DE102007035903A1

DE102007035903A1 - Kontaktierungsfolie und Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung

Info

Publication number: DE102007035903A1
Application number: DE102007035903A
Authority: DE
Inventors: Axel Ganster; Susanne Dr. Kornely; Andreas Dr. Lenk; Andreas Mantovan; Carsten Dr. Schuh; Jörg ZAPF
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-03-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Kontaktierungsfolie 20 und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei Punkten auf einem Träger 10. Die Kontaktierungsfolie 20 besteht aus einer Basisfolie 30, in der eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Partikel 40 verteilt ist. Durch elektromagnetische Bestrahlung 50 der Basisfolie 30 werden die elektrisch leitfähigen Partikel 40 in Kontakt miteinander gebracht, so dass in lokal beschränkten Bereichen der Kontaktierungsfolie 20 eine elektrische Leitfähigkeit generierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktierungsfolie sowie ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei Punkten auf einem Träger mit Hilfe dieser Kontaktierungsfolie.
Zum Herstellen elektrischer Kontaktierungen, beispielsweise bei piezoelektrischen Multilayeraktoren, werden planare Verdrahtungslagen genutzt. Diese planaren Verdrahtungslagen sind dann vorteilhaft, wenn man in einem elektrisch isolierenden Material lokal elektrisch leitfähige Bereiche erzeugen kann. Diese Bereiche stellen dann die elektrische Verbindung zwischen beispielsweise zwei Punkten auf einem Substrat her, um die gewünschte elektrische Verdrahtung zu realisieren. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn die elektrisch leitenden Bereiche innerhalb des elektrisch isolierenden Materials fein strukturiert werden können, so dass mit geringem Platzbedarf der Verlauf elektrisch leitender Bereiche realisierbar ist.
Bei bekannten planaren Verdrahtungslagen wird als elektrisch isolierendes Material eine Folie genutzt, die beispielsweise auf einen Träger oder ein Substrat aufbringbar ist. Diese Folie enthält metallische Partikel oder metallisierte Kunststoffpartikel, die soweit voneinander beabstandet sind, dass die Folie elektrisch nicht leitend ist. Derartige Folien werden beispielsweise als anisotrop leitfähige Klebefolien bezeichnet. Wird eine derartige Klebefolie in einem ausgewählten lokalen Bereich durch einen äußeren Druck belastet, werden in diesem ausgewählten Bereich die leitfähigen Partikel in der Folie miteinander in Kontakt gebracht. Dieser Kontakt zwischen den leitfähigen Partikeln erzeugt eine lokale elektrische Leitfähigkeit in z-Richtung, d. h. parallel zur Wirkung des aufgebrachten Drucks. Es ist ebenfalls denkbar, die oben diskutierten Folien in Form eines Flüssigklebstoffs bereitzustellen, die beispielsweise zur Kontaktierung von Flexfolien auf Substraten eingesetzt werden.
Oben genannte Klebefolien und Flüssigklebstoffe haben den Nachteil, dass die lokale Auflösung beim Erzeugen elektrisch leitfähiger Bereiche begrenzt ist. Dadurch wird das Erzeugen fein strukturierter elektrischer Kontaktierungen erschwert. Zudem wäre es erstrebenswert, oben genannte Verdrahtungslagen mit geringerem Aufwand erzeugen zu können.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Kontaktierungsfolie sowie ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei Punkten auf einem Träger bereitzustellen.
Die obige Aufgabe wird durch eine Kontaktierungsfolie gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen sowie den anhängenden Ansprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Kontaktierungsfolie zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei Punkten eines Trägers weist die folgenden Merkmale auf: eine elektrisch nicht leitende und auf den Träger aufbringbare Basisfolie, die eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Partikel umfasst, so dass mit Hilfe elektromagnetischer Bestrahlung der Basisfolie die elektrisch leitfähigen Partikel in Kontakt miteinander bringbar und definierte lokal beschränkte, elektrisch leitfähige Bereiche in der Kontaktierungsfolie generierbar sind.
Die erfindungsgemäße Kontaktierungsfolie zeichnet sich dadurch aus, dass sie durch eine elektromagnetische Bestrahlung veränderbar ist. Im Speziellen wandelt die elektromagnetische Bestrahlung zuvor elektrisch nicht leitende Bereiche in e lektrisch leitfähige Bereiche um. Wird diese elektromagnetische Bestrahlung beispielsweise mit Hilfe eines Lasers oder als Mikrowellenbestrahlung aufgebracht, sind fein strukturierte lokale Bereiche gezielt bestrahlbar und somit in elektrisch leitfähige Bereiche umwandelbar. Die Strukturierung dieser elektrisch leitfähigen Bereiche wird somit durch das Auflösungsvermögen der Strahlungsquelle beeinflusst. Nutzt man beispielsweise einen Laserstrahl, sind in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Laserlichts und des Durchmessers des Laserstrahls entsprechend strukturierte leitfähige Bahnen innerhalb der Kontaktierungsfolie generierbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt die elektromagnetische Bestrahlung der Kontaktierungsfolie ein Schrumpfen der Basisfolie in dem jeweils bestrahlten Bereich. Auf diese Weise werden die elektrisch leitfähigen Partikel innerhalb der Basisfolie miteinander in Kontakt gebracht, wodurch die elektrische Leitfähigkeit erzeugt wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dehnen sich die elektrisch leitfähigen Partikel innerhalb der Basisfolie aufgrund der Bestrahlung aus. Zu diesem Zweck werden die elektrisch leitfähigen Partikel beispielsweise aus metallisiertem Kunststoff hergestellt, der mittels elektromagnetischer Bestrahlung aufschäumbar ist. Durch diese Volumenvergrößerung der elektrisch leitfähigen Partikel treten diese in Kontakt miteinander und erzeugen dadurch wiederum eine elektrische Leitfähigkeit in dem bestrahlten Bereich.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei Punkten auf dem Träger umfasst die folgenden Schritte: Aufbringen der elektrisch leitenden Basisfolie mit einer Vielzahl elektrisch leitfähiger Partikel auf den Träger und Bestrahlen eines Bereichs der Basisfolie mit der Vielzahl von elektrisch leitfähigen Partikeln zwischen den zwei Punkten mit elektromagnetischer Strahlung, wodurch die Basisfolie mit der Vielzahl von elektrisch leitfähigen Partikeln in dem bestrahlten Bereich elektrisch leitfähig wird.
In Anlehnung an die bereits oben beschriebene Kontaktierungsfolie umfasst das beschriebene Verfahren als weitere bevorzugte und alternative Verfahrensschritte das Ausdehnen, insbesondere Aufschäumen der zumindest teilweise aus metallisiertem Kunststoff bestehenden elektrisch leitfähigen Partikel durch das Bestrahlen oder das Schrumpfen der Basisfolie durch das Bestrahlen, deren elektrisch leitfähige Partikel aus Metall und/oder metallisiertem Kunststoff bestehen. Als weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist es zudem denkbar, ein teilweises Abtragen der Basisfolie innerhalb des elektrisch leitfähigen Bereichs vorzusehen. Mit diesem Abtragen wird gewährleistet, dass eine Volumenausdehnung im elektrisch leitfähigen Bereich der Kontaktierungsfolie ausgeglichen wird, um nachteilige Effekte durch die Volumenausdehnung zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Kontaktierungsfolie und des Verfahrens zum Erzeugen elektrisch leitfähiger Bereiche,
2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß 1,
3 eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gemäß 1 und
4 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kontaktierungsfolie 20 ist in 2 dargestellt. Die Kontaktierungsfolie 20 umfasst eine Basisfolie 30, die aus Epoxid-Material besteht. In der Basisfolie 30 sind elektrisch leitfähige Partikel 40 verteilt. Diese bestehen aus Metall und/oder metallisiertem Kunststoff. Die elektrisch leitfähigen Partikel 40 sind derart in der Basisfolie 30 verteilt, dass sie nur soweit in Kontakt zu benachbarten Partikeln 40 stehen, dass keine elektrisch leitfähigen Bereiche in der Kontaktierungsfolie 20 vorhanden sind. Bevorzugt berühren die elektrisch leitfähigen Partikel 40 nicht benachbarte elektrisch leitfähige Partikel 40.
Die Kontaktierungsfolie 20 bestehend aus Basisfolie 30 und elektrisch leitfähigen Partikeln 40 wird bevorzugt als Klebefolie bereitgestellt. Um aus der Kontaktierungsfolie 20 eine planare Verdrahtungslage herzustellen, wird die Kontaktierungsfolie 20 auf einen Träger oder ein Substrat 10 aufgebracht (Schritt A, vgl. 4). Im Rahmen dieses Vorgangs wird die Kontaktierungsfolie 20 beispielsweise auf den Träger 10 aufgeklebt oder mit einem passenden Druck-Temperatur-Profil auf den Träger 10 laminiert. Nach dem Aufbringen (Schritt A) befindet sich die Kontaktierungsfolie 20 immer noch in einem Zwischenzustand, d. h. die elektrisch leitfähigen Partikel 40 sind nicht soweit in Kontakt miteinander, dass sich elektrisch leitfähige Bereiche in der Größenordnung einer Leiterbahn ausbilden.
Die Kontaktierungsfolie 20 wird nun in ausgewählten Bereichen, die später elektrisch leitfähig sein sollen, mit elektromagnetischer Strahlung 50 bestrahlt (Schritt D; vgl. 1, 4). Die Bestrahlung erfolgt vorzugsweise mittels Laserstrahl. In Abhängigkeit von der Wellenlänge des Laserstrahls ist die lokale Auflösung bei der Bestrahlung (Schritt D) gezielt einstellbar. So wird beispielsweise ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 355 nm verwendet. Die lokalen Bereiche der Kontaktierungsfolie 20, die elektrisch leitfähig gemacht werden sollen, werden mit dem Laserstrahl oder allgemein der elektromagnetischen Bestrahlung 50 abgefahren. Dieses Abfahren erfolgt bevorzugt computergesteuert, während eine geeignete Steuerung den Leitungsplan einer planaren Verdrahtungslage vorgibt und automatisch abfährt. Neben der Möglichkeit der feinen Strukturierung der leitenden Bereiche in der Kon taktierungsfolie 20 hat das Laserlicht einen weiteren Vorteil. Mit dem Laserstrahl können auch dreidimensionale Oberflächen eines Trägers 10 abgetastet werden, so dass Leiterbahnen der Oberfläche des Trägers 10 folgend generierbar sind. Es ist ebenfalls bevorzugt, als Bestrahlung 50 Mikrowellen einzusetzen, die in der Kontaktierungsfolie 20 die elektrisch leitfähigen Bereiche erzeugt.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Durch die elektromagnetische Bestrahlung 50 der Kontaktierungsfolie 20 schrumpft die Basisfolie 30 in dem bestrahlten Bereich 60 (Schritt D). Auf diese Weise wird das Volumen der Basisfolie 30, in dem sich benachbarte elektrisch leitfähige Partikel 40 befinden, derart verkleinert, dass sich die elektrisch leitfähigen Partikel 40 berühren. Dadurch werden lokal begrenzte elektrisch leitfähige Bereiche 60 genau dort erzeugt, wo die Basisfolie 30 durch gezielte Bestrahlung 50 geschrumpft worden ist. Bevorzugt findet diese gezielte Schrumpfung oder Kontraktion nur in Dickenrichtung, also senkrecht zur Trägeroberfläche, der Kontaktierungsfolie 20 und nicht in Planar-Richtung der Kontaktierungsfolie 20 statt. Es wird somit die so genannte Constraint-Densification vermieden. Durch die Kontraktion der Kontaktierungsfolie 20 findet analog zu dem bekannten anisotrop leitenden Folien eine Perkolation der elektrisch leitfähigen Partikel 40 statt, was eine Volumenleitfähigkeit der bestrahlten Kontaktierungsfolie 20 zur Folge hat.
Dadurch, dass beispielsweise der Laser nur die Wege geplanter Leiterbahnen abfährt, entstehen die elektrisch leitenden Bereiche innerhalb der Kontaktierungsfolie 20 nur entlang dieser geplanten Leiterbahnen. Dies liefert eine fein strukturierte planare Verdrahtungslage innerhalb einer nicht leitenden Matrix in Form der Basisfolie 30.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform bestehen die elektrisch leitfähigen Partikel 40 zumindest teilweise aus metallisiertem Kunststoff. Der metallisierte Kunststoff ist vorzugsweise durch die elektromagnetische Bestrahlung 50 aufschäumbar. Wird somit ein Bereich der Kontaktierungsfolie 20 mit elektromagnetischer Strahlung 50 bestrahlt (Schritt B), dehnt sich das Volumen der elektrisch leitfähigen Partikel 40 innerhalb der Basisfolie 30 aus (Schritt C). Es entstehen die am Bezugszeichen 45 dargestellten ausgedehnten elektrisch leitfähigen Partikel. Benachbarte ausgedehnte elektrisch leitfähige Partikel 45 berühren einander und erzeugen eine elektrische niederohmige Leitfähigkeit in allen Raumrichtungen innerhalb der Kontaktierungsfolie 20. Dadurch wird wiederum eine lokal beschränkte isotrope Leitfähigkeit innerhalb der Kontaktierungsfolie 20 generiert, um beispielsweise elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Punkten herzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das durch die ausgedehnten elektrisch leitfähigen Partikel 45 verdrängte nicht leitende Material der Basisfolie 30 entweder gleichzeitig mit der Bestrahlung 50 abgetragen (Schritt E) oder komprimiert, so dass keine Volumenvergrößerung der Kontaktierungsfolie 20 durch die Bestrahlung 50 entsteht.
Die oben beschriebenen Verfahrensschritte sind zusammenfassend im Flussdiagramm der 4 dargestellt. Es ist ebenfalls denkbar, die beiden oben beschriebenen Alternativen des Schrumpfens der Basisfolie 30 (Schritt D) und des Ausdehnens der elektrisch leitfähigen Partikel 40 (Schritt C) in Kombination miteinander einzusetzen.
Man sollte ebenfalls beachten, dass durch die Wahl von geeigneten Metallen zum Herstellen der elektrisch leitfähigen Partikel 40 die Oberfläche der durch die Bestrahlung 50 erzeugten elektrisch leitfähigen Bereiche auch lötfähig gemacht werden können. Dies erleichtert das elektrische Kontaktieren der innerhalb der Kontaktierungsfolie 20 erzeugten planaren Verdrahtungslage. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist es bevorzugt, mehrere Kontaktierungsfolien 20 übereinander anzuordnen, um darin gewünschte planare Verdrahtungslagen bzw. elektrisch leitfähige Bereiche zu erzeugen.
Mit Hilfe des in 4 schematisch zusammengefassten Verfahrens ist es somit möglich, schnell und flexibel planare Verdrahtungslagen zur Herstellung von Schaltungsträgern mit hoher lokaler Auflösung zu erzeugen. Zudem erfordert das oben beschriebene Verfahren nur eine begrenzte Zahl an Prozessschritten und kurze Prozesszeiten, so dass Kosten und Zeitaufwand begrenzt sind.

Claims

Kontaktierungsfolie (20) zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei Punkten eines Trägers (10), die die folgenden Merkmale aufweist: a. eine elektrisch nicht leitende und auf den Träger (10) aufbringbare Basisfolie (30), die b. eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Partikel (40) umfasst, so dass c. mit Hilfe elektromagnetischer Bestrahlung (50) der Basisfolie (30) die elektrisch leitfähigen Partikel (40) in Kontakt miteinander bringbar und definierte lokal beschränkte, elektrisch leitfähige Bereiche in der Kontaktierungsfolie (20) generierbar sind.
Kontaktierungsfolie (20) gemäß Anspruch 1, deren Basisfolie (30) durch die elektromagnetische Bestrahlung (50) schrumpfbar ist, wodurch die elektrisch leitfähigen Partikel (40) miteinander in Kontakt gebracht werden.
Kontaktierungsfolie (20) gemäß Anspruch 1, deren elektrisch leitfähige Partikel (40) durch die elektromagnetische Bestrahlung (50) ausdehnbar, insbesondere aufschäumbar, sind, wodurch sich die elektrisch leitfähigen Partikel innerhalb der Basisfolie (30) miteinander in Kontakt treten.
Kontaktierungsfolie (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Basisfolie (30) aus einem Epoxid-Material besteht.
Kontaktierungsfolie (20) gemäß Anspruch 1 oder 2, deren elektrisch leitfähige Partikel (40) aus Metall und/oder metallisiertem Kunststoff bestehen.
Kontaktierungsfolie (20) gemäß Anspruch 3, deren elektrisch leitfähige Partikel (40) zumindest teilweise aus metallisiertem Kunststoff bestehen, der durch elektro magnetische Bestrahlung (50) und/oder Wärme aufschäumbar ist.
Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei Punkten auf einem Träger (10), das die folgenden Schritte aufweist: a. Aufbringen (A) einer elektrisch nicht leitenden Basisfolie (30) mit einer Vielzahl elektrisch leitfähigen Partikel (40) auf dem Träger (10) und b. Bestrahlen (B) eines Bereichs der Basisfolie (30) mit der Vielzahl von elektrisch leitfähigen Partikeln (40) zwischen den zwei Punkten mit elektromagnetischer Strahlung (50), wodurch die Basisfolie (30) mit der Vielzahl von elektrisch leitfähigen Partikeln (40) in dem bestrahlten Bereich elektrisch leitfähig wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, das des Weiteren aufweist: Ausdehnen (C), insbesondere Aufschäumen, der zumindest teilweise aus metallisiertem Kunststoff bestehenden elektrisch leitfähigen Partikel (40) durch das Bestrahlen (B).
Verfahren gemäß Anspruch 7, das des Weiteren aufweist: Schrumpfen (D) der Basisfolie (30) durch das Bestrahlen (B), deren elektrisch leitfähige Partikel (40) aus Metall und/oder metallisiertem Kunststoff bestehen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, das des Weiteren aufweist: Abfahren (B) des Bereichs zwischen den zwei Punkten mit Hilfe eines Laserstrahls.
Verfahren gemäß Anspruch 10 in Verbindung mit Anspruch 8, das des Weiteren aufweist: Teilweises Abtragen (E) der Basisfolie (30) innerhalb des elektrisch leitfähigen Bereichs zwischen den zwei Punkten, um eine Volumenausdehnung im elektrisch leitfähigen Bereich auszugleichen.