DE4017863C1 - - Google Patents

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Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Montagebandes mit metallischen Leiterzügen, die an mindestens einem ihrer Enden metallische Erhebungen aufweisen.
Solche Montagebänder werden für die automatische Montage von elektronischen Bauelementen, dem sog. Tape Automated Bonding (TAB), benötigt. Diese Montagebänder weisen metallische Leiterzüge auf, deren Enden bei der Montage mit den entsprechenden Anschlußstellen der elektronischen Bauelemente verbunden werden.
Die Verbindung der metallischen Leiterzügen mit den elektronischen Bauelementen erfolgt bevorzugt über schweiß- oder lötbare metallische Erhebungen, den sog. Bumps. Diese bestehen bevorzugt aus weicheren Metallen als die Leiterzüge selbst und können sich entweder auf den elektronischen Bauelementen oder auf den Leiterzügen des Montagebandes befinden. Bevorzugt ist die letztere Ausführungsform, da so die aufwendige Ausstattung der zahlreichen unterschiedlichen elektronischen Bauelemente mit den metallischen Erhebungen entfällt und einfach ein Montageband für alle Bauelemente verwendet werden kann.
Es sind sowohl einschichtige Montagebänder bekannt, die nur aus einer Metallschicht bestehen, als auch mehrschichtige, die neben einer Metallschicht noch eine isolierende Trägerschicht und ggf. eine oder mehrere Klebeschichten zwischen der Metall- und der Trägerschicht aufweisen. Auch sind Montagebänder bekannt, die auf beiden Seiten der Trägerschicht Metallschichten und ggf. Klebeschichten tragen. Bevorzugt werden zwei- bzw. dreischichtige Bänder verwendet aus einer Träger- und einer Metallschicht bzw. einer zusätzlichen Klebeschicht.
Die Mehrschichtbänder weisen Trennfenster in der Trägerschicht und ggf. in der Klebeschicht auf, in die die metallischen Leiterzüge hineinreichen und so leicht mit den elektronischen Bauelementen in Kontakt gebracht werden können. Auch sind üblicherweise Transportlöcher in der Trägerschicht angebracht. Ein wesentlicher Vorteil der Mehrschichtbänder gegenüber den einschichtigen Montagebändern ist, daß die mit ihnen kontaktierten Bauelemente vor ihrer endgültigen Montage getestet werden können, da bei den Mehrschichtbändern zwischen den einzelnen metallischen Leiterzügen keine leitenden Verbindungen bestehen.
Bei der Herstellung von Montagebändern mit metallischen Leiterzügen, die an mindestens einem ihrer Enden metallische Erhebungen zur leichteren und besseren Kontaktierung elektronischer Bauelemente aufweisen, treten bisher immer noch erhebliche Probleme auf. Zwar wurden schon zahlreiche Herstellungsverfahren vorgeschlagen, doch keines ist bisher vollständig zufriedenstellend.
Aus der US 43 96 457 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die metallischen Erhebungen durch Stanzen erzeugt werden. Diese sind somit aber nur Ausstülpungen der Leiterzüge und tragen nicht zur Stabilisierung der Verbindung zu den elektronischen Bauelementen bei. Zudem wird bei diesem Verfahren durch die hohe mechanische Beanspruchung beim Stanzen die empfindliche Metallschicht der Leiterzüge leicht beschädigt, wodurch diese unbrauchbar werden.
Desweiteren sind Methoden bekannt, nach denen sowohl die metallischen Leiterzüge als auch die metallischen Erhebungen durch Ätzverfahren hergestellt werden. In der US 44 11 719 und der DE 29 26 200 A1 sind Verfahren beschrieben, bei denen die Ätzschritte von verschiedenen Seiten des Montagebandes her durchgeführt werden. In der US 37 81 596 erfolgen beide Ätzschritte von derselben Seite. Nach der EP 02 32 108 A2 werden zwei verschiedene Photoresists übereinander aufgetragen, wodurch eine selektiv tiefe Ätzung des Metalls unter gleichzeitiger Ausbildung der Leiterzüge und der Erhebungen erfolgen kann. Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß verschiedene Resists und Auftragungsverfahren notwendig sind und daß die exakte Registrierung verschiedener Belichtungsmasken auf verschiedenen Seiten des Montagebandes nur sehr schwer durchzuführen ist.
Auch die Aufschmelzung der Enden der metallischen Leiterzüge zu metallischen Verdickungen durch eine Laserbehandlung ist bekannt (EP 01 17 348 A1). Alle bisher genannten Verfahren haben aber den Nachteil, daß die metallischen Erhebungen nur aus demselben Material wie die Leiterzüge selbst hergestellt werden können.
In EP 00 70 691 A1 bzw. Electronic Production, Nov. 1988, S. 9-10 ist ein Montageband beschrieben, bei dem die metallischen Erhebungen aus einem weicheren Metall, bevorzugt Gold, als die Leiterzüge bestehen. Nach diesem Verfahren werden zuerst die Leiterzüge hergestellt. Da man hierbei Gold als Ätzresist verwendet, wird das Verfahren extrem teuer. Auf diese goldüberzogenen Leiterzüge werden dann unter Verwendung eines zweiten Resists Erhebungen aus Gold aufgalvanisiert. Eine gute Haftung dieser Erhebungen auf den goldüberzogenen Leiterzügen ist jedoch nur durch eine spezielle Vorbehandlung der Goldoberfläche erreichbar.
Das Verfahren der US 45 10 017 geht nicht von einer isolierenden Trägerschicht, in die üblicherweise die Trennfenster und Transportlöcher schon eingebracht wurden, aus, sondern stellt die isolierenden Stellen des Montagebandes durch Auffüllen von Zwischenräumen zwischen den Leiterzügen mit isolierendem Material her. Auch in diesem Verfahren wird wieder eine Goldbeschichtung als Ätzresist verwendet, wodurch die Herstellung von Montagebändern nach diesem aufwendigen Verfahren zudem noch kostspielig wird.
Durch Kombination von Ätzung der einen Seite und Plattierung der anderen Seite des Montagebandes wurden in der US 42 59 436 bzw. der EP 02 49 834 A2 Leiterzüge mit Erhebungen aus anderen Metallen als sie selbst hergestellt. Hierbei werden wieder zwei Belichtungsmasken benötigt, die exakt registergerecht auf verschiedenen Seiten des Montagebandes positioniert werden müssen.
EP 00 61 863 B1 beschreibt ein Verfahren, wonach die metallischen Erhebungen separat auf einem Zwischenträger hergestellt und dann auf die Leiterzüge übertragen werden. Dies erfordert eine zusätzliche Trägerschicht. Außerdem ist die Übertragung der Erhebungen durch Probleme beim exakten Positionieren und beim Ablösen der Erhebungen vom Zwischenträger erschwert. Auch können die empfindlichen Leiterzüge bei der Übertragung leicht verbogen oder sogar zerstört werden.
Wie an der Vielzahl der vorgeschlagenen Verfahren zu erkennen ist, besteht ein großes Interesse daran, praktikable und vielseitig anwendbare Verfahren zur Herstellung von Montagebändern mit metallischen Leiterzügen, die schweiß- oder lötbare Erhebungen an mindestens einem ihrer Enden tragen, zu erhalten. Die bisher bekannten Verfahren sind jedoch mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Sie sind langwierig und teuer, erfordern komplizierte Verfahrensschritte und exakt einzuhaltende Bedingungen, oder sie sind nur für spezielle Montagebänder, wie einschichtige oder solche, deren metallische Erhebungen aus demselben Material wie die Leiterzüge sind, anwendbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Montagebändern mit metallischen Leiterzügen, die an mindestens einem ihrer Enden metallische Erhebungen tragen, zur Verfügung zu stellen, bei dem die metallischen Erhebungen eine wohldefinierte Fläche und Höhe und eine ausgezeichnete Haftung auf den Leiterzügen besitzen, das Montagebänder mit gleichbleibend hoher Qualität und Ausbeute liefert, bei allen Montagebandtypen anwendbar ist und wobei das Material der metallischen Erhebungen nicht auf das der Leiterzüge beschränkt ist.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wurden schweiß- oder lötbare metallische Erhebungen hergestellt, die eine sehr gute Haftung auf den Leiterzügen haben. Sie werden direkt auf die Leiterzüge galvanisiert, so daß mit den einfachen, gängigen Verfahren der Leiterplattenindustrie gearbeitet werden kann und eine besondere Vorbehandlung der zu galvanisierenden Oberfläche nicht notwendig ist. Die metallischen Erhebungen können reproduzierbar sowohl mit wohldefinierter Fläche als auch Höhe hergestellt werden und sie können aus jedem gewünschten Metall oder einer Metallegierung bestehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung sowohl aller Mehrschichtbänder als auch einschichtiger Montagebänder geeignet.
Der Schritt, durch eine Gold-Ätzmaske die Leiterzüge zu erzeugen, wie er in manchen bekannten Verfahren notwendig ist, wird vollständig eliminiert. Dadurch kann die Herstellung von Montagebändern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich kostengünstiger erfolgen. Durch eine Anpassung der Photovorlage zur Erzeugung der Photoresistätzmaske in Form einer Linienverbreiterung kann dem Grad der Unterätzung Rechnung getragen werden. Hierdurch wird ein geeigneter Leiterzugquerschnitt erzielt, und die metallischen Erhebungen befinden sich mit ihrer gesamten Grundfläche in Kontakt mit den Leiterzügen. So entfällt das Problem der freistehend über den Leiterzügen stehenden dünnen Goldschicht, was in älteren Verfahren zum Abbrechen des Goldes und letztendlich zu unregelmäßigen Leiterzügen führt.
Es war nicht vorauszusehen, daß das zweite lichtempfindliche Gemisch zur Erzeugung der metallischen Leiterzüge ohne zusätzliche Verfahrensschritte über die bereits vorhandenen metallischen Erhebungen aufgebracht werden kann. Insbesondere war es überraschend, daß die vorteilhaften Trockenfilmresists leicht durch Laminierung über die metallischen Erhebungen hinweg aufgebracht werden können, ohne daß die weichen, mechanisch nicht sehr stabilen metallischen Erhebungen beschädigt werden. Außerdem war nicht vorhersehbar, daß die Trockenfilmresists ohne Lufteinschlüsse, wie sie vom Aufbringen von Trockenfilmlötstopmasken her bekannt sind, über die metallischen Erhebungen laminiert werden können. Solche Lufteinschlüsse würden dazu führen, daß die Behandlungsflüssigkeiten vor allem um die Leiterbahnen bzw. metallischen Erhebungen herum eindringen können und zu unkontrollierbaren Ausätzungen, etc. führen. Es war besonders überraschend, daß eine einwandfreie Laminierung auch ohne Verwendung eines Vakuumlaminators möglich ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dicke des Resists gleich oder größer wie die Höhe der metallischen Erhebungen ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß dadurch, daß die metallischen Erhebungen auf die vollflächige Metallschicht aufgebracht werden und dann ein Photoresist über diese vollflächige Metallschicht mit den Erhebungen laminiert wird, um die Leiterzüge herzustellen, verhindert wird, daß wie bei der umgekehrten Reihenfolge der Verfahrensschritte schon gebildete Leiterzüge bei der Herstellung der metallischen Erhebungen beschädigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Herstellung aller gängigen Montagebänder geeignet. Besonders geeignet ist das Verfahren zur Herstellung von 2- oder 3-schichtigen Bändern. Diese mehrschichtigen Bänder erhalten üblicherweise durch eine Vorbehandlung die notwendigen Trennfenster und Transportlöcher. Meistens wird hierfür eine Metallschicht, bevorzugt aus Kupfer, auf eine Trägerschicht mit eingestanzten Fenstern und Löchern aufgebracht. Auf die Metalloberfläche, die ggf. vorgereinigt und/oder chemisch angeätzt wurde, wird ein lichtempfindliches Gemisch aufgebracht und durch eine Vorlage mit einem Muster entsprechend den zu bildenden metallischen Erhebungen mit aktinischem Licht belichtet. Ggf. vorhandene Schutzschichten können vor oder nach der Belichtung entfernt werden.
Bevorzugt wird ein lichtempfindliches Gemisch mit mindestens einem polymeren Bindemittel, mindestens einer additionspolymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Verbindung und einem Photoinitiator oder einem Photoinitiatorsystem verwendet. Als Bindemittel eignen sich insbesonders die Polymere der DE 38 14 567 A1, die benachbarte Carboxylgruppen und Amidgruppen primärer Amine enthalten. Bevorzugte Monomere sind solche mit phenolischen Hydroxylgruppen wie sie in der DE 34 41 787 A1 beschrieben sind. Weitere Zusatzstoffe wie Füller, Inhibitoren, Farbstoffe, etc. sind selbstverständlich auch möglich.
Bevorzugt wird das lichtempfindliche Gemisch als Trockenfilmresist eingesetzt, der durch Laminierung auf die Metalloberfläche aufgebracht wird wie es z. B. in der US 34 69 982 beschrieben ist. Nach dem Entfernen der den zu bildenden metallischen Erhebungen entsprechenden Resistbereiche - bei den zuvor beschriebenen Gemischen durch Auswaschen der nicht belichteten Bereiche mit einer wäßrig alkalischen Lösung - kann ggf. eine thermische Nachhärtung durchgeführt werden.
Anschließend werden die metallischen Erhebungen durch ein geeignetes Galvanoverfahren aufgebracht. Bevorzugt werden die Erhebungen aus Metallen aufgebaut, die weicher sind als das Leiterzugmetall. Besonders geeignet sind die Metalle der EP 00 70 691 A1, insbesondere Gold. Die zur Plattierung vorgesehene Metalloberfläche kann ggf. nach einem gängigen Verfahren vorbereitet werden. Es sind keine besonderen Verfahren wie bei der Verwendung von Gold als Ätzmaske notwendig. Nach dem Galvanoverfahren wird der Resist entfernt. Bei den bevorzugt verwendeten Resists erfolgt dies im allgemeinen durch eine starke alkalische wäßrige Lösung.
Nun wird ein weiteres lichtempfindliches Gemisch, dasselbe wie im ersten Schritt oder ggf. auch ein anderes, auf das ggf. gereinigte Band und über die metallischen Erhebungen aufgebracht. Bevorzugt wird wieder ein Gemisch mit den Bindemitteln der DE 38 14 567 A1 und den Monomeren der DE 34 41 787 A1 verwendet. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung dieses Gemischs in Form eines Trockenfilmresists. Hierdurch ist das Auftragen durch das einfache und gängige Laminierverfahren möglich. Die metallischen Oberflächen, die zu bildenden Leiterzüge und die schon gebildeten metallischen Erhebungen, können auf diese Weise vollständig geschützt werden.
Nach der Belichtung durch eine Vorlage mit dem Leiterzugmuster und dem Entfernen der den Leiterzügen nicht entsprechenden Resistbereiche mit einem geeigneten Lösungsmittel - im Falle der bevorzugten Resists ist dies eine wäßrig-alkalische Lösung - kann der so erhaltene Ätzresist ggf. noch thermisch nachgehärtet werden. Anschließend wird das freigelegte Metall mit einem der bekannten Verfahren entfernt. Darauf wird der Ätzresist, ggf. durch eine stark alkalische, wäßrige Lösung, entfernt. Als letzter Schritt kann sich dann noch ggf. eine Rundumvergoldung der Leiterzüge und ihrer metallischen Erhebungen anschließen.
Um das in den Trennfenstern der Trägerschicht freigelegte Metall während der Galvano- und Ätzverfahrensschritte zu schützen, werden die Trennfenster auch mit Galvano- bzw. Ätzresist versehen. Dies geschieht bevorzugt mit demselben Material und auf dieselbe Art und Weise wie für die Metalloberfläche.
Beispiel
Ein mit 35 µm Kupfer kaschiertes, flexibles Trägerband, in das bereits Trennfenster eingestanzt waren, wurde für 20 sec in ein handelsübliches Vorreinigungsbad getaucht, mit Wasser abgespült, anschließend während 1 min in einer Ammoniumpersulfatlösung angeätzt, wiederum mit Wasser gespült und getrocknet.
Auf das vorgereinigte Band wurde beidseitig bei 110°C Walzentemperatur und einer Geschwindigkeit von 1,2 m/min ein Trockenresistfilm gemäß DE 38 14 567 A1 Beispiel 1 auf einer 12 µm Polyesterunterlage auflaminiert.
Der Rückseitenresist wurde vollflächig, der auf dem Kupfer aufgebrachte Resist durch eine Photovorlage mit dem Muster der zu bildenden metallischen Erhebungen mit jeweils 100 mj/cm2 auf einem handelsüblichen 1000 W Belichter belichtet.
Nach dem Abziehen der Polyesterfolie wurde der Resist in einer handelsüblichen Entwicklungsmaschine mit 1%iger Sodalösung bei 30°C entwickelt.
Nach der Entwicklung wurde der Resist für 15 min bei 150°C thermisch behandelt.
Auf die freiliegenden Kupferflächen wurde nach einer Vorreinigung und Anätzen (wie oben) in einem Jet-Plater nach dem Pulse-Plating Verfahren bei einer mittleren Stromstärke von 20 A/dm2 während 5 min Gold aufgalvanisiert. Es wurde eine Galvanohöhe von 35 µm erreicht ohne jegliches Untergalvanisieren.
Der Resist wurde nun in einer 3%igen Kaliumhydroxidlösung bei 56°C während 60 sec entfernt.
Nach erneutem Vorreinigen und Anätzen wurde derselbe Trockenresistfilm, wie oben beschrieben, unter denselben Bedingungen beidseitig auf das Trägerband auflaminiert. Die auf der Kupferoberfläche bereits abgeschiedenen Golderhebungen werden von dem Resist einwandfrei umschlossen und abgedeckt.
Der Rückseitenresist wird wiederum vollflächig, der auf dem Kupfer aufgebrachte Resist durch eine Photovorlage mit dem Negativ der zu bildenden Kupferleiterzüge, wie oben beschrieben, belichtet. Nach dem Abziehen der Polyesterfolie wird der Resist, wie oben beschrieben, entwickelt.
Das freigelegte Kupfer wurde in einer handelsüblichen Ätzmaschine bei 50°C und einem pH = 8,2 in der Ätzlösung und pH = 9,5 in der Regenerierlösung entfernt.
Der Resist wurde wiederum in einer 3%igen Kaliumhydroxidlösung bei 56°C während 35 sec entfernt.
Es wurden einwandfreie Leiterzüge mit wohldefinierten Golderhebungen an den Leiterzugenden erhalten.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Montagebandes mit metallischen Leiterzügen, die an mindestens einem ihrer Enden metallische Erhebungen aufweisen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte
  • a) Beschichten der Metalloberfläche eines metallischen oder metallkaschierten Bandes mit einem lichtempfindlichen Gemisch
  • b) Belichten der lichtempfindlichen Schicht durch eine Vorlage mit einem Muster entsprechend den zu bildenden metallischen Erhebungen,
  • c) Entfernen der Teile der belichteten Schicht, die den zu bildenden metallischen Erhebungen entsprechen, unter Ausbildung eines Galvanoresists,
  • d) Aufbau der metallischen Erhebungen durch galvanisches Abscheiden eines Metalls,
  • e) Entfernen des Galvanoresists,
  • f) erneutes Aufbringen eines lichtempfindlichen Gemischs auf die Metalloberfläche des Montagebandes, wobei die gebildeten metallischen Erhebungen mit bedeckt werden,
  • g) Belichten der lichtempfindlichen Schicht durch eine Vorlage mit einem Muster entsprechend den zu bildenden metallischen Leiterzügen,
  • h) Entfernen der Teile der belichteten Schicht, die den zu entfernenden Metallbereichen entsprechen, unter Ausbildung eines Ätzresists,
  • i) Entfernen des freigelegten Metalls und
  • j) Entfernen des Ätzresists.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Galvanoresist und/oder der Ätzresist vor dem Galvano- bzw. dem Ätzschritt thermisch gehärtet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Gemisch im Schritt a) und/oder f) in Form eines Trockenresists durch Laminieren aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Gemisch zur Herstellung des Galvano- und/oder des Ätzresists mindestens ein polymeres Bindemittel, mindestens eine additionspolymersierbare, ethylenisch ungesättigte Verbindung und einen Photoinitiator oder ein Photoinitiatorsystem enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Erhebungen aus einem weicheren Metall als die metallischen Leiterzüge aufgebaut sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Montageband aus einer isolierenden Trägerschicht und einer Metallschicht besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Trägerschicht und der Metallschicht eine Klebeschicht vorhanden ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Trennfenster und/oder Transportlöcher in der isolierenden Trägerschicht vorhanden sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfenster während des Verfahrens durch Resistmaterial geschützt sind, das am Ende des Verfahrens entfernt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach Durchführung aller Verfahrensschritte eine vollständige Vergoldung der metallischen Leiterzüge und der metallischen Erhebungen durchgeführt wird.
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