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Innovative Verfahren zum Drucken von Multilayer-Schaltungen

In der modernen Digitaltechnik kommt es auf eine schnelle Signalverarbeitung an, um die immer höheren Datentransferraten bewältigen zu können. Daher sind kurze Signalwege, geringe parasitäre Kapazitäten und kurze Schaltzeiten bevorzugter Gegenstand der aktuellen Mikroelektronik-Forschung. Der Trend ist klar: Gefragt ist eine Steigerung der Komplexität und des Miniaturisierungsgrades bei wirtschaftlicher Realisierung von hoch integrierten Schaltungsstrukturen, mit denen sich in der elektronischen Signalverarbeitung Datenraten in der Größenordnung Gigabit/Sekunde erzielen lassen.

Industrielle Technologien

Die Dickfilmtechnik war bislang das wichtigste und effizienteste Verfahren zur Herstellung von gedruckten integrierten Schaltungen. Neue Technologien wie z.B. das Multichip-Modul (MCM) setzen jedoch heute voraus, dass auf dem Chip sehr viel mehr Verbindungen hergestellt werden können. Hierfür wiederum wird eine für den Druck von Dickfilmschaltungen hoher Packungsdichte geeignete Fertigungstechnologie benötigt, die auch eine Massenproduktion zu relativ geringen Kosten erlaubt. Einem Konsortium von Industrieunternehmen sowie kleinen und mittleren Betrieben der Mikroelektronik ist jetzt die Entwicklung eines Mikroelektronik-Siebdruckverfahrens gelungen, bei dem Siebe aus geätzten Folien verwendet werden. Der Siebdruck hat sich als effizientes, kosteneffektives und zuverlässiges Verfahren zur Herstellung von elektronischen Schaltungen bewährt. Der begrenzende Faktor für die Miniaturisierung ist bei Anwendung der Siebdrucktechnik jedoch die periodische Struktur der Siebmaschen. Daher wurde bei der im aktuellen Projekt vorgeschlagenen Technik das Sieb durch eine Edelstahlfolie ersetzt. Die Öffnungen des Siebes werden durch Ätzen von Zuführöffnungen für die Druckpaste erzeugt. Auf diese Weise wurden Multilayer-Schaltungen mit Leitungsbreiten und abständen bis herab zu 50 Mikrometern (μm) im Siebdruckverfahren hergestellt. Dabei wird die Verteilung der Öffnungen durch Anwendung der computerunterstützten Entwicklung (Computer Aided Design, CAD) präzise auf der Folie reproduziert. Im Projekt wurden auch eine Paste und ein Drucker entwickelt, die eine optimale Lagegenauigkeit und Auflösung gewährleisten. Die Paste wurde speziell für die Verwendung in Kombination mit Sieben aus geätzter Folie ausgelegt und zeichnet sich durch exzellente Druck- und Hafteigenschaften sowie eine sehr langlebige Klebeverbindung aus. Der moderne Drucker gestattet eine Lagegenauigkeit von Druck zu Druck und von Ebene zu Ebene von weniger als 15 μm. Mit diesen Entwicklungen werden die Beschränkungen überwunden, denen die herkömmlichen Siebdruckverfahren zur Herstellung von elektronischen Schaltungen in Dickfilmtechnik bisher unterlagen. Dabei wurde das Sieb durch eine Metallfolie ersetzt, in die ein Muster aus Zuführöffnungen geätzt wurde. Parallel zur Entwicklung einer Präzisions-Druckmaschine und einer ultrafeinen Druckpaste wird gegenwärtig ein System zum Drucken von Dickfilmstrukturen mit 50 μm Leiterbreite und Leiterabstand getestet, das zu Demonstrationszwecken zur Verfügung steht und patentrechtlich geschützt ist. Das System wurde bereits erfolgreich zur Herstellung von zwei verschiedenen Multichipmodul-Multilayerschaltungen eingesetzt. Der Markt für Multilayer-Multichipmodule hat nach groben Schätzungen ein jährliches Volumen von rund einer Milliarde Euro. Das oben beschriebene Produktionsverfahren dürfte schätzungsweise in mindestens 75% aller Anwendungen allein dieses Marktes einsetzbar sein.

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