WO2010025972A1 - Verfahren zum heissprägen mindestens einer leiterbahn auf ein substrat sowie substrat mit mindestens einer leiterbahn - Google Patents

Verfahren zum heissprägen mindestens einer leiterbahn auf ein substrat sowie substrat mit mindestens einer leiterbahn Download PDF

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plastic substrate
metallization coating
metallization
embossing
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PCT/EP2009/058287
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Tjalf Pirk
Johanna May
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for hot stamping a printed conductor according to the preamble of claim 1 and to a substrate according to claim 11.
  • the hot stamping of printed conductors on plastic substrates represents an environmentally friendly option for the production of printed conductors.
  • the substrate having the desired microstructure for example by means of an injection molding process, is first produced.
  • the substrate is then placed in a press together with a metal foil placed thereon, whereupon the printed conductors are embossed as recessed structures using pressure and temperature by means of a structured stamping die.
  • the residual film on a raised structural plane of the substrate is removed from the substrate after the embossing process.
  • the peeling process is extremely critical. The success of the stripping process is essentially dependent on the tear resistance of the metal foil. Undressed film residues can lead to short circuits between the printed conductors.
  • the actual offset printed conductors which are at a distance from the raised structural plane, can also be removed or damaged.
  • the stamping force must be selected to be sufficiently large to ensure that the printed conductors adhere sufficiently strongly to the substrate after the removal process of the remaining film.
  • a disadvantage of the known method is further that the conductor tracks can be introduced only in a remote structural plane. This results in the fact that the fixing of semiconductor chips on the conductor track by means of an adhesive flip-chip method is only possible if the height difference between the conductor tracks and the structure level obtained exceeds the height of the bumps. For gold stud bumps this height is about 50 ⁇ m. This is technologically difficult to achieve, since at such low embossing depths due to a minimum thickness of the metal foil used, virtually no punching of the metal foil is possible and thus no traces can remain on the substrate. For a solder flip-chip process, known substrates with embossed conductor tracks can only be used to a limited extent because the solder bumps are spherical and thus only small embossing depths would be acceptable for narrow printed conductors.
  • the invention has for its object to propose an alternative, reliable method for hot embossing at least one conductor on a plastic substrate.
  • those with such a method with at least least substrates provided for the application of semiconductor devices by means of a flip-chip method be suitable.
  • the object is to provide a correspondingly optimized plastic substrate with at least one printed conductor track.
  • the invention is based on the idea not to emboss the at least one conductor track out of a metal foil onto the plastic substrate (polymer substrate) as in the prior art, but instead to form the conductor track by hot stamping from a metallization coating already provided on the plastic substrate.
  • a metal foil which is separate or laminated from the plastic substrate is not pressed against the substrate by means of the stamping die, but instead a metallization coating connected fixedly to the plastic substrate or fixed to at least one adhesion promoter layer provided on the plastic substrate. tung.
  • the provision of a metallization coating in place of a metal foil has a number of advantages.
  • the metallization coating can not wrinkle during hot stamping, whereby a parallel process management promises to be reliable for the simultaneous embossing of printed conductors on a variety of substrates.
  • it is possible to punch more uniformly and therefore better at comparatively low structural depths since the metallization coating, unlike an applied foil, can not slip laterally.
  • the thickness of the metallization coating used is preferably less than 5 .mu.m, particularly preferably less than 2 .mu.m, very particularly preferably less than 1 .mu.m.
  • the embossing punch used for hot stamping can be made, for example, from brass, Steel or ceramic be formed.
  • the stamping die material used should be harder than the metallization coating to minimize wear of the stamping die.
  • a device for relatively aligning the plastic substrate with the embossing die is used.
  • a metallization coating is characterized in that it is not formed by a film but by a metal layer applied either directly to the plastic substrate or to at least one adhesion promoter layer provided on the plastic substrate.
  • a metal layer applied either directly to the plastic substrate or to at least one adhesion promoter layer provided on the plastic substrate.
  • the metallization coating can be applied by means of a PVD process (physical vapor deposition), in particular by sputtering, vapor deposition or ion plating, etc.
  • the metallization coating can be applied by means of a CVD (Chemical Vapor Deposition) process.
  • the metallization coating directly to the plastic substrate or at least one adhesion promoter layer by means of a wet chemical process, in particular galvanically or electrochemically.
  • the material for the metallization coating is suitable. ability, temperature resistance, etc. Coatings of all metals, wherein it is particularly preferred if the metallization coating of the following metals or alloys comprising these metals is formed: copper, aluminum, gold.
  • An embodiment can be realized in which a three-dimensionally prestructured substrate is provided with a metallization coating and then hot-stamped by means of a stamping die by application of pressure and temperature.
  • a metallization coating is particularly preferred.
  • the metallization coating is preferably applied to an unstructured plastic substrate, which is then structured three-dimensionally during the embossing process by the application of pressure and temperature by means of the embossing die with simultaneous formation of the conductor tracks.
  • embossing stamp can be realized by means of the embossing stamp. It is also possible to structure other electrical structures, such as electrodes during the embossing process, by embossing on the metallization coating in addition to pure conductor tracks.
  • An embodiment can be realized in which the metallization coating is applied over the entire surface of a plastic substrate side surface.
  • the metallization coating applied in at least two, in particular spaced-apart sections on the plastic substrate for example using a shadow mask, or the like.
  • the use of lithographic development baths is dispensed with.
  • a plurality of, in particular the same, substrates are provided simultaneously with at least one conductor track by hot stamping.
  • the substrates are preferably arranged next to one another. It is conceivable to provide all plastic substrates or groups of plastic substrates with a common embossing punch for structuring, or for each plastic substrate at least one embossing stamp, wherein the different embossing dies are preferably actuated simultaneously.
  • thermoplastic material is formed from a thermoplastic material, since thermoplastic materials are outstandingly suitable for a hot stamping process.
  • the metallization coating it is possible to apply the metallization coating directly to the plastic substrate, or to provide at least one adhesion improvement layer between the plastic substrate and the metallization coating.
  • the metallization coating it is advantageous to roughen, activate and / or stain the surface to improve adhesion.
  • at least one functional layer is applied to the metallization coating before or after the hot stamping.
  • the functional layer is particularly preferably a protective layer, in particular an anticorrosive layer, for example of tin or gold.
  • at least one functional layer can be provided which improves solderability, wire bondability or flip chipability.
  • a printed conductor is produced by hot stamping in an uppermost structural plane of the substrate in order to enable a flip-chip process for fixing a semiconductor component.
  • at least one printed conductor is provided in at least two planes spaced apart from one another in the stamping direction.
  • the invention also leads to a plastic substrate with at least one printed conductor track of metal.
  • the substrate is particularly preferably prepared by a previously described method.
  • the plastic substrate is characterized in that the metal forming the conductor track was originally not provided as a foil, but as a metallization coating of the plastic substrate.
  • the plastic substrate is particularly preferably a component of a MEMS (microelectromechanical system), in particular for fluidic applications.
  • MEMS microelectromechanical system
  • the MEMS to a, preferably controllable, micropump at the Silizi ⁇ umchips on contact tracks provided with KunststoffSubstra ⁇ ten be contacted.
  • two metallization coatings spaced apart from one another in the stamping direction are spaced apart from each other by less than 50 ⁇ m, preferably less than 30 ⁇ m, in the punching direction.
  • Such metallization coatings, which are arranged closely next to one another in the vertical direction, can not be realized with the known film hot stamping technique.
  • FIG. 1 shows a plastic substrate which is not already provided with a metallization coating over its entire surface and is already three-dimensionally structured
  • FIG. 2 is an entire surface provided with a Metalltechnischsbe- stratification, unstructured Art ⁇ fabric substrate,
  • FIG. 4 shows a unstructured plastic substrate arranged in a press, which is provided with a metallization coating in a two-dimensionally structured manner
  • FIG 5 shows a three-dimensionally structured substrate resulting from the embossing process according to FIG. 4, with metallization coatings arranged in different planes.
  • plastic substrate 1 (polymer substrate) made of a thermoplastic material, which is already structured prior to the hot embossing process.
  • the three-dimensional structure of the plastic substrate 1 can be realized for example by injection molding, in a forming process or by means of a removing process. It can be seen that the plastic substrate 1 is provided at two laterally as well as in the vertical direction spaced apart sections 2, 3, each with a metallization coating 4, 5.
  • the plastic substrate 1 with the metallization coatings 4, 5 is embossed in a subsequent hot stamping step using pressure and temperature in such a way that resulting from the metallization coatings 4, 5 traces, so printed conductors are formed by hot stamping.
  • FIG. 2 shows an alternative plastic substrate 1, which is provided over its entire area with a single metallization coating 4.
  • the two-dimensional metallization coating 4 is applied to a two-dimensional plastic substrate surface.
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of an embossing punch 6 necessary for the hot embossing process.
  • This embossment comprises a stamp face 7 with an embossed structure 8 (microstructure).
  • FIG. 4 shows a press 9 with an embossing stamp 6.
  • an unstructured plastic substrate is inserted.
  • a metallization coating 4, 5 is in each case located on two exclusively laterally spaced apart sections 2, 3.
  • the metallization coatings 4, 5 can be applied to the two-dimensional side surface in a single metallization step using a shadow mask.
  • the embossing structure 8 of the embossing die 6 also comprises in a region outside the metallization coatings 4, 5 a structure section 10 which serves to emboss a usable, in particular fluidic microstructure 11 (see FIG. 5), wherein no metallization coating is provided in the region of the microstructure 11.
  • the embossing process is carried out using pressure and temperature, so that the three-dimensionally structured, shown in Fig. 5, provided with conductor tracks 12 plastic substrate 1 results.
  • metallization coatings 4, 5 due to the hot stamping process in two in the punch direction from each other beabstan- Deten levels are provided.
  • the metallization coatings 4, 5 can be used as conductor tracks 12.
  • the metallization coatings 4, 5 arranged in a raised (topmost) structural plane are primarily used as conductor tracks 12 in order to enable a flip-chip contacting process.
  • the metallizations implemented in the remote plane can also be used as conductor tracks.
  • the microstructure 11 laterally between the two sections 2, 3, a fluidic functional element, here a fluid channel comprises.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heißprägen mindestens einer Leiterbahn (12) auf ein Kunststoffsubstrat (1), wobei ein Metall mittels eines eine strukturierte Prägefläche aufweisenden Prägestempels (6) in eine Stempelrichtung gepresst wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Metall als Metallisierungsbeschichtung (4, 5) vorliegt. Ferner betrifft die Erfindung ein Kunststoffsubstrat (1).

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Heißprägen mindestens einer Leiterbahn auf ein Substrat sowie Substrat mit mindestens einer Leiterbahn
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heißprägen einer Leiterbahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Substrat gemäß Anspruch 11.
Das Heißprägen von Leiterbahnen auf KunststoffSubstrate stellt eine umweltfreundliche Möglichkeit zur Herstellung von Leiterbahnen dar. Bei bekannten Heißprägeverfahren wird zunächst das Substrat mit der gewünschten Mikrostruktur, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens, hergestellt. Daraufhin wird das Substrat zusammen mit einer auf dieses aufgelegten Metallfolie in eine Presse gelegt, wor- aufhin die Leiterbahnen unter Anwendung von Druck und Temperatur mittels eines strukturierten Prägestempels als vertiefte Strukturen geprägt werden. Die Restfolie auf einer erhabenen Strukturebene des Substrats wird nach dem Präge- prozess von dem Substrat wieder abgezogen. Der Abziehpro- zess ist äußerst kritisch. Der Erfolg des Abziehprozesses ist im Wesentlichen abhängig von der Reißfestigkeit der Metallfolie. Nicht abgezogene Folienreste können zu Kurzschlüssen zwischen den Leiterbahnen führen. Beim Abziehpro- zess können insbesondere dann, wenn der Prägedruck nicht ausreichend groß war, die eigentlichen, von der erhabenen Strukturebene beabstandeten, abgesetzten Leiterbahnen mit abgezogen oder beschädigt werden. Beim Abziehprozess darf also einerseits die (erhabene) , abzuziehende Restfolie nicht zu stark an das Substrat angedrückt werden, was zur Folge hat, dass auch die abgesetzten, tiefer gelegenen Leiterbahnen nur mit dieser Maximalkraft aufgebracht werden. Andererseits muss die Prägekraft jedoch ausreichend groß gewählt werden, um zu gewährleisten, dass die Leiterbahnen nach dem Abziehprozess der Restfolie ausreichend stark an dem Substrat anhaften.
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist weiterhin, dass die Leiterbahnen ausschließlich in einer abgesetzten Strukturebene eingebracht werden können. Dies führt dazu, dass das Festlegen von Halbleiterchips auf der Leiterbahn mittels eines Klebe-FlipChip-Verfahrens nur möglich ist, wenn die Höhendifferenz zwischen den Leiterbahnen und der erha- benen Strukturebene die Höhe der Bumps unterschreitet. Bei Gold-Stud-Bumps beträgt diese Höhe etwa 50μm. Dies ist technologisch schwer erzielbar, da bei derartig geringen Prägetiefen aufgrund einer Mindestdicke der zum Einsatz kommenden Metallfolie praktisch keine Stanzung der Metall- folie möglich ist und somit keine Leiterbahnen auf dem Substrat stehen bleiben können. Auch für einen Löt-FlipChip- Prozess sind bekannte Substrate mit eingeprägten Leiterbahnen nur bedingt einsetzbar, da die Lot-Bumps kugelförmig sind und somit für schmale Leiterbahnen nur geringe Präge- tiefen akzeptabel wären.
Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives, zuverlässiges Verfahren zum Heißprägen mindestens einer Leiterbahn auf ein KunststoffSubstrat vorzuschlagen. Bevorzugt sollen die mit einem derartigen Verfahren mit mindes- tens einer Leiterbahn versehenen Substrate für das Aufbringen von Halbleiterbauelementen mittels eines FlipChip- Verfahrens geeignet sein. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein entsprechend optimiertes KunststoffSubstrat mit mindes- tens einer aufgeprägten Leiterbahn bereitzustellen.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Substrates mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, nicht wie im Stand der Technik die mindestens eine Leiterbahn aus einer Metallfolie heraus auf das KunststoffSubstrat (Polymersub- strat) zu prägen, sondern stattdessen die Leiterbahn durch Heißprägen aus einer bereits auf dem KunststoffSubstrat vorgesehenen Metallisierungsbeschichtung auszubilden. Anders ausgedrückt, wird nicht eine von dem Kunststoffsub- strat separate oder auflaminierte Metallfolie gegen das Substrat mittels des Prägestempels gepresst, sondern stattdessen eine fest mit dem KunststoffSubstrat oder fest mit mindestens einer auf dem KunststoffSubstrat vorgesehenen Haftvermittlerschicht verbundene Metallisierungsbeschich- tung. Das Vorsehen einer Metallisierungsbeschichtung anstelle einer Metallfolie hat eine Vielzahl von Vorteilen. So kann die Metallisierungsbeschichtung beim Heißprägen nicht verknittern, wodurch eine parallele Prozessführung zum gleichzeitigen Prägen von Leiterbahnen auf eine Vielzahl von Substraten zuverlässig zu sein verspricht. Darüber hinaus kann bei vergleichsweise niedrigen Strukturtiefen gleichmäßiger und damit besser gestanzt werden, da die Metallisierungsbeschichtung im Gegensatz zu einer aufgelegten Folie nicht seitlich nachrutschen kann. Ferner ist es möglich, wesentlich flachere Strukturen zu realisieren, da sich im Vergleich zur Metallfolie dünne Metallisierungsbe- schichtungen auch schon bei geringen Strukturtiefen von weniger als 50μm zuverlässig abscheren lassen. Bevorzugt be- trägt die Dicke der zum Einsatz kommenden Metallisierungsbeschichtung weniger als 5 μm, besonders bevorzugt weniger als 2 μm, ganz besonders bevorzugt weniger als 1 μm. Zum Vergleich benötigt man im Stand der Technik für eine lOμm dicke Metallfolie Prägetiefen im Bereich von mehr als lOOμm um ein Abscheren beim Heißprägeprozess sicherstellen zu können. Ein weiterer, wesentlicher Vorteil eines nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Heißprägeverfahrens besteht darin, dass sowohl die erhabenen, als auch die versenkten Metallisierungsbeschichtungsstrukturen als Leiter- bahn genutzt werden können. Dabei ist es für ein flipchip- kompatibles Design vorteilhaft, die erhabenen Strukturen als Leiterbahnen auszuwählen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Metallisierungsbeschichtung zur Ausbildung der Leiterbahnen besteht im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Metallfolie darin, dass auf einen Abzieh- prozess zum Entfernen von nicht benötigter Restfolie vollständig verzichtet werden kann. Der zum Heißprägen zum Einsatz kommende Prägestempel kann beispielsweise aus Messing, Stahl oder Keramik ausgebildet sein. In jedem Fall sollte das verwendete Prägestempelwerkzeugmaterial härter sein als die Metallisierungsbeschichtung, um eine Abnutzung des Prägestempels zu minimieren. Bevorzugt kommt zusätzlich zu mindestens einem Prägestempel eine Vorrichtung zum relativen Ausrichten des KunststoffSubstrates zum Prägestempel zum Einsatz.
Eine Metallisierungsbeschichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie nicht von einer Folie gebildet ist, sondern von einer entweder unmittelbar auf das KunststoffSubstrat oder auf mindestens eine auf dem KunststoffSubstrat vorgesehene Haftvermittlerschicht aufgebrachte Metallschicht. Zum Aufbringen der Metallisierungsbeschichtung vor dem Heißpräge- prozess gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. So ist es denkbar, die Metallisierungsbeschichtung mittels eines PVD- Prozesses (physikalische Gasphasenabscheidung) insbesondere durch Sputtern, Aufdampfen oder Ionenplattieren, etc. aufzubringen. Zusätzlich oder alternativ kann die Metallisie- rungsbeschichtung mittels eines CVD-Prozesses (chemische Gasphasenabscheidung) aufgetragen werden. Ferner ist es möglich, die Metallisierungsbeschichtung unmittelbar auf das KunststoffSubstrat oder mindestens eine Haftvermittlerschicht mittels eines nasschemischen Prozesses, insbesonde- re galvanisch oder elektrochemisch aufzutragen. Darüber hinaus ist es denkbar, die Metallisierungsbeschichtung durch Auftragen, insbesondere Aufsprühen, Aufpinseln oder Aufrakeln, etc. einer Suspension auf das KunststoffSubstrat oder mindestens eine auf diesem vorgesehene Haftvermittler- schicht aufzubringen.
Als Material für die Metallisierungsbeschichtung eignen sich - je nach Anforderungen an Medienresistenz, Stromtrag- fähigheit, Temperaturfestigkeit, etc. Beschichtungen aus allen Metallen, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn die Metallisierungsbeschichtung aus folgenden Metallen oder diese Metalle aufweisenden Legierungen ausgebildet ist: Kupfer, Aluminium, Gold.
Es ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der ein dreidimensional vorstrukturiertes Substrat mit einer Metallisierungsbeschichtung versehen und sodann mittels eines Prä- gestempeis durch Anwendung von Druck und Temperatur heißgeprägt wird. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die dreidimensionale Strukturierung des KunststoffSubstrates gleichzeitig mit dem Prägen der mindestens einen Leiterbahn erfolgt. Anders ausgedrückt wird die Metallisierungsbeschichtung bevorzugt auf ein unstrukturiertes KunststoffSubstrat aufgebracht, welches sodann während des Prägeprozesses durch die Anwendung von Druck und Temperatur mittels des Prägestempels unter gleichzeitiger Ausbildung der Leiterbahnen dreidimensional struktu- riert wird. Dabei können mittels des Prägestempels zusätzlich zur Leiterbahnprägung dreidimensionale Strukturen für fluidische, optische, mechanische, etc. Anwendungen, insbesondere MEMS-Anwendungen realisiert werden. Auch ist es möglich, auf der Metallisierungsbeschichtung neben reinen Leiterbahnen weitere elektrische Strukturen, wie Elektroden während des Prägeprozesses durch Prägen herauszustrukturie- ren .
Es ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der die Me- tallisierungsbeschichtung vollflächig auf eine Kunststoffsubstratseitenfläche aufgebracht wird. Es ist jedoch alternativ auch möglich, die Metallisierungsbeschichtung bereits (grob) strukturiert aufzubringen. Anders ausgedrückt wird die Metallisierungsbeschichtung in mindestens zwei, insbesondere voneinander beabstandeten Teilabschnitten auf das KunststoffSubstrat, beispielsweise unter Einsatz einer Schattenmaske, o.a. aufgebracht. Bevorzugt wird auf den Einsatz lithographischer Entwicklungsbäder verzichtet.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der mehrere, insbesondere gleiche, Substrate gleichzeitig mit jeweils mindestens einer Leiterbahn durch Heißprägen verse- hen werden. Hierzu werden die Substrate bevorzugt nebeneinander angeordnet. Dabei ist es denkbar, sämtliche KunststoffSubstrate oder Gruppen von KunststoffSubstraten mit einem gemeinsamen Prägestempel zum Strukturieren, oder für jedes KunststoffSubstrat mindestens einen eigenen Präge- Stempel vorzusehen, wobei die unterschiedlichen Prägestempel vorzugsweise gleichzeitig betätigt werden.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das KunststoffSubstrat aus einem thermoplastischen Material ausgebildet ist, da sich thermoplastische Materialien hervorragend für einen Heißprägeprozess eignen.
Wie bereits erwähnt, ist es möglich, die Metallisierungsbeschichtung unmittelbar auf das KunststoffSubstrat aufzu- bringen, oder aber zwischen KunststoffSubstrat und der Metallisierungsbeschichtung mindestens eine Haftverbesserungsschicht vorzusehen. Für den Fall, dass die Metallisierungsbeschichtung unmittelbar auf das KunststoffSubstrat aufgebracht wird, ist es vorteilhaft, die Oberfläche zur Verbesserung der Haftung aufzurauen, zu aktivieren und/oder zu beizen. Um die Eigenschaften des beschichteten KunststoffSubstrates zu verbessern, ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der vor oder nach dem Heißprägen auf die Metallisierungsbe- schichtung mindestens eine Funktionsschicht aufgebracht wird. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Funktionsschicht um eine Schutzschicht, insbesondere um eine antikorrosive Schicht, beispielsweise aus Zinn oder Gold. Zusätzlich oder alternativ kann mindestens eine Funktionsschicht vorgesehen werden, die die Lötbarkeit, Drahtbond- barkeit oder FlipChipbarkeit verbessert.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Verfahrens, bei der in einer obersten Strukturebene des Substrates eine Leiterbahn durch Heißprägen erzeugt wird, um einen FlipChip-Prozess zum Festlegen eines Halbleiterbauelementes zu ermöglichen. Um den zur Verfügung stehenden Raum optimal für eine Vielzahl von Leiterbahnen ausnutzen zu können, ist es bevorzugt, wenn in mindestens zwei in Stempelrichtung voneinander beabstandeten Ebenen mindestens eine Leiterbahn vorgesehen wird.
Die Erfindung führt auch auf ein KunststoffSubstrat mit mindestens einer aufgeprägten Leiterbahn aus Metall. Besonders bevorzugt ist das Substrat hergestellt nach einem zu- vor beschriebenen Verfahren. Das KunststoffSubstrat zeichnet sich dadurch aus, dass das die Leiterbahn bildende Metall ursprünglich nicht als Folie, sondern als Metallisie- rungsbeschichtung des KunststoffSubstrates vorgesehen war.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Kunststoffsub- strat um ein Bestandteil eines MEMS (Mikro-Elektro- Mechanisches System) insbesondere für fluidische Anwendungen. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem MEMS um eine, vorzugsweise regelbare, Mikropumpe bei der Silizi¬ umchips auf mit Leiterbahnen versehenen KunststoffSubstra¬ ten ankontaktiert werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass zwei in Stempelrichtung voneinander beabstandete Me- tallisierungsbeschichtungen weniger als 50μm, vorzugsweise weniger als 30 μm in Stempelrichtung voneinander beabstandet sind. Derartig eng in Hochrichtung nebeneinander ange- ordnete Metallisierungsbeschichtungen sind mit der bekannten Folienheißprägetechnik nicht realisierbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
Fig. 1 ein nicht vollflächig mit einer Metallisierungs- beschichtung versehenes, bereits dreidimensional strukturiertes KunststoffSubstrat,
Fig. 2 ein vollflächig mit einer Metallisierungsbe- Schichtung versehenes, unstrukturiertes Kunst¬ stoffsubstrat,
Fig. 3 einen Prägestempel zum Heißprägen,
Fig. 4 ein in einer Presse angeordnetes, unstrukturiertes KunststoffSubstrat, das zweidimensional strukturiert mit einer Metallisierungsbeschich- tung versehen ist, und Fig. 5 ein aus dem Prägevorgang gemäß Fig. 4 resultierendes, dreidimensional strukturiertes Substrat mit in unterschiedlichen Ebenen angeordneten Me- tallisierungsbeschichtungen .
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .
In Fig. 1 ist ein bereits vor dem Heißprägevorgang dreidimensional strukturiertes KunststoffSubstrat 1 (Polymersub- strat) aus einem thermoplastischen Kunststoff gezeigt. Die dreidimensionale Struktur des KunststoffSubstrates 1 kann beispielsweise im Spritzgussverfahren, in einem Umformverfahren oder mittels eines abtragenden Verfahrens realisiert werden. Zu erkennen ist, dass das KunststoffSubstrat 1 an zwei lateral sowie in Hochrichtung voneinander beabstande- ten Teilabschnitten 2, 3 mit jeweils einer Metallisierungs- beschichtung 4, 5 versehen ist. Das KunststoffSubstrat 1 mit den Metallisierungsbeschichtungen 4, 5 wird in einem späteren Heißprägeschritt unter Anwendung von Druck und Temperatur derart geprägt, dass aus den Metallisierungsbeschichtungen 4, 5 Leiterbahnen resultieren, also Leiterbahnen durch Heißprägen herausgeformt werden.
In Fig. 2 ist ein alternatives KunststoffSubstrat 1 ge- zeigt, welches vollflächig mit einer einzigen Metallisie- rungsbeschichtung 4 versehen ist. Dabei ist die zweidimensionale Metallisierungsbeschichtung 4 auf eine zweidimensionale KunststoffSubstratoberfläche aufgebracht. Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines für den Heißprägeprozess notwendigen Prägestempels 6. Dieser um- fasst eine Stempelfläche 7 mit einer Prägestruktur 8 (Mik- rostruktur) .
In Fig. 4 ist eine Presse 9 mit einem Prägestempel 6 gezeigt. In die Presse 9 ist ein unstrukturiertes Kunststoffsubstrat eingelegt. Auf diesem befindet sich an zwei aus- schließlich lateral voneinander beabstandeten Teilabschnitten 2, 3 jeweils eine Metallisierungsbeschichtung 4, 5. Die Metallisierungsbeschichtungen 4, 5 können in einem einzigen Metallisierungsschritt unter Einsatz einer Schattenmaske auf die zweidimensionale Seitenfläche aufgebracht werden.
Anstelle der zwei auf der zweidimensionalen Kunststoffsub- stratoberflache aufgebrachten Metallisierungsbeschichtungen 4, 5 kann auch eine gemeinsame, insbesondere vollflächige Metallisierungsbeschichtung (nicht gezeigt) vorgesehen wer- den. Die Prägestruktur 8 des Prägestempels 6 umfasst auch in einem Bereich außerhalb der Metallisierungsbeschichtungen 4, 5 einen Strukturabschnitt 10, der zum Prägen einer nutzbaren, insbesondere fluidischen Mikrostruktur 11 (siehe Fig. 5) dient, wobei im Bereich der Mikrostruktur 11 keine Metallisierungsbeschichtung vorgesehen ist.
Nach dem Ausrichten des KunststoffSubstrates 1 relativ zu dem Prägestempel 6 erfolgt der Prägevorgang unter Anwendung von Druck und Temperatur, sodass das in Fig. 5 gezeigte, dreidimensional strukturierte, mit Leiterbahnen 12 versehene KunststoffSubstrat 1 resultiert. Zu erkennen ist, dass Metallisierungsbeschichtungen 4, 5 aufgrund des Heißprägeprozesses in zwei in Stempelrichtung voneinander beabstan- deten Ebenen vorgesehen sind. Dabei können die Metallisie- rungsbeschichtungen 4, 5 als Leiterbahnen 12 genutzt werden. Bevorzugt werden vorrangig die in einer erhabenen (o- bersten) Strukturebene angeordneten Metallisierungsbe- Schichtungen 4, 5 als Leiterbahnen 12 verwendet, um einen FlipChip-Kontaktierungsprozess zu ermöglichen. Zusätzlich oder alternativ können jedoch auch die in der abgesetzten Ebene realisierten Metallisierungen als Leiterbahnen benutzt werden. Zu erkennen ist, dass die Mikrostruktur 11 lateral zwischen den beiden Teilabschnitten 2, 3, ein fluidisches Funktionselement, hier einen Fluidkanal, umfasst.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Heißprägen mindestens einer Leiterbahn
(12) auf ein KunststoffSubstrat (1), wobei ein Metall mittels eines eine strukturierte Prägefläche aufweisenden Prägestempels (6) in eine Stempelrichtung ge- presst wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Metall als Metallisierungsbeschichtung (4, 5) vorliegt .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsbeschichtung (4, 5) vor dem Heißprägen, insbesondere durch einen PVD-Prozess, durch einen CVD-Prozess, nasschemisch, oder durch Aufbringen einer Suspension aufgebracht wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall der Metallisierungsbeschichtung (4, 5) Kupfer und/oder Aluminium und/oder Gold umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsbeschichtung (4, 5) als zweidimensionale Schicht auf eine zweidimensionale Ober- fläche des Substrates aufgebracht und zusammen mit dem Substrat beim Prägen dreidimensional strukturiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsbeschichtung (4, 5) vollflächig oder in, insbesondere zweidimensionalen, Teilab- schnitten, beispielsweise mittels einer Schattenmaske, aufgebracht und während des Prägens, vorzugsweise zusammen mit dem Substrat, dreidimensional strukturiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehre, insbesondere gleiche, Substrate gleichzeitig mit jeweils mindestens einer Leiterbahn (12) durch Heißprägen versehen werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das KunststoffSubstrat (1) aus einem thermoplastischen Material ausgebildet besteht.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungsbeschichtung (4, 5) unmittelbar fest mit dem KunststoffSubstrat (1), insbesondere mit einer vorbehandelten, insbesondere aufgerauten, gebeizten oder aktivierten Oberfläche, oder mit mindestens einer auf dem KunststoffSubstrat (1) vorgesehenen Haftvermittlerschicht verbunden wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der von dem KunststoffSubstrat (1) abgewandten Seite der Metallisierungsbeschichtung (4, 5) eine Funktionsschicht, vorzugsweise eine Schutzschicht, insbesondere eine Antikorrosionsschicht vorgesehen wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (12) in einer obersten Strukturebene des Substrates vorgesehen wird und/oder dass Leiterbahnen (12) in mindestens zwei in Stempelrich- tung beabstandeten Ebenen erzeugt werden.
11. KunststoffSubstrat mit mindestens einer aufgeprägten Leiterbahn (12) aus Metall, vorzugsweise heißgeprägt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden An- sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das die Leiterbahn (12) bildende Metall als Me- tallisierungsbeschichtung (4, 5) vorgesehen ist.
12. KunststoffSubstrat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (12) in einer obersten Struktur- ebene des Substrates vorgesehen ist und/oder dass Leiterbahnen (12) in mindestens zwei in Stempelrichtung beabstandeten Ebenen vorgesehen sind.
13. KunststoffSubstrat nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat Bestanteil eines MEMS, insbesondere für mikrofluidische Anwendungen, ist
14. KunststoffSubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in Stempelrichtung voneinander beabstandete Metallisierungsbeschichtungen (4, 5) weniger als 50μm, vorzugsweise weniger als 40μm, in Stempelrichtung voneinander beabstandet sind.
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