DE1271235B - Verfahren zur Herstellung von leitenden Verbindungen zwischen den leitenden Schichten einer elektrischen Schaltungsplatte - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES mriWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIb

Deutsche Kl.: 21c-2/34

P 12 71 235.5-34
9. Dezember 1964
27. Juni 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von leitenden Verbindungen zwischen den leitenden Schichten einer elektrischen Schaltungsplatte durch Überziehen von in der Platte herzustellenden Löchern mit leitendem Material.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung derartiger Verbindungen in elektrischen Schaltungsplatten besteht darin, Stifte oder andere Elemente aus leitendem Material in die aus Isolierstoff bestehende Schaltungsplatte einzusetzen. Auch ist es bekannt, vorhandene Bohrungen oder Ausschnitte in der isolierenden Schicht der Schaltungsplatte mit leitendem Material zu überziehen. Da für eine derartige Beschichtung der Ausschnitte auch in der Massenfertigung wirtschaftliche Verfahren zur Verfügung stehen, hat sich diese Art der Herstellung von Verbindungen in Schaltungsplatten weitgehend durchgesetzt.

Bei dem genannten, in der deutschen Auslegeschrift 1 142 926 beschriebenen Verfahren ist es aber notwendig, die Schaltungsplatte vorher mit entsprechenden Löchern bzw. Ausschnitten zu versehen, z. B. durch Bohren oder Stanzen. Ist die Platte so vorbereitet und hat sie bereits eine oder mehrere leitende Schichten auf ihren Oberflächen, so entsteht durch das Beschichten der Lochwände mit leitendem Material, beispielsweise mit Kupfer, eine durchgehende elektrische Verbindung von einer Plattenseite zur anderen.

Das Verfahren, die vorbereiteten Ausschnitte mit einem leitenden Überzug zu versehen, ist aber bei bestimmten Anforderungen unbefriedigend, insbesondere, wenn sowohl die Isolierstoffplatte als auch die leitenden Schichten sehr dünn sind, wie es bei den sogenannten Dünnfilmspeicherelementen der Fall ist. Bei der Verbindung von auf einer isolierenden Platte von etwa 0,02 mm Dicke befindlichen leitenden Schichten von in etwa der gleichen Größenordnung liegenden Dicke ist nämlich eine zuverlässige elektrische Verbindung insbesondere deshalb problematisch, weil als Anschlußfläche lediglich die Lochkante der dünnen leitenden Schicht zur Verfügung steht. Solche Schaltungsplatten sind außerdem häufig lamellenartig, d. h. mehrschichtig ausgeführt, wobei innerhalb mehrerer isolierender Platten mehrere leitende Schichten angeordnet sind, und es bereitet erhebliche Schwierigkeiten, auf die bekannte Art, also mittels durchgehend beschichteter Löcher, zu den inneren leitenden Schichten einen einwandfreien Kontakt herzustellen. Der Grund dafür ist einmal darin zu sehen, daß deren freigelegte Kanten zu wenig Verbindungsfläche aufweisen, und andererseits

Verfahren zur Herstellung

von leitenden Verbindungen zwischen den

leitenden Schichten

einer elektrischen Schaltungsplatte

Anmelder:

International Business Machines Corporation,

Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Willich, Patentanwalt,

7030 Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:
Kevin Joseph Roche, Poughkeepsie, N. Y.;
Paul Harry Palmateer, Wappingers Falls, N. Y.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Dezember 1963
(332709)

darin, daß beim Bohren der Löcher sehr häufig Partikelchen des Isoliermaterials auf Teile der freigelegten leitenden Schicht gelangen; das hat eine weitere Verringerung der verfügbaren Verbindungsfläche zur Folge.
Dem Verfahren gemäß der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung mit vergrößerten Verbindungsflächen zu schaffen, die wirtschaftlich herstellbar und insbesondere auch bei Schaltungsplatten mit sehr dünnen Schichten anwendbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß in aufeinanderfolgenden, bei leitenden Schichten an sich bekannten Ätzvorgängen jeweils die leitende^) Schicht(en) mittels eines nur diese entfernenden Ätzmittels und die isolierende(n) Schicht(en) mittels eines die leitende(n) Schicht(en) im wesentlichen nicht angreifenden Ätzmittels bis zur nächsten leitenden Schicht entfernt werden und daß anschließend sowohl die restliche leitende Fläche als auch die erzeugten Wände in der (den) isolierenden Schicht(en) mit leitendem Material überzogen werden.

Durch die österreichische Patentschrift 223 684 ist es zwar bekannt, bestimmte Bereiche einer Basisplatte in einem vorgegebenen Muster entsprechenden

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Gebieten durch Ätzen zu entfernen, jedoch dient hier die Bearbeitung der Platte durch Ätzen der Herstellung von Ausschnitten bzw. Nuten mit begrenzter Tiefe, in die anschließend, in einem weiteren Verfahrensschritt, leitende Schichten eingebracht werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen werden die Löcher bzw. Ausschnitte nach einem vorgegebenen Muster bis zur Oberfläche der an der Unterseite der Isolierschicht befindlichen leitenden Schicht geätzt, und durch das anschließende Beschichten des entstandenen Ausschnittes ist eine sehr gute elektrische Verbindung zwischen der freigelegten Leiterschicht und der gegebenenfalls auf der Oberfläche der Isolierschicht befindlichen leitenden Schicht erzielbar. Die Anwendung dieses Verfahrens ist insbesondere auch dort vorteilhaft, wo Schaltungsplatten besonders großer Hache mit Verbindungen für die auf entgegengesetzten Seiten der Isolierplatte befindlichen leitenden Schichten versehen werden sollen.

Nach einer besonders vorteilhaften Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zur Herstellung unterschiedlich tiefer Bereiche die Ätzung der isolierenden Schicht(en) stufenweise in einer der Tiefe der einzelnen Bereiche proportionalen Anzahl von Ätzvorgängen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt Fig. 1, 2, 2a, 3, 4 und 5a verschiedene Querschnitte bzw. Draufsichten zur Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte bei der Bearbeitung einer elektrischen Schaltungsplatte und

F i g. 6 und 6 a eine Schnittansicht und eine Draufsicht einer mehrfach beschichteten Schaltungsplatte zur Darstellung der Anwendung des Verfahrens an einer solchen Plattenausführung.
. Auf die in Fig. 1 gezeigte nichtleitende Trägerplatte 10 sind beiderseits leitende Schichten 12 bzw. 14 aufgebracht. Die Schichten 12 und 14 sind etwa 0,02 mm und die Trägerplatte 10 etwa 0,025 mm dick.

Zwischen den Schichten 12 und 14 soll nun eine leitende Verbindung durch die Trägerplatte 10 hindurch hergestellt werden.

Gemäß den Fig. 2 und 2a wird zunächst in die Schicht 12 ein Ausschnitt 16 geätzt, so daß eine entsprechende Fläche der Trägerplatte 10 freiliegt. Diese Fläche kann unterschiedlich geformt sein, nämlich rund, quadratisch oder — wie dargestellt — rechteckig. Der Ätzvorgang wird durch eines der bekannten Verfahren ausgeführt, beispielsweise mittels Belichtung einer durch eine transparente Schablone abgedeckten lichtbeständigen Schicht, deren unbelichtete Flächen dann entfernt und geätzt werden, bei Kupfer z. B. mit Eisenchlorid. Ist die Schicht 12 an der vorgesehenen Stelle vollständig entfernt, so wird die Platte gewaschen.

Im nächsten Arbeitsgang, der in Fig. 3 dargestellt ist, wird die freigelegte Fläche der Trägerplatte 10 einem weiteren Ätzmittel ausgesetzt, wodurch der Bereich unterhalb des Ausschnittes 16 entfernt und ein Loch 18 gebildet wird. Besteht die Platte 10 beispielsweise aus Polyäthylen-Terephthalat, so ist als Ätzmittel eine auf 60 bis 70° C erhitzte Schwefelsäure geeignet, mit einer Konzentration von 80 bis 98%, die aber auch für Phenolen, Epoxydpapiere und andere Epoxydmaterialien geeignet ist, die als Trägermaterial für gedruckte Schaltungen gebräuchlich sind. Bei Epoxydglas müssen dann die Glasfasern anschließend noch mit einer Lösung von heißem konzentriertem Natriumhydroxyd oder Fluorwasserstoffsäure entfernt werden. Diese Ätzmittel dürfen aber keine oder nur ganz geringfügige Wirkungen auf die leitenden Schichten 12 und 14 haben, so daß sie im wesentlichen unbeeinflußt bleiben. Die vorher verdeckte Fläche 20 der leitenden Schicht 14 ist nun freigelegt.

Nun wird die ganze Platte mit Wasser gespült und anschließend in eine neutralisierende Lauge getaucht, sofern die Spülung nicht mit einem Wasserstrahl hoher Geschwindigkeit ausgeführt wurde.

Anschließend wird die geätzte Schalttafel gemäß F i g. 3 einem Galvanisierungsprozeß ausgesetzt, um, wie in F i g. 4 gezeigt, auf der ganzen Oberfläche der Platte, also einschließlich des Loches 18, eine leitende Metallschicht 22 abzusetzten. Hierfür kann nach einem bekannten Verfahren zur Vorbereitung der zu beschichtenden Flächen zuerst eine Schicht aus Palladiumchlorid auf der ganzen Fläche nichtgalvanisch abgelagert werden. Dann wird über dem Palladiumchlorid eine dickere Kupferschicht galvanisch abgeschieden. Wenn erwünscht, kann über dem Kupfer noch eine Schicht aus Silber oder Nickel galvanisch aufgebracht werden. Nun sind, wie in den Fig. 5 und 5a dargestellt, die durchgehenden Verbindungen fertiggestellt, und die übrigen Schaltungsteile können aufgebracht werden.

Bei mehrschichtig lameliierten Schaltungsplatten 30, wie in F i g. 6 und 6 a dargestellt, befinden sich auf den leitenden Schichten 38 und 40 isolierende Schichten 32, 34 und 36, und zwar so, daß je eine isolierende Schicht außen ist. Um zu den leitenden Schichten 38 bzw. 40 zu gelangen, zum Zweck ihrer Verbindung untereinander oder mit äußeren Leitern bzw. einer anderen leitenden Schicht der Schaltungsplatte 30, werden Bereiche 42 und 44 ausgeätzt. Sollen die leitenden Schichten 38 und 40 miteinander verbunden werden, so führt man aufeinanderfolgend die vorher beschriebenen Verfahrensschritte durch. Dabei muß jedoch darauf geachtet werden, daß beim Ätzen der isolierenden Schichten Hinterschneidungen vermieden werden, d. h., daß das Ätzmittel nicht nur senkrecht zur Schichtebene, sondern auch seitlich wirkt, indem die unterhalb der abgedeckten Bereiche liegenden Schichtteile angegriffen werden. Um dies zu verhindern, kann das Ätzen der Isolierschichten in einzelnen Schritten ausgeführt werden, wobei mit dem Ätzen des tiefsten Lochbereiches, z. B. 44, begonnen wird. Sobald dieses durch eine einzelne Schicht geätzt ist, wird die Platte gespült und das Ätzmittel neutralisiert. Dann folgt ein weiterer Ätzvorgang, und zwar sowohl in dem bereits geätzten Bereich als auch im nächsten Lochbereich, z. B. 42, der während des ersten Ätzschrittes abgedeckt war. Dieses schrittweise Ätzen wird fortgesetzt, bis alle Löcher auf die erforderliche Tiefe geätzt sind.

Bei diesem Verfahren werden mögliche Hinterschneidungen auf ein Mindestmaß reduziert, weil jede Schicht unabhängig von der anderen geätzt wird. Natürlich können, wenn die Schichten sehr dünn sind, jeweils zwei oder mehr Schichten in einem Arbeitsgang ohne Gefahr der Hinterschneidung geätzt werden.

Sobald alle erforderlichen Löcher vollständig geätzt wurden, wird die leitende Schicht 46 aufgebracht, um die gewünschten Schichtzwischenverbindungen, wie

vorher beschrieben, herzustellen (vgl. F i g. 6 a). Die Herstellung der Leitungsverbindungen kann selbstverständlich auch auf andere bekannte Arten erfolgen als mit dem beschriebenen nichtgalvanischen und galvanischen Abscheiden. Beispielsweise kann man Lötmittelpunkte in die geätzten Löcher einlegen und durch anschließende Erwärmung der ganzen Platte zum Fließen und Binden bringen. Oder es werden bei der Herstellung der geschichteten Platte die inneren und äußeren Leitungsanschlußbereiche mit Bleizinn plattiert. Nach dem Ätzvorgang wird dann die ganze Schaltungsplatte erhitzt, um die Lötzinnbeschichtung zu schmelzen und die gewünschten Verbindungen herzustellen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von leitenden Verbindungen zwischen den leitenden Schichten einer elektrischen Schaltungsplatte durch Überziehen ao von in der Platte herzustellenden Löchern mit leitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß in aufeinanderfolgenden, bei leitenden Schichten an sich bekannten Ätzvorgängen jeweils die leitende(n) Schicht(en) mittels eines nur diese entferndenden Ätzmittels und die isolierende(n) Schicht(en) mittels eines die leitende(n) Schicht(en) im wesentlichen nicht angreifenden Ätzmittels bis zur nächsten leitenden Schicht entfernt werden und daß anschließend sowohl die restliche leitende Fläche als auch die erzeugten Wände in der (den) isolierenden Schicht(en) mit leitendem Material überzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung unterschiedlich tiefer Bereiche die Ätzung der isolierenden Schicht(en) stufenweise in einer der Tiefe der einzelnen Bereiche proportionalen Anzahl von Ätzvorgängen erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1142 926;
österreichische Patentschrift Nr. 223 684;
französische Patentschrift Nr. 1 276 972.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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