DE102016224870A1 - A method of making a patterned pattern on a metal-coated substrate and device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterbildstruktur auf einem mit Metall beschichteten Substrat, wobei das Metall an Isolationsbereichen der Leiterbildstruktur dadurch entfernt wird, indem mittels einem Strahldruckverfahrens an den Isolationsbereichen eine metallätzende Substanz aufgebracht wird. Ferner betrifft die Erfindung ein mit dem Verfahren hergestelltes Bauteil.The invention relates to a method for producing a patterned circuit pattern on a metal-coated substrate, wherein the metal is removed at isolation regions of the patterned conductor structure by applying a metal-etching substance to the isolation regions by means of a jet-printing method. Furthermore, the invention relates to a component produced by the method.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterbildstruktur auf einem mit Metall beschichteten Substrat und ein mittels des Verfahrens hergestelltes Bauteil.The invention relates to a method for producing a patterned circuit pattern on a metal-coated substrate and a component produced by the method.

Aus der DE 10 2014 201 121 A1 ist ein elektronisches Funktionsbauteil und ein Herstellungsverfahren für ein elektronisches Funktionsbauteil bekannt. Das elektronische Funktionsbauteil umfasst ein elektronisches Bauteil, das mittels eines dreidimensionalen Druckprozesses in das Funktionsbauteil auf ein Grundelement eingebettet wird. Auf der Oberseite des Grundelements sind elektrisch leitfähige Strukturen vorgesehen. Die elektrisch leitfähigen Strukturen werden parallel zu dem Druck des Grundkörpers gedruckt.From the DE 10 2014 201 121 A1 For example, an electronic functional component and a production method for an electronic functional component are known. The electronic functional component comprises an electronic component which is embedded in a functional element on a base element by means of a three-dimensional printing process. On the upper side of the base element electrically conductive structures are provided. The electrically conductive structures are printed parallel to the pressure of the base body.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Leiterbildstruktur mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass sowohl sehr feine und dünne Leiterbildstrukturen als auch hoch leitfähige, insbesondere dicke, Leiterbildstrukturen hergestellt werden können.The inventive method for producing a patterned conductor structure with the features of the independent claim has the advantage that both very fine and thin pattern structures as well as highly conductive, in particular thick, pattern structures can be produced.

Besonders vorteilhaft ist, dass als Strahldruckverfahren ein Inkjet-Verfahren und/oder ein Aerosol-Jet-Verfahren verwendet werden, da diese Verfahren dazu beitragen, feine Leiterbildstrukturen zu erzeugen.It is particularly advantageous that an inkjet method and / or an aerosol-jet method are used as the jet printing method, since these methods contribute to producing fine conductor pattern structures.

Vorteilhaft ist ferner, dass das Metall Kupfer und/oder Zinn und/oder Silber und/oder Gold ist, da diese Metalle elektrisch leitfähig sind und zudem mit einem Plasmaauftragsverfahren auf ein Substrat aufgetragen werden können. Ferner ist ein flächiger Auftrag mittels eines Galvanikprozess bei metallisierbaren Kunststoffen, beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), vorteilhaft.It is also advantageous that the metal is copper and / or tin and / or silver and / or gold, since these metals are electrically conductive and can also be applied to a substrate by a plasma deposition process. Furthermore, a flat application by means of a galvanic process with metallizable plastics, for example acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), is advantageous.

Besonders vorteilhaft ist, dass das Substrat ein Kunststoffsubstrat und/oder ein mineralisches Substrat und/oder ein organisches Substrat und/oder ein metallisches Substrat ist, da diese Substrate elektrisch isolieren und damit nach dem Ätzprozess als elektrisch isolierende Isolationsbereiche vorhanden sind.It is particularly advantageous that the substrate is a plastic substrate and / or a mineral substrate and / or an organic substrate and / or a metallic substrate, since these substrates are electrically insulated and thus present after the etching process as electrically insulating isolation regions.

Vorteilhaft ist ferner, dass das Substrat ein räumlich spritzgegossener Schaltungsträger ist, da ein solcher Schaltungsträger in vielen Anwendungsbereichen, wie bei Getriebesteuerungen, Sensoriken oder der Hochleistungselektronik, neue Gestaltungsmöglichkeiten und damit die Möglichkeit einer Miniaturisierung ermöglicht. Weitere Anwendungsmöglichkeiten des Herstellungsverfahrens sind die Kontaktierung von eingebetteten Bauteilen, sowie die Herstellung von Drucksensoren.A further advantage is that the substrate is a spatially injection-molded circuit carrier, since such a circuit carrier in many applications, such as in transmission controls, sensors or high-performance electronics, new design options and thus the possibility of miniaturization. Other possible applications of the manufacturing process are the contacting of embedded components, as well as the production of pressure sensors.

Besonders vorteilhaft ist ferner, dass die durch das Verfahren erzeugten Leiterbahnen der Leiterbildstruktur eine Breite zwischen 5µm und 10µm aufweisen und/oder dass die Abstände zwischen den erzeugten Leiterbahnen der Leiterbildstruktur zwischen 10µm und 20µm betragen, da dies die Herstellung von sehr feinen und eng beieinanderliegenden Leiterbahnen ermöglicht, so dass sehr kompakte Bauformen erhalten werden.It is also particularly advantageous that the printed circuit traces of the patterned pattern structure produced by the method have a width between 5 .mu.m and 10 .mu.m and / or that the distances between the produced printed conductors of the patterned pattern structure are between 10 .mu.m and 20 .mu.m, since this is the production of very fine and closely spaced interconnects allows so that very compact designs are obtained.

Vorteilhaft ist ferner, dass das Metall auf dem Substrat eine Schichtdicke von größer 50 µm, vorzugsweise von größer 100 µm, besonders bevorzugt von größer 200 µm aufweist, da hierdurch Leiterbahnen erstellbar sind, die einerseits durch die geringen Abstände dicht gepackt sind, aber gleichzeitig hohe Leistungen übertragen können. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Figuren und aus den abhängigen Ansprüchen.A further advantage is that the metal has a layer thickness of greater than 50 .mu.m, preferably greater than 100 .mu.m, more preferably greater than 200 microns on the substrate, as this conductor tracks can be created, which are densely packed on the one hand by the small distances, but at the same time high Can transfer services. Further advantages will become apparent from the following description of embodiments with reference to the figures and from the dependent claims.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnungen anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings with reference to several figures and explained in more detail in the following description.

Es zeigt:

  • 1 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Herstellung einer Leiterbildstruktur auf einem mit Metall beschichteten Substrat.
It shows:
  • 1 a flow chart of the method for producing a patterned circuit pattern on a metal-coated substrate.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterbildstruktur auf einem mit Metall beschichteten Substrat beschrieben, wobei das Metall an Isolationsbereichen der Leiterbildstruktur dadurch entfernt wird, indem mittels einem Strahldruckverfahrens an den Isolationsbereichen eine metallätzende Substanz aufgebracht wird. Ferner wird ein mit dem Verfahren hergestelltes Bauteil beschrieben.Hereinafter, a method of manufacturing a patterned pattern on a metal-coated substrate will be described, wherein the metal is removed at isolation areas of the patterned pattern by applying a metal etchant to the isolation areas by a jet printing method. Furthermore, a component produced by the method will be described.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Herstellung einer Leiterbildstruktur auf einem mit Metall 12 beschichteten Substrat 10. In einem ersten Schritt 30 wird ein Substrat 10 zur Verfügung gestellt. In einem zweiten Schritt 32 wird mittels eines Plasmaauftragsverfahrens, beispielsweise dem Plasmadust-Verfahren und/oder dem Flamecon-Verfahren und/oder dem PlasmaPlus- Verfahren und/oder der Digitalen Direkt Metallisierung (DDM), das nicht beschichtete Substrat 10 mit Metall 12, insbesondere mit Kupfer und/oder mit Zinn und/oder mit Silber und/oder mit Gold und/oder mit einer Kupferlegierung und/oder mit einer Zinnlegierung und/oder mit einer Silberlegierung und/oder mit einer Goldlegierung, beschichtet. Plasmadust ist ein Plasmaauftragsverfahren bei dem metallische Schichten aus einem kalt-aktiven Atmosphärendruck-Plasma aufgetragen werden, wobei das Gasplasma vorzugsweise durch eine Gasentladung erzeugt wird. Das Flamecon-Verfahren ist ein Plasmaauftragsverfahren bei dem Metallpartikel in einer Kammer mit hohen Temperaturen geschmolzen und über einen Trägerstrom auf die Substratoberfläche geführt werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein mit Kupfer beschichtetes Kunststoff-Substrat verwendet. In einer Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels wird als Substrat 10 ein mineralisches Substrat und/oder ein organisches Substrat und/oder ein metallisches Substrat verwendet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Metall 12 als eine einzige Schicht auf das Substrat 10 aufgetragen. In einer Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels werden mehrere Schichten mit dem Plasmaauftragsverfahren aufgebracht, um so die größere Schichtdicke der Metallschicht zu erhalten. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Substrat 10 dreidimensional ausgebildet. In einer Variante ist das Substrat folienartig zweidimensional ausgebildet. In einer weiteren Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels werden der erste Schritt 30 und der zweite Schritt 32 nicht ausgeführt. Stattdessen wird ein mit Metall 12 beschichtetes Substrat 10 als Halbzeug zur Verfügung gestellt. Die Metallbeschichtung erfolgt mittels Sputtern, Folienbeschichten und/oder einem Galvanischen Prozess. Das Halbzeug wird im dritten Schritt 34 weiter bearbeitet. In dem dritten Schritt 34 wird mittels eines Strahldruckverfahrens an den späteren Isolationsbereichen 20 eine metallätzende Substanz 14 aufgebracht. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als Strahldruckverfahren das Aerosol-Jet-Verfahren verwendet. Das Aerosol-Jet-Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Schichtwerkstoff, hier die metallätzende Substanz 14, als flüssiges Material in einem Zerstäuber vorliegt, wo beispielsweise mittels Ultraschall ein Aerosol erzeugt wird, wobei das Aerosol anschließend mittels einer Düse 16 auf das Substrat 10 aufgebracht wird. In einer Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels wird als Strahldruckverfahren ein Inkjet-Verfahren verwendet, bei dem die metallätzende Substanz als einzelne Tröpfchen auf das Substrat aufgetragen wird. In einer weiteren Variante wird die metallätzende Substanz mittels Mikrodispensen aufgetragen. Die Düse 16 ist bei beiden Strahldruckverfahren in zumindest zwei Bewegungsrichtungen 18 beweglich. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die metallätzende Substanz 14 eine Säure. In einer Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels ist die metallätzende Substanz 14 eine Base und/oder ein reduzierenden Salz in wässriger Lösung, insbesondere Eisen-III-Chlorid. Durch das Aufbringen der metallätzenden Substanz 14 wird im vierten Schritt 36 das Metall 12 subtraktiv an den Isolationsbereichen 20 der Leiterbildstruktur 22 entfernt, so dass schließlich durch isolierende Isolationsbereiche 20 getrennte Leiterbahnen 24 zurückbleiben, welche die Leiterbildstruktur 22 bilden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Substrat 14 um einen räumlich spritzgegossenen Schaltungsträger, so dass nach dem Herstellungsverfahren ein spritzgegossener Schaltungsträger mit einer auf diesem integrieren Leiterbildstruktur erhalten wird (Molded Interconnect Device, MID). 1 shows a flow diagram of the method for producing a conductive pattern on a metal 12 coated substrate 10 , In a first step 30 becomes a substrate 10 made available. In a second step 32 is determined by means of a plasma deposition method, for example the plasma dust method and / or the Flamecon method and / or the PlasmaPlus method and / or the Digital Direct Metallization (DDM), the uncoated substrate 10 metal 12, in particular copper and / or tin and / or silver and / or gold and / or copper alloy and / or tin alloy and / or silver alloy and / or gold alloy. Plasmadust is a plasma deposition method in which metallic layers are deposited from a cold-active atmospheric pressure plasma, wherein the gas plasma is preferably generated by a gas discharge. The Flamecon process is a plasma deposition process in which metal particles are melted in a high temperature chamber and passed to the substrate surface via a carrier stream. In the preferred embodiment, a copper-coated plastic substrate is used. In a variant of the preferred embodiment is used as a substrate 10 a mineral substrate and / or an organic substrate and / or a metallic substrate used. In the preferred embodiment, the metal 12 as a single layer on the substrate 10 applied. In a variant of the preferred embodiment, multiple layers are applied by the plasma deposition method so as to obtain the larger layer thickness of the metal layer. In the preferred embodiment, the substrate is 10 formed in three dimensions. In one variant, the substrate is formed like a foil in two dimensions. In a further variant of the preferred embodiment, the first step 30 and the second step 32 not executed. Instead, one becomes metal 12 coated substrate 10 provided as a semi-finished product. The metal coating takes place by means of sputtering, film coating and / or a galvanic process. The semi-finished product is in the third step 34 further edited. In the third step 34 is by means of a jet printing process at the later isolation areas 20 a metal-etching substance 14 applied. In the preferred embodiment, the aerosol jet method is used as the jet printing method. The aerosol-jet process is characterized in that the coating material, here the metal-etching substance 14, is present as a liquid material in an atomizer, where, for example, an aerosol is generated by means of ultrasound, wherein the aerosol then by means of a nozzle 16 on the substrate 10 is applied. In a variant of the preferred embodiment, the jet printing method used is an inkjet method in which the metal-etching substance is applied to the substrate as individual droplets. In a further variant, the metal-etching substance is applied by means of microdispensers. The nozzle 16 is in at least two directions of movement in both jet printing processes 18 movable. In the preferred embodiment, the metal etchant is 14 an acid. In a variant of the preferred embodiment, the metal-etching substance 14 a base and / or a reducing salt in aqueous solution, especially ferric chloride. By applying the metal-etching substance 14 will be in the fourth step 36 the metal 12 subtractive at the isolation areas 20 the pattern structure 22 removed, so that finally by insulating isolation areas 20 separate tracks 24 which remain the pattern structure 22 form. The substrate is particularly preferably 14 around a spatially injection-molded circuit carrier, so that after the manufacturing process, an injection-molded circuit carrier is obtained with an integrated on this circuit pattern structure (Molded Interconnect Device, MID).

Die erzeugten Leiterbahnen 24 der Leiterbildstruktur 22 weisen eine Breite zwischen 5 µm und 10 µm, bevorzugt von 5 µm, auf. Die Abstände zwischen den erzeugten Leiterbahnen 24 der Leiterbildstruktur 22, die durch die Isolationsbereiche 20 getrennt sind, betragen zwischen 5µm und 10µm. Das Metall 12 auf dem Substrat 10 weist eine Schichtdicke von größer 50 µm, vorzugsweise von größer 100 µm, besonders bevorzugt von größer 200 µm, auf. In einer Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels werden die Metallbeschichtungen auf der Oberfläche des Substrats 10 als Schichtverbunde erzeugt, die aus zumindest zwei Metallschichten bestehen. In einer weiteren Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels werden auf einem Substrate 10 zumindest zwei Beschichtungen mit unterschiedlichen Schichtdicken auftragen, so dass die erzeugten Leiterbahnen 24 unterschiedliche Leistungen übertragen können.The generated tracks 24 the pattern structure 22 have a width between 5 .mu.m and 10 .mu.m, preferably of 5 .mu.m. The distances between the generated tracks 24 the pattern structure 22 passing through the isolation areas 20 are separated, amount to between 5 .mu.m and 10 .mu.m. The metal 12 on the substrate 10 has a layer thickness of greater than 50 microns, preferably greater than 100 microns, more preferably greater than 200 microns, on. In a variant of the preferred embodiment, the metal coatings on the surface of the substrate 10 produced as a layer composites, which consist of at least two metal layers. In a further variant of the preferred embodiment are on a substrate 10 apply at least two coatings with different layer thicknesses, so that the printed conductors produced 24 can transfer different services.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014201121 A1 [0002]DE 102014201121 A1 [0002]

Claims (12)

Verfahren zur Herstellung einer Leiterbildstruktur (22) auf einem mit Metall (12) beschichteten Substrat (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (12) an Isolationsbereichen (20) der Leiterbildstruktur (22) dadurch entfernt wird, indem mittels einem Strahldruckverfahrens an den Isolationsbereichen (20) eine metallätzende Substanz (14) aufgebracht wird.A method of making a patterned conductive pattern (22) on a metal (12) coated substrate (10), characterized in that the metal (12) is removed at isolation regions (20) of the patterned conductive pattern (22) by means of a jet printing process Insulation regions (20) a metal-etching substance (14) is applied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahldruckverfahren ein Inkjet-Verfahren und/oder ein Aerosol-Jet-Verfahren und/oder ein Mikrodosierverfahren verwendet werden.Method according to Claim 1 , characterized in that as the jet printing method, an inkjet method and / or an aerosol jet method and / or a microdosing be used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (12) Kupfer und/oder Zinn und/oder Silber und/oder Gold ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal (12) is copper and / or tin and / or silver and / or gold. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10) ein Kunststoffsubstrat und/oder ein mineralisches Substrat und/oder ein organisches Substrat und/oder ein metallisches Substrat ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate (10) is a plastic substrate and / or a mineral substrate and / or an organic substrate and / or a metallic substrate. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallätzende Substanz (14) eine Säure oder eine Lauge oder ein reduzierenden Salz, insbesondere Eisen-III-Chlorid, ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal-etching substance (14) is an acid or an alkali or a reducing salt, in particular ferric chloride. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10) zumindest zweidimensional, vorzugsweise dreidimensional ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate (10) is formed at least two-dimensional, preferably three-dimensional. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10) ein räumlich spritzgegossener Schaltungsträger ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate (10) is a spatially injection-molded circuit carrier. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Leiterbahnen (24) der Leiterbildstruktur (22) eine Breite zwischen 5µm und 10µm aufweisen und/oder dass die Abstände zwischen den erzeugten Leiterbahnen (24) der Leiterbildstruktur (22) zwischen 10µm und 20µm betragen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the generated printed conductors (24) of the printed pattern structure (22) have a width between 5μm and 10μm and / or that the distances between the generated printed conductors (24) of the printed circuit pattern (22) between 10μm and 20μm amount. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10) in einem vorhergehenden Herstellungsschritt mittels eines Plasmaauftragsverfahrens und/oder eines Galvanikprozesses mit dem Metall (12) beschichtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate (10) in a preceding manufacturing step by means of a plasma coating process and / or a galvanic process with the metal (12) is coated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (12) auf dem Substrat (10) eine Schichtdicke von größer 50 µm, vorzugsweise von größer 100 µm, besonders bevorzugt von größer 200 µm aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal (12) on the substrate (10) has a layer thickness of greater than 50 microns, preferably greater than 100 microns, more preferably greater than 200 microns. Bauteil, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Component produced by a method according to one of the preceding claims. Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein räumlich spritzgegossener Schaltungsträger mit einer Leiterbildstruktur (22) ist.Component after Claim 11 , characterized in that the component is a spatially injection-molded circuit carrier having a conductor pattern structure (22).
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