WO1997027727A1 - Verfahren zur herstellung einer leiterstruktur - Google Patents

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WO1997027727A1
WO1997027727A1 PCT/DE1997/000163 DE9700163W WO9727727A1 WO 1997027727 A1 WO1997027727 A1 WO 1997027727A1 DE 9700163 W DE9700163 W DE 9700163W WO 9727727 A1 WO9727727 A1 WO 9727727A1
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conductive layer
carrier
layer
energy radiation
conductive
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PCT/DE1997/000163
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French (fr)
Inventor
Bernd Tiburtius
Helmut Kahl
Original Assignee
Emi-Tec Elektronische Materialien Gmbh
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Priority claimed from DE1996103971 external-priority patent/DE19603971A1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
    • H05K3/027—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed by irradiation, e.g. by photons, alpha or beta particles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4846—Leads on or in insulating or insulated substrates, e.g. metallisation

Definitions

  • the invention relates to a method of the type specified in the preamble of claim 1.
  • the connectors are usually produced by printing a thin, insulating plastic film with the interconnect structure using screen printing techniques.
  • SPARE BLADE SPARE BLADE (RULE 26)
  • the resistive type of these data input devices essentially consists of two transparent supports, each with a conductive coating (often with a matrix-like division of the control panel), which are arranged parallel to one another at a short distance with facing conductive layers and of which the front one by contact until a local contact with the rear is elastically deformable towards this.
  • the matrix structure or the formation of the conductive coating as a calibrated resistance film the location of the electrical contact and thus the contact is detected and evaluated as data input, in particular with reference to a special display on the screen below.
  • a relief structure is formed on at least one of the supports in such a way that the conductor structures on both supports have no contact with one another in the state free from external contact, but can be brought into contact with one another by external contact.
  • a transparent support with a conductive coating which is again structured in a matrix-like manner, is arranged in front of the computer screen.
  • a touch with the finger or a conductive object produces a local change in the electrical field, which is detected as a (position-related) input signal.
  • Glass is primarily used as a support for both types, however
  • ITO IndiumZmn-Oxide
  • the structure in the conductive coating is usually removed by printing with an etching resist by means of screen printing, then etching - the areas of the conductive coating not covered with resist being removed - and stripping off the resist from the remaining Be ⁇ rich and possibly (partially) covering these areas with conductive silver paint.
  • etching resist by means of screen printing
  • photolithographic pattern generation by flat exposure using specially manufactured masks is also possible, as is customary in the production of integrated circuits.
  • REPLACEMENT BUTT (RULE 26) Whole-surface laser radiation can also be used in a time-saving manner using masks; see. about DE 43 01 570 AI.
  • DE 28 45 891 C2 describes a method for producing a thin-film microcircuit by masking and full-area radiation with an Xe discharge lamp.
  • EP 0 322 258 B1 describes a process for producing a conductive pattern in a thin film formed on a glass substrate, in which a pulsed KrF-
  • This method is further characterized in that the formation of unevenness or hard-to-remove residues of the conductive coating on the glass surface is to be prevented by the provision of a so-called ion-blocking film between the substrate and the conductive thin layer.
  • ERSATZBL ⁇ TT (REGEL26) Ion-blocking film from the structure trains is relatively complex.
  • JP 2 266 329 (cited in Derwent / WPI) describes a process for the formation of a transparent conductor layer, structured from the outset - for example from ITO - on a glass plate by means of a local gas phase reaction induced by UV radiation from a material gas mixture. Overall, this method represents a vacuum process which is complicated in terms of technology and not very suitable for the series production of - in particular larger - conductor structures.
  • the invention is based on the object of specifying a method of the type mentioned at the outset which permits the highly productive and cost-effective production of multi-line connectors of the chip-and-foil type and of data input devices for displays.
  • the invention closes the idea of producing the required conductor structures using semi-finished products (in particular glass or plastic films) coated with a full-surface conductivity, which radiation energy parameters are precisely matched to the absorption properties of the conductive coating on the one hand and the wearer on the other hand using high-energy radiation (in particular radiation wavelengths) can be structured directly.
  • ERS ⁇ ZBL ⁇ TT (REGEL26) Layering material collapses, but falls within the range of an absorption minimum of the carrier material.
  • thermal material parameters in particular thermal conductivities and capacities and melting temperatures, is important for optimal process management.
  • the full-surface application of the conductive layer - ms - especially also multi-layer - for later structuring is carried out in a particularly productive manner by sputtering the carrier material, in particular, for example, plastic film as roll goods.
  • the joining step can include, in a highly productive manner, gluing with conductive adhesive and / or welding, the latter embodiment being able to be carried out in direct time association with the structuring step.
  • the high-energy radiation should be radiated from the side of the carrier onto the conductive layer on which the conductive layer
  • SPARE BLADE (RULE 26) Layer is applied, it is advantageous if, prior to their application, a layer that is highly reflective and / or poorly heat-conducting in the wavelength range of the high-energy radiation is applied to the support.
  • the procedure - for example in the structuring after the connection to the IC - provides that the radiation is carried out from the side of the carrier facing away from the conductive layer, it can be advantageous if, before the conductive layer is applied, a full area for the high-energy radiation, a highly transparent layer with low electrical and thermal conductivity is applied to the support.
  • the efficiency of the method can then be increased by applying a highly reflective layer with low electrical conductivity to the conductive layer after applying the conductive layer and before irradiating the high-energy radiation.
  • the source of the high-energy radiation is preferably a UV or NIR laser selected in coordination with the conductive layer and carrier material, in particular a solid-state laser based on rare earth ions (Nd or Yb-YAG laser or the like) or a nitrogen or excimer laser. Gas laser used. In principle, however, an electron beam or other whose source can be used with corpuscular energy or wavelength matched to the materials.
  • the power density and / or the feed rate of the radiation are set such that the conductive layer is largely removed locally in its area of effect and / or m is converted into non-conductive material. It is essential that the thermal load on the sensitive wearer is limited in such a way that its structure is not damaged. To reduce the effective thermal load, the support is cooled during the structuring in a special process control.
  • the carrier is thin glass or a thin plastic film, for example PE film
  • the conductive layer is a sputtered or vapor-deposited elemental metal layer.
  • UV radiation For structuring, high-energy radiation with a wavelength in the range of approximately 120 to 350 nm is used.
  • NIR near infrared
  • UV radiation for structuring, in particular with conventional carrier and coating materials - taking into account the above principle for the selection of the radiation wavelength - in particular one using ultraviolet (UV) radiation is also special possible with a wavelength in the range of approximately 120 to 350 nm.
  • the conductive layer is produced in at least two application steps from at least two different materials, especially from Cu and Ni.
  • ITO indium tin oxide
  • the conductive layer is produced in at least two application steps from at least two different materials, especially from Cu and Ni.
  • ITO indium tin oxide
  • transparent structures are used in particular for transparent structures.
  • a strip-like or matrix-like structure can be produced as the conductor structure.
  • a capacitive touch-sensitive data input device a so-called capacitive touch panel
  • a structured conductor layer is formed on a surface of an individual carrier, while for a resistively responsive arrangement (a resistive touch panel) on at least one carrier each on two carriers - Structure is formed to form a conductive region and the supports are arranged parallel to each other at a small distance after structuring with mutually facing conductive layers.
  • a relief structure is formed on at least one of the carriers in such a way that the conductor structures on both carriers have no contact with one another in the state free from external contact, but are brought into contact with one another by external contact.
  • This relief structure can be formed in an advantageous development of the method using the high-energy radiation, in particular in one operation with the step of structuring the conductive layer or in immediate chronological succession with it.
  • UV radiation is used for structuring, it is possible in a particularly advantageous manner to form the relief structure essentially simultaneously by means of UV (laser) curing of previously applied to the support. carry out preform shaping using a UV-hardenable polymer.
  • FIG. 3 shows a top view of a device produced using the method according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an arrangement for carrying out the conductor layer structuring in one embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a plan view of a multi-line connector of the chip-and-foil type produced by means of the method according to the invention
  • Fig. La gives a schematic diagram for generating a conductor structure on a full surface with a Cu-Ni two-layer structure 2 with a very low surface resistance
  • REPLACEMENT BLA ⁇ (RULE 26) provided PET film 1.
  • a thin evaporated reflective layer 3 is provided on the film 1 and below the conductor layer 2.
  • the film 1 is subjected to scanning radiation with laser radiation 6 from the side on which the CuNi layer 2 is applied using focusing optics 5
  • the wavelength and energy density of the laser radiation 6 are chosen so that in the areas where the laser radiation strikes the conductor layer 2, the absorption in the layer leads to a very rapid increase in temperature.
  • the highly reflective for the chosen laser radiation layer 3 reflects most of the non-absorbed by the conductor layer 2 radiation as well as the Absorp ⁇ tion warm back m the layer 2 and thereby protect the atmosphere and the surface of the PET film 1. In addition, takes place Processing with a suitably chosen combination of the radiation parameters energy density and scanning speed, which is the setting of a thermal
  • REPLACEMENT BLA ⁇ (RULE 26) Equilibrium between the layer 2 and the carrier 1 in the area of action of the laser beam 6 is not allowed.
  • the carrier film 1 is chosen such that it has the lowest possible absorption coefficient for the wavelength of the laser radiation and (taking into account the other application-relevant material parameters) its high melting point.
  • a film material which has a very high transmission or low absorption level in the wavelength range around 1 ⁇ m, and NIR laser radiation is used as structure-forming radiation - for example the radiation of a Nd -YAG lasers with a wavelength of 1.06 ⁇ m and a continuous wave power of several tens of watts.
  • the intermediate layer 3 consists of emer (as known from thermal insulation glass) as a very thin Au layer.
  • the structuring wavelength is to be selected within a wavelength range A.
  • the composition of the carrier material is adjusted such that it still has a relatively high transparency in the higher UV range, and that of a UV laser, for example an N2 laser with an wavelength, is used as structure-forming radiation
  • SPARE BLADE (RULE 26) of 337 nm or a KrF excimer laser with a wavelength of 248 nm.
  • Fig. 2b which in a representation analogous to Fig. 2a (also rem illustrative) indicates a suitable wavelength range B.
  • FIG. 1b shows a further basic illustration of the production of a conductor structure on a heat-sensitive film 11. This has been provided with a conductive metallic coating 12 over the entire area, and a thin thermal insulation layer 13 is provided between the semi-rigid plastic film 11 and the conductor layer 12 .
  • the semifinished product is arranged on a metallic holder or sample table 14 which is displaceable in the xy plane. However, this is ribbed on the rear side according to FIG. 1b and serves not only to hold and guide the substrate 11, but also to effectively dissipate heat from it when it is subjected to scanning radiation with laser radiation 16 using a focusing lens 15.
  • the wavelength and energy density of the laser radiation 6 are determined in accordance with the reference to FIG. 2a and 2b given principles, and their effect is basically the same as stated above.
  • the thin thermal barrier layer 13 - which consists of a plastic material with particularly high T-Bestandtechnik and low thermal conductivity ⁇ capability (such as an HT-epoxy or polyimide), an oxide (about S ⁇ 02) or a thin glass ceramic or ceramic can consist ⁇ layer - largely prevents the transfer of the heat of absorption generated in the conductor layer 12 into the substrate 11, but less the penetration of the layer
  • the gas stream 17 has a cooling effect here, in addition to the ribbed xy table 14, so that very high T gradients are set in the vicinity of the laser crater 12a and em (also only superficial) melting of the plastic carrier 11 is prevented.
  • Nitrogen evaporated from the liquid state of the stock can be used as cooling gas, for example.
  • the carrier material is selected in such a way that a low absorption coefficient for the wavelength of the laser radiation and a relatively high melting point (taking into account the other application-relevant material parameters) results.
  • the radiation source reference is made to the above explanations; Due to the material properties, the use of UV lasers tends to be preferred to that of NIR lasers in a plastic carrier.
  • FIGS. 1a and 1b shows, using reference numerals based on the smd used in FIGS. 1a and 1b, a modification of the method in which the laser radiation is wetted by a quartz glass holder 24 from the uncoated side of the carrier film 21 and by one ⁇ zenden and cooling water film 27 is irradiated onto the conductor layer 22.
  • This modification is particularly
  • REPLACEMENT BLA ⁇ (RULE 26) it is also useful for arrangements in which the conductor layer surface is not readily accessible, for example if a circuit or other component has already been arranged above it.
  • the intermediate layer shown in FIGS. 1 a and 1 b can be omitted both when using a glass and a plastic carrier.
  • other layers with high electrical conductivity can be used as material for the conductor layer, such as vapor-deposited or sputtered layers made of other elemental metals or preferably alloys with a melting point that is not too high .
  • FIG. 3 shows a plan view in approximately natural size of a data input device 100 with the 8x8-Mat ⁇ x structure of the resistive touch panel type that is manufactured using the method according to the invention.
  • the x connections 102.1 smd - divided into two groups - can be seen at the top and bottom, the y connections 102.2 at the left edge of the panel made up of two glass plates 101a and 101b; all feed lines 103 are led out to the left.
  • Conductors 102.3 (on the lower surface of the upper plate 101b) and 102.4 (on the upper surface of the lower plate 101a) made of ITO extend in parallel from the leads and connections 102.2 and 102.1, which are covered with a metal layer to the edges of the glass plates in the x or y direction. Not shown in the figure
  • ERS ⁇ TZBL ⁇ TT placed the spacers between the glass plates, which are applied in the form of small, approximately spherical section-shaped units made of hardened epoxy resin or lacquer to the lower, stronger glass plate 101a.
  • the plates 101a and 101b are glued to one another via a circumferential adhesive thread 104, by means of which the conductor layer and spacing area are sealed at the same time against environmental influences.
  • FIG. 4 shows a schematic representation in the form of a block diagram of an arrangement for carrying out the structuring of the conductor layer in one embodiment of the invention.
  • the starting point is a semi-finished product 100 'provided with a conductor layer 10Ob', the conductor layer of which is converted into a conductor path structure 100b by local ablation by means of a laser beam processing device 200, controlled by a controller 300.
  • the laser radiation RL passes through a collimating lens 204 and two deflection mirrors 205 and 206 (from to which the mirror 206 is transparent to visible light from the rear) to an adjustable gap 207, via which the beam dimensions are specified, and then via a further (dichroic) deflecting mirror 208 and a focusing optics or objective lens 209 onto the the conductor layer 100b 'carrying surface of the workpiece 100'.
  • Visualization of the course of the NIR laser beam and 211, 212 (from a lamp 211 and a deflecting mirror 212, above the dichroic mirror 208, for visual field illumination) are provided.
  • the guidance of the laser beam on the workpiece and the course of the structure formation are monitored via an eyepiece lens 213 and a connected video camera 214.
  • the deflecting mirrors 208, 211 and the lenses 209, 213 are combined in an optical assembly 200a which can be moved relative to the workpiece and which can be formed, for example, by a modified light microscope.
  • a gap control unit 217 is provided for setting the working gap dimensions, which also acts on a motor drive, not shown in the figure.
  • the core of the actual control 300 is a microprocessor controller 301, to which an input keyboard 302, a screen 303 and a program memory 304 and a data memory 305 are assigned in the usual way.
  • the screen 303 is connected to the video camera 214.
  • the configuration and the current material data are entered via the input keyboard 302 - which is given here only for illustration and in its place or in addition to which a scanner can also be used or em already stored in data memory 305
  • REPLACEMENT BLA ⁇ (RULE 26) stored configuration / material data record is retrieved and m the main memory of controller 301 is taken over.
  • the controller then supplies, according to the configuration data, both to the power control 203 of the laser oscillator 201 and the gap control unit 217 and to the position control unit 215 the control signals required for the targeted local removal of the conductor layer.
  • the laser beam is then automatically guided over the layer structure with an energy density and scanning speed adapted to the material specification of the layer structure and with a beam width and position coordinates in accordance with the specified conductor path.
  • FIG. 5 shows in a top view in approximately natural size a multi-line connector 100 using the method according to the invention for connecting an integrated circuit 101 to a display module 102 (both of which are only shown schematically in the manner of a "black box") .
  • the connector comprises a conductor track arrangement 100b made of a Cu layer and an overlying Ni layer on a thin, flexible PET film 100a.
  • REPLACEMENT BLA ⁇ (RULE 26) makes use of the solution shown, even in the case of fundamentally different designs.
  • the chip and / or the further assembly to be connected to the connector can also initially be connected to the semi-finished connector, i.e. the film with an unstructured conductor layer, electrically and mechanically connected, for example by soldering or gluing the component connections to the conductor layer by means of conductive adhesive and / or welding sections of the component housing to the film carrier - and then the structuring of the conductor tracks can be carried out according to the concrete position of the component connections relative to the film. Irradiation of the working radiation from the back of the carrier film (as shown in FIG. 1 c) can be particularly expedient.
  • the generation of the conductor track structure can be linked to the soldering or welding or the hardening of a (suitably selected, radiation-crosslinking) conductive adhesive using one and the same radiation source.
  • a coordination between material specifications and machining parameters is also essential for this.
  • REPLACEMENT BLA ⁇ (RULE 26) em UV-hardening synthetic resin adhesive with conductive admixture is used, and that in the structuring process partial steps of a large-area irradiation of the carrier with the (correspondingly widened) laser beam are carried out to harden the adhesive.
  • a further example of the above-mentioned coordination is that an unstructured or only roughly structured solder layer is structured essentially at the same time as the structuring of the conductor layer by targeted local removal in such a way that solder points remain which have an optimal spatial relationship to the generated conductor structure are positioned.
  • solder points remain which have an optimal spatial relationship to the generated conductor structure are positioned.
  • connection configurations can be entered into the data memory so that they are available "at the push of a button" for the film structuring.
  • An optimized conductor path can also be calculated in the controller if only the position of the connections of the other component or of the components or assemblies is received or has already been stored. This even makes the creation of a graphical representation of the conductor track - not to mention the usual complex mask production - superfluous.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Leiterstruktur auf einem wärmeempfindlichen und/oder für sichtbares Licht transparenten flächigen Träger (1), welcher auf mindestens einer Oberfläche eine leitfähige, insbesondere für sichtbares Licht transparente, Schicht (2) trägt, wobei die leitfähige Schicht (2) im wesentlichen vollflächig auf den Träger (1) aufgebracht, insbesondere aufgesputtert, und danach mittels fokussierter energiereicher Strahlung, insbesondere Laserstrahlung (6), in der leitfähigen Schicht (2) die Leiterbahnstruktur erzeugt wird, und energiereiche Strahlung (6) mit einer derart auf das Material des Trägers (7) und der leitfähigen Schicht (2) abgestimmten Wellenlänge oder derart abgestimmtem Wellenlängenbereich eingesetzt wird, daß diese(r) im Bereich eines spektralen Absorptionsmaximums der leitfähigen Schicht (2), aber außerhalb von spektralen Absorptionsmaxima des Trägers (1) liegt.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Leiterstruktur
ERSATZBLAπ(REGEL26) Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Zur einfachen und kostengünstigen Verbindung von miniaturi¬ sierten elektronischen Bauelementen und Baugruppen, msbe- sondere integrierten Schaltungen, mit Bedien- und/oder An- zeigeelementen sind in den letzten Jahren mit einer Leit- schicht versehene Kunststoffolien breit in Gebrauch gekom¬ men. Deren Anwendung anstelle einer herkömmlichen Verdrah¬ tung bzw. des Einsatzes von Leiterplatten wird als "Chip- and-Foil-Technologie" bezeichnet.
Die Herstellung der Verbinder erfolgt üblicherweise durch Bedrucken einer dünnen, isolierenden Kunststoffolie mit der Leitbahnstruktur mittels Siebdrucktechniken.
Diese Verfahren haben sich als störanfällig erwiesen, so daß mit relativ hohen Ausschußquoten gerechnet werden muß. Überdies stoßt die Herstellung immer feinerer und enger be¬ nachbarter Anschlußbahnen mit zunehmend höherer Integrati¬ onsdichte der ICs an der Drucktechnik innewohnende Grenzen.
Mit der wachsenden Bedeutung interaktiver Arbeitsweisen beim Einsatz der Computertechnik, die durch die Entwicklung der Prozessor- und Datenspeichertechnik ermöglicht wurde, gehen vielfaltige Entwicklungen und die zunehmende Verbrei¬ tung von kombinierten Datenanzeige- und -eingabevorrich- tungen einher. Breite praktische Anwendung haben in den letzten Jahren bereits insbesondere resistive oder kapazi¬ tive Touch-Panels - in Blickrichtung des Bedieners vor ei¬ nem Computerbildschirm angeordnete großflächige Beruhrungs- sensor-Anordnungen - gefunden.
ERSATZBLÄTT(REGEL26) Der resistive Typ dieser Dateneingabevorrichtungen besteht im wesentlichen aus zwei transparenten Tragern mit jeweils einer leitfahigen Beschichtung (vielfach mit matrixartiger Aufteilung des Bedienfeldes) , die mit einander zugewandten leitfahigen Schichten in geringem Abstand parallel zueinan¬ der angeordnet sind und von denen der vordere durch Berüh¬ rung bis zur Herstellung eines lokalen Kontaktes mit dem hinteren in Richtung auf diesen hin elastisch verformbar ist. Mittels der Matrixstruktur oder der Ausbildung der leitfahigen Beschichtung als kalibrierte Widerstandsfolie wird der Ort des elektrischen Kontaktes und damit der Be¬ rührung erfaßt und als Dateneingabe - insbesondere bezogen auf eine spezielle Anzeige auf dem darunterliegenden Bild¬ schirm - ausgewertet. Auf mindestens einem der Trager ist eine ReliefStruktur derart ausgebildet, daß die Leiter¬ strukturen auf beiden Tragern im von äußerer Berührung freien Zustand keinen Kontakt miteinander haben, jedoch durch äußere Berührung m Kontakt miteinander gebracht wer¬ den können.
Beim kapazitiven Typ ist ein transparenter Trager mit einer - insbesondere wieder matrixartig strukturierten leitfahi¬ gen Beschichtung vor dem Computerbildschirm angeordnet. Ei¬ ne Berührung mit dem Finger oder einem leitenden Gegenstand erzeugt hier eine lokale Änderung des elektrischen Feldes, die als (positionsbezogenes) Emgabesignal erfaßt wird.
Als Trager finden bei beiden Typen vorrangig Glas, aber
(speziell als vorderer Trager beim resistiven Typ) auch steife oder halbsteife Kunststoffolien, und als leitfahige
Beschichtung eine transparente Beschichtung aus IndiumZmn- Oxid (ITO) Verwendung. Bei diesen als solche bekannten Dateneingabevorrichtungen wird die Struktur in der leitfahigen Beschichtung üblicher¬ weise durch Bedrucken mit einem Atzresist mittels Sieb¬ druck, anschließendes Atzen - wobei die nicht mit Resist bedeckten Bereiche der leitfahigen Beschichtung entfernt werden - , Abstrippen des Resists von den verbliebenen Be¬ reichen und ggfs. (partielles) Bedecken dieser Bereiche mit Silberleitfarbe erzeugt. Für sehr feine Strukturen kommt anstelle des Siebdrucks auch eine fotolithografische Mu- stererzeugung durch flachige Belichtung unter Einsatz spe¬ ziell gefertigter Masken in Frage, wie sie bei der Herstel¬ lung integrierter Schaltkreise üblich ist.
Bei diesen bekannten Verfahren ist es vor allem nachteilig, daß die Strukturierung em mehrstufiger und damit zeit- und handhabungsaufwendiger Prozeß ist und die Fertigung der be¬ notigten Drucksiebe oder Belichtungsmasken mit dem Struk¬ turmuster kosten- und ebenfalls zeitaufwendig ist und be¬ trächtlichen Vorlauf erfordert. Die letztgenannten Nachtei¬ le wirken sich besonders für die flexible Fertigung wech- selnder kleinerer Serien von Eingabevorrichtungen mit spe¬ ziellen Leitschichtstrukturen gravierend aus.
Insbesondere für den Abgleich (das "Trimmen") von Dickoder Dunnschichtwiderstanden auf Keramiksubstraten ist es be¬ kannt, dünne Metallschichten durch Bestrahlung mit fokus- sierter Laserstrahlung zu strukturieren; vgl. etwa W. Brun¬ ner, K. Junge: "Lasertechnik - Eine Einfuhrung", 4. Aufla¬ ge, Heidelberg 1989, Abschnitt 4.1.6.1. Hierbei erfolgt em lokaler Abtrag der Metallschicht durch Verdampfung.
ERSATZBUTT(REGEL26) Unter Einsatz von Masken kann in zeitsparender Weise auch eine Ganzflachen-Laserbestrahlung angewandt werden; vgl. etwa DE 43 01 570 AI.
Die hochgradig hitzebestandigen Substrate und der Umstand, daß es für die Funktion des Produktes auf die Unversehrt¬ heit von deren Oberflache nicht ankommt, erlauben den nahe¬ zu beliebigen Einsatz von Lasersystemen mit hohen Lei¬ stungsdichten. Dies ist bei der Herstellung von Chip-and Foil-Verbmdern nicht möglich, da die Trager hier hochgra- dig temperaturempfindlich sind und für Display-Anwendungen bei der Strukturierung die Transparenz ganzflachig erhalten bleiben muß, so daß keinerlei - auch nur oberflächliche - Beschädigung oder auch nur Verfärbung des Substrates tole¬ riert werden kann.
In DE 28 45 891 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Dunnfilmmikroschaltung durch Maskierung und Ganzflachenbe- strahlung mit einer Xe-Entladungslampe beschrieben.
In EP 0 322 258 Bl wird em Verfahren zur Herstellung eines leitfahigen Musters in einem auf einem Glassubstrat ausge- bildeten Dunnfilm beschrieben, bei dem ein gepulstes KrF-
Excimerlaserstrahlbundel (λ = 248 nm, Eg = 5,0 eV) zur Strukturierung emer vorab vollflachig erzeugten Elektro¬ denschicht eingesetzt wird. Dieses Verfahren zeichnet sich des weiteren dadurch aus, daß die Bildung von Unebenheiten oder schwer entfernbaren Resten der leitfahigen Beschich¬ tung auf der Glasoberflache durch das Vorsehen eines soge¬ nannten lonenblockierenden Films zwischen dem Substrat und der leitfahigen Dunnschicht verhindert werden soll. Das Aufbringen und letztlich auch das Entfernen von Resten des
ERSATZBLÄTT(REGEL26) lonenblockierenden Films aus den Strukturzugen ist relativ aufwendig.
In JP 2 266 329 (zit. in Derwent/WPI) wird em Verfahren zur Bildung emer von vornherein strukturierten transparen- ten Leiterschicht - etwa aus ITO - auf einer Glasplatte mittels einer durch UV-Bestrahlung induzierten lokalen Gas- phasenreaktion aus einer Mateπalgasmischung beschrieben. Dieses Verfahren stellt insgesamt einen garatetechmsch aufwendigen und für die Serienfertigung von - insbesondere größeren - Leiterstrukturen wenig geeigneten Vakuumprozeß dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, em Verfahren der eingangs genannten Gattung anzugeben, das die hochprodukti¬ ve und kostengünstige Herstellung von Mehrleitungs- Verbindern des Chip-and-Foil-Typs sowie von Dateneingabe¬ vorrichtungen für Displays erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch em Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost.
Die Erfindung schließt den Gedanken em, die benotigten Leiterstrukturen unter Verwendung von vollflachig leitfahig beschichteten Halbzeugen (insbesondere Glas- oder Kunst¬ stoffolien) herzustellen, die mit energiereicher Strahlung von exakt den Absorptionseigenschaften der leitfahiger Be¬ schichtung einerseits und des Tragers andererseits angepaß- ten Bestrahlungsparametern (insbesondere Bestrahlungswel- lenlangen) direkt strukturiert werden.
Wesentlich ist dabei die Auswahl der Bestrahlungs- Wellenlange bzw. -Teilchenenergie derart, daß sie möglichst mit einem Absorptionsmaximum bzw. der Bandlucke des Be-
ERSÄΓZBLÄTT(REGEL26) schichtungsmaterials zusammen-, aber in den Bereich eines Absorptionsminimums des Tragermaterials fallt.
Neben der Anpassung der Bestrahlungsparameter an die jewei¬ ligen optischen Eigenschaften (speziell das Absorptionsver- mögen) ist eme Abstimmung auf die thermischen Materialpa- rameter, insbesondere Wärmeleitfähigkeiten und -kapazitaten und Schmelztemperaturen, von Bedeutung für eine optimale Verfahrensführung.
Die vollflachige Aufbringung der leitfahigen Schicht - ms- besondere auch mehrschichtig - zur spateren Strukturierung erfolgt m besonders produktiver Weise durch Besputtern des Tragermaterials, speziell etwa von Kunststoffolie als Rol¬ lenware.
In einer speziellen Ausbildung des vorgeschlagenen Verfah- rens für die Herstellung von Chip-and-Foil-Verbmdern, in der die integrierte Schaltung nach dem vollflachigen Auf¬ bringen der leitfahigen Schicht auf den Trager mit der Lei¬ terschicht verbunden und die Erzeugung der Leiterbahnstruk¬ tur nach dem Schritt des Verbmdens ausgeführt wird, lassen sich m vorteilhafter Weise Justageprobleme beim Anschluß des Verbinders an den IC vermeiden.
Der Schritt des Verbmdens kann m hochproduktiver Weise em Verkleben mit leitfahigem Klebstoff und/oder em Ver¬ schweißen umfassen, wobei er in der letzteren Ausfuhrung in unmittelbarer zeitlicher Zuordnung zum Strukturierungs- schritt ausgeführt werden kann.
Soll für den Strukturierungsschritt die energiereiche Strahlung von derjenigen Seite des Tragers auf die leitfa- hige Schicht eingestrahlt werden, auf der die leitfahige
ERSATZBLÄTT(REGEL26) Schicht aufgebracht ist, so ist es von Vorteil, wenn vor deren Aufbringen vollflachig eine im Wellenlangenbereich der energiereichen Strahlung hochgradig reflektierende und/oder schlecht wärmeleitende Schicht auf den Trager auf- gebracht wird.
Sieht die Verfahrensführung - etwa bei der Strukturierung im Nachgang zur Verbindung mit den IC - hingegen vor, daß die Bestrahlung von der der leitfahigen Schicht abgewandten Seite des Tragers her erfolgt, kann es gunstig sein, wenn vor dem Aufbringen der leitfahigen Schicht vollflachig eme für die energiereiche Strahlung hochgradig transparente Schicht mit niedriger elektrischer und thermischer Leitfä¬ higkeit auf den Trager aufgebracht wird. Zusätzlich laß sich die Effizienz des Verfahrens dann dadurch erhohen, daß nach dem Aufbringen der leitfahigen Schicht und vor dem Einstrahlen der energiereichen Strahlung eine diese hoch¬ gradig reflektierende Schicht mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit auf die leitfahige Schicht aufgebracht wird.
Diese Weiterbildungen des Verfahrens erfordern etwas erhoh- ten Aufwand für die Herstellung des Halbzeugs, bieten je¬ doch den Vorteil eines vergrößerten Bearbeitungsparameter¬ bereiches, speziell auch zu höheren Strahlleistungen und Arbeitsgeschwindigkeiten hm.
Als Quelle der energiereichen Strahlung wird vorzugsweise ein in Abstimmung auf Leitschicht- und Tragermaterial aus¬ gewählter UV- oder NIR-Laser, insbesondere em Festkörper¬ laser auf Seltenerdionenbasis (Nd- oder Yb-YAG-Laser o.a.) oder em Stickstoff- oder Excimer-Gaslaser eingesetzt. Grundsatzlich ist aber auch eine Elektronenstrahl- oder an- dere Quelle mit auf die Materialien abgestimmter Korpusku¬ larenergie bzw. Wellenlange einsetzbar.
Die Leistungsdichte und/oder Vorschubgeschwindigkeit der Strahlung werden so eingestellt, daß in deren Emwirkungs- bereich die leitfahige Schicht lokal weitgehend entfernt und/oder m nicht leitfahiges Material umgewandelt wird. Wesentlich ist, daß dabei die thermische Belastung des emp¬ findlichen Tragers derart begrenzt wird, daß dessen Struk¬ tur nicht beschädigt wird. Zur Verringerung der effektiven thermischen Belastung wird in einer speziellen Verfahrens¬ führung der Trager wahrend der Strukturierung gekühlt.
Bei Vorrichtungen von besonderer praktischer Bedeutung ist der Trager dünnes Glas oder eine dünne Kunststoffolie, bei¬ spielsweise PEFolie, und die leitfahige Schicht eme aufge- sputterte oder aufgedampfte elementare Metallschicht .
Zur Strukturierung wird energiereiche Strahlung mit emer Wellenlange im Bereich von etwas über 1 μm eingesetzt. Al¬ ternativ zur Strukturierung mittels Strahlung im nahen In¬ frarotbereich (NIR) ist bei herkömmlichen Trager- und Be- schichtungsmatenalien - unter Beachtung des obigen Grund¬ satzes für die Auswahl der Bestrahlungswellenlange insbesondere auch eine solche mittels Ultraviolett (UV) - Strahlung, speziell mit einer Wellenlange im Bereich von etwa 120 bis 350 nm möglich.
In einer speziellen Ausfuhrung für kostengünstige Struktu¬ ren mit sehr geringem Leiterbahnwiderstand und hoher Korro¬ sionsbeständigkeit wird die leitfahige Schicht m minde¬ stens zwei Auftragsschritten aus mindestens zwei verschie¬ denen Materialien, speziell etwa aus Cu und Ni, erzeugt. Für transparente Strukturen wird insbesondere ITO (Indium- Zinn-Oxid) eingesetzt.
Auf die beschriebene Weise kann als Leiterstruktur speziell eine streifen- oder matrixförmige Struktur erzeugt werden. Für eine kapazitiv auf Berührung ansprechende Dateneingabe¬ vorrichtung (ein sogenanntes kapazitives TouchPanel) wird dabei eine strukturierte Leiterschicht auf einer Oberfläche eines einzelnen Trägers gebildet, während für eine resistiv auf Berührung ansprechende Anordnung (ein resistives Touch- Panel) auf zwei Tragern jeweils mindestens eine Zulei- tungsstruktur zu einem leitfähigen Bereich gebildet wird und die Träger nach der Strukturierung mit einander zuge¬ wandten leitfähigen Schichten in geringem Abstand parallel zueinander angeordnet werden.
Beim letztgenannten Typ wird auf mindestens einem der Trä¬ ger eine ReliefStruktur derart ausgebildet, daß die Leiter¬ strukturen auf beiden Trägern im von äußerer Berührung freien Zustand keinen Kontakt miteinander haben, jedoch durch äußere Berührung in Kontakt miteinander gebracht wer- den. Diese ReliefStruktur kann in einer vorteilhaften Wei¬ terbildung des Verfahrens unter Nutzung der energiereichen Strahlung, insbesondere in einem Arbeitsgang mit dem Schritt der Strukturierung der leitfähigen Schicht oder in unmittelbarer zeitlicher Aufeinanderfolge mit diesem, aus- gebildet werden.
Wird zur Strukturierung UV-Strahlung eingesetzt, läßt sich in besonders vorteilhafter Weise im wesentlichen gleichzei¬ tig die Ausbildung der ReliefStruktur mittels eines UV- (Laser-)Härtens von vorab auf den Träger aufgebrachten Ab- standshalter-Vorformen aus einem UV-hartbaren Polymeren vornehmen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung smd m den Un- teranspruchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusam- men mit der Beschreibung der bevorzugten Ausfuhrung der Er¬ findung anhand der Figuren naher dargestellt. Es zeigen:
Fig. la bis lc Prmzipdarstellungen zur Erzeugung einer
Leiterstruktur auf einem leitfahig be¬ schichteten Trager gemäß verschiedenen Ausfuhrungsformen der Erfindung,
Fig. 2a und 2b schematische Darstellungen zur Vorgabe der
Strukturierungs-Wellenlange bei zwei Aus¬ fuhrungsformen der Erfindung,
Fig. 3 eme Draufsicht auf eme mittels des er- findungsgemaßen Verfahrens hergestellte
Dateneingabevorrichtung mit Matrix-Aufbau vom Typ des resistiven Touch-Panel,
Fig. 4 eine schematische Darstellung emer Anord¬ nung zur Durchfuhrung der Leiterschicht- strukturierung bei einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen mittels des er¬ findungsgemaßen Verfahrens hergestellten Mehrleitungsverbmder vom Chip-and-Foil- Typ,
Fig. la gibt eme Prinzipdarstellung zur Erzeugung einer Leiterstruktur auf einer vorab vollflachig mit einem Cu-Ni- Zweischichtaufbau 2 mit sehr niedrigem Flachenwiderstand
ERSATZBLAπ(REGEL26) versehenen PET-Folie 1. Auf der Folie 1 und unterhalb der Leiterschicht 2 ist eine dünne aufgedampfte Reflexions¬ schicht 3 vorgesehen. Auf einem m der xy-Ebene verschieb¬ lichen metallischen Tisch bzw. Halter 4 angeordnet, wird die Folie 1 von der Seite her, auf der die CuNi-Schicht 2 aufgebracht ist, unter Einsatz emer Fokussierungsoptik 5 einer abtastenden Bestrahlung mit Laserstrahlung 6 unterzo¬ gen. Die Wellenlange und Energiedichte der Laserstrahlung 6 werden so gewählt, daß es m den Bereichen, m denen die Laserstrahlung auf die Leiterschicht 2 auftrifft, durch die Absorption in dieser zu einer sehr schnellen Temperaturer¬ höhung kommt. Diese fuhrt zu einem eruptiven Aufschmelzen und Verdampfen der Leiterschicht, wodurch - unterstutzt durch einen Gasstrom 7 zum Abtransport der Schmelzspritzer und verdampften Anteile - in einem Schmelzkrater 2a ein Ab¬ schnitt der Leiterschicht entfernt wird. Wird der Laser¬ strahl 6 auf einer vorbestimmten Bahn und mit geeigneter Geschmdigkeit über die Oberflache der Leiterschicht 2 ge¬ fuhrt, lassen sich zusammenhangende lineare und/oder fla- chige Bereiche aus der ursprunglich geschlossen aufgebrach¬ ten Leiterschicht entfernen, wodurch diese strukturiert wird.
Die für die gewählte Laserstrahlung hochreflektierende Schicht 3 reflektiert den größten Teil der nicht von der Leiterschicht 2 absorbierten Strahlung wie auch der Absorp¬ tionswarme zurück m die Schicht 2 bzw. in die Atmosphäre und schützt dadurch die Oberflache der PET-Folie 1. Zudem erfolgt die Bearbeitung mit einer geeignet gewählten Kombi¬ nation der Bestrahlungsparameter Energiedichte und Ab- tastgeschwindigkeit, die die Einstellung eines thermischen
ERSATZBLAπ(REGEL26) Gleichgewichtes zwischen der Schicht 2 und dem Trager 1 im Einwirkungsbereich des Laserstrahls 6 nicht erlaubt.
Im übrigen - und vor allem - wird die Tragerfolie 1 derart gewählt, daß sie für die Wellenlange der Laserstrahlung ei- nen möglichst niedrigen Absorptionskoeffizienten sowie (unter Beachtung der übrigen anwendungsrelevanten Material¬ parameter) emen hohen Schmelzpunkt hat.
Für eine Ausführungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wird speziell em Folienmaterial gewählt, das im Wellenlan- genbereich um 1 um einen sehr hohen Transmissions- bzw. niedrigen Absorptionsgrad aufweist, und als strukturbilden¬ de Strahlung wird NIR-Laserstrahlung eingesetzt - bei¬ spielsweise die Strahlung eines Nd-YAG-Lasers mit einer Wellenlange von 1.06 μm und einer Dauerstrichleistung von einigen zehn Watt. Die Zwischenschicht 3 besteht bei dieser Ausfuhrung aus emer (als solche von Warmedammglasern her bekannten) sehr dünnen Au-Schicht.
Fig. 2a ist eme schematische Darstellung zur Vorgabe der Struktuπerungs-Wellenlange anhand der Absorptionskurven (Absorptionskoeffizient Orel m relativen Einheiten als Funktion der Wellenlange ' ) von Beschichtung - durchgezoge¬ ne Linie - und Trager - gestrichelte Linie - für diesen Fall. Die Struktuπerungs-Wellenlange ist innerhalb eines Wellenlangenbereiches A zu wählen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Zusammensetzung des Tragermaterials so eingestellt, daß es im höheren UVBe- reich noch eme relativ hohe Transparenz aufweist, und als strukturbildende Strahlung wird die eines UV-Lasers einge¬ setzt, beispielsweise eines N2-Lasers mit emer Wellenlange
ERSATZBLÄTT(REGEL26) von 337 nm oder eines KrF-Excimerlasers mit einer Wellen¬ lange von 248 nm.
Wieder ist die Abstimmung auf die materialspezifischen Ab¬ sorptionskurven wesentlich - vgl. Fig. 2b, die in zu Fig. 2a analoger (ebenfalls rem illustrierender) Darstellung auf einen geeigneten Wellenlangenbereich B hinweist.
Fig. lb zeigt m einer weiteren Prinzipdarstellung die Er¬ zeugung einer Leiterstruktur auf einer warmeempfmdlichen Folie 11. Diese wurde vorab vollflachig mit einer leitfahi- gen metallischen Beschichtung 12 versehen, und zwischen der halbsteifen Kunststoffolie 11 und der Leiterschicht 12 ist eine dünne Warmedammschicht 13 vorgesehen. Analog zur An¬ ordnung nach Fig. la ist das Halbzeug auf einem in der xy- Ebene verschieblichen metallischen Halter bzw. Probentisch 14 angeordnet. Dieser ist jedoch gemäß Fig. lb rückseitig verrippt und dient nicht nur der Halterung und Fuhrung des Substrates 11, sondern auch der wirksamen Wärmeableitung von diesem, wenn es unter Einsatz einer Fokussierungsoptik 15 einer abtastenden Bestrahlung mit Laserstrahlung 16 un- terzogen wird. Die Wellenlange und Energiedichte der Laser¬ strahlung 6 werden gemäß den unter Bezugnahme auf Fig. la. 2a und 2b erläuterten Grundsätzen vorgegeben, und deren Wirkung ist grundsätzlich dieselbe, wie oben angegeben.
Die dünne Warmedammschicht 13 - die aus einem Kunststoff mit besonders hoher T-Bestandigkeit und geringer Wärmeleit¬ fähigkeit (etwa einem HT-Epoxid oder Polyimid) , einem Oxid (etwa Sι02) oder einer dünnen Glaskeramik- oder Keramik¬ schicht bestehen kann - verhindert weitgehend die Übertra¬ gung der in der Leiterschicht 12 erzeugten Absorptionswarme in das Substrat 11, weniger jedoch das Eindringen der La-
ERSÄrZBLÄTT(REGEL26) serstrahlung m dieses. Aufgrund dessen geringen Absorpti¬ onsvermögens bei der Wellenlange der Laserstrahlung wird der eingedrungene Strahlungsanteil jedoch im wesentlichen an der metallischen Oberflache des Halters 14 zuruckgewor- fen, und dieser Anteil tragt über die starke Absorption in der Leiterschicht 13 zusatzlich zu deren lokaler Erhitzung und Abtragung bei.
Der Gasstrom 17 wirkt hier - zusätzlich zum verrippten xy- Tisch 14 - kühlend, so daß in der Umgebung des Laserkraters 12a sehr hohe T-Gradienten eingestellt werden und em (auch nur oberflächliches) Schmelzen des Kunststofftragers 11 verhindert wird. Als Kuhlgas kann beispielsweise unmittel¬ bar aus dem flussigen Vorrats-Zustand verdunsteter Stick¬ stoff eingesetzt werden.
Auch hier erfolgt die Auswahl des Tragermaterials derart, daß sich für die Wellenlange der Laserstrahlung em niedri¬ ger Absorptionskoefflzient sowie (unter Beachtung der übri¬ gen anwendungsrelevanten Materialparameter) em relativ ho¬ her Schmelzpunkt ergibt. Zur Auswahl der Strahlungsquelle wird auf die obigen Ausfuhrungen verwiesen; tendenziell ist aufgrund der Materialeigenschaften der Einsatz von UV- Lasern dem von NIR-Lasern bei einem Kunststofftrager vorzu¬ ziehen.
Fig. lc zeigt unter Verwendung von Bezugsziffern, die an die bei den Figuren la und lb verwendeten angelehnt smd, eme Modifkation des Verfahrens, bei dem die Laserstrahlung durch einen Quarzglas-Halter 24 von der unbeschichteten Seite der Tragerfolie 21 her und durch einen diese benet¬ zenden und kühlenden Wasserfilm 27 hindurch auf die Leiter- Schicht 22 eingestrahlt wird. Diese Modifikation ist beson-
ERSATZBLAπ(REGEL26) ders zweckmäßig für Anordnungen, bei denen die Leiter- schichtoberflache nicht ohne weiteres zuganglich ist etwa wenn bereits em Schaltkreis oder anderes Bauelement über dieser angeordnet wurde.
Neben Kunststoffolien kommen für spezielle Anwendungen als
Trager grundsatzlich auch flexible Dunnglaser in Frage, die den Vorteil einer wesentlich größeren T-Bestandigkeit ha¬ ben.
Sowohl bei Einsatz eines Glas- als auch eines Kunststoff- tragers kann die in Fig. la und lb gezeigte Zwischenschicht entfallen. Als Material für die Leiterschicht können neben den (zu diesem Zweck verbreitetsten) Cu-Ni-Zweischicht- aufbauten auch sonstige Schichten mit hoher elektrischer Leitfähigkeit zum Einsatz kommen, etwa aufgedampfte oder - gesputterte Schichten aus anderen elementaren Metallen oder bevorzugt Legierungen mit nicht zu hohem Schmelzpunkt.
Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht in annähernd natürlicher Große eine unter Anwendung des erfindungsgemaßen Verfahrens hergestellte Dateneingabevorrichtung 100 mit 8x8-Matπx- Aufbau vom Typ des resistiven Touch-Panel. Die x-Anschlusse 102.1 smd - aufgeteilt in zwei Grupppen - am oberen und unteren, die y-Anschlusse 102.2 am linken Rand des aus zwei Glasplatten 101a und 101b aufgebauten Panels zu erkennen; sämtliche Zuleitungen 103 sind nach links herausgeführt. Von den - mit einer Metallschicht bedeckten - Zuleitungen und Anschlüssen 102.2 bzw. 102.1 aus erstrecken sich Lei¬ terbahnen 102.3 (auf der unteren Oberflache der oberen Platte 101b) bzw. 102.4 (auf der oberen Oberflache der un¬ teren Platte 101a) aus ITO parallel zu den Kanten der Glasplatten in x- bzw. y-Richtung. In der Figur nicht dar-
ERSÄTZBLÄTT (REGEL 26) gestellt smd die Abstandshalter zwischen den Glasplatten, die in Form kleiner, in etwa kugelabschnittformiger, Aggre¬ gate aus gehärtetem Epoxidharz oder Lack auf die untere, stärkere Glasplatte 101a aufgebracht smd. Die Platten 101a und 101b smd über einen umlaufenden Klebstoffaden 104 mit¬ einander verklebt, durch den der Leiterschicht- und Ab- standsbereich gleichzeitig gegenüber Umwelteinflüssen ver¬ siegelt ist.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung m Art eines Blockschaltbildes eme Anordnung zur Durchfuhrung der Lei- terschichtstrukturierung bei einer Ausführungsform der Er¬ findung. Ausgangspunkt ist em vollflachig mit einer Lei¬ terschicht 10Ob' versehenes Halbzeug 100', dessen Leiter¬ schicht mittels einer Laserstrahl-Bearbeitungsvornchtung 200, gesteuert durch eme Steuerung 300, durch lokalen Ab¬ trag in eme Leiterbahnstruktur 100b umgewandelt wird.
Kernstuck der Bearbeitungsvorrichtung 200 ist em Nd- YAGImpulslaser 201 (λ = 1,06 μm, P = 50 W) mit Stromversor¬ gung 202 und Ansteuerschaltung 203. Die Laserstrahlung RL gelangt über eine Kollimationsoptik 204 und zwei Umlenk¬ spiegel 205 und 206 (von denen der Spiegel 206 von der Ruckseite her für sichtbares Licht durchlassig ist) zu ei¬ nem einstellbaren Spalt 207, über den die Strahlabmessungen vorgegeben werden, und dann über einen weiteren (dichroitischen) Umlenkspiegel 208 und eine Fokussierungs- optik bzw. Objektivlinse 209 auf die die Leiterschicht 100b' tragende Oberflache des Werkstucks 100'.
Zur Beobachtung des Strahlenganges und des Bearbeitungser¬ gebnisses smd zwei mit weißem Licht arbeitende Beleuch- tungsemrichtungen 210 (hinter dem Arbeitsspalt 207, zur
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Sichtbarmachung des Verlaufes des NIR-Laserstrahls) und 211, 212 (aus einer Lampe 211 und einem Umlenkspiegel 212, oberhalb des dichroitischen Spiegels 208, zur Gesichtsfeld¬ beleuchtung) vorgesehen. Über eine Okularlmse 213 und eine angeschlossene Videokamera 214 werden die Fuhrung des La¬ serstrahls auf dem Werkstuck und der Ablauf der Struktur¬ bildung überwacht. Die Umlenkspiegel 208, 211 und die Lin¬ sen 209, 213 sind m einer relativ zum Werkstsuck ver¬ schieblichen optischen Baugruppe 200a zusammengefaßt, die etwa von einem modifizierten Lichtmikroskop gebildet sein kann.
Zur Positionierung des Werkstucks 100' relativ zum Bearbei¬ tungsstrahl RL dient eine Positionssteuereinheit 215, die (in der Figur nicht gezeigte) Schrittmotorantriebe für die Optikeinheit 200a bzw. den Probentisch 216 ansteuert. Zur Einstellung der Arbeitsspaltabmessungen ist eme Spaltsteu- eremheit 217 vorgesehen, die ebenfalls auf einen in der Figur nicht dargestellten Motorantrieb einwirkt.
Das Kernstuck der eigentlichen Steuerung 300 ist em Mikro- prozessor-Controller 301, dem in üblicher Weise eine Einga¬ betastatur 302, em Bildschirm 303 und em Programmspeicher 304 sowie em Datenspeicher 305 zugeordnet sind. Der Bild¬ schirm 303 ist neben dem Controller 301 mit der Videokamera 214 verbunden.
Zur Herstellung emer Leiterstruktur mit vorgegebener Kon¬ figuration werden über die Eingabetastatur 302 - die hier lediglich zur Illustration angegeben ist und an deren Stel¬ le oder zusätzlich zu der auch em Scanner eingesetzt wer¬ den kann - die Konfiguration und die aktuellen Materialda- ten eingegeben oder em bereits im Datenspeicher 305 ge-
ERSATZBLAπ(REGEL26) speicherter Konfιguratιons-/Materιaldatensatz abgerufen und m den Arbeitsspeicher des Controllers 301 übernommen. Der Controller liefert daraufhin entsprechend den Konfigurati¬ onsdaten sowohl an die Leistungs-Ansteuerung 203 des La- seroszillators 201 und die Spaltsteueremheit 217 als auch an die Positionssteuereinheit 215 die für den gezielten lo¬ kalen Abtrag der Leiterschicht erforderlichen Steuersigna¬ le. Der Laserstrahl wird daraufhin automatisch mit an die Mateπalspezifikation des Schichtaufbaus angepaßter Ener- giedichte und Abtastgeschwindigkeit und mit einer Strahl- breite und Positionskoordinaten entsprechend dem vorgegebe¬ nen Leiterbahnverlauf über des Schichtaufbau gefuhrt.
Mit Hilfe der Beleuchtungseinrichtungen 210 und 211, 212 und der Kamera 214 werden der Verlauf des (selbst unsicht- baren) Bearbeitungsstrahls RL und die erzeugte Struktur be¬ obachtet, so daß auch wahrend der Bearbeitung korrigierende Eingriffe m den Ablauf - und zugleich eme Korrektur des Datensatzes im Speicher 305 für die spatere Herstellung identischer Strukturen - möglich smd.
Fig. 5 zeigt in einer Draufsicht m annähernd natürlicher Große einen unter Anwendung des erfmdungsgemaßen Verfah¬ rens Mehrleitungsverbinder 100 zur Verbindung eines integ¬ rierten Schaltkreises 101 mit einem Anzeigebaustein 102 (die beide in Art einer "black box" nur schematisch darge- stellt sind) . Der Verbinder umfaßt eine Leiterbahnanordnung 100b aus einer Cu- und einer daruberliegenden NiSchicht auf einer dünnen, biegsamen PET-Folie 100a.
Die Erfindung beschrankt sich m ihrer Ausfuhrung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausfuhrungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von
ERSATZBLAπ (REGEL 26) der dargestellten Losung auch bei grundsätzlich anders ge¬ arteten Ausfuhrungen Gebrauch macht.
Insbesondere liegen Abwandlungen hinsichtlich der in den Beispielen genannten Materialien und Bearbeitungs- Strahlquellen sowie der Arbeitstisch- und etwaiger Kuhlanordnungen ebenso im Bereich der Erfindung wie eme manuelle oder halbautomatische Steuerung des Strukturie- rungsvorganges .
In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung des Verfahrens kon- nen der Chip und/oder die weitere an den Verbinder anzu¬ schließende Baugruppe auch zunächst mit dem VerbinderHalb- zeug, d.h. der Folie mit unstrukturierter Leiterschicht, elektrisch und mechanisch verbunden werden etwa durch Ver¬ löten oder Verkleben der Bauelementanschlusse mit der Lei- terschicht mittels leitfahigem Kleber und/oder Verschweißen von Abschnitten der Bauelementgehause mit dem Folientrager - , und anschließend kann die Strukturierung der Leiterbah¬ nen entsprechend der konkreten Position der Bauelementan¬ schlusse relativ zur Folie erfolgen. Eine Einstrahlung der Arbeitsstrahlung von der Ruckseite der Tragerfolie her (wie in Fig. lc gezeigt) kann dabei besonders zweckmäßig sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Erzeugung der Lei¬ terbahnstruktur mit dem Verlöten bzw. Verschweißen oder dem Harten eines (geeignet ausgewählten, strahlungsvernetzen- den) leitfahigen Klebers unter Nutzung ein und derselben Strahlungsquelle verknüpft sein. Auch hierfür ist eine Ab¬ stimmung zwischen Materialspezifikationen und Bearbeitungs¬ parametern wesentlich.
Als Beispiel hierfür sei genannt, daß bei Einsatz eines UV- Lasers zur Leiterbahnstrukturierung in zweckmäßiger Weise
ERSATZBLAπ(REGEL26) em UV-hartender Kunstharzkleber mit leitfahiger Beimi¬ schung eingesetzt wird, und daß im Strukturierungsprozeß Teilschritte einer großflächigen Bestrahlung des Tragers mit dem (entsprechend aufgeweiteten) Laserstrahl zum Harten des Klebers ausgeführt werden.
Em weiteres Beispiel für die genannte Abstimmung ist, daß eme unstrukturiert oder nur grob strukturiert erzeugte Lotschicht im wesentlichen zeitgleich mit der Strukturie¬ rung der Leiterschicht durch zielgerichteten lokalen Abtrag derart strukturiert wird, daß Lotpunkte verbleiben, die m optimaler räumlicher Zordnung zur erzeugten Leiterbahn¬ struktur positioniert sind. Durch sofort anschließend aus¬ geführte Bestrahlungsschritte mit verminderter Energiedich¬ te können diese sogleich - m em und derselben Bearbei- tungsvorrichtung - mit den Bauelementanschlussen verlotet werden.
Zur sofortigen Herstellung von Chip-and-Foil-Verbindern für Standardschaltkreise können deren Anschlußkonfigurationen in den Datenspeicher eingegeben werden, so daß diese "auf Tastendruck" für die Folienstrukturierung bereitstehen. Im Controller kann auch ein optimierter Leiterbahnverlauf er¬ rechnet werden, wenn lediglich die Lage der Anschlüsse des anderen Bauelementes bzw. der Bauelemente oder Baugruppen emgegbeen wird oder bereits gespeichert ist. Damit wird sogar die Erstellung einer grafischen Darstellung des Lei¬ terbahnverlaufes - ganz zu schweigen von der üblichen auf¬ wendigen Maskenproduktion - überflüssig.
ERSATZBLÄTT (REGEL 26)

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Leiterstruktur auf einem warmeempfindlichen und/oder für sichtbares Licht transparenten flächigen Trager, welcher auf mindestens ei¬ ner Oberflache eine leitfahige, insbesondere für sichtbares Licht transparente, Schicht tragt, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfahige Schicht im wesentlichen vollflachig auf den Trager aufgebracht und danach mittels auf die Strukturbrei¬ te fokussierter energiereicher Strahlung, insbesondere La- serstrahlung, in der leitfahigen Schicht die Leiterstruktur erzeugt wird, wobei energiereiche Strahlung mit einer der¬ art auf das Material des Tragers und der leitfahigen Schicht abgestimmten Wellenlange oder derart abgestimmtem Wellenlangenbereich eingesetzt wird, daß diese (r) im Be- reich eines spektralen Absorptionsmaximums der leitfahigen Schicht, aber außerhalb von spektralen Absorptionsmaxima des Tragers liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen warmeempfindlichen Trager vor dem Aufbringen der leitfahigen Schicht vollflachig eine im Wellenlangenbe¬ reich der energiereichen Strahlung hochgradig reflektieren¬ de Schicht niedriger elektrischer Leitfähigkeit auf den Trager aufgebracht und spater die energiereiche Strahlung von derjenigen Seite des Tragers auf die leitfahige Schicht eingestrahlt wird, auf der die leitfahige Schicht aufge¬ bracht ist.
ERSATZBLAπ(REGEL26)
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen für die energiereiche Strahlung durchlassigen Trager vor dem Aufbringen der leitfahigen Schicht vollfla¬ chig eme für die energiereiche Strahlung hochgradig trans¬ parente Schicht mit niedriger elektrischer und thermischer Leitfähigkeit auf den Trager aufgebracht und spater die energiereiche Strahlung von der der leitfahigen Schicht ab¬ gewandten Seite des Tragers her auf die leitfahige Schicht fokussiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der leitfahigen Schicht und vor dem Einstrahlen der energiereichen Strahlung eme diese hoch¬ gradig reflektierende Schicht mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit auf die leitfahige Schicht aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsdichte und/oder Vorschubgeschwindigkeit des Auftreffortes der energierei¬ chen Strahlung so eingestellt wird, daß in deren jeweiligem Einwirkungsbereich die leitfahige Schicht lokal weitgehend entfernt und/oder m nicht leitfahiges Material umgewandelt wird, jedoch keine wesentliche Veränderung des Tragermate¬ rials eintritt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die vollflachige leitfahige Schicht unter Anwendung von Bedampfen oder Sputtern bzw. chemischer Gasphasenabscheidung erzeugt wird.
ERSATZBLAπ(REGEL26)
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die vollflachige leitfahige Schicht in mindestens zwei Auftragsschritten aus mindestens zwei verschiedenen Materialien erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Trager wahrend der Erzeugung der Leiterstruktur gekühlt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß als Quelle der energiereichen Strahlung ein UV- oder NIR-Laser, insbesondere em Sel- tenerd-Glas-oder-YAG-Laser oder em Stickstoff- oder Exci- mer-Gaslaser, eingesetzt wird.
10. Verfahren zur Herstellung emes Mehrleitungs- Verbmders vom Chip-and-Foil-Typ für eine integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trager eine Kunststoffolie, insbe¬ sondere PE-Folie, ist und die leitfahige Schicht eine Me- tallschicht, insbesondere Cu-Ni-Schicht, aufweist und ener¬ giereiche Strahlung mit einer Wellenlange im Bereich von etwa 1.04 bis 1.08 μm oder im Bereich von etwa 120 bis 350 nm eingesetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung nach dem vollflachigen Auf¬ bringen der leitfahigen Schicht auf den Trager insbesondere durch Verkleben mit leitfahigem Klebstoff oder Verschweißen
ERSATZBLAπ(REGEL26) mit diesem verbunden und die Erzeugung der Leiterstruktur nach dem Schritt des Verbmdens ausgeführt wird.
12. Verfahren zur Herstellung einer über dem Anzeigefeld einer Datenanzeigevorrichtung anzuordnenden Dateneingabe¬ vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß auf mindestens eine Oberflache eines für sichtbares Licht transparenten flachigen Tragers eine für sichtbares Licht transparente leitfahige Schicht aufge¬ bracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der leitfahigen Schicht vollflachig eme für sichtbares Licht transparente, jedoch im Wellen- langenbereich der energiereichen Strahlung hochgradig re¬ flektierende und/oder schlecht wärmeleitende Schicht mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit auf den Trager aufge¬ bracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß als Trager eine Glasplatte oder eine Kunst¬ stoffolie, insbesondere PE-Folie, und als leitfahige Schicht eme ITO-Schicht aufweist und energiereiche Strah¬ lung mit einer Wellenlange im Bereich von etwa 1.04 bis 1.08 μm oder von etwa 120 bis 350 nm eingesetzt wird.
15. Verfahren zur Herstellung einer kapazitiv auf Berüh¬ rung ansprechenden Dateneingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine
ERSATZBUπ(REGEL26) strukturierte Leiterschicht auf einer Oberflache eines ein¬ zelnen Tragers gebildet wird.
16. Verfahren zur Herstellung emer resistiv auf Berüh¬ rung ansprechenden Dateneingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf zwei Tragern jeweils mindestens eme Zuleitungsstruktur zu einem leitfahigen Bereich gebildet wird und die Trager nach der Strukturierung mit einander zugewandten leitfahigen Schich¬ ten in geringem Abstand parallel zueinander angeordnet wer- den.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einem der Trager eme ReliefStruktur derart ausgebildet wird, daß die Leiterstrukturen auf bei¬ den Tragern im von äußerer Berührung freien Zustand keinen Kontakt miteinander haben, jedoch durch äußere Berührung in Kontakt miteinander gebracht werden können.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die ReliefStruktur unter Nutzung der energiereichen Strahlung, insbesondere in einem Arbeitsgang mit dem Schritt der Strukturierung der leitfahigen Schicht oder m unmittelbarer zeitlicher Aufeinanderfolge mit diesem, aus¬ gebildet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung der Reliefstruktur ein UV-Laserharten
ERSATZBLAπ(REGEL26) von auf den Träger aufgebrachten Abstandshalter-Vorformen umfaßt .
ERSATZBLÄTT (REGEL 26)
PCT/DE1997/000163 1996-01-26 1997-01-24 Verfahren zur herstellung einer leiterstruktur WO1997027727A1 (de)

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