Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Der sich verst\u00e4rkende Trend der Miniaturisierung in der Mikroelektronik setzt sich unvermindert fort. Speziell bei der Anschluss-
\nund Verbindungstechnik (AVT) gilt es, die Leiterbahngeometrien zu reduzieren. Werden heute noch Leiterbahnbreiten\/-abst\u00e4nde von ca. 100 \u00b5m eingesetzt, so sind k\u00fcnftig Geometrien deutlich < 50 \u00b5m gefordert. Hierbei versagen die \u00fcblichen Herstellungstechnologien. Als neue Technologien bieten sich lasergest\u00fctzte Verfahren an, die zudem umweltfreundlicher sind. Bislang wurden photolithographische Verfahren und die stark umweltbelastende \u00c4tztechnik verwendet; die hier zu entwickelnde Technologie arbeitet ohne diese Prozesse und spart Arbeitsschritte ein: Dies erm\u00f6glicht eine Kostensenkung bis zu 20 % . Die zu entwickelnden Technologie zielt auf ein reproduzierbares Verfahren zur Herstellung laserstrukturierter metallisierter flexibler Substratmaterialien, das die zuk\u00fcnftigen technologischen Erfordernisse und eine Reduzierung der Umweltbelastung garantiert. F\u00fcr die Metallisie-rung wird eine umweltfreundliche Reinigungstechnologie auf Basis Hochdruckwasserstrahl ohne weitere chemische Detergenzien entwickelt.\n\n\nDarstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Verfahren besteht aus lediglich zwei Teilprozessen, der Laserstrukturierung von d\u00fcnnen Metallfilmen auf flexiblen Substratmaterialien (z. B. flexible Polyimidfolien, wird von Fa. LPKF vorgenommen) und dem Aufbau von funktionellen Schichten (beispielsweise Cu, Ni, Au.., wird von Fa. OTB realisiert). Eine um-fangreiche Bearbeitung des Parameterfeldes sowohl bei der Laserstrukturierung (Laserparameter, Testung der Ausbeute, Testung Verfahrensparameter) als auch bei der Metallisierung (Elektrolytauswahl, Stabilit\u00e4t, gezieltes Strukturwachstum, Optimierung Reinigungsverfahren..) legte die Kriterien und die Sicherheit f\u00fcr eine zuk\u00fcnftige Fertigung von flexiblen Schaltungen fest. Bei Projektbeginn wurde die stromlose Metallisierung verfolgt, jedoch ergab sich bei der Projektbearbeitung die Notwendigkeit, auch die stromf\u00fchrende Metallabscheidung mit einzubeziehen und so diese Technologie auf eine breite Anwen-dungsbasis zu stellen. Folgende Themenschwerpunkte wurden bearbeitet:\n-\tAuswahl und Testung unterschiedlicher flexibler Substratmaterialien mit nm-Metallschichten f\u00fcr die Laserstrukturierung.\n-\tOptimierung der Laserparameter zur Herstellung von flexiblen Feinstleiterschaltungen mit min. Leiterbahnabst\u00e4nden\/Leiterbahnbreiten von <15 \u00b5m nach dem Maskenprojektionsverfahren sowohl im batch-Prozess (f\u00fcr einzelnme St\u00fccke) als auch im Rolle-zu-Rolle-Verfahren.\n-\tEntwicklung eines Metallisierungsverfahrens f\u00fcr laserstrukturierte Feinstleiterschaltungen sowohl mittels stromloser Metallabscheidung als auch stromf\u00fchrend-galvanischem Aufbau. Der Aufbau chemisch-reduktive Schichten wurde aus Kostengr\u00fcnden nur im batch-Prozess durchgef\u00fchrt, der galva-nische Aufbau erfolgte sowohl im batch-Prozess als auch im Rolle-zu-Rolle-Verfahren.\n-\tEntwicklung eines Hochdruckwasserstrahl-Reinigungsverfahrens f\u00fcr gelaserte Folien.\n-\tCharakterisierung der gelaserten und metallisierten flexiblen Schaltungstr\u00e4ger entsprechend IPC-Normen.\n\n\nErgebnisse und Diskussion\n\n-\tBei Verwendung flexibler Schaltungstr\u00e4ger (Polyimide), die mit max. 150 nm starken Cu-Schichten und einer Haftschicht von max. 15 nm versehen waren, gelingt eine Laserablation bis zu Strukturdimensionen von min. 15 \u00b5m nach dem Maskenprojektionverfahren.\n-\tAls kosteng\u00fcnstig hat sich die Rolle-zu-Rolle-Fertigung gezeigt (ein Kostenvergleich ergab gegen\u00fcber der Laserablation im batch-Prozess eine Kostenreduktion um den Faktor 10).\n-\tDer Schichtaufbau mit Cu konnte sowohl chemisch-reduktiv als auch galvanisch-stromf\u00fchrend realisiert werden. Beim chemisch-reduktiven Aufbau ist die Reinigung nach der Laserablation eine unerl\u00e4ssliche Voraussetzung, um \u00dcberwachsungen und Kurzschl\u00fcsse zu vermeiden.\n-\tDer additive Leiterbahnaufbau ist ungef\u00fchrt und zeigt ein analoges Breitenwachstum verglichen mit dem H\u00f6henwachstum der Schichten. Das konnte sowohl beim chemisch-reduktiven Leiterbahnaufbau als auch beim galvanisch-stromf\u00fchrenden Aufbau beobachtet werden. Diese Tatsache muss bereits beim Layout ber\u00fccksichtigt werden. Aus diesem Grund ist diese Technologie ma\u00dfgeblich f\u00fcr Schichtaufbauten mit Gesamtschichtst\u00e4rken < 8-10\u00b5m geeignet.\n-\tNeben dem Aufbau von Kupfer- Schichten (Cu max.5 \u00b5m) wurden weiterhin Nickel- und Gold- Schichten als Folgeschichten verwendet (Ni max. ca. 4 \u00b5m, Au max. 0,5 \u00b5m).\n-\tDer galvanisch-stromf\u00fchrende Prozess wurde als Rolle-zu-Rolle-Verfahren mit Durchs\u00e4tzen von 1 m\/min (1 Test-Modul) realisiert.\n-\tAls eine unbedingt erforderliche und umweltfreundliche Prozess-Stufe hat sich die Hochdruckwasserstrahlreinigung erwiesen; hiermit gelingt die vollst\u00e4ndige Entfernung des Laserdebris. \n-\tEs wurde ein funktionsf\u00e4higer Demonstrator aufgebaut , der mittels dieser entwickelten Technologie hergestellt wurde.\n\n\n\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation\n\nIm Bearbeitungszeitraum wurden folgende Aktivit\u00e4ten zur Publizierung der Ergebnisse unternommen:\n-\tAbscheidung von Leiterbahnstrukturen mit Leiterbahnabst\u00e4nden von < 50 \u00b5m auf flexiblen Schaltungen; Vortrag Ulmer Gespr\u00e4che, 2.\/3. Mai 2002 und Berichtsband im Leuze-Verlag\n-\tLaserablation - eine umweltfreundliche Alternative zur Herstellung von Mikrostrukturen ohne Fotolithographie; VDMA-Nachrichten 03\/2003, 56\n-\tLaser Technologies for PCB Applications; EIPC Spring Conference 2003; Vortrag Prag, 15 .- 16. Mai 2003\n-\tSensor and Sensorelements Manufacturing: Laser Direct Patterning (LDP) for Reel-to-Reel Processing to generate High Throughput; Vortrag 11. Internationale Messe SENSOR 2003 N\u00fcrnberg; 13. - 15. Mai 2003; Proceedings, A 3.2\n-\tLaserablation - ein neues Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen; Technische Universit\u00e4t Chemnitz, Institut f\u00fcr Technische Mechanik,Vortrag 20. Juni 2003\n-\tReel-to reel Processing: Fine Line Structuring by Laser Ablation; Technology & Production Process for Flexible Electronic Systems; Vortrag M\u00fcnchen, Forum Hotel, 26. November 2003\n-\tReel-to-reel Processing: Fine Line Structuring by Laser Ablation for Flexible Circuits 2nd International Conference on Flexible Circuits, Chip Scale and Bare Die Packaging; Vortrag Tempe\/ AZ, 03. - 11.01.2004\n-\tLaser Patterning at LPKF Laser & Electronics AG; Vortrag FhG-Forum R2R, 25. M\u00e4rz 2004, M\u00fcnchen\n-\tReel-to-Reel Mass Production for Disposable Sensors by Laserablation; Vortrag SMTA Medical Electronics Symposium; May 19-20, 2004, Minneapolis\/ MN\n-\tReel-to-Reel Processing: Electrode Structures for Polymer Electronics by Laser Ablation;\nVortrag: Symposium Technologies for Polymer Electronics, Rudolstadt 28. - 30. September 2004\n-\tLaser patterning of vacuum coated flexible foils; FhG Kolloquium, 20. - 21. September 2005, Dresden\n-\tReel-to-Reel Processing: Flexible Circuits made by LDP (Laser Direct Patterning) TPCA-Show Flex and Chips; Vortrag Taipei\/ Taiwan 09.11.2004\n-\tTrends u. Anwendungen bei Flexiblen Schaltungen; Tageskolloquium DBU, Osnabr\u00fcck 30.11.2004\n\n\nFazit\n\nIm Ergebnis der Projektbearbeitung wurde eine Herstellungstechnologie f\u00fcr einseitige flexible Leiterplatten mit minimalen Aufl\u00f6sungen von Leiterbahnbreiten\/Leiterbahnabst\u00e4nden <15 \u00b5m entwickelt. \nDie Strukturierung erfolgt mittels UV-Laser (Excimer) im Maskenprojektionsverfahren. Die maximale St\u00e4rke der zu strukturierenden Cu- Schichten kann f\u00fcr das bei LPKF vorhandene Lasersystem mit 150 nm angegeben werden. Der weitere Aufbau dieser nm- Schichten kann sowohl stromlos (chemische Me-tallisierung) als auch durch stromf\u00fchrende Galvanik erfolgen. Entsprechend Leiterbahngeometrie ist dieser additive Aufbau von metallischen Schichten auf Grund des Breitenwachstums in der H\u00f6he limitiert (Verh\u00e4ltnis H\u00f6henwachstum\/ Breitenwachstum ca. 1:1). H\u00f6chste Durchs\u00e4tze werden sowohl bei der Laserablation als auch bei der Metallisierung im Rolle-zu-Rolle-Verfahren erzielt.\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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