DE69833193T2 - Verfahren zur herstellung mehrerer elektronischer bauteile - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung mehrerer oberflächenmontierbarer, elektronischer Dünnschichtbauelemente. Beispiele solcher Bauelemente weisen Widerstände, Kondensatoren, Induktoren und Sicherungen, aber auch passive Netzwerke, wie z.B. RC- und LCR-Netzwerke, auf.
- Ein Verfahren dieser Art ist zum Beispiel aus
US 4 453 199 bekannt, welches sich im Besonderen auf die Herstellung mehrerer Dünnschichtkondensatoren bezieht. Das darin beschriebene Verfahren sieht eine Glasplatte als Substrat vor. Unter Anwendung von Maskierungsverfahren wird, zum Beispiel mit Hilfe von Sputter- oder Aufdampfverfahren, auf einer Hauptoberfläche dieser Platte eine orthogonale Matrix von diskreten Dünnschichtelektrodenstrukturen vorgesehen. Jede solche Elektrodenstruktur weist eine untere und eine obere Elektrodenschicht auf, welche durch eine dazwischen liegende Isolatorschicht getrennt sind, wobei die Elektrodenschichten so versetzt sind, dass sie sich lediglich zum Teil überdecken. Nach Anordnen der Elektrodenstrukturen wird die Platte in Streifen getrennt, wobei jeder Streifen eine lineare Anordnung von Elektrodenstrukturen trägt. Jeder Streifen wird so getrennt, dass die unteren Elektroden sämtlich an einem ersten langen Rand des Streifens, nicht jedoch an dem gegenüber liegenden, zweiten langen Rand enden, wohingegen die oberen Elektroden sämtlich an dem zweiten langen Rand des Streifens, nicht jedoch an dem gegenüber liegenden, ersten langen Rand enden. Jeder Streifen wird dann entlang seines ersten und zweiten langen Rands unter Anwendung einer Technik, wie z.B. Zerstäubungsbeschichtung, mit einem elektrischen Kontakt versehen. Sobald diese Kontakte vorgesehen wurden, wird der Streifen in einzelne, blockartige Bauelemente getrennt, wobei jedes eine Elektrodenstruktur und zwei elektrische Kontakte aufweist. - Das oben beschriebene Verfahren hat insofern einen gravierenden Nachteil, als die Platte in Streifen getrennt werden muss, bevor die elektrischen Kontakte vorgesehen werden können. Dieses ist nicht wünschenswert, da dieses heißt, dass das Herstellungsverfahren nicht in Plattenebene beendet werden kann (wobei es sich um das effizienteste und wirtschaftlichste Massenherstellungsszenario handelt), sondern stattdessen jeweils Stück für Stück unter Verwendung von Untereinheiten der ursprünglichen Substratplatte beendet werden muss (was wesentlich zeitaufwendiger und daher kostenaufwendiger ist).
- Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu verringern. Im Besonderen liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches und effizientes Verfahren zur Herstellung mehrerer elektronischer Bauelemente vorzusehen. Genauer gesagt, der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen vorzusehen, nach welchem das ganze Bauelement in Plattenebene fertig gestellt werden kann, bevor das Substrat getrennt wird.
- Diese und weitere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren, wie eingangs beschrieben, gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden sukzessiven Schritte vorsieht, wonach:
- a) ein im Wesentlichen planares Keramiksubstrat mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche, welche zueinander parallel angeordnet sind, vorgesehen ist, auf dem Substrat eine Reihe zueinander paralleler Spalten ausgebildet ist, welche sich von der ersten Hauptoberfläche durch die zweite Hauptoberfläche erstrecken, wobei solche Spalten dazu dienen, das Substrat in längliche Segmente zu unterteilen, welche sich parallel zu den Spalten erstrecken und zwischen aufeinander folgenden Paaren derselben angeordnet sind, wobei jedes Segment zwei gegenüber vorgesehene Wände aufweist, welche sich entlang der Ränder der angrenzenden Spalten erstrecken, wobei jedes Segment eine Dünnschichtelektrodenstruktur auf zumindest seiner ersten oder zweiten Hauptoberfläche trägt,
- b) unter Anwendung einer lithographischen Technik elektrische Kontakte vorgesehen werden, welche sich entlang beiden Wänden jedes Segments erstrecken und einen elektrischen Kontakt mit der Elektrodenstruktur auf jedem Segment herstellen,
- c) die Segmente entlang einer Reihe Trennungslinien, welche sich im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung jedes Segments erstrecken, in einzelne blockförmige Komponenten getrennt werden.
- Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden verschiedene spezielle Techniken angewandt, um die oben angegebenen Ziele zu ereeichen. Insbesondere wird das Keramiksubstrat in Schritt (a) in streifenartige Segmente (welche aneinander gefügt bleiben) unterteilt, bevor die elektrischen Kontakte vorgesehen werden, wird jedoch erst nach Anordnen der elektrischen Kontakte tatsächlich in lose, blockartige Bauelemente (welche voneinander komplett separiert sind) getrennt. Eine solche Unterteilung ermöglicht die Anwendung dreidimensionaler, lithographischer Techniken, um die elektrischen Kon takte auf den freien Seitenwänden sämtlicher Segmente (d.h. in Plattenebene) vorzusehen, ohne dabei die Segmente (wie bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik) zuerst räumlich voneinander trennen zu müssen. Eine solche 3-D-Lithographie wird unten noch näher erörtert.
- Der Begriff „Keramik", wie im gesamten Text verwendet, soll als sehr umfangreich und die folgenden Kategorien (elektrisch isolierender) Materialien umfassend interpretiert werden:
- – Schleifmittel, wie z.B. Aluminiumoxid, Siliciumcarbid und Diamant;
- – Feuerfeste Materialien, wie z.B. Siliciumoxid, Quarz, Aluminiumsilicat, Magnesit und Zirconium;
- – Glasartige Materialien, wie z.B. Glas, Glaskeramik und Email;
- – Keramik für technische Weiterverarbeitung, wie z.B. Cermete und keramische Schichtkörper, zusammen mit verschiedenen anderen Oxiden, Carbiden und Nitriden.
- Der Oberbegriff „Glas" umfasst im Einzelnen verschiedene Arten Glas, wie z.B. Sodaglas, Borosilicatglas, Flintglas, Quarzglas usw.
- Schritt (a) des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf verschiedene Weisen realisiert werden. Zum einen können die Spalten in einer Keramikplatte vor Anordnen der Elektrodenstruktur erzeugt werden. Zum anderen kann die Elektrodenstruktur auf einer Keramikplatte vor Erzeugen der Spalten vorgesehen werden.
- Ein spezifisches Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten in Schritt (a) durch lokales Sandstrahlen einer durchgehenden Keramikplatte (auf welcher die Elektrodenstruktur bereits oder noch nicht vorgesehen sein kann) ausgebildet werden. Dieses kann zum Beispiel erreicht werden, indem eine Maske vorgesehen wird, welche Öffnungen entsprechend den Spalten, die auszubilden sind, enthält, und die Platte dann durch die Öffnungen so lange sandgestrahlt wird, bis sich die somit ausgebildeten Spalten komplett durch die Platte erstrecken. Die auf diese Weise verwendete Maske kann zum Beispiel die Form eines abnehmbaren Gitters aufweisen, welches auf der Keramikplatte platziert wird, oder sie kann durch eine lithographische Maske dargestellt sein, welche auf der Oberfläche der Keramikplatte durch Laminieren, Belichten und Entwickeln eines aushärtbaren Photolacks erzeugt wird.
- Ein zu dem in dem vorherigen Absatz alternatives Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten in Schritt (a) ausgebildet werden durch:
- – Anbringen von mindestens einem starren Stützstreifen über der Breite einer durchgehenden Keramikplatte (auf welcher die Elektrodenstruktur bereits oder noch nicht vorgesehen sein kann),
- – Schneiden von Spalten durch die Keramikplatte, wobei sich diese in, jedoch nicht durch den Stützstreifen erstrecken.
- Der Schneidvorgang kann unter zum Beispiel Verwendung einer Drahtsäge oder eines Laserstrahls ausgeführt werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Integrität der Keramikplatte durch das Vorhandensein des starren Stützstreifens aufrechterhalten, welcher zum Beispiel aus einem Material, wie z.B. Metall oder Keramik, bestehen kann.
- Das erfinderische Verfahren eignet sich zur Herstellung verschiedener Arten von Bauelementen. Zum Beispiel:
- (i) In einem spezifischen Ausführungsbeispiel besteht die Elektrodenstruktur in Schritt (a) aus einer Einfachdünnschicht aus leitendem Material, welche sich zwischen beiden Wänden jedes Segments erstreckt; das sich ergebende Bauelement kann dann als Dünnschichtwiderstand oder Sicherung verwendet werden;
- (ii) Ein alternatives Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) sukzessiv aufweist: – eine Unterschicht aus leitendem Material, welche sich bis zu einer ersten Wand jedes Segments, jedoch nicht bis zu der zweiten Wand erstreckt, – eine Schicht aus Isoliermaterial, welche die Unterschicht bedeckt, – eine Deckschicht aus leitendem Material, welche sich bis zu der zweiten Wand jedes Segments, jedoch nicht bis zu der ersten Wand erstreckt.
- In diesem Fall kann das sich ergebende Bauelement als Dünnschichtkondensator eingesetzt werden. Wenn so gewünscht, besteht die Möglichkeit, eine Variante dieser Ausführung vorzusehen, bei der mehrere Schichten aus leitenden Materialien so übereinander angeordnet sind, dass alternierende Schichten sich bis zu alternierenden Wänden jedes Segments erstrecken; auf diese Weise wird ein Mehrschichtkondensator realisiert.
- (iii) Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bauelement durch ein in Reihe geschaltetes Kondensatorpaar dargestellt ist, und dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) aufweist: – eine Unterschicht aus leitendem Material, – eine Zwischenschicht aus Isoliermaterial, – eine Deckschicht aus leitendem Material, wobei jede dieser Schichten so aufgebracht wird, dass sie im Wesentlichen die gesamte Oberfläche jedes Segments bedeckt.
- (iv) Ein anderes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bauelement ein Induktor ist, und dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) aufweist: – eine Unterschicht aus leitendem Material, wobei die Schicht die Form einer linearen Anordnung von Zellen, die in Längsrichtung entlang jedes Segments angeordnet sind, aufweist, wobei jede Zelle einen Streifen aufweist, welcher spiralförmig gewickelt ist, wobei sich ein erstes Ende des Streifens bis zu einer ersten Wand des Segments erstreckt und das zweite Ende des Streifens in der Mitte der Spirale liegt, – eine Zwischenschicht aus Isoliermaterial, wobei die Schicht mit einer Durchgangsverbindung zu dem zweiten Ende des Streifens in der Unterschicht versehen ist, – eine Deckschicht aus leitendem Material, wobei die Schicht die Form einer linearen Anordnung von Zellen, die in Längsrichtung entlang jedes Segments und in Deckung mit den Zellen der Unterschicht angeordnet sind, aufweist, wobei jede Zelle einen Streifen aufweist, welcher von der Durchgangsverbindung in der Zwischenschicht zu der zweiten Wand des Segments verläuft.
- Ausführungsbeispiele (ii) in dem vorherigen Absatz können mit Hilfe eines Verfahrens, wie das in der Internationalen Patentanmeldung WO-A 96/30916 (PHN 15.692) beschriebene, realisiert werden. Die Basis eines solchen Verfahrens ist, dass, wenn ein kollimierter Beschichtungs-Materialstrahl so auf das Substrat gerichtet wird, dass der Strahl einen spitzen Winkel zu der Normalen des Substrats einschließt und sich senkrecht zu dem langen Rand der Segmente in dem Substrat befindet, wirft der Körper jedes Segments dann „in Windrichtung" des Beschichtungsflusses einen „Schatten" auf die Segmentwand; in diesem Schatten erfolgt keine Materialabscheidung; wenn z.B. der Strahl auf die erste Wand jedes Segments gerichtet wird, empfängt die zweite Wand jedes Segments dann keinen Beschichtungsfluss.
- Die in Schritt (b) erwähnte (dreidimensionale) Technik umfasst einen Vorgang, wie z.B. in den folgenden Schritten beschrieben, wonach:
- I. ein aushärtbarer Photolack auf das Substrat, welches sich aus Schritt (a) ergibt, aufgebracht wird;
- II. lokalisierte Photolackbereiche selektiv gehärtet werden, wobei diese Härtung durch Bestrahlen des Substrats von mehr als einer Seite durch aktinische Strahlung durchgeführt wird, wobei die Bestrahlung durch eine Maske erfolgt;
- III. Photolackteile unter Verwendung eines geeigneten Entwicklers selektiv weggelöst werden;
- IV. eine relativ dicke Metallschicht auf sämtlichen, nicht von Photolack bedeckten Teilen der Segmente vorgesehen wird (z.B. unter Anwendung eines stromlosen bzw. galvanischen Verfahrens);
- V. die verbleibenden Photolackteile unter Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels entfernt werden.
- Zu diesem Verfahren können einige Anmerkungen wie folgt gemacht werden:
- – Das Bestrahlen, auf welches in Schritt II Bezug genommen wurde, kann auf verschiedene Weisen erreicht werden. Zum Beispiel:
- – in einem spezifischen Ausführungsbeispiel wird ein Strahlungszugang zu den Wänden der Segmente und zu der ersten Hauptoberfläche durch Bestrahlen des Substrats in einem spitzen Winkel zu seiner Normalen erreicht, während ein Strahlungszugang zu der zweiten Hauptoberfläche erreicht wird, indem eine Reflexionsfläche (Spiegel) auf der von der Strahlungsquelle entfernten Seite des Substrats platziert und diese Reflexionsfläche verwendet wird, um Strahlung auf die zweite Hauptoberfläche zu richten;
- – alternativ kann man das Substrat von beiden Seiten direkt bestrahlen; ein Strahlungszugang zu der zweiten Hauptoberfläche wird dann erreicht, ohne dass die Verwendung einer Reflexionsfläche erforderlich ist;
- – Der oben in Schritt I aufgebrachte, aushärtbare Photolack kann ein Negativ- oder Positivlack sein. Bei einem Positivlack werden bestrahlte (belichtete) Photolackteile in Schritt III entfernt. Dagegen werden bei einem Negativlack nicht bestrahlte (unbelichtete) Photolackteile in Schritt III entfernt;
- – Durch die relativ komplexe Form des sich aus Schritt (a) ergebenden Substrats findet nach einem besonders vorteilhaften Verfahren zur Durchführung von Schritt I ein elektrophoretisches Abscheiden statt. In diesem Fall muss das Substrat eine metallisierte oberfläche aufweisen, bevor Schritt I ausgeführt werden kann. Wenn erforderlich, kann dieser durch Sputterbeschichten einer dünnen Metallschicht auf dem (blanken Keramik-) Substrat realisiert/ergänzt werden.
- Es können in Schritt (b) verschiedene Szenarios im Hinblick auf das Positionieren mehrerer elektrischer Kontakte erreicht werden. Zum Beispiel:
- A) die in Schritt (b) erzeugten, elektrischen Kontakte können einander direkt gegenüber auf gegenüber liegenden Wänden jedes Segments positioniert werden, so dass die elektrischen Kontakte entlang geraden Ausrichtungsachsen liegen, welche sich im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der Segmente erstrecken. Wenn die Trennungslinien in Schritt (c) so angeordnet sind, dass sich zwischen einem aneinander angrenzenden Paar Trennungslinien lediglich eine Ausrichtungsachse befindet, weist das sich ergebende Bauelement dann zwei Anschlüsse, d.h. einen auf jeder von zwei gegenüber liegenden Seiten eines blockförmigen Keramikkörpers, auf;
- B) Sollten die Trennungslinien im Falle von (A) so positioniert sein, dass sich zwischen einem benachbarten Paar Trennungslinien mehrere n Ausrichtungsachsen (n > 1) befinden, weist das sich ergebene Bauelement 2n Anschlüsse, d.h. n Anschlüsse auf jeder von zwei gegenüber liegenden Seiten eines blockförmigen Keramikkörpers, auf;
- C) Sollte die Trennung der elektrischen Kontakte auf einer Wand jedes Segments anders als die Trennung der elektrischen Kontakte auf der anderen Wand sein, besteht die Möglichkeit, Bauelemente vorzusehen, welche eine ungeradzahlige Anzahl Anschlüsse aufweisen. Wenn zum Beispiel zwischen jedem benachbarten Paar Trennungslinien zwei elektrische Kontakte auf der ersten Wand jedes Segments vorgesehen sind und sich nur ein elektrischer Kontakt auf der anderen Wand befindet, weist das sich ergebende Bauelement drei Anschlüsse auf.
- Die Szenarios (B) und (C) ermöglichen somit die Herstellung von Bauelementen mit Mehrfachanschluss, wie z.B. passive Anordnungen (RC-, LCR-, LC-Netzwerke usw.).
- Der Trennvorgang (c) in dem erfinderischen Verfahren kann auf verschiedene Weisen, welche vom Stand der Technik her allgemein bekannt sind und Verfahren, wie z.B. Sägen, Dicing, Trennen entlang Markierungslinien sowie Lasertrennen, umfassen, ausgeführt werden.
- Wenn so gewünscht, können in dem erfinderischen Verfahren verschiedene Ergänzungsschritte durchgeführt werden. So kann zum Beispiel ins Auge gefasst werden:
(unter vielen weiteren Möglichkeiten) - – das Aufbringen einer galvanischen Keimschicht oder Adhäsionsförderungsschicht zwischen Schritt (a) und Schritt (b);
- – ein Photolackentfernungs- oder (Teil-) Ätzvorgang zwischen Schritt (b) und Schritt (c);
- – das Aufbringen einer Schutzschicht auf dem sich aus Schritt (c) ergebenden Bauelement (Teilen desselben).
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 – eine perspektivische Ansicht einer Keramikplatte, welche in einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; -
2 – den Gegenstand von1 , nachdem in diesem Spalten, wie in Schritt (a) beschrieben, vorgesehen wurden; -
3a – einen Querriss eines Teils des Gegenstands von2 , nachdem auf diesem eine Elektrodenstruktur gemäß Schritt (a) vorgesehen wurde, sowie Schritt II eines dreidimensionalen, lithographischen Verfahrens, wie in Schritt (b) erwähnt, wobei ein Positivlack verwendet wird; -
3b – entspricht in großen Zügen3a , mit der Ausnahme, dass nun ein Negativlack eingesetzt wird; -
4 – eine perspektivische Ansicht eines Teils des Gegenstands von3b nach Entfernen nicht bestrahlter Photolackteile gemäß Schritt III; -
5 – den Gegenstand von4 nach Aufbringen von Kontaktelektroden gemäß Schritt IV und nachfolgendem Entfernen bestrahlter Photolackteile gemäß Schritt V; -
6 – eine breite Draufsicht des Gegenstands von5 sowie eine Darstellung einer Anzahl Trennungslinien, entlang denen das Substrat getrennt wird; -
7 – eine perspektivische Ansicht eines Bauelements, welches gemäß Schritt (c) bei Bearbeiten des Gegenstands von6 resultiert; -
8 – eine perspektivische Ansicht einer durchgehenden Keramikplatte, an welcher ein starrer Stützstreifen angebracht wurde, wobei diese zusammengesetzte Struktur in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; -
9 – einen umgekehrten Aufriss des Gegenstands von8 , in welchen nun Spalten geschnitten wurden, um, wie in Schritte (a) beschrieben, die Platte in Längssegmente zu unterteilen, wodurch ein alternatives Szenario zu2 vorgesehen wird; -
10 – einen Querriss einer durchgehenden Keramikplatte, auf welcher eine Elektrodenstruktur vorgesehen wurde; -
11 – ein elektrisches Bauelement, welches sich gemäß dem erfinderischen Verfahren bei Bearbeiten des Gegenstands von10 ergibt; -
12 – entspricht in großen Zügen5 , mit der Ausnahme, dass es eine andere Anordnung elektrischer Kontakte zeigt. - Einander entsprechende Merkmale in den verschiedenen Figuren sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
- Ausführunsgsbeispiel 1
- Die
1 bis7 beziehen sich auf ein spezifisches Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. -
1 zeigt eine flache Keramikplatte1 mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche1a ,1b . Die Platte besteht zum Beispiel aus Sodaglas und weist eine Dicke von etwa 0,5 mm auf; ihre Breitenabmessungen liegen in der Größenordnung von etwa 350 × 300 mm2. - In
2 wurde die Platte einem selektiven Sandstrahlverfahren unterworfen. Dieses resultierte in der Erzeugung einer Reihe zueinander paralleler Spalten3 , welche sich von der ersten Hauptoberfläche1a bis zu der zweiten Hauptoberfläche1b erstrecken. Diese Spalten3 dienen dazu, das Substrat1 in Segmente5 zu unterteilen, welche parallel zu den Spalten3 verlaufen und zwischen aufeinander folgenden Paaren derselben angeordnet sind. Jedes Segment5 weist zwei gegenüber vorgesehene Wände7a ,7b auf welche sich entlang den Rändern der angrenzenden Spalten3 erstrecken. Die Platte1 wird durch das Vorhandensein einer Reihe Verbindungsbrücken4 , welche benachbarte Segmente5 in regelmäßigen Abständen entlang ihrer Länge verbinden, sicher gehalten. In diesem speziellen Fall sind die Segmente 1,5 mm breit und weisen eine Länge von etwa 25 mm zwischen aufeinander folgenden Brücken4 auf. Das Sandstrahlverfahren kann zum Beispiel wie folgt durchgeführt werden: - – Anordnen
einer Glasplatte
1 , z.B. SCHOTT AF45; - – Laminieren
einer Photolackschicht ORDYL BF405 (TOKYO OHKA) auf der Oberseite
1a der Platte1 ; - – Bestrahlen
der Photolackschicht entsprechend der gewünschten Struktur aus Spalten
3 , Brücken4 und Segmenten5 ; - – Entwickeln der bestrahlten Schicht, z.B. mit Na2CO3 sowie anschließendes Nachhärten;
- – Sandstrahlen;
- – Ablösen der restlichen Photolackteile, z.B. mit Ethanolamin.
- Die
3a und3b zeigen einen Querriss des Gegenstands von2 . Jedes Segment5 wurde nun mit einer Elektrodenstruktur9 (Schritt (a)) versehen. In diesem speziellen Fall weist die Struktur9 nacheinander auf: - – eine
Unterschicht
9a aus leitendem Material (z.B. 1 μm Al); - – eine
Zwischenschicht
9b auf Isoliermaterial (z.B. 0,5 μm Ta2O5 oder Si3Na4); - – eine
Deckschicht
9c aus leitendem Material (z.B. 1 μm Al), - Die Elektrodenstruktur
9 wurde von einer Schicht11 aus Photolack (Schritt (b), Schritt 1) bedeckt. Dieses kann zum Beispiel erreicht werden, indem das gesamte Substrat1 in ein Photolackbad getaucht oder die Photolackschicht11 aufgesprüht wird; alternativ kann die Schicht9d als Metallisierungsbasis verwendet werden, um einen geeigneten Photolack elektrophoretisch aufzubringen. - In
3a enthält die Photolackschicht11 einen Positivlack. Die gesamte Struktur1 ,5 ,9 ,11 wird unter Verwendung von Strahlen15 aus aktinischer Strahlung (z.B. UV-Licht) aus nicht dargestellten, der ersten Hauptoberfläche1a (Schritt II) gegenüber liegenden Quellen bestrahlt. Diese Quellen sind so ausgerichtet, dass die Strahlen15 einen spitzen Winkel zu der Normalen der Oberfläche1a einschließen; auf diese Weise werden die Strahlen15 ebenfalls auf die Seitenwände7a ,7b gerichtet. Es ist eine Reflexionsfläche (Spiegel)17 so vorgesehen, dass sie der Hauptoberfläche1b gegenüber liegt. Auf diesen Spiegel17 auftreffende Strahlen15 werden als Strahlen15' reflektiert, welche auf die Oberfläche1b auftreffen. Auf diese Weise wird eine dreidimensionale Bestrahlung erreicht. Die Bestrahlung erfolgt durch eine Maske, die transparente Teile13 und opake Teile13' aufweist, die entsprechend einer gewünschten Struktur zueinander positioniert sind. Infol gedessen werden nicht alle Teile der Schicht11 bestrahlt. Wie hier dargestellt, wird eine Maske auf beiden Seiten des Substrats2 verwendet; jedoch ist dieses im Prinzip nicht erforderlich, und durch eine entsprechende Positionierung zusätzlicher opaker Teile13' in der oberen Maske kann die Notwendigkeit einer separaten unteren Maske entfallen. - In
3b enthält die Photolackschicht11 dagegen einen Negativlack (z.B. SHIPLEY ED 2100, in einem 30-Sekunden-Beschichtungsschritt bei 100 V und 30°C elektrophoretisch aufgebracht und sodann nachgehärtet, wodurch sich eine Schicht11 mit einer Dicke von etwa 10 μm ergibt). Die gesamte Struktur1 ,5 ,9 ,11 wird unter Verwendung abgewinkelter Strahlen15 aus aktinischer Strahlung aus nicht dargestellten Quellen erneut bestrahlt. In diesem Fall sind die Quellen jedoch so angeordnet, dass sie sowohl der ersten als auch der zweiten Hauptoberfläche1a ,1b gegenüber liegen, und es wird kein Spiegel17 verwendet. Die Bestrahlung erfolgt durch eine Maske, welche transparente Teile13 und opake Teile13' aufweist, die entsprechend einer gewünschten Struktur (welche zu der Struktur in3a negativ ist) zueinander positioniert sind. - Der Rest dieses Ausführungsbeispiels wird auf der Basis des Szenarios in
3b (negativer Photolack) beschrieben. -
4 zeigt einen Teil des Gegenstands von3b . In diesem Stadium wurden die Bereiche der Photolackschicht11 , welche in3b nicht bestrahlt wurden, weggelöst (Schritt III), wobei lediglich die bestrahlten Teile belassen werden; dieses kann unter Verwendung eines Entwicklers, wie z.B. SHIPLEY 2005, erfolgen. Infolgedessen wurden auf der Elektrodenstruktur9 leere Räume19b erzeugt. Unter Anwendung eines galvanisches Verfahrens (auf der Oberseite der Keimschicht9d ) werden in diesen freien Räumen19 elektrische Kontakte vorgesehen. - In
5 wurden die in dem vorherigen Absatz erwähnten, elektrischen Kontakte21 vorgesehen (Schritt IV). Wie hier dargestellt, weisen diese Kontakte eine 10μm-Schicht21a aus Cu und eine 10μm-Schicht21b aus Pb40Sn60 auf. Des Weiteren wurden die in4 dargestellten, bestrahlten Photolackteile11 unter Verwendung eines Lösungsmittels, wie z.B. Aceton oder SHIPLEY 2010, entfernt (Schritt V). Zudem wurden freie Bereiche der Schichten9c und9d (d.h. die nicht von Kontakten21 bedeckten Bereiche) unter Verwendung der folgenden Ätzmittel entfernt: - – für Cu in der Schicht
9d : (NH4)2S2O8; - – für Ti in der Schicht
9d : H2O2; - – für die Schichten
9a ,9b ,9c : H3PO4/HAc/HNO3. -
6 zeigt eine breite Draufsicht des Gegenstands von5 . Sie zeigt eine Matrix von einzelnen blockförmigen Komponenten23 , welche durch Trennen des Substrats1 entlang den Trennungslinien25 voneinander separiert werden können. Eine solche Trennung kann zum Beispiel durch Zersägen, Dicing oder durch Lasertrennen entlang den Linien25 vorgenommen werden. Jedes auf diese Weise erhaltenes, blockförmiges Bauelement23 stellt ein in Reihe geschaltetes Kondensatorpaar dar, wobei: - – die Schicht
9c auf Wand7a die erste (freie) Elektrode (mit einem Kontakt21 versehen) darstellt; - – die
Schicht
9c auf Wand7b die zweite (freie) Elektrode (mit einem Kontakt21 versehen) darstellt; - – die
Schicht
9a die gemeinsame Elektrode darstellt; - – die
Schicht
9b die dielektrische Schicht darstellt. -
7 zeigt eine perspektivische Ansicht des fertigen Bauelements23 mit SMDkompatiblen, elektrischen Kontakten21 . - Ausführungsbeispiel 2
- In einem sonst mit Ausführungsbeispiel 1 identischen Ausführungsbeispiel besteht die Elektrodenstruktur
9 in3 lediglich aus der leitenden Schicht9a . Das fertige Bauelement23 dient dann als Dünnschichtwiderstand oder Sicherung. Der Widerstand dieses Bauelements23 wird bestimmt durch: - – die Dicke der Schicht
9a ; - – den
spezifischen Widerstand des Materials in der Schicht
9a ; - – die
Breite der Schicht
9a (in einer zu der Länge des Segments5 parallelen Richtung); - – die
Länge der
Schicht
9a (zwischen den Abschlussrändern der Kontakte21 auf gegenüber liegenden Wänden des Segments5 ). - Ausführungsbeispiel 3
- Die
8 und9 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung und stellen Alternativen zu den1 und2 dar. -
8 zeigt eine durchgehende, flache Keramikplatte1 (auf welcher bereits eine Elektrodenstruktur vorgesehen oder noch nicht vorgesehen sein kann), auf der ein starrer Stützstreifen2 angebracht wurde. Der Streifen2 erstreckt sich über die Breite der Platte1 in Richtung y. Wenn so gewünscht, können zusätzliche Streifen über der Platte an weiteren Stellen entlang der Achse x befestigt werden. Der Streifen2 kann zum Beispiel aus Aluminium oder Glas bestehen. In diesem speziellen Fall weist er Endflächenabmessungen von 5 × 5 mm2 auf. Der Streifen2 wird unter Verwendung eines Markenklebstoffs an der Hauptoberfläche1b der Platte1 angebracht. -
9 zeigt den Gegenstand von8 in einem umgekehrten Aufriss, wobei sich die Achse x nun in die Ebene der Figur erstreckt und die Achse y nach rechts zeigt. Gemäß Schritt (a) des erfinderischen Verfahrens wurden Spalten3 in Richtung x erzeugt, wodurch die Platte1 in mehrere parallele Längssegmente5 unterteilt wird. Solche Spalten3 werden zum Beispiel unter Verwendung einer Scheibensäge, Drahtsäge oder eines Laserstrahls erzeugt. - Obgleich sich die Spalten
3 völlig durch die Platte1 erstrecken, erstrecken sie sich nur zum Teil in den Stützstreifen2 . Infolgedessen bleiben die Teile4 des Streifens2 unversehrt und wirken als Brücken zwischen den Segmenten5 , wodurch sichergestellt wird, dass die Segmente in einer planaren Anordnung zusammengefügt bleiben. - Ausführungsbeispiel 4
- Die
10 und11 beziehen sich auf ein spezifisches Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. - In
10 wurde eine flache Keramikplatte auf einer Hauptoberseite1a mit einer Elektrodenstruktur9 versehen. Diese Struktur9 weist eine leitende Unterschicht9a , eine dielektrische Zwischenschicht9b sowie eine leitende Deckschicht9c auf. Die Schichten9a ,9c bestehen zum Beispiel aus Ni oder Al, während sich die Schicht9b aus einem Material, wie z.B. Si3N4, SiO2 oder Al2O3, zusammensetzt. - Die Schichten
9a und9c werden unter Anwendung einer Technik, wie z.B. Sputterbeschichten oder Aufdampfung, vorgesehen. Die Schichten sind nicht durchgehend, sondern weisen stattdessen voneinander getrennte Inseln auf, die sich senkrecht zu der Ebene der Figur erstrecken. Dieses kann zum Beispiel erreicht werden, indem: - – durchgehende Schichten vorgesehen werden, welche dann selektiv so weggeätzt werden, dass die Inseln übrig bleiben;
- – die Inseln unmittelbar durch eine Maske aufgebracht werden.
- Die unstrukturierte Schicht
9b ist durchgehend und wird unter Anwendung einer Technik, wie z.B. CVD oder oxidische MBE, vorgesehen. - Ebenfalls dargestellt ist eine strukturierte Schutzschicht
9e , bei welcher es sich eigentlich um eine Doppelschicht mit 0,5 μm SiN/10 μm Polyimid handelt; diese Schicht9e weist Inseln auf, welche über den Inseln9a liegen. - Die Struktur von
10 kann durch Erzeugen von Spalten3 an den angegebenen Stellen in eine Struktur, wie in Schritt (a) beschrieben, umgewandelt werden, wobei sich solche Spalten3 in die Ebene der Figur erstrecken. Auf diese Weise erzeugt man eine Reihe von Segmenten5 , welche sich ebenfalls in die Ebene der Figur erstrecken. Sodann können auf den Seitenwänden solcher Segmente5 elektrische Kontakte gemäß Schritt (b) des erfinderischen Verfahrens vorgesehen werden. -
11 zeigt die Ergebnisse von Schritt (b) und Schritt (c) nach Bearbeiten der Struktur von10 . Das dargestellte Bauelement23 ist durch ein in Reihe geschaltetes Kondensatorpaar dargestellt. Die elektrischen Kontakte21 wurden unter Anwendung eines Verfahrens, wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, vorgesehen. - Ausführunsgbeispiel 5
-
12 entspricht in großen Zügen der5 , mit der Ausnahme, dass sie eine alternative Anordnung von elektrischen Kontakten21 zeigt. In12 unterscheidet sich die gegenseitige Beabstandung der elektrischen Kontakte21 entlang der Wand7a des Segments5 von dieser der elektrischen Kontakte21' entlang der Wand7b . Insbesondere ist es unter Verwendung der dargestellten Trennungslinien25 möglich, blockförmige Bauelemente23 mit 3 Anschlüssen21 ,21 ,21' pro Stück zu realisieren.
Claims (11)
- Verfahren zur Herstellung mehrerer oberflächenmontierbarer, elektronischer Dünnschichtbauelemente, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden sukzessiven Schritte vorsieht, wonach: a) ein im Wesentlichen planares Keramiksubstrat mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche, welche zueinander parallel angeordnet sind, vorgesehen ist, auf dem Substrat eine Reihe zueinander paralleler Spalten ausgebildet ist, welche sich von der ersten Hauptoberfläche durch die zweite Hauptoberfläche erstrecken, wobei solche Spalten dazu dienen, das Substrat in längliche Segmente zu unterteilen, welche sich parallel zu den Spalten erstrecken und zwischen aufeinander folgenden Paaren derselben angeordnet sind, wobei jedes Segment zwei gegenüber vorgesehene Wände aufweist, welche sich entlang der Ränder der angrenzenden Spalten erstrecken, wobei jedes Segment eine Dünnschichtelektrodenstruktur auf zumindest seiner ersten oder zweiten Hauptoberfläche trägt, b) unter Anwendung einer lithographischen Technik elektrische Kontakte vorgesehen werden, welche sich entlang beiden Wänden jedes Segments erstrecken und einen elektrischen Kontakt mit der Elektrodenstruktur auf jedem Segment herstellen, c) die Segmente entlang einer Reihe Trennungslinien, welche sich im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung jedes Segments erstrecken, in einzelne blockförmige Komponenten getrennt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, wonach nach dem Schritt (a): – das Substrat vorgesehen wird, – die Spalten so ausgebildet werden, dass sie das Substrat in längliche Segmente unterteilen, und – die Dünnschichtelektrodenstrukturen vorgesehen werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten in Schritt (a) durch lokales Sandstrahlen einer durchgehenden Keramikplatte ausgebildet werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten in Schritt (a) ausgebildet werden durch: – Anbringen von mindestens einem starren Stützstreifen über der Breite einer durchgehenden Keramikplatte, – Schneiden von Spalten durch die Keramikplatte, wobei sich diese in, jedoch nicht durch den Stützstreifen erstrecken.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente Widerstandselemente sind, und dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) sich aus einer einzelnen Dünnschicht aus leitendem Material zusammensetzt, welche sich zwischen beiden Wänden jedes Segments erstreckt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente Kondensatoren sind, und dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) nacheinander aufweist: – eine Unterschicht aus leitendem Material, welche sich bis zu einer ersten Wand jedes Segments, jedoch nicht bis zu der zweiten Wand erstreckt, – eine Schicht aus Isoliermaterial, welche die Unterschicht bedeckt, – eine Deckschicht aus leitendem Material, welche sich bis zu der zweiten Wand jedes Segments, jedoch nicht bis zu der ersten Wand erstreckt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bauelement durch ein in Reihe geschaltetes Kondensatorpaar dargestellt ist, und dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) aufweist: – eine Unterschicht aus leitendem Material, – eine Zwischenschicht aus Isoliermaterial, – eine Deckschicht aus leitendem Material, wobei jede dieser Schichten so aufgebracht wird, dass sie im Wesentlichen die gesamte Oberfläche jedes Segments bedeckt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bauelement ein Induktor ist, und dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) aufweist: – eine Unterschicht aus leitendem Material, wobei die Schicht die Form einer linearen Anordnung von Zellen, die in Längsrichtung entlang jedes Segments angeordnet sind, aufweist, wobei jede Zelle einen Streifen aufweist, welcher spiralförmig gewickelt ist, wobei sich ein erstes Ende des Streifens bis zu einer ersten Wand des Segments erstreckt und das zweite Ende des Streifens in der Mitte der Spirale liegt, – eine Zwischenschicht aus Isoliermaterial, wobei die Schicht mit einer Durchgangsverbindung zu dem zweiten Ende des Streifens in der Unterschicht versehen ist, – eine Deckschicht aus leitendem Material, wobei die Schicht die Form einer linearen Anordnung von Zellen, die in Längsrichtung entlang jedes Segments und in Deckung mit den Zellen der Unterschicht angeordnet sind, aufweist, wobei jede Zelle einen Streifen aufweist, welcher von der Durchgangsverbindung in der Zwischenschicht zu der zweiten Wand des Segments verläuft.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (b) unter Anwendung eines Verfahrens ausgeführt wird, wonach: I. ein aushärtbarer Photolack auf das Substrat, welches sich aus Schritt (a) ergibt, aufgebracht wird, II. lokalisierte Photolackbereiche selektiv gehärtet werden, wobei diese Härtung durch Bestrahlen des Substrats von mehr als einer Seite durch aktinische Strahlung durchgeführt wird, wobei die Bestrahlung durch eine Maske erfolgt, III. Photolackteile unter Verwendung eines geeigneten Entwicklers selektiv weggelöst werden, IV. eine relativ dicke Metallschicht auf sämtlichen, nicht von Photolack bedeckten Teilen der Segmente vorgesehen wird, V. die verbleibenden Photolackteile unter Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels entfernt werden.
- Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das aus Schritt (c) ergebende Bauelement mehr als zwei elektrische Kontakte, wie in Schritt (b) vorgesehen, aufweist.
- Blockförmiges, oberflächenmontierbares, elektronisches Dünnschichtbauelement, welches aufweist: – ein im Wesentlichen planares Keramiksubstrat mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche, welche zueinander parallel vorgesehen sind, und mit zwei gegenüber angeordneten, sich zwischen den Oberflächen erstreckenden Wänden sowie zwei Trennungslinien, die sich im Wesentlichen senkrecht zu den Wänden erstrecken, – eine Dünnschichtelektrodenstruktur auf mindestens einer der Oberflächen sowie – elektronische Kontakte, welche sich entlang beiden Wänden erstrecken und einen elektrischen Kontakt mit der Elektrodenstruktur herstellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement insofern durch ein Multianschlussbauelement dargestellt ist, als auf mindestens einer der Wände die Anzahl elektronischer Kontakte größer als Eins ist, welches Bauelement erhältlich ist gemäß eines der Ansprüche 1 bis 10.
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