DE19963850A1 - Method and device for producing a conductive structure on a substrate - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen von leitfähigen Strukturen auf einem Substrat bzw. auf einem Schaltungsträger.The present invention relates to methods and Devices for producing conductive structures a substrate or on a circuit carrier.
Derzeit existieren unterschiedliche Verfahren zur Herstel lung von Leiterbahnen, die prinzipiell zwei grundlegende Schritte aufweisen, nämlich das Aufbringen eines leitfähigen Materials auf ein Substrat und die Strukturierung desselben. Diese beiden grundlegenden Schritte können auch in einem Schritt zusammengefaßt sein, was beispielsweise bei der Lei terbahnherstellung durch Siebdruck unter Verwendung von leitfähig gefüllten Polymerpasten der Fall ist.Different manufacturing processes currently exist development of conductor tracks, which are basically two basic Have steps, namely the application of a conductive Material on a substrate and the structuring of the same. These two basic steps can also be done in one Step summarized what, for example, with the Lei Web production by screen printing using conductive polymer pastes is the case.
Bei der Herstellung von Leiterbahnen aus reinen Metallen, beispielsweise Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al), sowie Me tallegierungen, sind überwiegend zwei Schritte erforderlich. Zunächst wird das Metall ganzflächig auf das Substratmate rial aufgebracht. Dabei werden mechanische Prozesse, bei spielsweise das Aufwalzen von Metallfolien, chemische bzw. elektrochemische Abscheidungsprozesse oder Bedampfungsver fahren, beispielsweise Sputtern, PVD, CVD (PVD = Physical Vaper Deposition; CVD = Chemical Vaper Deposition), ange wendet. In einem zweiten Schritt erfolgt dann die Struktu rierung mittels mechanischer Verfahren, beispielsweise durch Fräsen, oder durch eine Kombination von photolithographi schen Prozessen und Ätzverfahren. Die beiden letztgenannten Verfahren sind häufig die kostenbestimmenden Faktoren bei der Leiterplattenherstellung. Diese kostenintensiven Schritte müssen bei jedem einzelnen Substrat für die Strukturie rung angewendet werden. Bei dem beschriebenen bekannten Ver fahren sind Kostensenkungen daher nur durch die Zusammenfas sung mehrerer Substrate zu einem Nutzen möglich, da hier alle Substrate des Nutzens gleichzeitig einen Prozeßschritt durchlaufen.In the production of conductor tracks from pure metals, for example copper (Cu) or aluminum (Al), and Me valley alloys, two steps are required. First, the metal is applied to the entire surface of the substrate rial applied. Mechanical processes are involved in for example rolling metal foils, chemical or electrochemical deposition processes or evaporation processes drive, for example sputtering, PVD, CVD (PVD = Physical Vaper deposition; CVD = Chemical Vaper Deposition) turns. The structure is then carried out in a second step ration by means of mechanical methods, for example by Milling, or by a combination of photolithographi processes and etching processes. The latter two Procedures are often the cost determining factors PCB manufacturing. These expensive steps need for the structure for each individual substrate tion can be applied. In the known Ver driving are therefore cost reductions only by summarizing Solution of several substrates possible for one benefit, because here all Substrates of use at the same time a process step run through.
Nach der Strukturierung der Metallisierung werden die Lei terbahnen über chemische oder elektrochemische Prozesse verstärkt bzw. mit zusätzlichen Funktionsschichten, bei spielsweise aus Nickel oder Gold, versehen.After structuring the metallization, the Lei orbits on chemical or electrochemical processes reinforced or with additional functional layers, at for example made of nickel or gold.
Die oben beschriebene Leiterbahnerzeugung aus Metall auf Substraten, d. h. Schaltungsträgern, besitzt entscheidende Nachteile. Zunächst müssen alle Substrate die entsprechenden beschriebenen Prozeßschritte durchlaufen. Dies bedeutet je doch, daß die Substratmaterialien für die genannten Prozesse geeignet sein müssen, oder alternativ die Prozesse auf die Materialien abgestimmt sein müssen. Entsprechend kostengün stige Materialien, wie sie beispielsweise für die Herstel lung von Smart-Card- oder Etiketten-Inletts verwendet wer den, sind nur vergleichsweise aufwendig mit reinen Metallei terbahnen bzw. Legierungen oder Schichtaufbauten herstell bar. Desweiteren fallen die hohen Kosten für die Lithogra phie bei der Strukturierung bei jedem Substrat bzw. Sub stratnutzen an, so daß der Kostenanteil dieses Prozesses am fertigen Substrat sehr hoch ist.The above-described metal conductor formation Substrates, i. H. Circuit carriers, has crucial Disadvantage. First of all, all substrates must be the appropriate ones go through the process steps described. This means ever but that the substrate materials for the processes mentioned must be suitable, or alternatively the processes on the Materials must be coordinated. Correspondingly inexpensive other materials, such as those for the manufacturer smart card or label inlets are only comparatively complex with pure metal alloys Manufacture sheets or alloys or layer structures bar. Furthermore, the high costs for the Lithogra fall structuring for each substrate or sub stratnutzen, so that the cost share of this process on finished substrate is very high.
Zur Erzeugung von Leiterbahnen bei der Herstellung von Smart-Card- oder Etiketten-Inletts werden häufig gefüllte Polymerpasten verwendet. Hierbei ist jedoch festzustellen, daß zur Erzeugung sehr feiner Strukturen bis ca. 100 µm Lei terbahnabstand das Drucken von Polymerleiterbahnen meist un geeignet ist. Vielmehr ist hier eine Strukturierung von Me tallschichten auf dem Substratträger mittels Photolithogra phie und anschließendem Ätzprozeß notwendig. Hierbei kann es besonders bei der Erzeugung von Leiterbahnen auf flexiblen Schaltungsträgern, die nur in kleinen Nutzen oder von Rolle zu Rolle bearbeitbar sind, aufgrund von Prozeßstreuungen zu erhöhten Toleranzen für die Leiterbahngeometrie kommen.For the production of conductor tracks in the production of Smart card or label inlets are often filled Polymer pastes used. However, it should be noted that that to produce very fine structures up to about 100 µm Lei distance between the tracks is usually unprinted suitable is. Rather, here is a structuring of Me tall layers on the substrate carrier by means of photolithography phie and subsequent etching process necessary. Here it can especially when creating conductor tracks on flexible Circuit boards that are only of small use or of role are editable to role due to process variation increased tolerances for the conductor geometry.
Neben den oben genannten Verfahren kann auch eine direkte Erzeugung von Metalleiterbahnen auf dem Substrat durch Heiß prägen erfolgen. Dabei wird die Leiterstruktur mit Hilfe ei nes Stanzwerkzeugs aus einer Metallfolie ausgestanzt und gleichzeitig mittels Druck und Temperatur auch das Substrat transferiert, bzw. teilweise in das Substratmaterial einge preßt. Dieses Verfahren, wie es bei sogenannten "MIDs" (Molded-In terconnect-Devices) angewendet wird, ist hauptsächlich hin sichtlich der einsetzbaren Substratmaterialien und der er zeugbaren kleinsten Strukturgrößen stark eingeschränkt.In addition to the above methods, direct Generation of metal conductor tracks on the substrate by hot emboss. The ladder structure is created using ei punched out of a metal foil and the substrate at the same time by means of pressure and temperature transferred, or partially inserted into the substrate material presses. This process, as is the case with so-called "MIDs" (Molded-In terconnect devices) is mainly used visibly the usable substrate materials and he the smallest structure sizes that can be produced are severely restricted.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges Verfahren zur Erzeugung einer leitfähigen Struktur auf einem Substrat zu schaffen, das auch die Erzeu gung sehr feiner hochgenauer Strukturen ermöglicht, sowie Vorrichtungen, die bei einem solchen Verfahren verwendet werden können, zu schaffen.The object of the present invention is a Inexpensive method for producing a conductive To create structure on a substrate that also the Erzeu enables very fine, highly precise structures, and Devices used in such a method can be create.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und Vorrichtungen nach den Ansprüchen 12, 13 und 15 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 and Devices according to claims 12, 13 and 15 solved.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Erzeugen einer leitfähigen Struktur auf einem Substrat, bei dem zu nächst ein Material auf oder in Strukturen eines wiederver wendbaren Werkzeugträgers aufgebracht oder eingebracht wird, um die leitfähige Struktur auf oder in dem wiederverwendba ren Werkzeugträger zu erzeugen. Nachfolgend wird die erzeug te leitfähige Struktur von dem wiederverwendbaren Werkzeug träger auf das Substrat übertragen.The present invention provides a method of making a conductive structure on a substrate, in which to next a material on or in structures of a re-used reversible tool holder is applied or introduced, to the conductive structure on or in the reusable to produce their tool carrier. In the following it will be generated te conductive structure of the reusable tool transfer carrier to the substrate.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines wiederverwendbaren Werkzeugträgers, der bei dem obigen Verfahren einsetzbar ist, umfaßt ein Trägerelement und eine Urmetallisierung, die auf dem Trägerelement gebildet ist und die abhängig von der zu erzeugenden leitfähigen Struktur strukturiert ist, auf der selektiv die leitfähige Struktur abscheidbar ist. Ein zweites Ausführungsbeispiel eines wiederverwendbaren Werk zeugträgers besitzt eine Urmetallisierung und eine Abdeck schicht, die auf der Urmetallisierung gebildet ist und ab hängig von der zu erzeugenden leitfähigen Struktur Ausneh mungen bis zu der Urmetallisierung aufweist. Schließlich um faßt ein drittes Ausführungsbeispiel eines wiederverwendba ren Werkzeugträgers zum Erzeugen einer leitfähigen Struktur Ausnehmungen, die abhängig von der zu erzeugenden leitfähi gen Struktur gebildet sind, in die pastenförmiges oder flüs siges Material einbringbar und in einen festen Zustand über führbar ist, um dadurch die leitfähige Struktur zu erzeugen.A first embodiment of a reusable Tool carrier that can be used in the above method is a support element and a primary metallization, the is formed on the carrier element and depending on the is structured to be generated conductive structure which can selectively deposit the conductive structure. On second embodiment of a reusable work witness carrier has a primary metallization and a cover layer that is formed on the primary metallization and off depending on the conductive structure to be produced up to the original metallization. Finally around summarizes a third embodiment of a reusable ren tool carrier for creating a conductive structure Recesses depending on the conductivity to be generated gene structure are formed in the pasty or rivers material and can be brought into a solid state is feasible to thereby generate the conductive structure.
Die vorliegende Erfindung schafft somit ein Verfahren, das sich aus zwei Grundprozessen zusammensetzt. Der erste Grund prozeß ist die Herstellung einer leitfähigen Struktur, vor zugsweise einer strukturierten Metallisierungsschicht, unter Verwendung eines wiederverwendbaren Werkzeugs. Der zweite Grundprozeß ist dann die Übertragung dieser erzeugten leit fähigen Struktur auf ein Substrat, vorzugsweise einen Schal tungsträger.The present invention thus provides a method that is made up of two basic processes. The first reason process is the manufacture of a conductive structure, before preferably a structured metallization layer, under Use a reusable tool. The second The basic process is then the transfer of these generated conductive capable structure on a substrate, preferably a scarf executives.
Im Gegensatz zu den oben beschriebenen üblichen Herstel lungsverfahren von strukturierten Schaltungen erfolgt erfin dungsgemäß der Strukturierungsprozeß der Metallisierung, die die spätere Leiterbahn darstellt, nicht direkt auf dem Sub strat, sondern in einem gesonderten Schritt. Somit kommt das Substrat nicht mit den erforderlichen Strukturierungsprozes sen in Berührung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wird weder erst die Metallisierungsschicht auf das Substrat aufgebracht und anschließend strukturiert, noch die Metalli sierungsschicht in einem Strukturierungsprozeß auf dem Sub strat erzeugt, wie es beispielsweise bei der Erzeugung von Leiterbahnen aus gefüllten Polymerpasten mittels Siebdruck oder beim Heißprägen von Metallfolien der Fall ist.In contrast to the usual manufacturers described above Structured circuits are invented According to the structuring process of the metallization represents the later trace, not directly on the sub strat, but in a separate step. So that's what happens Substrate not with the required structuring processes in touch. In contrast to conventional processes neither the metallization layer on the substrate applied and then structured, the Metalli layer in a structuring process on the sub strat, as is the case with the generation of Conductor tracks made of filled polymer pastes using screen printing or when hot stamping metal foils.
Vielmehr erfolgt erfindungsgemäß die Erzeugung der leitfähi gen Struktur auf einem wiederverwendbaren Werkzeugträger, wobei dieselbe erst nach Fertigstellung auf das Substrat übertragen wird. Dies ist erfindungsgemäß möglich, da fest gestellt wurde, daß leitfähige Strukturen abziehbar auf wie derverwendbaren Werkzeugträgern erzeugt werden können. Dies ist beispielsweise möglich, wenn eine Metallisierungsschicht chemisch oder elektrochemisch auf einer Urmetallisierung ab geschieden wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Abziehbar keit bei einer Vielzahl von Materialien auftritt, beispiels weise können als Urmetallisierung vorzugsweise Edelstahl, Titan, Wolfram, Vanadium, Palladium, Chrom oder Legierungen derselben verwendet werden. Die leitfähige Struktur kann dann beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder Gold erzeugt werden. Eine hervorragende Abziehbarkeit hat sich bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bei der Verwendung einer TiW-Schicht als Urmetallisierung und der chemischen Abschei dung von Kupfer als leitfähige Struktur auf derselben ge zeigt.Rather, according to the invention, the conductive is generated structure on a reusable tool carrier, the same only after completion on the substrate is transmitted. This is possible according to the invention because it is fixed was made that peelable conductive structures like of the usable tool carriers. This is possible, for example, if a metallization layer chemically or electrochemically on a primary metallization is divorced. It has been shown that this is removable speed occurs with a variety of materials, for example as a primary metallization, preferably stainless steel, Titanium, tungsten, vanadium, palladium, chrome or alloys the same can be used. The conductive structure can then produced, for example, from copper, aluminum or gold become. One has excellent peelability preferred embodiment when using a TiW layer as primary metallization and chemical deposition copper as a conductive structure on the same shows.
Bei der Übertragung der erzeugten leitfähigen Struktur von dem wiederverwendbaren Werkzeugträger auf das Substrat bzw. einen Zwischenträger muß für eine ausreichende Haftung der leitfähigen Struktur an dem Substrat bzw. dem Zwischenträger gesorgt werden. Zu diesem Zweck kann eine Haftschicht auf dem Substrat bzw. dem Zwischenträger vorgesehen werden. Al ternativ ist es möglich, die leitfähige Struktur zumindest teilweise in das Substratmaterial einzudrücken.When transferring the generated conductive structure from the reusable tool holder on the substrate or an intermediate carrier must be sufficient for the conductive structure on the substrate or the intermediate carrier be taken care of. For this purpose an adhesive layer can be applied the substrate or the intermediate carrier can be provided. Al Alternatively, it is possible to at least use the conductive structure partially press into the substrate material.
Nach der Ablösung der leitfähigen Struktur steht der wieder verwendbare Werkzeugträger wieder für ein erneutes Aufbrin gen oder Einbringen eines Materials zur Erzeugung einer leitfähigen Struktur zur Verfügung, solange derselbe nicht durch eine Abnutzung beschädigt wird. Somit ist bei gleich bleibendem Leiterbahnlayout eine erneute Strukturierung des Trägers nicht erforderlich. Bei dem wiederverwendbaren Werk zeugträger handelt es sich demnach um ein sogenanntes Mehr fachwerkzeug.After the conductive structure has been detached, it is there again usable tool carriers again for re-application gene or introduction of a material to produce a conductive structure available as long as the same is not is damaged by wear. So is the same a permanent structuring of the track layout Carrier not required. At the reusable work Witness carrier is therefore a so-called majority specialist tool.
Das Verfahren des vom Substrat unabhängigen Erzeugens der leitfähigen Strukturen bzw. Leiterbahnen auf einem externen Träger, d. h. dem wiederverwendbaren Werkzeugträger, und das anschließende Übertragungsverfahren haben entscheidende Vor teile gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Leiterbahnerzeu gung auf Substraten. Der Werkzeugträger ist für mehrere Pro zeßdurchläufe wiederverwendbar, entsprechend der jeweiligen Abnutzung. Durch diese Wiederverwendbarkeit des Trägers wer den Kosten und Umweltbelastungen durch die im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren entfallenden Strukturierungsprozes se, d. h. Lithographie- und Ätzprozesse, eingespart. Erfin dungsgemäß kommen die Substrate, auf die die leitfähige Struktur aufgebracht werden soll, mit dem Strukturierungs prozeß nicht in Berührung, so daß eine verringerte Belastung der Substrate stattfindet. Darüberhinaus sind erfindungsge mäß die Strukturierung bzw. die erzeugbaren minimalen Struk tur-Breiten und -Abstände unabhängig von dem Substrat, auf das die entsprechende leitfähige Struktur aufgebracht werden soll.The method of producing the conductive structures or conductor tracks on an external Carrier, d. H. the reusable tool holder, and that subsequent transmission procedures have decisive advantages parts compared to conventional methods for conductor tracks on substrates. The tool carrier is for several pros reflows are reusable, according to the respective Wear. Through this reusability of the carrier who the costs and environmental impact of the compared to structuring process that is not required by conventional methods se, d. H. Lithography and etching processes, saved. Erfin According to the substrates come on which the conductive Structure should be applied with the structuring process not in contact, so that a reduced load of the substrates takes place. In addition, are fiction according to the structuring or the minimal structure that can be generated door widths and distances regardless of the substrate that the appropriate conductive structure are applied should.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert.Preferred embodiments of the present invention are referred to below with reference to the attached drawing nations explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 schematisch die Schritte eines bevorzugten Verfahrens zum Erzeugen einer leitfähigen Struktur auf einem Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung und Fig. 1 shows schematically the steps of a preferred method for creating a conductive pattern on a substrate according to the present invention, and
Fig. 2 schematisch die Schritte eines Verfahrens zur Her stellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen wiederverwendbaren Werkzeugträgers. Fig. 2 shows schematically the steps of a method for the manufacture of a preferred embodiment of a reusable tool carrier according to the invention.
Nachfolgend wird bezugnehmend auf Fig. 1 zunächst ein bevor zugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfah rens zum Erzeugen einer Leiterbahnmetallisierung auf einem Substrat näher erläutert. Durch das erfindungsgemäße Verfah ren lassen sich beispielsweise Spulenmetallisierungen auf Inlettfolien für Etiketten oder kontaktlose Chipkarten vor teilhaft herstellen. Nach dem Erzeugen der Spulenmetalli sierungen durch das erfindungsgemäße Verfahren können dann die Folien noch mit entsprechenden Bauteilen, z. B. einem Transponder-IC, bestückt und anschließend einlaminiert wer den. 1, a preferred embodiment of a method according to the invention for producing a conductor track metallization on a substrate is first explained in more detail with reference to FIG. 1. The inventive method ren can, for example, produce coil metallizations on ticking foils for labels or contactless chip cards before. After generating the Spulenmetalli sinations by the method according to the invention, the films can then still with appropriate components, for. B. a transponder IC, and then laminated who the.
Wie in Fig. 1 in einem Schritt S1 gezeigt ist, wird zunächst ein wiederverwendbarer Werkzeugträger 2 bereitgestellt, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Trägerelement 4 und eine auf dem Trägerelement 4 gebildete Urmetallisie rung 6 besitzt. Die Urmetallisierung 6 ist abhängig von der zu erzeugenden leitfähigen Struktur strukturiert, so daß auf derselben die leitfähige Struktur selektiv abscheidbar ist. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen wiederverwendba ren Werkzeugträgers, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, wird spä ter bezugnehmend auf Fig. 2 erläutert. Das Trägerelement 4 kann beispielsweise durch einen Silizium-Wafer, eine Keram ik, eine Metallplatte oder einen starren oder flexiblen Trä ger aus Kunststoff gebildet sein. Bei dem bevorzugten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die struktu rierte Urmetallisierung 6 aus Titan-Wolfram gebildet.As shown in Fig. 1 in a step S1, a reusable tool carrier 2 is first provided, which in the illustrated embodiment has a carrier element 4 and a primary metallization 6 formed on the carrier element 4 . The primary metallization 6 is structured depending on the conductive structure to be produced, so that the conductive structure can be selectively deposited thereon. A method of manufacturing such a reusable tool carrier as shown in FIG. 1 will be explained later with reference to FIG. 2. The carrier element 4 can be formed, for example, by a silicon wafer, a ceramic, a metal plate or a rigid or flexible carrier made of plastic. In the preferred exemplary embodiment of the present invention, the structured primary metallization 6 is formed from titanium-tungsten.
Auf der Urmetallisierung 6 wird nun bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Leiterbahnmetallisierung 8 erzeugt, indem eine selektive Metallabscheidung in einem chemischen oder elektrochemischen Prozeß durchgeführt wird. An dieser Stelle sei angemerkt, daß an die hierin als Urmetallisierung bezeichnete Metallisierung des wiederverwendbaren Werkzeug trägers die Forderung zu stellen ist, daß sich an ihr in einem chemischen oder elektrochemischen Prozeß die Metalli sierungen abscheiden lassen, die später die Leiterbahn auf dem Substratträger, d. h. die Leiterbahnmetallisierung, erge ben. Die Haftung dieser abzuscheidenden Metallisierungen auf der Urmetallisierung muß jedoch ausreichend gering sein, um eine spätere Ablösbarkeit der Leiterbahnmetallisierung zu ermöglichen. Ferner muß die Abscheidung der Metallisierung selektiv auf der Urmetallisierung erfolgen, wobei eine Ab scheidung auf dem Trägerelement 4 verhindert sein muß. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung wird die Leiterbahnmetallisierung 8 durch ein chemi sches Abscheiden einer Kupferschicht auf der strukturierten Titan-Wolfram-Urmetallierung erzeugt. On the Urmetallisierung 6 Leiterbahnmetallisierung 8 is now generated by a selective metal deposition is carried out in a chemical or electrochemical process in the illustrated embodiment. At this point, it should be noted that the metallization of the reusable tool carrier referred to herein as the primary metallization has to be made in such a way that the metallizations can be deposited on it in a chemical or electrochemical process, which later the conductor track on the substrate carrier, ie the Conductor metallization, result. However, the adhesion of these metallizations to be deposited on the primary metallization must be sufficiently low to enable the conductor metallization to be removed later. Furthermore, the deposition of the metallization must be carried out selectively on the primary metallization, with a deposition on the carrier element 4 having to be prevented. In a preferred embodiment of the present invention, the interconnect metallization 8 is produced by chemically depositing a copper layer on the structured titanium-tungsten primary metallization.
Der Werkzeugträger 2, auf dem die Leitermetallisierung 8 er zeugt ist, ist bei 52 in Fig. 1 gezeigt. Diese Leiterbahnme tallisierung 8 wird nun auf das eigentliche Substrat 10, das bei 53 in Fig. 1 gezeigt ist, übertragen. Dazu ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer unteren Oberflä che des Substrats, d. h. des Schaltungsträgers 10, eine Haft mittelschicht 12, vorzugsweise eine Kleberschicht, vorgese hen. Wie durch die Pfeile 14, 16 und 18 in Fig. 1 angezeigt ist, werden nun die Oberfläche des Werkzeugträgers 2, auf dem die Leiterbahnmetallisierung 8 gebildet ist und die Oberfläche des Substrats 10, auf dem die Haftmittelschicht 12 gebildet ist, zusammengebracht, wie bei 54 in Fig. 1 ge zeigt ist. Nachfolgend werden, wie durch die Pfeile 20 und 22 angezeigt ist, der wiederverwendbare Werkzeugträger 2 und das Substrat 10 getrennt, wodurch die Leiterbahnmetallisie rung 8 aufgrund der Ablösbarkeit derselben von der Urmetal lisierung 6 und aufgrund der Haftwirkung der Haftschicht 12 von dem Werkzeugträger 2 abgelöst wird und auf dem Substrat 10 verbleibt. Somit steht nach Abschluß des Verfahrens der wiederverwendbare Werkzeugträger 2 für eine erneute Metall abscheidung zur Verfügung, wie bei 55 in Fig. 1 gezeigt ist. Auf der anderen Seite liegt, wie bei 56 in Fig. 1 gezeigt, das mit der Leiterbahnmetallisierung 8 versehene Substrat 10 vor.The tool carrier 2 , on which the conductor metallization 8 is generated, is shown at 52 in FIG. 1. This Leiterbahnme tallisierung 8 is now transferred to the actual substrate 10 , which is shown at 53 in Fig. 1. For this purpose, in the illustrated embodiment on a lower surface of the substrate, ie the circuit carrier 10 , an adhesive middle layer 12 , preferably an adhesive layer, is provided. As indicated by the arrows 14 , 16 and 18 in Fig. 1, the surface of the tool carrier 2 on which the interconnect metallization 8 is formed and the surface of the substrate 10 on which the adhesive layer 12 is formed are now brought together, as in 54 in Fig. 1 shows ge. Subsequently, as indicated by the arrows 20 and 22 , the reusable tool holder 2 and the substrate 10 are separated, whereby the conductor track metallization 8 due to the detachability thereof from the primary metal coating 6 and due to the adhesive effect of the adhesive layer 12 is detached from the tool holder 2 and remains on the substrate 10 . Thus, after the completion of the process, the reusable tool carrier 2 is available for a new metal deposition, as shown at 55 in FIG. 1. On the other hand, as shown at 56 in FIG. 1, there is the substrate 10 provided with the interconnect metallization 8 .
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der wieder verwendbare Werkzeugträger vielfach verwendet werden, so lange die Urmetallisierung 6 nicht beschädigt ist. Das bei 56 in Fig. 1 gezeigte Substrat kann dann weiterverarbeitet werden, beispielsweise durch das Aufbringen eines Transpon der-ICs über den schematisch dargestellten Leiterenden 8' und 8" der schematisch dargestellten Spulenmetallisierung 8.In the illustrated embodiment, the reusable tool carrier can be used many times as long as the primary metallization 6 is not damaged. The substrate shown at 56 in FIG. 1 can then be processed further, for example by applying a transponder IC over the schematically illustrated conductor ends 8 ′ and 8 ″ of the schematically illustrated coil metallization 8 .
Nachfolgend wird bezugnehmend auf Fig. 2 kurz auf ein Ver fahren zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten, wiederver wendbaren Werkzeugträgers 2 eingegangen. Zunächst wird das Trägerelement 4 in einem Schritt S10 bereitgestellt. Wie oben angegeben, kann es sich dabei um einen Siliziumwafer, eine Keramik, eine Metallplatte oder einen starren oder fle xiblen Träger aus Kunststoff handeln. Auf dieses Trägerele ment 4 wird dann in einem Schritt S12 ganzflächig eine Urme tallisierung 30 aufgebracht. Dabei handelt es sich bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung um Titan-Wolfram. Alternativ können jedoch andere Materia lien verwendet werden, auf denen sich elektrochemisch oder nach einer Bekeimung auf chemischen Wege weitere leitfähige Materialien abscheiden lassen, die jedoch ein geringes Haft vermögen auf der Urmetallisierung aufweisen. Beispielsweise können als Urmetallisierung Edelstahl, Titan, Wolfram, Vana dium, Palladium, Chrom oder Legierungen derselben verwendet werden.In the following, referring to FIG. 2, briefly refer to a process for producing the reusable tool carrier 2 shown in FIG. 1. First, the carrier element 4 is provided in a step S10. As indicated above, this can be a silicon wafer, a ceramic, a metal plate or a rigid or flexible carrier made of plastic. On this Trägerele element 4 then a Urme tallisierung 30 is applied over the entire surface in a step S12. The preferred exemplary embodiment of the present invention is titanium tungsten. Alternatively, however, other materials can be used, on which further conductive materials can be deposited electrochemically or after germination by chemical means, but which have a low adhesion to the primary metallization. For example, stainless steel, titanium, tungsten, vanadium, palladium, chromium or alloys thereof can be used as the primary metallization.
Das Aufbringen der ganzflächigen Urmetallisierung 30 kann auf eine beliebige herkömmliche Weise, beispielsweise das Aufwalzen von Metallfolien, eine chemische bzw. elektroche mische Abscheidung oder Bedampfungsverfahren, wie z. B. Sput tern, PVD und CVD, aufgebracht werden.The application of the full-surface primary metallization 30 can be carried out in any conventional manner, for example the rolling on of metal foils, a chemical or electrochemical deposition or vapor deposition processes, such as, for example. B. Sput tern, PVD and CVD, are applied.
Nachfolgend erfolgt in einem Schritt S14 eine Strukturierung der ganzflächig aufgebrachten Urmetallisierung 30 unter Ver wendung eines Photolacks 32, der über eine Maske 34 belich tet wird, wie schematisch durch die Darstellung einer Glüh lampe 36 angezeigt ist. Nach der Belichtung erfolgt ein ent sprechendes Ätzen, um die Strukturierung abzuschließen, so daß nach dem Strukturierungsschritt S14 der fertiggestellte, wiederverwendbare Werkzeugträger 2, der ein Trägerelement 4, auf dem die strukturierte Urmetallisierung 6 gebildet ist, aufweist, vorliegt.Subsequently, in a step S14, the original metallization 30 applied over the entire surface is structured using a photoresist 32 which is exposed via a mask 34 , as indicated schematically by the illustration of an incandescent lamp 36 . After exposure, a corresponding etching is carried out to complete the structuring, so that after the structuring step S14 the finished, reusable tool carrier 2 , which has a carrier element 4 on which the structured primary metallization 6 is formed, is present.
Neben der oben beschriebenen Strukturierung mittels Photoli thographie kann die Urmetallisierungsschicht 30 beispiels weise auch durch mechanische Verfahren, wie z. B. Fräsen oder eine Verdampfung mittels Laser, strukturiert werden. In je dem Fall ist die zurückbleibende Struktur bei Draufsicht auf das Trägerelement ein gespiegeltes Abbild der später auf dem Substratträger zu erzeugenden Leiterbahn.In addition to the structuring described above by means of photolithography, the primary metallization layer 30 can, for example, also by mechanical methods, such as. B. milling or laser evaporation, structured. In each case, the structure which remains when the plan view of the carrier element is viewed from above is a mirrored image of the conductor track to be produced later on the substrate carrier.
An dieser Stelle ist anzumerken, daß die bezugnehmend auf Fig. 2 beschriebene Vorgehensweise lediglich ein Ausfüh rungsbeispiel zum Herstellen des wiederverwendbaren Werk zeugträgers 2 darstellt, wobei alternativ andere Verfahren, die aus dem Stand der Technik zum Aufbringen einer struktu rierten Metallisierung bekannt sind, zur Erzeugung der Urme tallisierung 6 auf dem Trägerelement 4 verwendet werden kön nen.At this point, it should be noted that the procedure described with reference to FIG. 2 is merely an example for the manufacture of the reusable tool carrier 2 , alternatively other methods that are known from the prior art for applying a structured metallization are used for generation the originalization 6 can be used on the carrier element 4 .
Bei dem oben bezugnehmend auf Fig. 1 beschriebenen erfin dungsgemäßen Verfahren wurde die Leiterbahnmetallisierung 8 mittels selektiver Abscheidung auf einer strukturierten Ur metallisierung 6 erzeugt. Alternativ ist es möglich, die Leiterbahnmetallisierung unter Verwendung eines wiederver wendbaren Werkzeugträgers zu erzeugen, der eine ganzflächige Urmetallisierung aufweist, die durch eine Abdeckschicht, die auf derselben gebildet ist, und abhängig von der zu erzeu genden leitfähigen Struktur Ausnehmungen bis zu der Urmetal lisierung aufweist, abgedeckt ist. Anders ausgedrückt heißt das, daß eine ganzflächige Urmetallisierung mit einer Maske abgedeckt wird, bzw. auf derselben eine strukturierte Ab deckschicht erzeugt wird. Der nicht zu der zu erzeugenden Leiterbahnstruktur gehörende Materialanteil der Urmetalli sierung wird durch diese Abdeckschicht abgedeckt, während die Öffnungen dieser Abdeckschicht, die bis zu der Oberflä che der Urmetallisierung reichen, das entsprechende Spiegel bild der späteren Leiterbahn darstellen. In diesem Fall wird die erwünschte Verhinderung der Abscheidung der später auf zubringenden Leiterbahnmetallisierung in den Bereichen, in denen keine Leiterstrukturen entstehen sollen, durch die Maske über der Urmetallisierung erreicht. Die Leiterbahnme tallisierung wächst dann, ausgehend von der Oberfläche der Urmetallisierung, nur in den Öffnungen der Maske bzw. Ab deckschicht. Die Abdeckschicht kann dabei beispielsweise durch das Aufbringen eines Photolacks, z. B. durch Aufschleu dern, und eine anschließende Photostrukturierung desselben erzeugt werden. In einem solchen Fall ist es nicht notwen dig, ein separates Trägerelement vorzusehen; vielmehr kann das Trägerelement durch die Urmetallisierung selbst gebildet sein. Als Urmetallisierungsmaterial kommen wiederum die oben angegebenen Materialien in Frage, wobei beispielsweise Edel stahl, das für eine galvanische Abscheidung angewendet wird, geeignet ist, wenn der externe Träger durch die Urmetalli sierung selbst gebildet ist. Bei dem oben beschriebenen Aus führungsbeispiel eines wiederverwendbaren Werkzeugträgers ist eine Beschichtung eines separat gefertigten Trägers mit einer Urmetallisierung nicht mehr erforderlich.In the method according to the invention described above with reference to FIG. 1, the interconnect metallization 8 was produced by means of selective deposition on a structured primary metallization 6 . Alternatively, it is possible to produce the conductor track metallization using a reusable tool carrier which has a full-surface primary metallization which has recesses up to the primary metalization due to a covering layer which is formed thereon and, depending on the conductive structure to be produced, is covered. In other words, a full-surface primary metallization is covered with a mask, or a structured covering layer is produced thereon. The part of the material of the primary metallization not belonging to the conductor path structure to be produced is covered by this cover layer, while the openings of this cover layer, which extend to the surface of the primary metallization, represent the corresponding mirror image of the later conductor path. In this case, the desired prevention of the deposition of the conductor metallization to be applied later in the areas in which no conductor structures are to be achieved is achieved by the mask above the primary metallization. The Leiterbahnme tallisierung then grows, starting from the surface of the primary metallization, only in the openings of the mask or cover layer. The cover layer can, for example, by applying a photoresist, e.g. B. by Aufschleu, and a subsequent photostructuring of the same are generated. In such a case, it is not necessary to provide a separate support element; rather, the carrier element can itself be formed by the primary metallization. The above-mentioned materials are again suitable as the primary metallization material, with, for example, stainless steel, which is used for galvanic deposition, being suitable if the external carrier is formed by the primary metallization itself. In the exemplary embodiment described above of a reusable tool carrier, a coating of a separately manufactured carrier with a primary metallization is no longer necessary.
Wiederum alternativ kann der wiederverwendbare Werkzeugträ ger ein einstückiges Element sein, in dem abhängig von der zu erzeugenden leitfähigen Struktur Ausnehmungen gebildet sind, in die pastenförmiges oder flüssiges Material ein bringbar und in einen festen Zustand überführbar ist, um da durch die leitfähige Struktur zu erzeugen. Die gebildeten Ausnehmungen entsprechen einer spiegelbildlichen Abbildung, d. h. einem Negativ, der zu erzeugenden leitfähigen Struktur. Hierbei kann die Herstellung der Leiterbahn durch die Ver wendung von Pasten oder dispergierten Flüssigkeiten erfol gen, die zumindest im verfestigten Zustand leitend sind. Beispielhaft sind hier leitfähig gefüllte Polymerpasten zu nennen. Hierzu wird die entsprechende Leiterbahnform in den Werkzeugträger eingearbeitet, beispielsweise durch mechani sche Verfahren, wie z. B. Fräsen, chemische Verfahren, wie z. B. Ätzen, oder elektrochemische oder andere Verfahren, wie z. B. Lasern oder Erodieren. In diese eingebrachte Form wird dann die Paste oder Flüssigkeit eingebracht, beispielsweise durch Drucken, Gießen oder Dispensen. Nach dem Auswerte- oder Verfestigungsvorgang wird die Leiterbahn in dem Über tragungsprozeß auf das eigentliche Substrat übertragen. Auch hier ist Voraussetzung, daß sich die verfestigte Leiterbahn von dem Werkzeugträger ablösen läßt. Hierzu ist vorzugsweise die Oberfläche des Werkzeugträgers mit einem Material verse hen, auf welchem die Leiterbahn schlecht haftet. Dieses Ma terial hängt von der verwendeten Leiterbahnpaste bzw. Lei terbahnflüssigkeit ab. Beispielsweise läßt sich hier vor teilhaft Teflon (PTFE = Polytetrafluorethylen) einsetzen, das nach der Strukturierung auf den wiederverwendbaren Werkzeug träger aufgebracht wird. Alternativ kann der gesamte Träger oder zumindest Teile davon aus PTFE bestehen.Again, alternatively, the reusable tool holder ger be a one-piece element in which, depending on the recesses are to be formed for the conductive structure to be produced are in the pasty or liquid material can be brought and brought into a solid state in order to be there to generate through the conductive structure. The educated Recesses correspond to a mirror image, d. H. a negative, the conductive structure to be produced. Here, the production of the conductor track by the Ver pastes or dispersed liquids are used conditions that are conductive, at least in the solidified state. Examples of these are conductive polymer pastes call. For this purpose, the corresponding conductor track shape in the Tool holder incorporated, for example by mechani cal processes such. B. milling, chemical processes, such as e.g. B. etching, or electrochemical or other methods, such as e.g. B. lasering or eroding. It is brought into this form then introduced the paste or liquid, for example by printing, casting or dispensing. After the evaluation or solidification process becomes the conductor track in the over Transfer process transferred to the actual substrate. Also the prerequisite here is that the solidified conductor track can be detached from the tool carrier. This is preferable verse the surface of the tool carrier with a material hen on which the conductor track adheres poorly. This Ma material depends on the conductor paste or Lei used rail fluid. For example, here Partly use Teflon (PTFE = polytetrafluoroethylene) after structuring on the reusable tool carrier is applied. Alternatively, the entire carrier or at least parts thereof are made of PTFE.
Bei dem oben, bezugnehmend auf Fig. 1 beschriebenen, bevorzug ten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens war die Oberfläche des Substrats 10, auf das die Leiterbahn struktur 8 aufzubringen war, mit einer Haftmittelschicht 12 versehen. Dadurch löst sich, nachdem das Substrat mit dem Werkzeugträger flächig in Kontakt gebracht wurde, aufgrund der Haftkraft der Kleberschicht des Substrats und der gerin gen Haftfestigkeit der Leiterbahnmetallisierung auf der Ur metallisierung die Leiterbahn von dem Werkzeugträger und haftet an dem Substrat. Dieses Abziehen kann gleichzeitig über die gesamte Fläche erfolgen oder schrittweise durch Abrollen bzw. schräges Abziehen des Substrats von dem Werk zeugträger. Alternativ kann die Haftschicht auch auf der noch auf dem Werkzeugträger befindlichen Leiterbahnmetalli sierung vorgesehen werden. Vorzugsweise ist die Haftmittel schicht jedoch vollflächig auf das Substrat aufgebracht. Alternativ ist es möglich, daß das Substrat selektiv ledig lich auf Teilflächen, beispielsweise den Bereichen, auf de nen die Leiterbahnen zu liegen kommen, mit der Haftmittel schicht versehen ist. In jedem Fall muß jedoch die Haftung zwischen Substrat und den jeweiligen freien Flächen auf dem Werkzeugträger, auf dem sich keine Leiterbahnmetallisierung befindet, so gering wie möglich sein, damit nur die Leiter bahnmetallisierungen abgelöst werden.In the preferred exemplary embodiment of the method according to the invention described above with reference to FIG. 1, the surface of the substrate 10 to which the conductor track structure 8 was to be applied was provided with an adhesive layer 12 . As a result, after the substrate has been brought into extensive contact with the tool carrier, the conductor track is detached from the tool carrier and adheres to the substrate due to the adhesive force of the adhesive layer of the substrate and the low adhesive strength of the conductor track metallization on the primary metallization. This peeling can take place simultaneously over the entire area or step by step by rolling or obliquely pulling the substrate from the tool holder. Alternatively, the adhesive layer can also be provided on the conductor track metallization still located on the tool carrier. However, the adhesive layer is preferably applied to the entire surface of the substrate. Alternatively, it is possible for the substrate to be selectively provided with the adhesive layer only on partial surfaces, for example the areas on which the conductor tracks come to lie. In any case, however, the adhesion between the substrate and the respective free surfaces on the tool carrier, on which there is no interconnect metallization, must be as low as possible so that only the interconnect metallizations are detached.
Die erforderliche Haftwirkung zwischen Leiterbahnmetallisie rung und Bestimmungssubstrat, auf das dieselbe aufgebracht werden soll, kann auch auf andere Weise erzeugt werden. Bei spielsweise kann die Leiterbahn beim Kontakt von Substrat und externem Träger unter Druck und eventuell gleichzeitiger Temperatureinwirkung zumindest teilweise in das Substratma terial eingedrückt werden, so daß auf diese Weise die Haf tung zwischen Substrat und der Leiterbahnmetallisierung er zeugt wird.The required adhesive effect between the interconnect metallisie tion and destination substrate to which it is applied can be generated in other ways. At for example, the conductor track when contacting substrate and external carrier under pressure and possibly simultaneously Exposure to temperature at least partially in the substrate material are pressed in, so that the Haf between the substrate and the conductor track metallization is fathered.
Obwohl gemäß der obigen Beschreibung die Leiterbahnmetalli sierung jeweils direkt von dem Werkzeugträger auf das Be stimmungssubstrat aufgebracht wurde, ist es möglich, einen Zwischenträger zu verwenden, so daß sich entgegen dem oben beschriebenen Einfach-Transferprozeß ein Zweifach-Transfer prozeß ergibt. In jedem Fall ist es notwendig, daß die Haf tung zwischen Urmetallisierung und Leiterbahnmetallisierung geringer ist, als die, die zwischen Leiterbahnmetallisierung und Substrat, auf das die Leiterbahnmetallisierung aufzu bringen ist, vorliegt.Although according to the above description, the trace metal in each case directly from the tool carrier onto the loading mood substrate has been applied, it is possible to To use intermediate carrier, so that is contrary to the above described single transfer process a double transfer process results. In any case, it is necessary that the Haf between primary metallization and interconnect metallization is less than that between interconnect metallization and substrate on which the conductor track metallization is applied bring is present.
Claims (16)
Aufbringen oder Einbringen eines Materials auf oder in Strukturen (6) eines wiederverwendbaren Werkzeugträgers (2) zum Erzeugen der leitfähigen Struktur (8) auf oder in dem wiederverwendbaren Werkzeugträger (2) und
Übertragen der erzeugten leitfähigen Struktur (8) von dem wiederverwendbaren Werkzeugträger (2) auf das Sub strat (10).1. A method for producing a conductive structure ( 8 ) on a substrate ( 10 ) with the following steps:
Application or introduction of a material on or in structures ( 6 ) of a reusable tool carrier ( 2 ) for producing the conductive structure ( 8 ) on or in the reusable tool carrier ( 2 ) and
Transfer the generated conductive structure ( 8 ) from the reusable tool carrier ( 2 ) to the sub strat ( 10 ).
einem Trägerelement (4) und
einer Urmetallisierung (6), die auf dem Trägerelement (4) gebildet ist, und die abhängig von der zu erzeugen den leitfähigen Struktur (8) strukturiert ist, auf der selektiv die leitfähige Struktur (8) abscheidbar ist.12. Reusable tool carrier ( 2 ) for producing a conductive structure, with the following features:
a carrier element ( 4 ) and
a primary metallization ( 6 ) which is formed on the carrier element ( 4 ) and which is structured as a function of the conductive structure ( 8 ) to be produced, on which the conductive structure ( 8 ) can be selectively deposited.
einer Urmetallisierung und
einer Abdeckschicht, die auf der Urmetallisierung gebil det ist, und die abhängig von der zu erzeugenden leitfä higen Struktur Ausnehmungen bis zu der Urmetallisierung aufweist.13. Reusable tool carrier for creating a conductive structure, with the following features:
a primary metallization and
a cover layer which is formed on the primary metallization and which, depending on the conductive structure to be produced, has recesses up to the primary metallization.
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