EP1504466A2 - Zur wenigstens teilweisen beschichtung mit einer substanz bestimmter metallgegenstand - Google Patents

Zur wenigstens teilweisen beschichtung mit einer substanz bestimmter metallgegenstand

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Publication number
EP1504466A2
EP1504466A2 EP03729885A EP03729885A EP1504466A2 EP 1504466 A2 EP1504466 A2 EP 1504466A2 EP 03729885 A EP03729885 A EP 03729885A EP 03729885 A EP03729885 A EP 03729885A EP 1504466 A2 EP1504466 A2 EP 1504466A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal
nanopores
surface section
reduction
oxidation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03729885A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Edmund Riedl
Wolfgang Schober
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of EP1504466A2 publication Critical patent/EP1504466A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • Metal object intended for at least partial coating with a substance.
  • the invention relates to an object intended for at least partial coating with a substance and to devices in which the metal object is used in accordance with the type of the independent claims. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a metal object.
  • metal objects in particular connection, support or line components for an electronic component with their macroscopically smooth surfaces are to be coated with a substance, in particular made of plastic, ceramic or glass
  • adhesion promoters are galvanically deposited on the macroscopically smooth surfaces of the metal objects, which form dendrites and thus one Provide teeth between the metal object and the substance.
  • a disadvantage of these electrodeposited adhesive layers is that such an adhesive layer forms two further boundary layers or phase transitions, namely an interface between the smooth, unchanged metal surface and a further interface between the dendritic adhesive layer and the substance to be applied.
  • this preparation of the metal surface has the disadvantage that the adhesive layer is applied with the aid of a wet process and thus contamination of components of the electroplating bath is inevitable. Such contaminations can increase the lifespan of such an adhesive layer. ten and thus reduce the lifespan of the electronic components.
  • macroscopically smooth surfaces of metal objects are understood to mean surfaces that have at least one polishing quality.
  • Metal objects of this type with polished surfaces are used, in particular, in electronic components as connection, support or line components, with further noble metal layers often being deposited on the polished surfaces in order to realize bonded connections and soldered connections thereon.
  • these macroscopically smooth surfaces turn into rough surfaces which are partially covered with dendrites of the bonding agent or grinding pits or etching pits.
  • the macroscopically smooth surface areas which are to represent contact pads, bond fingers or other components, must be protected from roughening.
  • the object of the invention is to create a metal object intended for at least partial connection with a substance, which does not have any additional adhesion-promoting materials in order to enable a mechanically intensive connection of its surface with a further substance.
  • the macroscopically smooth surface of the metal object should be preserved.
  • a metal object intended for at least partial coating with a substance, in particular connection, support or line components for an electronic component which has macroscopically smooth surface sections.
  • a plurality of multi-curved open nanopores emerging on the surface section in question are provided in an area of at least one surface section.
  • Such microscopic nanopores advantageously promote the mechanical connection of the metal object with a substance, but macroscopically the surface section or the entire surface of the metal object remains smooth and flat.
  • microscopic is understood to mean dimensions that can only be detected and measured under an electron microscope.
  • an advantage of this metal object is that any substances, in particular glass, ceramic and plastic, can be anchored in the nanopores, this anchoring taking place three-dimensionally due to the multiple curvature of the nanopores, thus ensuring reliable adhesion and positive connection of the substance to the metal object.
  • the object according to the invention has the advantage that a macroscopically smooth surface is retained despite the nanopores, so that finishing or coating of the surface sections, bonding, soldering and other techniques in which smooth surfaces of a metal object are a prerequisite remain possible .
  • the metal surface is first oxidized and then the resulting metal oxide layer is reduced, so that the material in the area of the surface section with nanopores is identical to the material of the metal object.
  • both the oxidation and the reduction of the metal object can be carried out in dry processes, with no contamination of foreign substances remaining in the nanopores. As a result, highly pure metallic surfaces are formed which can be mechanically bonded directly to the substance to be applied.
  • a reduction in the metal oxide layer can be set in such a way that a metal object for at least partial coating with a substance is formed which has a buried metal oxide layer.
  • the metal object has a solid metal core which has at least one porous macroscopically flat metal layer region in the region of at least one surface section.
  • the metal layer area has the material of the metal core and, on the other hand, it shows multi-curved open nanopores. These nanopores emerge from the surface of the metal layer area.
  • a pore-free buried layer of metal oxide is arranged between the metal layer area with nanopores and the solid metal core.
  • This three-layered structure made of metal with nanopores, non-porous metal oxide and non-porous metal core has the advantage that the buried layer of metal oxide forms an electrically insulating layer, so that when electrically conductive substances are applied, these layers of the metal core of the metal object are electrically insulated.
  • the surface section with nanopores can be arranged adjacent to a non-porous metal surface.
  • a non-porous metal surface Such structures and geometries are possible if the oxidation and reduction process are only limited to the surface sections of the metal object that are to be mechanically connected to a substance.
  • the surface section with nanopores can also be surrounded by a non-porous metal oxide surface.
  • the entire surface is first oxidized and only reduced on the surface sections on which nanopores are to be formed.
  • the metal object according to the invention is particularly suitable for improving through contacts made of metal, the through contacts leading through glass, ceramic or plastic.
  • the through contact made of metal in the form of flat conductors or lead wires can have a surface in its through contact area. Chen section with a plurality of multiply curved and emerging on the surface section concerned open nanopores. In the case of through-contact, these nanopores are filled with the substance to be connected, such as glass, ceramic or plastic, so that the substance is closely interlocked with the metal via despite macroscopically smooth surface areas.
  • a further embodiment of the invention provides that such a via has copper or a copper alloy as the metal object. Copper or copper alloys are preferred for such through contacts mechanically connected to glass, ceramic or plastic, since they have a low electrical resistance. However, the thermal expansion coefficient of copper or copper alloys cannot be adapted to the substance as desired, so that in further embodiments of the invention metal objects made of chromium / nickel / iron alloys are used as vias, especially since nickel-iron alloys in particular depend on the composition different expansion coefficients of the substances can be adjusted.
  • a plurality of metal objects such as flat conductor ends, inner flat conductors or chip islands on which semiconductor chips are arranged, are to be connected to a plastic housing compound of an electronic component.
  • the metal objects have macroscopically smooth surface sections, wherein in the area of at least one surface section a multiplicity of open nanopores which are curved and emerge on the relevant surface section are provided and which are filled with plastic housing compound which is to be mechanically connected to the metal objects. So you can Realize an electronic component in which the metallic objects or metal components are not to be coated with an additional adhesion promoter layer or adhesive layer, so that no additional material that could reduce the service life of the component is introduced into the overall structure. Rather, only the metals required for the metal objects are used and are directly connected to the plastic housing compound without further additives.
  • the object according to the invention can also be used in electronic components with a plastic housing and a semiconductor chip which has metallic conductor tracks.
  • the semiconductor chip is sealed on its active top side against external influences with a passivation layer made of ceramic.
  • This ceramic layer lies partly on smooth, metallic conductor tracks, the ceramic layer in particular having silicon nitride.
  • this ceramic layer made of silicon nitride also on the macroscopically smooth surface sections of the conductor tracks, in the area of at least one of the surface sections a multiplicity of open nanopores which emerge on the relevant surface section of the conductor track can be provided.
  • These nano-pores are filled in this embodiment of the invention with a ceramic mass, and hence the conductor paths and 'the ceramic composition are closely connected to each other mechanically.
  • metallic chip islands These chip islands have macroscopically smooth surface sections to which the semiconductor chip is to be electrically connected.
  • a Conductive adhesive used between the semiconductor chip and the macroscopically smooth surface of the chip island.
  • the mechanical connection between the conductive adhesive and the chip island can be intensified if a multiplicity of multi-curved open nanopores emerging on the surface section in question is provided.
  • the conductive adhesive is now also mechanically connected to the metallic chip island by filling up the curved nanopores.
  • the nanopores in such a metal object have an average diameter D of 10 nm to 300 nm.
  • the average density of the nanopores on the surface of the metal object is such that the macroscopically smooth surface is not disturbed by the nanopores and also not warped or collapsing.
  • the depth of the nanopores is between 0.1 and 10 micrometers. If a pore-free buried layer of metal oxide is provided, its thickness d can be between 0.1 micrometers and 3 micrometers.
  • a method for producing a metal object for at least partially mechanical connection with a substance has the following method steps.
  • a partial oxidation of the metal object is performed to form a metal oxide layer on a surface portion of the metal object.
  • the metal oxide layer is then reduced to a porous structure with multi-curved open nanopores emerging from the surface section. Based on the heterogeneous kinetics in this oxide layer reduction, the metal surface that is created again remains with a corresponding nano-porosity.
  • This structure forms as a sponge structure on the surface of the metal object, since the molar volume of the metal oxides after the oxidation is generally greater than that of the corresponding metals.
  • the dimensions and the number of pores can be freely set by means of the parameters "oxidation rate, oxide thickness, reduction rate" as well as by cyclic oxidation and reduction and re-oxidation and reduction.
  • the system parameters such as oxidation / reduction temperature and oxidation / reduction can be set
  • the time and the partial pressure of the oxygen component of the oxidizing atmosphere can be varied in the oxidation step, and the partial pressure of the reducing medium in the reduction step can also be varied metals are stable produced, which also form stable oxides, that is, their oxides do not evaporate.
  • these oxides must be reducible at a temperature below the melting temperature of the metals with a reducing medium such as hydrogen. Therefore copper and copper alloys as well as nickel / chrome / iron alloys can be used.
  • the reduction of the metal oxide layer cannot take place completely, so that a buried metal oxide layer remains on the surface of the metal object as an intermediate layer.
  • the reduction of the metal oxide layer can only; limited to certain surface sections, so that the surface section made of metal with nanopores is surrounded by a pore-free metal oxide layer.
  • a protective layer is applied to the areas that are not to be reduced.
  • the oxidation is carried out in an oxygen-containing, dry atmosphere with an oxygen content of 20 to 100% by volume.
  • the oxidation temperature depends on the type of metal object. Dry oxidation has the advantage that it forms very dense, but slowly growing layers. Such a dry oxidation ensures at the same time that the later reduced areas form a coherent metal skeleton that has a smooth surface macroscopically.
  • the oxidation of the metal surface can also be carried out in a moist, oxygen-containing atmosphere, the relative humidity being between 60 and 95% and the oxygen content being 20 to 98% by volume.
  • the moist oxidation proceeds faster than the dry oxidation, since the water molecules are significantly smaller than the oxygen molecules and their rate of diffusion through the oxide layers already formed is greater than with the dry oxidation. While the dry oxidation for a copper object or a copper alloy object can be carried out at temperatures between 300 and 600 ° C for 10 to 20 minutes, a lower temperature range between 300 and 500 ° C is sufficient for a moist oxidation. The oxidation process of wet oxidation of copper or a copper alloy only takes between 5 and 10 minutes.
  • the lower temperature range of the moist oxidation has the advantage that the metal surfaces of an electronic component can also be produced after a semiconductor chip has been applied to the chip island and after the semiconductor chip has been wire-bonded to the corresponding inner flat conductor ends. To do this, only the semiconductor chip has to withstand the thermal stress, but is not contaminated by additional chemicals, as is the case when electroplating adhesive layers.
  • the exposed surface sections of the various metal components can be provided with nanopores by means of oxidation and reduction, so that an intensive connection can be made with a plastic housing compound to be subsequently applied.
  • the reaction temperature or oxidation temperature for metal objects made of chromium / nickel / iron alloys is between 500 and 900 ° C. This means that much higher oxidation temperatures are to be used for such metal objects than for copper alloys.
  • Such wires made of these metal alloys are used, however, for through-contact through glasses and ceramics, since their thermal expansion coefficient can be adapted to the expansion coefficients of glasses and ceramics.
  • mechanical anchoring and connection with the glasses and ceramics has been a problem that has been solved with the present invention.
  • an oxide layer between 0.1 and 10 microns thick will grow on the metal object.
  • this thickness can be set in a targeted manner by means of the oxidation parameters, temperature, time and the oxidation atmosphere, and by choosing a suitable metal material. With this oxide layer thickness, the depths of the different nanopores can thus be defined in advance.
  • the reduction is carried out in an atmosphere containing hydrogen.
  • the temperature of the reduction is between 300 and 500 ° C for copper oxide layers.
  • the reduction temperatures are correspondingly higher for oxide layers based on chromium / nickel / iron alloys.
  • Dia in, forming gas, hydrazine and / or formaldehyde can be used as hydrogen-containing components in the reduction atmosphere.
  • by performing oxidation several times and reduction an enlargement and deepening of the nanopores can be achieved.
  • the following method steps are to be carried out.
  • First of all, at least some of the metal components of the electronic component are oxidized, which are to be packaged in a plastic housing compound.
  • these partially oxidized metallic components are reduced to form multi-curved nanopores, which emerge from correspondingly reduced surface sections of the components.
  • the material of the housing like the plastic housing compound, can penetrate into these open pores and can be firmly anchored to the mechanical components, so that the electronic component has a longer service life.
  • the semiconductor chip can be specially prepared with the method according to the invention in order to apply a passivation layer on the active surface of the semiconductor chip in a moisture-resistant manner.
  • the metallic conductor tracks on the active upper side of the semiconductor chip are at least partially oxidized and then these partially oxidized metallic conductor tracks are reduced to form multiply curved nanopores, the nanopores emerging from correspondingly reduced surface sections of the conductor tracks.
  • the passivation layer made of polyimide, silicon carbide, silicon dioxide or silicon nitride is then introduced into the open nanopores, so that the surfaces of the semiconductor chip which have conductor tracks are protected by filling these nanopores with the material of the passivation layer and the danger the delamination of the passivation layer from the active top side of the semiconductor chip is reduced for such electronic components.
  • the adhesion of polymers to macroscopically smooth metal surfaces is characterized on the one hand by a chemical bond between the metal oxides present on the metal surfaces and a functional group of the organic molecule of the polymer.
  • these binding forces are extremely weak and are based on a Van der Waal "interaction.
  • the adhesion to clean and smoothly polished metal surfaces is extremely poor.
  • high adhesion is achieved through a rough surface structure, which is achieved with the aid of galvanically deposited adhesive layers
  • Adhesive layers of this type have the disadvantage, however, that they introduce impurities and contaminants into the overall structure and concept, which can considerably reduce the lifespan of electronic components, in particular with semiconductor chips.
  • the metal object according to the invention has metal surfaces with pores on a nanometer scale.
  • the corresponding metal is first thermally oxidized to an oxide thickness between 0.1 and 10 micrometers, preferably between 1 and 5 micrometers.
  • the present metal oxide is then thermally reduced in a mixture of nitrogen and hydrogen, such as a forming gas which contains 5% hydrogen. Based on the heterogeneous kinetics in the oxide layer reduction, the metal surface that is created again remains with a corresponding nanometer porosity.
  • This metal structure offers itself as a kind of sponge structure on the substrate surface because the molar volume of the metal loxide is generally larger than that of the corresponding metals.
  • the dimensions and the number of pores can be freely set by means of the parameters “oxide speed, oxide thickness, reduction speed” and by cyclic oxidizing-reducing-oxidizing-reducing.
  • the system parameters such as oxidation / reduction temperature and time as well as the partial pressure of oxygen in the oxidation step and the partial pressure of hydrogen in the reduction step to achieve a given oxidation thickness and thus a given pore depth of the nanopores.
  • all metals that form stable oxides and their oxides below the melting temperature of the metal with hydrogen can be used for this process can be reduced.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through part of a metal object
  • Figure 2 shows a schematic cross section through a
  • FIG. 3 shows a schematic cross section through part of a metal object after reduction of the metal oxide to metal with nanopores in the metal structure
  • FIG. 4 shows a schematic cross section through part of a metal object mechanically connected to a substance
  • FIGS. 5 to 7 show schematic cross sections through part of a metal object after method steps for producing a metal object with a buried oxide layer
  • characters 8 to 10 show schematic cross sections through a part of a metal object after method steps for producing a surface section with nanopores
  • 11 to 13 show schematic cross sections through part of a metal object after method steps for producing a surface section with nanopores surrounded by a pore-free metal oxide layer in a metal matrix
  • FIGS. 14 to 16 show schematic cross sections through part of a metal object after method steps for producing an isolated surface section with nanopores in a metal matrix.
  • Figure 1 shows a schematic cross section through part of a metal object.
  • This metal object has a macroscopically smooth surface 3, which forms a metal surface 9 which is still non-porous.
  • FIG. 2 shows a schematic cross section through part of a metal object after its surface has been oxidized. This creates a metal oxide layer 12 with a pore-free metal oxide surface 10, which covers the surface of the depicted part of the metal object.
  • the thickness V of the metal oxide layer is greater than the depth of the amount of metal used in the oxidation of the non-porous metal surface 9, as is shown in FIG. 1, since the molar volume of the metal oxide is generally greater than that of the corresponding metal.
  • the oxidation is achieved by the Metal object is placed in an oxidation furnace with an oxygen content between 20 and 100 vol.%, The object can already oxidize in air at correspondingly high temperatures.
  • the oxidation temperature in the oxidation furnace for a metal object made of copper or a copper alloy is set between 300 and 600 ° C for 5 to 20 minutes.
  • the higher temperature and the longer time are required for dry oxidation, and the shorter time and the lower temperature can be achieved by moist oxidation.
  • the reaction atmosphere is operated with a relative humidity between 60 to 95% and with temperatures between 300 and 500 ° C.
  • the thickness V of the oxide layer is between 0.1 and 10 micrometers and can be precisely controlled by adjusting the oxidation parameters.
  • FIG. 3 shows a schematic cross section through part of a metal object after reduction of the metal oxide layer 12 to metal with nanopores in the metal structure. Due to the heterogeneous kinetics of this oxide layer reduction, the metal surface that is created again remains with a corresponding porosity of nanopores. The nanopores are open towards the top. The diameter of the nanopores D is between 10 and 300 nanometers. The limit or depth t of the nanopores is determined by the depth V of the metal oxide layer 12 shown in FIG. 2. With complete reduction of the metal oxide layer 12 shown in FIG. 2, a macroscopically smooth surface 3 made of metal with nanopores 5 which extend to the surface and have a depth of t is achieved.
  • the reduction itself is carried out in a atmosphere of 300 to 500 ° C for the reduction of copper or copper alloys.
  • Hydrogen-containing components are used for the reduction.
  • Forming gas with 5% hydrogen content can be used or diamine, a compound between nitrogen and hydrogen, can be used. It is also possible to use hydrazine or formaldehyde for hydrogen reduction in a corresponding reduction furnace.
  • FIG. 4 shows a schematic cross section through part of a metal object connected to a substance.
  • 'Such metal objects are preferably components of an electronic component having a semiconductor chip.
  • the metal object 2 shown here illustrates the inner end of a flat conductor of an electronic component and the substance 1 in this example of FIG. 4 is a plastic housing compound in which the flat conductor and other metallic components of the electronic component, such as bond wires and chip islands, are embedded ,
  • the nanopores 5 in the surface of the metal object 2 achieve a tight interlocking interlocking while maintaining a macroscopically smooth surface 3 of the metal object 2. Furthermore, no chemicals are required to implement this combination.
  • FIGS. 5 to 7 show schematic cross sections through part of a metal object 2 after method steps for producing a metal object 2 with buried metal oxide layer 8. In this production method, the procedure is the same as in the first three FIGS. 1 to 3, but the reduction is ended earlier than would be necessary for a complete reduction of the metal oxide layer 12 shown in FIG. 6.
  • a buried oxide layer 8 as shown in FIG. 7 can thus be formed, which has an insulating effect and is particularly suitable if conductor tracks of a semiconductor chip are to be provided with a passivation layer made of ceramic or polyimide.
  • FIG. 5 again shows a schematic cross section through part of a metal object.
  • This metal object has a macroscopically smooth surface 3, which forms a metal surface 9 which is still non-porous.
  • FIG. 6 again shows a schematic cross section through part of a metal object after its surface has been oxidized. This creates a metal oxide layer 12 which covers a pore-free metal core 6.
  • FIG. 7 shows a schematic cross section through the metal object after incomplete reduction of the metal oxide layer 12 shown in FIG. 6.
  • Three layer regions are formed. Firstly, a metal layer region 7 with nanopores 5, this metal layer region 7 having the same material as the solid metal core 6, while the buried metal oxide layer 8 is arranged between the metal core 6 and the metal layer region 7 and has a thickness d. The thickness d can be adjusted by adjusting the duration and the temperature of the reduction phase.
  • FIGS. 8 to 10 show schematic cross sections through a part of a metal object after method steps for producing a surface section with nanopores.
  • FIG. 8 shows a cross section through a pore-free solid metal core 6, which is covered on its smooth upper side 3 by a mask 13, so that only one surface section 14 is oxidized.
  • FIG. 9 shows the cross section through the metal object after the oxidation and after the mask 13 has been removed. This results in an elevation in the surface section 14 due to the oxidation and the increase in volume of the metal oxide relative to the metal core 6.
  • FIG. 10 shows the metal object after reduction of the oxide layer produced in FIG. 9, the elevation being retained, but the resulting reduced metal structure has nanopores 5.
  • This surface section with nanopores 5 is suitable for mechanically connecting the metal object at this point, for example an external contact area of a metal structure, to a further material, such as an external contact or solder ball.
  • FIGS. 11 to 13 show schematic cross sections through part of a metal object after method steps for producing a surface section with nanopores surrounded by a pore-free metal oxide layer in a metal matrix.
  • FIG. 11 again shows a schematic cross section through part of a metal object.
  • This metal object, a metal core 6, has a macroscopically smooth surface 3, which forms a metal surface 9 which is still non-porous.
  • FIG. 12 again shows a schematic cross section through part of a metal object after its entire surface has been oxidized. This creates a metal oxide layer 12 which covers a pore-free metal core 6. This metal oxide layer is partially covered with a mask 13, so that only the surface area 14 can be reduced.
  • a metal object prepared in this way has insulation surfaces in the form of metal oxide surfaces 12 and surface sections 14 which are conductive and additionally have nanopores, so that a further substance can be mechanically connected to this surface.
  • Such a structure is particularly suitable for the application of external contacts in the form of solder balls, since a solder stop layer is automatically realized by the surrounding metal oxide layer 12, while an ideal anchoring of the solder ball to the external contact area is possible in the area of the nanopores.
  • FIGS. 14 to 16 show schematic cross sections through part of a metal object after method steps for producing an isolated surface section with nanopores in a metal matrix.
  • FIG. 14 again shows a schematic cross section through part of a metal object.
  • This metal object has a macroscopically smooth surface 3, which forms a still non-porous metal surface 9.
  • FIG. 15 again shows a schematic cross section through part of a metal object after its entire surface has been oxidized. This creates a metal oxide layer 12 which covers a pore-free metal core 6. This metal oxide layer is then covered by a mask 13, which releases a surface section 14 for a reduction.
  • FIG. 16 shows a schematic cross section through part of a metal object after the reduction of the surface section 14. The reduction was stopped prematurely in this exemplary embodiment, so that a metal layer region with nanopores is formed, which is surrounded all around by a metal oxide layer 12 and also by the solid metal core 6 is insulated by a buried metal oxide layer 8. What is special about this structure is that it creates a metal structure in a metal oxide that has the same metal material as the solid metal core 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen zur wenigstens teilweisen Beschichtung mit einer Substanz bestimmten Metallgegenstand (1). Die Substanz (1) kann dabei ein Metall-Lot, ein Kunststoff, ein Glas oder eine Keramik umfassen. Der Metallgegenstand (2) selbst kann insbesondere Verbindungs-, Trag- oder Leitungskomponenten für ein elektronisches Bauteil umfassen. Der Metallgegenstand (2) weist makroskopisch glatte Oberflächenabschnitte (3) auf, wobei im Bereich wenigstens eines Oberflächenabschnittes (3) eine Vielzahl mehrfach gekrümmter Nanoporen (5) vorgesehen sind.

Description

Beschreibung
Zur wenigstens teilweisen Beschichtung mit einer Substanz bestimmter Metallgegenstand.
Die Erfindung betrifft einen zur wenigstens teilweisen Beschichtung mit einer Substanz bestimmten Gegenstand sowie Vorrichtungen, in denen der Metallgegenstand gemäß der Gattung der unabhängigen Ansprüche eingesetzt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Metallgegenstandes.
Sollen Metallgegenstände insbesondere Verbindungs-, Tragoder Leitungs omponenten für ein elektronisches Bauteil mit ihren makroskopisch glatten Oberflächen mit einer Substanz insbesondere aus Kunststoff, Keramik oder Glas beschichtet werden, so werden auf den makroskopisch glatten Oberflächen der Metallgegenstände Haftvermittler galvanisch abgeschieden, die Dendriten ausbilden und somit eine Verzahnung zwischen dem Metallgegenstand und der Substanz bereitstellen. Ein Nachteil dieser galvanisch abgeschiedenen Haftschichten ist es, dass eine derartige Adhäsionsschicht zwei weitere Grenzschichten oder Phasenübergänge ausbildet, nämlich eine Grenzschicht zwischen der glatten unveränderten Metalloberfläche und eine weitere Grenzschicht zwischen der dendritischen Haftschicht und der aufzubringenden Substanz.
Darüber hinaus hat diese Präparation der Metalloberfläche den Nachteil, dass die Adhäsionsschicht mit Hilfe eines Nassprozesses aufgebracht wird und somit Kontaminationen von Komponenten des Galvanikbades unvermeidbar sind. Derartige Kontaminationen können die Lebensdauer derartiger Adhäsionsschich- ten und damit die Lebensdauer der elektronischen Bauteile vermindern.
Unter makroskopisch glatten Oberflächen von Metallgegenständen werden in diesem Zusammenhang Oberflächen verstanden, die mindestens eine Polierqualität aufweisen. Derartige Metallgegenstände mit polierten Oberflächen werden insbesondere in elektronischen Bauteilen als Verbindungs-, Trag- oder Leitungskomponenten eingesetzt, wobei auf den polierten Oberflächen häufig weitere Edelmetallschichten abgeschieden werden, um darauf Bondverbindungen und Lötverbindungen zu realisieren.
Durch ein Aufbringen von Adhäsionsschichten oder durch mechanisches oder ätztechnisches Aufrauen gehen diese makroskopisch glatten Oberflächen in raue, teilweise mit Dendriten des Haftvermittlers bzw. Schleifgruben oder Ätzgruben übersäte Oberflächen über. In aufwendigen Abdeckverfahren müssen die makroskopisch glatten Oberflächenbereiche, die Kontaktanschlussflächen, Bondfinger oder andere Komponenten darstellen sollen, vor einer Aufrauung geschützt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen zur wenigstens teilweisen Verbindung mit einer Substanz bestimmten Metallgegenstand zu schaffen, der keine zusätzlichen adhäsionsfordernden Materialien aufweist, um ein mechanisches intensives Verbinden seiner Oberfläche mit einer weiteren Substanz zu ermöglichen. Dabei soll die makroskopisch glatte Oberfläche des Metallgegenstandes erhalten bleiben. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung das Verbinden von makroskopisch ebenen Oberflächen metallischer Gegenstände mit einer Substanz zu vereinfachen und mechanisch stabile Phasenübergänge zu schaffen. Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den ünteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein zur wenigstens teilweisen Beschichtung mit einer Substanz bestimmter Metallgegenstand, insbesondere Verbindungs-, Trag- oder Leitungskomponenten für ein elektronisches Bauteil geschaffen, der makroskopisch glatte Oberflächenabschnitte aufweist. Dabei sind in einem Bereich wenigstens eines Oberflächenabschnitts eine Vielzahl mehrfach gekrümmter und auf dem' betreffenden Oberflächenabschnitt austretender offener Nanoporen vorgesehen. Derartig mikroskopisch kleine Nanoporen fördern in vorteilhafter Weise das mechanische Verbinden des Metallgegenstands mit einer Substanz, jedoch bleibt makroskopisch der Oberflächenabschnitt beziehungsweise die gesamte Oberfläche des Metallgegenstandes glatt und eben. Unter mikroskopisch klein werden in diesem Zusammenhang Abmessungen verstanden, die nur noch unter einem Elektronenmikroskop erfassbar und messbar sind.
Ein Vorteil dieses Metallgegenstandes ist es, dass beliebige Substanzen insbesondere Glas, Keramik und Kunststoff in den Nanoporen verankert werden können, wobei diese Verankerung aufgrund der mehrfachen Krümmung der Nanoporen dreidimensional erfolgt und somit eine zuverlässige Haftung und formschlüssige Verbindung der Substanz auf dem Metallgegenstand gewährleistet ist. Darüber hinaus hat der erfindungsgemäße Gegenstand den Vorteil, dass eine makroskopisch glatte Oberfläche trotz der Nanoporen erhalten bleibt, so dass ein Veredeln oder ein Beschichten der Oberflächenabschnitte, ein Bonden, ein Löten und andere Techniken, bei denen glatte Oberflächen eines Metallgegenstandes Voraussetzung sind, möglich bleiben. In einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der Nanoporen wird die Metalloberfläche zunächst oxidiert und anschließend wird die entstandene Metalloxidschicht reduziert, so dass das Material im Bereich des Oberflächenabschnittes mit Nanoporen identisch ist mit dem Material des Metallgegenstandes. Außerdem können sowohl die Oxidation als auch die Reduktion des Metallgegenstandes in trockenen Prozessen durchgeführt werden, wobei keine Kontamination von Fremdstoffen in den Nanoporen verbleiben. Es bilden sich folglich hochreine metallische Oberflächen aus, die unmittelbar mit der aufzubringenden Substanz mechanisch verbunden werden können.
Eine Reduktion der Metalloxidschicht kann derart eingestellt werden, dass ein Metallgegenstand zum wenigstens teilweisen Beschichten mit einer Substanz entsteht, der eine vergrabene Metalloxidschicht aufweist. In diesem Fall weist der Metallgegenstand einen massiven Metallkern auf, der im Bereich wenigstens eines Oberflächenabschnittes wenigstens einen porösen makroskopisch ebenen Metallschichtbereich aufweist. Dabei weist der Metallschichtbereich einerseits das Material des Metallkerns auf und andererseits zeigt er mehrfach gekrümmte offene Nanoporen. Diese Nanoporen treten an der Oberfläche des Metallschichtbereichs aus. Zwischen dem Metallschichtbereich mit Nanoporen und dem massiven Metallkern ist eine porenfreie vergrabene Schicht aus Metalloxid angeordnet.
Mit dieser Dreischichtigkeit aus mit Nanoporen behaftetem Metall, porenfreiem Metalloxid und porenfreiem Metallkern ist der Vorteil verbunden, dass die vergrabene Schicht aus Metalloxid eine elektrisch isolierende Schicht bildet, so dass beim Aufbringen von elektrisch leitenden Substanzen diese von dem Metallkern des Metallgegenstandes elektrisch isoliert sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Oberflächenabschnitt mit Nanoporen zu einer porenfreien Metalloberfläche benachbart angeordnet sein. Derartige Strukturen und Geometrien sind möglich, wenn der Oxidations- und Re- duktionsprozess lediglich auf die Oberflächenabschnitte des Metallgegenstandes beschränkt werden, die mit einer Substanz mechanisch zu verbinden sind. Anstelle einer porenfreien Metalloberfläche kann der Oberflächenabschnitt mit Nanoporen auch von einer porenfreien Metalloxidfläche umgeben sein. Für diese Ausführungsform des Metallgegenstandes wird die gesamte Oberfläche zunächst oxidiert und nur an den Oberflächenabschnitten reduziert, an denen Nanoporen gebildet werden sollen. Wird diese Reduktion bis zum Metallkern hinunter durchgeführt, so ergeben sich einzelne Inseln oder Oberflächenabschnitte des Metallgegenstandes, die mit einer Substanz intensiv verbindbar sind, während die umgebenden Flächen sich gegenüber der umgebenden Substanz gleitend verschieben können, so dass beispielsweise thermische Spannung abbaubar ist. Außerdem ist eine derartige Oberflächenstruktur besonders geeignet, Außenkontaktflachen mit Nanoporen und umgebende Lötstopflächen herzustellen, was ein Aufbringen von Lötstoplack- schichten entbehrlich macht und in ihren Haft- und Verbindungseigenschaften verbesserte Außenkontaktflachen bereitstellt.
Der erfindungsgemäße Metallgegenstand ist besonders geeignet Durchkontakte aus Metall zu verbessern, wobei die Durchkontakte durch Glas, Keramik oder Kunststoff führen. Dazu kann der Durchkontakt aus Metall in Form von Flachleitern oder Leitungsdrähten in seinem Durchkontaktbereich einen Oberflä- chenabschnitt mit einer Vielzahl mehrfach gekrümmter und auf dem betreffenden Oberflächenabschnitt austretender offener Nanoporen aufweisen. Diese Nanoporen sind im Fall des Durchkontaktes mit der zu verbindenden Substanz, wie Glas, Keramik oder Kunststoff gefüllt, so dass die Substanz trotz makroskopisch glatter Oberflächenbereiche des metallischen Durchkontaktes mit diesem eng verzahnt ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein derartiger Durchkontakt als Metallgegenstand Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweist. Kupfer oder Kupferlegierungen sind bevorzugt für derartige mechanisch mit Glas, Keramik oder Kunststoff verbundenen Durchkontakte, da sie einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen. Jedoch kann der thermische Ausdehnungskoeffizient von Kupfer oder Kupferlegierungen nicht beliebig an die Substanz angepaßt werden, so dass in weiteren Ausführungsformen der Erfindung auch Metallgegenstände aus Chrom/Nickel/Eisen-Legierungen als Durchkontakte eingesetzt werden, zumal insbesondere Nickel-Eisen- Legierungen je nach Zusammensetzung an unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Substanzen angepasst werden können.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind mehrere Metallgegenstände, wie Flachleiterenden, innere Flachleiter oder Chipinseln, auf denen Halbleiterchips angeordnet sind, mit einer Kunststoffgehäusemasse eines elektronischen Bauteils zu verbinden. Dazu weisen die Metallgegenstände makroskopisch glatte Oberflächenabschnitte auf, wobei im Bereich wenigstens eines Oberflächenabschnitts eine Vielzahl mehrfach gekrümmter und auf dem betreffenden Oberflächenabschnitt austretender offener Nanoporen vorgesehen sind, die mit Kunststoffgehäusemasse, welche mit den Metallgegenständen mechanisch zu verbinden ist, gefüllt sind. Somit läßt sich ein elektronisches Bauteil realisieren, bei dem die metallischen Gegenstände oder Metallkomponenten nicht mit einer zusätzlichen Haftvermittlerschicht oder Adhäsionsschicht zu beschichten sind, so dass in den Gesamtaufbau kein zusätzliches Material, das die Lebensdauer des Bauteils herabsetzen könnte, eingebracht wird. Vielmehr kommen lediglich die für die Metallgegenstände erforderlichen Metalle zum Einsatz und werden unmittelbar mit der Kunststoffgehäusemasse ohne weitere Zusätze verbunden.
Der erfindungsgemäße Gegenstand läßt sich auch bei elektronischen Bauteilen mit einem Kunststoffgehäuse und einem Halbleiterchip, der metallische Leiterbahnen aufweist, einsetzen. Der Halbleiterchip wird auf seiner aktiven Oberseite gegen äußere Einflüsse mit einer Passivierungsschicht aus Keramik abgeschlossen. Diese Keramikschicht liegt teilweise auf glatten, metallischen Leiterbahnen, wobei die Keramikschicht insbesondere Siliziumnitrid aufweist. Um diese Keramikschicht aus Siliziumnitrid auch auf den makroskopisch glatten Oberflächenabschnitten der Leiterbahnen zu verankern, können im Bereich wenigstens eines der Oberflächenabschnitte eine Vielzahl mehrfach gekrümmter und auf dem betreffenden Oberflächenabschnitt der Leiterbahn austretender offener Nanoporen vorgesehen werden. Diese Nanoporen sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung mit Keramikmasse gefüllt und somit sind die Leiterbahnen und' die Keramikmasse eng miteinander mechanisch verbunden.
Ein weiterer vorteilhafter Anwendungsfall des erfindungsgemäßen metallischen Gegenstandes ist in der Verwendung für metallische Chipinseln zu sehen. Diese Chipinseln weisen makroskopisch glatte Oberflächenabschnitte auf, mit denen der Halbleiterchip elektrisch zu verbinden ist. Dazu wird ein Leitkleber zwischen dem Halbleiterchip und der makroskopisch glatten Oberfläche der Chipinsel eingesetzt. Die mechanische Verbindung zwischen dem Leitkleber und der Chipinsel kann intensiviert werden, wenn eine Vielzahl mehrfach gekrümmter und auf dem betreffenden Oberflächenabschnitt austretender offener Nanoporen vorgesehen wird. Damit wird der Leitklebstoff neben seiner elektrischen Verbindung nun auch mechanisch mit der metallischen Chipinsel verbunden, indem er die gekrümmten Nanoporen auffüllt.
Beim Verbinden von strukturierten Metallfolien als Zwischenlage zwischen zwei mechanisch zu verbindenden Substanzen, beispielsweise aus Keramik und Kunststoff, die jeweils einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, können Probleme auftreten, so dass sich die Substanzen von den strukturierten Metallfolien delaminieren. Eine Delamination der Substanzen von den strukturierten Metallfolien kann verhindert werden, wenn die Metallfolie auf beiden Seiten makroskopisch glatte Oberflächenabschnitte aufweist, die in einem Oberflächenabschnitt eine Vielzahl mehrfach gekrümmter und auf dem betreffenden Oberflächenabschnitt austretender offener Nanoporen aufweist. Diese Nanoporen sind dann jeweils mit dem Material eines der über die Metallfolie mechanisch zu verbindenden Substanzen gefüllt. Somit wird vorteilhaft eine Delamination eines derartigen Laminats aus unterschiedlichen Substanzen mit zwischenliegender, strukturierter Metallfolie verhindert.
Die Nanoporen in einem derartigen Metallgegenstand haben einen mittleren Durchmesser D von 10 nm bis 300 nm. Die mittlere Dichte der Nanoporen auf der Oberfläche des Metallgegenstandes ist so bemessen, dass die makroskopisch glatte Oberfläche durch die Nanoporen nicht gestört wird und auch nicht verwölbt oder zusammenfällt. Die Tiefe der Nanoporen liegt je nach vorbereitetem Metalloxid zwischen 0,1 Mikrometer bis 10 Mikrometer. Ist eine porenfreie vergrabene Schicht aus Metalloxid vorgesehen, so kann deren Dicke d zwischen 0,1 Mikrometer und 3 Mikrometer liegen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Metallgegenstandes zum wenigstens teilweisen mechanischen Verbinden mit einer Substanz weist nachfolgende Verfahrensschritte auf.
Zunächst wird eine teilweise Oxidation des Metallgegenstandes unter Bilden einer Metalloxidschicht auf einem Oberflächenabschnitt des Metallgegenstandes durchgeführt. Danach erfolgt eine Reduktion der Metalloxidschicht zu einer porösen Struktur mit mehrfach gekrümmten aus dem Oberflächenabschnitt austretenden offenen Nanoporen. Basierend auf der heterogenen Kinetik bei dieser Oxidschichtreduktion bleibt die wieder entstehende Metalloberfläche mit einer entsprechenden Nano e- terporosität zurück. Diese Struktur bildet sich als Schwammstruktur an der Oberfläche des Metallgegenstandes aus, da das Molvolumen der Metalloxide nach der Oxidation generell größer ist als das der entsprechenden Metalle.
Die Maße und die Anzahl der Poren kann durch die Parameter „Oxidationsgeschwindigkeit, Oxiddicke, Reduktionsgeschwindigkeit" sowie durch zyklisches Oxidieren und Reduzieren und erneutes Oxidieren und Reduzieren frei eingestellt werden. Dabei können die Systemparameter, wie Oxidations-/Reduktions- Temperatur und Oxidation-/Reduktions-Zeit sowie der Par- tialdruck der Sauerstoffkomponente der oxidierenden Atmosphäre kann beim Oxidationsschritt variiert werden, ebenso der Partialdruck des reduzierenden Mediums bei dem Reduktionsschritt kann variiert werden. Nanoporen können jedoch nur auf solchen Metallen stabil hergestellt werden, die auch stabile Oxide bilden, das heißt deren Oxide nicht verdampfen. Außerdem müssen diese Oxide bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Metalle mit einem reduzierenden Medium wie Wasserstoff reduzierbar sein. Somit sind hier besonders Kupfer und Kupferlegierungen sowie Nickel/Chrom/Eisen- Legierungen einsetzbar.
•Dabei kann bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens die Reduktion der Metalloxidschicht nicht vollständig erfolgen, so dass eine vergrabene Metalloxidschicht auf der Oberfläche des Metallgegenstandes als Zwischenlage verbleibt. Auch kann die Reduktion der Metalloxidschicht nur; auf bestimmte Oberflächenabschnitte begrenzt werden, so dass der Oberflächenabschnitt aus Metall mit Nanoporen von einer porenfreien Metalloxidschicht umgeben ist. Der Vorteil derartiger Schichten wurde bereits oben erörtert. Um eine Reduktion der gesamten Oxidschicht auf bestimmte Oberflächenabschnitte zu begrenzen, wird auf die nicht zu reduzierenden Flächen eine Schutzschicht aufgebracht.
In einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird die Oxidation in einer sauerstoffhaltigen trockenen Atmosphäre mit einem Sauerstoffanteil von 20 bis 100 Vol.% durchgeführt. Die Oxidationstemperatur hängt dabei von der Art des Metallgegenstandes ab. Eine trockene Oxidation hat den Vorteil, dass sie sehr dichte, aber langsam aufwachsende Schichten bildet. Eine derartige trockene Oxidation gewährleistet gleichzeitig, dass die später reduzierten Bereiche ein zusammenhängendes Metallskelett bildet, das makroskopisch eine glatte Oberfläche aufweist. Die Oxidation der Metalloberfläche kann auch in einer feuchten, sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt werden, wobei die relative Feuchte zwischen 60 und 95% liegt und der Sauerstoffanteil 20 bis 98 Vol.% aufweisen kann. Die feuchte Oxidation verläuft schneller als die trockene Oxidation, da die Wassermoleküle wesentlich kleiner sind als die Sauerstoffmoleküle und somit ihre Diffusionsgeschwindigkeit durch bereits gebildete Oxidlagen größer ist als bei der trockenen Oxidation. Während die trockene Oxidation für einen Kupfergegenstand oder einen Gegenstand aus einer Kupferlegierung bei Temperaturen zwischen 300 und 600 °C für 10 bis 20 Minuten durchgeführt werden kann, reicht für eine feuchte Oxidation ein niedrigerer Temperaturbereich zwischen 300 und 500 °C aus. Der Oxidationsvorgang einer feuchten Oxidation von Kupfer oder einer Kupferlegierung dauert lediglich zwischen 5 und 10 Minuten.
Der niedrigere Temperaturbereich der feuchten Oxidation hat den Vorteil, dass die Metalloberflächen eines elektronischen Bauteils auch nach dem Aufbringen eines Halbleiterchips auf die Chipinsel und nach dem Drahtbonden des Halbleiterchips mit den entsprechenden inneren Flachleiterenden erfolgen kann. Dazu muss lediglich der Halbleiterchip die thermische Belastung aushalten, wird aber nicht von zusätzlichen Chemikalien, wie es beim galvanischen Aufbringen von Adhäsionsschichten der Fall ist, kontaminiert. Somit können nach der fertigen Montage eines Halbleiterchips auf einen Flachleiterrahmen und nach Fertigstellung sämtlicher elektrischer Verbindungen die freiliegenden Oberflächenabschnitte der verschiedenen Metallkomponenten mit Nanoporen durch Oxidation und Reduktion versehen werden, so dass eine intensive Verbindung mit einer anschließend aufzubringenden Kunststoffgehäusemasse hergestellt werden kann. Die Reaktionstemperatur oder Oxidationstemperatur bei Metallgegenständen aus Chrom/Nickel/Eisen-Legierungen liegen bei Temperaturen zwischen 500 und 900°C. Das bedeutet, dass für derartige Metallgegenstände wesentlich höhere Oxidationstem- peraturen einzusetzen sind als bei Kupferlegierungen. Derartige Drähte aus diesen Metall-Legierungen finden jedoch Einsatz bei Durchkontakten durch Gläser und Keramiken, da ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient an den Ausdehnungskoeffizienten von Gläsern und Keramiken angepaßt werden kann. Jedoch war bisher die mechanische Verankerung und Verbindung mit den Gläsern und Keramiken ein Problem, das mit der nun vorliegenden Erfindung gelöst ist.
Bei der Oxidation wird eine Oxidschicht zwischen 0,1 und 10 Mikrometer Dicke auf dem Metallgegenstand wachsen. Diese Dik- ke kann, wie oben bereits erwähnt, durch die Oxidationspara- meter Temperatur, Zeit und durch die Oxidationsatmosphäre sowie durch Wahl eines geeigneten Metallmaterials gezielt eingestellt werden. Somit können mit dieser Oxidschichtdicke gleichzeitig die Tiefen der unterschiedlichen Nanoporen vorab definiert werden.
In einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird die Reduktion in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt. Die Temperatur der Reduktion liegt dabei zwischen 300 und 500°C für Kupferoxidschichten. Bei Oxidschichten auf der Basis von Chrom/Nickel/Eisen-Legierungen liegen die Reduktionstemperaturen entsprechend höher. Als Wasserstoffhaltige Komponenten in der Reduktionsatmosphäre können Dia in, Formiergas, Hydrazin und/oder Formaldehyd eingesetzt werden. Außerdem kann durch eine mehrfache Durchführung von Oxidation und Reduktion eine Vergrößerung und Vertiefung der Nanoporen erreicht werden.
Sollen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren elektronische Bauteile hergestellt werden, so sind folgende Verfahrensschritte durchzuführen. Zunächst wird mindestens teilweise ein Oxidieren von metallischen Komponenten des elektronischen Bauteils durchgeführt, die in einer Kunststoffgehäusemasse zu verpak- ken sind. Nach der Oxidation werden diese teilweise oxidier- ten metallischen Komponenten unter Bildung mehrfach gekrümmten Nanoporen reduziert, die aus entsprechenden reduzierten Oberflächenabschnitten der Komponenten austreten. In diese offenen Poren kann das Material des Gehäuses wie die Kunststoffgehäusemasse eindringen und eine feste Verankerung mit den mechanischen Komponenten realisieren, so dass das elektronische Bauteil eine erhöhte Lebensdauer aufweist.
Für das Herstellen eines elektronischen Bauteils mit einem Halbleiterchip kann der Halbleiterchip mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders präpariert werden, um eine Passivierungsschicht auf der aktiven Oberfläche des Halbleiterchips feuchtigkeitsresistent aufzubringen. Dazu werden zumindest teilweise die metallischen Leiterbahnen auf der aktiven Oberseite des Halbleiterchips oxidiert und anschließend werden diese teilweise oxidierten metallischen Leiterbahnen unter Bilden von mehrfach gekrümmten Nanoporen reduziert, wobei die Nanoporen aus entsprechend reduzierten Oberflächenabschnitten der Leiterbahnen austreten. Anschließend wird in die offene Nanoporen die Passivierungsschicht aus Polyimid, Siliziumkarbid, Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid eingebracht, so dass die Leiterbahnen aufweisenden Flächen des Halbleiterchips unter Auffüllen dieser Nanoporen mit dem Material der Passivierungsschicht geschützt sind und die Gefahr der Delamination der Passivierungsschicht von der aktiven Oberseite des Halbleiterchips für derartige elektronische Bauteile vermindert ist.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Haftung von Polymeren auf makroskopisch glatten Metalloberflächen einerseits durch eine chemische Bindung zwischen den auf den Metalloberflächen vorhandenen Metalloxiden und einer funktioneilen Gruppe des organischen Moleküls des Polymers charakterisiert sind. Diese Bindungskräfte sind jedoch äußerst schwach und beruhen auf einer Van der Waal" sehen Wechselwirkung. Somit ist die Haftung auf reinen und glatt polierten Metalloberflächen äußerst schlecht. Eine hohe Haftung wird jedoch durch eine raue Oberflächenstruktur erreicht, die mit Hilfe von galvanisch abgeschiedenen Adhäsionsschichten verwirklicht wird. Derartigen Adhäsionsschichten haben jedoch den Nachteil, dass sie in das Gesamtgefüge und Konzept Verunreinigungen und Kontaminationen einbringen. Diese können die Lebensdauer von elektronischen Bauteilen insbesondere mit Halbleiterchips erheblich vermindern.
Der erfindungsgemäße Metallgegenstand weist hingegen Metalloberflächen mit Poren auf im Nanometermaßstab . Dazu wird das entsprechende Metall zuerst thermisch oxidiert bis zu einer Oxiddicke zwischen 0,1 und 10 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 1 bis 5 Mikrometern. Anschließend wird das vorliegende Metalloxid thermisch im Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff, wie einem Formiergas, das 5% Wasserstoff enthält reduziert. Basierend auf der heterogenen Kinetik bei der Oxidschichtreduktion bleibt die wieder entstehende Metalloberfläche mit einer entsprechenden Nanometer-Porosität zurück. Diese Metallstruktur bietet sich quasi als Schwammstruktur an der Substratoberfläche aus, weil das Molvolumen der Metal- loxide generell größer ist als das der entsprechenden Metalle.
Die Maße und die Anzahl der Poren kann durch die Parameter „Oxidgeschwindigkeit, Oxiddicke, Reduktionsgeschwindigkeit" sowie durch zyklisches Oxidieren-Reduzieren-Oxidieren- Reduzieren frei eingestellt werden. Dabei werden die Systemparameter, wie Oxidations-/Reduktions-Temperatur und -Zeit sowie dem Partialdruck von Sauerstoff beim Oxidationsschritt und dem Partialdruck von Wasserstoff beim Reduktionsschritt eingesetzt, um eine vorgegebene Oxidationsdicke und damit eine vorgegebene Porentiefe der Nanoporen zu erreichen. Verwendbar für diesen Prozess sind prinzipiell alle Metalle, die stabile Oxide bilden und deren Oxide unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls mit Wasserstoff reduziert werden können.
Durch diese Maßnahme werden haftvermittelnde Oberflächen generiert ohne ein Aufbringen oder ein Abscheiden von Fremdsubstanzen. Dadurch entfällt eine Kontamination des Substrats mit Fremdsubstanzen, was die Lebensdauer der Bauteile erhöht. Für Bauteile besteht somit die Möglichkeit der Behandlung sowohl vor dem Chip-Bonden und Drahtbonden als auch die Möglichkeit, die haftvermittelnde Schicht mit Nanoporen nach dem Chip/Drahtbonden zu generieren. Der Chip muss lediglich die thermische Behandlung aushalten, die bei Oxidation und Reduktion erforderlich sind. Jedoch wird er nicht mit Chemikalien beaufschlagt wie bei herkömmlich aufgebrachten Adhäsiόns- schichten. Die dadurch gebildete Struktur besteht ausschließlich aus dem Metall des Metallgegenstandes und somit ist keine weitere Grenzfläche zwischen dem Metallgegenstand und der haftvermittelnden Struktur mit Nanoporen vorhanden. Zwar wird beim mechanischen oder ätztechnischen Aufrauen einer Metall- Oberfläche auch keine zusätzliche Substanz in Form einer Adhäsionsschicht in das System eingebracht, jedoch geht dabei die makroskopisch glatte Oberfläche verloren und es bilden sich keine Verankerungsstrukturen in Form von mehrfach gekrümmten Nanoporen aus .
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Metallgegenstandes,
Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen
Teil eines Metallgegenstandes nach Oxidation seiner Oberfläche,
Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach Reduktion des Metalloxids zu Metall mit Nanoporen im Metallgefü- ge,
Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines mit einer Substanz mechanisch verbundenen Metallgegenstandes,
Figuren 5 bis 7 zeigen schematische Querschnitte durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach Verfahrensschritten zum Herstellen eines Metallgegenstandes mit vergrabener Oxidschicht,
Figuren 8 bis 10 zeigen schematische Querschnitte durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach Verfahrensschritten zur Herstellung eines Oberflächenabschnittes mit Nanoporen,
Figuren
11 bis 13 zeigen schematischen Querschnitte durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach Verfahrensschritten zur Herstellung eines von einer porenfreien Metalloxidschicht umgebenen Oberflächenabschnittes mit Nanoporen in einer Metallmatrix,
Figuren
14 bis 16 zeigen schematische Querschnitte durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach Verfahrensschritten zur Herstellung eines isolierten Oberflächenabschnittes mit Nanoporen in einer Metallmatrix.
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Metallgegenstandes. Dieser Metallgegenstand hat eine makroskopisch glatte Oberfläche 3, die eine noch porenfreie Metalloberfläche 9 bildet.
Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Metallgegenstandes, nach Oxidation seiner Oberfläche. Dabei entsteht eine Metalloxidschicht 12 mit einer porenfreien Metalloxidoberfläche 10, welche die Oberfläche des abgebildeten Teils des Metallgegenstandes bedeckt. Die Dicke V der Metalloxidschicht ist größer als die Tiefe der bei der Oxidation verbrauchten Metallmenge der porenfreien Metalloberfläche 9, wie sie in Figur 1 gezeigt wird, da das Molvolumen des Metalloxids generell größer ist als das des entsprechenden Metalls. Die Oxidation wird erreicht, indem der Metallgegenstand in einen Oxidationsofen bei einem Sauerstoffgehalt zwischen 20 und 100 Vol.% gelegt wird, wobei der Gegenstand bereits an Luft bei entsprechend hohen Temperaturen oxidieren kann.
Die Oxidationstemperatur im Oxidationsofen für einen Metallgegenstand aus Kupfer oder einer Kupferlegierung wird zwischen 300 und 600°C für 5 bis 20 Minuten eingestellt. Dabei ist die höhere Temperatur und die längere Zeit für eine trok- kene Oxidation erforderlich, und die kürzere Zeit und die niedrigere Temperatur kann durch feuchte Oxidation erreicht werden. Für eine feuchte Oxidation wird die Reaktionsatmosphäre mit einer relativen Feuchte zwischen 60 bis 95% und mit Temperaturen zwischen 300 und 500 °C gefahren.
Die Dicke V der Oxidschicht liegt zwischen 0,1 und 10 Mikrometern und kann durch Einstellen der Oxidationsparameter genau gesteuert werden.
Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach Reduktion der Metalloxidschicht 12 zu Metall mit Nanoporen im Metallgefüge. Durch die heterogene Kinetik bei dieser Oxidschichtreduktion bleibt die wieder entstehende Metalloberfläche mit einer entsprechenden Porosität aus Nanoporen zurück. Dabei sind die Nanoporen zur Oberseite hin offen. Der Durchmesser der Nanoporen D liegt zwischen 10 und 300 Nanometern. Die Grenze oder Tiefe t der Nanoporen wird durch die in Figur 2 gezeigte Tiefe V der Metalloxidschicht 12 bestimmt. Bei vollständiger Reduktion der in Figur 2 gezeigten Metalloxidschicht 12 wird eine makroskopisch glatte Oberfläche 3 aus Metall mit Nanoporen 5, die sich bis zur Oberfläche erstrecken und eine Tiefe von t aufweisen, erzielt. Die Reduktion selbst wird in einer reduzie- renden Atmosphäre von 300 bis 500 °C für die Reduktion von Kupfer oder Kupferlegierungen durchgeführt. Für die Reduktion werden wasserstoffhaltige Komponenten eingesetzt. Dabei kann Formiergas mit 5% Wasserstoffgehalt zum Einsatz kommen oder Diamin, eine Verbindung zwischen Stickstoff und Wasserstoff, eingesetzt werden. Ferner ist es möglich, auch Hydrazin oder Formaldehyd für die Wasserstoffreduktion in einem entsprechenden Reduktionsofen zu verwenden.
Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines mit einer Substanz verbundenen Metallgegenstandes.' Derartige Metallgegenstände sind vorzugsweise Komponenten eines elektronischen Bauteils, das einen Halbleiterchip aufweist. In diesem Fall veranschaulicht der hier dargestellte Metallgegenstand 2 das innere Ende eines Flachleiters eines elektronischen Bauteils und die Substanz 1 ist in diesem Beispiel der Figur 4 eine Kunststoffgehäusemasse, in die der Flachleiter und andere metallische Komponenten des elektronischen Bauteils, wie Bonddrähte und Chipinseln, eingebettet werden. Durch die Nanoporen 5 in der Oberfläche des Metallgegenstands 2 wird eine enge formschlüssige Verzahnung unter Beibehaltung einer makroskopisch glatten Oberfläche 3 des Metallgegenstands 2 erreicht. Ferner sind keinerlei Chemikalien erforderlich, um diesen Verbund zu realisieren.-
Anstelle von einer Kunststoffgehäusemasse kann auch als Substanz 1 ein Siliziumnitrid, eine Polyimidschicht oder eine Siliziumdioxidschicht beispielsweise auf Leiterbahnen als Metallgegenstand 2 eines Halbleiterchips abgeschieden werden, wenn vorher diese Leiterbahnen an ihrer Oberfläche entsprechend durch Oxidation und Reduktion für die Aufnahme des Materials einer Passivierungsschicht vorbereitet wurden. Die Figuren 5 bis 7 zeigen schematische Querschnitte durch einen Teil eines Metallgegenstandes 2 nach Verfahrensschritten zum Herstellen eines Metallgegenstandes 2 mit vergrabener Metalloxidschicht 8. Bei diesem Herstellungsverfahren wird genauso wie in den ersten drei Figuren 1 bis 3 verfahren, jedoch wird bei der Reduktion diese früher beendet als dies für eine vollständige Reduktion der in Figur 6 gezeigten Metalloxidschicht 12 erforderlich wäre. Damit kann eine vergrabene Oxidschicht 8 wie sie in Fig. 7 gezeigt wird gebildet werden, die isolierend wirkt und besonders geeignet ist, wenn Leiterbahnen eines Halbleiterchips mit einer Passivierungsschicht aus Keramik oder Polyimid zu versehen sind.
Figur 5 zeigt wieder einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Metallgegenstandes. Dieser Metallgegenstand hat eine makroskopisch glatte Oberfläche 3, die eine noch porenfreie Metalloberfläche 9 bildet.
Figur 6 zeigt wieder einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach Oxidation seiner Oberfläche. Dabei entsteht eine Metalloxidschicht 12, welche einen porenfreien Metallkern 6 bedeckt.
Figur 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Metallgegenstand nach nicht vollständiger Reduktion der in Figur 6 gezeigten Metalloxidschicht 12. Dabei bilden sich drei Schichtbereiche aus. Einmal ein Metallschichtbereich 7 mit Nanoporen 5, wobei dieser Metallschichtbereich 7 das gleiche Material aufweist wie der massive Metallkern 6, während zwischen dem Metallkern 6 und dem Metallschichtbereich 7 die vergrabene Metalloxidschicht 8 angeordnet ist und eine Dicke d aufweist. Die Dicke d kann durch Einstellen der Dauer und der Temperatur der Reduktionsphase eingestellt werden. Die Figuren 8 bis 10 zeigen schematische Querschnitte durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach Verfahrensschritten zur Herstellung eines Oberflächenabschnittes mit Nanoporen.
Figur 8 zeigt dazu einen Querschnitt durch einen porenfreien massiven Metallkern 6, der auf seiner glatten Oberseite 3 durch eine Maske 13 abgedeckt ist, so dass nur ein Oberflächenabschnitt 14 oxidiert wird.
Figur 9 zeigt den Querschnitt durch den Metallgegenstand nach der Oxidation und nach Abnahme der Maske 13. Dabei entsteht eine Überhöhung in dem Oberflächenabschnitt 14 aufgrund der Oxidation und der Volumenzunahme des Metalloxids gegenüber dem Metallkern 6.
Figur 10 zeigt den Metallgegenstand nach Reduktion der in Figur 9 erzeugten Oxidschicht, wobei die Überhöhung zwar erhalten bleibt, aber die entstehende reduzierte Metallstruktur Nanoporen 5 aufweist. Dieser Oberflächenabschnitt mit Nanoporen 5 ist geeignet, um den Metallgegenstand an dieser Stelle beispielsweise einer Außenkontaktflache einer Metallstruktur mit einem weiteren Material, wie einem Außenkontakt oder Lötball, mechanisch zu verbinden.
Figuren 11 bis 13 zeigen schematische Querschnitte durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach Verfahrensschritten zur Herstellung eines von einer porenfreien Metalloxidschicht umgebenen Oberflächenabschnittes mit Nanoporen in eine Metallmatrix. Figur 11 zeigt wieder einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Metallgegenstandes. Dieser Metallgegenstand einem Metallkern 6 hat eine makroskopisch glatte Oberfläche 3, die eine noch porenfreie Metalloberfläche 9 bildet.
Figur 12 zeigt wieder einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach Oxidation seiner gesamten Oberfläche. Dabei entsteht eine Metalloxidschicht 12, welche einen porenfreien Metallkern 6 bedeckt. Diese Metalloxidschicht wird mit einer Maske 13 teilweise abgedeckt, so daß nur der Oberflächenbereich 14 reduziert werden kann.
Figur 13 zeigt den reduzierten Bereich, der von der in Figur
12 gezeigten Metallmaske 13 freigehalten wird. Mit der Figur
13 wird das Ergebnis der Reduktion gezeigt, nachdem die Maske 13 entfernt wurde. Ein derartig präparierter Metallgegenstand weist Isolationsflächen auf in Form von Metalloxidflächen 12 und Oberflächenabschnitte 14, die leitend sind und zusätzlich Nanoporen aufweisen, so dass eine weitere Substanz mit dieser Fläche mechanisch verbunden werden kann. Eine derartige Struktur ist besonders geeignet zur Aufbringung von Außenkontakten in Form von Lotbällen, da automatisch durch die umgebende Metalloxidschicht 12 eine Lötstopschicht realisiert wird, während im Bereich der Nanoporen eine ideale Verankerung des Lotballes mit der Außenkontaktflache möglich wird.
Die Figuren 14 bis 16 zeigen schematische Querschnitte durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach Verfahrensschritten zur Herstellung eines isolierten Oberflächenabschnittes mit Nanoporen in einer Metallmatrix.
Figur 14 zeigt wieder einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Metallgegenstandes. Dieser Metallgegenstand hat eine makroskopisch glatte Oberfläche 3, die eine noch porenfreie Metalloberfläche 9 bildet.
Figur 15 zeigt wieder einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach Oxidation seiner gesamten Oberfläche. Dabei entsteht eine Metalloxidschicht 12, welche einen porenfreien Metallkern 6 bedeckt. Diese Metalloxidschicht wird anschließend von einer Maske 13 abgedeckt, die einen Oberflächenabschnitt 14 für eine Reduktion freigibt .
Figur 16 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Metallgegenstandes nach der Reduktion des Oberflächenabschnitts 14. Die Reduktion wurde bei diesem Durchführungsbeispiel vorzeitig gestoppt, so daß ein Metallschichtbereich mit Nanoporen entsteht, der ringsherum umgeben ist von einer Metalloxidschicht 12 und ebenso von dem massiven Metallkern 6 durch eine vergrabene Metalloxidschicht 8 isoliert ist. Das besondere an dieser Struktur ist, dass damit eine Metallstruktur in einem Metalloxid erzeugt wird, die das gleiche Metallmaterial aufweist wie der massive Metallkern 6.

Claims

Patentansprüche
1. Zur wenigstens teilweisen Beschichtung mit einer Substanz (1) bestimmter Metallgegenstand (2), insbesondere Verbindungs-, Trag- oder Leitungskomponente für ein elektronisches Bauteil, mit makroskopisch glatten Oberflächenabschnitten (3), wobei im. Bereich wenigstens eines Oberflächenabschnitts (4) eine Vielzahl mehrfach gekrümmter und auf dem betreffenden Oberflächenabschnitt austretender offener Nanoporen (5) vorgesehen sind.
2. Zur wenigstens teilweisen Beschichtung mit einer Substanz bestimmter Metallgegenstand (2) , insbesondere Verbindungs-, Trag- oder Leitungskomponente für ein elektronisches Bauteil, mit einem massiven Metallkern (6), der im Bereich wenigstens eines Oberflächenabschnitts (4) wenigstens einen porösen makroskopisch ebenen Metallschichtbereich (7) aufweist, wobei der Metallschichtbereich (7) das Material des Metallkerns (6) aufweist und wobei der Metallschichtbereich (7) mehrfach gekrümmte offene Nanoporen (5) aufweist, die an der Oberfläche des Metallschichtbereichs (7) austreten und wobei zwischen dem Metallschichtbereich (7) mit Nanoporen (5) und dem massiven Metallkern (6) mindestens eine porenfreie vergrabene Schicht (8) aus Metalloxid angeordnet ist.
3. Metallgegenstand nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenabschnitt (4) zu einer porenfreien Metalloberfläche (9) benachbart angeordnet ist.
4. Metallgegenstand nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenabschnitt (4) zu einer porenfreien Metalloxidoberfläche (10) benachbart angeordnet ist.
5. Metallgegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch zu verbindende Substanz (1) ein Glas, eine Keramik oder einen Kunststoff aufweist.
6. Durchkontakt aus Metall, mit makroskopisch glatten Oberflächenabschnitten (4), der in seinem Durchkontaktbe- reich einen Oberflächenabschnitt (4) mit einer Vielzahl mehrfach gekrümmter und auf dem betreffenden Oberflächenabschnitt austretender offener Nanoporen (5) aufweist, die mit einem Material der mit dem Durchkontakt mechanisch zu verbindenden Substanz (1) gefüllt sind.
7. Metallgegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch zu verbindende Substanz (1) ein Glas, eine Keramik oder einen Kunststoff aufweist.
8. Metallgegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallgegenstand (2) Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweist.
9. Metallgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallgegenstand (2) eine Chrom/Nickel/Eisen-Legierung aufweist.
10. Elektronisches Bauteil mit einem Halbleiterchip und einem Kunststoffgehäuse, das mehrere Metallgegenstände (2) , die mit der Kunststoffgehäusemasse (11) zu verbinden sind, aufweist, wobei die Metallgegenstände (2) makroskopisch glatte Oberflächenabschnitte (3) aufweisen und wobei im Bereich wenigstens eines Oberflächenabschnitts (4) eine Vielzahl mehrfach gekrümmter und auf dem betreffenden Oberflächenabschnitt (4) austretender offener Nanoporen (5) vorgesehen sind, die mit Kunststoffgehäusemasse (11) , welche mit den Metallgegenständen (2) mechanisch zu verbinden ist, gefüllt sind.
11. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallgegenstände (2) innere Flachleiterenden von Flachleitern eines elektronischen Bauteils sind.
12. Elektronisches Bauteil mit einem Kunststoffgehäuse und einem Halbleiterchip, der metallische Leiterbahnen aufweist, die mit einer Keramikschicht, insbesondere aus Siliziumnitrid, mechanisch zu verbinden sind, wobei die
' metallischen Leiterbahnen makroskopisch glatte Oberflächenabschnitte (4) aufweisen und wobei im Bereich wenigstens eines Oberflächenabschnitts eine Vielzahl mehrfach gekrümmter und auf dem betreffenden Oberflächenabschnitt (4) austretender offener Nanoporen (5) vorgesehen sind, die mit Keramikmasse, welche mit den Leiterbahnen zu verbinden ist, gefüllt sind.
13. Elektronisches Bauteil mit einem Kunststoffgehäuse und einem Halbleiterchip, das eine metallische Chipinsel für den Halbleiterchip aufweist, die mit einem Leitklebstoff zu versehen ist, wobei die metallische Chipinsel makroskopisch glatte Oberflächenabschnitte (4) aufweist, und wobei im Bereich wenigstens eines Oberflächenabschnitts (4) eine Vielzahl mehrfach gekrümmter und auf dem betreffenden Oberflächenabschnitt (4) austretender offener Nanoporen (5) vorgesehen sind, die mit dem Leitklebstoff, mit dem die Chipinsel mechanisch zu verbinden ist, gefüllt sind.
14. Strukturierte Metallfolie als Zwischenlage zwischen zwei mechanisch zu verbinden Substanzen (1) mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungsverhalten, wobei die Metallfolie auf beiden Seiten makroskopisch glatte Oberflächenabschnitte (3) aufweist, und wobei im Bereich wenigstens eines Oberflächenabschnitts (4) eine Vielzahl mehrfach gekrümmter und auf dem betreffenden Oberflächenabschnitt (4) austretender offener Nanoporen (5) vorgesehen sind, die jeweils mit dem Material einer der über die Metallfolie mechanisch zu verbinden Substanzen
(1) gefüllt sind.
15. Gegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanoporen (5) einen mittleren Durchmesser (D) von 10 nm bis 300 nm aufweisen.
16. Gegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nanoporen (5) von der Oberfläche aus bis in eine Tiefe (t) vor 0,1 μm bis 10 μm erstrecken.
17. Gegenstand nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die porenfreie vergrabene Schicht (8) aus Metalloxid eine Dicke (d) zwischen 0,1 μm bis 3 μm aufweist.
18. Verfahren zur Herstellung eines Metallgegenstandes (2) zum wenigstens teilweisen mechanischen Verbinden mit einer Substanz (1), das folgende Verfahrensschritte aufweist: mindestens teilweise Oxidation des Metallgegenstands (2) unter Bilden einer Metalloxidschicht (12) auf einem Oberflächenabschnitt (4) des Metallgegenstands (2) ,
Reduktion der Metalloxidschicht (12) zu einer porösen Struktur mit mehrfach gekrümmten aus dem Oberflächenabschnitt (4) austretenden offenen Nanoporen (5).
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , dass bei der Reduktion die Metalloxidschicht (12) nicht vollständig reduziert wird und eine vergrabene Metalloxidschicht (8) verbleibt.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Reduktion die Metalloxidschicht (8) nur in begrenzten Oberflächenbereichen reduziert wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidation in einer sauerstoffhaltigen trockenen Atmosphäre mit einem Sauerstoffanteil von 20 bis 100 Vol . % durchgeführt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei die Oxidation in einer feuchten sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt wird, wobei die relative Feuchte zwischen 60 und 95% liegt und der Sauerstoffanteil 20 bis 98 Vol.% aufweist.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die trockene Oxidation eines Kupfergegenstandes oder eines Gegenstandes einer Kupferlegierung bei Temperaturen zwischen 300 und 600 °C für 10 bis 20 Minuten durchgeführt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die feuchte Oxidation eines Kupfergegenstandes oder eines Gegenstandes einer Kupferlegierung bei Temperaturen zwischen 300 und 500 °C für 5 bis 10 Minuten durchgeführt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidation eines Metallgegenstandes einer Chrom/Nickel/Eisen-Legierung bei Temperaturen zwischen 500 °C und 900 °C durchgeführt wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Oxidation einen Oxidschicht zwischen 0,1 und 10 Mikrometern Dicke auf dem Metallgegenstand wächst.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion bei Temperaturen zwischen 300°C und 500°C durchgeführt wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion in einer reduzierenden Atmosphäre, die Diamin aufweist, durchgeführt wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion in einer reduzierenden Atmosphäre, die Formiergas aufweist, durchgeführt wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion in einer reduzierenden Atmosphäre, die Hy- drazin oder Formaldehyd aufweist, durchgeführt wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass
Oxidation und Reduktion mehrfach nacheinander durchgeführt werden.
33. Herstellen eines elektronischen Bauteils mit folgenden Verfahrensschritten : mindestens teilweises Oxidieren von metallischen Komponenten des elektronischen Bauteils, die in einer Kunststoffgehäusemasse (11) zu verpacken sind, Reduzieren der teilweise oxidierten metallischen Komponenten unter Bilden von mehrfach gekrümmten Nanoporen (5) , die aus entsprechenden reduzierten Oberflächenabschnitten (4) der Komponenten austreten,
Verpacken der Komponenten in einer Kunststoffgehäusemasse (11) zu elektronischen Bauteilen.
34. Herstellen eines elektronischen Bauteils mit einem Halbleiterchip mit folgenden Verfahrensschritten: mindestens teilweises Oxidieren von metallischen Leiterbahnen auf dem Halbleiterchip, - Reduzieren der teilweise oxidierten metallischen Leiterbahnen unter Bilden von mehrfach gekrümmten Nanoporen (5), die aus entsprechenden reduzierten Oberflächenabschnitten (4) der Leiterbahnen austreten,
Aufbringen einer Passivierungsschicht aus Polyimid, Siliziumkarbid, Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid auf der Leiterbahnen aufweisenden Fläche des Halbleiterchips unter Auffüllen der Nanoporen (5) mit dem Material der Passivierungsschicht.
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