragvorrichtung 11 strukturiert die Metalldünnschicht. Zum Beispiel kann ein Ölrandverfahren angewandt werden, bei dem Öl oder dergleichen vor der Bildung der Metalldünnschicht dünn in einer vorgegebenen Form aufgebracht wird.
Als Strukturiermaterial können verschiedene Öle benutzt werden, zu denen ein Öl auf Kohlenwasserstoffbasis, ein Mineralöl und ein Öl auf Fluorbasis oder andere für die zu bildende Metalldünnschicht geeignete Materialien gehören. Als Verfahren zum Auftragen des Strukturiermaterials können das Beschichten oder ein dem Beschichten entsprechendes Verfahren (ein Kontaktverfahren), oder ein Verfahren zum Einschließen des Strukturiermaterials in einer geschlossenen Düse mit einer winzigen, der Struktur entsprechenden Öffnung, Erhitzen des Strukturiermaterials und Herausspritzen des Materials aus der Öffnung, so daß der Dampf an der Oberfläche zur Bildung der Metalldünnschicht anhaftet (kontaktloses Verfahren), angewandt werden.
Die Position, wo das Strukturiermaterial in Breitenrichtung (der Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene von 1) aufgebracht wird, ist vorzugsweise entsprechend der Drehung der Trommel 7 verschiebbar. Auf diese Weise kann man ein Dünnschichtlaminat erhalten, in dem die Strukturposition der Metalldünnschicht für jede Schicht verschieden ist.
Die Strukturiermaterialentfernungsvorrichtung 12 entfernt das überschüssige Strukturiermaterial nach der Bildung der Metalldünnschicht. Das Entfernungssystem kann entsprechend dem Typ des Strukturiermaterials ausgewählt werden. Zum Beispiel kann ein Entfernungsverfahren mit Anwendung einer Erwärmung durch Licht, wie z. B. Strahlung im fernen Infrarot- oder Infrarotbereich, oder Erwärmung mit einem elektrischen Heizelement, oder ein Entfernungsverfahren mittels Zersetzung durch Bestrahlen mit Plasmastrahlung, Ionenstrahlung, Elektronenstrahlen oder dergleichen angewandt werden.
Die Formtrennmittelauftragvorrichtung 13 bringt ein Formtrennmittel vor der Herstellung des Laminats auf den äußeren Umfang der Trommel 7 und während der Herstellung des Laminats auf die Metalldünnschicht oder die Isolierdünnschicht auf. Das Formtrennmittel unterliegt keiner besonderen Beschränkung und kann entsprechend den Materialien der Metalldünnschicht und der Isolierdünnschicht und dergleichen geeignet ausgewählt werden. Außerdem unterliegt das Verfahren zum Aufbringen der Formtrennmittels keiner besonderen Beschränkung und kann entsprechend dem einzusetzenden Formtrennmittel und dergleichen ausgewählt werden.
Diese Vorrichtungen sind in einem Vakuumbehälter 5 untergebracht und werden durch ein Evakuierungssysten 6 mit einer Saugpumpe oder dergleichen auf einem vorgegebenen Vakuumgrad gehalten.
Auf dem äußeren Umfang der Trommel 7 kann durch die obigen Vorrichtungen ein mehrschichtiges Dünnschichtlaminat von zylindrischer Form ausgebildet werden, in dem strukturier te Metalldünnschichten und Isolierdünnschichten abwechselnd laminiert sind. Dann wird das Laminat entfernt, indem das Laminat radial getrennt wird, zum Beispiel in 8 Stücke (Zerschneiden des Laminats bei jeweils 45°). Die Laminatstücke werden gepreßt und unter Erhitzen zu einer flachen Folie ausgebreitet. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels des so erhaltenen Laminatbasiselements 20, das Isolierdünnschichten und Metalldünnschichten aufweist. In 2 bezeichnet ein Pfeil 21 die Bewegungsrichtung des äußeren Umfangs der Trommel 7. Wie in 2 dargestellt, werden in dem Laminatbasiselement 20 viele strukturierte Metalldünnschichten 1 und Isolierdünnschichten 2 übereinander laminiert. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet die Strukturposition der Metalldünnschicht 1. In 2 ist das Laminieren zum Zweck der Erläuterung vereinfacht dargestellt, und die Anzahl der Laminierungsschichten ist viel kleiner als die der tatsächlichen Laminierungsschichten.
Zum Beispiel wird bei der Herstellung von Kondensatoren das Laminatbasiselement 20 in den Schnittebenen 22a geschnitten, und auf den Schnittebenen werden durch Aufsprühen von Messing oder dergleichen äußere Elektroden ausgebildet. Dann wird das Laminatbasiselement 20 an den Stellen geschnitten, die den Schnittebenen 22b in 2 entsprechen, und die Außenfläche wird beschichtet, um einen Chipkondensator zu erhalten, wie in 3 dargestellt.
In 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Metalldünnschicht, das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Isolierdünnschicht, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine äußere Elektrode, die mit der Metalldünnschicht 1 elektrisch verbunden ist, und das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Strukturposition der Metalldünnschicht 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich durch vorheriges Aufbringen des Formtrennmittels auf die Oberfläche der Trommel 7 das Laminat leicht von der Trommel 7 ablösen, ohne das Laminat zu beschädigen.
Außerdem läßt sich das Laminat an einer Oberfläche, auf die das Formtrennmittel aufgebracht wird, leicht in mehrere Stücke trennen, indem das Formtrennmittel aufgebracht wird, nachdem die Trommel 7 nach Beginn des Laminierens eine vorgegebene Anzahl von Drehungen ausgeführt hat, und das Laminieren dann weiter fortgesetzt wird. Daher können Laminate für elektronische Bauteile durch Laminieren einer vorgegebenen Schichtenzahl in Dickenrichtung hergestellt werden, wodurch die Produktivität drastisch verbessert wird. Da das Formtrennmittel aufgebracht wird, wird außerdem beim Trennen des Laminats das Laminat nicht beschädigt. Ferner kann das Laminat jederzeit in Dickenrichtung getrennt werden. Im Fall der Bildung von äußeren Elektroden wird jedoch das Laminat vorzugsweise vor der Bildung äußerer Elektroden getrennt, da die Trennung schwierig ist, sobald die äußeren Elektroden gebildet worden sind.
In der obigen Beschreibung wird das Laminat nach dem Ablösen des Laminats von der Trommel 7 Behandlungen wie z. B. dem Schneiden und der Bildung äußerer Elektroden ausgesetzt. Diese Schritte können jedoch entsprechend dem Typ der elektronischen Bauteile geeignet verändert werden. Außerdem können elektronische Bauteile in Abhängigkeit vom Typ der elektronischen Bauteile ohne diese Nachbehandlungen ausgebildet werden.
1 zeigt ein Verfahren zur Bildung eines mehrschichtigen Laminats, das Metalldünnschichten und Isolierdünnschichten aufweist. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch das Verfahren gemäß 1 nicht eingeschränkt, sondern ist durch Anspruch 1 definiert.
Beispiel 1
Ein Laminat für Kondensatoren wurde unter Verwendung der Vorrichtung gemäß 1 hergestellt.
Auf der Trommel 7 wurde als Metalldünnschicht eine aufgedampfte Aluminiumdünnschicht hergestellt, und als dielektrische Dünnschicht wurde durch Erhitzen mit einem Heizelement und Aufdampfen eine Acrylharzdünnschicht auf der Trommel 7 ausgebildet. Dabei wurde die Harzdünnschicht durch Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen gehärtet, und die Metalldünnschicht wurde durch ein Ölstrukturierverfahren in eine vorgegebene Form strukturiert. Nach einer vorgegebenen Anzahl von Laminierungen wurde das entstandene Laminat von der Trommel 7 abgelöst, um ein Laminatbasiselement 20 zu erhalten, wie in 2 dargestellt. Das Laminatbasiselement 20 wurde dann Nachbehandlungen unterworfen, wie z. B. dem Schneiden und der Bildung äußerer Elektroden, um Kondensatoren zu erhalten. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts des erhaltenen Kondensators.
Die Dicke der Aluminiumdünnschicht betrug 50 nm, und die Dicke der Harzdünnschicht betrug 1 μm. Als Harzmaterial wurde 1,9-Nonandioldiacrylat verwendet, das mit 5 Gew.-% eines Photoinitiators vermischt wurde. Die Anzahl der Laminierungen für jede Aluminiumdünnschicht und Harzdünnschicht betrug etwa 1000. Die Breite eines durch die Strukturierung gebildeten Isolierungsabschnitts betrug etwa 0,5 mm. Als Strukturiermaterial wurde ein fluorhaltiges Öl verwendet. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Strukturierungsisolierabschnitte auf einer Laminierungsoberfläche betrug 2,5 mm. Ein Heizelement mit Strahlung im fernen Infrarot diente zum Entfernen des Strukturiermaterials. Vor Beginn der Laminierung wurde ein Formtrennmittel auf Fluorbasis (DAIFREE GA-6010, hergestellt von DAIKIN INDUSTRIES, Ltd.) an der Luft auf den äußeren Umfang der zylinderförmigen Trommel aufgesprüht und durch ein mit Alkohol getränktes Faservlies dünner verteilt. Nach der Bildung von etwa 1000 Aluminiumdünnschichten und etwa 1000 Harzdünnschichten wurde das Laminat von der zylinderförmigen Trommel abgelöst und bei 100°C flachgepreßt. Dann wurden das Zuschneiden, die Ausbildung äußerer Elektroden durch thermisches Aufsprühen und dergleichen durchgeführt, um Kondensatoren zu bilden.
Vergleichsbeispiel 1
Das Laminieren und die Bildung von Kondensatoren wurden nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 ausgeführt, wobei aber kein Formtrennmittel auf den äußeren Umfang der Trommel aufgebracht wurde.
Von den Kondensatoren, die nach den Verfahren von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 gebildet wurden, sind der Anteil der Kondensatoren, die offenbar durch Rißbildung während des Ablösens von der Trommel ausgefallen sind, und der Kondensatoren welche die Form eines Kondensators haben, aber eine Kapazitätsabweichung vom Sollwert von 30% oder mehr aufweisen, in Tabelle 1 als Ausfallrate bezüglich der vorgesehenen Anzahl der herzustellenden Kondensatoren angegeben.
Tabelle 1 Vergleich der Ausfallrate
Das Ergebnis von Tabelle 1 läßt darauf schließen, daß der offenbare Rißbildungsfehler des Laminats und ein als normwidrige Kapazität in Erscheinung tretender winziger Rißbildungsfehler innerhalb des Laminats, die beide im Vergleichsbeispiel 1 auftraten, sich im Beispiel 1 signifikant verbessern. Dies wird auf die Tatsache zurückgeführt, daß durch vorheriges Aufbringen des Formtrennmittels beim Ablösen des Laminats keine zu starke Kraft an dem Laminat angreift.
Beispiel 2
Ein Laminat für Kondensatoren wurde unter Verwendung der in 1 dargestellten Vorrichtung hergestellt.
Auf der Trommel 7 wurde als Metalldünnschicht eine aufgedampfte Aluminiumdünnschicht hergestellt, und als dielektrische Dünnschicht wurde durch Erhitzen mit einem Heizelement und Aufdampfen eine Acrylharzdünnschicht auf der Trommel 7 ausgebildet. Dabei wurde die Harzdünnschicht durch Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen gehärtet, und die Metalldünnschicht wurde durch ein Ölstrukturierverfahren in eine vorgegebene Form strukturiert. Nach einer vorgegebenen Anzahl von Laminierungen wurde das entstandene Laminat von der Trommel 7 abgelöst, um ein Laminatbasiselement 20 zu erhalten, wie in 2 dargestellt. Das Laminatbasiselement 20 wurde dann Nachbehandlungen unterworfen, wie z. B. dem Schneiden und der Bildung äußerer Elektroden, um Kondensatoren zu erhalten. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts des erhaltenen Kondensators.
Die Dicke der Aluminiumdünnschicht betrug 50 nm, und die Dicke der Harzdünnschicht betrug 1 μm. Als Harzmaterial wurde 1,9-Nonandioldiacrylat verwendet, das mit 5 Gew.-% eines Photoinitiators vermischt wurde. Die Anzahl der Laminierungen für jede Aluminiumdünnschicht und Harzdünnschicht betrug etwa 1000. Die Breite eines durch die Strukturierung gebildeten Isolierungsabschnitts betrug etwa 0,5 mm. Als Strukturiermaterial wurde ein fluorhaltiges Öl verwendet. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Strukturierungsisolierabschnitte auf einer Laminierungsoberfläche betrug 2,5 mm. Ein Heizelement mit Strahlung im fernen Infrarot diente zum Entfernen des Strukturiermaterials. Vor Beginn der Laminierung wurde ein Formtrennmittel auf Fluorbasis (DAIFREE GA-6010, hergestellt von DAIKIN INDUSTRIES, Ltd.) an der Luft auf den äußeren Umfang der zylinderförmigen Trommel aufgesprüht und durch ein mit Alkohol getränktes Faservlies dünner verteilt. Nach der Bildung von etwa 1000 Aluminiumdünnschichten und etwa 1000 Harzdünnschichten wurde ein Formtrennmittel auf die Laminatoberfläche aufgebracht, wobei ein Material auf Fluorbasis als Formtrennmittel verwendet und durch HF-Sputtern des Materials auf Fluorbasis aufgebracht wurde. Die Sputterleistung betrug 100 W. Während des Sputterns wurde die Bildung der Aluminiumdünnschicht und der Harzdünnschicht unterbrochen. Dann wurde das Sputtern beendet, und etwa 1000 Aluminiumdünnschichten sowie etwa 1000 Harzdünnschichten wurden nochmals abwechselnd laminiert. Diese Schritte wurden wiederholt, um etwa 4000 Aluminiumdünnschichten und etwa 4000 Harzdünnschichten mit drei gesputterten Schichten auf Fluorbasis zu bilden. Das entstandene Laminat wurde von der zylinderförmigen Trommel abgelöst und bei 100°C flachgepreßt. Dann wurde das Laminat durch die Grenzen der gesputterten Schichten auf Fluorbasis in vier Laminate getrennt. Die getrennten Laminate wurden Behandlungen wie z. B. dem Zuschneiden und der Bildung äußerer Elektroden durch thermisches Aufsprühen unterworfen, um Kondensatoren zu bilden.
Beispiel 3
Ein Laminat für Kondensatoren wurde unter Verwendung der in 1 dargestellten Vorrichtung hergestellt.
Auf der Trommel 7 wurde als Metalldünnschicht eine aufgedampfte Kupferdünnschicht hergestellt, und als dielektrische Dünnschicht wurde durch Erhitzen mit einem Heizelement und Aufdampfen eine Acrylharzdünnschicht auf der Trommel 7 ausgebildet. Dabei wurde die Harzdünnschicht durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl gehärtet, und die Metalldünnschicht wurde durch ein Ölstrukturierverfahren in eine vorgegebene Form strukturiert. Nach einer vorgegebenen Anzahl von Laminierungen wurde das entstandene Laminat von der Trommel 7 abgelöst, um ein Laminatbasiselement 20 zu erhalten, wie in 2 dargestellt. Das Laminatbasiselement 20 wurde dann Nachbehandlungen unterworfen, wie z. B. dem Schneiden und der Bildung äußerer Elektroden, um Kondensatoren zu erhalten. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts des erhaltenen Kondensators.
Die Dicke der Kupferdünnschicht betrug 40 nm, und die Dicke der Harzdünnschicht betrug 0,1 μm. Als Harzmaterial wurde Diemethinoltricyclodecandiacrylat verwendet. Die Anzahl der Laminierungen für die Kupferdünnschicht und die Harzdünnschicht betrug jeweils etwa 4000. Die Breite eines durch die Strukturierung gebildeten Isolierungsabschnitts betrug etwa 0,1 mm. Als Strukturiermaterial wurde ein Öl auf Mineralölbasis verwendet. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Strukturierungsisolierabschnitte auf einer Laminierungsoberfläche betrug 1,4 mm. Zum Entfernen des Strukturiermaterials wurde zusätzlich ein Elektronenstrahl verwendet. Vor Beginn der Laminierung wurde ein Formtrennmittel auf Fluorbasis (DAIFREE GA-6010, hergestellt von DAIKIN INDUSTRIES, Ltd.) an der Luft auf den äußeren Umfang der zylinderförmigen Trommel aufgesprüht und durch ein mit Alkohol getränktes Faservlies dünner verteilt. Nach der Bildung von etwa 4000 Aluminiumdünnschichten und etwa 4000 Harzdünnschichten wurde das Formtrennmittel auf die Laminatoberfläche aufgebracht, wobei die Bildung der Kupferdünnschicht und der Harzdünnschicht unterbrochen wurde, indem in dem Weg zur Zerstäuberdüse für das handelsübliche Formtrennmittel auf Fluorbasis (DAYFREE GA-6010, hergestellt von DAIKIN INDUSTRIES, Ltd.) ein Magnetventil angebracht und die Sprühdüse in den Vakuumbehälter umgeleitet wurde. Der Vakuumgrad wurde durch das Sprühen vorübergehend vermindert. Nach Wiederherstellung des Vakuumgrads wurden die Kupferdünnschichten und die Harzdünnschichten wieder auf die gleiche Weise laminiert. Auf diese Weise erhielt man ein Laminat mit etwa 8000 Kupferdünnschichten und etwa 8000 Harzdünnschichten sowie einer Formtrennmittelschicht. Das erhaltene Laminat wurde von der zylinderförmigen Trommel abgelöst und durch die Formtrennmittelfläche getrennt. Dann wurden die getrennten Laminate bei 120°C flachgepreßt, und Kondensatoren wurden nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 2 gebildet.
Unter den Kondensatoren, die nach dem Verfahren von Beispiel 1 ohne Trennung in Laminierungsrichtung gebildet wurden, und den Kondensatoren, die nach den Verfahren der Beispiele 2 und 3 mit Trennung in Laminierungsrichtung gebildet wurden, ist der Anteil an offenbar defekten Kondensatoren infolge Rißbildung beim Ablösen von der Trommel oder beim Trennen des Laminats sowie an Kondensatoren, welche die Form eines Kondensators haben, aber einen Kapazitätsfehler von 30% oder mehr bezüglich des Sollwerts aufweisen, in Tabelle 2 als Fehlerrate bezüglich der vorgesehenen Anzahl herzustellender Kondensatoren angegeben.
Tabelle 2 Vergleich der Ausfallrate
Wie in Tabelle 2 dargestellt, steigt die Fehlerrate durch Trennung in der Laminierungsrichtung leicht an. Ein solcher Anstieg ist jedoch vom Gesichtspunkt der Produktionsausbeute meist vernachlässigbar, wenn man die Zeit für Reinigung und Vorbereitung im Vakuumbehälter, Evakuierung, Kühlung, Starten der filmbildenden Komponenten (Inbetriebnahme der Geräte) und dergleichen betrachtet. Außerdem war in Beispiel 3 der Anstieg der Fehlerrate infolge der Trennung in der Laminierungsrichtung ebenso wie in Beispiel 2 gering.
Wenn das Formtrennmittel während des Laminierens auf die Laminatoberfläche aufgetragen wird, wie in den Beispielen 2 und 3 beschrieben, kann das Laminat nach Abschluß der gesamten Laminierung an der Fläche getrennt werden, auf die das Formtrennmittel aufgebracht wird. Daher ist eine kontinuierliche Laminierung über die Laminierungseinheit des Produkts hinaus möglich, wodurch die Produktivität signifikant verbessert wird.
In den obigen Beispielen wird nur der Fall beschrieben, wo das Material auf Fluorbasis als Formtrennmittel verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt. Es können andere Materialien verwendet werden, die den Formtrenneffekt bewirken. Außerdem kann im Unterschied zum Sputtern und Zerstäuben, wie in den Beispielen beschrieben, das Aufdampfen als Verfahren zum Aufbringen des Formtrennmittels angewandt werden. Das Auftragverfahren kann entsprechend den Verfahrensbedingungen einschließlich des zu verwendeten Materials geeignet ausgewählt werden.
In den obigen Beispielen wird als Isolierdünnschichtmaterial das Material auf Acrylharzbasis verwendet. Wie oben beschrieben, können jedoch auch andere Harzmaterialien eingesetzt werden, wie z. B. Harze auf Vinylbasis und Epoxidbasis, Materialien auf Keramikbasis oder Materialien auf Metalloxidbasis. Zum Beispiel wurde der Effekt der vorliegenden Erfindung in dem Fall bestätigt, wo als Isolierdünnschicht eine Titanoxiddünnschicht verwendet wurde, die durch Aufdampfen mittels Elektronenstrahl in einer Oxidatmosphäre gebildet wurde und eine Dicke von 50 bis 300 nm hatte.
In den obigen Beispielen wird Aluminium oder Kupfer für die Metalldünnschicht verwendet. Es können jedoch auch andere Materialien eingesetzt werden, wie z. B. Silber, Nickel und Zink oder eine Legierung dieser Metalle. Möglich ist die Verwendung von mehr als einem Metalldünnschicht-Typ. Beispielsweise können die Metalldünnschichten Al- und Cu-Schichten aufweisen. Dadurch ergänzen sich die Eigenschaften gegenseitig, wodurch in Abhängigkeit von den Bedingungen eine hohe Leistung der elektronische Bauteile erzielt wird.
In den obigen Beispielen dient das im fernen Infrarot strahlende Heizelement oder der Elektronenstrahl als Mittel zum Entfernen des Strukturiermaterials. Die gleiche Wirkung kann jedoch auch durch andere Entfernungsmittel erzielt werden, wie z. B. durch Bestrahlung mit einer Ultraviolettlampe und durch Plasmabestrahlung.
In den obigen Beispielen wird die zylinderförmige Trommel als Träger benutzt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Träger beschränkt. Es kann auch ein Träger in Form einer flachen Tafel oder einer gekrümmten Oberfläche verwendet werden. Außerdem können ein Metall, ein Isoliermaterial, ein Glas, ein Halbleiter oder dergleichen als Trägermaterial verwendet werden. Auf diesen Materialien können elektronische Bauteile gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
In den obigen Beispielen werden Kondensatoren als die elektronischen Bauteile erläutert. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens kann jedoch auch die Produktivität bei der Herstellung anderer elektronischer Bauteile verbessert werden, wie z. B. von Chipspulen und Rauschfiltern. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann allgemein auf Verfahren zur Fertigung elektronischer Bauteile und auf Vorrichtungen zur Herstellung von Dünnschichten angewandt werden.

Claims

Verfahren zur Fertigung elektronischer Bauteile, mit den folgenden Schritten: Ausbilden einer laminierten Dünnschicht auf einem Träger, auf den zuvor ein Formtrennmittel aufgebracht wird; und Ablösen der laminierten Dünnschicht von dem Träger.
Verfahren zur Fertigung elektronischer Bauteile nach Anspruch 1, wobei mehrere laminierte Dünnschichten laminiert werden und während des Laminierens ein Formtrennmittel auf eine Oberfläche der laminierten Dünnschicht aufgebracht wird.
Verfahren zur Fertigung elektronischer Bauteile mit mindestens einer Metalldünnschicht und einer Isolierdünnschicht, mit den folgenden Schritten: Auflaminieren von zwei oder mehr Metalldünnschichten und zwei oder mehr Isolierdünnschichten auf einen Träger zur Bildung eines Laminats; und Ablösen des Laminats in Dickenrichtung, wobei nach dem Laminieren einer vorgegebenen Anzahl der Metalldünnschichten und Isolierdünnschichten ein Formtrennmittel auf eine Oberfläche mindestens einer Metalldünnschicht bzw. Isolierdünnschicht aufgebracht wird und dann eine vorgegebene Anzahl der Metalldünnschichten und Isolierdünnschichten weiter auflaminiert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner einen Schritt zum Aufbringen eines Formtrennmittels auf den Träger vor dem Schritt zum Ausbilden des Laminats aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Metalldünnschichten und die Isolierdünnschichten kontinuierlich unter Vakuum ausgebildet werden, ohne eine Vakuumatmosphäre zu zerstören.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Bildung der Metalldünnschichten und der Isolierdünnschichten und das Aufbringen des Formtrennmittels kontinuierlich unter Vakuum ausgeführt werden, ohne eine Vakuumatmosphäre zu zerstören.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Aufbringen des Formtrennmittels nach einem Verfahren ausgeführt wird, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aufdampfen, Zerstäuben, Sputtern und einer Kombination daraus besteht.
Vorrichtung zur Herstellung einer Dünnschicht, die aufweist: einen Vakuumbehälter (5); eine Vakuumpumpe (6), um einen vorgegebenen Vakuumgrad in dem Vakuumbehälter aufrechtzuerhalten; einen in dem Vakuumbehälter angeordneten Träger (7); eine Metalldünnschichtbildungsvorrichtung (8) zur direkten oder indirekten Bildung einer Dünnschicht auf dem Träger; eine Isolierdünnschichtbildungsvorrichtung (9) zur direkten oder indirekten Bildung einer Isolierdünnschicht auf dem Träger; eine Formtrennmittelauftragvorrichtung (13) zum Aufbringen eines Formtrennmittels auf eine Oberfläche mindestens einer der Komponenten Träger, Metalldünnschicht und Isolierdünnschicht.