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WO1996018285A1 - Verfahren zum direkten und selektiven aufbringen von schutzschichten - Google Patents

Verfahren zum direkten und selektiven aufbringen von schutzschichten Download PDF

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WO1996018285A1
WO1996018285A1 PCT/AT1995/000240 AT9500240W WO9618285A1 WO 1996018285 A1 WO1996018285 A1 WO 1996018285A1 AT 9500240 W AT9500240 W AT 9500240W WO 9618285 A1 WO9618285 A1 WO 9618285A1
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WO
WIPO (PCT)
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metal
protective layer
nozzle
covered
application
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Ceased
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PCT/AT1995/000240
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Stubenvoll
Theophil-Johannes Melicher
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of WO1996018285A1 publication Critical patent/WO1996018285A1/de
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/02Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
    • H05K3/06Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding the conductive material being removed chemically or electrolytically, e.g. by photo-etch process
    • H05K3/061Etching masks
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/01Tools for processing; Objects used during processing
    • H05K2203/0104Tools for processing; Objects used during processing for patterning or coating
    • H05K2203/013Inkjet printing, e.g. for printing insulating material or resist

Definitions

  • the patent includes an improved method and devices for carrying out the method according to the preamble of claim 1.
  • Printed circuit boards are manufactured by producing printed circuit board base material (which consists of the insulating carrier layer and the one- or two-sided full-surface copper layer) and subsequent production of the customer-specific printed circuit traces (layout). The process described here is to be used, among other things, starting from the base material for the production of the customer-specific conductor tracks.
  • a photographic film of this template is first created in the methods currently used.
  • the (metal) surface is coated over the entire surface with a photosensitive coating.
  • the photosensitive coating on the (metal) surface is exposed and then developed, so that parts of this coating are removed in accordance with the photographic template. This can result in a positive image (the black parts in the template remain as a protective layer on the (metal) surface) or a negative image (the black parts in the template are removed and the (metal) surface is exposed) Template on the (metal) surface.
  • Another common method of producing the cover layers on the circuit board base material is the use of screen printing techniques.
  • a photographic film with the desired layout must also be exposed.
  • a photo-sensitive substance is applied to a fine-mesh stainless steel or plastic mesh, exposed with the photographic film and developed. This creates a template for pressing the screen printing lacquer onto the circuit board base material using a doctor blade.
  • the resolution that can be achieved depends on the mesh size of the screen printing fabric used.
  • a non-metallic protective layer is applied to those parts of the
  • ERSATZBLAH (RULE 26) The etching is stopped and the protective layer is removed, creating the desired conductor pattern.
  • the non-metallic protective layer (4) is applied selectively and directly, so that only those parts of the (metal) surface (1) are coated that are necessary in the subsequent chemical, physical or combined chemical-physical treatment process (2). Those parts of the (metal) surface (1) where the treatment is to take place (3) are not covered.
  • This selective and direct application of a non-metallic protective layer (4) to the (metal) surface (1) is achieved by the use of electronically controlled, positionable axes, which provide a mechanism for the selective application of a substance over the entire (metal) surface (1 ) position. It is possible that the
  • the application mechanism consists of at least one nozzle which controllably dispenses a substance of variable volume and e.g. forms a grid of dots on the (metal) surface. As the solvent of the substance evaporates, neighboring application points run into a continuous film. After the substance has hardened, a protective layer (4) adheres to the (metal) surface (1).
  • (metal) surfaces can not only be treated chemically, but also electro-chemically or physically.
  • Metal surfaces are reinforced by means of galvanic methods and other surfaces can be cleaned or removed by sandblasting.
  • a similar technique is used in the currently used ink jet printers, in which the print head is positioned over a white sheet of paper and ink is applied to the paper according to the electronic information. This results in a selective coating of the paper with ink, which at best results in a paper page printed with letters and / or drawings after the ink has dried.
  • a (metal) surface (1) can also be coated with a protective layer (4) which is resistant to the subsequent chemical treatment process, using the same method for the selective application of ink to a white sheet of paper.
  • an inkjet printer in such a way that it can pull in and print cut-out circuit board base material and use, for example, diluted LACOMIT from Canning Ltd., Birmingham, UK, as an ink replacement, a device for the direct and selective application of a non-metallic protective layer is realized.
  • the adapted inkjet printer is controlled by a computer that the Has printed information of the surface coverage in electronic form in a file.
  • This patent application includes the selective and direct application of a non-metallic protective layer (4) which is resistant to the subsequent chemical, physical or combined chemical-physical treatment onto a (metal) surface (1) with electronically positionable mechanisms, whereby only those parts are covered which should not be subjected to further chemical treatment (2).
  • FIG. 1 Schematic cross-sectional representation of a (metal) surface which is selectively covered with a protective layer
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through a (metal) surface (1), some parts of the (metal) surface (1) being covered by a protective layer (4).
  • a protective layer (4) In chemical, physical or combined chemical-physical treatment, only those parts of the (metal) surface (3) are

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
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Abstract

Bei dem hier zum Patent angemeldeten Verfahren wird mit Hilfe eines elektronisch positionierbaren Mechanismus zum punktförmigen Auftragen einer Flüssigkeit eine Schutzschicht (4) direkt und selektiv auf eine (Metall-) Oberfläche (1) aufgetragen. Diese Schutzschicht (4) entsteht nach dem Eintrocknen der Flüssigkeit, welche durch punktförmige Benetzung der (Metall-) Oberfläche (1) aufgebracht wurde. Diese Schutzschicht (4) dient zur Verhinderung einer chemischen, physikalischen oder kombinierten chemisch-physikalischen Oberflächenbehandlung, sodass ausschliesslich jene Stellen (3), die nicht von dieser Schutzschicht (4) bedeckt sind, der Oberflächenbehandlung ausgesetzt sind. Die Positionierung des Auftragsmechanismus erfolgt durch eine Mechanik und ein Programm, welches die Informationen, welche Stellen (2) der (Metall-) Oberfläche (1) abgedeckt werden sollen, einliest und in eine Position umsetzt. Dieses Verfahren trägt direkt ohne Zwischenschritte, wie z.B. fotochemische Filmherstellung, Belichtung und Entwicklung, eine Schutzschicht (4) selektiv auf eine (Metall-) Oberfläche (1) auf, wodurch nicht nur eine Arbeitsersparnis sondern auch eine Verminderung der Umweltbelastung eintritt.

Description

Verfahren zum direkten und selektiven Aufbringen von Schutzschichten
Das Patent beinhaltet ein verbessertes Verfahren und Vorrichtungen zur Durchfuhrung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
Derzeit werden in der Galvanotechnik und speziell bei der kundenspezifischen Fertigung von elektronischen Leiterplatten (= gedruckte Schaltung bevor die elektronischen Bauteile bestückt und verlötet werden) arbeitsintensive und umweltbelastende Verfahren angewendet. Die Herstellung von Leiterplatten erfolgt durch die Herstellung von Leiterplatten-Basismaterial (welches aus der isolierenden Trägerschicht und der ein- oder .zweiseitigen ganzflächigen Kupferauflage besteht) und nachfolgender Herstellung der kundenspezifischen Leiterbahnzüge (Layout). Das hier beschriebene Verfahren soll unter anderem ausgehend vom Basismaterial auf die Herstellung der kundenspezifischen Leiterbahnen angewendet werden.
Um die Vorlage, welche meistens in Form von Daten auf einem Datenträger erstellt wird und vorliegt, auf die (Metall-) Oberfläche aufzubringen, wird bei den derzeit verwendeten Verfahren zuerst ein fotografischer Film von dieser Vorlage erstellt. Die (Metall-) Oberfläche wird ganzflächig mit einem fotoempfindlichen Überzug beschichtet. Mit dem fotografischen Film wird der fotoempfindliche Überzug auf der (Metall-) Oberfläche belichtet und danach entwickelt, sodaß Teile dieses Überzuges gemäß der fotografischen Vorlage entfernt werden. Dabei kann es zu einer positiven Abbildung (die in der Vorlage schwarzen Teile bleiben als Schutzschicht auf der (Metall-) Oberfläche erhalten) oder zu einer negativen Abbildung (die in der Vorlage schwarzen Teile werden entfernt und die (Metall-) Oberfläche freigelegt) der Vorlage auf die (Metall-) Oberfläche kommen.
Eine andere gängige Methode zur Herstellung der Abdeckschichten auf dem Leiterplatten-Basismaterial ist die Verwendung von Siebdrucktechniken. Dabei muß wie beim oben beschriebenen Verfahren auch ein fotographischer Film mit dem gewünschten Layout belichtet werden. Auf einem feinmaschigen Edelstahl- oder Kunststoffgewebe wird eine fotoernpfindüche Substanz aufgebracht, mit dem fotographischen Film belichtet und entwickelt. Dadurch entsteht eine Vorlage -zum Durchdrücken des Siebdrucklacks auf das Leiterplatten- Basismaterial mittels einem Rakel. Die dabei erzielbare Auflösung ist abhängig von der Maschenweite des verwendeten Siebdruck-Gewebes. Es entstehen durch diese derzeit verwendeten Verfahren auf der (Metall-) Oberfläche
Stellen, welche nicht abgedeckt sind und Stellen die mit einer nichtmetallischen Schichte überzogen sind, welche für die nachfolgende chemische Behandlung zur Erreichung der gewünschten unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheit notwendig sind.
Zum Beispiel werden bei der Herstellung einseitig kupferbeschichteter Leiterplatten mit den oben beschriebenen Verfahren eine nichtmetallische Schutzschichte auf jene Teile der
Kupferoberfläche aufgebracht, welche nach dem Ätzprozess erhalten bleiben sollen, da auf den abgedeckten Flächen die Ätzlösung nicht angreifen kann. Nach der Abätzung der unbedeckten
ERSATZBLAH (REGEL 26) Stellen wird das Ätzen beendet und die Schutzschichte entfernt, womit das gewünschte Leiterbahnbild entsteht.
Wichtig ist nur, daß vor der chemischen Behandlung jene Teile der (Metall-) Oberfläche (1), die nicht chemisch behandelt werden sollen (2), abgedeckt sind und jene Stellen unbedeckt sind, welche der chemischen Behandlung unterzogen werden sollen (3). Genau das leistet auch das hier beschriebene und zum Patent angemeldete Verfahren:
Die Aufbringung der nichtmetallischen Schutzschichte (4) erfolgt dabei selektiv und direkt, sodaß nur jene Teile der (Metall-) Oberfläche (1) beschichtet werden, die im nachfolgenden chemischen, physikalischen oder kombinierten chemisch-physikalischen Behandlungsverfahren notwendig sind (2). Jene Teile der (Metall-) Oberfläche ( 1 ), wo die Behandlung erfolgen soll (3), werden nicht abgedeckt. Diese selektive und direkte Aufbringung einer nichtmetallischen Schutzschichte (4) auf die (Metall-) Oberfläche (1) wird durch den Einsatz von elektronisch gesteuerten, positionierbaren Achsen, die einen Mechanismus zur punktweisen Aufbringung einer Substanz über der gesamten (Metall-) Oberfläche (1) positionieren kann, durchgeführt. Dabei ist es möglich, daß der
Aufbringmechanismus, die (Metall-) Oberfläche oder beide positioniert werden. Der Aufbringmechanismus besteht aus mindestens einer Düse welche steuerbar eine Substanz variablen Volumsinhaltes abgibt und z.B. ein Raster von Punkten auf der (Metall-) Oberfläche bildet. Während des Verdunstens des Lösungsmittels der Substanz verrinnen benachbarte Auftragspunkte zu einem durchgehenden Film. Nach dem Aushärten der Substanz entsteht eine auf der (Metall-) Oberfläche (1) haftende Schutzschichte (4).
Mit dieser nichtmetallischen Schutzschichte können (Metall-) Oberflächen nicht nur chemisch behandelt werden, sondern auch elektro-chemisch oder physikalisch. So können z.B. Metalloberflächen mittels galvanischer Methoden verstärkt und andere Oberflächen durch Sandstrahlen gereinigt oder abgetragen werden.
Bei den derzeit verwendeten Tintenstrahldruckern wird ein ähnliches Verfahren benutzt, wobei der Druckkopf über einem weißen Blatt Papier positioniert wird und entsprechend den elektronischen Informationen Tinte auf das Papier aufträgt. Somit kommt es zu einer selektiven Beschichtung des Papiers mit Tinte, welche günstigstenfalls nach dem Eintrocknen der Tinte eine mit Buchstaben und/oder Zeichnungen bedruckte Papierseite ergibt.
Es kann unter Anwendung desselben Verfahrens zur selektiven Aufbringung von Tinte auf ein weißes Blatt Papier auch eine (Metall-) Oberfläche (1) mit einer für das nachfolgende chemische Behandlungsverfahren resistenten Schutzschicht (4) überzogen werden.
Wenn man einen Tintenstrahldrucker derart umbaut, daß er zurechtgeschnittenes Leiterplatten-Basismaterial einziehen und bedrucken kann und als Tintenersatz z.B. verdünntes LACOMIT der Fa. Canning Ltd., Birmingham, UK verwendet, ist ein Gerät zur direkten und selektiven Aufbringung einer nichtmetallischen Schutzschichte realisiert. Der adaptierte Tintenstrahldrucker wird von einem Computer angesteuert, der die Druckinformation der Oberflächenabdeckung in elektronischer Form in einer Datei gespeichert hat.
Diese Patentanmeldung beinhaltet die selektive und direkte Aufbringung einer für die nachfolgende chemische, physikalische oder kombinierte chemisch-phsikalische Behandlung resistente nichtmetallische Schutzschichte (4) auf eine (Metall-) Oberfläche (1) mit elektronisch positionierbaren Mechanismen, wobei nur jene Teile abgedeckt werden, die der weiteren chemischen Behandlung nicht unterzogen werden sollen (2).
Bei diesem hier vorgeschlagenen Verfahren wird auf die Anfertigung eines fotografischen Filmes und der Belichtung und Entwicklung der ganzflächig aufgebrachten fotoempfindlichen Schichte verzichtet. Dabei wird nicht nur eine wesentliche Reduktion der Arbeitsschritte und damit der aArbeitszeit vorgenommen. Es werden auch Behandlungsschritte (Aufbringen und Entwickeln der fotoempfindlichen Schichte) nicht mehr notwendig, wodurch die Entsorgung der chemischen Rückstände dieser Bearbeitungsschritte entfallt und durch dieses Verfahren ein Beitrag zur Minimierung der Umweltverschmutzung geleistet wird. Ein weiterer Vorteil besteht in der direkten Verwendung von elektronisch gespeicherter Layout-Information, welche bei der Erstellung mit handelsüblichen Layout- und Routing-Programmen entsteht.
Das hier zum Patent angemeldete Verfahren ist hauptsächlich für die .Anwendungen bei der galvanischen Oberflächenbehandlung und der Herstellung von Leiterplatten vorgesehen, wobei andere Anwendungsmöglichkeiten nicht ausgeschlossen werden.
Beschreibung von Figur 1 (Schematische Querschnitt-Darstellung einer (Metall-) Oberfläche, welche selektiv mit einer Schutzschichte bedeckt ist):
Die beiliegende Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnittes durch eine (Metall-) Oberfläche (1 ), wobei einige Stellen der (Metall-) Oberfläche (1) durch eine Schutzschichte (4) bedeckt sind. Bei der chemischen, physikalischen oder kombiniert chemisch-physikalischen Behandlung sind nur jene Teile der (Metall-) Oberfläche (3) der
Behandlung ausgesetzt, welche nicht durch diese Schutzschichte (4) bedeckt sind. Andererseits werden die von der Schutzschichte (4) bedeckten Teile der (Metall-) Oberfläche (2) nicht der Behandlung ausgesetzt.
Legende:
1. (Metall-) Oberfläche
2. Teil der (Metall-)Oberfläche welche durch die Schutzschicht bedeckt ist und wo eine chemische Behandlung nicht angreifen kann.
3. Teil der (Metall-) Oberfläche, welche nicht durch die Schutzschichte bedeckt ist und wo eine chemische Behandlung angreifen kann. 4. eine für die chemische Behandlung resistente Schutzschichte, die auf der (Metall-)
Oberfläche fest haftet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1) Verfahren zur selektiven Aufbringung von dünnen nichtmetallischen Schutzschichten auf (Metall-) Oberflächen zur Herstellung von elektronischen Bauteilen als Vorbereitung zu einer nachfolgenden chemischen, physikalischen oder kombinierten chemisch-physikalischen Behandlung dadurch gekennzeichnet, daß diese Schichten mittels eines elektronisch gesteuerten und in mindestens zwei Freiheitsgraden positionierbaren Gerätes direkt mit mindestens einer Düse aufgebracht werden, wobei der Auftragsmechanismus über der (Metall-) Oberfläche, oder die (Metall-) Oberfläche unter dem Auftragsmechanismus oder beide positioniert werden können.
2) Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Positionierung des
Auftragsmechanismus und/oder der (Metall-) Oberfläche und die Aufbringung einer Substanz, welche eine auf der Oberfläche haftende Schichte bildet, wiederholt durchgeführt wird, bis die gewünschte selektive Abdeckung der (Metall-) Oberfläche erreicht ist.
3) Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Tintenstrahldrucker besteht, der elektrisch steuerbar und mindestens in 2 Freiheitsgraden positionierbar ist und mindestens eine Düse aufweist, wobei die Düse über der Oberfläche oder die Oberfläche unter der Düse oder beide relativ zueinander positioniert werden können.
4) Vorrichtung nach Anspruch 3 gekennzeichnet dadurch, daß die Düse(n) steuerbar eine Substanz variablen Volumsinhaltes abgibt.
PCT/AT1995/000240 1994-12-09 1995-12-04 Verfahren zum direkten und selektiven aufbringen von schutzschichten Ceased WO1996018285A1 (de)

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AU39742/95A AU3974295A (en) 1994-12-09 1995-12-04 Direct and selective process for applying protective layers

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AT229694 1994-12-09

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WO1996018285A1 true WO1996018285A1 (de) 1996-06-13

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PCT/AT1995/000240 Ceased WO1996018285A1 (de) 1994-12-09 1995-12-04 Verfahren zum direkten und selektiven aufbringen von schutzschichten

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3047884A1 (de) * 1980-12-18 1982-07-15 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Vorrichtung zur automatisierbaren bearbeitung in der halbleitertechnologie, z.b. von leiterplatten
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WO1995023244A1 (en) * 1994-02-25 1995-08-31 The University Of Edinburgh Surface treatment of an object

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AU3974295A (en) 1996-06-26

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