DE3304004A1

DE3304004A1 - Verfahren zur herstellung von durchkontaktierten schaltungen

Info

Publication number: DE3304004A1
Application number: DE19833304004
Authority: DE
Inventors: Theodor A. Prof. 3202 Bad Salzdetfurth Paßlick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-02-03
Filing date: 1983-02-03
Publication date: 1984-08-09

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON
DURCHKONTAKTIERTEN SCHALTUNGEN Die rfindun# betrifft ein Verfahren zur Herstellung von duchkontvaktierten Schaltungen durch Metallisierung der Lochungen einer Leiterplatte aus kupferkaschiertem BasismateriaL Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten Schaltungen sind bereits bekannt. Leiterplatten dieser Art werden in immer größerem Umfang in der Elekroindustrie eingesetzt. Die Metallschicht der Lochungen beziehungsweise der Bohrwandung hat den Zweck, eine leitende Verbindung zu den auf den beiden Oberflächen der Platte befindlichen Leiterzügen herzustellen.
Die bisher übliche Metallisierung der Lochungen erfolgt grundsätzlich derart, daß auf die entsprechend vorbehandelte Oberfläche der Lochungen zunächst mittels chemischer Metallisierungsbäder auf reduk tivem Wege eine Metallschicht abgeschieden wird, die darauffolgend mittels galvanischer Metallabscheidung verstärkt wird.
Diese eig lich schon als klassisch zu bezeichnende Durchkontaktierungsmethode hat sich überaus bewährt und wird mit bestem Erfolg in der Praxis angewandt, wobei die Nachteile dieser Methode, die svstemimmanent sind, in Ermangelung anderer Systeme bislang zwangsläufig in Kauf genommen werden muI3ten.
Diese Nachteile bestehen insbesondere darin, daß die Badführung eines chemischen Reduktionsbades naturgemäß mit gewissen Unsicherheiten behaftet ist, daß eine aufwendige, genaue Dosierung der einzelnen Badbestandteile sowie eine Stabilisierung während des Abscheidungsprozesses zwingend erforderlich ist, daß nur .lænige Basismaterialien mittels chemischer Bäder gut metallisiert werden können, daß die Abwässer durch die in den chemischen Bädern enthaltenen Komplexbildner belastet werden und daß das als Reduktionsmittel verwendete Formalin teilweise in die Luft des Arbeitsraumes gelangt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durchkontaktierung von Schaltungen zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Oberflächen der Lochungen zunächst mittels eines Katalysators aktiviert und darauf ausschließlich vermittels galvanischer Metallabscheidung metallisiert werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß die galvanische Metallabscheidung so lange fortgesetzt wird, bis sich in den Lochungen eine geschlossene Metallhülse gebildet hat, daß die Aktivierung mittels eines edelmetallhaltigen ionogenen Katalysators, mittels eines edelmetallhaltigen nichtionogenen Katalysators, mittels eines nichtedelmetallhaltigen Katalysators oder mittels eines physikalisch aufgebrachten, vorzugsweise aufgedampften, katalytisch wirksamen Metalls erfolgt, daß ein Palladium-Zinn-haltiger ionogener Katalysator verwendet wird, daß die Oberflächen der Lochungen bereits in aktivierter Form vorliegen, daß die galvanische Metallabscheidung mittels an sich bekannter galvanischer Bäder auf Basis von Kupferbädern, Nickelbädern, Bleibädern Zinnbädern, Goldbädern, Silberbädern sowie Legierungsbadern dieser Metalle erfolgt, daß die Bäder als schwefelsäure, fluorborsäure, salzsaure, cyanidisch thiosulfatische oder pyrophosphathaltige Elektrolyte vorliegen, daß die Bäder einen Gehalt von 5 bis 80 g Metall/Liter aufweisen, daß die Bäder, sofern es sich um saure Bäder handelt, einen Gehalt an freier Säure von 20 bis 200 g/Liter aufweisen, daß die Bäder bei Temperaturen von 20 bis 650 C und mit Stromdichten von 0,? bis 20 A/dm2, vorzugsweise von 2 bis 5 A/dm2, betrieben werden, daß als Basismaterial glasfaserverstärktes Epoxidgewebe, Phenolhartpapier, Polyimid, Polysulfon, Polycarbonat oder Teflon verwendet wird daß sowohl die Lochungen als auch die gesamte oberfläche der Leiterplatte metallisiert werden, wonach zunächst ein Negativdruck mittels nieb- oder Fotodruckes und anschließend der Schichtaufbau der Leiterzüge erfolgt, und daß vor der galvanischen Metallabscheidung das Leiterbild selektiv mittels Sieb- oder Fotodruckes aufgebracht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht überraschenderweise die Herstellung von durchkontaktierten Schaltungen ohne Verwendung chemischer Metallisierungabäder, deren systemimmanente Nachteile damit vermieden werden.
Die Erfindung schafft daher entgegen aller Erwartung ein Verfahren, das den Aufbau einer geschlossenen Metallhülse in den Lochungen von Leiterplatten mittels galvanischer Metallabscheidung ohne vorherige chemische Metallisierung ermöglicht.
Die erfindungsgemäß hergestellten durchkontaktierten Schaltungen entsprechen in ihren Eigenschaften den nach üblichen Verfahren hergestellen Schaltungen.
Als Basismaterial können alle praxisbekannten Materialien verwendet werden, wie zum Beispiel glasfaserverstärktes Epoxidgewebe, Phenolhartpapier, Polyimid, Polysulfon, Polvcarbonat, Teflon und andere, und zwar unabhängig davon, ob es sich um die Herstellung starrer beziehungsweise flexibler Cchaltungen oder um Kombinationen handelt, was in analoger Weise auch für Mehranlagenschaltungen und Multiwireschaltungen gilt.
Die Vorbehandlung des Basismaterials kann in üblicher Weise erfolgen, indem das Material nach dem Zuschneiden, Bohren oder Stanzeii und Entgraten gewünschtenfalls mit üblichen Lösungen entfettet, geätzt und gereinigt wird.
Anschließend erfolgt die erfindungsgemäße Aktivierung der Lochungen durch Einwirkung von Katalysatoren, wofür sich alle praxisbekannten Produkte eignen, beispielsweise solche auf Basis von Palladiumchlorid und Stannochlorid in salzsaurer Lösung, oder physikalische Verfahren vorteilhafterweise das Bedampfen.
Der Aktivierung beziehungsweise Bekeimung der nichtmetallischen Flächen der Lochungen können sich gewünschtenfalls mechanische Oberflächenprflzesse anschließen, worauf ein Negativdruck der Leiterzüge mittels Foto- beziehungsweise Siebdruckes folgt.
Alsdann wird die derart aktivierte Lochung erfindungsgemäß mittels galvanischer Metallabscheidung durchkontaktiert, wofür sich ebenfalls alle praxisbekannten Bäder eignen, beispielsweise schwefel saure oder pyrophosphathaltige Kupferbäder.
Der weitere Aufbau der metallischen Schichten erfolgt ebenfalls mittels galvanischer Metallabscheidung zum Beispiel auf eine Kupferschichtdicke von 25 bis 30 my mit anschließender Belegung mit beispielsweise Blei/ Zinn, Glanzzinn, Nickel, Gold, Silber oder anderen geeigneten Metallen od deren Legierungen ebenfalls auf elektrolytischem Wege.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beliebig variIeren, beispielsweise indem die gesamte gelochte Leiterplatte elektrolytisch durchmetallisiert wird, wobei ein an schließender Negativdruck zum weiteren Schichtaufbau erfolgt,dies je nach maßlichen Anforderungen mittels S,ieb- oder Fotodruckes.
Nach einer anderen Verfahrensvariante kann das Leiterbild nach dem Katalysieren der Lochwandung selektiv mittels Foto- oder SiebdruckeE bedruckt werden, worauf die freie Leiterbahnfläche galvanisch durch metallisiert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher in eleganter weise nach dem Katalysieren beziehungsweise Bekeimen und Druck einen direkten Aufbau der Leiterbahnen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Oberflächen der Lochungen in aktivierter Form vorliegen, was vorteilhafterweise durch Verwendung von Basismaterial ermöglicht wird, welches den gewünschten Katalysator bereits erhält.
Das folgende Ausführungsbeispiel dient zur Erläuterung der Erfindung.
Beispiel Eine doppelseitig kupferkaschierte Basisplatte aus glasfaserverstärktem Epoxidharz wird in üblicher Weise gebohrt, mechanisch gereinigt (entgratet) und alkalisch bei etwa 800 C und einer Behandlungsdauer von etwa 7 Minuten entfettet.
Anschließend wird die Platte durch Einwirkung einer I0,'igen Natriumpersulfatlösung bei einer Temperatur von etwa 28 bis 520 C innerhalb von 3 Minuten leicht angeätzt (etwa 2#.
Dann wird mit Schwefelsäure mit einem Gehalt von ca. 10 Gew.# bei Raumtemperatur dekapiert und darauf mit Hilfe eines Katalysators aktiviert. Bei dem Katalysator handelt es sich um eine salzsaure Lösung von Palladiumchlorid mit einem Überschuß an Zinn(I#chlorid, die man bei 280 C 5 Minuten einwirken läßt. Danach wird gründlich gespült und direkt in einem elektrolytischen Kupferbad galvanisch verkupfert.
Der Elektrolyt hat folgende Zusammensetzung Kupfersulfat 18 - 22 g Kupfer/Liter Schwefelsäure 98 Gew. % 150 - 230 g Schwefelsäur# Natriumchlorid 40 - 80 mg Chlorid/Liter Liter Glanzbildner 10 ml Glanzbildner/Liter auf Basis eines Azofarbstoffs Das Bad wird unter Luftbewegung bei einer Temperatur von 24 - 280 C und mit einer Stromdichte von 1 - 3 A/dm2 betrieben.
Nach ca. 10 Minuten wird eine Schicht von ca. 5,um Dicke erzielt, die die gesamte Fläche und die Sohrlochinneriwände bedeckt.
Nach dem Auftrag des Leiterbildes im Sieb- oder Fotodruck erfolgt der Aufbau der Leiterziiffle irnd Bohrungen im gleichen Bad bis zu einer Schichtdicke von 25 - 70,um, um schließlich in einem üblichen Zinn/Blei-Bad mit einer ca. 10 - 15,um dicken Zinn/Blei-Schicht abgedeckt zu werden. Nach dem Entfernen der Resistschicht in an sich bekannter Weise wird die nunmehr wieder frei gelegte Kupferbasis geätzt. Damit ist die Schaltung fertiggestellt. Sie erweist sich in ihrer Funktion und in bezug auf die Festigkeit gegenüber Wärmewechsel und Lötbadtemperatur ebenso wie in bezug auf elektrische Kenndaten als einer konventionell mit Hilfe eines chemischen Kupferbades hergestellten Schaltung gleichwertig.

Claims

Patentansorüche erfahren zur Herstellung von durchkontaktierten Schaltungen durch Metallisierung der Lochungen einer Leiterplatte aus kupferkaschiertem Basismaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Lochungen zunächst mittels eines Katalvsators aktiviert und darauf ausschließlich vermittels galvanischer Metallabscheidung metallisiert werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Metallabscheidung so lange fortgesetzt wird, bis sich in den Lochungen eine geschlossene Netallhülse gebildet hat.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung mittels eines edelmetallhaltigen ionogenen Katalysators, mittels eines edelmetallhaltigen nichtionogenen Katalvsators, mittels eines nichtedelmetallhaltigen Katalysators oder mittels eines nhysikalisch aufgebrachten, vorzugsweise aufgedampften, katalytisch wirksamen Metalls erfolgt.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Palladium-Zinn-haltiger ionogener Katalysator verwendet wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Lochungen bereits in aktivierter Form vorliegen.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Metallabscheidung mittels an sich bekannter galvanischer Bäder auf Basis von Kupferbädern, Nickelbädern, Bleibädern, Zinnbädern, Goldbädern, Silberbädern sowie Legierungsbädern dieser Metalle erfolgt.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bäder als schwefel saure, fluorborsäure, salzsaure, oyanidische, thiosulfatiscte oder pyrophosphathaltige Elektrolyte vorliegen.
8. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die räder einen Gehalt von 5 bis 80 g Metall/Liter aufweisen.
9. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bäder, sofern es sich um saure Bäder handelt, einen Gehalt an freier Säure von 20 bis 200 g/Liter aufweisen.
10. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bäder bei Temperaturen von 20 bis 650 C und mit Stromdichten von 0,2 bis 20 A/dm2, vorzugsweise von 2 bis 5 A/dm2, betrieben werden.
11. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Basismaterial glasfaserverstärktes Epoxidgewebe, Phenolhartpapier, Polyimid, Polysulfon, Polycarbonat oder Teflon verwendet wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Lochungen als auch die gesamte Oberfläche der Leiterplatte metallisiertwerdsq wonach zunächst etn Negativdruck mittels Sieb- oder Fotodruckes und anschlfesend der Schichtaufbau der Leiterzüge erfolgt.
73. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der galvanischen Metallabscheidung das Leiterbild selektiv mittels Sieb- oder Fotodruckes aufgebracht wird.
14. Durchkontaktierte .Schaltung, hergestellt nach den Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 13.
15. Durchkontaktierte Schaltung gemäß Anspruch 13, hergestellt ohne Verwendung chemischer Metallisierungsbäder.