DE1109226B

DE1109226B - Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen und/oder gedruckter Schaltungselemente

Info

Publication number: DE1109226B
Application number: DES61020A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Erich Assmann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1958-12-17
Filing date: 1958-12-17
Publication date: 1961-06-22

Description

Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen und/oder gedruckter Schaltungselemente Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen und/oder gedruckter Schaltungselemente aus einer mit einem Metallüberzug versehenen Isolierstoffunterlage, die mit einer lichtempfindlichen Schicht versehen ist, auf die das Bild der gewünschten Schaltung oder der Schaltungselemente kopiert wird und nach einem Ätzverfahren die nicht benötigten Teile der Metalloberfläche entfernt werden.
Dieses sogenannte Fotoätzverfahren wird vorzugsweise dann angewendet, wenn es darauf ankommt, die Abbildung der Schaltung mit einer Reproduktionsgenauigkeit zu erhalten, die bei Anwendung von Siebdruckschablonen nicht mehr gewährleistet ist.
Diese hohen Anforderungen an die Reproduktion des Schaltbildes werden unter anderem dann gestellt, wenn es darauf ankommt, eine Vielzahl von flächenhaften Leitungsführungen auf engstem Raum anzubringen.
Dies gilt beispielsweise für die Verschaltung von Matrixplatten - die Leitungen sind dabei auf Ober-und Unterseite der Matrixplatte und durch das Innere der in diese Platten eingebetteten sehr kleinen ringförmigen Speicherelemente zu führen - und für die Herstellung der Kontaktflächen von sogenannten Programmschaltern - die exakte Kontaktgebung ist durch die Präzision der Leitungsführung und deren Konturenschärfe bedingt.
Außerdem erfordert die Herstellung von flächenhaften Widerständen und Potentiometern z. B. aus CrNi-Folie dann ebenfalls diese hohe Abbildungsgenauigkeit, wenn vorgegebene Widerstandswerte innerhalb geringer Toleranzen erhalten werden sollen, da diese Widerstandswerte von der Leitungsbreite abhängig sind.
Für die Durchführung des Fotoätzverfahrens werden von der gewünschten Schaltung oder den Schaltungselementen zunächst Fotonegative oder sonstige Abdeckmasken hergestellt. Vorteilhaft werden die Abmessungen der Fotonegative oder Abdeckmasken gleich denen des gewünschten Positivs gemacht. Die Übertragung des Schaltungsbildes auf die mit lichtempfindlicher Schicht versehenen metallüberzogenen Isolierstoffplatten geschieht dann durch ein Direktkopierverfahren. Dabei liegt das vorhandene Negativ der Schaltung unmittelbar auf der Trägerplatte auf.
Die Güte des erhaltenen Positivs wird neben den durch die fotochemischen Eigenschaften der verwendeten lichtempfindlichen Schicht gegebenen Faktoren durch die erreichte Konturenschärfe bestimmt.
Die bei gedruckten Schaltungen auftretenden Dimensionen liegen weit außerhalb des für das Auflösungsvermögen der lichtempfindlichen Schicht kritischen Bereichs. Daher ist eine Verbesserung der Konturenschärfe nur durch Änderung physikalischer Eigenschaften des Belichtungsvorgangs möglich.
Erfahrungsgemäß entstehen unscharfe Abbildungen durch sogenannte Unterstrahlung des Negativs. Diese Unterstrahlung tritt immer dann auf, wenn Licht an Stellen der lichtempfindlichen Schicht auftreffen kann, die durch das Negativ oder die Abdeckmaske gegen direkte Lichteinstrahlung abgedeckt sind. Die Ursachen dieser Unterstrahlung liegen 1. in der Verwendung von Belichtungsquellen mit divergierendem Licht, 2. in Beugungs- und Streuerscheinungen an den Flächen- und Strichbegrenzungen des Negativs, 3. in dem Auftreten gerichteter und diffuser Reflexion des eingestrahlten Lichts an der Metalloberfläche des Trägermaterials.
Stellen der Metalloberfläche des Trägers, die von direkter Lichtstrahlung getroffen werden, reflektieren diese Strahlen entsprechend der Beschaffenheit der Metalloberfläche sowohl gerichtet nach dem Reflexionsgesetz als auch diffus nach allen Seiten. Alle reflektierten Strahlen, die unter einem Winkel, der größer als der Totalreflexionswinkel ist, auf die Unterseite des angepreßten Negativs auftreffen, werden wie in einer planparallelen Platte so lange zwischen Metalloberfläche und Negativ hin und her reflektiert, bis vollständige Absorption der Strahlen eingetreten ist.
Nach jeder Reflexion durchlaufen diese Strahlen die lichtempfindliche Schicht und führen bei ausreichender Intensität zu einer fotochemischen Umsetzung in dieser Schicht, und zwar an Stellen, die direkter Lichteinwirkung nicht -zugänglich sind. Die Folge davon sind unscharfe verwaschene Konturen des Bildes.
Bisher wurde nur versucht, die unter 1 und 2 genannten Ursachen der Unterstrahlung zu beheben. Es wurde durch Anwendung von nahezu punktförmigen Lichtquellen zusammen mit geeigneten Kondensoranordnungen eine Belichtung mit parallelem Licht angenähert.
Durch gleichmäßiges Anpressen des Negativs auf die Trägerplatte mittels eines evakuierbaren Belichtungsrahmens wurden die Auswirkungen der Beugungs- und Streuerscheinungen amNegativ vermindert.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Wirkung des unter 3 genannten unerwünschten reflektierten Streulichts herabzusetzen.
Dies wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch erreicht, daß zwischen die Metalloberfläche und die lichtempfindliche Schicht eine an sich bekannte reflexionsvermindernde Schicht gebracht wird, die gemäß der Erfindung ätzfähig ist.
Die Wirkungsweise dieser Schicht besteht darin, die Intensität des an der Metalloberfläche reflektierten Lichts zu schwächen und dadurch fotochemisch weitgehend unwirksam zu machen.
Die Verbesserung der Konturenschärfe durch Anwendung reflexionsvermindernder Schichten ist in der fotografischen Technik seit langem bekannt. Es sei nur auf die allgemein verwendeten und jedem Fotoamateur bekannten Lichthofschutzschichten in Filmmaterial hingewiesen.
Diese aus der fotografischen Technik bekannte Maßnahme zur Verbesserung der Konturenschärfe wird auf die Herstellung gedruckter Schaltungen übertragen, und es wird eine Möglichkeit geschaffen, auf den Schaltungsplatten geeignete reflexionsvermindernde Schichten anzubringen.
Das dabei speziell zu lösende technische Problem entsteht durch die bei dem Fotoätzverfahren vorgeschriebenen Arbeitsgänge.
Es galt solche reflexionsvermindernden Schichten zu entwickeln, die während des Belichtungsvorgangs die Reflexion des eingestrahlten Lichts an der Metalloberfläche des Trägermaterials vermindern, aber die auf den Entwicklungsvorgang folgende Ätzung der Platte nicht beeinträchtigen.
Diese Forderung bedingt, daß diese Schichten auf der Metalloberfläche wischfest sind, wozu sie z. B. durch chemische Umsetzungen der in der Metalloberfläche liegenden Metallatome gebildet werden können, daß sie für die Zeitdauer der Belichtung wirksam sind, daß sie aber zumindest nach der Entwicklung der lichtempfindlichen Schicht an den unbelichteten Stellen der Trägerplatte von dem zur Entfernung der sich an diesen Stellen befindlichen Metallschicht angewendeten Ätzmittel vollständig gelöst werden.
Eine weitere Forderung besteht darin, daß nach Beendigung des Ätzvorgangs die zunächst noch abgedeckte Metallschicht z. B. durch elektrolytische Verstärkung weiterbehandelt werden kann. Auch dazu müssen sich die auf der Metallschicht befindlichen Abdeckschichten entfernen lassen.
Es ist ferner bekannt, bei einem Verfahren zur Herstellung von Reliefdruckformen zur Erzielung scharfer und klarer Reliefbilder, wie sie für einen guten Druck erforderlich sind, aus der fotografischen Technik bekannte Schichten zu verwenden, die eine Reflexionsverminderung bewirken sollen.
Die zur Erreichung dieses Ziels gewählten Maßnahmen müssen den erforderlichen Eigenschaften zweckmäßiger Reliefdruckplatten gerecht werden. So ist es notwendig, die reflexionsvermindernden Stoffe in verankernden Zwischenschichten einzubringen, die an dem Trägermaterial festhaften, jedoch nicht mit den das Reliefbild erzeugenden fotopolymerisierenden Schichten reagieren. Diese Schichten sind gegen Lösungsmittehnischungen, wie sie erfindungsgemäß zur Entfernung. der nicht belichteten Anteile der fotopolymerisierbaren, unter einem Negativ belichteten Schicht angewendet werden, resistent. Es wird höchstens ein Quellen dieser Grund- bzw. Zwischenschicht erreicht, so daß es mechanischer Einwirkung bedarf, die harzige Grundschicht an den nicht durch das Bild geschützten Stellen zu entfernen. Allgemein sollen aber gerade diese Schichten nicht entfernt werden - im Gegensatz zur Erfindung, wo sie entfernt werden müssen.
In einer Ausbildung der Erfindung werden Substanzen in zusammenhängender Schicht auf die Metalloberfläche aufgebracht, deren Reflexionskoeffizient klein gegenüber demjenigen der Metalloberfläche ist (größenordnungsmäßig etwa < 10 %). Damit wird die Intensität des reflektierten Lichts so weit geschwächt, daß sie zu einer fotochemischen Umsetzung in der lichtempfindlichen Schicht, die sich über der erfindungsgemäßen Schicht befindet, an den nur vom reflektierten Licht getroffenen Stellen nicht mehr ausreicht.
Diese reflexionsvermindernde Substanz kann entweder in einer Flüssigkeit gelöst oder dispergiert vorliegen und durch Eintauchen der metallüberzogenen Platte in die Flüssigkeit oder durch Aufstreichen oder Aufsprühen der Flüssigkeit auf die Metalloberfläche aufgebracht werden. Anschließend wird die Trägerflüssigkeit verdampft. Entsprechend kann eine reflexionsvermindernde Schicht hergestellt werden, indem geeignete chemische Substanzen in einem Gasstrom dispergiert oder durch Aufdampfen im Vacuum auf die Metalloberfläche aufgebiacht werden.
In einer anderen Ausbildung der Erfindung wird die reflexionsvermindernde Schicht durch chemische Umsetzungen der die Oberfläche des Metallüberzugs bildenden Metallatome gebildet. Dies kann durch Reaktionen mit gasförmigen z. B. H. S-Gas oder mit flüssigen Substanzen z. B. Schwefel-Leber K, S erreicht werden.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung hat die aufgebrachte reflexionsvermindernde Schicht die Eigenschaft, die an ihrer Oberfläche und an der Oberfläche des Metallüberzugs der Trägerplatte auftreffenden Lichtstrahlen so zu reflektieren, daß sie sich durch Interferenz auslöschen. Dazu ist es erforderlich, Brechungsindex und Schichtdicke dieser Substanz entsprechend der Wellenlänge des zur Belichtung gewählten Lichts zu bestimmen.
Alle beschriebenen reflexionsvermindernden Schichten müssen außerdem noch ätzfähig sein. Sie dürfen die sich an den Belichtungs- und Entwicklungsvorgang anschließende Ätzung der Platte nicht beeinträchtigen.
Ausführungsbeispiel Eine mit einer Vielzahl ringförmiger Speicherelemente versehene Matrixplatte soll durch flächenhafte Leitungsführung verschaltet werden.
Ober- und Unterseite der Platte sowie die zylindrischen Durchführungen der in diese Platte eingebetteten ringförmigen Speicherelemente werden mit einem Metallüberzug, vorzugsweise einer Kupferbelegung, die mit Silber veredelt sein kann, versehen. Diese metallisierte Trägerplatte wird zur Herstellung der reflexionsvermindernden Schicht 20 bis 30 sec bei Zimmertemperatur in eine Lösung von 10 g K2 S (Schwefel-Leber) in 11 H2 O unter Zugabe von etwa 20 bis 50 cm3 NH3 Lösung getaucht. Auf der ganzen Plattenoberfläche entsteht während dieser Zeit eine blauschwarze Oberfläche. Die Platte wird sodann so lange getrocknet, bis der gebildete Metallsulfidniederschlag wischfest geworden ist. Nachdem auf die Trägerplatte eine lichtempfindliche Schicht aufgebracht ist, wird sie in einem um eine waagerechte Mittelachse schwenkbaren, evakuierbaren Belichtungsrahmen eingespannt und unter zwei auf Vorder-bzw. Rückseite der Platte angepreßten Fotonegativen in parallelem aktinischem Licht nach einem vorgeschlagenen Verfahren belichtet.
Die durch die Speicherelemente führenden Leitungen werden dabei im gleichen Belichtungsvorgang während der Drehung des Belichtungsrahmens belichtet.
Nach dem Entwicklungsvorgang werden die unbelichteten Teile des Metallüberzugs durch Ätzung entfernt.
Das im Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahren zur Herstellung von Leitungsführungen von Ober- zur Unterseite der Matrixplatte entlang der zylindrischen Innenwand der ringförmigen Speicherelemente zeigt die Vorteile, die durch die Anwendung der erfindungsgemäßen reflexionsvermindernden Schicht erreicht werden.
Die Belichtung dieser Leitungsteile erfolgt nämlich während der Drehbewegung des Belichtungsrahmens durch schräg auf die zylindrische Innenwand der Speicherelemente auftreffende parallele Lichtstrahlen. Diese Lichtstrahlen werden ohne die erfindungsgemäße reflexionsvermindernde Schicht an der glatten metallüberzogenen Innenwand der Speicherelemente nach dem Reflexionsgesetz sowohl direkt als auch diffus reflektiert und auf die gegenüberliegende Wandfläche desselben Speicherelements auftreffen und von da erneut reflektiert werden. Bei jeder Reflexion durchlaufen dann die reflektierten Strahlen zwei lichtempfindliche Schichten, die bei den zu erwartenden hohen Intensitäten der reflektierten Lichtstrahlen, photochemische Umsetzungen an Stellen, die keiner direkten Lichteinwirkung ausgesetzt sind, erfahren.
Nach Aufbringen einer reflexionsvermindernden Schicht verringert sich aber die Reflexionsfähigkeit der Metalloberfläche so stark, daß die Intensität der reflektierten Strahlen zu einer unerwünschten Beeinflussung der lichtempfindlichen Schicht nicht mehr ausreicht. Das Aufbringen dieser reflexionsvermindernden Schicht in dem geschilderten Verfahren erfolgt unter geringem Zeit- und Kostenaufwand, so daß der erreichte Vorteil des anzuwendenden Verfahrens keine wirtschaftlich bedeutenden Nachteile mit sich bringt.
In der Figur ist im Schnitt eine für das Direktkopierverfahren vorbereitete Trägerplatte mit einem Negativ des Schaltungsbildes dargestellt.
Die Isolierstoffunterlage 1 ist mit einem Metallüberzug 2 versehen. Auf diesem befindet sich die reflexionsvermindernde Schicht 3 und darüber die lichtempfindliche Schicht 4. Die Belichtung erfolgt durch das Negativ 5 des Schaltungsbildes, das unmittelbar über der lichtempfindlichen Schicht 4 liegt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen und/oder gedruckter Schaltungselemente aus einer mit einem Metallüberzug versehenen Isolierstoffunterlage, die mit einer lichtempfindlichen Schicht versehen ist, auf die das Bild der gewünschten Schaltung oder der Schaltungselemente kopiert wird und nach einem Ätzverfahren die nicht benötigten Teile der Metalloberfläche entfernt werden, wobei zwischen Metalloberfläche und lichtempfindliche Schicht eine an sich bekannte reflexionsvermindernde Schicht gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese reflexionsvermindernde Schicht ätzfähig ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die reflexionsvermindernde Schicht eine reflexionsvermindernde Substanz verwendet wird, die in einer nachträglich zu verdampfenden Flüssigkeit gelöst oder dispergiert aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die reflexionsvermindernde Schicht eine reflexionsvermindernde Substanz verwendet wird, die in einem Gasstrom dispergiert aufgebracht ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht auf der Metalloberfläche durch Aufdampfen einer reflexionsvermindernden Substanz im Vakuum hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht durch chemische Umsetzungen der die Oberfläche des Metallüberzugs bildenden Metallatome entsteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die chemischen Umsetzungen der Metallatome mit einer gasförmigen chemischen Substanz, insbesondere mit einer H. ,S-Atmosphäre, erfolgen.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die chemischen Umsetzungen der Metallatome mit einer flüssigen chemischen Substanz, insbesondere mit einer Lösung von Schwefel-Leber (K2 S) erfolgen. B.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schichtdicke und Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht so gewählt werden, daß sich die an der Oberfläche der Schicht reflektierten Lichtstrahlen mit den an der Metalloberfläche reflektierten Lichtstrahlen durch Interferenz auslöschen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Metalloberfläche eine zusammenhängende reflexionsvermindernde Schicht aufgebracht wird, deren Reflexionskoeffizient klein gegenüber demjenigen der Metalloberfläche, vorzugsweise kleiner als 10% desjenigen der Metalloberfläche ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1031130.