DE1640589C3 - Verfahren zum stromlosen Herstellen von gedruckten Schaltungen - Google Patents
Verfahren zum stromlosen Herstellen von gedruckten SchaltungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stromlosen Herstellen von gedruckten Schaltungen auf
einer nichtleitenden Unterlage, bei dem die Oberfläche der Unterlage aktiviert und eine Schicht aus
Photo-Resist-Material aufgebracht wird, aus dieser nach Belichtung den Leiterzügen entsprechende
Teile herausgelöst werden und auf die so freigelegten Bereiche der Unterlage stromlos Metall niedergeschlagen
wird.
Gedruckte Schaltungen sind bisher auf verschiedene Arten hergestellt worden. Kupferfolien
wurden mit einem geeigneten Klebstoff auf nichtleitenden Trägermaterialien befestigt und das Kupfer
dann wahlweise ausgeätzt, so daß ein leitendes Muster in Form der gewünschten Schaltung übrigblieb.
Gedruckte Schaltungen wurden auch mit Hilfe v<->n nach dem Photo-Resist-Verfahren erstellten
Masken auf nichtleitenden Unterlagen aufgebracht. Bei diesen herkömmlichen Verfahren geht Metall
verloren, wodurch die Herstellungskosten steigen. Zur Verbesserung der bekannten Verfahren wurde
nach Verfahren zum stromlosen Plattieren von gedruckten Schaltungen gesucht. Außer der Reduzierung
des Metallverlusts, bringen die stromlosen Verfahren bei der Serienfertigung einen geringeren Zeitaufwand
und einen größeren Effektivnutzen mit sich als die herkömmlichen Verfahren. Versuche zur
stromlosen kommerziellen Herstellung gedruckter Schaltungen in der Mikroelektronik stießen jedoch
auf Schwierigkeiten wegen der engen Toleranzen, die durch die große Dichte von Verbindungsleitungen
je Flächeneinheit erforderlich sind. Bei einem versuchten Verfahren wird eine Farbe aus metallisch
rezeptiven Partikeln auf der Unterlage in dem gewünschten
Schaltbild durch ein Schablonenverfahren, wie z. B. Siebdruck, aufgetragen. Die gefärbte Unterlace
wird dann stromlos mit einer Metallösung behandelt.
Bei einem anderen bekannten Verfahren wird auf die nichtleitende Unterlage ein Kupfer(l)-ox\düber-/un
aufiiestäubt, anschließend werden Teile der Schaltkartenfläche maskiert und das nichtmaskierte
Kupfer(I)-oxyd zu Kupfer reduziert.
Dieses Verfahren ist aber, sowohl was die Stoffe als auch die Verfahrensschritte angeht, von dem hier
vorgeschlagenen Verfahren wesentlich verschieden, wie sich später zeigen wird.
Eine gute Haftung zwischen diesen gedruckten Schaltungsbahnen und den Unterlagen war jedoch
immer ein Problem.
Das stromlose Plattieren bzw. Niederschlagen von Metallen auf nichtleitenden Unterlagen erfordert
katalytische Kernbildungszentren auf der Unterlage. die meistens aus Edelmetallen wie Palladium, Gold
oder Platin bestehen. Diese Kernbildungszentren bildet man gewöhnlich durch Auftragen einer angesäuerten
Lösung eines Edelmetallchlorids, wie Palladiumdichlorid, auf der nichtleitenden Unterlage,
die bereits mit einem Material sensibilisiert wurde, das leicht oxydiert. Hierfür werden Zinnsalze,
wie Zinndichlorid, verwendet. Das Zinndichlorid wird oxydiert und führt an den Kernbildungs-/.entren
das Palladiumdichlorid zu Palladium zurück. Eine Unterlage mit derartigen Kernbildungszentren
wird als aktivierte Unterlage bezeichnet.
Aus der USA.-Patentschrift 3 006 819 ist ein derartiges Verfahren zum stromlosen Herstellen von gedruckten
Schaltungen auf einer nichtleitenden Unterlage bekannt, bei dem die Oberfläche der Unterlage
aktiviert und eine Maske aus Photo-Resist-Material aufgebracht wird, aus dieser nach Belichtung die
Leiterzügen entsprechenden Teile herausgelöst werden und auf die so freigelegten Bereiche der Unterlage
stromlos Metall niedergeschlagen wird.
Ein Problem, das die Entwicklung stromloser Herstellungsverfahren für gedruckte Schaltungen immer
behinderte, ist der Schutz dieser Kernbildungszentren beirr. Maskieren der aktivierten Unterlage mit einer
Photo-Resist-Schicht. Vor dem stromlosen Niederschlag des Metalls muß die aktivierte Unterlage mit
einer Schicht maskiert werden, die die Bereiche freilassen muß, die nichtleitend sein sollen. Die licht-
empfindliche Schicht auf der Unterlage wird belichtet
und in den Bereichen gehärtet, die in der Schaltung nichtleitend sein sollen. Die nicht belichteten und
nicht gehärteten Bereiche der lichtempfindlichen Schicht müssen dann von den Stellen entfernt werden,
die stromlos plattiert werden sollen. Die organischen
Lösungsmittel zur Entfernung der ungehärteten lichtempfindlichen Schicht, wie z. B. Toluol
oder Xylol, zerstören leider die darunterliegenden Kernbildungszentren, wodurch der nachfolgende
Niederschlag von Metall im stromlosen Verfahren unmöglich gemacht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das sowohl einen wirksamen
Schutz der aktivierten Oberfläche bei der zur Erstellung einer Schaltungsmaske nötigen Entfernung
von Teilen des Photo-Resist-Überzugs mittels organischer
Lösungsmittel bietet als auch eine besonders gute Haftung des Metall»· auf der Oberfläche gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene r.rfindung gelöst.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das endgültige Aufbringen von Metall,
nachdem sich eine sehr dünne, transparente Schicht gebildet hat. durch einen Aufheizungsschritt unterbrochen
wird, ehe bis zur gewünschten Dicke weiteres Metall niedergeschlagen wird. Dadurch werden
die für eine äußerst innige Haftung der Metallschicht auf der Unterlage schädlichen flüchtigen Verunreinigungen
ausgetrieben, was aber nicht in allen Fällen
notwendig ist. Natürlich kann auch nach stromlosem Aufbringen einer dünnen Metallschicht auf andere
als auf stromlose Weise das übrige Metall aufgebracht werden.
Schließlich ist es für viele Zwecke vorteilhaft, z. B. beim Aufbau von Mehrschichtschaltkarten, die aus
gehärtetem Photo-Resist-Material bestehenden Maskenteile nicht zu entfernen, so daß Einzelschaltkarten
mit glatter bzw. erhabener Oberfläche entstehen, die sich besonders gut zum -Xufeinandcrschichten eignen.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert.
F i g. 1 zeigt die Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschrittc der erfindungsgemäßen Ausführung.
Die F i g. 2 bis 6 zeigen im Querschnitt den Strukturwandel
eines gedruckten Schaltungselemcnts während der einzelnen Arbeitsgänge des erfindungsiiemäßen
Verfahrens.
Im folgenden wird ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben.
Eine nichtleitende Unterlage aus Fiberglas, die mit einer Epoxydharzschicht überzogen ist, wird durch
Aufrauhen ihrer Oberfläche auf herkömmliche Art und Reinigung mit einer üblichen milden alkalischen
VVasserlösung vorbereitet. Die Unterlage wird dann abgespült und mit einer lOprozentigen lösung von
Schwefelsäure behandelt, wieder gespült und dann mit einer SOprozcntigen HCI-Lösung behandelt. Die
Oberfläche der Unterlage wird dann auf die übliche Art aktiviert, indem man sie mit einem Sensibilisator
aus 30 g Zinn(II)-chlorid und 10 ml konzentriertem HCI je Liter Wasser 10 Sekunden lang bei Raumtemperatur
behandelt, dann in Wasser abspült und hinterher mit einem Aktivator von 0,1 g Palladiumdichlorid
und 10 ml konzentriertem HCl je Liter Wasser ungefähr 15 bis 30 Sekunden bei Raumtemperatur
behandelt. Die aktivierte Oberfläche wird dann 5 Minuten lang bei Raumtemperatur in eire
wäßrige stromlose Kupferlösung der folgenden Zusammensetzung getaucht:
(A) 5 Volumenteile einer wäßrigen Lösung von RoChClIeSaIz(NaKC1H1O1-HoO) 17l)g.'l. CuSO,5H2O
35 gi. NaOH 50 g/l. Na2CO3 30 g/l, Natriumsalz
der Athvlendiamintetraaeelonsäure 5 ml 1: gemischt mi«:
(B) 1 Volumenteil einer 37prozentigen Lösung von ίο Formaldehyd in Methanol.
Auf der Oberfläche der Unterlage ist jetzt eine transparente Kupferschicht zu sehen, deren Dicke in
der Größenordnung von 25 iim liegt. Die sich ergebende
Struktur ist in F i g. 2 gezeigt Der Kupfer-
'5 film U bedeckt die Oberfläche der nichtleitenden Unterlage K).
Dann wird der Kupferfilm zu kupfer(II)-oxyd
oxydiert, indem man ihn mit einem Oxydationsmittel nie >
Ebonal-C« (eine wäßrige Lösung von gleichen
2« Gewichtsteilen Natriumhulroxyd und Natriumchlorid
von 454 g auf 3,78 edm)"bei (>3 C iiir 30 bis oO Sekunden
behandelt, bis der Kupfeifilm gende schwär/
wird. Fig. 3 zeigt die KuplerOn-oxydschicht 12 auf
der Unterlage 10. Die Struktur wird dann abgewaschen und für ungefähr 1 Stunde auf 12PC erwärmt.
Als nächstes wird die Kupfer(II)-oxydschicht mit einem dünnen gleichmäßigen Film eines herkömmlichen
Photo-Rcsist-Materials, das ein Dielektrikum und ein guter elektrischer Isolator ist. überzogen.
Photo-Resist-Uberzüge sind in der Technik bereits gut bekannt. Ein geeignetes Material dafür ist monomeres
Styrol, das als Photosensibilisator Phenosafraninfarbstoff
in der Größenordnung von 0.(12° η des Gewichts enthält. Ein weiteres Material ist Kodak-Photo-Resist.
Dieses photoempfindliche Material wird auf herkömmliche Weise aufgetragen und getrocknet,
z. B. in 6 Stunden bei 82' C. Dann wird es über ein Diapositiv belichtet, so daß die Bereiche dem
Licht ausgesetzt werden und erhärten, die in der gedruckten Schaltung nichtleitend sein sollen. Die
nicht gehärteten Teile des Überzugs werden dann durch ein Lösungsmittel, wie Xylol oder Toluol, entfernt.
Gemäß der Darstellung in F i g. 4 bleibt die
■45 gehärtete Schicht 13 nur in den Bereichen, die nichtieitend
sein sollen. Das Kupfer(II)-oxyd 12 ist in den Bereichen 14 freigelegt, die das Muster für die Schaltung
bilden.
Das freigelegte Kupfer(Il)-oxyd in den Bereichen
5" 14 wird dann bei Raumtemperatur mit einem sauren
Lösungsmittel, wie z. B. einer 20prozentigen Lösung von HCl bei Raumtemperatur, aufgelöst, um die
Oberfläche der nichtleitenden Unterlage 12 im Schaltungsmuster 14 gemäß der Darstellung in Fig. 5
freizulegen. Diese Oberfläche enthält noch die geschützten Kernbildungszentren. Dann wird die Oberfläche
der Unterlage ungefähr 5 Minuten lang bei Raumtemperatur in eine stromlose Kupferlösung mii
der obengenannten Zusammensetzung getaucht, bis
fi<> eine durchsichtige Kupferschicht in den Bereichen 14
sichtbar ist. Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird jetzt die Schaltungsplatte wieder aus der Lösung genommen und erwärmt,
um alle flüchtigen Verunreinigungen, die in der niedergeschlagenen Kupferschicht oder zwischen
der Kupferschicht und der Unterlage eingeschlossen sind, zu vertreiben. Das erreicht man durch einstündige
Erwärmung auf ungefähr 121° C. Dann wird
die ganze Struktur wieder in die stromlose Kupferlösung
getaucht, bis der Kupferniedcrschlag 15 auf dein Schallungsmuster die gewünschte Dicke gemäß
tier Darstellung in F i g. 6 erreicht hat. Nach der Erwärmung kann jedoch die Kupferablagerung 15 auch
auf andere Weise bis zur gewünschten Dicke aufgebaut
werden. F.s wurde festgestellt, daß der ErwärmungsKcliritl
zur Entfernung flücluiger Verimreini-".ungen
die Haftung des Kupfcrniederschlags auf der Unterlage verbessert. Für viele Anwendungszwecke
kann die Haftung jedoch auch ohne diese Erwärmung ausreichen. In diesen Fällen kann die Erwärmung
wegfallen und die Struktur ununterbrochen in die Kupferlosung getaucht bleiben, bis die Ablagerung
15 die gewünschte Dicke erreicht hat.
Während in dem oben beschriebenen Beispiel Kupfer niedergeschlagen wurde, kann jedes auf herkömmliche
Art stromlos niedergeschlagene Metall, wie Nickel, Palladium, Kobalt, Gold, Silber. Zinn
und Rhodium, an Stelle von Kupfer durch Einuiuchen
der mit einer Resistschicht maskierten Unterlage in eine stromlose Plattierungslösung des entsprechenden
Metalls niedergeschlagen werden.
Die nichtleitende Unterlage kann aus jedem Standardmaterial bestehen, das für Unterlagen bei gedruckten
Schaltungen %'erwendet wird. z. B. Glas. Keramik. Vitrokeram oder Kunststoff, z. B. Mylar.
Teflon. Acetate. Nylon, Lucit (Polyalkylacrylat) und Epoxyd-Harz-ZGlas-Laminate.
Wie bereits gesagt, kann das Photo-Resist-Matcrial
jedes herkömmliche Material sein. Obwohl dieses nur vorübergehend aufgebracht wird und nach Niederschlag
des Metalls im Schaltungsmuster entfernt wird, kann auch ein Widerstandsmaterial verwendet
werden, das in den nichtleitenden Bereichen permanent
ist. Die im !Beispiel beschriebenen Resistmaterialbereiche
können auf Wunsch permanent gemacht werden, wenn man sie bei Temperaturen
trocknet die eine Verbindung der Resistmaterialkomponcnten ermöglichen. Anderes Material zur Erstellung
permanenter Resistbereiche sind Zusammensetzungen aus photocmplindliehen Polyesterharzen.
Eine Anwendung der permanenten Resislschichten wären Isolationen und Lagerungen bei mehrschichtigen
Schaltungskalten. In diesem Zusammenhang ist erwähnenswert, daß Kiip!er(II)-oxyd ein ausgezeichnetes
Material zur Bindung der permanenten Resislschiehl an die Unterlage ist.
Zur Erzielung bester Ergebnisse ist in dem gezeigten Beispiel der zuerst auf die Unterlage plattierte
Kupferfilm so dünn, daß er durchsichtig ist. Ein Film
von dieser Dicke stellt eine Oxydation des gesamten Kupfers im Film zu Kupler(llj-oxyd sicher. Ein si
dünner Film ist jedoch nicht unbedingt erforderlich und das Verfahren arbeitet auch zufriedenstellend
wenn der erste Kupferfilm dicker ist.
Das vorgezogene Verfahren zur Zersetzung und Entfernung des freigelegten Kupfer(ll)-oxyds arbeitel
mit einer Säure, die das Kupfcr(II)-oxyd auflöst, ohne
im wesentlichen die darunterliegenden Kernbildunas-Zentren
zu beeinflussen. Geeignete Säuren enthalten 2- bis 50prozentige Lösungen von HCl. 2- bis 5()prozentige
Lösungen von Schwefelsäure. 2- bis 50prozentigc Lösungen von Salpetersäure sowie Zitronensäure
und Essigsäure. Es ist zu beachten, daß alle in der Anmeldung und den Ansprüchen angegebenen
Verhältnisse sich auf das Gewicht beziehen, soweil nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zum stromlosen Herstellen von gedruckten Schaltungen auf einer nichtleitenden
Unterlage, bei dem die Oberfläche der Unterlage aktiviert und eine Schicht aus Photo-Resist-Material
aufgebracht wird, aus dieser nach Belichtung den Leiterzügen entsprechende Teile herausgelöst
werden und auf die so freigelegten Bereiche der Unterlage stromlos Metall niedergeschlagen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbiingen des Photo-Resist-Materials auf die
Unterlage ein dünner Kupferfilm aufgebracht und zu einem Kupfer(II)-oxydüberzug oxydiert wird
und daß dieser Überzug nach dem Herauslösen des nicht gehärteten Photo-Resist-Materials entfernt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewährleistung einer vollständigen
Oxydation der anfänglich aufgebrachte Kiipfcrnlm so dünn aufgetragen wird, daß er
transparent ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß das abschließende stromlose Aufbringen von Metall unterbrochen wird, wenn
ein transparenter Metallfilm niedergeschlagen worden ist. daß dann die das Schaltungsmuster
tragende Schaltkartc erhitzt wird und anschließend das Aufbringen von Metall bis zu der
gewünschten Dicke fortgesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das im Anschluß an die Zwischenerhitzung
aufzubringende Metall auf andere Weise, z. B. elektrolytisch od. dgl., aufgebracht
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das abschließend
aufgebrachte Metall Kupfer ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abbauen der nichtmaskierten
Bereiche des Kupfer(II)-oxydüberzugs eine Säure, insbesondere ChlorwasserstofTsäure.
verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß elektrisch nichtleitendes Resistmaterial für die Maskenherstellung verwendet
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das in den
nichtleitenden Bereichen befindliche Resistmaterial permanent gemacht wird.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US61681467A | 1967-02-17 | 1967-02-17 | |
| US61681467 | 1967-02-17 | ||
| DEJ0035721 | 1968-02-15 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1640589A1 DE1640589A1 (de) | 1970-12-17 |
| DE1640589B2 DE1640589B2 (de) | 1975-06-12 |
| DE1640589C3 true DE1640589C3 (de) | 1976-01-22 |
Family
ID=
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