DE1771475A1

DE1771475A1 - Verfahren und Vorrichtung zum chemischen Aufbringen von Gold auf poroese,nichtleitende Koerper oder Glas

Info

Publication number: DE1771475A1
Application number: DE19681771475
Authority: DE
Inventors: Peter Albeck; Richard Breitwieser; Hafner Bernhard Friedrich; Wilfried Kapp
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1968-05-30
Filing date: 1968-05-30
Publication date: 1971-12-16
Also published as: FR2009624A1; GB1257995A

Description

Boblingen, 27. 2'ai 1968 ru-rna

Amtliches Aktenzeichen:

zeichen der Anmelderin:

Ducket GH ¹T.;: O-iu. --,f. 8 Γ 8 0 39

^Λ'ί£F^ '' 1'C¹U und Vorrichtung y.w. . chemischen Aufbringen von Gold aui p_oröije, nichtleitende ί"⁽Ϊ£.Ιί^_£ "doi* Cilas

Die Lri'indung l)etrifft ein Verfahron zum chemischen Aufbringe-, "on Gold ai.f poröse, nichtleitende ί -rf>er oder CJlas unter Anv/endun;4 bekannter Sensii.-üisierungs- und Aktivierung8/erfahren, insbesondere ?ur herstellung voi. T.eiierzügen für mikrominiaturisierte Schaltungen, so.· ie eine Vorriclitung zur Durchführung des Verfahrens.

Prinzipiell sind drei Verfahren bekannt, um Metalle r-.uf nicht'.netallisc'ie poröse Unterlagen oder Glas aufzubringen. Einmal ist es möglich, die Metalle mechanisch durch Plattierung bzw. durch Aufsprühen oder Aufdampfen aufzubringen. Diese '/erfahren haben jedoch den Nachteil, dass die aufgebrachten Schichten sehr grosse Dickenunterschiede aufweisen und die Haftfähigkeit auf der Unterlage sehr klein ist. so dass sogar Unterbrechungen der I.eiterzüge axif Schaltkarten möglich sind, wobei zu beachten ist das« die Leiterzüge auf den Schaltungepl/ittchen für mikrominiaturieierte Schaltkreise nur eine Breite von 100 ti und kleiner haben. Eine

BAD ORIGINAL

109851/1398

177U75

Dicke über das gan/.e Plättchen ist deshalb von so grosser Bedeutung, .'iil der Widerstand der einzelnen Leiterzüge des ^T>lättchens konstant und sehr klein sein soll, um möglichst wenig elektrische Verluste /.u hnhen.

Γ!_> ist '.'uUerhin l>ek;üii.t . Metalle, .vie ■/.. PV Knpi'er und ("!old, mit ilili'e der C !,ilvauol.e-"" aiik ,Ί".ί :i i--'.tmetallische Unterlagen aufzubringen. Aici sind die ^!>ier:-u erforderliche;. '. or richtungen bekannt.

B Diese \Crfa!iren utid v'or ri c!\t\.mgen haben jedoch den ^r'ru!iteil, dass die

nic'iti.ietailisciien f'uterlnger. mit viel Aufwand an 7eit und Vaterial für den ^aI'■;<aischen "ro/.ess vorbereitet werden müssen. Damit eine ein-■'/:"ii:f'irei»; Kattuns.; ties ' loldes auf der nichtmetallischen T^r7iterlage erreicht wird, Müssen vor doi eigentlichen ^^rergoldungsvorgang in mehreren Prozessen verschieden»· metallische Zwischenschic htten auf chemischem oder galvanise!.ein V.'eg auf das Cl-rundireterial aufgebracht werden.

^ Dadurch wird das gesamte Verfahren sehr teuer und ^eitaufv/ondig. Ausser-

dem haben diese bekannte Verfahren den Nachteil, dass sie zur Herstellung von mehrschichtigen I.eiterzügen auf nichtmetallischen Unterlagen ungeeignet sind, da die Leiterzüge durch Atzen mittels Königswasser hergestellt werden müssen,

Ausserdem ist es bei.aunt, Kupfer oder Silber mit Hilfe chemischer Verfahren auf nichtleitende poröse Körper oder Unterlagen aufzubringen. Dabei wird der zu versilbernde bzw. verkupfernde Körper vor dem eigentlichen

ge 968 040 109851/1398 _BAD original _₃_

177U75

Yereilberungs- bzw. Verkupferungsprozess sensibilieiert und aktiviert so /ie ggf. noch mit einer anderen metallhaltigen /'v/ischensc'iicht versehen. Diese chemischen Verfahren, die sich zur Aufbringung von Kupfer oder Silber eignen, sind jedoch zur Aufbringung von Gold ungeeignet, da hier keine einwandfreie Haftung am Grundmaterial erreicht wird.

Weiterhin wurde vorgeschlagen, elektrische Gold-Leiterzüge auf nichtmetallische Unterlagen dadurch aufzubringen, dass der sensibilisierte und aktivierte Körper in eine Lösung einer Goldverbindung, r,. H. A? ^r'iges V Au (CT^ und konzentrierte Natronlauge bei einem Gewichte-

anteil von 5 bis 8g pro Liter bzw. 80g pro Liter gebracht wird, dass diese Lösung auf eine Temperatur von 70 bis 90 gebracht wird und danach 8 '; iges T⁷inn-Chlorid mit einem Anteil von 32 ml pro Liter in die Lösung gegeben wird, wodurch nach ca. 1 bis 2 Minuten das Held durch das 7.inn aus der Lösuni; gedrängt ird und sich auf dem zu vergoldenden Körper niederschlä ;;1

Dieses ''er fahrer, hat iedoch den T Tn c l"it oi 1. das π das Goldbnd n-'tch einmaligem (".ebram-.h für einen weiteren Vergold'inpsprozers unbvr·': "hhnr ™ ist. so dass sirli dnrnus ein relativ hoher ' -oldvorhrrm^h ei <dbt Weiteren 'at dieses ' ι rfnhren (!on "larhteil. <h>Bf κ s fiii· οϊ;ηπ kcal iiiuierli' :h('ii I 'roduklii¹:;;^!!!' -css unrec!. Met in', d ) bei ifdvr. i.'· :■ "ei".'oJ !i'ihisjto.-chs ic<lt'8ü ;\\ ei>. ]·,<■ 'ce Had Mi'ise^.t werdn: j "es, ■■'..·.- ^''ίγ "eitrrtubrjul 'nd t«>\ic:r ist

'Irr l.if .·.· ■:■,·[ iJci't des¹'.-·!'. <li'' Ί fe.·¹"* : ι πιμ-Ιι«. Hi· ''erfahrtM! inul eine i'rrii l.lni '■ ,:v.· r Ihm: ;;< Ί- · ' ·: Π>» ι' ■ ·■< ti vui· ' ■. 1 i .- ■ ■ · ·. i «·]*' (■' ;ΊΚ F <' ι·

1 09851 / 1 3 9 B

Do.l-.e, (,Τ:%.ΊίΜ0

-4- 177U75

Unterlagen, wie ν.. ΙΊ. Keramik oder Glas, zu schaffen, wodurch es möglich wird, dass das einmal angefertigte Goldbad ständig wieder verwendet werden J nun und der Goldverlust relativ klein bleibt.

Das erfindungsger ^;isse Verfahren zur Lösung der Aufgabe besteht darin, dass ein Goldbnd mit der folgenden 7usnmrrensetz\ing verwendet wird:

stoffe
Goldchlorwaeserfsäure 4 g pro Liter, Harnstoff 8g pro läter, Zitronen-

fc säure 10g pro Liter, dass dieses Rad zum Vergolden durch eine Umlaufpumpe in ständiger Bewegung gehalten und auf eine Betriebstemperatur von 75 bis 85 C gebracht wird und danach der zu vergoldende Schichtträger in dieses Bad eingetaucht wird.

Die erfindung.3gem;isse Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemSseen Verfahrens besteht darin, dass am Ausgang eines Badbeh.'ilters über ein Rohrsystem eine Kühlvorrichtung angeschlossen ist, die die Badtemperatur auf die erforderliche Betriebstemperatur für ein nachgeschaltetes Filter herabsetzt und dass dem Filter eine Heizvorrichtung nachgeschaltet ist, die das Goldbad wieder auf die erforderliche Betriebstemperatur erhitzt..

Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrene sowie der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass das einmal angefertigte Goldbad ständig wieder verwendet werden kann und unter zeitweiliger ?ugabe der

Docket GK '!6K 04 0 _5-

109851/1398

BAD ORIGINAL

■⁵- 177U75

Goldverbindung das Goldbad in se.ner erforderlichen Konzentration kontinuierlich erhalten werden kann. Dies hat deshalb besondere Vorteile, weil bei einer Grosserienfertigung der Furtigungsprozess nicht unterbrochen werden braucht und ein Vergolden praktisch ständig möglich ist. Ausserdern werden die aufgebrachten Goldschichten in Form von Leiterzügen sehr homogen und künn^n bis zu 10 u Dicke ohne weiteres aufgebracht werden. .Auch mehrschichtige Leiterzüge laesen sich auf diese .Art und Weise sehr einfach herstellen, weil die Abdeckung schon vorhandener Leiterzüge auf einer Grundlage mit bestimmten elektrischen Isolationematerialien, sehr einfach zu realisieren ist und der Atzvorgang entfällt.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, jedoch sind auch weitere Variationen des Ausführungsbeispiels ohne weiteres möglich, ohne dass der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Die Figur zeigt eine besondere vorteilhafte Vorrichtung zum chemiechen Vergolden von Schaltungsplättchen oder dergleichen

Zunächst soll das erfindungsgemiisse chemische Verfahren zum Aufbringen von Gold auf nichtmetallische Unterlagen beschrieben werden.

Vor den eigentlichen Vergoldungsprozess wird das nichtleitende poröee Material, im vorliegenden Falle ein A1_O- -Substrat, das als Träger für aufzubringende Leiterzüge elektrischer Schaltungen dient, mit Photolack beschichtet, mit Hilfe bekannter Seneibilieierungsverfahren sensibilisiert und danach aktiviert. 1 0 9 8 5 1 / 1 3 9.8

OFUq₁ Docket GE 968 040 - 6-

-6- 177U75

Die Sensibiliaierung kann dabei in einer Zinn-Chlorid-Lösung auf bekannte Art und V/eise geschehen und die Aktivierung kann in einer Palladium-Chlorid-Losung oder in Oold-Chlorwnsserstoff-S.'iure vorgenorm. en werden.

Vor der Sensibilisieren und Aktivieren wird das Al_O,_rSubstrat wie schon beschrieben mit Photolack überzogen und entsprechend den aufzubringenden Leiterzügen belichtet. Danach wird der belichtete Körper nach bekannteti Verfahren entwickelt und die Sensibilisierung sowie die Aktivierung findet fß nur an den Stellen intensiv statt, die durch den P>olu ' tungsnroi'.ess vorgezeichnet sind und sp.iter die Leitungezüge tragen. Tet;.t wird der Photolack wieder entfernt.

Nacli dem Aktivieren erfolgt der eigentliche Vergoldungsprozess.

Für das Vergolden wird ein Goldbad verwendet, dae folgende Zusammensetzung aufweist:

Goldchlorwasserstoffsüure 4g pro Liter

Harnstoff 8g pro Liter

" Zitronensäure 10g pro Liter

Das aktivierte A1_O -Substrat wird in ein Bad. mit obiger Zusammensetzung gebracht, das in der Zwischenzeit auf 75 bis 85 C erhitzt wurde. Sofort nach dem Eintauchen des A1_?O,-Substrates erfolgt die Abscheidung des Goldes auf die aktivierten S^ eilen, die die aufzubringenden Leiterzüge kennzeichnen.

Die Goldmenge, die sich an den aktivierten Stellen niederschlägt, hangt von der Eintauchzeit des AI2O3-Substrates ab Dadurch ist es möglich, die

109851/1398 bad original

Docket GE 968 040 -7-

-⁷- 177U75

Dirke der aufzubringen Leiterzüge durch Variieren der Eintauchzeit zu bestimmen.

Eine Goldschicht von ca. 4 bis 5 11 Dicke wird innerhalb einer halben biß einer Stunde auf das Al.,0 -Substrat abgeschieden.

Diö Ergebnisse haben gezeigt, dass das Gold tatsächlich nur an den Stellen niedcrgeschlntren wird, die aktiviert sind. Dadurch ist es möglich, dass sofort nach Beendigung des Vergoldens die Leiterzüge exakt auf dem Al-O-Substrat aufgebracht sind, und ein kompliziertes '''tren mit Hilfe von Könige- ^

wasser entfällt völlig.

Tn dem Rad nach der oben angegebenen Zusammensetzung bilden sich wä'lirend des Vergoldungsvorganges Kristallisationskeime. Diese Kristallisationskeime würden dazu führen, dass nach relativ kurzer reit, das gesamte Gold aus der Lösung ausgeschieden wäre und somit das Bad unbrauchbar geworden wä re.

Um dies zu verhindern, wurde eine Vorrichtung geechaffen, die die Aus- i

scheidung des Goldes innerhalb des Bades verhindert. Diese Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und besteht aus dem Behälter 1, der für das Bad dient, einem Rohrsystem 2, in dem sich nach dein Badnusgang 3 eine

4
Kühlvorrichtung'befindet, an deren Atisgang eine Pumpe S angeschlossen ist, die die Badmenge in einer Stunde mindestens zweimal umlaufen l/isst. Am Ausgang der Pumpe 5 ist ein Filter 6 angeschlossen, dessen Durchlässigkeit in der C/rössenordnung zwischen 1 bis 5 π liegen muss.

Do.-kct GE 968 040 109851/1398

BAD ORIGINAL

""' 177H75

Die gefilterte Badtnenge wird danach durch eine Heizvorrichtung 7 auf die

für das Vergolden erforderliche Temperatur, im vorliegenden Falle auf ca. 75 bis 85 C gebracht.

Die Kühlvorrichtung 4 in dem Rohrsystem 2 ist im vorliegenden Fn deshalb erforderlich, weil die Betriebstemperatur von 75 bis 85 C eine unerwünschte Goldabscheidung innerhalb des Filters zur Folge hätte.

ORIGINAL 109851/1398

Docket GE <K>8 040 -9-

Claims

- 9 -
IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Getelhchafl mbH ' ' ' ' ^H ' ^ü

Böblingen. 27. Mai 1968 Docket GE 968 040, GE 868 039 ru-ma

Patentansprüche

Verfahren zum chemischen Aufbringen von Gold auf poröse, nichtleitende Körper oder Glas unter Anwendung bekannter Sensibilisie rungs- und Aktivierungeverfahren, insbesondere zur Herstellung von Leiter-. zügen für mikrominiaturisierte Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Goldbad mit der folgenden Zusammensetzung verwendet wird: Goldchlorwasserstoffsäure 4g pro Liter

Harnstoff 8g pro Liter

Zitronensäure 10g pro Liter

dass dieses Bad zum Vergolden durch eine Umlaufpumpe (5) in ständiger Bewegung gehalten und auf eine Betriebstemperatur von 75 bis 85 C gebracht wird und danach der zu vergoldende Schichtträger in dieses Bad eingetaucht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Leiterzügen in mehreren Schichtebenen der zu vergoldend· Schichtträger für die erste Leitungsschicht mit Photolack beschichtet, belichtet, sensibilisiert und aktiviert wird, dass danach der Photolack entfernt wird und der zu vergoldende Schichtträger in das Goldbad eingetaucht wird und nach dem Abscheiden des Goldes auf dem Schichtträger eine Isolierschicht (ζ. B. Glas) aufgebracht wird und wiederum mit Photolack beschichtet, belichtet, sensibilisiert und aktiviert wird, um nach dem Eintauchen in das Goldbad eine weitere Leitung* schicht *u er-

_halten 109851/1398 _BAD original

-ΙΟ
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gold nur an den Stellen des Schichtträgere niedergeschlagen wird, an denen Leiterzüge in der jeweiligen Leitungsschicht aufgebracht werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang (3) eines Badbehälters (1) über ein Rohrsystem (2) eine Kühlvorrichtung (4) angeschlossen ist, die die Badtemperatur auf die erforderliche Betriebstemperatur für ein nachgeschaltetes Filter (6) herabsetzt und dass dem Filter eine Heizvorrichtung (7) nachgeschaltet ist, die das Goldbad wieder auf die erforderliche Betriebstemperatur erhitzt
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das Rohrsystem (2) eine Pumpe (5) eingefügt ist, die das Goldbad ständig umlaufen lässt, so dass die sich bildenden Kristallisationskeime im Badbehälter (1) an das Filter (6) gelangen, wo sie ausgeschieden werden.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlässigkeit des Filters (6) für die Goldkrietallisationskeime in der Orössenordnung zwischen 1 bis 5 ju liegt.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung der Pumpe (5) im Rohrsystem (2) so bemessen ist, dass die gesamte Badmenge in einer Stunde mindestens zweimal umgewälzt wird.

109851/1398

Dockst GE 968 040