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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum selektiven Plattieren eines
Metallsubstrats, insbesondere von IC-Leiterrahmen, mit einem Edelmetall,
und eine Vorrichtung zum Ausführen
des Verfahrens. Insbesondere sind das Verfahren und die entsprechende
Vorrichtung gemäß der Erfindung
geeignet, dass sie in einem sogenannten zweispuligen und zweistreifigen
Plattierverfahren bzw. einer -maschine verwendet werden.
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Technischer
Hintergrund der Erfindung
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Im
Verlauf des selektiven Plattierens eines Metallsubstrats, wie beispielsweise
von einem IC-Leiterrahmen,
wird eine Plattier-Fotolackschicht auf die gesamte Oberfläche des
Metallsubstrats beschichtet und dann selektiv durch einen Laseraufschluss
entfernt. Deshalb wird die Plattier-Fotolackschicht gemustert, d.h. von
der Oberfläche
des Metallsubstrats in bestimmten Bereichen entfernt, wodurch die
Oberfläche
des Metallsubstrats an denjenigen Bereichen freigelegt wird, in
denen sie mit einem Edelmetall metallplattiert werden soll. Das
Metallsubstrat wird dann einem Plattierprozess ausgesetzt, so dass
das Edelmetall auf das Metallsubstrat an den ausgewählten Bereichen
galvanisch beschichtet wird. Anschließend wird die restliche Plattier-Fotolackschicht
von der Oberfläche
des Metallsubstrats entfernt.
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Herkömmlich wurde
das selektive Metallplattieren eines Metallsubstrats mittels eines
mechanischen Maskierungssystems durchgeführt, das zum Festlegen oder
Auswählen
der Positionen oder Bereiche des Metallsubstrats, die metallplattiert
werden sollen, verwendet wurde. Jedoch wurden aufgrund von zahlreichen
Nachteilen, wie das Ausbluten des Edelmetalls aus dem Bereich, der
metallplattiert werden soll, durch unvermeidliche kleine Lücken zwischen
dem Metallsubstrat und dem darauf gedrückten mechanischen System,
möglichen
Schäden
des Metallsubstrats, die durch den Druck, der durch das Maskierungssystem
darauf ausgeübt
wird, verursacht werden, usw., in letzter Zeit solche mechanischen
Maskierungssysteme durch die Verwendung einer Plattier-Fotolackschicht,
die auf das Metallsubstrat gedeckt und durch Laserstrahlung selektiv
aufgeschlossen wird, d.h. entfernt, zum Freilegen der gewünschten
Oberflächenbereiche
des Metallsubstrats, die metallplattiert werden sollen, ersetzt.
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Solch
ein Verfahren zum Laserbehandeln eines Plattier-Fotolack beschichteten
Metallsubstrats zum Bewirken des Entfernens des Fotolacks an ausgewählten Bereichen
des Metallsubstrats, die metallplattiert werden sollen, ist in der
US Pat. No. 4 877 644 offenbart. Nach diesem Verfahren wird ein
polymerischer Plattier-Fotolack als erstes vorzugsweise durch elektrostatisches
Lackieren auf das Metallsubstrat aufgetragen, gefolgt von selektiver
Laserablösung
des Fotolacks zum Freilegen von Abschnitten des Metallsubstrats
zum Metallplattieren. Dieses Dokument lehrt, dass es wesentlich
für den
Erfolg des Verfahrens ist, dass die Betriebsparameter und die Beschaffenheit
des Lasers, der für
die Ablösung
verwendet wird, mit denjenigen des Plattier-Fotolacks und des Metallsubstrats in
Beziehung gesetzt werden. Insbesondere sollte der Plattier-Fotolack bei diesem
Verfahren einen geringen optischen Absorptionskoeffizienten aufweisen,
der nicht größer als
ca. 1000 cm–1 für eine 3
Mikrometer Filmdicke ist, der polymerische Plattier-Fotolack sollte einen
geringen Reflexionsgrad aufweisen, der geringer als ca. 70% ist,
und für
die Laserablösung
des Plattier-Fotolacks sollte ein Excimer-Laser verwendet werden,
der eine Wellenlänge
von ca. 248 bis 360 nm aufweist. Unter diesen Umständen gelangt
während
des Laserablösungsprozesses
die meiste Laserenergie durch den Plattier-Fotolack in das Metallsubstrat
und wird darin absorbiert mit dem Ergebnis des Aufheizens des Metallsubstrats
und bewirkt dadurch ein ablösendes Entfernen
des Plattier-Fotolacks über
die selektiv laserbestrahlten Bereiche des Metallsubstrats.
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Excimer-Laser
der Art, die oben beschrieben ist, können nützlich bei dem Verfahren eingesetzt werden
zum Erreichen einer präzisen
Ablösung
des Plattier-Fotolacks selbst mit einem einzelnen Laserschuss, was
zu Mustern mit scharfen Schnittkanten führt.
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Jedoch
ist es ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens, dass die relative
Bewegung zwischen dem Laserstrahl, der auf den Plattier-Fotolack
ausgestrahlt wird, und dem Metallsubstrat, das von dem Plattier-Fotolack
bedeckt ist, die zum selektiven Entfernen des Fotolacks nach dem
gewünschten
Musters notwendig ist, nur durch ein mechanisches Bewegen des Metallsubstrats,
unter Beibehalten der Ausstrahlrichtung des Laserstrahls erreicht
werden kann. Dies führt
dazu, dass das Verfahren nicht zum Metallplattieren eines Metallsubstrats
in einem zweispuligen und zweistreifigen (durch das Band gehaltenen)
Vorgang anwendbar ist, da in diesem Fall das Metallsubstrat auf
einem Band vom Beladen oder von einem Zulauf eines Abwicklers durch
verschiedene Behandlungsstationen, wie beispielsweise der Laserablösungsstation,
Vorbehandlungen, Nachbehandlungen, zu einem Aufwickler transportiert
wird, und dadurch die Bewegung des Metallsubstrats auf die Zweispulen-
und Bandrichtung begrenzt ist, wodurch es unmöglich gemacht ist, irgendein
Muster entlang irgendeiner anderen Richtung zu erzielen. Ungeachtet
dieser Beschränkung dieses
bekannten Verfahrens führen
sowohl die mechanische Bewegung des Me tallsubstrats als auch die
höchstmögliche Folgefrequenz
eines Excimer-Lasers von 500 Hz zu einer geringen Bearbeitungsgeschwindigkeit,
was angesichts des gegenwärtigen
Trends zum Angeben von Hochgeschwindigkeitsselektivplattierverfahren
inakzeptabel ist. Außerdem
müssen,
aufgrund der Halogene (Cl oder F), die in Excimer-Lasern vorhanden
sind, diese Laser mit großer
Vorsicht gehandhabt werden und benötigen eine kostenintensive
Umgebung zum Ausschließen
einer möglichen
Gefahr für
menschliches Leben.
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Die
US-A-4 432 855 offenbart ein Verfahren zum zweispuligen, selektiven
Plattieren eines Metallsubstrats, das die Schritte Aufbringen einer
polymerischen Fotolackschicht auf das Substrat gefolgt von einem
Entfernen ausgewählter
Bereiche der Fotolackschicht nach einem vorgegebenen Muster und Aussetzen
des Substrats einem Metallelektroplattieren an seinen freigelegten
Bereichen aufweist, wobei das selektive Entfernen durch einen Laserstrahl
erfolgt, der unter einer Computersteuerung spiegelabgetastet wird.
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Die
US 5 035 918 offenbart Bedingungen, unter
denen ein Laserstrahl einen polymerischen Fotolack von einem Metallsubstrat
entfernen kann.
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Die
US 4 519 876 ist auf ein
Verfahren zum Elektroplattieren ausgewählter Bereiche eines eloxierten
Metallsubstrats gerichtet; bei diesem Verfahren wird ein Laserstrahl
gesteuert zum Bestrahlen ausgewählter
Bereiche des Substrats zum Zerbrechen der eloxierten Beschichtung
an diesen Bereichen, wobei Abschnitte des Substrats nach einem festgelegten
Muster freigelegt werden, gefolgt von einem Elektroplattieren des
Substrats an den freigelegten Abschnitten. Ein bevorzugter Laser
ist ein Nd:YAG, der bei 1,06 Mikrometer emittiert.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum selektiven
Plattieren eines Metallsubstrats anzugeben, das eine laseraufgeschlossene, maskierende
Schicht verwendet, bei dem der Laseraufschlussvorgang in einer sicheren,
zuverlässigen und
schnellen Weise durchgeführt
werden kann, und das sowohl in einem zweispuligen als auch in einem zweistreifigen
Metallplattiervorgang angewendet werden kann.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Durchführen des
erfinderischen Verfahrens anzugeben, die mit einer hohen Geschwindigkeit
arbeitet, günstig
ist, leicht zu handhaben ist und gering an Größe ist.
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Darstellung
der Erfindung
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Zum
Erreichen dieser Aufgaben ist diese Erfindung auf ein Verfahren
zum selektiven Plattieren eines Metallsubstrats gerichtet, das die
Schritte Aufbringen einer dünnen
Schicht eines polymerischen Fotolacks auf das Metallsubstrat durch
elektrophoretisches Beschichten; Aushärten des Plattier-Fotolacks
auf dem Substrat; selektives Entfernen des Plattier-Fotolacks von
dem Substrat durch Aussetzen des Plattier-Fotolacks einem Laserstrahl,
der einen Wellenlänge
im Bereich von 400 bis 1200 nm hat, und Abtasten des Laserstrahls
auf dem Plattier-Fotolack durch ein optisches Galvosystem nach einem Muster,
nach dem das Metallsubstrat metallplattiert werden soll, wobei der
Plattier-Fotolack so gewählt ist,
dass er zumindest im Wesentlichen für den Laserstrahl transparent
ist, und das Metallsubstrat so gewählt ist, dass es zumindest
einen wesentlichen Teil der Energie des Laserstrahls absorbiert,
wodurch ein wesentlicher Teil der Laserenergie durch den Plattier-Fotolack
durchgelassen wird und von dem Metallsubstrat absorbiert wird, was
dazu führt,
dass das Metallsubstrat auf seiner Oberfläche erwärmt wird, dass es an dem Übergang
zwischen dem beschichtenden Fotolack und dem Metallsubstrat ein
Plasma bildet, wobei das Plasma bewirkt, dass der Plattier-Fotolack
darüber
weggeblasen wird, und dabei die Oberfläche des Metallsubstrats entsprechend dem
Muster geeignet für
das Metallplattieren freigelegt wird; und Aussetzen des Substrats
an seiner freigelegten Oberfläche
dem Metallplattieren, aufweist.
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Gemäß der Erfindung
wurde herausgefunden, dass die oben beschriebenen Vorteile der Laserablösung durch
Verwenden eines Lasers, der in einem Wellenlängenbereich von 400 bis 1200
nm, d.h. im Wesentlichen im Grünlichtbereich,
arbeitet, erreicht werden können.
Es wurde weiter erkannt, dass durch Verwenden eines Lasers in dem
Wellenlängenbereich
die mechanische Bewegung des Metallsubstrats, die für das Entfernen
des Plattier-Fotolacks benötigt
wird, nach dem gewünschten
Muster bei dem oben erläuterten,
bekannten Verfahren vermieden werden kann, da Laserstrahlen, die
eine Wellenlänge in
diesem Bereich haben, durch ein optisches Galvosystem abgetastet
werden können.
Dies bedeutet wiederum, dass es anstatt eines mechanischen Bewegens
des Metallsubstrats unter Beibehalten der Ausstrahlrichtung des
Laserstrahls möglich
ist, den Laserstrahl nach dem gewünschten Muster unter Beibehalten
des Metallsubstrats in einer im Wesentlichen bewegungslosen Position
abzutasten, was zu der Möglichkeit
führt,
die Prozessgeschwindigkeit zu erhöhen. In diesem Zusammenhang
kann die bewegungslose Position des Metallsubstrats bedeuten, dass
eine mögliche
Bewegung des Metallsubstrats in der Zweispulen- oder Bandrichtung vernachlässigbar ist,
verglichen mit der hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit des Laserstrahls.
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Gemäß der Erfindung
ist es möglich,
jede Art von Laser zu verwenden, der einen Laserstrahl in dem Wellenlängenbereich
von 400 bis 1200 nm emittiert, wenn der verwendete Laser in Wechselbeziehung
zu dem Plattier-Fotolack und dem Metall des Metallsubstrats steht,
so dass er die oben erwähnten Bedingungen
hinsichtlich der Transparenz des Fotolacks bzw. der Absorption des
Laserstrahls durch das Metallsubstrat erfüllt. Jedoch wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung das selektive Entfernen des Plattier-Fotolacks durch
einen frequenzverdoppelten Nd:YAG-Laser, der einen Laserstrahl mit
einer Wellenlänge
von 532 nm emittiert und mit einer Wiederholungsfrequenz von ungefähr 1 bis 300
Hz oder höher,
vorzugsweise bei ungefähr
300 Hz, betrieben wird, ausgeführt.
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Verglichen
mit anderen Laserarten, wie beispielsweise einem Excimer-Laser,
ist der Nd:YAG-Laser,
der ein Festkörperlaser
ist, kostengünstig, überhaupt
nicht gefährlich
für Menschen, klein
dimensioniert und leicht Instand zu halten und zu handhaben.
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Die
tatsächliche
maximale Bearbeitungsgeschwindigkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung ist
in den meisten Fällen
durch diese höchstmögliche Wiederholungsfrequenz
des Lasers begrenzt, auch wenn das optische Galvosystem gemäß der Erfindung
den Laserstrahl mit einer deutlich höheren Geschwindigkeit bis zu
ungefähr
1000 mm/sek. abtasten könnte.
Andererseits jedoch könnte
solch eine hohe Laserstrahlwiederholungsfrequenz nicht bei dem Verfahren,
das ein mechanisches Bewegen des Metallsubstrats anwendet, verwendet
werden, da in diesem Fall die höchstmögliche Geschwindigkeit durch
die Geschwindigkeit der mechanischen Bewegung des Metallsubstrats
beschränkt
wäre.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das selektive Entfernen des Plattier-Fotolacks
durch einen einzigen Schuss des Nd:YAG-Lasers, der eine Energie
von 5 bis 100 mJ pro Puls, eine Energiedichte von 6 bis 130 mJ/mm2, eine Pulsdauer von 4 bis 30 ns und eine Spitzenleistung
von 0,3 bis 16 MW hat, ausgeführt. Experimente
mit dem erfinderischen Verfahren zeigen, dass gute Ergebnisse erreicht
werden können, wenn
der Laser unter diesen Betriebsparametern betrieben wird.
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Solch
eine Einzelschussentfernung des Plattier-Fotolacks ist einer Mehrschusslentfernung überlegen,
da die letztere den Plattier-Fotolack nicht nur nach dem gewünschten
Muster, sondern auch an der Grenze oder, in einem bedeutend schlimmeren
Fall, um das gewünschte
Muster abheben könnte,
wodurch die Metallplattierungsgenauigkeit reduziert wird.
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Es
wurde herausgefunden, dass verglichen mit Lackieren oder chemischem
oder physikalischem Aufdampfen (CVD bzw. PVD), wenn der Plattier-Fotolack
durch elektrophoretisches Beschichten beschichtet wird, der nachfolgende
Aufschluss des Plattier-Fotolacks durch den Laser, der gemäß der Erfindung
verwendet wird, zuverlässiger
und genauer durchgeführt
werden kann, hauptsächlich
aufgrund der sehr gleichmäßigen Dicke
der Plattier-Fotolackschicht, die durch dieses Beschichtungsverfahren
erzielt wird. Außerdem
kann das elektrophoretische Beschichten in einer schnellen Weise
durchgeführt
werden, was zu der Aufgabe der Erfindung ein Hochgeschwindigkeitsverfahren
anzugeben, beiträgt.
Im Gegensatz zu anderen bekannten Beschichtungsverfahren ist ein
weiterer Vorteil des elektrophoretischen Beschichtens, dass es in
einer durchgehenden Linie, d.h. bei einem zweispuligen oder zweistreifigen
Plattierverfahren bzw. -maschine, angewendet werden kann.
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Vorteilhafterweise
wird eine auf Epoxyurethan, Acryl oder Epoxyd basierende Plattierungslösung zum
Herstellen des polymerischen Plattier-Fotolacks auf dem Metallsubstrat
durch das elektrophoretische Beschichten verwendet.
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Gemäß der Erfindung
muss das Material des Metallsubstrats gewählt werden, so dass es einen wesentlichen
Teil der Laserenergie, die von dem Laser emittiert und durch den
polymerischen Plattier-Fotolack durchgelassen wird, absorbiert,
wodurch das Metallsubstrat erwärmt
wird, dass es an dem Übergang
zwischen dem polymerischen Plattier-Fotolack und dem Metallsubstrat
ein Plasma bildet, das den Plattier-Fotolack an den Bereichen, die von
dem Laserstrahl bestrahlt werden, wegbläst. Solche geeignete Materialien
für das
Metallsubstrat sind z.B. Kupfer und Kupferlegierungen, aber auch
Silber, Eisen und Nickel. Gemäß der Erfindung
wurde herausgefunden, dass der oben beschriebene Effekt am besten
mit dem Laser, der gemäß der Erfindung
verwendet wird, erzielt werden kann, wenn das Metallsubstrat aus
einer Gruppe ausgewählt
wird, die Kupfer und Kupferlegierungen, insbesondere Kupferoxide,
enthält.
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Mit
dem erfinderischen, selektiven Plattierverfahren können verschiedene
Plattiermetalle, wie beispielsweise Au, Ag, Ni oder NiPd, auf die
Oberfläche
des Metallsubstrats plattiert werden, die bei dem selektiven Laseraufschluss
gemäß der Erfindung freigelegt
wird.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Vorrichtung zum Durchführen
des erfinderischen Plattierverfahrens angegeben, wobei die Vorrichtung
eine Polymerplattierstation zum Aufbringen einer dünnen Schicht
eines polymerischen Plattier-Fotolacks auf das Metallsubstrat durch
elektrophoretisches Beschichten; eine Aushärtestation zum Aushärten des Plattier-Fotolacks
auf dem Substrat; eine Lasereinrichtung zum selektiven Entfernen
des Plattier-Fotolacks von dem Substrat, wobei die Lasereinrichtung einen
Laser, der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge in dem Bereich von 400
bis 1200 nm emittiert, und ein optisches Galvosystem zum Abtasten
des Laserstrahls auf dem Plattier-Fotolack nach einem Muster, nach
dem der Plattier-Fotolack vom Metallsubstrat entfernt werden soll,
zum Freilegen einer Oberfläche
des Metallsubstrats für
das Metallplattieren, aufweist; und eine Metallplattierstation zum
Aussetzen des Metallsubstrats einem Metallplattieren an seiner freigelegten
Oberfläche,
aufweist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
weist das optische Galvosystem einen Spiegel zum Ablenken des Laserstrahls,
der von dem Laser emittiert wird, auf den Plattier-Fotolack, der
auf das Metallsubstrat beschichtet ist, eine Linse zum Fokussieren
des Laserstrahls, der von dem Spiegel abgelenkt wird, und ein Antriebsmittel
zum Neigen des Spiegels zum Abtasten des abgelenkten Laserstrahls
auf dem Plattier-Fotolack nach dem Muster auf.
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Obwohl
der Laser, der in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird,
jede Art von Laser sein kann, der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge in dem
Bereich von 400 bis 1200 nm emittiert, ist der Laser in einer bevorzugten
Ausführungsform der
erfinderischen Vorrichtung ein frequenzverdoppelter Nd:YAG-Laser,
der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 532 nm emittiert und
bei einer Wiederholungsfrequenz von ungefähr 300 Hz betrieben wird.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung können für das selektive
Plattieren jeder Art von Metallsubstrat, wie beispielsweise elektrische
Kontakte oder dergleichen, angewendet werden. Insbesondere können das
erfinderische Verfahren und die entsprechende Vorrichtung vorteilhafterweise
für das
selektive Metallplattieren von Leiterrahmen von integrierten Schaltungen
(IC) sowohl in zweistreifigen als auch in zweispuligen Systemen
bei kontinuierli chen sowie bei Schritt- und Wiederholungsbearbeitungen
angewendet werden. Aufgrund des speziellen Lasers, der einen Laserstrahl
in dem Wellenlängenbereich
von 400 bis 1200 nm emittiert und dadurch von einem optischen Galvosystem
abtastbar ist, wodurch die Notwendigkeit einer mechanischen Bewegung
des Substrats, das plattiert werden soll, verhindert wird, und aufgrund
der Hochgeschwindigkeitseigenschaft des Verfahrens gemäß der Erfindung,
können
das erfinderische Verfahren und die Vorrichtung am vorteilhaftesten
bei einer zweispuligen Plattierungsmaschine angewendet werden.
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Mit
dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist es weiter
möglich,
einen IC-Leiterrahmen,
insbesondere ausgewählte
Abschnitte von ihm, wie beispielsweise die Leiterenden, die Leitungen
und/oder die Formunterlage, mit der sogenannten Mischstrahltechnologie
zu metallplattieren, wobei verschiedene Plattiermetalle (d.h. sogenanntes
selektives Materialplattieren) an verschiedenen Orten (d.h. sogenanntes
selektives Positionsplattieren) und, falls notwendig, in verschiedenen Größen auf
den Leiterrahmen plattiert werden. Es ist weiter möglich, das
Metallplattieren in der sogenannten Mehrschichttechnologie durchzuführen, wodurch mehr
als eine Schicht an Edelplattiermetallen auf dem ausgewählten Abschnitt
des Leiterrahmens hergestellt wird. Außerdem ist es durch das Anwenden der
selektiven Plattierungstechnologie gemäß der Erfindung auch möglich, ein
sogenanntes Profilplattieren, d.h. Plattieren von verschiedenen
Abschnitten eines IC-Leiterrahmens, der ein abgesetztes (ungleichmäßiges) und/oder
rundes Oberflächenprofil hat,
durchzuführen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die in die Beschreibung eingefügt sind und einen Teil der
Beschreibung der Erfindung darstellen, zeigen bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zum ausführlicheren Erklären der
Prinzipien der Erfindung. Es versteht sich jedoch, dass die Zeichnungen
nur für
Erläuterungszwecke
sind und nicht den Schutzrahmen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist, beschränken.
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1 ist
eine schematische Darstellung der Bearbeitungsstationen einer zweispuligen
Plattiermaschine, die eine selektive Plattiervorrichtung gemäß der Erfindung
aufweist.
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2 zeigt
schematisch die Laserbehandlungsstation für einen Laseraufschluss eines
polymerischen Plattier-Fotolacks auf einem Metallsubstrat gemäß der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird das erfinderische Verfahren für das selektive Metallplattieren
eines IC-Leiterrahmens, der aus Kupfer oder Kupferlegierung ist,
in einer zweispuligen Plattiermaschine 1 angewendet.
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1 zeigt
schematisch die verschiedenen Bearbeitungsabschnitte und -stationen
einer solchen zweispuligen Maschine 1.
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IC-Leiterrahmen
in Spulenform, die aus Kupfer oder Kupferlegierung sind, durch die
ein Laserstrahl, der eine Wellenlänge von 532 nm hat, sehr gut absorbiert
wird, werden von dem Abwickler 3 abgewickelt und durch
die verschiedenen Bearbeitungsstationen 8 bis 18 der
zweispuligen Maschine 1 an das Ende, an dem der mit Metall
plattierte Leiterrahmen auf einen Aufwickler 4 der zweispuligen
Maschine 1 aufgewickelt wird, transportiert.
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Bei
einem Standardmetallplattiervorgang weist die zweispulige Maschine 1 gemäß der Erfindung
im Wesentlichen einen Vorbehandlungsabschnitt 5, einen
Metallplattierabschnitt 6 und einen Nachbehandlungsabschnitt 7 auf,
durch die die IC-Leiterrahmen von dem Abwickler 3 zu dem
Aufwickler 4 weitergeleitet werden.
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In
dem Vorbehandlungsabschnitt 5 werden die Leiterrahmen für den nachfolgenden
Metallplattiervorgang durch Entfernen von Verunreinigungen, die
an der Oberfläche
der IC-Leiterrahmen vorhanden sind, vorbereitet, um metallplattiert
zu werden. Solche Verunreinigungen können Öl, organische Verbindungen
und Oxide sein. Für
das Entfernen solcher Verunreinigungen weist der Vorbehandlungsabschnitt 5 eine
Tauchreinigungsstation 8, in der Öl, das auf der Oberfläche der
Leiterrahmen vorhanden ist, entfernt wird, eine Elektrolytreinigungsstation 9,
in der eine Elektrolytreinigungsbehandlung an den Leiterrahmen zum
Entfernen der organischen Verbindungen von ihnen sowie zum Reduzieren
von Rauhigkeit von ihrer Oberfläche
und zum Entfernen von Graten von ihrer Oberfläche angewendet wird, und eine
chemische Ätzstation 10 auf,
in der die Leiterrahmen durch eine Mischsäure zum Entfernen der Oxide
von der Oberfläche
der Leiterrahmen (ein sogenannter Beizvorgang) geätzt werden.
Zwischen und nach diesen Behandlungsstationen 8, 9 und 10 werden
ein Luftstrom und eine Wasserspülung 11 auf die
Leiterrahmen zum Zurückhalten
der Chemikalien und zum Verhindern weiterer Verunreinigung der Leiterrahmen
angewendet.
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Nachdem
die Oberfläche
der Leiterrahmen von Öl,
organischen Verbindungen und Oxiden in dem Vorbehandlungsabschnitt 5 durch
die oben beschriebenen Arbeitsabläufe in den jeweiligen Behandlungsstationen 8, 9 und 10 gereinigt
worden ist, werden die Rahmen weiter in den Metallplattierabschnitt 6 transportiert.
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In
der gezeigten Ausführungsform
der Erfindung weist der Metallplattierabschnitt 6 eine
elektrophoretische Beschichtungsstation 12, eine Aushärtestation 13,
eine Laserbehandlungsstation 14, eine Metallplattierstation 15 und
eine Plattier-Fotolack-Entmetallisierstation 16 auf.
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In
der elektrophoretischen Beschichtungsstation wird eine dünne Schicht
an polymersichem Fotolack auf die gesamte Oberfläche der IC-Leiterrahmen aufgebracht.
Gemäß der Erfindung
kann aufgrund der Anwendung des elektrophoretischen Beschichtungsvorgangs
dieser Plattier-Fotolack-Beschichtungsschritt
in einer sehr schnellen Weise durchgeführt werden. Außerdem stellt
der elektrophoretische Beschichtungsvorgang sicher, dass der Plattier-Fotolack
gleichmäßig auf
den Leiterrahmen aufgebracht ist, wobei dessen Gleichmäßigkeit
wiederum ein bedeutendes Kriterium für den Erfolg des Laseraufschlusses
durch den speziellen Laser ist, der gemäß der Erfindung verwendet wird,
und unten in Zusammenhang mit der Laserbehandlungsstation 14 ausführlicher
beschrieben ist.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung wird bei dem elektrophoretischen Beschichtungsvorgang,
der in der Bearbeitungsstation 12 durchgeführt wird,
entweder eine auf Epoxyurethan oder Acryl oder Epoxyd basierende
Plattierungslösung
zum Herstellen des polymerischen Plattier-Fotolacks verwendet.
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Falls
eine auf Epoxyurethan basierende Plattierungslösung verwendet wird, wird das
elektrophoretische Beschichten über
5 bis 30 Sekunden bei einer Temperatur von 38 bis 42 °C und einer
Spannung von 120 bis 150 V durchgeführt.
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Falls
eine auf Acryl basierende Plattierungslösung verwendet wird, wird das
elektrophoretische Beschichten über
10 bis 30 Sekunden bei einer Temperatur von 20 bis 30 °C und einer
Spannung von 40 bis 80 V durchgeführt.
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Weiter,
falls eine auf Epoxyd basierende Plattierungslösung verwendet wird, wird das
elektrophoretische Beschichten über
5 bis 30 Sekunden bei einer Temperatur von 20 bis 25 °C und einer
Spannung von 40 bis 60 V durchgeführt.
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In
jedem Fall sollten die verwendeten Beschichtungschemikalien einen
pH-Wert von 6 bis 6,3 aufweisen.
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Gemäß diesen
elektrophoretischen Beschichtungsbearbeitungsparametern wird ein
polymerischer Plattier-Fotolack mit einer Dicke von 3 bis 10 μm auf dem
Leiterrahmen erzeugt.
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Anschließend an
den elektrophoretischen Beschichtungsvorgang werden die Leiterrahmen
einer kalten DI-(deionisierten) Wasserspülung ausgesetzt und durch einen
kalten Luftstrom getrocknet und zu der Aushärtestation 13 transportiert,
in der der metallische Plattier-Fotolack für ungefähr 10 bis 30 Sekunden bei einer
Temperatur von ungefähr
180 bis 250 °C
gehärtet
wird. Anschließend
werden die Leiterrahmen mit kaltem DI-Wasser gespült und in
die Laserbehandlungsstation 14 transportiert.
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Die
Grundstruktur der Laserbehandlungsstation 14 ist in 2 gezeigt.
Wie in dieser Figur gezeigt ist, weist die Laserbehandlungsstation
einen gepulsten Nd:YAG-Laser 141 auf, der mit verdoppelter
Frequenz, wodurch er einen Laserstrahl 142 emittiert, der
eine Wellenlänge
von 532 nm hat, und bei einer Wiederholungsfrequenz von ungefähr 300 Hz betrieben
wird.
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Ein
optisches Galvosystem 143, das einen Spiegel 143a,
ein Antriebsmittel 143b, das mit dem Spiegel 143a zum
Neigen desselben verbunden ist, und eine Fokussierlinse 143c aufweist,
ist in dem Strahlengang des Laserstrahls 142, der von dem
Laser 141 emittiert wird, angeordnet. Das optische Galvosystem 143 ist
zum Ablenken und Ausrichten des Laserstrahls 142 auf den
Leiterrahmen 144, der von dem metallischen Plattier-Fotolack 145 bedeckt
ist, angeordnet. Der Laserstrahl 142, der auf den Leiterrahmen 144 durch
den Plattier-Fotolack 145 gestrahlt wird, wird, wie oben
beschrieben ist, zum Entfernen des Plattier-Fotolacks 145 von
dem Leiterrahmen 144 an seinen ausgewählten Bereichen, die metallplattiert
werden sollen, verwendet. Die Lage dieser Bereiche, deren Summe
ein Muster darstellt, ist in einem Computer (nicht gezeigt) gespeichert,
der wiederum mit dem Antriebsmittel 143b zum Steuern des Antriebs
des Spiegels 143a und dadurch mit dem Abtastgang des Laserstrahls 142 auf
dem Plattier-Fotolack 145 und dem Leiter rahmen 144 verbunden
ist. Auf diese Weise kann das optische Galvosystem 143 den
Laserstrahl 142 von Punkt zu Punkt auf dem Plattier-Fotolack 145 zum
Entfernen desselben von dem Leiterrahmen 144 an einzelnen
Punkten oder an Linien gemäß dem in
dem Computer gespeicherten Muster bewegen. Aufgrund der hohen Laserwiederholungsfrequenz
von ungefähr
300 Hz und der hohen Laserabtastgeschwindigkeit, die durch das optische Galvosystem
erreichbar ist, kann ein Plattier-Fotolackentfernen bei sehr hoher
Geschwindigkeit erreicht werden.
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Insbesondere
findet das Plattier-Fotolackentfernen an der Schnittstelle zwischen
dem polymerischen Plattier-Fotolack 145, der zumindest
einen wesentlichen Teil der Laserenergie durchlässt, und dem Kupfer- oder Kupferlegierung-Leiterrahmen 144,
der einen wesentlichen Teil der Laserenergie absorbiert, statt.
Die Laserenergie von 5 bis 100 mJ, die mit einem sehr kurzen Puls
von ungefähr
4 bis 30 ns abgegeben wird, erzeugt eine Spitzenlaserleistung von
bis zu mehreren Megawatt (0,3 bis ungefähr 16 MW), was wiederum zu
einem Erwärmen
des Leiterrahmens führt,
wodurch eine Plasmabildung an dieser Verbindung erzeugt wird. Die
Plasmawolke, die auf diese Art erzeugt wird, bläst den Plattier-Fotolack 145 von
dem Leiterrahmen 144 in den laserbestrahlten Bereichen
gemäß dem vorprogrammierten Muster,
das in dem Computer gespeichert ist, weg, wodurch die Oberfläche des
Leiterrahmens 144 in den Bereichen nach diesem Muster freigelegt
wird. Das Plattier-Fotolackentfernen an einer gegebenen Stelle kann
durch einen einzelnen Schuss des Nd:YAG-Laser erreicht werden, der,
wie oben erwähnt
ist, dem Mehrfachschussentfernen überlegen ist. Außerdem kann
der Durchmesser des Laserstrahls durch das optische System gemäß der Erfindung
von einigen Mikrometern, theoretisch von 0,532 nm, bis zu einigen
Millimetern variiert werden. Basierend auf diesen Durchmesserwerten,
können
eine Laserpunktposition und dadurch Fotolackbereichstoleranzen von
weniger als 50 μm
erreicht werden.
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Als
ein Beispiel ist es mit einem Laserstrahldurchmesser von 2 mm und
einer Laserwiederholungsfrequenz von 300 Schüssen/Sekunde möglich, einen
Bereich von 942 mm2/sek. (1 mm2 × 3,14 × 300 Hz)
zu öffnen
(d.h. den Plattier-Fotolack von einem Bereich zu entfernen), was
zu einer sehr hohen Geschwindigkeit und einer hohen Durchsatzbearbeitung führt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wird nach dem Plattier-Fotolackentfernen
in der Laserbehandlungsstation 14 der Leiterrahmen einer
kalten DI-Wasserspülung
ausgesetzt und zu der Metallplattierstation 15 weitertransportiert,
in der der Leiterrahmen einer Eintauchplattierung in einem Plattier bad
ausgesetzt wird. Als Plattiermaterialien können Silber, Gold, Nickel und
Nickel-Palladium verwendet werden.
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Dem
Metallplattieren in der Metallplattierstation 15 nachfolgend
wird der Leiterrahmen nochmals einer kalten DI-Wasserspülung ausgesetzt
und zu der Plattier-Fotolack-Entmetallisierstation 16 transportiert,
die bei dieser Ausführungsform
die letzte Station des Metallplattierabschnitts 6 ist.
In der Plattier-Fotolack-Entmetallisierstation 16 wird
der polymerische Plattier-Fotolack entfernt. Insbesondere zum Steigern
der Qualität
des erzeugten metallplattierten Leiterrahmens ist es vorteilhaft,
einen zweistufigen Entmetallisiervorgang zum Entfernen des Plattier-Fotolacks
durchzuführen.
In diesem Fall wird ein erster Entmetallisierschritt in einem wasserlöslichen Lösungsmittel
ausgeführt,
insbesondere einem kommerziellen halogenfreien Farbabbeizmittel
(bestimmt für
auf Epoxyurethan basierendem Beschichten), einer gemischten auf
Wasser basierenden Lösung
aus Butylcellosolve 2%, Trichlorethylen 2–5 % (bestimmt für auf Acryl
basierendem Beschichten). Für
auf Acryl basierendem Beschichten ist es möglich, eine Wasserlösung aus
Milchsäure
10%, Butylcellosolve 1 % mit Strom, der als eine Umkehrung fließt (Leiterrahmen
als Anode) zu verwenden, es für
10 Sekunden bei Zimmertemperatur und 5 Volt durchzuführen wird, gefolgt
von einer kalten DI-Wasserspülung
und einem zweiten Entmetallisierschritt, der dem ersten Entmetallisierschritt ähnlich ist.
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Dann
gelangt der Leiterrahmen, der von dem Förderband transportiert wird,
in den Nachbehandlungsabschnitt 7, der weiter heiße und kalte
DI-Wasserspülbearbeitungsstationen 17 zum
Sicherstellen einer vollständigen
Reinigung des metallplattierten Leiterrahmens und eine Anti-Anlaufstation 18 zum Anwenden
einer Anti-Anlaufbearbeitung für
den Schutz der metallplattierten Leiterrahmen aufweist. Schließlich werden
die Leiterrahmen durch warme Luft getrocknet und in den Aufwickler 4 aufgewickelt.
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Falls
verschiedene Materialien und/oder Mehrschichten auf dem gleichen
Metallrahmen metallplattiert werden sollen, werden zwei, drei oder mehr
Metallplattierabschnitte 6 in der zweispuligen Maschine 1 zwischen
dem Vorbehandlungsabschnitt 5 und dem Nachbehandlungsabschnitt 7 angeordnet. Zum
Beispiel kann der Bearbeitungsablauf im Wesentlichen aus den folgenden
Schritten bestehen: Vorbehandlung, erstes elektrophoretisches Beschichten,
erster Laseraufschluss, erstes Metallplattieren (z.B. Silberplattieren),
zweites elektrophoretisches Beschichten, zweiter Laseraufschluss
an der gleichen oder an verschiedenen Stellen verglichen mit dem
ersten Laseraufschluss, zweites Metallplattieren (z.B. Goldplattieren),
... Entmetallisieren und Nachbehandlung.