DE4139031A1

DE4139031A1 - Verfahren zur herstellung eines gedruckten substrats

Info

Publication number: DE4139031A1
Application number: DE4139031A
Authority: DE
Inventors: Minoru Fujita; Naoshige Kawasaki; Masatoshi Sunamoto; Takeshi Morita; Takashi Takahama; Osamu Hayashi; Syunsuke Uzaki; Toshihide Sudou
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1992-06-11
Also published as: GB9125275D0; JPH04363093A; KR940009173B1; AU8807891A; KR920011299A; GB2250866A; CA2056218A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines gedruckten Substrats. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung eines gedruckten Substrats, bei dem Lot auf eine Leiterstruktur aufgetragen wird.

Ein konventionelles Verfahren zum Auftragen von Lot auf eine aus Kupfer bestehende Leiterstruktur auf einem Substrat wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 am Beispiel eines Heißluftauf schmelzverfahrens beschrieben.

Das strukturierte und mit einem Lötabdecklack beschichtete gedruckte Substrat 1 wird für eine vorbestimmte Zeit in einen Behälter 2 getaucht, in dem sich geschmolzenes Lot 3 befin det. Wenn das gedruckte Substrat 1 aus dem Behälter gehoben wird, wird Gas 4 hoher Temperatur und hohen Drucks auf die Substratoberfläche geblasen, um überschüssiges Lot, das sich auf der Kupferleiterstruktur abgesetzt hat, wegzublasen; da durch erfolgt ein Abdecken eines vorbestimmten Teils der Kupferleiterstruktur mit Lot.

Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung eines gedruck ten Vielschichtsubstrats beschrieben, bei dem die oben ge nannte Lotüberzugstechnik angewandt wird.

Schritt 1: Strukturieren elektrisch leitfähiger Platten, die Innenschichten bilden.

Schritt 2: Behandeln der Oberflächen der Innenschichten bil denden elektrisch leitfähigen Platten (Anoxidieren).

Schritt 3: Laminieren von Schichten einschließlich der Innen schichten und Verpressen des Laminats.

Schritt 4: Bilden eines Durchgangslochs in dem Laminat.

Schritt 5: Verkupfern des Laminats.

Schritt 6: Strukturieren von Leiterzügen auf dem Laminat.

Schritt 7: Aufdrucken eines Lötabdecklacks und von Symbolen.

Schritt 8: Heißluftaufschmelzen von Lot.

Schritt 9: Bearbeiten der Außenkonfiguration des gedruckten Substrats.

Bei dem konventionellen Verfahren zur Herstellung eines ge druckten Substrats bestanden jedoch folgende Probleme. Wie Fig. 8 und 9 zeigen, war es schwierig, die Kupferleiterstruktur 5 gleichmäßig mit dem Lot 6 zu überziehen, und die Lötschicht tendierte zu großer Dicke, und zwar aufgrund der Grenzflä chenspannung des Lots 6 an dem Teil, an dem der Oberflächen bereich der Kupferleiterstruktur klein und der Abstand zwi schen den strukturierten Leitern gering war, wodurch die Ge fahr eines Kurzschlusses zwischen benachbarten Leitern be stand (wie durch A in Fig. 8 angedeutet ist). Eine hohe Ein stellung des Drucks des Gases 4 zum Wegblasen von überschüs sigem Lot 6 zur Vermeidung der Gefahr eines Kurzschlusses führte dagegen zu einer unzureichenden Dicke der Lötschicht auf der Leiterstruktur (wie durch B in Fig. 9 angedeutet ist), einer verschlechterten Benetzbarkeit bei der Montage von Bauelementen und einer verminderten Zuverlässigkeit der Anschlüsse der Bauelemente.

Bei Festlegung der Bauelement-Befestigungspositionen durch eine Bilderkennungseinrichtung konnten ferner keine genauen Positionen erhalten werden, weil das Lot eine gekrümmte Ober fläche hat, die zum Glänzen tendiert, so daß ein Bereich um das Lot herum reflektiert wurde.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines gedruckten Substrats bereitzustellen, das ein gleich mäßiges Auftragen von Lot auf die Leiterstruktur ermöglicht, und zwar ungeachtet der Größe des Oberflächenbereichs, in dem die Leiterstruktur gebildet ist, und ohne in der Lotober fläche Unebenheiten zu verursachen, wobei die Gefahr eines Kurzschlusses auch an einem Teil vermieden wird, an dem der Oberflächenbereich der Leiterstruktur klein und der Abstand zwischen benachbarten Leitern gering ist, wobei eine hohe Zuverlässigkeit der Anschlüsse der Bauelemente gewährleistet, das Erkennungsvermögen einer Bilderkennungseinrichtung beim Anbringen der Bauelemente verbessert und die Lagegenauigkeit der Bauelemente erhöht werden.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines gedruckten Substrats bereitgestellt, das folgende Schritte umfaßt: Bilden einer Leiterstruktur auf einem Substrat und Auftragen einer Zinn und Blei als Hauptkomponenten enthal tenden Lotlegierung auf die Leiterstruktur durch stromloses Plattieren.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines gedruckten Substrats bereitgestellt, das folgende Schritte umfaßt: Bilden einer Leiterstruktur auf einem Substrat, Auf bringen eines Lötabdecklacks auf einen Teil der Leiterstruk tur und Auftragen einer Zinn und Blei als Hauptkomponenten enthaltenden Lotlegierung auf den übrigen freiliegenden Teil der Leiterstruktur durch stromloses Plattieren.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines gedruckten Substrats wird zum stromlosen Plattieren eine Badlösung mit 0,1 mol/l Zinn, 0,01 mol/l Blei, 0,2 mol/l organischer Sulfonsäure und 2 mol/l Thioharnstoff als Haupt komponenten eingesetzt.

Da bei der Erfindung stromloses Plattieren angewandt wird, hat auf eine freiliegende metallische Leiterstruktur auf getragenes Lot eine ebene Oberfläche und gleichmäßige Dicke.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Flußdiagramm, das die Schritte des stromlosen Plattierens als Hauptschritte bei einem Verfahren zur Herstellung eines gedruckten Substrats gemäß Beispiel 1 der Erfindung im einzelnen zeigt;

Fig. 2 einen Querschnitt eines Oberflächenteils des durch das stromlose Plattieren gemäß Beispiel 1 herge stellten gedruckten Substrats;

Fig. 3A ein Bild des Oberflächenbereichs einer auf dem gedruckten Substrat gebildeten Lötschicht;

Fig. 3B ein Bild eines Teils der Lötschicht in vergrößer tem Maßstab;

Fig. 4 eine Tabelle der Beziehungen zwischen der Dicke der Lötschicht und des Zinnanteils in der Schicht gemäß Fig. 3;

Fig. 5 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Plattier zeit und der Dicke der Lötschicht bei einem strom losen Plattierschritt gemäß Fig. 1;

Fig. 6 ein durch Löten eines IC-Gehäuses auf die Löt schicht von Fig. 3 erhaltenes Beispiel, wobei Fig. 6A einen Zustand an einem gelöteten Teil und Fig. 6B einen Teil des gelöteten Teils in vergrößertem Maßstab zeigt;

Fig. 7 eine Darstellung, die das Auftragen von Lot auf ein gedrucktes Substrat durch Heißluftaufschmelzen zeigt;

Fig. 8 einen Querschnitt, der einen Oberflächenbereich eines durch ein konventionelles Verfahren herge stellten gedruckten Substrats zeigt; und

Fig. 9 einen Querschnitt, der ein weiteres Beispiel eines Oberflächenbereichs eines durch ein konventionel les Verfahren hergestellten gedruckten Substrats zeigt.

BEISPIEL 1

Es wird ein Beispiel der Herstellung eines gedruckten Substrats mit einer Kupferleiterstruktur beschrieben.

Schritt 1: Strukturieren von Innenschichten bildenden elektrisch leitenden Platten.

Schritt 2: Behandeln der Oberfläche jeder elektrisch lei tenden Platte.

Schritt 3: Laminieren von Platten einschließlich der leit fähigen Innenplatten und Verpressen derselben.

Schritt 4: Bohren eines Durchgangslochs in das Laminat.

Schritt 5: Verkupfern einer Platte.

Schritt 6: Strukturieren einer elektrisch leitfähigen Vielschichtplatte (durch ein Strukturmetallisierungs- oder ein Überdeckungsverfahren).

Schritt 7: Aufdrucken eines Lötabdecklacks und von Symbolen.

Schritt 8: Stromloses Aufbringen einer Lötschicht.

Schritt 9: Bearbeiten der Außenkonfiguration der elektrisch leitenden Vielschichtplatte.

Die oben genannten Schritte resultieren in einer gedruckten Leiterplatte, bei der Lot durch stromloses Plattieren auf die Kupferleiterstruktur aufgetragen ist.

Bei den oben genannten Schritten sind Schritt 8 und Schritt 9 gegeneinander austauschbar.

Nachstehend wird das stromlose Aufbringen einer Lötschicht gemäß Schritt 8 im einzelnen beschrieben.

Schritt 8-1: Entfetten (mit einer Säure).

Dabei werden Flecken und Öl auf der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte und Oxide auf der Kupferleiterstruktur entfernt.

Schritt 8-2: Sanft-Ätzen (wäßrige Ammoniumpersulfatlösung).

Dabei wird die Oberfläche der Kupferleiterstruktur um ca. 0,5-2 µm unter Freilegung einer sauberen Kupferoberfläche geätzt.

Schritt 8-3: Beizen (verdünnte Schwefelsäure).

Dabei werden Oxide auf der Kupferoberfläche entfernt.

Schritt 8-4: Vortauchen.

Vor dem regulären Tauchen des gedruckten Substrats wird dieses in eine Flüssigkeit, die den gleichen pH-Wert und die gleiche Konzentration eines Zusatzstoffs wie das reguläre Lötbad hat, zum Benetzen des gedruckten Substrats getaucht, um das Abscheiden des Lots zu stabilisieren, den Eintritt von Verunreinigungen in das reguläre Lötbad zu verhindern und die Lebensdauer der Badlösung zu verlängern.

Schritt 8-5: Stromloses Aufbringen einer Lötschicht (mit einer Säure).

Zum stromlosen Plattieren wurde eine Badlösung mit 0,1 mol/l Zinn, 0,01 mol/l Blei, 0,2 mol/l organischer Sulfonsäure und 2 mol/l Thioharnstoff als Hauptkomponenten eingesetzt. Das stromlose Plattieren wurde auf einem Kupferlötaugenbild auf einem Substrat mit einer Teilung von 250 µm und einer Breite von 100 µm bei einer Plattiertemperatur von 70°C für die Dauer von 15 min durchgeführt.

Fig. 3 zeigt einen Zustand der auf das Kupferlötaugenbild aufgetragenen Lötschicht, die gemäß dem oben genannten Schritt erhalten wurde. Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke der Lötschicht und dem Zinnanteil.

Wenn zum stromlosen Plattieren die Badlösung mit der oben beschriebenen Zusammensetzung verwendet wird, kann die Löt schicht mit der gewünschten Dicke auf dem Kupferlötaugenbild durch Einstellen einer Plattierzeit gemäß Fig. 5 gebildet werden.

Beim stromlosen Plattieren läuft an der Kupfer/Badlösungs- Grenzfläche eine Reaktion ab, wodurch eine Lötschicht ge bildet wird, auf die ein benachbartes Kupferlötaugenbild keinen Einfluß hat. Da die Reaktion nur an der Kupfer/Bad lösungs-Grenzfläche abläuft, kann ferner die ursprüngliche Form des Kupferlötaugenbilds erhalten bleiben, auch wenn die Lötschicht abgeschieden wird, und der obere Teil des Kupfer lötaugenbilds 5 kann seine ebene Form beibehalten (Fig. 2).

Gemäß diesem Beispiel kann also eine ebene Lötschicht 7 auf dem Kupferlötaugenbild mit einer sehr kleinen Teilung präzise gebildet werden.

Fig. 6A und 6B zeigen ein Beispiel, bei dem ein IC-Gehäuse durch ein Impulsaufheizverfahren bei 270°C für die Dauer von 5 min auf das Lötaugenbild gelötet wird, auf dem gemäß den oben beschriebenen Schritten eine Lötschicht aufgebracht ist.

Beim Messen der Ablösefestigkeit an dem gelöteten Teil wurde gefunden, daß ein Anschlußdraht des IC-Gehäuses ohne ein Ablösen an dem gelöteten Teil gebrochen war. Es konnte also ein ausgezeichnetes Ergebnis erzielt werden.

Wie oben beschrieben wurde, kann bei diesem Beispiel eine Lötschicht mit einer genau eingestellten Dicke auf einem Lötaugenbild mit einer sehr kleinen Teilung eines gedruckten Substrats gebildet und infolgedessen ein IC-Gehäuse mit einer sehr kleinen Teilung leicht durch Löten an dem Lötaugenbild befestigt werden.

Schritt 8-6: Aktivieren der Lötfläche (mit einer Säure).

Dabei werden Flecken und Oxide auf der Lötschicht entfernt.

BEISPIEL 2

Beim obigen Beispiel 1 wird der Lötabdecklack auf einen Teil der Leiterstruktur aufgebracht und die Lotlegierung durch stromloses Plattieren auf den übrigen freiliegenden Teil auf getragen. Jedoch wird bei diesem Beispiel die Lotlegierung durch stromloses Plattieren auf die gesamte Leiterstruktur ohne Aufbringen des Lötabdecklacks aufgetragen. Bei diesem Beispiel kann die gleiche Wirkung erzielt werden.

Die auf die Kupferleiterstruktur aufgetragene Lotlegierung kann 1 Gew.-% oder weniger Antimon enthalten.

Das für den Schritt 8-1 verwendete Entfettungsmittel kann alkalisch sein.

Zum Sanft-Ätzen in Schritt 8-2 kann eine Lösung eingesetzt werden, die Natriumpersulfat, Kaliumpersulfat, Schwefelsäure + Wasserstoffperoxid oder Ammoniumpersulfat + Schwefelsäure als Hauptkomponenten umfaßt.

Zum Beizen in Schritt 8-3 kann organische Säure, Salzsäure oder Salpetersäure eingesetzt werden.

Die Kupferleiterstruktur kann durch Volladditiv- oder Halb additivtechnik gebildet werden.

Ein oder mehrere der Schritte 8-1 bis 8-6 zum stromlosen Aufbringen einer Lötschicht können entfallen.

Bei dem gedruckten Substrat kann eine Kupferleiterstruktur auf einer einzigen Oberfläche oder auf beiden Oberflächen des Substrats gebildet werden. Ferner kann das gedruckte Substrat ein Vielschichtsubstrat sein, das beispielsweise aus vier oder mehr Laminatschichten besteht. Außerdem kann das Sub strat aus Keramik, spritzgegossenem Kunststoff oder Glas be stehen. Das Substrat kann auch eine gekrümmte Oberfläche haben.

Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der Erfindung eine Leiterstruktur auf einem Substrat gebildet und eine Zinn und Blei als Hauptkomponenten enthaltende Lotlegierung durch stromloses Plattieren entweder auf die gesamte Leiterstruktur oder einen Teil davon aufgetragen, wobei nach dem Bilden der Leiterstruktur ein Lötabdecklack aufgebracht werden kann. Infolgedessen kann die Lotlegierung ungeachtet der Dimen sionen der Leiterstruktur und des Abstands zwischen ihren benachbarten Leitern gleichmäßig und eben auf die Leiter struktur aufgetragen werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Anschlüsse der Bauelemente bei der Montage und die Genauig keit der Lagebeziehungen zwischen den Bauelementen verbessert werden können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines gedruckten Substrats, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bilden einer Leiterstruktur auf einem Substrat und
Auftragen einer Zinn und Blei als Hauptkomponenten enthalten den Lotlegierung auf die Leiterstruktur durch stromloses Plattieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Vielschichtsubstrat ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat vor dem stromlosen Plattieren zum Benetzen in eine Lösung getaucht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum stromlosen Plattieren eine Badlösung mit 0,1 mol/l Zinn, 0,01 mol/l Blei, 0,2 mol/l organischer Sulfonsäure und 2 mol/l Thioharnstoff als Hauptkomponenten eingesetzt wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines gedruckten Substrats, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bilden einer Leiterstruktur auf einem Substrat,
Aufbringen eines Lötabdecklacks auf einen Teil der Leiter struktur und
Auftragen einer Zinn und Blei als Hauptkomponenten enthalten den Lotlegierung auf den übrigen freiliegenden Teil der Lei terstruktur durch stromloses Plattieren.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Vielschichtsubstrat ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum stromlosen Plattieren eine Badlösung mit 0,1 mol/l Zinn, 0,01 mol/l Blei, 0,2 mol/l organischer Sulfonsäure und 2 mol/l Thioharnstoff als Hauptkomponenten eingesetzt wird.