DE69833087T2

DE69833087T2 - Verfahren zur Herstellung von Dickfilmschaltungen

Info

Publication number: DE69833087T2
Application number: DE1998633087
Authority: DE
Inventors: James Edward W. Lafayette Walsh; John Karl Rossville Isenberg; Frans Peter Noblesville Lautzenhiser
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2018-09-15
Also published as: EP0909117B1; EP0909117A2; US6143355A; DE69833087D1; EP0909117A3

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft die Herstellung und Prüfung von Dickfilmschaltungen bei mehreren Leiterdruckschritten.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Herstellung von Dickfilmschaltungen wird eine leitfähige Tintenzusammensetzung mittels einer Rakel über eine Druckschablone gewischt, um ein Leitermuster auf einem Substrat auszubilden, das unter der Druckschablone liegt. Gewöhnlich wird eine Lage Dielektrikum zwischen aufeinander folgende Leiterlagen eingefügt; es ist jedoch vorgeschlagen worden, mehrere aufeinander folgende Leiterdruckschritte ohne dazwischenliegendes Dielektrikum zu verwenden. In bestimmten Fällen wird ein Mehrfachdruck angewendet, um Merkmale mit geringen Abständen bzw. geringer Schrittweite herzustellen; in anderen Fällen wird er angewendet, um zu überdrucken – als ein Mittel, um die Zuverlässigkeit zu verbessern oder um besonders dicke oder mehrlagig zusammengesetzte Leitersysteme zu bilden.
Bei der Herstellung von Einfachdruck-Dickfilmschaltungen, wie beispielsweise in US 4,914,829 beschrieben, ist es üblich, auf den Rand des Substrats ein Ausricht- oder Registrierungsmerkmal zu drucken, das optisch nachkontrolliert werden kann, um die Ausrichtung des Drucks bezüglich des Substrats oder eines vorhergehenden Drucks zu messen. Eine solche optische Ausrichtungsprüfung ist zeitaufwändig und wird im Allgemeinen prozessentkoppelt auf einer Zufallsbasis durchgeführt, um grobe Ausrichtungsfehler aufzudecken. Außerdem ist eine solche optische Ausrich tungsprüfung recht beschränkt, da sie nicht sie nicht benutzt werden kann, um andere Fehler des Drucks, wie etwa eine übermäßige Linienverbreiterung und örtlich begrenzte Druckbildverzerrungen, die beispielsweise auf eine Dehnung der Druckschablone zurückzuführen sind, zu erfassen. Diese Fehler sind bei Mehrfachdruckschaltungen besonders bedeutungsvoll, da eine Fehlausrichtung, eine örtlich begrenzte Druckbildverzerrung und eine übermäßige Linienverbreiterung ein versehentliches Kurzschließen von Leitern, besonders bei Schaltungen mit geringen Abständen bzw. geringer Schrittweite, zur Folge haben kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Mehrfachdruck-Dickfilmschaltung zum Ziel, wobei die Ausrichtung zwischen aufeinander folgenden Leiterdruckschritten sowohl optisch nachkontrollierbar als auch elektrisch prüfbar ist. Der erste von zwei oder mehr aufeinander folgenden Leiterdrucken schließt ein Paar benachbarter Ausrichtmerkmale ein, und die folgenden Leiterdrucke schließen ein völlig gleiches Paar benachbarter Ausrichtmerkmale ein, die deckungsgleich mit dem Paar benachbarter Ausrichtmerkmale des ersten Leiterdrucks gedruckt werden. Die Ausrichtmerkmale sind durch ein Paar zusammenhängender, zueinander senkrechter Leitersegmente oder -oberflächen, wobei sie einem Kasten oder einem Großbuchstaben L ähneln, definiert. Bei einer ordnungsgemäßen Druckausrichtung gibt es einen nicht leitenden Spalt zwischen dem Paar benachbarter Ausrichtmerkmale, und mit den Merkmalen oder zugeordneten Sondenanschlussflächen in Kontakt gebrachte Prüfsonden werden dazwischen eine hohe oder Leerlauf-Impedanz erkennen lassen. Falls jedoch der zweite Leiterdruck bezüglich des ersten Drucks versetzt ist, werden eines bzw. eine oder mehrere seiner Ausrichtmerkmalsegmente oder -oberflächen den Spalt zwischen dem ersten Paar Ausrichtmerkmale überbrücken, und mit den Merkmalen oder zugeordneten Sondenanschlussflächen in Kontakt gebrachten Prüfsonden werden ein niedrige oder Kurzschluss-Impedanz dazwischen erkennen lassen. Falls gewünscht, kann der Grad der Fehlausrichtung optisch mit einer herkömmlichen Bilderkennungsausrüstung bestimmt werden. Im Allgemeinen kann eine optische Nachkontrolle kurz nach dem Drucken durchgeführt werden, wohingegen eine elektrische Prüfung nach dem Einbrennen durchgeführt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist der Zwischenraum zwischen den ein Paar bildenden benachbarten Ausrichtmerkmalen kleiner als der schmalste Leiterzwischenraum der Schaltung. Da der Spalt zwischen den Ausrichtmerkmalen schmaler als der Zwischenraum der Schaltung ist, kann die Prüfausrüstung Ausrichtungsfehler feststellen, die groß genug sind, um die ein Paar bildenden benachbarten Ausrichtmerkmale kurzzuschließen, jedoch nicht so groß sind, dass sie in der eigentlichen Schaltung einen Kurzschluss herbeiführen.
Ein besonders vorteilhafter Aspekt dieser Erfindung ist, dass Ausrichtmerkmale an mehreren, über das Substrat verteilten Stellen ausgebildet werden können. Dies liefert umfassendere Ausrichtungsinformationen in im Wesentlichen der gleichen Zeit und kann genutzt werden, um eine örtlich begrenzte Verzerrung, die beispielsweise auf eine Dehnung der Druckschablone zurückzuführen ist, festzustellen. Diese Informationen können benutzt werden, um der Bedienkraft zu signalisieren, dass die abgenutzte Schablone ersetzt werden muss. Außerdem wird, wenn nur ein Teil der Schaltungsmerkmale infolge einer solchen Dehnung fehlausgerichtet ist, die Prüfung erkennen lassen, welche Schaltungen fehlausgerichtet sind und welche Schaltungen richtig ausgerichtet sind. Außerdem können benachbarte Ausrichtmerkmale ein Paar benachbarter Schaltungen um fassen, um die nutzbare Leiterplattenfläche, die für die Ausrichtmerkmale gebraucht wird, zu minimieren und die Flexibilität des Layouts zu erhöhen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin
1A-1C verschiedene Ausführungsformen von Ausrichtmerkmalen gemäß dieser Erfindung darstellen, wobei 1A ein Paar L-förmiger Merkmale darstellt, 1B ein kastenförmiges inneres Merkmal mit einem umgebenden äußeren Merkmal darstellt und 1C kastenförmige und L-förmige Merkmale darstellt;
2 eine Veranschaulichung einer Schaltung gemäß dieser Erfindung während einer Prüfung ist;
3 ein Substrat mit mehreren Schaltungen darstellt, wobei die Ausrichtmerkmale dieser Erfindung benachbarte Schaltungen umfassen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1A-1C stellen drei alternative Ausführungsformen der optisch nachkontrollierbaren und elektrisch prüfbaren Ausrichtmerkmale gemäß dieser Erfindung dar. Ein erstes Paar Ausrichtmerkmale ist jeweils als Teil eines ersten Leiterdrucks gedruckt, und ein zweites Paar völlig gleicher Ausrichtmerkmale ist als Teil eines darauf folgenden Leiterdrucks ohne dazwischenliegendes Dielektrikum gedruckt.
Die in 1A-1C dargestellten Ausrichtmerkmale können im Allgemeinen als erste und zweite zusammenhängende, zueinander senkrechte Leitersegmente oder -oberflächen umfassend beschrieben werden. In bestimmten Ausführungsformen weist wenigstens eines der Ausrichtmerkmale die Form eines L auf. In anderen Ausführungsformen hat wenigstens eines der Ausrichtmerkmale die Form eines quadratischen oder rechteckigen Kastens. Der Zwischenraum zwischen den ein Paar bildenden benachbarten Ausrichtmerkmalen ist vorzugsweise jeweils schmaler als der Zwischenraum zwischen benachbarten Leitern im Hauptteil der Schaltung. Auf diese Weise wird eine geringfügige Fehlausrichtung, die keinen Kurzschluss zwischen benachbarten Leitern im Hauptteil der Schaltung bewirkt, anhand eines Kurzschlusses zwischen den mit engeren Abständen angeordneten Ausrichtmerkmalen festgestellt. Ebenso wird eine übermäßige Linienverbreiterung, die auf Regelwidrigkeiten bei der Tintenzusammensetzung zurückzuführen ist, anhand eines Kurzschlusses der benachbarten Ausrichtmerkmale festgestellt, bevor die tatsächlichen Schaltungsmerkmale nachteilig beeinflusst werden.
In der Ausführungsform von 1A umfassen die Ausrichtmerkmale ein Paar benachbarter L-förmiger Merkmale 10 und 12, die mit jeweiligen Sondenanschlussflächen 14 und 16 verbunden sind. Die Sondenanschlussflächen können als Teil des Leiterdrucks gedruckt sein oder können von einem früheren Druck schon vorhanden sein. In der Ausführungsform von 1B hat ein Ausrichtmerkmal 20 die Form eines Kastens, während das andere Ausrichtmerkmal 22 die Form eines benachbarten Kastens mit einem zusammenhängenden Schleifenabschnitt 22a hat, der das Merkmal 20 umgibt. In diesem Fall sind in den Mittenbereichen jedes Ausrichtmerkmals Sondenanschlussflächen vorgesehen. In der Ausführungsform von 1C hat ein Ausrichtmerkmal 30 die Form eines Kastens, und das andere Merkmal 32 hat die Form eines L mit Leiterseg menten in unmittelbarer Nähe zu zwei sich berührenden Seiten des Merkmals 30. Diese Konfiguration ist auch bei der bildlichen Darstellung der Prüfung in 2 und bei der bildlichen Darstellung der mehreren Schaltungen in 3 gezeigt.
2 veranschaulicht eine prozessentkoppelte elektrische Prüfung der Ausrichtung unter Verwendung der allgemeinen Ausrichtmerkmal-Topologie von 1C. Folglich sind verschiedene Leiterbahnen, die allgemein mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet sind, auf das Substrat 42 gedruckt, und die Sonden 44, 46 einer elektrischen Impedanzprüfvorrichtung 48 sind in Kontakt mit den Sondenanschlussflächen der benachbarten Ausrichtmerkmale platziert. In der bildlichen Darstellung dient das kastenförmige Ausrichtmerkmal 30' außerdem als Bondfläche für die Schaltung, und das L-förmige Ausrichtmerkmal 32' ist an die Sondenanschlussfläche 50 gekoppelt. Die Prüfvorrichtung 48 kann ein Digital-Multimeter oder ein komplizierterer Teil einer prozessintegrierten Ausrüstung sein, wie etwa eine automatisierte Laserabgleich/Prüf-Vorrichtung, die Sonden aufweist, die für eine Funktionsprüfung und einen Laserabgleich automatisch mit verschiedenen Sondenanschluss- und Bondflächen in Kontakt gebracht werden.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung dieser Erfindung kann mit Substraten verwirklicht werden, die mehrere unabhängige Schaltungen enthalten, die später in einem Vereinzelungsschritt voneinander getrennt werden. In diesem Fall können die oben beschriebenen Ausrichtmerkmale an jeder Stelle der Schaltung auf das Substrat gedruckt sein, um für eine optisch nachkontrollierbare und elektrisch prüfbare Ausrichtungskontrollmarke für jede Schaltung zu sorgen. Dies kann leicht erreicht werden, da die Ausrichtmerkmale sehr schmal sein können. Auf diese Weise kann die Prüfausrichtung benutzt werden, um Schaltungen zu erkennen und auszusondern, die eine unrichtige Druckausrichtung aufweisen, die beispielsweise auf ein örtlich begrenztes Dehnen der Druckschablone oder auf eine örtlich begrenzte Leiterbahnenverbreiterung zurückzuführen ist.
3 veranschaulicht einen Abschnitt eines Substrats mit mehreren Schaltungen, das mehrere Ausrichtmerkmale aufweist, und eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, bei der sich benachbarte Ausrichtmerkmalelemente von einer Schaltung zur anderen erstrecken. In 3 bezeichnet das Bezugszeichen 60 allgemein ein Substrat, auf dem mehrere völlig gleiche, einzelne Schaltungen ausgebildet sind, die als Schaltung Nr. 1, Schaltung Nr. 2 usw. gekennzeichnet sind. Die Grenzbereiche 62 des Substrats 60 zwischen den verschiedenen Schaltungen sind der Unterbringung des oben genannten Vereinzelungsschritts vorbehalten. In der veranschaulichten Ausführungsform ist für jedes Paar benachbarter Schaltungen ein Ausrichtmerkmal vorgesehen, das ein Paar benachbarter Ausrichtelemente im Wesentlichen wie in 1C gezeigt umfasst, obwohl auch andere Ausrichtmerkmalsmuster benutzt werden könnten. Beispielsweise ist ein L-förmiges Ausrichtmerkmal 64, das an eine Bond- oder Sondenanschlussfläche 66 der Schaltung Nr. 1 elektrisch angeschlossen ist, in der Nähe einer vorhandenen Bond- oder Sondenanschlussfläche 68 im Randgebiet der Schaltung Nr. 2 angeordnet. In der Veranschaulichung wird eine ähnliche Anordnung zwischen den Schaltungen Nr. 3 und 4 und den Schaltungen Nr. 5 und 6 verwendet.
Diese Anordnung weist zwei wichtige Vorteile auf. Erstens nutzt sie einen Teil des Grenzbereichs 62 zwischen benachbarten Schaltungen, statt Raum in Anspruch zu nehmen, der normalerweise für Schaltungsleiterbahnen oder -elemente genutzt wird. Und zweitens minimiert sie die Auswirkungen eines Ausrichtmerkmal-Kurzschlusses auf eine gegebene Schaltung, da ein Ausrichtmerkmal-Kurzschluss (infolge einer Fehlaus richtung oder Linienverbreiterung) nur zu einem Kurzschluss von einer Schaltung zur anderen führt, der als Folge des Vereinzelungsprozesses beseitigt wird, wobei jede vorhandene Bond- oder Sondenanschlussfläche als Ausrichtmerkmal genutzt werden kann, ohne die Schaltungen so konzipieren zu müssen, dass sie einen Kurzschluss zwischen Schaltungen infolge einer geringfügiger Fehlausrichtung oder Linienverbreiterung, die einen Ausrichtmerkmal-Kurzschluss hervorruft, tolerieren.
Zusammengefasst verbessert das Verfahren dieser Erfindung die Ausrichtungsprüfbarkeit von Dickfilmschaltungen bei mehreren Leiterdruckschritten wesentlich. Die Ausrichtmerkmale nehmen minimalen Raum auf der Leiterplatte ein und sorgen sowohl für eine optische Nachkontrollierbarkeit als auch für eine elektrische Prüfbarkeit. Eine optische Nachkontrolle kann kurz nach einem Drucken ausgeführt werden und kann genutzt werden, um eine Fehlausrichtung verhältnismäßig früh im Herstellungsprozess festzustellen. Eine elektrische Prüfung kann nach einem Einbrennen ausgeführt werden und wird genutzt, um eine Fehlausrichtung, die ausreicht, benachbarte Ausrichtmerkmale kurzzuschließen, genau festzustellen. Die Bereitstellung mehrerer Paare Ausrichtmerkmale liefert weitere Informationen bei einer minimalen Zunahme der Prüfzeit, da eine automatisierte Prüfausrüstung die Impedanz an mehreren Stellen parallel prüfen kann.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Dickfilmschaltung, die mehrere gedruckte Leiter besitzt, das die folgenden Schritte umfasst: Drucken einer ersten Lage aus einer Dickfilmleiter-Tinte auf ein Substrat (42), um eine erste Mehrzahl Leiterbahnen (40) mit geringer Schrittweite zu definieren, die wenigstens ein erstes Paar benachbarter Ausrichtmerkmale (10, 12) enthält, wobei jedes solche Ausrichtmerkmal durch erste und zweite benachbarte und zueinander senkrechte Leitersegmente oder -oberflächen definiert ist; und Drucken einer zweiten Lage aus einer Dickfilmleiter-Tinte, um eine zweite Mehrzahl Leiterbahnen mit geringer Schrittweite zu definieren, die wenigstens ein zweites Paar Ausrichtmerkmale (10, 12), das mit dem ersten Paar übereinstimmt und mit dem ersten Paar deckungsgleich ist, enthält; wobei eine erste und eine zweite Prüfsonde (44, 46) mit dem ersten oder dem zweiten Paar Ausrichtmerkmale (10, 12) elektrisch gekoppelt werden können, um die Impedanz zwischen der ersten und der zweiten Prüfsonde (44, 46) als Hinweis auf eine Fehlausrichtung zwischen der ersten und der zweiten Dickfilm-Leiterlage zu messen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Paar benachbarter Ausrichtmerkmale (10, 12) durch einen Spalt getrennt ist, der kleiner als ein minimaler Abstand zwischen anderen benachbarten Leiterbahnen (40) der Dickfilmschaltung ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei dem: die erste Lage aus einer Dickfilmleiter-Tinte eine erste Mehrzahl von Paaren benachbarter Ausrichtmerkmale (10, 12) an verschiedenen Stellen auf dem Substrat (42) definiert, wobei jedes solche Paar benachbarter Ausrichtmerkmale durch erste und zweite benachbarte, zueinander senkrechte Leitersegmente oder -oberflächen definiert ist; und die zweite Lage aus einer Dickfilmleiter-Tinte eine zweite Mehrzahl von Paaren von Ausrichtmerkmalen (10, 12) definiert, die mit der ersten Mehrzahl von Paaren benachbarter Ausrichtmerkmale (10, 12) übereinstimmen und mit der ersten Mehrzahl von Paaren benachbarter Ausrichtmerkmale (10, 12) deckungsgleich sind; wobei Impedanzen zwischen den benachbarten Ausrichtmerkmalen der ersten Mehrzahl von Paaren benachbarter Ausrichtmerkmale (10, 12) als Hinweis auf eine lokalisierte Fehlausrichtung zwischen der ersten und der zweiten Dickfilmlage gemessen werden können.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste und die zweite Mehrzahl von Leiterbahnen (40) Sondenanschlussflächen (14, 16) umfassen, die mit einzelnen Ausrichtmerkmalen (10, 12) elektrisch gekoppelt sind, um einen Kontakt mit den Prüfsonden herzustellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Ausrichtmerkmal des ersten Paars von Ausrichtmerkmalen (10, 12) L-förmig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Ausrichtmerkmal des ersten Paars von Ausrichtmerkmalen (10, 12) kastenförmig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem ein Ausrichtmerkmal des ersten Paars von Ausrichtmerkmalen L-förmig ist und das andere Ausrichtmerkmal des ersten Paars von Ausrichtmerkmalen kastenförmig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem ein Ausrichtmerkmal des ersten Paars von Ausrichtmerkmalen (20) kastenförmig ist und das andere Ausrichtmerkmal des ersten Paars von Ausrichtmerkmalen (22) kastenförmig ist und einen benachbarten Leiterschleifenabschnitt (22a) aufweist, der das eine Ausrichtmerkmal des ersten Paars von Ausrichtmerkmalen (20) umgibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das den Schritt des Bildens wenigstens einer ersten und einer zweiten einzelnen Dickfilmschaltung auf einem Substrat (60) umfasst, wobei das erste Paar benachbarter Ausrichtmerkmale (64), (68) ein erstes Ausrichtmerkmal (64), das mit der ersten Dickfilmschaltung elektrisch gekoppelt ist, und ein zweites Ausrichtmerkmal (68), das mit der zweiten Dickfilmschaltung elektrisch gekoppelt ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die erste und die zweite Dickfilmschaltung durch einen Grenzbereich (62) auf dem Substrat (60) voneinander getrennt sind, um eine Vereinzelung der Schaltungen zu erzielen, wobei das erste Ausrichtmerkmal (64) ein Leitersegment oder eine Leiteroberfläche ist, das bzw. die in einem Umfangsbereich der ersten Dickfilmschaltung angeordnet ist, und das zweite Aus richtmerkmal (68) ein Leitersegment oder eine Leiteroberfläche ist, das bzw. die mit der zweiten Dickfilmschaltung durch eine in dem Grenzbereich angeordnete Leiterbahn elektrisch gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das zweite Ausrichtmerkmal (68) kastenförmig ist und das erste Ausrichtmerkmal (64) L-förmig ist.