DE2320099C3

DE2320099C3 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffsubstrates mit aufgerauhter Oberfläche

Info

Publication number: DE2320099C3
Application number: DE2320099A
Authority: DE
Inventors: Toshio Nagoya Yamada (Japan)
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 1972-04-21
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1979-10-11
Also published as: GB1374934A; SE379674B; JPS49139A; JPS5123266B2; DE2320099B2; US3876479A; DE2320099A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Substrates aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, mit aufgerauhter Oberfläche durch Laminieren einer Aluminiumfolie mit rauher Oberfläche auf ein Kunststoffsubstrat unter Erwärmung und Druck und anschließendes chemisches Abätzen der Aluminiumfolie.

Die Herstellung von Kunststoffsubstraten mit aufgerauhter Oberfläche ist insbesondere auf solchen technischen Gebieten vonnöten, wo dünne, nicht auf elektrolytischem Wege aufgebrachte Metallschichten oder Schichten, die als Tinten, Tuschen oder Farben aufgebracht werden, dauerhaft auf einem Substrat zu verankern sind.

Ein spezielles Anwendungsgebiet für solche beschichteten Kunststoffsubstrate sind die sogenannten gedruckten Schaltungen, die durch die Festlegung von Bahnen aus leitendem Metall auf einem isolierenden Substrat hergestellt werden und heute eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Technik der Mikroelektronik sind. Die meisten dieser gedruckten Schaltungen werden nach dem Subtraktionsverfahren hergestellt.

Dieses Subtraktionsverfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen besteht in der Regti im Aufbringen einer etwa 35 bis 100 μηι starken Kupferschicht auf eine oder auf beide Seiten einer aus isolierendem Kunststoff bestehenden Tafel oder Platine, wobei die Kupferschicht in der Regel in Form einer Kupferfolie unter Verwendung von Klebstoffen, Wärme urd/oder Druck auf das Kunststoffsubstrat aufgebracht wird. Anschließend wird das Kupfer von den nicht für die elektrische Leitung benötigten Stellen des so erhaltnen Kupfer-Kunststoff-Laminats durch Abätzen entfernt, se daß auf dem isolierenden Kunststoffsubstrat lediglich die gewünschten Leiterbahnen aus Kupfer zurückbleiben.

Dieses Verfahren weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Einer dieser Nachteile ist das Auftreten des sogenannten Unterschnitts, der darin besteht, daß beim Abätzen der nicht benötigten Teile der Kupfcrschicht von der Seite her auch jene Kupferbereiche angegriffen werden, di.i als Leiterbahnen stehenbleiben sollen. Durch diese Erscheinung des Unterschnitts bzw. des seitlichen Abätzens der für die Leitung vorgesehenen Kupferbereiche wird die erzielbare Schmalheit der Leiterbahnen wesentlich eingeschränkt Ein weiterer Nachteil dieses Ätzverfahrens liegt in der schwierigen Wiedergewinnung des durch Ätzen entfernten überflüssigen Kupfers, was auf Grund des Materialverlusts zu einer Verteuerung des Gesamtverfahrens führt

Neben dem beschriebenen Subtraktions- bzw. Ätzverfahren wird zur Herstellung gedruckter Schaltungen häufig auch das additive Verfahren verwendet, das darin besteht, daß von vornherein nur in den für die Leitung vorgesehenen Bereichen ein leitendes Metall zur Bildung der Schaltung auf das isolierende Substrat aufgebracht wird. Dieses Aufbringen kann entweder stromlos oder elektrolytisch erfolgen. Im Falle des elektrolytischen Aufbringens der Leiterbahnen nach dem additiven Verfahren wird zunächst die gesamte Oberfläche des isolierenden Substrats mit einer dünnen leitenden Metallschicht überzogen, wird anschließend das Leitermaterial elektrolytisch auf den gewünschten Bahnen abgeschieden, und zwar nur auf diesen, und wird dann schließlich die dünne leitende Metallgrundschicht durch Ätzen von den für die Isolation vorgesehenen Flächen entfernt.

Bei diesem Verfahren treten zwar die beim Ätzverfahren beschriebenen Nachteile praktisch nicht auf, jedoch liegt der große Nachteil der additiven Verfahren in der mangelnden Haftung der stromlos aufgebrachten Metallschichten auf der Isolatoroberfläche. Da eine solche stromlos aufgebrachte Metallschicht sowohl beim direkten Aufbringen der Leiterbahnen als auch beim elektrolytischen Aufbringen der Leiterbah-

M) nen in Form der stromlos aufgetragenen Grundschicht die eigentliche Haftvermittlung bilden, bleibt diese nicht ausreichende Haftung der Leiterbahnen auf di;m Isolatorsubstrat ein bisher unüberwindliches Problem aller additiver Verfahren.

Es ist versucht worden, diesem Problem durch Aufrauhen der Oberfläche des Isolatorsubstrates abzuhelfen. Dementsprechend sind auch bereits eine Reihe von Verfahren zur Aufrauhung von Isolatorober-

flächen bekanntgeworden. Es seien in diesem Zusammenhang die folgenden Verfahren genannt: 1. mechanisches Aufrauhen der Oberfläche, beispielsweise durch Sandblasen, Abstrahlen mit Flüssigkeiten unter hohem Druck oder durch Aufstrahlen von Schrot; 2. ein Verfahren zur Bildung einer porösen Oberfläche durch Auftragen eines haftenden Lackes, der mit Glasstaub, Calciumcarbonate Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid vermischt ist; 3. ein Verfahren zur Herstellung poröser Oberflächen durch Auftreiben eines thermisch härtbaren Kunststoffes, beispielsweise von ABS-Harzen, Polypropylen oder Polycarbonat, mit einem Lösungsmittel und anschließendes Behandeln des Kunststoffs mit Chromoxid oder Schwefelsäure; 4. ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Oberfläche durch direkte Bestrahlung mit einer ionisierenden Bestrahlung und durch direktes chemisches Aufrauhen einer Kunststoffoberfläche, beispielsweise einer Polyäthylenfläche, die leicht zu ersetzen ist; 5. ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffsubstrates mit aufgerauhter Oberfläche durch Auflaminieren einer anodisch oxidierten Aluminiumfolie auf die Oberfläche des Kunststoffsubstrates unter Druck und anschließendes Entfernen der Aluminiumfolie durch chemisches Abätzen.

Keines der genannten Verfahren vermag jedoch die Anforderungen ohne Inkaufnahme wesentlicher Nachteile zu erfüllen. So wird nach dem Verfahren 1 maximal eine Oberfläche in der Größenordnung von 120 bis 130%, bezogen auf die ursprüngliche Oberfläche, erhalten. Selbst bei einer Optimierung der Sandstrahlbedingungen, insbesondere der Sandkorngröße, wird kaum eine Erhöhung der Haftfestigkeit der Isolatoroberfläche erreicht.

Der Hauptnachteil des Verfahrens 2 liegt darin, daß der Füllstoffrückstand nicht restlos entfernt werden J5 kann und die verbleibenden Füllstoffrückstände die Oberflächenqualität insgesamt verschlechtern, ohne dabei jedoch eine Erhöhung der erzielbaren Haftung zu bewirken.

Nach dem Verfahren 3 wird Diäthylformamid als Treib- bzw. Quellmittel in Verbindung mit Chrom (Vl) verwendet. Beide Stoffe sind ausgesprochen umweltunfreundlich und stellen somit in der Praxis erhebliche Abfallbeseitigungsprobleme.

Das Verfahren 4 ist im wesentliche 1 auf Polyäthylensubstrate beschränkt und erfordert darüber hinaus eine Reihe aufwendiger Vorrichtungen.

Bei dem Verfahren 5 wird schließlich von den feinen Spalten, Rissen und Zelltr Gebrauch gemacht, die sich während der anodischen Oxydation einer Aluminiumfo-He in der gebildeten Alumir.iumoxidschicht bilden. Diese Störstellen in der Aluminiumoxidschicht sind Schlitze im Ä-Bereich und führen dementsprechend zu nur geringen Oberflächenzunahnien. Die auf der Kunststoffoberfläche auf diese Weise tatsächlich erreichbare Aufrauhung wird auch dadurch noch vermindert, daß die in der Aluminiumoxidschicht vorhandenen Fehlstellen auf Grund ihrer schlitz- bis haarrißförmigeti Struktur nur unvollständig auf die Kunststoffoberfläche übertragen werden können, und zwar wird diese Übertragung &o insbesondere bei der Verwendung von thermisch aushärtbaren Kunststoffen beeinträchtigt

Zusammenfassend ist also festzustellen, daß nach keinem der vorstehend besprochenen fünf Verfahren zur Aufrauhung von Isolatoroberflächen eine zufriedenstellende Aufrauhung biw. eine zufriedenstellende Erhöhung der Haftvermittlung gegenüber insbesondere metallischen Beschichtungen erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffidbstrat zu schaffen, dessen Oberfläche so aufgerauht ist, daß sie Beschichtungen, insbesondere solche aus Metall, fest zu verankern vermag.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Laminierverfahren der eingangs genannten Art vorge schlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Oberfläche der Aluminiumfolie durch elektrolytisches Ätzen unregelmäßig aufrauht.

Die durch das elektrolytische Ätzen erzeugte unregelmäßige Rauhigkeit der Aluminiumfolie teilt sich beim Laminieren dieser Folie mit der aufgerauhten Seite auf der Kunststoffsubstratoberfläche dieser in hervorragender Weise mit, und zwar insbesondere dann, wenn das Laminieren unter Druck und Erwär mung durchgeführt wird. Auf diese Weise kann eine Vergrößerung der Kunststoffoberfläche um den Faktor 10 bis 60 erreicht werden. Die Tiefe der Rauhigkeit beträgt vorzugsweise 1 bis 10 μητ.

Nach einer bevorzugten Ausbilde, g der Erfindung hat die der elektrolytischen Ätzung unterworfene Aluminiumfolie eine elektrostatische Kapazität von 60 bis 200 μΡ/cm². Die Aluminiumfolie hat dabei vorzugsweise eine Stärke von 10 bis 200 μπι.

Die in Jer nachstehenden Beschreibung angegebenen Oberflächenvergrößerungen sind die auf die Oberfläche einer ungeätzten Aluminiumfolie bezogenen Faktoren für die Oberfläche der elektrolytisch geätzten Aluminiumfolie.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die

Fig. 1 zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines 800fach vergrößerten Querschnitts e.ner erfindungsgemäß geätzten Aluminiumfolie.

Der Ausdruck »elektrolytisch geätzt«, wie er im Rahmen dieser Beschreibung verwendet wird, bezeichnet ein an sich bekanntes Ätzverfahren zur Oberflächenvergrößerung von Aluminiumfolien, wie es idsbesondere für die Herstellung elektrolytischer Kondensatoren verwendet wird. Im einzelnen ist damit ein Ätzen durch Eintauchen der Aluminiumfolie in eine elektrolytische Ätzlösung unter elektrolytisch wirksamen Gleichstromfluß durch die Folie gemeint. Als Ätzkrung wird dabei im allgemeinen eine wäßriges Chlorid enthaltende Lösung verwendet, insbesondere eine 0,5- bis 5gewichtsprozentige wäßrige Chlorwasserstoff- oder Natriumchloridlösung. Die Lösung kann zusätzlich Essigsäure, Schwefelsäure oder andere Zusätze zur Erhöhung der Ätzwirkung enthalten.

Die Ätzung wird vorzugsweise 30 bis 240 see lang bei 50 bis 8O⁰C Badtemperatur und einer Stromdichte vor-10 bis 200 A/dm² durchgeführt. Die Tiefe der so erzeugen Oberflächenrauhigkeit der Aluminiumfolie und der Faktor der Oberflächenvergrößerung können als Funktion der Zusammensetzung des Ätzbades, der Elektrolysebedingungen und der Reinheit der verwendeten Aluminiumfolie in weiten Grenzen variiert werden. Die vorstehend spezifizierten Elektrolysebe- dingungen sind daher als wahlweise bevorzugte Grenzen zu verstehen und können je nach Art der gewünschten Aufrauhungstiefe und Oberfiächenzunahme abgeändert werden.

Neben der Tiefe der durch das Ätzen in der Aluminiumfolie erzeugten Unregelmäßigkeiten ist vor allem auch die Form dieser Unregelmäßigkeiten von Bedeutung. Wie vorstehend bereits ausgeführt, sind Ätztiefen von 1 bis 10 μπι und Oberflächen Vergrößerungen um den Faktor 10 bis 60 im Rahmen der Erfindung

besonders bevorzugte Werte. Hinsichtlich der Form der erzeugten Oberflächenunregelniäßigkeiten ist zu beachten, daß schmale und längliche Oberflächenstörstellen und Ätzgruben die Haftfestigkeit der unter Verwendung solcher Aluminiumfolien hergestellter aufgerauhter Kunstsloffsubstratoberflächen gegenüber chemisch oder elektrochemisch aufgebrachten Beschichtungen nicht zu verbessern vermag. Bei Ausbildung zu großer Atzstörstellen lassen sich keine gleichmäßigen Leiterbahnen mehr durch stromloses oder elektrolytisches Plattieren herstellen.

Vorzugsweise wird die Aluminiumfolie direkt elektrolytisch geätzt, und zwar am wirksamsten in der Weise, daß die Folie in eine alkalische wäßrige Lösung, beispielsweise in eine Natriumcarbonat- oder Natriumhydroxidlösung, oder in eine saure Lösung, beispielsweise in eine .Salzsäurelösung, getaucht wird, um dadurch bereits eine anfängliche Aufrauhung der Oberfläche der Aluminiumfolie zu erzielen. Die auf diese Weise vorzugsweise vorbereitend angerauhte Aluminiumfolie wird dann anschließend dem eigentlichen elektrolytischen Ätzverfahren unterworfen.

Wie zuvor bereits erwähnt, wird die Ausgangsaluminiumfolie einem elektronischen Ätzverfahren unterworfen, wie es auch in der Regel zur Herstellung der Aluminiumelektrode!! elektrolytischer Kondensatoren verwendet wird. Die unbearbeitete Aluminiumfolie hat dabei eine elektrostatische Kapazität von 60 bis 2OOnF/cm², gemessen mit einer O.S-V-Universalwech· selstrombrücke.

Pie hinsichtlich ihrer Reinheit keinen kritischen Grenzbedingungen unterworfene Aluminiumfolie kann zweckmäßigerweise aus dem gleichen Material bestehen, wie es allgemein für die Herstellung elektrolytischer Kondensatoren verwendet wird. Aus wirtschaftlichen, insbesondere preislichen. Gründen, aber auch aus technischen Gründen, insbesondere im Hinblick auf ein leichtes chemisches Ablösen der Folie von der Kunststoffsubstratoberfläche, wird für das Verfahren gemäß der Erfindung eine Aluminiumfolie vorgezogen,

deren Rcmheiisgraü iiiiiMciuiicii uc» Aiui umr> 95.7V»

oder darunter beträgt. Dementsprechend kann eine für das Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Aluminiumfolie durchaus auch aus einer Aluminiumlegierung mit anderen Metallen, wie beispielsweise Eisen. Kupfer oder Silicium, bestehen.

Auch die Dicke der verwendeten Aluminiumfolie ist prinzipiell nicht kritisch und kann relativ frei gewählt werden, wobei es selbstverständlich ist. daß eine zu dicke Folie hinsichtlich ihrer Abätzung von der Kiinststoffoberfläche, auf die sie laminierend gebunden wird, sinnlos ist. Aus praktischen Gründen wird für die Dicke der Aluminiumfolie daher ein Bereich von 10 bis 200 um vorgezogen.

Als Material für die Kunststoffsubstrate, auf die die aufgerauhte Oberflächenstruktur der Aluminiumfolie durch das Laminieren übertragen wird, kommen prinzipiell praktisch alle Thermoplaste und thermisch härtenden Duroplaste in Frage. Als typische und bevorzugte Thermoplaste seien beispielsweise ABS-Harze. Polycarbonate, Polyphenylenoxide. Polysulfone und Polyolefine, wie beispielsweise Polypropylen, genannt. Als typische und bevorzugte in der Wärme auMiär ibäre Kunststcfic seien Epoxide, beispielsweise das Reaktionsprodukt von Bisphenol A und Epichlorhydrin. Phenolharze, beispielsweise die Reaktionsprodukte vor Phenol, Resorcin oder Xylenol mit Formaldehyd, ungesättigte Polyester, beispielsweise das Reaktionsprodukt ungesättigter Dicarbonsäuren mit Glykolen. als Auswahl genannt.

Die thermisch härtbaren Kunststoffe werden vorzugsweise in Form der sogenannten Prepregs mit "> verstärkenden Einlagen benutzt. Als Einlagematerialien kommen Glasfasern, Papier, nichtgcwcbtc Vlicsmatc rialien, Asbest oder Polyesterfasern in Betracht.

Als erste Stufe des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das wie vorstehend beschrieben elektrolytisch

ι» geätzte Aluminium mit dem Kunststoff in einer Heizpresse laminiert. Bei dem so erhaltenen Laminat katin die Aluminiumfolie sowohl auf einer Seite als auch auf beiden Seiten des Kunststoffsubstrats aufgebracht sein, so daß die Kunststoffplatte, sandwichartig zwischen zwei elektrolytisch geätzten und mit der geätzten Oberfläche auf dem Kunststoffsubstrat aufliegenden Aluminiumfolien eingeschlossen, zwischen diesen zur Herstellung der Laminatverbundstruktur erhitzt und gepreßt wird. Die Prozeßparanieter für das Laminieren hängen im Detail von der Art des Kunststoffs ab, insbesondere ob es sich um einen Thermoplasten oder einen thermisch härtbaren Duroplasten handelt.

Im Falle eines Thermoplasten richtet sich die Temperatur nach dem Erweichungspunkt des Kunststoffs, und zwar in der Weise, daß sie zumindest der Erweichungstemperatur entspricht oder geringfügig höher ist. Der aufgewendete Druck liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 50 kg/cm². Die Verweilzeit der

so Schichtstruktur in der Heizpresse beträgt von der Aufgabe bis zur Polymerisaterweichung vorzugsweise etwa 0,5 bis 10 min.

Im Falle der Verwendung eines thermisch härtbaren Polymerisats ist darauf zu achten, daß das Aushärten des

)5 Polymerisats unter den angewendeten Temperatur- und Druckbedingungen abgeschlosssen werden muß. Bei einer Verweilzeit von 60 bis 120 min werden geeigneterweise Temperaturen im Bereich von 100 bis 25O°C und Drücke im Bereich von 30 bis 200 kg/cm² angewendet.

Die thermisch härtbaren Prepreg-Harze befinden 5ll_ill III chichi ciai icnwciai- vCi i'iCi/iCfi i-uSiöüu.

Während des Erwärmens und Pressens bei der Laminatbildung werden die Harze dann vollständig vernetzt, d h. ausgehärtet, so daß beim Pressen die in der Aluminiumoberfläche durch das elektrolytische Ätzen gebildeten Ätzgruben und Löcher mit dem Polymerisat ausgefüllt werden und sich die unregelmäßig zerklüftete Oberflächenstruktur der Aluminiumfolie auf diese Weise auf die Polymerisatoberfläche, dur'-h die Raumvernetzung fixiert, überträgt.

Bei Verwendung von Thermoplasten werden diese unter dem aufgewendeten Druck und der Temperatur ausreichend plastifiziert bzw. verflüssigt und bei der Zurücknahme des Dnickcs und der Temperatur wieder verfestigt, so daß ein im Effekt und in der Struktur gleiches Laminat wie bei Verwendung von thermisch härtbaren Duroplasten erhalten wird.

In der Regel wird die auf solche Weise hergestellte laminierte Tafel oder Platte zunächst einer mechanisehen Bearbeitungsstufe unterworfen, in der sie beispielsweise auf die gewünschte Platinengröße zugeschnitten oder mit den erforderlichen Bohrungen versehen wird.

Die auf diese Weise erhaltene, mechanisch bearbeitete !laminierte Platine, die aus einer, gegebenenfalls zwei Aluminiumfolien und dem Kunststoffsubstrat besteht, wird dem zweiten Arbeitsgang, dem chemischen Abätzen der Aluminiumfolie, unterworfen. Geätzt wird

vor/iigsi.'.eise durch Eintauchen der l.aminatplatte in eine wäßrige Al'.'.iililösuiig. beispielsweise in eine wäßrige. 2<>- bis JOprozcntige Natronlauge, oder in eine wüllngc Saure, beispielsweise in Salzsäure. Die Älztcui peratur hegl dabei vorzugsweise im Bereich /wischen Zimme^r';mperalur und 80 C. Die Veiweil/eit der !'l.itine ιιτ: Ätzbad richtet sich nach di ' Dauer, die zur vollständigen Ablösung bzw. Auflosung der Aluminium folie erforderlich ist.

Wenn das Verfahren gemäß tier Erfindung im wesentlichen auch nur aus den beiden beschriebenen llearbeitungsslufen besteht, so können doch noch eine Reihe zusätzlicher Verfahrcnsstufen, beispielsweise Waschen mit Wasser, vorgesehen sein.

Die Oberfläche ties auf diese Weise erzeugten Kunststoffsubstrats isl durch Unregelmäßigkeiten bemerkenswert vielfältiger und unterschiedlicher Struktur aufgerauht. Diese wünschenswerte Eigenschall wird offensichtlich auf Cirunil der nachstehend geschilderten Verhältnisse erreicht: Wenn die noch nicht behandelte Aluminiumfolie dem elektronischen Ätzen unterworfen wird, bilden sich zahlreiche Atzgriiben bzw. Ätzlöcher mit einer Tiefe von etwa I bis ΙΟμηι auf der Oberfläche der lohe. Die so gebildeten Ät/gruben bzw. Äi/.löeher weisen außerordentlich und ungewöhnlich vielfältig strukturierte und geformte geometrische Ausbildungen auf. so daß die Oberfläche der Aluminiumfolie um ilen Faktor 20 bis 40 oder darüber, bezogen auf di Oberfläche der nicht geätzten Aluminiumfolie, vergrößert wird. Die I i g. 1 zeigt eine Mikroskopaufnahme eines Querschnittes einer elcktrolv tisch geäl/ten Aluminiumfolie in SOOfaelier Vergrößerung. Der Faktor der Oberflächenvergrößerung beträgt im lalle tier Abbildung 40. Der zentrale weiße Teil der Abbildung zeigt den Schnitt durch die Aluminiumfolie. Wie tier Photographic deutlich zu entnehmen ist. zeigt die Oberfläche eine geometrisch außerordentlich komplizierte und vielfältige Aufrauhung. Auf diese Weise bictet eine so ausgebildete Aluininiumoherflächc für einen noch relativ weichen Kunststoff eine. Rille von l-.indringmöglichkciten. Insbesondere unter dem Etnlluß von Temperatur und Druck tritt der Kunststoff des Substrats tief in die Löcher und Äizgruben der Folienoberfläche ein. Nach dem Aushärten bzw. Wiedererhärten des Kunststoffs wird die Aluminiumfolie chemisch aufgelöst, so daß ein Kunststoffsubstrat mit einer vielfältige und komplizierte Unregelmäßigkeiten und Rauhigkeiten aufweisenden Oberfläche zurückbleibt, wobei die positiven Oberflächenrauhigkeiten der Kunststoffoberfläche den negativen Aufrauhungen der geatzten Aiuminiumoberiiache enisprecbun. Die au! diese Weise auf dem Kunststoffsubstrat ausgebildeten rauhen Oberflächen sind auf Grund der Vielfältigkeit ihrer geometrisch-räumlichen Ausbildung ideal lur die Verankerung bzw. für den überaus fest haftenden Auftrag von Oberflächenbeschichtungen. Wenn daher Überzüge, beispielsweise Farben, Tuschen, Metalltinten oder -pasten, stromlos auf solche Substratoberflächen aufgetragen werden, wird eine außerordentlich feste Haftung der Beschichtungen auf den Kunststoffsubstraten erreicht. Insbesondere bei der Bildung metallischer Überzüge durch stromloses Auftragen der Metalle werden verblüffende und unerwartete Effekte erhalten. So kann beispielsweise auf einem Substrat, das aus einer auf eine Oberflächenvergrößerung um den Faktor 20 geätzten 99.7prozentigen Aluminiumfolie, die eine bei 0 Volt gemessene elektrostatische Anfangskapazität von 9OuFZCm² hatte, und einem Epoxid hergestellt Wi .ι den w ar. bei stromloser rialIlerung mit Kupfer eine I l.ililesligkeit .on i ,4 bis 1,7 kg auf eine llreile von 1 cm riri'iilii werden Hei Wiederholung des gleichen I lersielliMigsverfahrens. jedoch mit einer Aluminiumfolie, die auf eine lOfachc Oberflächenvergrößerung geätzt wurde und eine elektrostatische Kapazität von I 30 μI /cm-' im ungeätzlen Zustand, gemessen bei einer Iransfonnalionsspanniirig von OVoIt. aufwies, wurde eine I laitfesligkeit von l.h bis i.2 kg aiii einer Breite von I cm erhallen.

Die Haftfestigkeiten wurden nach der japanischen Intlusirienorm |IS ( b.8l bestimmt, nach tier die /u testende Kupferlaminatprobe mit einem 1 cm breiten Kiipferslrcifen als Deckschicht in der Weise getrennt wird, daß tier Kupferstreifen von der Testmaschine unter einem Winkel von 40 vom Substrat abgezogen wird. Als Testgerät kann dazu beispielsweise ein SCI lOPPEK 1 e'isidteslgerät oder ein anderes geeignetes Testgerät verwendet werden. Die zum Abpellen der l.aminatschichl unter 40 erforderliche Masse kann an den genannten (icräten direkt in kg abgelesen werden.

Wie eingangs bereits erwähnt, besteht die Schwierigkeit bei tier Herstellung gedruckter Schaltungen nach dem additiven Verfahrer, in tier mangelnden llalllesligkeit zwischen dem Melall tier Leiterbahn und dem Substrat. Bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung w irtl dieser Nachteil tier mangelnden Haftfestigkeit mit überraschend guten Ergebnissen überwunden. Mit Hilfe ties Verfahrens gemäß tier Erfindung können gedruckte Schaltungen mit ausgezeichneten Eigenschaften uiid in wirtschaftlicher Weise nach dem additiven Verfahren hergestellt werden.

Die Vorteile, die insbesondere verfahrenstechnisch tier additiven Methode zuzuschreiben sind, wenn man diese mit der Atzmethode vergleicht, liegen aul der I land, wenn man beide Verfahren nebeneinander hält:

Wenn eine beidseitig mit Leiterbahnen versehene Platine nach dem subtraktiv en Verfahren, ti. h. nach dem Ätzverfahren, hergestellt werden soll, wobei die Platine Kontaktlöcher von einer zur anderen Kartenseite aulweiscn soll, sind tiie lolgenclen Arneitsschritte erforderlich: Herstellung der kupferüberzogenen l.aminatplatte. Schneiden der großen Platte auf die gewünschte Karten- bzw. Platinengröße. Lochen tier Karte, gegebenenfalls unter numerischer Maschinen-Steuerung. Abstrahlen der Kupferbeschichtung. Oberflächenbehandlung in den gebohrten Löchern. Oberflächenbehandlung der Kupferschicht, katalvtische Aktivierung, chemische Kupferplattierung. primäre Kupferpviophosphatplattierung. Seidcnumkehraufdruck der Lei ι erbarmen, sekundäre Kupierpyrophhosphatpiatiierung. Goldplaitierung bzw. Gold'ösung. Entfernen der Ätztinte. Ätzen mit Ammoniumpcrsulfat. Oberflächenbehandlung. Bearbeitung des äußeren Randes und andere mehr. Bei einer spezifischeren Aufgliederung all dieser Arbeitsstufen kann man in die 50 unterschiedliche Arbeitsstufen festhalten, die zur Herstellung der als Beispiel genommenen Platine nach dem Ätzverfahren erforderlich sind.

Wenn dagegen eine gleiche Leiterplatine nach dem Additionsverfahren hergestellt werden soll, so sind dagegen lediglich die folgenden Schritte erforderlich: Herstellung einer Aluminiumfolie mit vergrößerter Oberfläche, ! iersiellung des Laminats. Aikyübchar.dlung. Schneiden der großen Platte auf Kartengröße. Anbringen der Löcher, gegebenenfalls unter numerischer Maschinensteuerung, katalytische Aktivierung. Seidenumkehrdruck, chemische Kupferplattierung.

Oberflächenbehandlung und Bearbeitung des äußeren Randes. Auch bei feiner Unlergliedcrung all dieser Arbeitsschritte sind für die Herstellung einer solchen beidseitig mil Leiterbahnen versehenen Platine höchstens etwa 20 Arbuitsschritte erforderlich

Der Vorteil ues additiven Verfahrens gegenüber dem subtraktive)! Verfahren liegt jedoch nicht nur in der bedeutend geringeren Anzahl der erforderlichen Bearbeilungsstiifen begründet. Wenn beispielsweise das Kunststoffsubstrat und die Kupferbeschichlung gleichzeitig gelocht bzw. gebohrt werden, müssen zur Erzielung einwandfreier Ergebnisse genaue Schneidbedingungen und Vorschubgeschwindigkeiten eingehalten werden, da sonst leicht ein Lösen der Beschichtung von der Isolatorplatte eintritt. Diese Sorgfalt braucht dann bei weitem nicht aufgewendet zu werden, wenn im lalle des additven Verfahrens lediglich die Kunststoffsubstratplatte gelocht werden muli. Darüber hinaus nimmt die Wahrscheinlichkeit der Ablösung beider Kupierschichten beim Ätzverfahren zu, wenn der Katalysator auf die Kupfergrundschicht aufgetragen und auf diese anschließend die sekundäre Kupferschicht chemisch abgeschieden wird. Wenn der Katalysator dagegen direkt auf die aufgerauhte Kunststoffsubstraloberfläche aufgetragen und das Kupfer in einer Schicht chemisch auf diese Oberfläche aufgebracht wird, tritt eine solche Ablösung nicht auf.

Der vorstehende Vergleich dieser beiden Verfahren zeigt deutlich die Überlegenheil des additiven Verfahrens gegenüber dem subtraktiven bzw. dem Ätzverfahren. Durch das Verfahren gemäß der Krfindung, das dem Kunststoffsubstrat eine praktisch ideal aufgerauhte Oberfläche mit außerordentlich hoher Haftfestigkeit für die Leiterbahnen verleiht, ist die volle Ausnutzung der Vorteile des additven Verfahrens möglich geworden.

Das Verfahren gemäß der Lrfindung kann in prinzipiell gleicher Weise, wie vorstehend beschrieben, auch auf mehrschichtige Leiterplatten angewendet werden. Im einzelnen werden im Fall einer mehrschichtigen Platine auf die beiden äußersten Schichten der .Schichtstruktur die elektrolytisch geätzten Aluminium-K)]ICIi in uci beschriebenen Weise auigebraciii. Die l.eiterzwischenschichten werden durch je eine dünne !'latte erhalten, auf der das verdrahtete Muster der .Strombahnen der Zwischenschicht angeordnet ist. Die Zwischenpldtten werden dann zusammen mit den äußeren geätzten Aluminiumfolien und den Prepregs zur Mehrschichtenplatte laminiert. Die endgültige elektrische Schaltung der Leiterbahnen wird dann in üblicher Weise durch mechanische Bearbeitung und die F.ntfernung der äußeren Aluminiumfolien, wie im Falle lit-i" einschichtigen Platine beschrieben, fertiggestellt.

In den folgenden Beispielen ist die Erfindung an Hand spezifischer Ausführungsformen näher beschrieben:

Beispiel 1

Eine Aluminiumfolie mit einer Reinheit des Aluminiums von 99,75%, wobei die übrigen Verunreinigungen 0.15% Fe, 0,03% Cu und 0,07% Si sind, wurde in eine elektrolytische Ätzlösung getaucht, die auf 1 I Wasser 80 ml 35prozentige Salzsäure und 5 ml konzentrierte Schwefelsäure enthielt. Das elektrolytische Ätzen wurde 80 see lang bei einer Gleichstromdichte von 15 A/dm² und einer Badtemperatur von 60" C du-chgeführt. Die auf diese Weise hergestellte Aluminiumfolie hatte eine Stärke von 100 um und war so lange elektrolytisch geätzt worden, bis sie eine Oberflächenvergröberung um den Faktor 20 aufwies. Daneben wurde ein Pn meg von Ι^Γ>0μιη Dicke aus einen mit Lpoxidharz imrägnierten Glasfasertuch hergestellt. Das Epoxid wurde durch Umsetzen von Lpichlorhydrin mit liis-phenol A erhalten. Die geätzte Aluminiumfolie und das Prepreg wurden so aufeinandergelegt, daß die geätzte Oberfläche der Aluminiumfolie auf der Oberfläche des Prepregs lag. Die so erhaltene Sehichtseuktur wurde in eine mehrstufige Heizpresse gegeben und 120 min lang bei WC unter JO kg/cm-' zu einer laminierten Platte verpreßt. Das so erhaltene Laminat bestand aus dem ausgehärteten Glasfaserepoxidsubslr;it und einer mil seiner Oberfläche fest verbundenen Aluminiiiiii schicht.

Anschließend wurde die so erhaltene laminierte Platte 10 min lang in eine 70"C warme 30prozentige wäßrige Natronlauge getaucht. Durch diese Behandlung wurde die Aluminiumfolie vollständig aufgelöst, .«,o u.'ß nur noch das aluminiumfreie Substrat zurückblieb.

Die ursprünglich mit der Aluminiumfolie bedeckte Oberfläche tier so erhaltenen ausgehärteten (Jlasfaserepoxidplatte war rauh und zeigte geometrisch vielfältige und komplizierte Oberfläehenmikrostrukturen, die für eine Verankerung und feste Haftung von Beschichttingen hervorragend geeignet ist.

Die auf diese Weise erhaltene Oberfläche wurde der katalytischer! Aktivierung und der stromlosen Kupferplattierung nach an sich bekannten Verfahren unterworfen. Die Haftfestigkeit, gemessen als die zum Abschälen eines Überzugssireifens erforderliche Last, betrug für den so hergestellten Kupferfilm bei einer Dicke der Kupferbeschiehtung von 35 μηι 1,7 kg bei einer Schichtbreite von I cm.

Beispiel 2

Line Aluminiumfolie mit einer Stärke von 100 μηι, die auf einen Oberflächenzuwachsfaktor von 20 elektrolytisch geätzt worden war. und zwar unter den gleichen Bedingungen, wie im Beispiel 1 beschrieben, wurde mit der geätzten Seite auf ein 150 μηι dickes Prepreg zur Bildung einer .Schichtstruktur aufgelegt. Das Prepreg wurde durch Imprägnieren eines Papieis mit einem Fhenoifoniiaiueiiyuiiaiz iiei gcsiciii. Die >u ciiuliunc Schichtstruktur wurde in eine mehrstufige Heizpresse gebracht und 60 min lang bei 160°C unter 150 kg/cm-' zu einem festen Laminat verpreßt. Die erhaltene Platte bestand aus dem vollständig ausgehärteten Polymerisatsubstrat und der auf dessen Oberfläche fest haftenden Aluminiumfolie. Anschließend wurde diese Laminatplatte 10 min lang in eine 70 C warme 30prozentige Salzsäure getaucht. Unter diesen Bedingungen wurde die Aluminiumfolie vollständig aufgelöst, so daß das iiiuiiiiiiiumn eic Subsüai uiii der aufgerauhten vuernache zurückblieb.

Auf diese Substratoberfläche wurde nach einem an sich bekannten Verfahren stromlos eine Kupferschicht abgeschieden. Die Haftfestigkeit der durch diese Art des Plattieren erhaltenen Kupferschicht betrug bei einer Schichtdicke von 35 μίτι 1.8 kg, bezogen auf einen Streifen von 1 cm Breite.

Beispiel 3

Eine 50 μηι dicke Aluminiumfolie, die in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise elektrolytisch auf einen Faktor der Oberflächenzunahme von 40 geätzt worden

ι linn -Iiαϊ

Polycarbonatplatte gelegt. Das Polycarbonat wurde durch Umsetzen von Bisphenol A mit Phosgen erhalten. Die Aluminiumfolie lag dabei mit der ausgeätzten Seite

iiiii dem Kunststoffsubstrat. Diese .Schichtstruktur wurde abschließend in ewie mehrstufige Heizpresse gegeben und bei 160"C unter iO kg/cm- gepreßt. Mit einsetzender Verflüssigung des Kunststoffs wurde der Druck verringert. Die so erhaltene, aus der Aluminiumfolie und dem Polyearbonatsubstrat bestehende L.aminatplatte wurde anschließend nach dem Abkühlen 10 min lang in in eine 70'¹C warme iOprozentige wäßrige Natronlauge getaucht. Dabei wurde die

Alummiumschicht vollständig abgelöst, so daß ein l'olycarbonatsubstrat mit einer zum Aufbringen lesihaftender Besehiehtungen geeigneten Oberflache erhalten wurde.

Das so erhaltene Substrat wurde in an '.,ch nek.innter Weise stromlos mit Kupfer plattiert. Die Haftfestigkeit der so hergestellten J5 μιπ starken Kupferplattienmg auf dem Substrat betrug J.2 kg bei I cm Breite i\rr beschichtung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eine-, Substrats aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, mit aufgerauhter Oberfläche durch Laminieren einer Aluminiumfolie mit rauher Oberfläche auf ein Kunststoffsubstrat unter Erwärmung und Druck und anschließendes chemisches Abätzen der Aluminiumfolie, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche der Aluminiumfolie durch elektrolytisches Ätzen unregelmäßig aufrauht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aluminiumfolie durch Eintauchen in eine elektrolytische Ätzlösung, die in wäßriger Lösung Chloridionen enthält, elektrolytisch ätzt.

3. Verfahre." nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie im Verlauf von 30 bis 240 see bei einer Temperatur von 50 bis 80°C und einer Stromdichte von 10 bis 200 A/dm² elektrolytisch geätzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstörsteilen bzw. Ätzgruben in der Oberfläche der Aluminiumfolie eine Tiefe von etwa 1 bis 10 μπι haben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie auf eine Oberflächenzuwachsrate um den Faktor 10 bis 60, bezogen auf die ungeätzte Oberfläche, geätzt wird.

6. Verfahren nach einem der A.isprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie vor der elektrolytischen Ätzung zum vorläufigen Anrauhen der Oberfläche zunächst in eine wäßrige Alkalioder Säurelösung getaucht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie, die dem elektrolytischen Ätzen unterworfen ist, eine elektrostatische Kapazität von 60 bis 200 μΡ/cm² hat.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie eine Stärke von 10 bis 200 μπι hat.