DE3443233A1

DE3443233A1 - Verfahren zur herstellung einer schablonenplatte

Info

Publication number: DE3443233A1
Application number: DE19843443233
Authority: DE
Inventors: Charles Richard Lancaster Pa. Culp; Stephen Glenn Mountville Pa. Mearig
Original assignee: Armstrong World Industries Inc
Current assignee: Armstrong World Industries Inc
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-11-27
Publication date: 1985-09-05
Also published as: NL8500102A; GB8504484D0; GB2154509A; CA1217082A; BE901459A; CH665037A5; AU568881B2; GB2154509B; LU85699A1; AU3412084A; SE8406371D0; FR2560399B1; US4490217A; SE8406371L; IT8424185A0; JPS60184692A; IT1178777B; FR2560399A1

Description

Verfahren zur Herstellung einer Schablonenplatte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer flachen Schablonenplatte und insbesondere zur Herstellung einer Schablonenplatte durch galvanische Materialabscheidung bzw. Elektroplattierung.

Aus der US-PS 3 192 136 ist es bereits bekannt, ein Fotoresistbild auf einem Substrat abzulegen, das Fotoresistbild in einem gewünschten Muster zu entwickeln, das nicht belichtete Fotoresistmaterial wegzuwaschen, um die so ausgebildete Resistschicht herum ein Metall galvanisch abzuscheiden und dann das restliche Resistmaterial zu entfernen. Weiterhin wird eine zweite Fotoresistschicht ausgebildet und in Form eines Musters entwickelt. Das nicht entwickelte Fotoresist wird entfernt. Es wird wiederum eine Metallschicht ausgebildet, die die Bereiche mit dem entfernten,nicht entwickelten Fotoresist ausfüllt. Mit einem solchen zweistufigen Fotoresist-Galvanisier-Verfahren erhält man eine Maske mit Öffnungen darin.

Aus der US-PS 4 080 267 ist außerdem ein Verfahren zur Ausbildung von dicken, sich selbst tragenden Masken bekannt, wobei die gewünschte Stärke durch eine mehrfache Beschichtung einer Basis mit Resist, Belichtung des Resists, Entwicklung eines Bildes und anschließende Plattierung bzw. Galvanisierung erreicht wird.

Aus der US-PS 3 586 609 ist das Grundprinzip der Ausbildung einer Metallschablone bekannt, wobei sowohl die galvanische Abscheidung als auch die Fotoresistmethode

verwendet wird. Im einzelnen ist dieser Druckschrift die Ausbildung eines Musters aus elektrisch isolierenden Flecken auf einem Zylinder aus einem elektrisch leitenden Material bekannt.

Die US-PS 3 836 367 beschreibt eine Schablonenausbildungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer fotomechanischen Zusammensetzung von Designmustern auf Schablonen.

Die US-PSn 3 372 639, 3 610 143, 4 033 831, 4 039 397 und 4 211 618 zeigen unterschiedliche Herstellungen von Sieben, Masken, Druckplatten oder ähnlichen Elementen unter Verwendung der Fotoresistmethode und der galvanischen Metallabscheidung, also verschiedene galvanoplastische Verfahren.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer ebenen Schablonenplatte wird nun in einem ersten Schritt eine ersten Fotoresistbeschichtung bzw. ein erster Fotoresistüberzug auf der Oberfläche einer Matrix bzw. eines Substrats aufgebracht. Auf der Oberfläche des Resistüberzugs wird eine Filmgrafik aufgebracht und der Film belichtet, wodurch der Resistüberzug in ausgewählten Bereichen unter der Filmgrafik aktiviert bzw. sensibilisiert wird. Der belichtete Resistüberzug wird entwickelt. Dadurch ergibt sich ein Resistmaterialmuster mit großen offenen resistmaterialfreien Bereichen auf dem Substrat und kleinen Inseln aus Resistmaterial ebenfalls auf dem Substrat« Die Oberfläche des Substrats wird dann plattiert bzw. galvanisch beschichtet, wodurch ein Material in den großen offenen Bereichen und um das Resistmaterial herum abgeschieden wird. Dadurch ergibt sich dann ein plattenförmiger Aufbau mit öffnungen aus dem abgeschiedenen Material, das dann von dem Substrat entfernt wird und die Schablonenplatte bildet.

Es ist auch möglich, daß einige Inseln aus Resistmaterial in ihrer Mitte offene Bereiche haben, wobei Kanäle in dem Resistmaterial diese offenen Bereiche in der Mitte der Insel mit den großen offenen Bereichen auf dem Substrat verbinden. Bei der Durchführung der galvanischen Abscheidung ergibt sich somit eine Ablagerung aus Plattierungsmaterial in den offenen Bereichen in der Mitte der Resistinseln sowie in den die beiden Arten von offenen Bereichen verbindenden Kanälen.

Erfindungsgemäß ist es weiterhin möglich, einen zweiten Resistüberzug auf der Oberfläche des zuerst abgeschiedenen Materials aufzubringen, wodurch ein überzug mit ebener Oberfläche gebildet wird, der dann von einer Filmgrafik bedeckt und belichtet wird, wodurch der zweite Resistüberzug in ausgewählten Bereichen unter der Filmgrafik aktiviert bzw. sensibilisiert wird. Durch Entwickeln des belichteten Resistmaterial ergibt sich ein Resistmaterialmuster, welches im Grunde aus einer Vielzahl von Kanalstrukturen besteht_f die angrenzend an die öffnungen positioniert sind, die in der zuerst galvanisch hergestellten Oberfläche ausgebildet sind. In den offenen Kanalbereichen dieser zweiten Schicht aus Resistmaterial wird dann ein zweites Material galvanisch abgeschieden, was zur Bildung von Wänden aus abgeschiedenem Material um den Außenumfang der Öffnungen der ersten Schicht aus abgeschiedenem Material herum führt. Das Resistmaterial und das Substrat bzw. die Matrix werden dann von den beiden Schichten aus abgeschiedenem Material entfernt. Das Produkt ist eine konventionelle Schablonenplatte.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung weiter näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 perspektivisch und geschnitten eine in herkömmlicher Weise mechanisch gefertigte Schablonenplatte,

Fig. 2 perspektivisch im Querschnitt eine erfindungsgemäß gefertigte Schablonenplatte,

Fig. 3 im Schnitt die Ausbildung des Resistmusters auf dem Substrat,

Fig. 4 perspektivisch und geschnitten das Resistmuster auf dem Substrat vor der galvanischen Materialabscheidung,

Fig. 5 im Schnitt das zuerst abgeschiedene Material mit einem überzug aus einer zweiten Resistschicht,

Fig. 6 im Schnitt das Muster der zweiten Resistschicht und

Fig. 7 perspektivisch geschnitten die erfindungsgemäß hergestellte Schablonenplatte mit Farbdämmen.

Die in Fig. 1 gezeigte Schablonenplatte wird nach dem stand der Technik durch Stahlverarbeitung hergestellt. Dabei wird eine Metallplatte 2 verwendet, in die öffnungen 4 geschnitten sind. Manchmal ist es erforderlich, das Elemente 6 in dem Mittelbereich der öffnungen angeordnet werden. Wenn die Elemente 6 in ihre Lage gebracht sind, müssen sie relativ zur Platte 2 durch Verwendung von Drähten 8 gehalten werden, die mit den beiden Elementen 4 und 6 verlötet werden. Im Einsatz wirken die mit öffnungen versehenen-.Bereiche der Schablonenplatte als Kanäle, durch welche Material hindurchgehen kann, das unterhalb von der Platte in einem Schablonenmuster abgelegt werden soll.

Bei der anhand von Fig. 2 beschriebenen erfindungsgemäßen Herstellung einer Schablonenplatte wird als Basisplattenaufbau ein durch galvanisches Abscheiden von Metall gebildetes Element 2' verwendet. Das Metall ist

so abgeschieden, daß Öffnungen 4* gebildet werden. Gleichzeitig mit der Bildung des Elements 2' wird im Bereich der Öffnungen ein Element 6* ausgebildet. Das Element wird bezüglich des Elements 2' durch Kanäle 8' aus abgeschiedenem Metall gehalten, die die Wirkung der Stützdrähte 8 von Fig. 1 haben, um das Element 6¹ bezüglich des Elements 2¹ zu halten.

Fig. 3 zeigt den Beginn der Herstellung einer flachen Schablonenplatte. Dabei wird zunächst ein erster Resistüberzug 12 auf der Oberfläche der Matrix bzw. des Substrats aufgebracht. Das Substrat ist in der Regel eine Platte aus Kupfer, Aluminium oder rostfreiem Stahl, die als Basis verwendet wird und auf der Material durch galvanische Abscheidung abgeschieden wird. Das Substrat besteht aus einem leitenden Material. Das Fotoresistmaterial (AZ119, Shipley Co.) ist ein Positivresist und wird in einer Stärke von etwa 0,025 mm bis 0,05 mm auf der Oberfläche des Substrats 10 abgeschieden. Auf dem Resistüberzug 12 wird ein Film 14 angeordnet. Der Film hat ein Grafikmuster ähnlich dem, das in dem Resist ausgebildet werden soll. Das Muster in dem Film entspricht der Öffnungsform und den Öffnungsanordnungen, die die fertige Schablonenplatte haben soll. Als nächster Schritt werden die Filmgrafik und das Resist belichtet, wodurch der Resistüberzug in ausgewählten Bereichen unter der Filmgrafik aktiviert bzw. sensibilisiert wird. Darauf folgt das Entwickeln des belichteten Resistüberzugs, um so das gewünschte Muster aus Resistmaterial auf dem Substrat zu erhalten. Anschließend können Lagen von Resist fluchtend zu der ersten Resistschicht aufgebracht werden, um eine gewünschte dickere Resistschicht vor der Plattierung bzw. dem galvanischen Abscheiden zu haben.

Fig. 4 zeigt das Muster aus Resistmaterial 12', das sich auf dem Substrat 10 befindet. Der Film wird in üblicher Weise unter Verwendung von Ultraviolettlicht belichtet,

das aus parallel gerichteten Lichtstrahlen besteht. Die Belichtung dauert sechs bis zwölf Minuten pro Resistschicht, was von dem verwendeten speziellen Resistmaterial abhängt. Das Resistmaterial wird dann entwickelt und die Substratoberfläche gewaschen, wodurch sie auf der Substratoberfläche eine Abscheidung von gehärtetem Resistmaterial in einem Muster ergibt, das durch das Bild auf der Filmgrafik festgelegt ist. Dieses Muster ist in Fig. 4 gezeigt. Das leitende Substrat mit dem Resist 12' wird dann in einem herkömmlichen Galvanisiertank angeordnet, um Metall galvanisch abzuscheiden, vorzugsweise Nickel, und zwar auf der Oberfläche des Substrats 10. Die Abscheidung erfolgt auf dieser Oberfläche in herkömmlicher Weise in einer Dicke des Metalls von 0,25 bis 1 mm. Das abgeschiedene Material ist als Element 15 in Fig. 5 gezeigt, wobei unter dem Element 15 zur Vereinfachung das Substrat 10 nicht mehr dargestellt ist. Man sieht, daß das Element 15 mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen ist, die sich aufgrund der Anwesenheit des Resistmaterials ergeben. In Fig. 5 sind die öffnungen 16' mit Resistmaterial gefüllt gezeigt, das an einem darauffolgenden Galvanisierungsvorgangs teilnimmt.

Es genügt, eine Schablonenplatte einfach in der vorbeschriebenen Weise fertigzustellen.

Das Muster des Resistmaterials 12' kann als massiver Block des Resistmaterials erscheinen, der einfach dazu verwendet wird, eine öffnung in dem galvanisch abgeschiedenen Material zu bilden, das die Schablonenplatte darstellt. Manchmal ist es jedoch zweckmäßig, daß das Element 6' in der Mitte der öffnung gehalten ist, so daß anstelle der Ausbildung eines massiven Blocks des Schablonenmaterials ein Block aus Schablonenmaterial gebildet wird, der einen offenen Bereich in der Mitte hat, in dem ein weiteres Schablonenmaterial mit einer anderen

Farbe abgeschieden werden kann. Zur Ausbildung des Elements 6¹ und seines Halteaufbaus 8' in einer öffnung ist es erforderlich, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, den Block aus Resistmaterial 12' mit einer öffnung 11 und Kanälen 13 zu versehen, die die öffnung 11' mit den größeren offenen Bereichen verbinden, welche den Block aus Resistmaterial 12' umgeben. Es ist das Resistmuster von Fig. 4, welches den Aufbau von Fig. 2 ergibt. Normalerweise haben die Kanäle 13 eine Breite von 0,6 mm bis 1,0 mm und tragen nicht dazu bei, ein Bild in dem abgeschiedenen Schablonenmaterial zu formen.

Wenn der Galvanisierungsvorgang auf dem Substrat 10 im Resistmaterial 12' von Fig. 4 ausgeführt ist, können das Resistmaterial und das Substrat von dem abgeschiedenen Material zur Bildung der Schablonenplatte entfernt werden.

Es kann nun ein weiterer Galvanisierungsvorgang ausgeführt werden. Dafür wird ein zweiter Resistüberzug 16 auf der Oberseite des galvanisch abgeschiedenen Materials aufgebracht, welches die Schablonenplatte in Fig. 2 bildet. Der Resistüberzug 16 deckt nicht nur die Oberseite der Schablonenplatte ab, sondern füllt auch die öffnungen 16' in der Schablonenplatte. Auf dem Resistmaterial wird eine weitere Filmgrafik 17 angeordnet. Durch Belichten und Entwickeln wird, wie vorher beschrieben, das Element 16 mit dem in Fig. 6 gezeigten Muster versehen. Das Resistmaterial bedeckt die Masse der Platte 15. In ihm wird eine Vielzahl von Kanälen 18 gebildet. In einem anschließenden Galvanisierungsvorgang werden die Kanäle 18 gefüllt. Nach dem darauffolgenden Entfernen des Resistmaterials von den öffnungen 16' und von der Oberseite der Schablonenplatte 15 ergibt sich der in Fig. 7 gezeigte Aufbau. Man sieht die galvanisch abgeschiedene Metallplatte 2", bei welcher das Element 6* von Kanälen 8' in der Öffnung gehalten wird. Um die Außenseite der

Öffnungen ist auf einer Seite der Platte 2' ein Wandaufbau 18' abgeschieden, der die Farbdämme für die Schablonenplatte bildet.

In Betrieb wird die Platte um 180° gewendet oder gedreht, so daß sich die Farbdämme in ihrer Position angrenzend an der Oberfläche befinden, um daö Schablonenmaterial aufzunehmen. Das Schablonenmaterial läuft durch die öffnungen in den von den Elementen 2^s und 6' gebildeten Muster nach unten. Die Farbdämme 18' wirken so, daß eine unerwünschte Bewegung der verschiedenen Schablonengemische verhindert wird, die durch die Schablonenöffnung während aufeinanderfolgender Schabloniervorgänge hindurchgehen.. Normalerweise bestehen diese Dämme aus Streifen aus Metall, das an eine herkömmliche Schablonenplatte angelötet ist.

Die erwähnte herkömmliche Stahlverarbeitung zur Herstellung einer Schablonenplatte ist vom Arbeitseinsatz sehr aufwendig, da die öffnungen in den Stahl geschnitten und dann in entsprechender Weise durch Feilen und Schleifen bearbeitet v/erden müssen. Es muß ein Einsatz 6 ausgebildet und an erhabener Stelle angebracht werden, außerdem müssen die Farbdämme geformt und an Ort und Stelle angelötet werden. Bei einer zum Stand der Technik gehörenden Platte mit einer Größe von 1,6 χ 2,4 m kann dies die Ausbildung von 180 öffnungen und mehr bedeuten, die alle mit einem geeigneten Einsatz 6¹ und Farbdämmen 18' zu versehen sind. Dies bedeutet einen hohen Personaleinsatz, der erfindungsgemäß nicht mehr erforderlich ist, da der gesamte Aufbau durch eine Reihe von Galvanisierschritten hergestellt werden kann, wodurch sich Platten 2' herstellen lassen, die eine Stärke von 0,25 bis 1 mm und Farbdämme mit einer Höhe von etwa 0,75 bis 2 mm haben.

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Claims

F α N E R E B B I N G H A u" S FINCK PATFNTANWAlTe EUROPEAN P ATENT ATTORNEYS MARIAHILFPLATZ 2*3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-HOOO MÜNCHEN B5 3U3233 Armstrong World Industries, Inc. DEAC-32253.2 27. November 1984 Fi/ba Verfahren zur Herstellung einer Schablonenplatte Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer ebenen Schablonenplatte, dadurch gekenn zeichnet, daß a) ein erster Resistüberzug auf der Oberfläche eines Substrats aufgebracht wird,

b) eine Filmgrafik über der gesamten Oberfläche des Resistüberzugs auf der der Kontaktfläche mit dem Substrat gegenüberliegenden Seite aufgebracht wird,

c) die Filmgrafik und der Resistüberzug belichtet werden , um den Resistüberzug in ausgewählten Bereichen unterhalb der Filmgrafik zu aktivieren,

d) der belichtete Resistüberzug entwickelt wird, um ein Muster des Resistmaterials mit großen offenen resistmaterialfreien Bereichen auf dem Substrat und kleinen Inseln aus Resistmaterial auf dem Substrat zu bilden, wobei einige Inseln des Resistmaterials in ihrer Mitte offene Bereiche und Kanäle aufweisen, die diese offenen Bereiche in den Inseln mit den großen offenen Bereichen auf dem Substrat verbinden,

e) dann die Oberfläche des Substrats galvanisch überzogen wird , um Material in den großen offenen Bereichen, den offenen Bereichen in den Inseln des Resistmaterials und in den Kanälen abzuscheiden, welche die beiden genannten offene Bereiche verbinden, um auf dem Substrat Material in Form großer Bereiche

2^Γ.> mit Öffnungen darin abzuscheiden, wo das Resistmaterial während des Galvanisierens vorhanden ist, und in einigen dieser Öffnungen kleine Abscheidungen des galvanisch aufgebrachten Materials im Mittelbereich der Öffnungen vorhanden sind, wobei die Kanäle aus abgeschiedenem Material die kleinen

Abscheidungen aus galvanisch aufgebrachten Material mit den Rändern der Öffnungen verbinden, und
f) das Resistmaterial und das Substrat von dem galvanisch aufgebrachten Material entfernt werden, 5 wodurch das abgeschiedene Material eine flache

Schablonenplatte mit durchgehenden Öffnungen und einigen Öffnungen aufweist, bei denen sich abgeschiedenes Material im Mittelbereich der Öffnungen befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an den Schritt e)

I) ein zweiter Resistüberzug auf die Oberfläche des

abgeschiedenen Materials aufgebracht wird, um einen ebenen Oberflächenüberzug auszubilden, der das
abgeschiedene Material und alle Öffnungen darin überdeckt,
II) eine Filmgrafik über der gesamten Oberfläche der

zweiten Resistbeschichtung auf der Seite des
zweiten Resistüberzugs aufgebracht wird, die der Kontaktseite mit dem abgeschiedenen Material
gegenüberliegt,
III) die Filmgrafik und der zweite Resistüberzug belichtet werden, um den Resistüberzug in ausgewählten Bereichen unter der Filmgrafik zu aktivieren,

IV) der belichtete Resistüberzug belichtet wird, um

ein Muster aus Resistmaterial auf dem abgeschiedenen Material mit großen Bereichen aus abgeschiedenem Material, die von dem Resistmaterial bedeckt sind, und offenen Kanalbereichen in dem Resistmaterial um die Außenseite des Öffnungsumfangs der Öffnungen

aus abgeschiedenem Material herum auszubilden, V) galvanisch ein Material in den offenen Kanalbereichen in der zweiten Schicht aus Resistmaterial abzuscheiden, um zusätzlich abgeschiedenes Material zu der ersten Schicht aus abgeschiedenem Material in Form von erhabenen Wänden aus abgeschiedenem Material um den Außenseitenumfang der öffnungen der ersten Schicht aus abgeschiedenem Material herum auszubilden,

so daß nach Durchführung des Schrittes f) alle öffnungen hochstehende Wände aus abgeschiedenem Material um die Öffnungsaußenseite auf einer Seite der Platte aufweisen.