DE1640589A1 - Verfahren zum stromlosen Herstellen von gedruckten Schaltungen - Google Patents
Verfahren zum stromlosen Herstellen von gedruckten SchaltungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stromlosen Herstellen von gedruckten
Schaltungen auf einer nichtleitenden Unterlage, deren Oberfläche in bekannter Weise aktiviert ist und bei dem eine nach dem Photo-Resist-Verfahren hergestellte
Maske das Schaltungsmuster darstellt.
Gedruckte Schaltungen sind bisher auf verschiedene Arten hergestellt worden.
Kupferfolien wurden mit einem geeigneten Klebstoff auf nichtleitenden Trägermaterialien
befestigt und das Kupfer dann wahlweise ausgeätzt, so daß ein leitendes Muster in Form der gewünschten Schaltung übrigblieb. Gedruckte Schal-
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tungen wurden auch mit Hilfe von nach dem Photo-Resist-Verfahren erstellten
Masken auf nichtleitenden Unterlagen aufgebracht. Bei diesen herkömmlichen Verfahren geht Metall verloren, wodurch die Herstellungskosten steigen. Zur
Verbesserung der bekannten Verfahren wurde nach Verfahren zum stromlosen Plattieren von gedruckten Schaltungen gesucht. Außer der Reduzierung des
Metallverlustes bringen die stromlosen Verfahren bei der Serienfertigung einen
geringeren Zeitaufwand und einen größeren Effektivnutzen mit sich als die
herkömmlichen Verfahren. Versuche zur stromlosen kommerziellen Herstellung gedruckter Schaltungen in der Mikroelektronik stießen jedoch auf Schwierigkeiten
wegen der engen Toleranzen, die durch die große Dichte von Verbindung sleitungen pro Flächeneinheit erforderlich sind. Bei einem versuchten Verfahren
wird eine Farbe aus metallisch rezeptiven Partikeln auf der Unterlage in dem gewünschten Schaltbild durch ein Schablonenverfahren wie z. B. Siebdruck
aufgetragen. Die gefärbte Unterlage wird dann stromlos mit einer Metallösung
behandelt.
Bei einem anderen bekannten Verfahren wird auf die nichtleitende Unterlage ein
Kupfer(l)-oxydüberzug aufgestäubt, anschließend werden Teile der Schaltkartenfläche
maskiert und das nichtmaskierte Kuper(l) -oxyd zu Kupfer reduziert.
Dieses Verfahren ist aber sowohl was die Stoffe als auch die Verfahrensschritte
angeht, von dem hier vorgeschlagenen Verfahren wesentlich verschieden, wie sich später zeigen wird.
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Eine gute Haftung zwischen diesen gedruckten Schaltungsbahnen und den Unterlagen
war jedoch immer ein Problem.
Das stromlose Plattieren bzw. Niederschlagen von Metallen auf nichtleitenden
Unterlagen erfordert katalytische KernbildungsZentren auf der Unterlage, die
meistens aus Edelmetallen wie Palladium, Gold oder Platin bestehen. Diese Kernbildungszentren bildet man gewöhnlich durch Auftragen einer angesäuerten
Lösung eines Edelmetallchlorids wie Palladiumdichlorid auf der nichtleitenden ä
Unterlage, die bereits mit einem Material sensibilisiert wurde, das leicht
oxydiert. Hierfür werden Zinnsalze wie Zinn(ll)-chlorid verwendet. Das Zinn(ll) chlorid
wird oxydiert und führt an den Kernbildungszentren das Palladiumdichlorid zu Palladium zurück. Eine Unterlage mit derartigen Kernbildungszentren
wird als aktivierte Unterlage bezeichnet.
Ein Problem, das die Entwicklung stromloser Herstellungsverfahren für gedruckte
Schaltungen immer behinderte, ist der Schutz dieser Kernbildungszentren beim Maskieren der aktivierten Unterlage mit einer Photo-Resist-Schicht.
Vor dem stromlosen Niederschlag des Metalles muß die aktivierte Unterlage mit einer Schicht maskiert werden, die die Bereiche freilassen muß, die nichtleitend
sein sollen. Die lichtempfindliche Schicht auf der Unterlage wird belichtet und in den Bereichen gehärtet, die in der Schaltung nichtleitend sein
sollen. Die nicht belichteten und nicht gehärteten Bereiche der lichtempfindlichen
Schicht müssen dann von den Stellen entfernt werden, die stromlos plat-
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tiert werden sollen. Die organischen Lösungsmittel zur Entfernung der ungehärteten
lichtempfindlichen Schicht wie z. B. Toluol oder Xylol zerstören leider die darunterliegenden Kernbildungszentren, wodurch der nachfolgende Niederschlag
von Metall im stromlosen Verfahren unmöglich gemacht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das sowohl
einen wirksamen Schutz der aktivierten Oberfläche bei der zur Erstellung ^ einer Schaltungsmaske nötigen Entfernung von Teilen des Photo-Resist-Über-
zuges mittels organischer Lösungsmittel bietet als auch eine besonders gute
Haftung des Metalls auf der Oberfläche gewährleistet.
Erfindungsgemäß ■wird das durch die folgenden Verfahrens schritte erreicht:
a) Stromloses Aufbringen eines dünnen Kupferfilms auf die aktivierte
Unterlage
b) Oxydieren des Kupferfilms zu einem Kupfer(ll)-oxydüberzug
c) Aufbringen einer Maske aus Photo-Resist-Material, die je nach Schaltungsmuster
Teile des Kupfer(ll) -oxydüb er zuges unbedeckt läßt
d) Abbauen der nichtmaskierten Bereiche des Kupfer(ll)-oxydüb er zuges
und damit Freilegen des Schaltungsmusters auf aktivierter Unterlage
e) Stromloses Aufbringen von Metall auf die freigelegten Bereiche der Unterlage
zur Bildung von Leitungsbahnen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das endgültige Aufbringen
von Metall, nachdem sich eine sehr dünne, transparente Schicht gebildet hat, durch einen Aufheizungsschritt unterbrochen wird, ehe bis zur
gewünschten Dicke weiteres Metall niedergeschlagen wird. Dadurch werden die für eine äußerst innige Haftung der Metallschicht auf der Unterlage schädlichen
flüchtigen Verunreinigungen ausgetrieben, was aber nicht in allen Fällen notwendig ist. Natürlich kann auch nach stromlosem Aufbringen einer dünnen
Metallschicht auf andere als auf stromlose Weise das übrige Metall aufgebracht werden.
Schließlich ist es für viele Zwecke vorteilhaft, z. B. beim Aufbau von Mehrschichtschaltkarten,
die aus gehärtetem Photo-Resist-Material bestehenden Maskenteile nicht zu entfernen, so daß Einzelschaltkarten mit glatter bzw.
erhabener Oberfläche entstehen, die sich besonders gut zum Aufeinander schichten
eignen.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung sollen aus der folgenden, näher ins
einzelne gehenden Beschreibung, den Figuren und den Patentansprüchen deutlich werden.
Fig. 1 zeigt die Reihenfolge der einzelnen Verfahrens schritte der erfindungsgemäßen
Ausführung.
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Die Figuren 2 bis 6 zeigen im Querschnitt den Strukturwandel eines gedruckten
Schaltungselementes während der einzelnen Arbeitsgänge des erfindungsgemässen
Verfahrens.
Im folgenden wird ein Beispiel für das erfindungsgemässe Verfahren näher
beschrieben.
Eine nichtleitende Unterlage aus Fiberglas, die mit einer Epoxydharz schicht
überzogen ist, wird durch Aufrauhen ihrer Oberfläche auf herkömmliche Art und Reinigung mit einer üblichen milden alkalischen Wasser lösung vorbereitet.
Die Unterlage wird dann abgespült und mit einer 10%igen Lösung von Schwefelsäure behandelt, wieder gespült und dann mit einer 50%igen HCI-Lösung behandelt.
Die Oberfläche der Unterlage wird dann auf die übliche Art aktiviert,
indem man sie mit einem Sensibilisator aus 30 Gramm Zinn(ll)-chlorid und
10 ml konzentriertem HCl pro Liter Wasser 10 Sekunden lang bei Raumtemperatur behandelt, dann in Wasser abspült und hinterher mit einem Aktivator von
0, 1 Gramm Palladiumdichlorid und 10 ml konzentriertem HCt pro Liter Wasser
ungefähr 15 bis 30 Sekunden bei Raumtemperatur behandelt. Die aktivierte
Oberfläche wird dann 5 Minuten lang bei Raumtemperatur in eine wässrige stromlose Kupferlösung der folgenden Zusammensetzung getaucht:
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5 Volumenteile einer wässrigen Lösung von
Rochellesalz (NaKC4H4O6H2O) 170 g/l
CuSO 5HO 35 g/l
NaOH 50 g/l
Na2CO3 30 g/l Natriumsalz der Äthylendiamintetraacetonsäure
5 ml/l.
gemischt mit:
1 VoIum.enteil einer 37%igen Lösung von Formaldehyd in Methanol.
Auf der Oberfläche der Unterlage ist jetzt eine transparente Kupferschicht zu
sehen, deren Dicke in der Größenordnung von 25m 11 liegt. Die sich ergebende
Struktur ist in Fig. 2 gezeigt. Der Kupferfilm 11 bedeckt die Oberfläche der
nichtleitenden Unterlage 10.
Dann wird der Kupferfilm zu Kupfer(ll)-oxyd oxydiert, indem man ihn mit einem
Oxydationsmittel wie "Ebonal-C" (eine wässrige Lösung von gleichen Gewichtsteilen
Natriumhydroxyd und Natriumchlorit von 454 Gramm auf 3, 78 Kubikdezimeter) bei 93 C für 30 bis 60 Sekunden behandelt, bis der Kupferfilm grade
schwarz wird. Fig. 3 zeigt die Kupfer(ll) -oxydschicht 12 auf der Unterlage
Die Struktur wird dann abgewaschen und für ungefähr 1 Stunde auf 121 C erwärmt.
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Als nächstes wird die Kupfer(ll) -oxydschicht mit einem dünnen gleichmäßigen
Film eines herkömmlichen Photo-Resist-Materials, das ein Dielektrikum und
ein guter elektrischer Isolator ist, überzogen. Photo-Resist-Überzüge sind
in der Technik bereits gut bekannt. Ein geeignetes Material dafür ist monomeres
Styrol, das als Photo sensibilisator Phenosafraninfarbstoff in der Größenordnung
von 0, 02% des Gewichts enthält. Ein weiteres Material ist Kodak Photo Resist. Dieses photoempfindliche Material wird auf herkömmliche Weise
aufgetragen und getrocknet, z. B. in 6 Stunden bei 82 C. Dann wird es über
ein Diapositiv belichtet, so daß die Bereiche dem Licht ausgesetzt werden und erhärten, die in der gedruckten Schaltung nichtleitend sein sollen. Die nicht
gehärteten Teile des Überzuges werden dann durch ein Lösungsmittel wie Xylol
oder Toluol entfernt. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 bleibt die gehärtete Schicht 13 nur in den Bereichen, die nichtleitend sein sollen. Das Kupfer(ll) oxyd
12 ist in den Bereichen 14 freigelegt, die das Muster für die Schaltung bilden.
Das freigelegte Kupfer(ll) -oxyd in den Bereichen 14 wird dann bei Raumtemperatur
mit einem sauren Lösungsmittel wie z. B. einer 20%igen Lösung von HCl
bei Raumtemperatur aufgelöst, um die Oberfläche der nichtleitenden Unterlage im Schaltungsmuster 14 gemäß der Darstellung in Fig. 5 freizulegen. Diese
Oberfläche enthält noch die geschützten Kernbildungszentren. Dann wird die Oberfläche der Unterlage ungefähr 5 Minuten lang bei Raumtemperatur in eine
stromlose Kupferlösung mit der obengenannten Zusammensetzung getaucht, bis
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eine durchsichtige Kupferschicht in den Bereichen 14 sichtbar ist. Nach einer
besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird jetzt die Schaltungsplatte
wieder aus der Lösung genommen und erwärmt, um alle flüchtigen Verunreinigungen,
die in der niedergeschlagenen Kupferschicht oder zwischen der Kupferschicht und der Unterlage eingeschlossen sind, zu vertreiben. Das erreicht
man durch einstündige Erwärmung auf ungefähr 121 C. Dann wird die ganze Struktur wieder in die stromlose Kupferlösung getaucht, bis der Kupfer niederschlag
15 auf dem Schaltungsmuster die gewünschte Dicke gemäß der
Darstellung in Fig. 6 erreicht hat. Nach der Erwärmung kann jedoch die Kupferablagerung 15 auch auf andere Weise bis zur gewünschten Dicke aufgebaut
werden. Es wurde festgestellt, daß der Erwärmungsschritt zur Entfernung
flüchtiger Verunreinigungen die Haftung des Kupferniederschlags auf der Unterlage
verbessert. Für viele Anwendungszwecke kann die Haftung jedoch auch ohne diese Erwärmung ausreichen. In diesen Fällen kann die Erwärmung wegfallen
und die Struktur ununterbrochen in die Kupferlösung getaucht bleiben, bis
die Ablagerung 15 die gewünschte Dicke erreicht hat. |
Während in dem oben beschriebenen Beispiel Kupfer niedergeschlagen wurde,
kann" jedes auf herkömmliche Art stromlos niedergeschlagene Metall wie Nickel,
Palladium, Kobalt, Gold, Silber, Zinn und Rhodium anstelle von Kupfer durch
Eintauchen der mit einer Resistschicht maskierten Unterlage in eine stromlose Plattierungslösung des entsprechenden Metalls niedergeschlagen werden.
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Die nichtleitende Unterlage kann aus jedem Standardmaterial bestehen, das
für Unterlagen bei gedruckten Schaltungen verwendet wird, z. B. Glas, Keramik, Vitrokeram oder Kunststoff, z.B. Mylar, Teflon, Acetate, Nylon, Lucit
(Polyalkylacrylat) und Epoxyd-Harz/Glas Laminate.
Wie bereits gesagt, kann das Photo-Resist-Material jedes herkömmliche Material
sein. Obwohl dieses nur vorübergehend aufgebracht wird und nach Niederschlag des Metalles im Schaltungsmuster entfernt wird, kann auch ein Widerstandsmaterial
verwendet werden, das in den nichtleitenden Bereichen permanent ist. Die im Beispiel beschriebenen Resistmaterialbereiche können auf Wunsch
permanent gemacht werden, wenn man sie bei Temperaturen trocknet, die eine Verbindung der Resistmaterialkomponenten ermöglichen. Anderes Material
zur Erstellung permanenter Resistbereiche sind Zusammensetzungen aus photo empfindlichen
Polyesterharzen. Eine Anwendung der permanenten Resistschichten
wären Isolationen und Lagerungen bei mehrschichtigen Schaltungskarten. In diesem Zusammenahng ist erwähnenswert, daß Kupfer(ll)-oxyd ein ausgezeichnetes
Material zur Bindung der permanenten Resistschicht an die Unterlage ist.
Zur Erzielung bester Ergebnisse ist in dem gezeigten Beispiel der zuerst auf
die Unterlage plattierte Kupferfilm so dünn, daß er durchsichtig ist. Ein Film von dieser Dicke stellt eine Oxydation des gesamten Kupfers im Film zu Kupfer(ll) ■
oxyd sicher. Ein so dünner Film ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, und
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das Verfahren arbeitet auch zufriedenstellend, wenn der erste Kupferfikn
dicker ist.
Das vorgezogene Verfahren zur Zersetzung und Entfernung des freigelegten
Kupfer(ll)-oxyds arbeitet mit einer Säure, die das Kupfer(ll)-oxyd auflöst,
ohne im wesentlichen die darunterliegenden Kernbildungszentren zu beeinflussen.
Geeignete Säuren enthalten 2 bis 50%ige Lösungen von HCl, 2 bis 50%ige
Lösungen von Schwefelsäure, 2 bis 50%ige Lösungen von Salpetersäure sowie ä
Zitronensäure und Essigsäure. Es ist zu beachten, daß alle in der Anmeldung
und den Ansprüchen angegebenen Verhältnisse sich auf das Gewicht beziehen, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Claims (8)
1. Verfahren zum stromlosen Herstellen von gedruckten Schaltungen auf einer
nichtleitenden Unterlage» deren Oberfläche in bekannter Weise aktiviert ist, und bei dem eine nach dem Photo-Resist-V erfahr en hergestellte Maske das
Schaltungsmuster darstellt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens schritte:
a) Stromloses Aufbringen eines dünnen Kupferfilms auf die aktivierte
Unterlage
b) Oxydieren des Kupferfilms zu einem Kupfer(ll)-oxydüberzug
c) Aufbringen einer Maske aus Photo-Resist-Material, die je nach
Schaltungsmuster Teile des Kupfer(ll)-oxydÜberzuges unbedeckt läßt
d) Abbauen der nichtmaskierten Bereiche des Kupfer(II)-oxydÜberzuges
und damit Freilegen des Schaltungsmusters auf aktivierter Unterlage
e) Stromloses Aufbringen von Metall auf die freigelegten Bereiche der
Unterlage zur Bildung von Leitungsbahnen.
2. Vex-fahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewährleistung
einer vollständigen Oxydation der im Verfahreneschritt a) aufgebrachte
Kupferfilm so dünn aufgetragen wird, daß er transparent ist.
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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromlose
Aufbringen von Metall nach Verfahrens schritt e) unterbrochen wird, wenn ein transparenter Metallfilm niedergeschlagen worden ist, daß dann die das
Schaltungsmuster tragende Schaltkarte erhitzt wird und anschließend das
Aufbringen von Metall bis zu der gewünschten Dicke fortgesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das im Anschluß
an die Zwischenerhitzung aufzubringende Metall auf andere Weise, z. B. g
elektrolytisch oder dgl. aufgebracht wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
im V erfahr en s schritt e) des Anspruchs 1 aufgebrachte Metall Kupfer ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abbauen der
nichtmaskierten Bereiche des Kupfer(ll)-oxydüberzuges eine Säure, insbesondere
Chlorwasserstoffsäure verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch
nichtleitendes Resist-Material für die Maskenherstellung verwendet wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
in den nichtleitenden Bereichen befindliche Resist-Material permanent gemacht wird.
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BAD ORIOINAt
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Lee r seite
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US61681467A | 1967-02-17 | 1967-02-17 | |
| US61681467 | 1967-02-17 | ||
| DEJ0035721 | 1968-02-15 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1640589A1 true DE1640589A1 (de) | 1970-12-17 |
| DE1640589B2 DE1640589B2 (de) | 1975-06-12 |
| DE1640589C3 DE1640589C3 (de) | 1976-01-22 |
Family
ID=
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR1554957A (de) | 1969-01-24 |
| US3481777A (en) | 1969-12-02 |
| GB1143899A (en) | 1969-02-26 |
| DE1640589B2 (de) | 1975-06-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |