DE60005354T2

DE60005354T2 - Leiterplattenherstellung

Info

Publication number: DE60005354T2
Application number: DE60005354T
Authority: DE
Inventors: Cyril William Finstock BAND
Original assignee: Oxford University Innovation Ltd
Current assignee: Oxford University Innovation Ltd
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: EP1195082B1; JP2003504892A; DE60005354D1; GB9916060D0; WO2001005200A3; EP1195082A2; WO2001005200A2; US6858352B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Produktion von gedruckten Schaltungen und insbesondere Verfahren zur Herstellung derartiger gedruckter Schaltungen durch Ätzen einer gewünschten Leiterstruktur in einer Schicht aus leitendem Material auf einem Substrat.
Leiterplatten, welche eine Struktur aus leitendem Material, gewöhnlich Kupfer, auf einem Substrat wie zum Beispiel einer Harzplatte umfassen, sind gut bekannt und werden umfangreich in der Elektronikindustrie verwendet. Herkömmliche Verfahren zur Herstellung derartiger gedruckter Schaltungen umfassen die Herstellung einer gleichförmigen Schicht aus leitendem Material, gewöhnlich Kupfer, auf einem Träger wie zum Beispiel der Harzplatte (obwohl flexible Träger immer mehr verwendet werden), wobei die gewünschte Leiterstruktur anschließend in dem leitenden Material geätzt wird. Dieser Ätzprozess umfasst als erstes das Aufbringen einer Maske des Resists in der gewünschten Struktur auf dem leitenden Material und anschließend das Aufsprühen der leitenden Schicht mit einem Ätzmittel, um die Flächen des Leiters zu entfernen, die durch das Resist nicht maskiert werden. Die Struktur des Resists wird herkömmlich durch Aufbringen einer gleichförmigen Schicht des Fotoresists hergestellt, welche anschließend mit einer Struktur von UV-Licht, die der gewünschten Schaltungsstruktur (oder ihrem Negativ) entspricht, belichtet wird. Die Flächen des Resists, die belichtet wurden (oder in dem Negativprozess nicht belichtet wurden), werden anschließend weggelöst. Gewöhnlich wird die Struktur des UV-Lichtes unter Verwendung einer Maske oder fotografischen Muttermaske erzeugt, welche selbst in der Struktur der gewünschten gedruckten Schaltung oder ihres Negativs vorhanden ist. Derartige Masken können durch verschiedene Verfahren wie zum Beispiel Laserplotting oder herkömmliche Fotografie hergestellt werden.
DE-A-1.936.775 offenbart eine Leiterplatte, in welcher die elektrischen Abschirmungseigenschaften und Wärmeübertragungseigenschaften verbessert werden, indem große Flächen des nicht verwendeten Leiters auf dem Substrat stehengelassen werden. Folglich werden die Leiterelemente der Schaltung durch einen Zwischenraum der Größenordnung mit der Breite von 0,5 mm, der längsseits davon verläuft, welcher sie von den nicht verwendeten Leiterflächen, die Schirme oder Wärmeübertragungsflächen bilden, oder von anderen Leitern trennt. Die Struktur wird zuerst durch Bildung einer gewünschten Leiterstruktur (in welcher die Leiterelemente ungefähr 0,5 mm breit sind) und anschließend durch Bildung einer zweiten Struktur, die der ersten ähnlich ist, aber mit den Elementen, die breiter, z.B. mit Seitenlänge 1,5 mm, hergestellt sind, gebildet. Durch Kombinieren eines Negativs der zweiten Struktur mit der ersten Struktur wird ein 0,5 mm breiter Abstand längsseits jedes Leiterelementes definiert. Diese Kombination kann als eine Maske verwendet werden, um die gewünschte Resiststruktur zu definieren.
Mit der Miniaturisierung elektronischer Bauelemente sind gedruckte Schaltungen immer feinerer Auflösung erforderlich. Gegenwärtig weisen gedruckte Schaltungen eine Feinauflösung auf, die Leiter von Breiten so schmal wie 150 μm enthalten. Es ist jedoch ein Bedarf an gedruckten Schaltungen mit Leitern vorhanden, die viel schmaler als dies sind, bis zu 30 μm oder darunter, sogar in dem Bereich 10 bis 12 μm. Ein Problem mit der Herstellung so feiner Schaltungen besteht darin, dass die Schaltungen oft Defekte enthalten, zum Beispiel, dass die schmalsten Leiter unterschiedlicher Breite oder sogar gebrochen sind. Dies legt Beschränkungen für die Feinheit auf, die erreicht werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten bereit, in welchem die mit der Herstellung sehr schmaler Leiterelemente verbundenen Probleme beim Ätzen einer gedruckten Schaltung verringert werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Maske für die Verwendung bei der Herstellung einer Resiststruktur für das Ätzen einer gedruckten Schaltung bereitgestellt, welche Leiterbereiche kleiner als 30 μm breit aufweist, welches das Definieren eines Ätzstreifens konstanter Breite in der Maske längsseits der Flächen der Maske umfasst, die die Leiterbereiche definieren.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt eine gedruckte Schaltung bereit, die gedruckte Leiterelemente kleiner als 30 μm breit enthält, wobei die Leiterelemente durch Ätzstreifen konstanter Breite längsseits davon strukturiert werden.
Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung bereit, die eine Struktur von Leiterelementen umfasst, die Elemente kleiner als 30 μm breit enthalten, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Definieren einer Struktur des Resists auf einem Druckschaltungssubstrat, welche die Bereiche des Leiters belichtet lässt, die wegzuätzen sind, und die Bereiche bedeckt, um Leiterelemente kleiner als 30 μm breit zu bilden, wobei die belichteten Bereiche Flächen konstanter Breite längsseits der Leiterelemente umfassen.
Der Ätzstreifen ist vorzugsweise der gleichen Breite wie der schmalste Leiterabstand oder der Leiter in der gedruckten Schaltung.
Mit der vorliegenden Erfindung muss die gleiche Menge von Leitern längs aller Leiterelemente weggeätzt werden. Mit einer herkömmlichen Leiterplatte muss für einige Flächen, wo die Leiter sehr dicht angeordnet werden, weniger Kupfer weggeätzt werden als für Flächen, wo sehr viele Leiter vorhanden sind oder wo die Leiter weit angeordnet werden. Es ist diese Differenz der Menge des Leiters, welche weggeätzt werden muss, welche Schwankungen der Ätzrate verursacht. Die lokale Ätzrate ändert sich gemäß der Menge des lokalen Leiters, welche weggeätzt werden soll. Da mit der vorliegenden Erfindung die Menge des lokalen Leiters, die weggeätzt werden soll, konstant ist (weil sie einen Ätzstreifen konstanter Breite umfasst, der die Leiter strukturiert), ist die Ätzrate über der gesamten Struktur die gleiche. Folglich ist die Breite der Leiter, die erzeugt werden, relativ konstant und werden Probleme der unzulässigen Verengung von Leitern, des Unterätzens von Leitern durch Ätzmittel und der Unterbrechung von Leitern verringert.
Die Erfindung wird außerdem durch ein nicht einschränkendes Beispiel mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigen:
1 – schematisch eine herkömmliche Druckschaltungsstruktur;
2 – die entsprechende Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung; und
3 – bei einem vergrößerten Maßstab eine wirkliche Maske, die durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
1 zeigt schematisch eine sehr einfache gedruckte Schaltung, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. 1 zeigt die Schaltung in herkömmlicher Form und 2 zeigt die Modifikation gemäß der Erfindung. Wie in 1 ersichtlich ist, wird die gedruckte Schaltung auf einem Substrat 1 definiert und umfasst eine Gruppe von parallelen Leitern 3a, 3b und 9, von denen die Leiter 3a und 3b zu den Kontaktstellen 5 führen und der Leiter 9 weg zu einem anderen Bereich der gedruckten Schaltung führt. Es ist ersichtlich, dass sich der Abstand zwischen den Leitern über die Struktur ändert, wobei er in Bereichen 6 schmal ist, wo die Leiter parallel und dicht angeordnet werden, während er in den Bereichen 7 und 11 in der Nähe der Kontaktstellen und des Randes der gedruckten Schaltung breiter ist. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass der Leiter 3a auf einer Seite einen sehr schmalen Abstand zu dem benachbarten Leiter 3b und auf der anderen Seite eine sehr breite Fläche aufweist, wo der gesamte Leiter weggeätzt wurde. Entsprechend weist der Leiter 9 im Bereich 11 Flächen auf beiden Seiten auf, wo mehr Leiter weggeätzt wurde. Wo diese Struktur bei feinen Auflösungen erzeugt wird, wie zum Beispiel Leitern, die 30 μm breit oder weniger sind, z.B. 10 bis 12 μm, hat es sich herausgestellt, dass die Breite der erzeugten Leiter in den verschiedenen Bereichen 6, 7 und 11 schwankt. Die Ätzrate würde in den Bereichen 6 im Vergleich zu den weit getrennten Bereichen 7 und 11 kleiner sein. Folglich würden die Leiter, eine konstante Ätzzeit vorausgesetzt, schmäler werden (wegen des zugenommenen Ätzens) in den Bereichen, die sich den Kontaktstellen nähern oder wo sich die Leiter in andere Teile der gedruckten Schaltung wie bei 11 erstrecken.
Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem durch Modifizieren der Struktur des Leiters, welche in dem Ätzprozess erzeugt wird. Das Ergebnis dieser Modifikation ist in 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass jedes der Leiterelemente nun von einem Ätzstreifen 20 konstanter Breite umgeben wird. Die Leiterelemente werden folglich von den unbenutzten Bereichen des Leiters 22 durch diesen Streifen konstanter Breite getrennt. Folglich ist die Menge des leitenden Materials, welches weggeätzt werden muss, nun über die gesamte Fläche der dargestellten Struktur konstant. Dies bedeutet, dass die Ätzrate die gleiche über die gesamte Struktur sein wird und Schwankungen der Breite der erzeugten Leiter viel kleiner sein werden.
Natürlich kann es sein, obgleich 2 zeigt, dass nur der Ätzstreifen 20 konstanter Breite weggeätzt wird, dass entfernte Bereiche des Druckschaltungssubstrats vorhanden sind, welche weggeätzt werden können, ohne die Ätzrate lokal um die Leiter herum zu beeinflussen. Die Erfindung betrifft das Erzeugen einer konstanten Ätzrate um die Leiterelemente herum. Folglich kann es sein, ein Druckschaltungsprodukt vorausgesetzt, dass nur bestimmte Bereiche den Ätzstreifen konstanter Breite, der die Leiter strukturiert, enthalten müssen. Randbereiche oder Bereiche, welche keine feinen Leiter enthalten, können auf eine herkömmliche Weise erzeugt werden.
Man wird verstehen, dass in einem Bereich, wo die Leiter aus parallelen dicht angeordneten Elementen bestehen, um zu ermöglichen, dass die Ätzraten die gleichen wie die Ätzrate zwischen diesen Elementen sind, die Ätzstreifen von der gleichen Breite wie der Abstand zwischen den Leiterelementen sein müssen. Oft wird ein konstantes Marke-Abstand-Verhältnis verwendet, welches bedeutet, dass die Ätzstreifen der gleichen Breite wie der schmalste Leiter auf der Platine sein können.
3 ist eine vergrößerte Ansicht einer wirklichen Maske, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entworfen wurde. Die weißen Flächen entsprechen den Flächen des Leiters, welche auf der gedruckten Schaltung stehengelassen werden. Folglich sind viele Kontaktstellen 5 vorhanden, welche durch Leiterelemente oder "Drähte" 3 mit einer anderen Reihe von Kontaktstellen 4 verbunden werden. Außer diesen Leiterelementen ist ersichtlich, dass große Flächen von unbenutztem Leiter 15 vorhanden sind, welche stehengelassen werden, weil die Leiterstruktur durch die Ätzstreifen 10 konstanter Breite strukturiert wird. Der Ätzstreifen konstanter Breite ist von der gleichen Breite wie der Abstand zwischen den Leitern in dem Bereich 17, wo sie eng angeordnet werden.
Während die vorliegende Erfindung beschrieben wurde, wie in dem Entwurf der Maske zur Verwendung des Ätzprozesses angewendet wird, wird man natürlich verstehen, dass sie angewendet werden kann, wenn auch das selektive Ätzen des Leiters erreicht wird. Daher kann es zum Beispiel sein, dass die gleichförmige Schicht des Resists in einem Rasterprozess beleuchtet wird und nicht unter Verwendung einer Maske, oder direkt durch einen Lichtstrahl geschrieben wird. Alternativ kann die Resiststruktur durch andere Mittel erzeugt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch noch darin anwendbar, dass die Struktur des Resists einen Ätzstreifen konstanter Breite definieren muss, der die gewünschten Leiterbereiche in der Struktur strukturiert.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Maske für die Verwendung beim Herstellen einer Resiststruktur für das Ätzen einer gedruckten Schaltung, die Leiterbereiche (3) weniger als 30 μm breit aufweist, umfassend das Definieren eines Ätzstreifens (10) konstanter Breite in der Maske längsseits der Flächen der Maske, die die Leiterbereiche (3) definieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ätzstreifen (10) im Wesentlichen der gleichen Breite wie der schmalste Leiterbereich (3) oder der schmalste Abstand zwischen Leiterbereichen (3) in der gedruckten Schaltung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ätzstreifen (10) die Leiterbereiche (3) von den Bereichen (15) des ungenutzten Leiters auf der gedruckten Schaltung trennt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Maske Flächen für das Definieren der Leiterbereiche (17) in der gedruckten Schaltung umfasst, die weniger als 30 μm entfernt sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ätzstreifen (10) weniger als 30 μm breit ist.
Gedruckte Schaltung, die gedruckte Leiterelemente (3a, 3b) weniger als 30 μm breit enthält, wobei die Leiterelemente (3a, 3b) durch einen Ätzstreifen (20) konstanter Breite längsseits davon strukturiert werden.
Gedruckte Schaltung nach Anspruch 6, in welcher der Ätzstreifen (20) die gedruckten Leiterelemente (3a, 3b) von den Bereichen des ungenutzten Leiters (22, 15) trennt.
Gedruckte Schaltung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Ätzstreifen (20) im Wesentlichen der gleichen Breite wie das schmalste Leiterelement (3a, 3b) oder der schmalste Abstand zwischen den Leiterelementen (3a, 3b) in der gedruckten Schaltung ist.
Gedruckte Schaltung nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei die gedruckte Leiterstruktur Leiterelemente (3a, 3b) enthält, die weniger als 30 μm (17) entfernt sind.
Gedruckte Schaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Ätzstreifen (20) weniger als 30 μm breit ist.
Verfahren des Herstellens einer gedruckten Schaltung nach Anspruch 6, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Definieren einer Struktur des Resists auf einem Druckschaltungssubstrat, welche die Bereiche des Leiters belichtet lässt, die wegzuätzen sind, und Bereiche bedeckt, um die Leiterelemente (3a, 3b) weniger als 30 μm breit zu bilden, wobei die belichteten Bereiche die Bereiche (10) konstanter Breite längsseits der Leiterelemente (3a, 3b) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Struktur die Leiterelemente (3a, 3b) definiert, die weniger als 30 μm (17) entfernt sind.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Bereiche (10) konstanter Breite im Wesentlichen genauso breit wie das schmalste Leiterelement oder der schmalste Abstand zwischen den Leiterelementen (3a, 3b) in der gedruckten Schaltung sind.