DE69833193T2

DE69833193T2 - Verfahren zur herstellung mehrerer elektronischer bauteile

Info

Publication number: DE69833193T2
Application number: DE69833193T
Authority: DE
Inventors: Johannes Antonius NELLISSEN; Cornelis Erik VAN GRUNSVEN
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2018-06-12
Also published as: EP0941545A2; KR100561792B1; US6240621B1; CN1241285A; WO1999008297A3; TW412763B; WO1999008297A2; EP0941545B1; JP2001502123A; DE69833193D1; KR20000068710A; CN1179381C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung mehrerer oberflächenmontierbarer, elektronischer Dünnschichtbauelemente. Beispiele solcher Bauelemente weisen Widerstände, Kondensatoren, Induktoren und Sicherungen, aber auch passive Netzwerke, wie z.B. RC- und LCR-Netzwerke, auf.
Ein Verfahren dieser Art ist zum Beispiel aus US 4 453 199 bekannt, welches sich im Besonderen auf die Herstellung mehrerer Dünnschichtkondensatoren bezieht. Das darin beschriebene Verfahren sieht eine Glasplatte als Substrat vor. Unter Anwendung von Maskierungsverfahren wird, zum Beispiel mit Hilfe von Sputter- oder Aufdampfverfahren, auf einer Hauptoberfläche dieser Platte eine orthogonale Matrix von diskreten Dünnschichtelektrodenstrukturen vorgesehen. Jede solche Elektrodenstruktur weist eine untere und eine obere Elektrodenschicht auf, welche durch eine dazwischen liegende Isolatorschicht getrennt sind, wobei die Elektrodenschichten so versetzt sind, dass sie sich lediglich zum Teil überdecken. Nach Anordnen der Elektrodenstrukturen wird die Platte in Streifen getrennt, wobei jeder Streifen eine lineare Anordnung von Elektrodenstrukturen trägt. Jeder Streifen wird so getrennt, dass die unteren Elektroden sämtlich an einem ersten langen Rand des Streifens, nicht jedoch an dem gegenüber liegenden, zweiten langen Rand enden, wohingegen die oberen Elektroden sämtlich an dem zweiten langen Rand des Streifens, nicht jedoch an dem gegenüber liegenden, ersten langen Rand enden. Jeder Streifen wird dann entlang seines ersten und zweiten langen Rands unter Anwendung einer Technik, wie z.B. Zerstäubungsbeschichtung, mit einem elektrischen Kontakt versehen. Sobald diese Kontakte vorgesehen wurden, wird der Streifen in einzelne, blockartige Bauelemente getrennt, wobei jedes eine Elektrodenstruktur und zwei elektrische Kontakte aufweist.
Das oben beschriebene Verfahren hat insofern einen gravierenden Nachteil, als die Platte in Streifen getrennt werden muss, bevor die elektrischen Kontakte vorgesehen werden können. Dieses ist nicht wünschenswert, da dieses heißt, dass das Herstellungsverfahren nicht in Plattenebene beendet werden kann (wobei es sich um das effizienteste und wirtschaftlichste Massenherstellungsszenario handelt), sondern stattdessen jeweils Stück für Stück unter Verwendung von Untereinheiten der ursprünglichen Substratplatte beendet werden muss (was wesentlich zeitaufwendiger und daher kostenaufwendiger ist).
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu verringern. Im Besonderen liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches und effizientes Verfahren zur Herstellung mehrerer elektronischer Bauelemente vorzusehen. Genauer gesagt, der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen vorzusehen, nach welchem das ganze Bauelement in Plattenebene fertig gestellt werden kann, bevor das Substrat getrennt wird.
Diese und weitere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren, wie eingangs beschrieben, gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden sukzessiven Schritte vorsieht, wonach:

a) ein im Wesentlichen planares Keramiksubstrat mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche, welche zueinander parallel angeordnet sind, vorgesehen ist, auf dem Substrat eine Reihe zueinander paralleler Spalten ausgebildet ist, welche sich von der ersten Hauptoberfläche durch die zweite Hauptoberfläche erstrecken, wobei solche Spalten dazu dienen, das Substrat in längliche Segmente zu unterteilen, welche sich parallel zu den Spalten erstrecken und zwischen aufeinander folgenden Paaren derselben angeordnet sind, wobei jedes Segment zwei gegenüber vorgesehene Wände aufweist, welche sich entlang der Ränder der angrenzenden Spalten erstrecken, wobei jedes Segment eine Dünnschichtelektrodenstruktur auf zumindest seiner ersten oder zweiten Hauptoberfläche trägt,
b) unter Anwendung einer lithographischen Technik elektrische Kontakte vorgesehen werden, welche sich entlang beiden Wänden jedes Segments erstrecken und einen elektrischen Kontakt mit der Elektrodenstruktur auf jedem Segment herstellen,
c) die Segmente entlang einer Reihe Trennungslinien, welche sich im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung jedes Segments erstrecken, in einzelne blockförmige Komponenten getrennt werden.

Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden verschiedene spezielle Techniken angewandt, um die oben angegebenen Ziele zu ereeichen. Insbesondere wird das Keramiksubstrat in Schritt (a) in streifenartige Segmente (welche aneinander gefügt bleiben) unterteilt, bevor die elektrischen Kontakte vorgesehen werden, wird jedoch erst nach Anordnen der elektrischen Kontakte tatsächlich in lose, blockartige Bauelemente (welche voneinander komplett separiert sind) getrennt. Eine solche Unterteilung ermöglicht die Anwendung dreidimensionaler, lithographischer Techniken, um die elektrischen Kon takte auf den freien Seitenwänden sämtlicher Segmente (d.h. in Plattenebene) vorzusehen, ohne dabei die Segmente (wie bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik) zuerst räumlich voneinander trennen zu müssen. Eine solche 3-D-Lithographie wird unten noch näher erörtert.
Der Begriff „Keramik", wie im gesamten Text verwendet, soll als sehr umfangreich und die folgenden Kategorien (elektrisch isolierender) Materialien umfassend interpretiert werden:

– Schleifmittel, wie z.B. Aluminiumoxid, Siliciumcarbid und Diamant;
– Feuerfeste Materialien, wie z.B. Siliciumoxid, Quarz, Aluminiumsilicat, Magnesit und Zirconium;
– Glasartige Materialien, wie z.B. Glas, Glaskeramik und Email;
– Keramik für technische Weiterverarbeitung, wie z.B. Cermete und keramische Schichtkörper, zusammen mit verschiedenen anderen Oxiden, Carbiden und Nitriden.

Der Oberbegriff „Glas" umfasst im Einzelnen verschiedene Arten Glas, wie z.B. Sodaglas, Borosilicatglas, Flintglas, Quarzglas usw.
Schritt (a) des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf verschiedene Weisen realisiert werden. Zum einen können die Spalten in einer Keramikplatte vor Anordnen der Elektrodenstruktur erzeugt werden. Zum anderen kann die Elektrodenstruktur auf einer Keramikplatte vor Erzeugen der Spalten vorgesehen werden.
Ein spezifisches Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten in Schritt (a) durch lokales Sandstrahlen einer durchgehenden Keramikplatte (auf welcher die Elektrodenstruktur bereits oder noch nicht vorgesehen sein kann) ausgebildet werden. Dieses kann zum Beispiel erreicht werden, indem eine Maske vorgesehen wird, welche Öffnungen entsprechend den Spalten, die auszubilden sind, enthält, und die Platte dann durch die Öffnungen so lange sandgestrahlt wird, bis sich die somit ausgebildeten Spalten komplett durch die Platte erstrecken. Die auf diese Weise verwendete Maske kann zum Beispiel die Form eines abnehmbaren Gitters aufweisen, welches auf der Keramikplatte platziert wird, oder sie kann durch eine lithographische Maske dargestellt sein, welche auf der Oberfläche der Keramikplatte durch Laminieren, Belichten und Entwickeln eines aushärtbaren Photolacks erzeugt wird.
Ein zu dem in dem vorherigen Absatz alternatives Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten in Schritt (a) ausgebildet werden durch:

– Anbringen von mindestens einem starren Stützstreifen über der Breite einer durchgehenden Keramikplatte (auf welcher die Elektrodenstruktur bereits oder noch nicht vorgesehen sein kann),
– Schneiden von Spalten durch die Keramikplatte, wobei sich diese in, jedoch nicht durch den Stützstreifen erstrecken.

Der Schneidvorgang kann unter zum Beispiel Verwendung einer Drahtsäge oder eines Laserstrahls ausgeführt werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Integrität der Keramikplatte durch das Vorhandensein des starren Stützstreifens aufrechterhalten, welcher zum Beispiel aus einem Material, wie z.B. Metall oder Keramik, bestehen kann.
Das erfinderische Verfahren eignet sich zur Herstellung verschiedener Arten von Bauelementen. Zum Beispiel:

(i) In einem spezifischen Ausführungsbeispiel besteht die Elektrodenstruktur in Schritt (a) aus einer Einfachdünnschicht aus leitendem Material, welche sich zwischen beiden Wänden jedes Segments erstreckt; das sich ergebende Bauelement kann dann als Dünnschichtwiderstand oder Sicherung verwendet werden;
(ii) Ein alternatives Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) sukzessiv aufweist: – eine Unterschicht aus leitendem Material, welche sich bis zu einer ersten Wand jedes Segments, jedoch nicht bis zu der zweiten Wand erstreckt, – eine Schicht aus Isoliermaterial, welche die Unterschicht bedeckt, – eine Deckschicht aus leitendem Material, welche sich bis zu der zweiten Wand jedes Segments, jedoch nicht bis zu der ersten Wand erstreckt.
In diesem Fall kann das sich ergebende Bauelement als Dünnschichtkondensator eingesetzt werden. Wenn so gewünscht, besteht die Möglichkeit, eine Variante dieser Ausführung vorzusehen, bei der mehrere Schichten aus leitenden Materialien so übereinander angeordnet sind, dass alternierende Schichten sich bis zu alternierenden Wänden jedes Segments erstrecken; auf diese Weise wird ein Mehrschichtkondensator realisiert.
(iii) Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bauelement durch ein in Reihe geschaltetes Kondensatorpaar dargestellt ist, und dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) aufweist: – eine Unterschicht aus leitendem Material, – eine Zwischenschicht aus Isoliermaterial, – eine Deckschicht aus leitendem Material, wobei jede dieser Schichten so aufgebracht wird, dass sie im Wesentlichen die gesamte Oberfläche jedes Segments bedeckt.
(iv) Ein anderes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bauelement ein Induktor ist, und dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) aufweist: – eine Unterschicht aus leitendem Material, wobei die Schicht die Form einer linearen Anordnung von Zellen, die in Längsrichtung entlang jedes Segments angeordnet sind, aufweist, wobei jede Zelle einen Streifen aufweist, welcher spiralförmig gewickelt ist, wobei sich ein erstes Ende des Streifens bis zu einer ersten Wand des Segments erstreckt und das zweite Ende des Streifens in der Mitte der Spirale liegt, – eine Zwischenschicht aus Isoliermaterial, wobei die Schicht mit einer Durchgangsverbindung zu dem zweiten Ende des Streifens in der Unterschicht versehen ist, – eine Deckschicht aus leitendem Material, wobei die Schicht die Form einer linearen Anordnung von Zellen, die in Längsrichtung entlang jedes Segments und in Deckung mit den Zellen der Unterschicht angeordnet sind, aufweist, wobei jede Zelle einen Streifen aufweist, welcher von der Durchgangsverbindung in der Zwischenschicht zu der zweiten Wand des Segments verläuft.

Ausführungsbeispiele (ii) in dem vorherigen Absatz können mit Hilfe eines Verfahrens, wie das in der Internationalen Patentanmeldung WO-A 96/30916 (PHN 15.692) beschriebene, realisiert werden. Die Basis eines solchen Verfahrens ist, dass, wenn ein kollimierter Beschichtungs-Materialstrahl so auf das Substrat gerichtet wird, dass der Strahl einen spitzen Winkel zu der Normalen des Substrats einschließt und sich senkrecht zu dem langen Rand der Segmente in dem Substrat befindet, wirft der Körper jedes Segments dann „in Windrichtung" des Beschichtungsflusses einen „Schatten" auf die Segmentwand; in diesem Schatten erfolgt keine Materialabscheidung; wenn z.B. der Strahl auf die erste Wand jedes Segments gerichtet wird, empfängt die zweite Wand jedes Segments dann keinen Beschichtungsfluss.
Die in Schritt (b) erwähnte (dreidimensionale) Technik umfasst einen Vorgang, wie z.B. in den folgenden Schritten beschrieben, wonach:

I. ein aushärtbarer Photolack auf das Substrat, welches sich aus Schritt (a) ergibt, aufgebracht wird;
II. lokalisierte Photolackbereiche selektiv gehärtet werden, wobei diese Härtung durch Bestrahlen des Substrats von mehr als einer Seite durch aktinische Strahlung durchgeführt wird, wobei die Bestrahlung durch eine Maske erfolgt;
III. Photolackteile unter Verwendung eines geeigneten Entwicklers selektiv weggelöst werden;
IV. eine relativ dicke Metallschicht auf sämtlichen, nicht von Photolack bedeckten Teilen der Segmente vorgesehen wird (z.B. unter Anwendung eines stromlosen bzw. galvanischen Verfahrens);
V. die verbleibenden Photolackteile unter Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels entfernt werden.

Zu diesem Verfahren können einige Anmerkungen wie folgt gemacht werden:

– Das Bestrahlen, auf welches in Schritt II Bezug genommen wurde, kann auf verschiedene Weisen erreicht werden. Zum Beispiel:
– in einem spezifischen Ausführungsbeispiel wird ein Strahlungszugang zu den Wänden der Segmente und zu der ersten Hauptoberfläche durch Bestrahlen des Substrats in einem spitzen Winkel zu seiner Normalen erreicht, während ein Strahlungszugang zu der zweiten Hauptoberfläche erreicht wird, indem eine Reflexionsfläche (Spiegel) auf der von der Strahlungsquelle entfernten Seite des Substrats platziert und diese Reflexionsfläche verwendet wird, um Strahlung auf die zweite Hauptoberfläche zu richten;
– alternativ kann man das Substrat von beiden Seiten direkt bestrahlen; ein Strahlungszugang zu der zweiten Hauptoberfläche wird dann erreicht, ohne dass die Verwendung einer Reflexionsfläche erforderlich ist;
– Der oben in Schritt I aufgebrachte, aushärtbare Photolack kann ein Negativ- oder Positivlack sein. Bei einem Positivlack werden bestrahlte (belichtete) Photolackteile in Schritt III entfernt. Dagegen werden bei einem Negativlack nicht bestrahlte (unbelichtete) Photolackteile in Schritt III entfernt;
– Durch die relativ komplexe Form des sich aus Schritt (a) ergebenden Substrats findet nach einem besonders vorteilhaften Verfahren zur Durchführung von Schritt I ein elektrophoretisches Abscheiden statt. In diesem Fall muss das Substrat eine metallisierte oberfläche aufweisen, bevor Schritt I ausgeführt werden kann. Wenn erforderlich, kann dieser durch Sputterbeschichten einer dünnen Metallschicht auf dem (blanken Keramik-) Substrat realisiert/ergänzt werden.

Es können in Schritt (b) verschiedene Szenarios im Hinblick auf das Positionieren mehrerer elektrischer Kontakte erreicht werden. Zum Beispiel:

A) die in Schritt (b) erzeugten, elektrischen Kontakte können einander direkt gegenüber auf gegenüber liegenden Wänden jedes Segments positioniert werden, so dass die elektrischen Kontakte entlang geraden Ausrichtungsachsen liegen, welche sich im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der Segmente erstrecken. Wenn die Trennungslinien in Schritt (c) so angeordnet sind, dass sich zwischen einem aneinander angrenzenden Paar Trennungslinien lediglich eine Ausrichtungsachse befindet, weist das sich ergebende Bauelement dann zwei Anschlüsse, d.h. einen auf jeder von zwei gegenüber liegenden Seiten eines blockförmigen Keramikkörpers, auf;
B) Sollten die Trennungslinien im Falle von (A) so positioniert sein, dass sich zwischen einem benachbarten Paar Trennungslinien mehrere n Ausrichtungsachsen (n > 1) befinden, weist das sich ergebene Bauelement 2n Anschlüsse, d.h. n Anschlüsse auf jeder von zwei gegenüber liegenden Seiten eines blockförmigen Keramikkörpers, auf;
C) Sollte die Trennung der elektrischen Kontakte auf einer Wand jedes Segments anders als die Trennung der elektrischen Kontakte auf der anderen Wand sein, besteht die Möglichkeit, Bauelemente vorzusehen, welche eine ungeradzahlige Anzahl Anschlüsse aufweisen. Wenn zum Beispiel zwischen jedem benachbarten Paar Trennungslinien zwei elektrische Kontakte auf der ersten Wand jedes Segments vorgesehen sind und sich nur ein elektrischer Kontakt auf der anderen Wand befindet, weist das sich ergebende Bauelement drei Anschlüsse auf.

Die Szenarios (B) und (C) ermöglichen somit die Herstellung von Bauelementen mit Mehrfachanschluss, wie z.B. passive Anordnungen (RC-, LCR-, LC-Netzwerke usw.).
Der Trennvorgang (c) in dem erfinderischen Verfahren kann auf verschiedene Weisen, welche vom Stand der Technik her allgemein bekannt sind und Verfahren, wie z.B. Sägen, Dicing, Trennen entlang Markierungslinien sowie Lasertrennen, umfassen, ausgeführt werden.
Wenn so gewünscht, können in dem erfinderischen Verfahren verschiedene Ergänzungsschritte durchgeführt werden. So kann zum Beispiel ins Auge gefasst werden:
(unter vielen weiteren Möglichkeiten)

– das Aufbringen einer galvanischen Keimschicht oder Adhäsionsförderungsschicht zwischen Schritt (a) und Schritt (b);
– ein Photolackentfernungs- oder (Teil-) Ätzvorgang zwischen Schritt (b) und Schritt (c);
– das Aufbringen einer Schutzschicht auf dem sich aus Schritt (c) ergebenden Bauelement (Teilen desselben).

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 – eine perspektivische Ansicht einer Keramikplatte, welche in einem spezifischen Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
2 – den Gegenstand von 1, nachdem in diesem Spalten, wie in Schritt (a) beschrieben, vorgesehen wurden;
3a – einen Querriss eines Teils des Gegenstands von 2, nachdem auf diesem eine Elektrodenstruktur gemäß Schritt (a) vorgesehen wurde, sowie Schritt II eines dreidimensionalen, lithographischen Verfahrens, wie in Schritt (b) erwähnt, wobei ein Positivlack verwendet wird;
3b – entspricht in großen Zügen 3a, mit der Ausnahme, dass nun ein Negativlack eingesetzt wird;
4 – eine perspektivische Ansicht eines Teils des Gegenstands von 3b nach Entfernen nicht bestrahlter Photolackteile gemäß Schritt III;
5 – den Gegenstand von 4 nach Aufbringen von Kontaktelektroden gemäß Schritt IV und nachfolgendem Entfernen bestrahlter Photolackteile gemäß Schritt V;
6 – eine breite Draufsicht des Gegenstands von 5 sowie eine Darstellung einer Anzahl Trennungslinien, entlang denen das Substrat getrennt wird;
7 – eine perspektivische Ansicht eines Bauelements, welches gemäß Schritt (c) bei Bearbeiten des Gegenstands von 6 resultiert;
8 – eine perspektivische Ansicht einer durchgehenden Keramikplatte, an welcher ein starrer Stützstreifen angebracht wurde, wobei diese zusammengesetzte Struktur in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
9 – einen umgekehrten Aufriss des Gegenstands von 8, in welchen nun Spalten geschnitten wurden, um, wie in Schritte (a) beschrieben, die Platte in Längssegmente zu unterteilen, wodurch ein alternatives Szenario zu 2 vorgesehen wird;
10 – einen Querriss einer durchgehenden Keramikplatte, auf welcher eine Elektrodenstruktur vorgesehen wurde;
11 – ein elektrisches Bauelement, welches sich gemäß dem erfinderischen Verfahren bei Bearbeiten des Gegenstands von 10 ergibt;
12 – entspricht in großen Zügen 5, mit der Ausnahme, dass es eine andere Anordnung elektrischer Kontakte zeigt.
Einander entsprechende Merkmale in den verschiedenen Figuren sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ausführunsgsbeispiel 1
Die 1 bis 7 beziehen sich auf ein spezifisches Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine flache Keramikplatte 1 mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche 1a, 1b. Die Platte besteht zum Beispiel aus Sodaglas und weist eine Dicke von etwa 0,5 mm auf; ihre Breitenabmessungen liegen in der Größenordnung von etwa 350 × 300 mm².
In 2 wurde die Platte einem selektiven Sandstrahlverfahren unterworfen. Dieses resultierte in der Erzeugung einer Reihe zueinander paralleler Spalten 3, welche sich von der ersten Hauptoberfläche 1a bis zu der zweiten Hauptoberfläche 1b erstrecken. Diese Spalten 3 dienen dazu, das Substrat 1 in Segmente 5 zu unterteilen, welche parallel zu den Spalten 3 verlaufen und zwischen aufeinander folgenden Paaren derselben angeordnet sind. Jedes Segment 5 weist zwei gegenüber vorgesehene Wände 7a, 7b auf welche sich entlang den Rändern der angrenzenden Spalten 3 erstrecken. Die Platte 1 wird durch das Vorhandensein einer Reihe Verbindungsbrücken 4, welche benachbarte Segmente 5 in regelmäßigen Abständen entlang ihrer Länge verbinden, sicher gehalten. In diesem speziellen Fall sind die Segmente 1,5 mm breit und weisen eine Länge von etwa 25 mm zwischen aufeinander folgenden Brücken 4 auf. Das Sandstrahlverfahren kann zum Beispiel wie folgt durchgeführt werden:

– Anordnen einer Glasplatte 1, z.B. SCHOTT AF45;
– Laminieren einer Photolackschicht ORDYL BF405 (TOKYO OHKA) auf der Oberseite 1a der Platte 1;
– Bestrahlen der Photolackschicht entsprechend der gewünschten Struktur aus Spalten 3, Brücken 4 und Segmenten 5;
– Entwickeln der bestrahlten Schicht, z.B. mit Na₂CO₃ sowie anschließendes Nachhärten;
– Sandstrahlen;
– Ablösen der restlichen Photolackteile, z.B. mit Ethanolamin.

Die 3a und 3b zeigen einen Querriss des Gegenstands von 2. Jedes Segment 5 wurde nun mit einer Elektrodenstruktur 9 (Schritt (a)) versehen. In diesem speziellen Fall weist die Struktur 9 nacheinander auf:

– eine Unterschicht 9a aus leitendem Material (z.B. 1 μm Al);
– eine Zwischenschicht 9b auf Isoliermaterial (z.B. 0,5 μm Ta₂O₅ oder Si₃Na₄);
– eine Deckschicht 9c aus leitendem Material (z.B. 1 μm Al),

9a

9b

9c

5

9a

9c

9b

9c

9d

5

Die Elektrodenstruktur 9 wurde von einer Schicht 11 aus Photolack (Schritt (b), Schritt 1) bedeckt. Dieses kann zum Beispiel erreicht werden, indem das gesamte Substrat 1 in ein Photolackbad getaucht oder die Photolackschicht 11 aufgesprüht wird; alternativ kann die Schicht 9d als Metallisierungsbasis verwendet werden, um einen geeigneten Photolack elektrophoretisch aufzubringen.
In 3a enthält die Photolackschicht 11 einen Positivlack. Die gesamte Struktur 1, 5, 9, 11 wird unter Verwendung von Strahlen 15 aus aktinischer Strahlung (z.B. UV-Licht) aus nicht dargestellten, der ersten Hauptoberfläche 1a (Schritt II) gegenüber liegenden Quellen bestrahlt. Diese Quellen sind so ausgerichtet, dass die Strahlen 15 einen spitzen Winkel zu der Normalen der Oberfläche 1a einschließen; auf diese Weise werden die Strahlen 15 ebenfalls auf die Seitenwände 7a, 7b gerichtet. Es ist eine Reflexionsfläche (Spiegel) 17 so vorgesehen, dass sie der Hauptoberfläche 1b gegenüber liegt. Auf diesen Spiegel 17 auftreffende Strahlen 15 werden als Strahlen 15' reflektiert, welche auf die Oberfläche 1b auftreffen. Auf diese Weise wird eine dreidimensionale Bestrahlung erreicht. Die Bestrahlung erfolgt durch eine Maske, die transparente Teile 13 und opake Teile 13' aufweist, die entsprechend einer gewünschten Struktur zueinander positioniert sind. Infol gedessen werden nicht alle Teile der Schicht 11 bestrahlt. Wie hier dargestellt, wird eine Maske auf beiden Seiten des Substrats 2 verwendet; jedoch ist dieses im Prinzip nicht erforderlich, und durch eine entsprechende Positionierung zusätzlicher opaker Teile 13' in der oberen Maske kann die Notwendigkeit einer separaten unteren Maske entfallen.
In 3b enthält die Photolackschicht 11 dagegen einen Negativlack (z.B. SHIPLEY ED 2100, in einem 30-Sekunden-Beschichtungsschritt bei 100 V und 30°C elektrophoretisch aufgebracht und sodann nachgehärtet, wodurch sich eine Schicht 11 mit einer Dicke von etwa 10 μm ergibt). Die gesamte Struktur 1, 5, 9, 11 wird unter Verwendung abgewinkelter Strahlen 15 aus aktinischer Strahlung aus nicht dargestellten Quellen erneut bestrahlt. In diesem Fall sind die Quellen jedoch so angeordnet, dass sie sowohl der ersten als auch der zweiten Hauptoberfläche 1a, 1b gegenüber liegen, und es wird kein Spiegel 17 verwendet. Die Bestrahlung erfolgt durch eine Maske, welche transparente Teile 13 und opake Teile 13' aufweist, die entsprechend einer gewünschten Struktur (welche zu der Struktur in 3a negativ ist) zueinander positioniert sind.
Der Rest dieses Ausführungsbeispiels wird auf der Basis des Szenarios in 3b (negativer Photolack) beschrieben.
4 zeigt einen Teil des Gegenstands von 3b. In diesem Stadium wurden die Bereiche der Photolackschicht 11, welche in 3b nicht bestrahlt wurden, weggelöst (Schritt III), wobei lediglich die bestrahlten Teile belassen werden; dieses kann unter Verwendung eines Entwicklers, wie z.B. SHIPLEY 2005, erfolgen. Infolgedessen wurden auf der Elektrodenstruktur 9 leere Räume 19b erzeugt. Unter Anwendung eines galvanisches Verfahrens (auf der Oberseite der Keimschicht 9d) werden in diesen freien Räumen 19 elektrische Kontakte vorgesehen.
In 5 wurden die in dem vorherigen Absatz erwähnten, elektrischen Kontakte 21 vorgesehen (Schritt IV). Wie hier dargestellt, weisen diese Kontakte eine 10μm-Schicht 21a aus Cu und eine 10μm-Schicht 21b aus Pb₄₀Sn₆₀ auf. Des Weiteren wurden die in 4 dargestellten, bestrahlten Photolackteile 11 unter Verwendung eines Lösungsmittels, wie z.B. Aceton oder SHIPLEY 2010, entfernt (Schritt V). Zudem wurden freie Bereiche der Schichten 9c und 9d (d.h. die nicht von Kontakten 21 bedeckten Bereiche) unter Verwendung der folgenden Ätzmittel entfernt:
– für Cu in der Schicht 9d: (NH₄)₂S₂O₈;
– für Ti in der Schicht 9d: H₂O₂;
– für die Schichten 9a, 9b, 9c: H₃PO₄/HAc/HNO₃.
6 zeigt eine breite Draufsicht des Gegenstands von 5. Sie zeigt eine Matrix von einzelnen blockförmigen Komponenten 23, welche durch Trennen des Substrats 1 entlang den Trennungslinien 25 voneinander separiert werden können. Eine solche Trennung kann zum Beispiel durch Zersägen, Dicing oder durch Lasertrennen entlang den Linien 25 vorgenommen werden. Jedes auf diese Weise erhaltenes, blockförmiges Bauelement 23 stellt ein in Reihe geschaltetes Kondensatorpaar dar, wobei:

– die Schicht 9c auf Wand 7a die erste (freie) Elektrode (mit einem Kontakt 21 versehen) darstellt;
– die Schicht 9c auf Wand 7b die zweite (freie) Elektrode (mit einem Kontakt 21 versehen) darstellt;
– die Schicht 9a die gemeinsame Elektrode darstellt;
– die Schicht 9b die dielektrische Schicht darstellt.

7 zeigt eine perspektivische Ansicht des fertigen Bauelements 23 mit SMDkompatiblen, elektrischen Kontakten 21.
Ausführungsbeispiel 2
In einem sonst mit Ausführungsbeispiel 1 identischen Ausführungsbeispiel besteht die Elektrodenstruktur 9 in 3 lediglich aus der leitenden Schicht 9a. Das fertige Bauelement 23 dient dann als Dünnschichtwiderstand oder Sicherung. Der Widerstand dieses Bauelements 23 wird bestimmt durch:

– die Dicke der Schicht 9a;
– den spezifischen Widerstand des Materials in der Schicht 9a;
– die Breite der Schicht 9a (in einer zu der Länge des Segments 5 parallelen Richtung);
– die Länge der Schicht 9a (zwischen den Abschlussrändern der Kontakte 21 auf gegenüber liegenden Wänden des Segments 5).

Ausführungsbeispiel 3
Die 8 und 9 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung und stellen Alternativen zu den 1 und 2 dar.
8 zeigt eine durchgehende, flache Keramikplatte 1 (auf welcher bereits eine Elektrodenstruktur vorgesehen oder noch nicht vorgesehen sein kann), auf der ein starrer Stützstreifen 2 angebracht wurde. Der Streifen 2 erstreckt sich über die Breite der Platte 1 in Richtung y. Wenn so gewünscht, können zusätzliche Streifen über der Platte an weiteren Stellen entlang der Achse x befestigt werden. Der Streifen 2 kann zum Beispiel aus Aluminium oder Glas bestehen. In diesem speziellen Fall weist er Endflächenabmessungen von 5 × 5 mm² auf. Der Streifen 2 wird unter Verwendung eines Markenklebstoffs an der Hauptoberfläche 1b der Platte 1 angebracht.
9 zeigt den Gegenstand von 8 in einem umgekehrten Aufriss, wobei sich die Achse x nun in die Ebene der Figur erstreckt und die Achse y nach rechts zeigt. Gemäß Schritt (a) des erfinderischen Verfahrens wurden Spalten 3 in Richtung x erzeugt, wodurch die Platte 1 in mehrere parallele Längssegmente 5 unterteilt wird. Solche Spalten 3 werden zum Beispiel unter Verwendung einer Scheibensäge, Drahtsäge oder eines Laserstrahls erzeugt.
Obgleich sich die Spalten 3 völlig durch die Platte 1 erstrecken, erstrecken sie sich nur zum Teil in den Stützstreifen 2. Infolgedessen bleiben die Teile 4 des Streifens 2 unversehrt und wirken als Brücken zwischen den Segmenten 5, wodurch sichergestellt wird, dass die Segmente in einer planaren Anordnung zusammengefügt bleiben.
Ausführungsbeispiel 4
Die 10 und 11 beziehen sich auf ein spezifisches Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
In 10 wurde eine flache Keramikplatte auf einer Hauptoberseite 1a mit einer Elektrodenstruktur 9 versehen. Diese Struktur 9 weist eine leitende Unterschicht 9a, eine dielektrische Zwischenschicht 9b sowie eine leitende Deckschicht 9c auf. Die Schichten 9a, 9c bestehen zum Beispiel aus Ni oder Al, während sich die Schicht 9b aus einem Material, wie z.B. Si₃N₄, SiO₂ oder Al₂O₃, zusammensetzt.
Die Schichten 9a und 9c werden unter Anwendung einer Technik, wie z.B. Sputterbeschichten oder Aufdampfung, vorgesehen. Die Schichten sind nicht durchgehend, sondern weisen stattdessen voneinander getrennte Inseln auf, die sich senkrecht zu der Ebene der Figur erstrecken. Dieses kann zum Beispiel erreicht werden, indem:

– durchgehende Schichten vorgesehen werden, welche dann selektiv so weggeätzt werden, dass die Inseln übrig bleiben;
– die Inseln unmittelbar durch eine Maske aufgebracht werden.

Die unstrukturierte Schicht 9b ist durchgehend und wird unter Anwendung einer Technik, wie z.B. CVD oder oxidische MBE, vorgesehen.
Ebenfalls dargestellt ist eine strukturierte Schutzschicht 9e, bei welcher es sich eigentlich um eine Doppelschicht mit 0,5 μm SiN/10 μm Polyimid handelt; diese Schicht 9e weist Inseln auf, welche über den Inseln 9a liegen.
Die Struktur von 10 kann durch Erzeugen von Spalten 3 an den angegebenen Stellen in eine Struktur, wie in Schritt (a) beschrieben, umgewandelt werden, wobei sich solche Spalten 3 in die Ebene der Figur erstrecken. Auf diese Weise erzeugt man eine Reihe von Segmenten 5, welche sich ebenfalls in die Ebene der Figur erstrecken. Sodann können auf den Seitenwänden solcher Segmente 5 elektrische Kontakte gemäß Schritt (b) des erfinderischen Verfahrens vorgesehen werden.
11 zeigt die Ergebnisse von Schritt (b) und Schritt (c) nach Bearbeiten der Struktur von 10. Das dargestellte Bauelement 23 ist durch ein in Reihe geschaltetes Kondensatorpaar dargestellt. Die elektrischen Kontakte 21 wurden unter Anwendung eines Verfahrens, wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, vorgesehen.
Ausführunsgbeispiel 5
12 entspricht in großen Zügen der 5, mit der Ausnahme, dass sie eine alternative Anordnung von elektrischen Kontakten 21 zeigt. In 12 unterscheidet sich die gegenseitige Beabstandung der elektrischen Kontakte 21 entlang der Wand 7a des Segments 5 von dieser der elektrischen Kontakte 21' entlang der Wand 7b. Insbesondere ist es unter Verwendung der dargestellten Trennungslinien 25 möglich, blockförmige Bauelemente 23 mit 3 Anschlüssen 21, 21, 21' pro Stück zu realisieren.

Claims

Verfahren zur Herstellung mehrerer oberflächenmontierbarer, elektronischer Dünnschichtbauelemente, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden sukzessiven Schritte vorsieht, wonach: a) ein im Wesentlichen planares Keramiksubstrat mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche, welche zueinander parallel angeordnet sind, vorgesehen ist, auf dem Substrat eine Reihe zueinander paralleler Spalten ausgebildet ist, welche sich von der ersten Hauptoberfläche durch die zweite Hauptoberfläche erstrecken, wobei solche Spalten dazu dienen, das Substrat in längliche Segmente zu unterteilen, welche sich parallel zu den Spalten erstrecken und zwischen aufeinander folgenden Paaren derselben angeordnet sind, wobei jedes Segment zwei gegenüber vorgesehene Wände aufweist, welche sich entlang der Ränder der angrenzenden Spalten erstrecken, wobei jedes Segment eine Dünnschichtelektrodenstruktur auf zumindest seiner ersten oder zweiten Hauptoberfläche trägt, b) unter Anwendung einer lithographischen Technik elektrische Kontakte vorgesehen werden, welche sich entlang beiden Wänden jedes Segments erstrecken und einen elektrischen Kontakt mit der Elektrodenstruktur auf jedem Segment herstellen, c) die Segmente entlang einer Reihe Trennungslinien, welche sich im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung jedes Segments erstrecken, in einzelne blockförmige Komponenten getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wonach nach dem Schritt (a): – das Substrat vorgesehen wird, – die Spalten so ausgebildet werden, dass sie das Substrat in längliche Segmente unterteilen, und – die Dünnschichtelektrodenstrukturen vorgesehen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten in Schritt (a) durch lokales Sandstrahlen einer durchgehenden Keramikplatte ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten in Schritt (a) ausgebildet werden durch: – Anbringen von mindestens einem starren Stützstreifen über der Breite einer durchgehenden Keramikplatte, – Schneiden von Spalten durch die Keramikplatte, wobei sich diese in, jedoch nicht durch den Stützstreifen erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente Widerstandselemente sind, und dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) sich aus einer einzelnen Dünnschicht aus leitendem Material zusammensetzt, welche sich zwischen beiden Wänden jedes Segments erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente Kondensatoren sind, und dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) nacheinander aufweist: – eine Unterschicht aus leitendem Material, welche sich bis zu einer ersten Wand jedes Segments, jedoch nicht bis zu der zweiten Wand erstreckt, – eine Schicht aus Isoliermaterial, welche die Unterschicht bedeckt, – eine Deckschicht aus leitendem Material, welche sich bis zu der zweiten Wand jedes Segments, jedoch nicht bis zu der ersten Wand erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bauelement durch ein in Reihe geschaltetes Kondensatorpaar dargestellt ist, und dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) aufweist: – eine Unterschicht aus leitendem Material, – eine Zwischenschicht aus Isoliermaterial, – eine Deckschicht aus leitendem Material, wobei jede dieser Schichten so aufgebracht wird, dass sie im Wesentlichen die gesamte Oberfläche jedes Segments bedeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bauelement ein Induktor ist, und dass die Elektrodenstruktur in Schritt (a) aufweist: – eine Unterschicht aus leitendem Material, wobei die Schicht die Form einer linearen Anordnung von Zellen, die in Längsrichtung entlang jedes Segments angeordnet sind, aufweist, wobei jede Zelle einen Streifen aufweist, welcher spiralförmig gewickelt ist, wobei sich ein erstes Ende des Streifens bis zu einer ersten Wand des Segments erstreckt und das zweite Ende des Streifens in der Mitte der Spirale liegt, – eine Zwischenschicht aus Isoliermaterial, wobei die Schicht mit einer Durchgangsverbindung zu dem zweiten Ende des Streifens in der Unterschicht versehen ist, – eine Deckschicht aus leitendem Material, wobei die Schicht die Form einer linearen Anordnung von Zellen, die in Längsrichtung entlang jedes Segments und in Deckung mit den Zellen der Unterschicht angeordnet sind, aufweist, wobei jede Zelle einen Streifen aufweist, welcher von der Durchgangsverbindung in der Zwischenschicht zu der zweiten Wand des Segments verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (b) unter Anwendung eines Verfahrens ausgeführt wird, wonach: I. ein aushärtbarer Photolack auf das Substrat, welches sich aus Schritt (a) ergibt, aufgebracht wird, II. lokalisierte Photolackbereiche selektiv gehärtet werden, wobei diese Härtung durch Bestrahlen des Substrats von mehr als einer Seite durch aktinische Strahlung durchgeführt wird, wobei die Bestrahlung durch eine Maske erfolgt, III. Photolackteile unter Verwendung eines geeigneten Entwicklers selektiv weggelöst werden, IV. eine relativ dicke Metallschicht auf sämtlichen, nicht von Photolack bedeckten Teilen der Segmente vorgesehen wird, V. die verbleibenden Photolackteile unter Verwendung eines geeigneten Lösungsmittels entfernt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das aus Schritt (c) ergebende Bauelement mehr als zwei elektrische Kontakte, wie in Schritt (b) vorgesehen, aufweist.
Blockförmiges, oberflächenmontierbares, elektronisches Dünnschichtbauelement, welches aufweist: – ein im Wesentlichen planares Keramiksubstrat mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche, welche zueinander parallel vorgesehen sind, und mit zwei gegenüber angeordneten, sich zwischen den Oberflächen erstreckenden Wänden sowie zwei Trennungslinien, die sich im Wesentlichen senkrecht zu den Wänden erstrecken, – eine Dünnschichtelektrodenstruktur auf mindestens einer der Oberflächen sowie – elektronische Kontakte, welche sich entlang beiden Wänden erstrecken und einen elektrischen Kontakt mit der Elektrodenstruktur herstellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement insofern durch ein Multianschlussbauelement dargestellt ist, als auf mindestens einer der Wände die Anzahl elektronischer Kontakte größer als Eins ist, welches Bauelement erhältlich ist gemäß eines der Ansprüche 1 bis 10.