NL1007318C2 - Elektroformeringsmatrijs voor toepassing bij het elektroformeren van metaalfolies, werkwijze voor de vervaardiging van een dergelijke matrijs en toepassing daarvan. - Google Patents

Description

975186/JV/nbr

Korte aanduiding: Elektroformeringsmatrijs voor toepassing bij het elektrofommeren van metaalfolies, werkwijze voor de vervaardiging van een dergelijke matrijs en toepassing daarvan

De uitvinding heeft in de eerste plaats betrekking op een elek-troformingsmatrijs voor toepassing bij het elektroformeren van metaalfolies met daarin door dammen gescheiden openingen, welke matrijs een drager met aan de opgroeizijde een geleiderpatroon van elektrische 5 geleiders omvat, welk geleiderpatroon is voorzien van een of meer aansluitingen op een stroombron.

Een dergelijke elektroformeringsmatrijs is bijvoorbeeld uit NL-C^-1001220 bekend. De daarin beschreven matrijs bestaat uit een kunststof substraat, een zogeheten malpatroonlaag, alsmede een elektrische 10 contacteringslaag. De malpatroonlaag van de matrijs bezit ten minste gedeeltelijk een oppervlakteruwheid van minder 100 nanometer teneinde het lossen van opgegroeide producten te vergemakkelijken. De contacteringslaag bestaat uit onderling elektrisch geïsoleerde delen, die elk voorzien zijn van een aparte aansluitdraad. Verder is bij voorkeur de 15 contacteringslaag in de bodem van de malpatroonlaag aangebracht. De malpatroonlaag omvat dammen, die een gelijke vorm en breedte bezitten. Met behulp van een dergelijke matrijs kan een galvanisch opgroeipro-duct met ten minste twee verschillende dikten of uit ten minste twee verschillende materialen worden vervaardigd, door de aansluitdraden op 20 een geschikt tijdstip selectief met een stroombron te verbinden, of verschillende galvanische baden toe te passen.

Een nadeel van bovenstaande werkwijze is dat voor het verkrijgen van een geëlektroformeerd product met verschillende dikten de schakel-tijdstippen voor het selectief aansluiten van de onderling elektrisch 25 geïsoleerde delen van de contacteringslaag op een stroombron nauwkeurig dienen te worden bewaakt.

Daarnaast treedt tijdens de afzetting van een metaal, bijvoorbeeld nikkel, uit een galvanisch bad (Nisq,) overgroei van het af gezette metaal op, d.w.z. dat de afgezette metaallaag niet alleen in een 30 richting loodrecht op het oppervlak, van de elektrische contacteringslaag zal groeien, maar ook over de rand van de elektrisch geleidende contacteringslaag heen. Hierdoor groeien de openingen in het product 10073 1 8 2 dicht. Een dergelijke dichtgroeiing is met name voor geëlektroformeer-de folies, zoals zeefproducten ongewenst, wanneer de gatdichtheid daarvan groot dient te zijn.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel een eléktroformerings-5 matrijs te verschaffen, waarbij zijdelingse overgroei van het geëlek-troformeerde product wordt tegengegaan.

Een verder doel van de uitvinding is om een matrijs te verschaffen, waarmee een sterk product met grote gatdichtheid kan worden vervaardigd.

10 Nog een ander doel van de uitvinding is een matrijs te verschaf fen, waarvan een geëlektroformeerd product op eenvoudige wijze kan worden gelost.

Weer een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een relatief eenvoudige en betrouwbare werkwijze voor de vervaardiging van 15 een dergelijke elektroformeringsmatrijs.

Bij de elektroformeringsmatrijs van de hierboven beschreven soort volgens de uitvinding is de drager voorzien van doorstroomope-ningen naast steunpatroondammen en patroondammen voor de elektrische geleiders van het geleiderpatroon, en is de breedte van de steunpa-20 troondammen groter dan de breedte van de patroondammen. Het gehele geleiderpatroon, omvattende geleiders op de steunpatroondammen en patroondammen, is voorzien van een of meer aansluitingen op een stroombron. Bij toepassing van de elektroformeringsmatrijs volgens de onderhavige uitvinding stroomt de badvloeistof van het galvanisch bad door 25 de doorstroomopeningen vanaf de aanstroomzijde naar de opgroeizijde van de matrijs. Een dergelijke matrijs wordt ook wel doorstroommatrijs genoemd. De genoemde doorstroming van de matrijs verhindert dat er overgroei van metaal vanaf de geleiders van het geleiderpatroon kan optreden. De breedte van de steunpatroondammen is groter dan de breed-30 te van de patroondammen, waardoor de vloeistof stroming aan de opgroei-zijde van de matrijs zodanig wordt gehinderd, dat de metaalopgroei op de geleiders van de relatief brede steunpatroondammen sneller plaatsvindt dan op de geleiders van de smallere patroondammen. Hierdoor ontstaan in het geëlektroformeerde product relatief brede en dikke steun-35 productdammen naast de "gebruikelijke" smalle productdammen, welke steunproductdammen de gewenste sterkte geven aan het geëlektroformeerde product, zonder de gatdichtheid te verslechteren. D.w.z. dat tij- 10 073 1 8 3 dens het elektroformeren metaal zowel op de elektrische geleiders op de steunpatroondarnmen als op de elektrische geleiders op de smalle patroondammen wordt afgezet, doch met een andere snelheid.

Met voordeel is de breedte van de elektrische geleiders op de 5 patroondammen kleiner dan de breedte van de patroondammen zelf, waardoor wordt voorkomen, dat het geëlektroformeerde product zich voortijdig zal uitstrekken tot aan en zelfs voorbij de rand van de patroondammen, hetgeen een verhoogde kans op verankering van het geëlektroformeerde product zou geven, en de doorlaat van het geëlektroformeerde 10 product zou doen af nemen, doordat de doorstroomopeningen kleiner worden.

Om dezelfde reden is met voordeel de breedte van de elektrische geleiders op de steunpatroondarnmen kleiner dan de breedte van de steunpatroondarnmen zelf.

15 De materialen, waaruit de elektroformeringsmatrijs volgens de onderhavige uitvinding kan bestaan, zijn niet kritisch. De drager kan bijvoorbeeld uit een elektrisch isolerend materiaal bestaan, waarbij uiteraard de elektrische geleiders van het geleiderpatroon op de steunpatroondarnmen en patroondammen uit een elektrisch geleidend mate-20 riaal bestaan. Kunststoffen en niet-geleidende metaaloxiden zijn voorbeelden van geschikte elektrisch isolerende materialen.

Bij een andere variant van de elektroformeringsmatrijs volgens de onderhavige uitvinding bestaat de drager uit een elektrisch geleidend materiaal, en is de drager ten minste aan het niet tot de op-25 groeizijde behorende oppervlak voorzien van een elektrisch isolerende laag teneinde metaalgroei op de aanstroomzijde en de binnenvlakken van de doorstroomopeningen, d.w.z. de zijvlakken van de steunpatroondarnmen en patroondammen te verhinderen. Indien de drager uit een elektrisch geleidend materiaal is vervaardigd, is het niet nodig om afzonderlijke 30 elektrische geleiders op de opgroeizijde van de matrijs aan te brengen. In dat geval zijn de drager en de elektrische geleiders bij voorkeur uit één geheel vervaardigd, zoals bijvoorbeeld een laagohmige siliciumwafer met een weerstand van minder dan 1 Ohm.cm.

Voorbeelden van geschikte geleidende materialen voor de drager 35 zijn metalen, bijvoorbeeld silicium, titaan, tantaal, molybdeen, wolfraam, roestvast staal enz. worden vervaardigd. Deze materialen zijn sterk en in lichte mate elastisch deformeerbaar. Met voordeel wordt 10 073 1 8 4 silicium toegepast, daar silicium zich betrekkelijk gemakkelijk laat etsen met behulp van reactieve ionen. Plasma- en/of ionenbundeletsen zijn voorbeelden van geschikte etstechnieken. Wanneer de drager uit silicium bestaat, wordt de elektrisch isolerende laag op de drager bij 5 voorkeur door verhitting van het oppervlak daarvan aangebracht. Bij hoge temperaturen (> 1000 °C) wordt silicium in siliciumoxide omgezet, hetgeen een elektrisch isolerend materiaal is.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige matrijs is ten minste een deel van de patroondammen (en steunpatroondammen) 10 voorzien van een zodanige tapering, dat de hoek van een zijvlak van een patroondam (of steunpatroondam) ten opzichte van de normaal van de drager 3° tot 30°, bij voorkeur 5° tot 15° bedraagt. Een dergelijke doorstroommatrijs verbetert het lossen van geëlektroformeerde producten. Een andere maatregel om het lossen van de geëlektroformeerde pro-15 ducten te verhogen bestaat daaruit, dat de drager ten minste voor een deel een oppervlakteruwheid van minder dan 100 nanometer, bij voorkeur minder dan 20 nanometer heeft.

Volgens een tweede aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een elektroforme-20 ringsmatrijs volgens de onderhavige uitvinding, waarbij men in een vlakke drager doorstroomopeningen naast steunpatroondammen en patrcon-dammen voor de elektrische geleiders van het geleiderpatroon aanbrengt op zodanige wijze, dat de breedte van de steunpatroondammen groter is dan de breedte van de patroondammen.

25 Bij een voorkeurswerkwijze voor het vervaardigen van een matrijs volgens de onderhavige uitvinding wordt van gebruikelijke fotolak- en etstechnieken gebruik gemaakt. Bij één zodanige werkwijze wordt een vlakke drager van een fotolakmasker met een patroon voor de steunpatroondammen voorzien, de drager overeenkomstig het fotolakmasker vanaf 30 de aanstroomzijde tot een bepaalde diepte geëtst, vervolgens de op-groeizijde van de drager van een fotolakmasker met een patroon voor de doorstroomopeningen voorzien en de drager vanaf de opgroeizijde geëtst totdat doorgaande doorstroomopeningen zijn ontstaan. De hierboven genoemde fotolaktechniek omvat de gebruikelijke stappen van het aanbren-35 gen van een fotolaklaag op een oppervlak van de drager, het overeenkomstig een patroon belichten van de fotolaklaag, gevolgd door het ontwikkelen daarvan, zodat een fotolakmasker met het gewenste patroon 1007318 5 wordt verkregen. Daarna kan het blootliggende materiaal van de drager worden weggeëtst.

Wanneer de drager uit een elektrisch isolerend materiaal bestaat, dient de werkwijze voor het vervaardigen van een elektroforme-5 ringsmatrijs volgens de uitvinding verder een stap van het aanbrengen van elektrische geleiders op de steunpatroondammen en patroondammen te omvatten. Wanneer de drager zelf een elektrische geleider is, dient de werkwijze verder een stap van het aanbrengen van een elektrisch isolerende laag te omvatten op ten minste het niet tot de opgroeizijde be-10 horende oppervlak van de drager. Anders zou opgroei ook in de door-stroomopeningen en aan de aanstroomzijde vein de matrijs plaats kunnen vinden, hetgeen ongewenst is uit het oogpunt van de doorlaat van het geëlektroformeerde product en het lossen daarvan.

Indien ook een elektrisch isolerende laag op de aangroeizijde 15 van de elektrisch geleidende drager is aangebracht, kan deze met voordeel worden verwijderd, zodat het oppervlak van de drager aan de opgroeizijde tevens als geleider fungeert.

Volgens een derde aspect heeft de uitvinding betrekking op een toepassing van de elektroformeringsmatrijs volgens de onderhavige uit-20 vinding bij het elektroformeren van een metaalfolie, welke folie door dammen gescheiden openingen omvat, in een stromend galvanisch bad.

De uitvinding zal hierna in meer detail worden beschreven aan de hand van de tekening, waarin

Figuur 1-3 in dwarsdoorsnede opeenvolgende werkwij zestappen voor 25 de vervaardiging van een doorstroommatrijs volgens de uitvinding tonen;

Figuur 4 a-c in dwarsdoorsnede opeenvolgende werkwij zestappen voor het laten opgroeien van een geëlektroformeerd product toont onder toepassing van een eerste uitvoeringsvorm van een matrijs volgens de 30 uitvinding; en

Figuur 5 a-c in dwarsdoorsnede opeenvolgende werkwij zestappen voor het vervaardigen vein een geëlektroformeerd product toont onder toepassing van een tweede uitvoeringsvorm van een matrijs volgens de uitvinding.

35 In het algemeen wordt opgemerkt dat de Figuren schematisch en niet op schaal zijn getekend. Verder zijn in het algemeen overeenkomstige delen van de elektroformeringsmmatrijs volgens de uitvinding, 100731 8 6 alsmede van een met behulp van een dergelijke elektroformeringsmatrijs vervaardigd product met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.

Voor het vervaardigen van een elektroformeringsmatrijs volgens de onderhavige uitvinding wordt op een vlakke drager 1, in dit voor-5 beeld een siliciurnwafer met een dikte van 0,5 mm, met behulp van gebruikelijke fotolaktechnieken een fotolakmasker aangebracht. D.w.z. dat op de achterzijde van de vlakke drager 1 een fotolaklaag wordt aangebracht, die overeenkomstig het patroon voor steunpatroondammen 2 wordt belicht en vervolgens ontwikkeld, zodat op de te vormen steun-10 patroondammen 2 een fotolakmasker 3 achterblijft. Daarna wordt met een mengsel van reactieve ionen (RIE) van SF6/02 een relatief groot deel van de achterzijde van de drager 1 weggeëtst, zoals met pijlen in Fig.

1 is aangeduid. Aldus worden grote uitsparingen 4 in de drager 1 verkregen. De etsdiepte bedraagt hierbij ongeveer 450 micrometer. Vervol- 15 gens wordt op overeenkomstige wijze vanaf de bovenzijde van de drager 1, d.w.z. de aangroeizijde van de matrijs, een profiel van doorstroom-openingen 5 geëtst onder toepassing van dezelfde middelen, waarbij een positief getaperde vorm van steunpatroondammen 2 en patroondammen 6 wordt verkregen, waarbij de hoek van een zijvlak van de genoemde dam- 20 men 2 en 6 ten opzichte van de normaal van de drager 1 bijvoorbeeld 5° bedraagt. Aldus worden doorgaande doorstroomopeningen 5 in de drager 1 gevormd (Figuur 2), zodat een grof raster van brede steunpatroondammen 2 en een fijn raster van smalle patroondammen 6 ontstaat. Daarna wordt door middel van chemische danpaf zetting bij lage druk (LPCVD) op de 25 gehele drager 1 een elektrisch isolerende laag 7 van siliciumnitride met een dikte van 0,5 μια aangebracht. Als laatste stap bij deze uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding voor het vervaardigen van een elektroformeringsmatrijs wordt op de aangroeizijde van de matrijs een patroon van elektrische geleiders 8 op de gevormde 30 steunpatroondammen 2 en patroondammen 6 aangebracht. Zoals uit Figuur 3 blijkt, is de breedte van de geleiders 8' op de steunpatroondammen 2, respectievelijk van de geleiders 8" op de patroondammen 6 kleiner dan de steunpatroondammen 2, respectievelijk patroondammen 6 zelf.

In Figuren 4a-c zijn opeenvolgende werkwijzestappen van een 35 werkwijze voor het vervaardigen van een geëlektroformeerd product weergegeven, waarbij een elektroformeringsmatrijs volgens de onderhavige uitvinding wordt toegepast. De in Figuur 4a weergegeven door- 1007318 7 strooramatrijs volgens de uitvinding is uit een isolerend materiaal vervaardigd, en omvat steunpatroondammen 2, patroondammen 6 en daartussen doorstroomopeningen 5. Op de dammen 2 en 6 van de matrijs is een geleiderpatroon van elektrische geleiders 8 aangebracht. Wanneer 5 een dergelijke matrijs in een galvanisch bad, bijvoorbeeld een nikkel-sulfaatbad, wordt geplaatst en een geforceerde stroming van de bad-vloeistof door de doorstroomopeningen 5 van de matrijs in stand wordt gehouden, wordt op de elektrische geleiders 8 metaal 9 af gezet, zoals in Figuur 4b is weergegeven. Door verschil in breedte van de patroon-10 dammen 6, respectievelijk steunpatroondammen 2 wordt een verschil in opgroeidikte bereikt. Op de geleiders 8' op de relatief brede steunpatroondammen 2 vindt de opgroei sneller plaats dan op de geleiders 8" van de smalle patroondammen 6. Bij het verder laten opgroeien van het geëlektroformeerde product neemt door het verschil in dambreedte de 15 daarop opgegroeide metaaldikte steeds verder toe, zoals in Figuur 4c is weergegeven. Nadat de gewenste dikte van het geëlektroformeerde product is bereikt, wordt dit van de matrijs verwijderd, zodat de matrijs voor het vervaardigen van een nieuwe folie kan worden gebruikt.

In Figuur 5 zijn eveneens verschillende opeenvolgende werkwij-20 zestappen voor het vervaardigen van een geëlektroformeerd product weergegeven, waarbij echter een doorstroommatrijs wordt toegepast, die uit een geleidend materiaal is vervaardigd. In dit geval fungeert het dragermateriaal eveneens als geleider 8 voor het laten opgroeien van metaal. Op de plaatsen, waar geen opgroei gewenst is, d.w.z. in de 25 doorstroomopeningen 5 en aan de aanstroomzijde van de matrijs is een oppervlaktelaag 7 van elektrisch isolerend materiaal aangebracht.

100731 8

Claims (17)

1. Elektroformeringsmatrij s voor toepassing bij het elektrofonaneren van metaalfolies met daarin door dammen gescheiden openingen, welke matrijs een drager (1) met aan de opgroeizijde een geleiderpatroon van elektrische geleiders (8) omvat, welk geleiderpatroon is voorzien van 5 een of meer aansluitingen op een stroombron, met het kenmerk dat de drager (1) is voorzien van doorstroomopeningen (5) naast steunpatroon-dammen (2) en patroondammen (6) voor de elektrische geleiders (8) van het geleiderpatroon, en dat de breedte van de steunpatroondammen (2) groter is dan de breedte van de patroondammen (6).

2. Elektroformeringsmatrijs volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de breedte van de elektrische geleiders (8”) op de patroondammen (6) kleiner is dan de breedte van de patroondammen (6) zelf.

3. Elektroformeringsmatrijs volgens conclusie 1 of conclusie 2, met het kenmerk dat de breedte van de elektrische geleiders (8') op de 15 steunpatroondammen (2) kleiner is dan de breedte van de steunpatroondammen (2) zelf.

4, Elektroformeringsmatrijs volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de drager (1) uit een elektrisch isolerend materiaal is vervaardigd.

5. Elektroformeringsmatrijs volgens één van de voorgaande conclu sies 1-3, met het kenmerk dat de drager (1) uit een elektrisch geleidend materiaal is vervaardigd, waarbij de drager (1) ten minste aan het niet tot de opgroeizijde behorende oppervlak is voorzien van een elektrisch isolerende laag (7).

6. Elektroformeringsmatrijs volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de drager (1) en de elektrische geleiders (8) uit één geheel zijn vervaardigd.

7. Elektroformeringsmatrijs volgens conclusie 6, met het kenmerk dat het dragermateriaal silicium is, en het materiaal van de elek- 30 trisch isolerende laag (7) siliciumoxide is.

8. Elektroformeringsmatrijs volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat ten minste een deel van de dammen (2, 6) is voorzien van een tapering, waarbij de hoek van een zijvlak van een dam (2, 6) ten opzichte van de normaal van de drager (1) 3° tot 30° be- 35 draagt. 10 0731 8

9. Elektrof ormer ingsmatri js volgens conclusie 8, roet het kenmerk, dat de hoek 5° tot 15° bedraagt.

10. Elektroformeringsmatrij s volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de drager (1) ten minste voor een deel een 5 oppervlakteruwheid bezit van minder 100 nanometer, bij voorkeur minder dan 20 nanometer.

11. Werkwijze voor het vervaardigen van een elektrof ormer ingsmatri js volgens één van de voorgaande conclusies 1-10, roet het keranerk dat men in een drager (1) doorstroomopeningen (5) naast steunpatroondammen (2) 10 en patroondammen (6) voor de elektrische geleiders (8) van het gelei-derpatroon aanbrengt, zodanig dat de breedte van de steunpatroondammen (2) groter is dan de breedte van de patroondammen (6).

12. Werkwijze volgens conclusie 11, roet het keranerk dat een drager (1) van een f oto lakmasker met een patroon voor de steunpatroondammen 15 (2) wordt voorzien, de drager (1) overeenkomstig het fotolakmasker vanaf de aanstroomzijde tot een bepaalde diepte wordt geëtst, de op-groeizijde van de drager (1) van een tweede fotolakmasker met een patroon voor de doorstroomopeningen (5) wordt voorzien, de drager overeenkomstig het tweede fotolakmasker vanaf de opgroeizijde wordt geëtst 20 tot doorgaande doorstrocmopeningen (5) zijn ontstaan.

13. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies 11 of 12, met het keranerk dat de drager (1) uit een elektrisch isolerend materiaal bestaat, en de werkwijze verder een stap van het aanbrengen van elektrische geleiders (8) op de steunpatroondammen (2) en patroondammen 25 (6) omvat.

14. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies 11 of 12, met het keranerk dat de drager (1) een elektrisch geleidend materiaal is, en de werkwijze verder een stap vein het aanbrengen van een elektrisch isolerende laag (7) omvat op ten minste het niet tot de opgroeizijde 30 behorende oppervlak van de drager.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het keranerk dat de drager (1) uit silicium bestaat en de elektrisch isolerende laag (7) door verhitting van het oppervlak van de siliciumdrager wordt aangebracht.

16. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies 14 of 15, met 35 het keranerk dat de elektrisch isolerende laag (7), die op de opgroeizijde van de matrijs is gevormd, wordt verwijderd.

17. Toepassing van een matrijs volgens één van de conclusies 1-10 100731 8 bij het elektroformeren van een metaalfolie met daarin door dammen gescheiden openingen in een stromend galvanisch bad. 1007318