DE2553385A1 - Verfahren zum herstellen von praezisen mustern in duennen metallisierungen auf kunststoffolien - Google Patents
Verfahren zum herstellen von praezisen mustern in duennen metallisierungen auf kunststoffolienInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichea
Berlin und München VPA 75 P 1 1 9 5 S l\ D
. ' ZD5 3385
Verfahren zum Herstellen von präzisen Mustern in dünnen Metallisierungen
auf Kunststoffolien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von präzisen Mustern in auf einem Isolierstoffträger aufgebrachten dünnen
Metallisierungen, wobei mittels eines programmgesteuerten Funkenerosionsprozesses metallfreie Streifen vorbestimmter.Form
und Lage in der Metallisierung erzeugt werden. Außerdem betrifft die Erfindung vorteilhafte Anwendungen der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Gegenstände.
Aus der Zeitschrift "Electronic Engineering" Juni 1970, Seiten
54 bis 58, Figuren 1 bis 3, sind Dünnfilm-Widerstandsnetzwerke auf Glassubstraten bekannt, bei denen die Widerstahdskonfiguration
durch einen lochstreifengesteuerten Funkenerosionsprozeß aus einer auf dem Substrat zunächst ganzflächig
aufgebrachten Nickel-Chrom-Legierungsschicht erzeugt wird. Außerdem
zeigt diese Literaturstelle eine Abbildung einer zur Herstellung
solcher Widerstands-Netzwerke geeigneten Maschine.
Aus der DT-OS 2 304 184 ist ein Verfahren zum Herstellen von
metallfreien Streifen auf metallisierten Isolierstoffolien, insbesondere
von Freirändern auf Kondensatorfolien für elektrische Kondensatoren bekannt, bei dem die metallisierten Isolierstofffolien
an einer Ausbrennelektrode vorbeigeführt werden und bei dem die Metallisierung durch einen elektrischen Strom an den
entsprechenden Stellen entfernt wird, wobei kurze Stromimpulse mit konstanter Amplitude und einer an die Bewegungsgeschwindigkeit
der metallisierten Isolierstoffolie angepaßten Impulsfolgefrequenz
zu einer örtlich begrenzten Entfernung der Metallisierung verwendet werden. Es werden dabei Spannungsimpulse von einer
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Bit 12 Zi - 2 -
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Dauer von unter 5/usec und mit einer Impulsfolgefrequenz von mehr
als 100 kHz verwendet. Die zu bearbeitende Folie läuft über eine metallische Walze, die an den einen Pol der hochfrequenten Spannungsquelle
angelegt ist. Die Ausbrennelektrode liegt unter leichtem Druck auf der bewegten Folie auf. Durch die Verwendung von
Hochfrequenzimpulsen lassen sich metallfreie Streifen.gewünschter
Breite mit sauberen, nichtausgezackten Rändern erzeugen.
Aus der DT-OS 2 247 279 sind RC-Baugruppen bekannt, die aus einer
Anzahl von mit Metallisierungen unterschiedlichen Flächenwiderstandes belegten thermoplastischen Kunststoffolien bestehen, die
mit einer relativ dicken, ebenfalls thermoplastischen Kunststofffolie gestapelt, miteinander verklebt und durch in die thermoplastischen
Folien eingeschmolzenen Anschlußdrähte kontaktiert s ind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs
beschriebene Verfahren zur programmgesteuerten Herstellung von metallfreien Streifen in Metallisierungen auf Isolierstoffträgern
mittels Funkenerosion dahingehend zu verbessern, daß es für die Massenproduktion vieler untereinander gleicher Mu.-ster,
z.B. für elektrische Schichtschaltungen, mit präzisen Abmessungen
und/oder präzisen elektrischen Werten geeignet ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als metallisierter Isolier
stoff träger eine organische Kunststoffolie in Form eines langen Bandes verwendet wird, daß die Folie auf eine ebene Metallfläche
gelegt wird, die mit dem einen Pol einer hochfrequenten Spannungsquelle verbunden ist, daß eine Gravierelektrode,
die an den anderen Pol der hochfrequenten Spannungsquelle angeschlossen ist, aif die Metallisierung mit leichtem Druck
aufgelegt wird und daß die Gravierelektrode, die in allen Raumrichtungen programmgesteuert bewegbar ist, über die festliegende
Folie geführt wird.
Damit ergeben sich die Vorteile, daß die zu bearbeitende Metallisierung
nicht galvanisch mit der Gravierspannungsquelle ver-
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—--,..,.,... ....,.:-„ 709823/042A
bunden werden muß, da die kapazitive Kopplung durch die dünne Kunststoffolie völlig ausreicht, daß über die gesamte Bearbeitungsfläche
ein in seiner Breite konstanter Gravierstrich erzielbar ist, daß die Breite des GravierStriches in einfacher
Weise verändert werden kann, daß nur die Gravierelektrode mit ihrer extrem geringen Masse bewegt werden muß, was zu hphen
Arbeitsgeschwindigkeiten und geringem Verschleiß in der erforderlichen Mechanik führt und daß sowohl die Investitions- als
auch die Betriebskosten gegenüber den bisher üblichen Beärbeitungsverfahren
für dünne Schichten mit Laser- oder Elektronenstrahlen oder Fotoätzung erheblich gesenkt werden könne. Auch
sind wesentliche Teile der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigten Vorrichtungen in Form von computergesteuerten Zeichentischen bereits handelsüblich und können
nach vergleichsweise geringen Anpassungen direkt eingesetzt werden.
Vorzugsweise liegt die Frequenz der Spannungsquelle für die Funkenerosion oberhalb 100 kHz. Dadurch können Graviergeschwindigkeiten
bis zu 50 cm pro Sekunde erreicht werden, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit mit der der bisher handelsüblichen
Lasergeräte vergleichbare Werte erreicht.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes werden die Schwankungen des Widerstandswertes der Metallisierung
in Längs- und/oder Querprofil durch aufgesetzte Meßelektroden
laufend gemessen und die Programmsteuerung der Gravierelektrode entsprechend den Meßwerten korrigiert. Dadurch lassen
sich die Schwankungen ausgleichen, die beim Aufbringen der dünnen Metallisierungen, z.B. durch ein Vakuumverfahren, auf die
mit relativ hoher Geschwindigkeit laufende Isolierstoffolie unvermeidbar in der Dicke der abgeschiedenen Metallschicht auftreten,
ausgleichen. Die Schwankungen im Längsprofil können vorzugsweise anhand eines neben der aktiven Metallisierungsfläche aufgebrachten Teststreifens ermittelt werden. Derartige
Teststreifen werden oft bereits dazu verwendet, den Vakuumaufdampfprozeß der Metallisierung auf die Kunststoffolien im
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Hinblick auf eine konstante Zusammensetzung und Dicke der Me- . tallisierung zu steuern.
Vorteilhaft wird der Istwert jedes einzelnen Bauelements, d.h. jedes Widerstandes oder jedes Kondensators, durch aufgesetzte
Meßelektroden während des Graviervorgangs fortlaufend gemessen und bei Erreichen des Sollwertes die Gravierelektrode von der
Metallisierung abgehoben. Dieser Vorgang kann durch eine separate Meßvorrichtung unabhängig von der zentralen Programmsteuerung
ausgelöst werden, wodurch eine Parallel- und/oder Serienanordnung mehrerer Bearbeitungsstationen, wie sie nachfolgend
beschrieben wird, sehr erleichtert wird.
Da die Bearbeitungsstationen, d.h. die Graviertisehe, im Vergleich
zu den fertigen Netzwerken im allgemeinen sehr groß sind, können vorzugsweise mehrere Gravierelektroden in einer Bearbeitungsstation
mechanisch parallelgeschaltet werden. Auf diese Weise können gleichzeitig mehrere untereinander identische Mu —
ster in der Metallisierung erzeugt werden.
Vorzugsweise können auch mehrere Bearbeitungsstationen nebeneinander
und/oder hintereinander angeordnet und von einer einzigen Programmsteuerung angesteuert werden. Auf diese Weise
können auf mehreren metallisierten Folien gleichzeitig eine Vielzahl von untereinander identischen Mustern erzeugt werden.
Bei der Hintereinanderschaltung einer Anzahl von η Bearbeitungsstationen, deren Gravierelektroden einen Folienabschnitt der
Länge s bearbeiten, während zwischen den gleichzeitig bearbei—
teten Folienabschnitten zunächst unbearbeitete Folienabschnitte der selben Länge s verbleiben, wird die Folie nach Vollendung
eines Musters abwechselnd in zwei unterschiedlich großen Schritten - beim ersten Schritt um die Länge s, beim zweiten Schritt
um die Länge (2n-1)s - transportiert.
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Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Gegenstand,
d.h. eine Kunststoffolie, deren Metallisierung durch metallfreie Streifen vorbestimmter Form und Lage strukturiert
ist, kann vorteilhaft als Belichtungsmaske für Fotoätzverfahren verwendet werden. Die so hergestellte Belichtungsmaske ist
flexibel und außerdem extrem kontrastreich. Die Herstellung selbst ist sehr einfach. Änderungen im lay-out der Belichtungsmaske können durch einfache Änderungen des Computer-Programms
vorgenommen werden. Es ist deshalb nicht nötig, wie bei der optischen Herstellung von Belichtungsmasken, eine völlig neue
Urmaske zu zeichnen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der Herstellung von
Belichtungsmasken mit einer Vielzahl von untereinander gleichen B el i.chtungsstrukturen, beispielsweise für Großsubstrate, der
zeitraubende, wiederholte Kopiervorgang mit einer Fotovorlage vermieden werden kann. Besonders vorteilhaft werden nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Gegenstände jedoch zum Aufbau von RC-Netzwerken, bestehend aus ein- oder beidseitig
mit Widerstands- und/oder Kondensatorbelagschichten und Kontaktierungsflachen
versehenen Kunststoffolien,· die zusammen mit einer relativ dicken thermoplastischen Deckfolie gestapelt, gegenseitig
verklebt und mit Hilfe von eingeschmolzenen und verschweißten Anschlußdrähten kontaktiert sind, verwendet werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit die Herstellung der bekannten elektrischen Dünnschicht-Netzwerke aus gestapelten
metallisierten Kunststoffolien noch weiter beschleunigt, vereinfacht und die Möglichkeit der Variation der Herstellungsschritte
vergrößert.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine vollständige Bearbeitungsstation
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Man erkennt einen programmierbaren Elektronenrechner 1,
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der über eine Steuerleitung 12 eine Bearbeitungsstation 2 steuert.
Auf der Bearbeitungsstation 2 liegt die zu bearbeitende
metallisierte Kunststoffolie 3, die von einer Vorratsrolle 8 abgewickelt und auf einer weiteren Rolle 9 wieder aufgewickelt,
wird. Die Bearbeitung erfolgt mit Hilfe der in allen drei Raumrichtungen durch den Elektronenrechner 1 programmgesteuert bewegliche
Gravierelektrode 4, die über die Verbindungsleitung 54 mit der hochfrequenten Spannungsquelle 5 verbunden ist. Man
erkennt weiterhin zwei Meßelektroden 7, die den momentanen Wert des Flächenwiderstandes der Metallisierung auf der Folie 3 abgreifen
und über Verbindungsleitungen 76 an die Widerstandsbrücke 6 weitergeben. Das Auswertungsergebnis wird von der Meßbrücke
6 über die Leitung 61 an den programmgesteuerten Rechner 1 geliefert und dient dort dazu,die vorprogrammierten Werte
über Form und Lage der metallfreien Gravierstriche so zu beeinflussen, daß die fertigen Muster als elektrische Bauelemente
Kondensatoren, Widerstände usw. - mit bestimmten Werten verwendet werden können.
In Fig. 1 erkennt man weiterhin eine separate Meßvorrichtung 40,
die mittels Meßelektroden 41 den Istwert der jeweils gerade bearbeiteten Bauelemente fortlaufend mißt. Bei Erreichen des Sollwertes gibt die Meßvorrichtung ein Ausgangssignal ab, durch das
der Graviervorgang beendet wird. In der Zeichnung ist dies durch einen Elektromagneten 42 ermöglicht, der die Gravierelektrode 4
von der Folie 3 abhebt.
Fig. 2 zeigt ebenfalls in schematischer Darstellung ausschnittweise
eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei mehrere Bearbeitungsstationen 2 - in
Längsrichtung der Folie 3 gesehen - hintereinander aufgestellt sind. Die Folie 3 läuft schrittweise von der Vorratsspule 8 zur
Aufwickelspule 9. Die Ansteuerung der Bearbeitungsstation 2 erfolgt über die Verbindungsleitung 12 vom programmgesteuerten
Elektronenrechner 1, der wiederum mit einer Einrichtung zur Beeinflussung
des Programms über die Leitung 61 versehen ist. Die
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Bearbeitungsstationen 2 selbst besitzen eine Länge L. Die (der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellte) Gravierelektroden
überstreichen einen Bereich der Länge s auf der Metallisierung der Folie 3. Die Abstände χ der Bearbeitungsstationen 2 gegeneinander
sind nun so zu wählen, daß zwischen den bearbeiteten Folienbereichen der Länge s zunächst unbearbeitete Folienbereiche
ebenfalls der Länge s verbleiben. Nach Bearbeitung der ersten Flächenbereiche wird die Folie 3 um die Länge s
vorgerückt. Beim nächsten Vorrückvorgang muß die Folie 3. dann um die Länge (2n-1).s vorgerückt werden, wobei η die Zahl der
hintereinander angeordneten Bearbeitungsstationen 2 ist.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitete metallisierte Kunststoffolie 3.
Man erkennt vier parallele Metallisierungsstreifen 10, die im vorliegenden Beispiel aus Widerstandsmaterial bestehen. Man
erkennt weiterhin fünf schmale Streifen 11 aus elektrisch gut leitendem Material, die als Anschlußkontakte dienen. Man erkennt
weiterhin quer zur Folienlängsrichtung gerichtete metallfreie Streifen 13, die die fertigen Widerstände 14 gegenseitig
abgrenzen. Die Widerstände 14 selbst bestehen aus einem Mäander, der durch quer zur Folienrichtung laufende metallfreie
Streifen 15 sowie längs zur Folienrichtung laufende metallfreie Streifen 16 gebildet wird.
Die quer zur Folie laufenden metallfreien Streifen 13 dienen dazu, die einzelnen Widerstände 14 elektrisch voneinander zu
trennen, um ihre Vierte individuell messen zu können, wie es z.B. beim Abgleichen auf Sollwert mit Hilfe von aufgesetzten
Meßelektroden 41 erforderlich ist. Bei einem Verzicht auf eine extreme Genauigkeit der Bauelemente und auf einen individuellen
Sollwertabgleich können die isolierenden Trennfugen 13 entfallen.
Neben dem untersten Leiterbahnstreifen 11 befindet sich ein
etwas breiterer, ebenfalls aus elektrisch gutleitendem Material bestehender Streifen 17, der durch die metallfreien Strei-
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fen 13 nicht völlig durchtrennt ist. Über diesen Streifen 17
hängen die bereits fertiggestellten Widerstände 14 elektrisch miteinander zusammen.Dadurch wird der wirksame Flächenbereich,
durch den der hochfrequente Abgleichstrom kapazitiv von der metallischen Unterlage her übertragen wird, vergrößert.
Weiterhin befindet sich am unteren Rand der metallisierten Folie 3 ein Teststreifen 18 zur Bestimmung des Flächenwiderstandes,
der aus dem selben Material wie die Streifen 10 besteht. Der Streifen 18 ist von dem Streifen 17 durch einen metallfreien
Zwischenraum 19 getrennt.
Zur Fertigstellung von Einzelwiderständen wird die Folie 3 in Folienlängsrichtung in der Mitte der gutleitenden Streifen 11,
quer zur Folienrichtung in der Mitte der metallfreien Streifen 13 zerschnitten.
Fig. 4 zeigt die Verwendung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeiteten metallisierten Folie 3 als Belichtungsmaske in einem Fotoätzprozeß. Die metallisierte Folie 3 besteht
aus einer transparenten Kunststoffträgerfolie 31 mit einseitig aufgebrachter Metallisierung 32, in der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren metallfreie Streifen 33 erzeugt worden sind. Unter der Folie 3 befindet sich der zu ätzende Gegenstand, der
aus einem Trägerplättchen 21, der zu ätzenden Substanz 22, z.B. einer Metallschicht und einer darauf aufgebrachten, durch die
Belichtungsmaske hindurch zu belichtenden Fotolackschicht 23 besteht. Der Übersichtlichkeit halber ist zwischen Belichtungsmaske und Fotolackschicht ein Luftspalt eingezeichnet, der im
praktischen Anwendungsfall, durch Anpressen der Belichtungsmaske an die Fotolackschicht beseitigt wird.
11 Patentansprüche
4 Figuren
4 Figuren
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Claims (11)
1) Verfahren zum Herstellen von präzisen Mustern in auf einem
Isolierstoffträger aufgebrachten dünnen Metallisierungen, wobei mittels eines programmgesteuerten Funkenerosionsprozesses
metallfreie Streifen vorbestimmter Form und Lage in der Metallisierung erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß als metallisierter Isolierstoff träger eine organische Kunststoffolie (3) in Form eines
langen Bandes verwendet wird, daß die Folie (3) auf eine ebene Metallfläche eines Graviertisches (2) gelegt wird, die
mit dem einen Pol einer hochfrequenten Spannungsquelle (5) verbunden ist, daß eine Gravierelektrode (4), die an den
anderen Pol der hochfrequenten Spannungsquelle (5) angeschlossen ist, auf die Metallisierung mit leichtem Druck
aufgelegt wird und daß die Gravierelektrode (4), die in allen
Raumrichtungen programmgesteuert bewegbar ist, über die festliegende Folie (3) geführt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsquelle (5), deren Frequenz über 100 kHz liegt, verwendet
wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwankungen des Widerstandswertes der Metallisierung
im Längs- und/oder im Querprofil durch aufgesetzte Meßelektroden (7) laufend gemessen werden und daß die Programmsteuerung
der Gravierelektrode (4) entsprechend den Meßwerten korrigiert wird.
4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwankungen im Längsprofil anhand eines neben der aktiven
Metallisierungsfläche aufgebrachten Teststreifens (18) ermittelt werden.
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5) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Istwert jedes einzelnen Bauelementes (14) durch aufgesetzte Meßelektroden (41) während des Graviervorgangs
fortlaufend gemessen wird und daß bei Erreichen des Sollwerts die Graviernadel (4) von der Metallisierung abgehoben wird.
6) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Gravierelektroden in einer Bearbeitungsstation mechanisch parallelgeschaltet werden.
7) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bearbeitungsstationen nebeneinander und/oder
hintereinander angeordnet und von einer Programmsteuerung gesteuert werden.
8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Hintereinanderschaltung von η Bearbeitungsstationen,
deren Gravierelektroden einen Folienabschnitt der Länge s
bearbeiten, während zwischen den gleichzeitig bearbeiteten Folienabschnitten zunächst unbearbeitete Folienabschnitte
der selben Länge s verbleiben, die Folie abwechselnd in zwei unterschiedlich großen Schritten - beim ersten Schritt
um die Länge s, beim zweiten Schritt um die Länge (2n-1)s transportiert
wird.
9) Verwendung eines nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8 hergestellten Gegenstandes als Belichtungsmaske für Fotoätzverfahren.
10) Verwendung eines nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8
hergestellten Gegenstandes als elektronische Dünnschichtschaltung.
11) Verwendung eines nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8 hergestellten Gegenstandes zum Aufbau von RC-Netzwerken,
die aus ein- oder beidseitig mit Widerstands- und/oder Kondensatorbelagschichten
und Kontaktierungsflachen versehenen
VPA 75 E 1132; 1079; 1078 -1■
709823/0 424
Kunststoffolien bestehen, die zusammen mit einer relativ dicken thermoplastischen Deckfolie gestapelt, gegenseitig
verklebt und mit Hilfe von eingeschmolzenen und verschweißten Anschlußdrähten kontaktiert sind.
VPA 75 E 1132; 1079; 1078.
709823/0424
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