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CH681758A5 - Plastics foil micro-sieve - Google Patents

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Publication number
CH681758A5
CH681758A5 CH612/91A CH61291A CH681758A5 CH 681758 A5 CH681758 A5 CH 681758A5 CH 612/91 A CH612/91 A CH 612/91A CH 61291 A CH61291 A CH 61291A CH 681758 A5 CH681758 A5 CH 681758A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
holes
plastic film
etching
layer
photoresist
Prior art date
Application number
CH612/91A
Other languages
English (en)
Inventor
Walter Dr Schmidt
Marco Martinelli
Original Assignee
Dyconex Patente Ag C O Heinze
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dyconex Patente Ag C O Heinze filed Critical Dyconex Patente Ag C O Heinze
Priority to CH612/91A priority Critical patent/CH681758A5/de
Priority to EP92904744A priority patent/EP0527980B1/de
Priority to AT92904744T priority patent/ATE154259T1/de
Priority to PCT/CH1992/000035 priority patent/WO1992015408A1/de
Priority to DE59208606T priority patent/DE59208606D1/de
Publication of CH681758A5 publication Critical patent/CH681758A5/de
Priority to US08/437,375 priority patent/US5698299A/en

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Description

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CH 681 758 A5
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Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Löchern in einer beidseitig beschichteten Kunststoffolie und auf eine nach dem Verfahren hergestellte Kunststoffolie mit Löchern.
In vielen Anwendungsfällen in der Technik ist es notwendig, kleine Löcher in folienförmige Kunststoffbahnen einzubringen. So können solche Löcher durch Feinstanzen oder auch durch mechanisches Bohren erzeugt werden. In manchen Fällen ist auch ein Lochen mittels feiner Nadeln ausreichend.
Für die in der Elektronik zunehmend gebräuchliche Herstellung von Leiterplatten aus flexiblen Folien verschiedener Kunststoffe ist es ebenfalls notwendig, möglichst kleine Löcher an exakt vorgegebenen Orten einzubringen. Durch diese Löcher können dann zwei leitende Metallschichten elektrisch miteinander verbunden werden.
Das mechanische Stanzen wie auch das mechanische Bohren von Löchern in Folien ist technisch recht aufwendig. Einerseits ist der minimal zu erzielende Durchmesser der Löcher auf einige Zehntel Millimeter begrenzt, andererseits ergeben sich beim Stanzen wie auch beim mechanischen Bohren immer wieder Grate, die bei der weiteren Bearbeitung stören können. Ausserdem sind die Kosten eines Stanzwerkzeuges mit der erforderlichen Genauigkeit sehr hoch. Beim mechanischen Bohren hingegen ist der Prozess an sich sehr langsam, auch wenn mehrere Folien miteinander gebohrt werden können, da meist Loch um Loch nacheinander gebohrt werden muss und zudem auch sehr teuer, wenn viele Löcher herzustellen sind.
Aus der Elektronikindustrie bekannt sind eine Vielzahl von Methoden meist photochemischer Art, mit denen auf Kunststoffleiterplatten oder Kunststoffolien einseitig oder auch beidseitig strukturierte Metallflächen oder Leiterbahnen aufgebracht werden können. Aus der Praxis bekannt sind auch verschiedene Werkzeuge und Methoden mit denen auf mechanische Art durch Bohren, Stanzen oder Stechen die Löcher für Durchkontaktierungen an den erforderlichen Stellen mit der gewünschten Genauigkeit erfolgen können. Nachteilig ist hier vor allem, dass beim Bohren und Stanzen die Löcher nicht beliebig klein gemacht werden können.
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine beidseitig beschichtete, mit Löchern versehene Kunststoffolie auf einfache und schnelle Weise herzustellen.
Für die Lochung von Kunststoffolien, die aus funktionellen Gründen ohnehin beidseitig mit einer Metallschicht versehen sein müssen - wie z.B. in der Leiterplatten-Technik der Elektronikindustrie -kann man ein Verfahren der chemischen Locherzeugung anwenden. Dabei werden die beidseitig auf die Kunststoffolie aufgebrachten Metallschichten als Ätzresist verwendet. Als Ätzresist bezeichnet man einen Stoff, der dem Ätzmedium gegenüber resistent ist oder mindestens wesentlich resistenter als das zu ätzende Material.
Wird ein Ätzverfahren verwendet, so kann dies ein nasschemisches Verfahren sein, bei dem das
Ätzmedium in flüssiger Form vorliegt. In einem anderen Ätzverfahren kann das Ätzmedium auch gasförmiger Art sein, was z.B. beim Plasmaätzen der Fall ist. Ebenso sind Kombinationen der genannten Verfahren möglich. Bei allen Ätzverfahren muss im allgemeinen jedoch dafür gesorgt werden, dass diejenigen Teile, die nicht weggeätzt werden sollen, durch eine Ätzresistschicht geschützt sind. Ätzverfahren haben den Vorteil, dass eine Vielzahl von Löchern gleichzeitig herausgeätzt werden können.
Die Genauigkeit dieses Verfahrens ist durch die Genauigkeit der erfolgten Strukturierung der Ätzresistschicht und der Dicke der zu ätzenden Kunststoffolie bestimmt. Wird z.B., wie in der Elektronikindustrie bekannt, eine photochemische Strukturierung und ein Photolack als Ätzresist für die Fensteröffnungen in der Metallschicht verwendet, so können Durchgangslöcher mit Durchmessern von 10-100 um einfach hergestellt werden. Ätzverfahren haben also auch den Vorteil, dass die Löcher sehr viel kleiner sein können als mit mechanischen Mitteln herstellbar. Natürlich ist es auch möglich Durchgangslöcher mit grösseren Durchmessern oder beliebigen Konturen zu erhalten. Für grosse Löcher braucht nicht alles Material herausgeätzt zu werden, es genügt in solchen Fällen, den Lochrändern entlang durchzutrennen, wonach die losen Teile herausfallen.
Bei Folienmaterialien, die einem nasschemischen Angriff widerstehen, kann Plasmaätzung angewendet werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass auch anisotrop, d.h. gerichtet geätzt werden kann, wodurch eine Unterätzung weitgehend vermieden wird. Eine Unterätzung ist eine meist unerwünschte Ausätzung unter dem Ätzresist, bei Löchern also in seitlicher Richtung bezüglich der Lochachse. Plasmaätzanlagen können so konstruiert sein, dass in einem kontinuierlich ablaufenden Verfahren die Kunststoffolie von Rolle zu Rolle verarbeitet wird.
Werden Löcher in einer Kunststoffolie ohne eine Metailschicht gefordert, so kann man die Kunststoffolie durch Aufdampfen einer Metallschicht vorübergehend metallisieren und die Metallschicht nach erfolgter Lochung der Kunststoffolie wieder wegätzen.
Eine andere Verfahrensvariante sieht vor, bei geeigneter Kombination von Folienmaterial und Pho-toresist für die Strukturierung, den Photoresist selbst als Ätzresist für die Erzeugung der Löcher zu verwenden, wodurch sich ein Verfahrensschritt einsparen lässt. Wird der Photoresist ebenfalls durch das Ätzmedium angegriffen, so muss der Abtrag vom Photoresist langsamer erfolgen, als der Abtrag des Folienmaterials, so dass nach erfolgter Lochung immer noch ein Rest des Photoresists bzw. Ätzresists auf der Oberfläche verbleibt. Auch hier kann nötigenfalls der verbleibende Rest des Photoresists gestrippt, das heisst mit geeigneten, bekannten Verfahren entfernt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei möglichen Ausführungsformen mit Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
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Fig. 1 und 2 ein Verfahren zur Lochung einer beidseitig mit Metallschichten versehenen Kunststoffolie,
Fig. 3 ein Verfahren zur Lochung einer unbeschichteten Kunststoffolie mittels Photolack,
Fig. 4 ein Verfahren zur Herstellung von Löchern in Kunststoffolien auf Bandanlagen.
Fig. 1a bis 1f und Fig. 2a bis 2f zeigen die verschiedenen Stufen eines Verfahrens zur Lochung einer beidseitig mit Metallschichten versehenen Kunststoffolie. Da die Lochung mit den gleichen Verfahrensschritten erfolgt, werden die einzelnen Schritte im wesentlichen nur anhand von Fig. 1a bis 1f erklärt.
Fig. 1a zeigt in nicht massstabsgetreuer Darstellung eine beschichtete Kunststoffolie 1, beispielsweise aus Polyimid von 25 um Dicke. Die Kunststoffolie 1 ist beidseitig mit einer Schicht 2, 2' aus Metall, beispielsweise Kupfer von 12 (im Dicke, bedeckt. Solche Schichten aus Metall können mit einem bekannten elektrolytischen Verfahren, durch Auflaminieren oder mit einer Sputter-Technik aufgebracht werden.
Fig. 1b zeigt die Kunststoffolie 1 nach dem Aufbringen je einer Schicht 3, 3' aus Photoresist oder Photolack auf der Metallschicht 2, 2'. Das Aufbringen dieser Schicht 3, 3' kann auf an sich bekannte Weise z.B. mit einem Rollercoater und einem Durchlaufofen erfolgen.
Fig. 1c zeigt die Kunststoffolie 1 nach einer Belichtung und Entwicklung der Schichten 3, 3' aus Photoresist mit dem gewünschten Lochbildmuster. In einem solchen Prozess wird das Lochbildmuster über beidseitig der Kunststoffolie 1 angebrachte, nicht gezeigte Photovorlagen in Form von Filmen oder von geätzten Metallmasken auf die Schichten 3, 3' aus Photoresist belichtet und diese anschliessend entwickelt. Letztere weisen dann Ausnehmungen 4, 4' an jenen Stellen auf, an denen Löcher entstehen sollen. In einer häufigen Anwendung soll die Kunststoffolie 1 mit Durchgangslöchern 5 versehen werden. Hierzu werden, wie gezeigt, zu den Ausnehmungen 4 in der Schicht 3 aus Photoresist an gegenüberliegenden Stellen der beidseitigen Be-schichtung der Kunststoffolie 1 gleichgeformte Ausnehmungen 4' in der Schicht 3' angebracht. Das Öffnen der Ausnehmungen 4' kann gleichzeitig mit dem Öffnen der Ausnehmungen 4 erfolgen.
Andere Anwendungen sehen Löcher 6 in der Kunststoffolie vor, d.h. die in einem späteren Verfahrensschritt zu erzeugenden Löcher 6 sollen nur bis zur gegenüberliegenden Schicht 2' aus Metall reichen. In diesen Fällen wird an der betreffenden Stelle in der Schicht 3' keine Ausnehmung 4' angebracht, wie aus Fig. 2c ersichtlich ist.
Fig. 1d zeigt die Kunststoffolie 1 nach einer erfolgten Metallätzung. In einem solchen Prozess wird die Schicht 2, 2' aus Metall auf der Kunststoffolie 1 mit herkömmlichen Metallätzmitteln, so wie sie in der Leiterplatten-Technik verwendet werden, geätzt. Danach weisen auch die Schichten 2, 2' aus Metall Ausnehmungen 4, 4' an jenen Stellen auf, an denen Durchgangslöcher 5 oder Löcher 6 entstehen sollen. Der Zweck der Verfahrensschritte gem. Fig. 1 a bis 1 d und gemäss Fig. 2a bis 2d ist es also, die beidseitig beschichtete Kunststoffolie 1 an genau den Stellen von der Schicht 2, 2', 3, 3' freizulegen, an denen Durchgangslöcher 5 oder Löcher 6 entstehen sollen. Grundsätzlich kann das Ätzen der Durchgangslöcher 5 oder der Löcher 6 bereits nach diesem Schritt einsetzen.
Fig. 1 e zeigt die Kunststoffolie 1 nach der erfolgten Befreiung von den nicht mehr benötigten Schichten 3, 3' aus Photoresist bzw. Photolack. Auch dieser Vorgang kann auf an sich bekannte Weise, z.B. mit einem in der Elektronikindustrie üblichen Photolackstripper, erfolgen. Die Kunststoffolie 1 weist jetzt beidseitig eine strukturierte Metallschicht auf, die dem Lochbildmuster entspricht und die als Ätzresist für den anschliessenden Lochätz-prozess dient.
Fig. 1f zeigt die Kunststoffolie 1 nach der erfolgten Atzung der Durchgangslöcher 5 mit einem nasschemischen oder mit einem Plasmaätzverfahren. Auf diese Weise entstehen gratfreie Durchgangslöcher 5, oder wie in Fig. 2f gezeigt, gratfreie Löcher 6. Wird ein anisotropes, also ein gerichtetes, Plasmaätzverfahren angewendet, so erfolgt die Ätzung praktisch ohne jegliche Unterätzung, d.h. es erfolgt kein unerwünschter seitlicher Abtrag der Kunststoffolie unterhalb des Ätzresists. Zusätzlich ist es auch möglich, dem Plasmaätzvorgang für die Erzeugung der Durchgangslöcher 5 oder der Löcher 6 eine nicht gezeigte Behandlung in einer Lösung vorzuschalten, die dann im Plasmaätzvorgang die Atzzeit reduziert.
Aus dem beschriebenen Ablauf ist natürlich auch ersichtlich, dass Durchgangslöcher 5 und Löcher 6 - wobei letztere von der einen wie auch von der anderen Seite her eingebracht werden können - ohne weiteres im gleichen Arbeitsgang und auf der gleichen metallbeschichteten Kunststoffolie erstellt werden können.
Eine kupferbeschichtete Kunststoffolie 1, beispielsweise aus Polyimid, kann nach der erfolgten Lochung in einer Bandgalvanik nach den bekannten Verfahren der Leiterplattentechnik verkupfert werden, und dadurch erfolgt gleichzeitig eine Durch-kontaktierung der Metallschichten.
Fig. 3a bis 3d zeigt die verschiedenen Stufen eines Verfahrens zur Lochung einer beidseitig mit Photolack versehenen Kunststoffolie. Fig. 3a zeigt in nicht massstabsgetreuer Darstellung eine Kunststoffolie 1, beispielsweise aus Polyimid.
Fig. 3b zeigt die Kunststoffolie 1 nach der erfolgten beidseitigen Bedeckung mit je einer Schicht 3, 3' aus Photoresist bzw. Photolack. Solche Beschich-tungen aus Photoresist können mit einer der in der Leiterplattenfabrikation bekannten Techniken aufgebracht werden.
Fig. 3c zeigt die Kunststoffolie 1 nach einer Belichtung und Entwicklung der Schichten 3,3' mit dem gewünschten Lochmuster. Die Schichten 3, 3' weisen jetzt Ausnehmungen 4, 4' an jenen Stellen auf, an denen Löcher entstehen sollen. Für das Herstellen von Durchgangslöchern 5 werden in der Schicht 3, 3' an gegenüberliegenden Stellen der beidseitigen Beschichtung der Kunststoffolie 1 gleichgeformte Ausnehmungen 4, 4' geschaffen. Auch die-
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ser Vorgang erfolgt auf an sich bekannte Weise z.B. durch UV-Belichtung und anschliessende Entwicklung. Die Kunststoffolie 1 weist jetzt beidseitig eine strukturierte Photoresistschicht auf, die dem Lochbildmuster entspricht und die als Ätzresist für den anschliessenden Lochätzprozess dient.
Fig. 3d zeigt die Kunststoffolie 1 nach der erfolgten Atzung der Durchgangslöcher 5 mit einem nasschemischen oder mit einem Plasmaätzverfahren. Auf diese Weise entstehen gratfreie Durchgangslöcher 5. Wird ein anisotropes, also ein gerichtetes, Plasmaätzverfahren angewendet, so erfolgt die Ätzung auch ohne Unterätzung, d.h. es erfolgt kein unerwünschtes seitliches Ausbreiten der Atzung. Da in diesem Beispiel der Ätzresist aus einem Material besteht das lediglich ätzresistenter ist als die Kunststoffolie 1, wird auch am Ätzresist Material abgetragen. Die verbleibende Schicht aus Ätzresist nach der erfolgten Herstellung der Durchgangslöcher 5 ist somit dünner als zu Beginn. Soll die Schichtdicke der Kunststoffolie 1 nicht angegriffen bzw. veringert werden, so müssen Schichtdicke und Ätzresistenz des Ätzresists entsprechend gewählt werden. Stört der verbleibende Ätzresist bei der weiteren Verwendung der gelochten Folie, so wird dieser in einem weiteren Verfahrensschritt nach herkömmlichen Techniken gestrippt, d.h. entfernt. Es ist sogar möglich, dass die Ätzung der Durchgangslöcher 5 und die abschliessende Entfernung des Photolacks bzw. des Ätzresists in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen.
Fig. 4 zeigt schliesslich ein Verfahren zur Herstellung von Löchern in Kunststoffolien auf Bandanlagen. Der Vorteil von kontinuierlich ablaufenden Verfahren besteht darin, dass Folien von Rolle zu Rolle verarbeitet werden können. Das Ätzen von Löchern in beidseitig beschichtete Kunststoffolien, so wie es z.B. in den Fig. 1a-1f und 2a-2f dargestellt und beschrieben ist, kann mit einer Bandanlage dieser Art erfolgen.
Von einer Vorratsrolle 10 wird die Kunststoffolie 1, die beidseitig mit einer Schicht 2, 2' aus Metall versehen ist, über verschiedene Verfahrenschritte und Transportrollen 11 letzlich einer Aufnahmerolle 12 zugeführt, die das fertige Produkt, nämlich die gelochte Folie, aufnimmt. In einem ersten Verfahrensschritt wird in einem Rollercoater 13 die Kunststoffolie 1 beidseitig mit einer Schicht 3, 3' aus Photoresist versehen. In einem Durchlaufofen 14 wird anschliessend die Schicht 3, 3' getrocknet. Dann erfolgt die notwendige Strukturierung des Lochmusters durch Belichtung in einem UV-Belichter 15 mit anschliessender Entwicklung in einer Entwicklungsanlage 16. Daraufhin wird in einem Metallätzer- und Photolackstripper 17 zuerst die Schicht 2, 2' aus Metall an den Ausnehmungen 4, 4' wo die Durchgangslöcher 5 oder die Löcher 6 entstehen sollen, weggeätzt und dann der übriggebliebene Photoresist entfernt. Schliesslich werden in einem Plasmareaktor 18 die Durchgangslöcher 5 und/oder die Löcher 6 herausgeätzt.
Wird eine Bandanlage von der Art verwendet wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, so ist es auch möglich, dass unter Hinzufügung von weiteren (nicht gezeigten) Verfahrensschritten im Durchlaufprozess auch die beidseitige Beschichtung der Kunststoffolie 1 mit Schichten 2, 2' aus Metall erfolgt. Dies kann mit einer bekannten Technik wie z.B. Auflaminierung oder Sputterung erfolgen.
Die Erfindung, so wie sie anhand von Fig. 1-3 beschrieben wurde, eignet sich nicht nur zur Herstellung von Durchgangslöchern. Es ist auch möglich, dass die beidseitig beschichtete Kunststoffolie nur auf einer Seite mittels eines bekannten, z.B. photochemischen Prozesses strukturiert wird und dass nur auf dieser einen Seite die Ätzung ansetzt. Auf diese Weise ist es auch möglich, Löcher 6 oder andere Vertiefungen zu schaffen.

Claims (7)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von Löchern in einer beidseitig beschichteten Kunststoffolie (1), wobei die Beschichtung wenigstens eine dünne Schicht (2, 2', 3, 3') aus einem andern Material als die Kunststoffolie (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine dünne Schicht (2, 2', 3, 3') aus einem ätzresistenten Material besteht oder aus einem Material das ätzresistenter ist als die Kunststoffolie (1), dass in diese wenigstens eine dünne Schicht (2, 2', 3, 3') in einem gesonderten Verfahrensschritt Ausnehmungen (4, 4') geätzt werden an Stellen, an denen Löcher entstehen sollen und dass die Herstellung der Löcher in einem weiteren Verfahrensschritt mit einem Ätzverfahren erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine dünne Schicht (2, 2', 3, 3') an gegenüberliegenden Stellen der beidseitigen Beschichtung im wesentlichen gleichgeformte Ausnehmungen (4, 4') aufweist, so dass durch das Ätzen Durchgangslöcher (5) entstehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzverfahren ein Plasmaätzverfahren ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzverfahren ein anisotropes Plasmaätzverfahren ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine dünne Schicht (2,2') aus Metall ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine dünne Schicht (3,3') aus Photoresist ist.
7. Gelochte Kunststoffolie, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6.
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