DE10042228C2

DE10042228C2 - Verfahren zur Beschichtung einer Vielzahl gleicher Grundkörper und Verwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10042228C2
Application number: DE2000142228
Authority: DE
Inventors: Ulrich-Willi Ludwig; Martin Mayer
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2020-08-29
Also published as: DE10042228A1; AU2001287530A1; WO2002018677A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung jeweils einer Funktionsschicht mit vorgegebenem Umriß auf den Ober flächen einer Vielzahl von gleichen Grundkörpern. Ferner be trifft die Erfindung die Verwendung des Verfahrens.

Es sind Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei de nen als Grundkörper Keramikblöcke verwendet werden, wie sie beispielsweise für Mikrowellenanwendungen benötigt werden. Als Funktionsschicht werden bei den bekannten Verfahren strukturierte Metallschichten auf den Keramikblöcken herge stellt. Bei den bekannten Verfahren wird in einem ersten Schritt eine Vielzahl von Grundkörpern auf jeweils der gesam ten Oberfläche im Schüttgut, beispielsweise durch chemisches und anschließendes galvanisches Abscheiden von Metallschich ten, beschichtet. In einer anderen Variante werden die Kera mikblöcke durch Eintauchen in eine metallische Paste be schichtet. In beiden Fällen wird in diesem ersten Schritt be reits die gesamte für die Funktionsschicht benötigte Dicke auf die Keramikblöcke aufgetragen. In einem nachfolgenden Schritt werden die Metallschichten in mechanischen Schleif prozessen nacheinander von jedem Grundkörper so entfernt, daß die Metallschichten mit dem vorgegebenen Umriß auf den Kera mikblöcken übrigbleiben.

Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß relativ viel Material für die Funktionsschicht verbraucht wird, da bei der Strukturierung die gesamte vorher abgeschiedene, für die Funktionsschicht nicht benötigte Schichtdicke, entfernt wird. Die für die Funktionsschicht benötigte Schichtdicke beträgt typischerweise zwischen 20 und 30 µm.

Ferner haben die bekannten Verfahren den Nachteil, daß mit dem Schleifverfahren, bei dem beispielsweise dünne Sägeblät ter verwendet werden, nur sehr grobe Linienabstände < 10 µm möglich sind. Ein weiterer Nachteil ist die schlechte Flan kensteilheit der bei den Schleifprozessen stehengelassenen Strukturen. Darüber hinaus haben die Schleifprozesse den Nachteil, daß eine Beschädigung der Oberfläche der Keramik blöcke während des Schleifens nicht verhindert werden kann.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ist, daß das serielle Bearbeiten der Keramikblöcke im Schleifprozeß sehr viel Zeit in Anspruch nimmt, wodurch große Stückzahlen nicht wirtschaftlich gefertigt werden können.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung jeweils einer Funktionsschicht mit vorgegebe nem Umriß auf den Oberflächen einer Vielzahl von gleichen Grundkörpern anzugeben, das es erlaubt, die Vielzahl an Grundkörpern während der Strukturgebung, d. h. während des Versehens der Funktionsschicht mit dem vorgegebenen Umriß, gleichzeitig zu behandeln. Ferner ist es Ziel der vorliegen den Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das eine hohe Struk turgenauigkeit für die Funktionsschicht erlaubt.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Pa tentanspruch 1 erreicht. Weitere Ausgestaltungen der Erfin dung sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung gibt ein Verfahren zur Herstellung jeweils ei ner Funktionsschicht mit vorgegebenem Umriß auf den Oberflä chen einer Vielzahl von gleichen Grundkörpern an, wobei in einem ersten Schritt jeweils eine Grundschicht auf der gesam ten Oberfläche eines jeden Grundkörpers gleichzeitig aufge bracht wird. Die gleichzeitige Aufbringung der Grundschicht wird erreicht, indem die Grundkörper als Schüttgut vorliegen. In einem nachfolgenden Schritt werden die Grundkörper vom Schüttgut kommend geordnet, und zwar bezüglich ihrer Position und bezüglich ihrer Orientierung.

Danach folgt ein Verfahrensschritt, bei dem gleichzeitig je weils eine Opferschicht auf der Oberfläche jedes Grundkörpers aufgebracht wird. Diese Opferschicht hat eine zu dem vorgege benen Umriß komplementären Umriß, d. h., daß die nicht von der Opferschicht abgedeckte Oberfläche des Grundkörpers dem vor gegebenen Umriß für die Funktionsschicht entspricht. An schließend werden die geordneten Grundkörper wieder zu einem Schüttgut zusammengeführt. Während der im Folgenden angegebe nen Verfahrensschritte verbleiben die Grundkörper im Schütt gut.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird gleichzeitig jeweils eine Funktionsschicht auf demjenigen Teil jeder Grundschicht eines jeden Grundkörpers aufgebracht, dessen Oberfläche von der Opferschicht frei ist. Nachfolgend werden alle Opfer schichten gleichzeitig entfernt. In einem folgenden Verfah rensschritt werden die freiliegenden Teile aller Grundschich ten aller Grundkörper gleichzeitig entfernt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann gegebenenfalls weitere übliche Reinigungs-, Trocknungs- und vorbereitende Prozesse umfassen, die jedoch den angegebenen Verfahrensablauf nicht beeinträchtigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß durch das Ordnen der Grundkörper und durch das gleichzeitige Aufbringen der den Umriß der Funktionsschicht vorgebenden Opferschicht eine gleichzeitige Behandlung aller Grundkörper während der Strukturgebung erfolgen kann, wodurch große Stückzahlen von Grundkörpern wirtschaftlich beschichtet werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat ferner den Vorteil, daß nach dem Aufbringen der die Struktur der Funktionsschicht vorgebenden Opferschicht alle weiteren Verfahrensschritte im Schüttgut vorgenommen werden. Daraus resultiert wiederum ein großer Zeitvorteil durch die gleichzeitige Behandlung aller Grundkörper.

Ferner hat die Verarbeitung der Grundkörper im Schüttgut den Vorteil, daß für die Durchführung der einzelnen Verfahrens schritte viel weniger Platz benötigt wird, als wenn die Grundkörper in einer vorgegebenen Ordnung den Verfahrens schritten unterzogen werden müßten.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Funktionsschicht erst auf die Grundkörper auf gebracht wird, wenn der Umriß der Funktionsschicht bereits durch die Opferschicht vorgegeben ist. Dadurch wird erreicht, daß die Funktionsschicht nur dort aufgebracht wird, wo sie auch später benötigt wird. Somit kann mit Hilfe des erfin dungsgemäßen Verfahrens Material für die Funktionsschicht eingespart werden.

Zudem hat das Verfahren noch den Vorteil, daß am Ende der Be schichtung lediglich Teile der Grundschicht, nicht jedoch Teile der Funktionsschicht entfernt werden müssen. Die Grund schicht kann bezüglich ihrer Schichtdicke so gestaltet wer den, daß ihre Entfernung nur mit einem sehr geringen Materi alverbrauch verknüpft ist.

Des weiteren ist ein Verfahren besonders vorteilhaft, bei dem als Material für die Grundkörper eine Keramik und für die Grund- und Funktionsschichten jeweils ein Metall verwendet wird. Damit kann das Verfahren vorteilhaft zur Metallisierung von keramischen Bauelementen verwendet werden.

Als Keramikmaterial kommt beispielsweise eine BaONd₂O₃TiO₂- Verbindung in Betracht. Als Metall für die Grundschichten bzw. Funktionsschichten kann beispielsweise Kupfer verwendet werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Grundschich ten durch chemisches Abscheiden auf die Grundkörper aufzubringen. Das chemische Abscheiden in einem Bad ermöglicht oh ne weiteres die Verarbeitung der Grundkörper in Form von Schüttgut. Als Bad für die chemische Abscheidung von Kupfer kommt beispielsweise das Kupferbad Nr. 825 der Firma Schlöt ter in Betracht.

Die Abscheidung der Funktionsschicht erfolgt vorteilhaft gal vanisch, da in so einem Verfahren deutlich größere Schicht dicken in vertretbaren Zeiträumen abgeschieden werden können. Auch das galvanische Abscheiden kann im Schüttgut erfolgen, indem man beispielsweise die Grundkörper in einem Korb anord net, der in das Galvanikbad eintaucht. In diesen Korb bzw. in das darin befindliche Schüttgut taucht wiederum ein metalli scher Stift ein, der eine der bei der Galvanik notwendigen Elektroden darstellt. Gemäß der an sich bekannten Trommel technik dreht sich der Korb relativ zum Stift, so daß eine gleichmäßige elektrische Kontaktierung aller Grundkörper ge währleistet ist.

Des weiteren ist ein Verfahren besonders vorteilhaft, wobei quaderförmige Grundkörper verwendet werden. Diese Grundkörper werden beim Ordnungsvorgang vorteilhafterweise so angeordnet, daß eine Seitenfläche eines Grundkörpers mit der entsprechen den Seitenfläche jedes anderen Grundkörpers in einer Ebene liegt und dieselbe Orientierung aufweist. Eine solche Ordnung der Grundkörper kann beispielsweise mit Hilfe einer mit schachbrettmusterartig verteilten rechteckigen Mulden verse henen Grundplatte realisiert werden. Genauso gut können die Grundkörper auch an einer durchlöcherten Platte mit Hilfe von Vakuum angesaugt werden. Die in so einer Ebene angeordneten Seitenflächen der Grundkörper können nun durch bekannte foto lithographische oder andere strukturgebende Verfahren leicht gleichzeitig mit einer strukturierten Opferschicht versehen werden. Dabei kommen auch insbesondere die aus der Leiter plattentechnik bekannten Verfahren in Betracht.

Weiterhin ist es möglich, die Grundkörper so anzuordnen, daß noch weitere einander entsprechende Seitenflächen in einer Ebene angeordnet sind. Dies kann beispielsweise durch anein anderreihen der Grundkörper erfolgen, wobei alle einander entsprechenden Längskanten der quaderförmigen Grundkörper je weils auf einer Geraden liegen. Mit Hilfe einer solchen An ordnung und unter Verwendung beispielsweise von zwei um 90° zueinander versetzten Belichtungsmaschinen können auch zwei Seitenflächen aller Grundkörper gleichzeitig strukturiert werden.

Als Material für die Opferschichten wird vorzugsweise Foto lack verwendet, da dieser zum einen leicht fotostrukturierbar und zum anderen leicht selektiv, beispielsweise mit Aceton, entfernt werden kann.

Das Versehen der Opferschicht mit einem zum vorgegebenen Um riß komplementären Umriß kann vorteilhafterweise durch struk turiertes Aufbringen der Opferschicht mittels Siebdrucken er folgen.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit der Strukturierung der Opferschicht besteht darin, Fotolack als ganzflächig abdec kende Schicht auf die Grundkörper aufzubringen, und diese Schicht anschließend durch Belichten und nachfolgendes Ent wickeln mit dem erforderlichen Umriß zu versehen. Das Belich ten des Fotolacks kann beispielsweise mit konventionellen Be lichtungsapparaturen, mittels Elektronenstrahl oder auch mit tels Laser erfolgen. Alle diese genannten Methoden zur Be lichtung ermöglichen die Erzeugung von sehr genauen Struktu ren in den Opferschichten, wobei Linienabstände von etwa 1 µm realisierbar sind.

Das Entfernen der Grundschichten erfolgt vorteilhafterweise durch ein Ätzbad, das ohne weiteres die Behandlung der Grund körper als Schüttgut ermöglicht. Als Ätzbad kommen sowohl saure als auch alkalische Bäder in Betracht. Falls die Grundschicht aus Kupfer besteht, ist es beispielsweise möglich, diese durch eine Lösung aus Kupferchlorid oder auch durch ei ne ammonialkalische Lösung zu entfernen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird für die Grundschichten und die Funktionsschichten das selbe Material verwendet und die Funktionsschichten werden vor dem Entfernen der Opferschichten mit einer gegen das Ätz bad resistenten Schutzschicht abgedeckt.

Die Verwendung desselben Materials für die Funktionsschicht und Grundschicht hat den Vorteil, daß eine besonders gute Haftung der Funktionsschicht auf der Grundschicht erreicht werden kann. Es ist dann allerdings erforderlich, die Funkti onsschicht durch eine Opferschicht vor dem die Grundschicht entfernenden Ätzbad zu schützen. Die hier verwendete Schutz schicht kann jedoch vorteilhafterweise gleichzeitig als Löt schicht für das Anbringen von elektrischen Kontakten auf die Funktionsschicht verwendet werden.

Falls als Material für die Funktionsschichten Kupfer verwen det wird, kommt als Schutzschicht beispielsweise eine Zinn schicht in Betracht. Eine solche Zinnschicht ist resistent gegenüber den weiter oben beschriebenen Ätzbädern zur Entfer nung der Grundschichten. Ferner hat Zinn den Vorteil, daß es wiederum galvanisch im Schüttgut abgeschieden werden kann.

Die Grundschichten werden vorteilhafterweise mit einer Dicke aufgebracht, die so dünn wie möglich ist und gerade noch das galvanische Aufbringen der Funktionsschicht ermöglicht. Da durch wird gewährleistet, daß eine möglichst geringe Menge an Material für die Grundschicht, die ja anschließend teilweise wieder entfernt wird, verbraucht wird.

Die Funktionsschicht selbst wird mit der in der jeweiligen Anwendung erforderlichen Dicke aufgebracht. Da die für die Anwendung erforderliche Dicke der Funktionsschicht im allgemeinen viel größer ist als die für die Startschicht für den Galvanikprozeß benötigte Schichtdicke, resultiert daraus ein Dickenverhältnis zwischen Grundschicht und Funktionsschicht von etwa 1 : 20.

Eine möglichst dünne Grundschicht hat den Vorteil, daß das Entfernen der Grundschicht relativ schnell vonstatten geht, wodurch die Seitenflanken der Funktionsschichten geschont werden. Dadurch kann für die Funktionsschichten eine gute Flankensteilheit erreicht werden.

Für die Metallisierung von Keramikblöcken kommen beispiels weise Kupfer-Grundschichten mit einer Dicke zwischen 0,5 und 2 µm und Kupfer-Funktionsschichten mit einer Dicke von 15 bis 30 µm in Betracht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders vorteilhaft zur Herstellung von Metallisierungen auf keramischen Bauelementen verwendet werden, da es die gleichzeitige Verarbeitung von hohen Stückzahlen, wie sie im Bauelementegeschäft gefordert werden, ermöglicht. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr flexibel, was die Form der vorgegebenen Umrisse angeht, und kann daher gut an verschiedene Bauelementetypen angepaßt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels und den dazu gehörigen Figuren näher erläutert.

Die Fig. 1-6 zeigen einen von mehreren gleichen Grund körpern während der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens nach Abschluß einzelner Verfahrensschritte im schema tischen Querschnitt.

Fig. 1 zeigt den Ausschnitt eines Grundkörpers 2, auf den eine Grundschicht 3 aus Kupfer durch chemisches Abscheiden aufgebracht wurde.

Fig. 2 zeigt den Ausschnitt des Grundkörpers 2, nachdem eine Opferschicht 4 mit einer Struktur aufgebracht wurde, die der vorgegebenen Struktur für die Funktionsschicht komplementär ist.

Fig. 3 zeigt den Ausschnitt des Grundkörpers 2, nachdem eine Funktionsschicht 1 aus Kupfer galvanisch auf der Grundschicht 3 abgeschieden wurde. Die Funktionsschicht 1 befindet sich dabei nur auf den von der Opferschicht freigelassenen Flächen der Grundschicht 3.

Fig. 4 zeigt den Ausschnitt des Grundkörpers 2, nachdem auf der Funktionsschicht 1 eine Schutzschicht 5 aus Zinn galva nisch aufgebracht wurde.

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt des Grundkörpers 2, nachdem die Opferschicht 4, die beispielsweise Fotolack sein kann, entfernt wurde.

Fig. 6 zeigt den Ausschnitt des Grundkörpers 2 nach dem Ent fernen der freiliegenden Teile der Grundschicht 3. Mit dem Entfernen der freiliegenden Teile der Grundschicht 3 ist das Verfahren zur Herstellung einer Funktionsschicht mit vorgege benem Umriß abgeschlossen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern wird in ihrer allgemeinsten Form durch Patentanspruch 1 definiert.

Bezugszeichenliste

1

Funktionsschicht

2

Grundkörper

3

Grundschicht

4

Opferschicht

5

Schutzschicht

Claims

1. Verfahren zur Herstellung jeweils einer Funktionsschicht (1) mit vorgegebenem Umriß auf den Oberflächen einer Vielzahl von gleichen Grundkörpern (2) mit folgenden Schritten:

a) Gleichzeitiges Aufbringen jeweils einer Grundschicht (3) auf der Oberfläche jedes Grundkörpers (2), wobei die Grundkörper (2) als Schüttgut vorliegen
b) Ordnen der Grundkörper (2) bezüglich ihrer Position und Orientierung
c) Gleichzeitiges Aufbringen jeweils einer Opferschicht (4) auf der Oberfläche jedes Grundkörpers (2) mit einem zum vorgegebenen Umriß komplementären Umriß
d) Zusammenführen der geordneten Grundkörper (2) zu ei nem Schüttgut
e) Gleichzeitiges Aufbringen jeweils einer Funktions schicht (1) auf demjenigen Teil jeder Grundschicht (3), dessen Oberfläche von der Opferschicht (4) frei ist
f) Gleichzeitiges Entfernen jeder Opferschicht (4)
g) Gleichzeitiges Entfernen des freiliegenden Teils je der Grundschicht (3).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Material für die Grundkörper (2) eine Keramik, und für die Grundschichten (3) und Funktionsschichten (1) jeweils ein Metall verwendet wird, und wobei die Grundschichten (3) durch chemisches und die Funktions schichten (1) durch galvanisches Abscheiden aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei quaderförmige Grundkörper (2) verwendet werden, die so geordnet werden, daß eine Seitenfläche eines Grundkörpers (2) mit der entsprechenden Seitenfläche je des anderen Grundkörpers (2) in einer Ebene liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei als Material für die Opferschichten (4) Photolack verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei die Opferschichten (4) durch Siebdrucken mit dem erforderlichen Umriß aufgebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Opferschichten (4) als ganzflächig abdeckende Schicht aufgebracht wird, die durch Belichten und an schließendes Entwickeln mit dem erforderlichen Umriß versehen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei das Entfernen der Grundschichten (3) durch ein Ätzbad erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei für die Grundschichten (3) und die Funktions schichten (1) dasselbe Material verwendet wird und wobei die Funktionsschichten (1) vor dem Entfernen der Opfer schichten (4) mit einer gegen das Ätzbad resistenten Schutzschicht (5) abgedeckt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, wobei die Grundschichten (3) mit einer Dicke von 0,5 bis 2 µm und die Funktionsschichten (1) mit einer Dicke von 15 bis 30 µm aufgebracht werden.

10. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9 zur Her stellung von Metallisierungen auf keramischen Bauelemen ten.