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Verfahren zur herstellung von gedruckten Schaltungsplatten und nach
diesem Verfahren hergestelltes Erzeugnis Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung von gedruckten 5ohal tungsplatten mit hervorragender Haftung der
gedruckten metallischen Strumwege an dem nicht leitfähigen Schichtträger. Das Verwahren
nach der Erfindung ist auf thermoplastische und wirmehärtbare Harzschichtträger
anwendbar.
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In Nachstehenden sind die Verfahren zur Herstellung von gedrucken
Schaltungsplatten nach dem bisherigen Stande der Technik kurz zusammeng,sSaßt: I.
Das subtraktive Verfahren Das Ausgangsmaterial ist ein isolierender Schicht- oder
Verbundstoff, gewöhnlich Epoxy- oder Phenolharz, von welchem eine oder beide Seiten
mit einer o'02,r4 bis 0,0762 min dicken metallfolie, gewöhnlich Kupfer oder Nickel,
äberzogen sind, die mit hilfe eines Klebstoffes oder durch Anwendung von Wärme und
Druck befestigt ist.
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Der mit Metall beschichtete Schichtträger wird mIt einem lichtemp0findlichen
Deekmittel überzogen (einem Produkt, das bei Anwendung von Licht polymerisiert und
so lösungsmittelbeständig wird). Eine transparente photographische Reproduktion
des Schaltungsschemas wird über das Deokmittel gelegt, und nach belichten mit Ultraviolettstrahlungen
wird das latente Bild in einem geeigneten Lösungsinittel "entwickeit", welches die
unbelichteten Bereiche beseitigt. Dies führt gewöhnlich zu einem "positiven" Bild
des Schaltungsverlaufs aus Deckmittel, so daß die zu erhaltende Metallfolie durch
das polymerisierte Deckmittel geschützt ist. Das ungesohützte Metali wird weggeätzt,
worauf das zurückbleibende Deckmittel abgelöst wird und die verbleibenden Metallteile
zu einer zusätzlichen Metallisierung oder zum Anbringen von Bauelementen fertig
sind.
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Sefernauf beiden Seiten Metallfolien vorgesehen sind urid zwischen
bestimmten Bereichen Zwischenverbindungen benötigt werden, werden durch die Platte
hindurch an den erforderlichen Stellen durchgehende Löcher gebohrt, worauf die gesamtte
Oberfläche einschließlich der nicht leitfähigen Wände der durchgehenden Löcher durch
michtelektrischen Niederschlag m schichtet. wird. Dann wird nach dein vorerwähnten
Verfaren ein negatives Scheme aus lichtempfindlichem Deckmittel aufgebracht, bei
welchem diesmal jedoch die Schaltungsbereiche ungeschützt sind. Diese Bereiche werden
elektrolytisch bis auf die gewänschte Dicke metallisiert und daun mit einem metallischen
Deckmittel (z. B. einer Zinn-Blei-Leglerung) äberzogen. Das lichtempfindliche Deckmittel
wird abgelöst und das Metall der nicht zur Schaltung gehörenden Bereiche in einem
geeigneten sauren oder elkalischen Atzmittel weggeätzt.
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Ein Nachteil des vorstehend beschriebenen Verfahrens stellt das seitliche.
Unterminieren oder "Unterschneiden" des zu erbalterden geschützten Metall bereiches
im Verlaufe der Ätzvorgange dar.
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II. Das additive Vorfahren Das Ausgangsmaterial ist eine nicht leitende
Harzplatte, die sit einem negativen Schaltungsschema bedeckt wird. Sie wird so nichtelektrisch
metallisiert, und nach dem Ablösen bleibt der Metallniedersehlag nur an den gewünschten
leitfähigen Bereichen befestigt. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist das allgemein
schlecht Raftvermögen des nichtelektrischen Nieder schlages gegenëber dem isolierenden
Sohichtträger. Um diese Schwierigkeiten zu beheben, ist ein aus den folgenden Ver
fahrensschritten bestehendes Verfahren vorgeschlagen worden (s. Transact. cf the
Inet. of Matal Finishing, 46 (1968), 194-197) : Die Platte vird ilt einen Hanptreagens
(stark wsrkender Klebateff für nichtelektrieche Niederschläge) behandelt, die durchgehandeb
Löcher werden durch die Tafel gestanzt, über die gesamite Oberfläche wird ein nichtelektrischer
Nickelniederschleg aufgebracht, in negatives Bild aus lichtempfindlichem Deckmittel
wird aufgebracht und entwickelt, die Schaltungsteile werden galvenisiert, das Deckmittel
abgelöst und der anfängliche Nickelniederschlage an den nicht leitenden Teilen Neggeätzt.
Dabei bleibt d4er Schaltungsbereich zur weiteren Behyandlung, wie beispielswelse
zum Aufbringen eines Schutzfilms zum Vergolden unw., fertig zurück. Eine Schwierigkeit
dieses Veriabrens beegeht in der Verwendung des Hauptreagens und in der sorgfältigen
Zubereitung und anfänglichen Aufhringung dieses Materials auf die Flatten.
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Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfabren, bei welchem die Vorweroung
eines Hauptraagens umgangen und doch eine zufriedenstellende Harftung des Metalle,
z.B. Cu und Ni, an dem isolierenden Schichtträger, insbescondere an wärmehärtbaren
Harzschichtträgern, erzeugt5 wird.
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Das Verfahren nach der Erfindung zum Bewirken einer besseren Haftung
zwischen einer Leitermetallschicht und einem nicht leitiähigen Schichtträger einer
gedruckten Schaltuugsp latte ist dadurch gekennzeichnet, daß die Außeumetallfolie
von einem geschithteten, aus Metall-folie und polymerisiertem Harzschlchtträger
destehenden Verbundstoff mit Hilfe einer Atzmittellösung chemisch ahgelöst, die
entstehende, nicht leitende Oberfläche katalysiert, die katalysierte überfläche
mit einem Leitermetall in Form der gedruckten Schaltung metallisiert und die Schaltungsplatte
nach dem Katalysierverfahreusschritt mindestens einmal erhitzt wird, um die Temperatur
der Platte über die Umgebungstemperatur, jedoch wesentlich unter die Temperatur
zu erhöhen, bei welcher ein Zersetzen des Harzschichtträgers elnt-ritt.
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Die metallummantelung oder der Metallfilm kann so dünn wie praktisch
durchführbar sein, da diese Verkleidung keine mechanische Festigkeit zu haben braucht
und vor dem Aufjbrin--en irgendeiner Schaltung .volls1;ändiZ abgelöst oder weggeätzt
wird.
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Deshalb kann jede übliche Ätz- oder Aulöselösung verwendet werden,
die zum Lösen des Metalls geeignet ist, und fur die der Harzschichtträger im wesentlichen
unempfindlich ist. Beispielsweise können bei Kupfer Lësungen wie FeCl3, Chromschwefelsäure,
ammoniakhaltiges Chlerit, 50@iges HNO3 oder Persulfatlösung verwendet werden.
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Für die Katalyse der unplattierten Oberfläche kann ein beliebiger
üblicher Katalysator zum Katalysieren von nicht lertenden Oberflächen vor dem nichtelektrischen
Metallisieren verwendet werden. Seispielsweise kann saure Sncl2-Lösung, auf die
Hydrochlor-PdCl2-Lösung folgt, verwendet werden. Auch kann Sn-Pd-Hydrosol (s, z.B.
USA-Patentaumeldung Ser. No. 054 307) verwendet werden. Die Katalyse kann in Zusammenahng
mit der
Behandlung mit einer Beschl cunigungslösung, beispielsweise
einer passenden verdünnten Säure oder einem alkali, durchgeführt werden.
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Das aufbringen eines Schaltungsschemas kann irr üblicher Weise, beispielsweise
unter Verwendung von wie vorstehend beschrichenen Bildern aus Lichtemjpfindlichem
Deckmittel, eroigen.
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Das nichtelektrische Metallisieren kann nach üblichen Verfahren durchgeführt
werden. Im allgemeinen werden nichtelektrische Kupfer- oder Nickelüberzüge verwendet.
Typische Badzusammensetzungen und Verfahren sind in den USA-Patenten 2 874 072;
3 075 855; 3 095 309 (cu); :> 532 283; 2 990 29b und 3 062 ó66 (Ni) beschrieben.
Jedoch kann auch jegliches sonstige, bei nicbtelektrisohen Verfahren überlicherwei
se verwendete Metall verwendet werden.
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Es gibt zwei oder mehr möglicho alternative Prozeduren zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung Nach der ersten wird der katalysierte Schichtträger
zunächst hnichtelektrisoh mit dem Leitermetall metallisiert, worauf über das Metall
ein Schaltungaschema aus gyeeignetem Deckmittel aufgebraobt wird und die Platte
wie vorstehend beschreiben fertiggestellt, d.h. ein Schaltungsbereich auf gebaut,
das Deckmittel abgelöst und der nicht zur Schaltung gehörende Bereich geätzt wird.
Bei der zweiten Prozedur wird ein Scheema aus Deckmittel unmittelbar auf die katalysierte
Oberfläche aufgebracht, worauf das Metallisieren nur auf den ausgwählten Beroichen
erfolgen kann. Gewöhnlich erfolgt dies auf nichtelekttrischem Wege.
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Unter bestimmten Umständen kann es jedoch nur unmitteibares Galvanisieren
erfelgen (s. z.B. DSA-Patent 3 099 608). Die Platte wird wie üblich (S. oben) fertiggestellt,
obwohl bei dieser Alternative kein letztliches Ätzen der nicht zur Schaltung gehörenden
Bereiche erforderlich ist: In beiden vornteend
beschriebenen Fällen
ikönnen die Leiterteile der Platte. nach Belieben weiter geändert werden, indem
beispielsweise ein metallisches Deckmittel aufgebracht, das Deckmittel in ausgewählten
Bereichen abgtelöst wird und diese Bereiche mit einer Schutzmetallschcht wie Gold,
Silber, Nickel, öder einem beliebigen Edeolmetall geschlitzt worden.
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Das Erhitzen oder die Hitzebehandlung der gewöhntich aus einem wärmehärtharen
Epoxy- oder Phenolharz hergestellten Platte können in Abhäugigkeit von der verwendeten
Prozedur au einer beliebigen der folgenden Stellen erfolgen : nach der Katalyse,
nach dem Aufbringen der anfänglichen Metalischicht, nach dem Aufbringend des unentwickel
ten Decknittels, nach dem Entwickeln des Schaltungsschyemas oder nach der Fertigstellung
der Schaltungsplatte. Die Hitzebehandlung ist beim Erzielen einer guten Haftung
mit zwischen 89Q und 4450 gXem liegenden Schäl-oder Abhebefestigkeiten förderlich.
Die Hitzebehandlung kann bei etwa 105°C für die Dauer von 30 Minuten durchgefünrt
werden, obwohl niedrigere Temperaturen und längere Zeiträume ebcni'alls geeignet
sind Falls das erhitzen der Platte vor dem nichtelektrischen Aufbringen eines Leitermetalls
durchgeführt wird, kann es zweckmäßig werden, die katalysierten Schaltungsbereiche
mit verdünnten Säurelösungen zu reaktivieren.
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Der Grund, warum das Verfahren nach der Erfindung, eine so gute Haftung
zwischen dein Schichtträgr und der aufgebrachten Metallschicht, herbe.içührt, ist
uicht bekannt, obwohl Er mit dem Vorhandensein eines Oxidfilms auf der anfänglichen
Metallfolie an der Metall-Kunststoff-Greuzfläche und mit der Ablöseprozedur in Zusarum.enh.«ng
stehen kljnnte Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung in ihren
Einzelheiten. Bei diesen Beispielen sind einige fur den erfahrenen Fachmann selbstverständliche
Verfahreasschritte, wie beispielsweise das Absgülen, fortgelassen worden.
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beispiel L Eine kupferplattierte Glas-Epoxy- oder -Phenolharzplatte
mit durch sie hindurch estanzten durchgehenden Löchern wird gründlich gereinigt,
worauf das Kupfer in einer beiI'iiigen der vorerwähnten Ätzmittellösungen geätzt
wird. nach Abspülen mit Wasser und Neutralisieren in verdünntem Alkali wird die
Platte mit Hilfe eines der vorstehend beschrcihenen Verfahren katalysiert. Dann
wird die Platte mit Hilft eines der vorerwähnten Verfahren gänzlich mit einer NeL.allsciiicht
von 254 bis 7b2 x 10 mm Dicke nichtelektrisch metallisiert. I)arauf wird mit Hilfe
eines beliebigen der üblichen Verfahren, beispielsweise der vorstehend beschriebenen,
auf die Platte ein passendes Schema aus Deckmittel aufgebracht. Nach dem Entwickeln
des Schaltungsbildes wird die Platte getrocknet und flir die Dauer von 30 Minuten
bei etwa 150°C hitzebehandeklt. Darauf werden die Schaltungsbereiche bis zu einer
zum Bewirken einer angemessenen Leitfähigkeit ausreichenden Dicke mit hilfe üblicher
Mittel entweder nichtelektrisch oder elektrolytisch metallisiert. Dazu kann Kupfer
oder Nickel verwendet werden. Dann wird der Schaltungsbereich vergoldet oder versilbert
oder mit Lot bedeckt, das Deckmittel wird in einem Ldsungsm.ittel mit für polymerisierte
organische Überzüge stark ösenden Eigens chhaften abgelöst und der ursprüngliche
Metalluiederschlag mit verdünntem HNO2 entfernt. Die fertige Platte wird abgespült,
getrocknet und nochmals bei etwa 105°C für die Dauer von 30 Minuten bitzebehandelt.
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Beispiel 2 Eine Harsplatte wird bis zur Katalysestufe wie im Deispiel
1 peschrieben benandeit, Dann wird sie mit einem lichtempfindlichen Deckmittel überzogen
und durch ein Transparent mit cinem p0ositiven Scheltungsoild binduich belichtet.
Die Platte sird entwiekelt zum Eilden eines negativen Deckmittelschaltungsschemas.
Dann wird sie wie im Beispiel 1 beschrieben hitzebehandelt, worauf die katalysierten
Flächen mit verdünntem H2 SO4 reaktiviert werden. Darauf wird ein nichtelektrischer
Nickel-
oder Kupferniederschlag auf den Schaltungsbereichen bis zur gewünschten Dieke eufgeaut
und die Platte erneut hitzebehandelt. Auf die Deiterbereiche wird ein Tauchüberzug
aus Zinn oder Lot aufgehracht und das lichtempfind@iche Decumitte@ wie im Beispiel
1 erwähnt abgelöst.
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Falls es erwünscht ist, Kontaktfingerbereiche der Schaltungsplatte
zum Verbessern der Kontaktflichen weiter zu vergolden oder zu versilbern, wird das
Zinn- oder Lotdeckmittel von den Kontaktfingerbereichen abgelöst und die Platte
in einem Gold- oder Silberbaqnd einem nichtelektrischn Metall;isieren unterworfen.
Ein Reaktivierung der zu metallisienden Bereiche kann hier Dotwendig sein, falls
die katalytische Oberflichenwirkung durch vorangehende Bchandlung teilweise aufgehoben
worden ist. Die Platte wird wieder getrocknet und hitzebehandelt.
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Beispiel 3 Die Prozedur entspricht ii wesentlichen der nach Beispiel
2 mit folgenden Unterschieden : Die Platte mit ihrem Deckmittelüberzug wird vor
ihrer Belichtung und ihrer daraufÏol;onden Entwicklung hitzebehaudelt. Nach dem
Entwickeln wird nichtelektrisch eine Metallschicht (254 bis 76 x 10 mm dick) aufgebracht
und die Platte getrocknet sowie für die Dauer von 30 Minuten bei etwa 105°C hitzebehandelt.
Zum Reaktivieren der ungeschützten Bereiche des ursprünglichen Leitermetallbelags
wird die Platte in 10%igem H2SO4 gebeizt zum anchließenden nichtelektrischen metallisieren
mit Kupfer, Nickel und Gold in dieser Reihenfolge, würauf das Ablösen des Deckmittels
und ein weiteres Trockne und Hitzebehadeln der fertigen Platte folgt.
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Deisptel 4 Eine geschichtete Nickel-Kunststoff-Platte wird wird wie
im Beispiel 3 beschrieben behandelt mit der Ausnahme, aut das negative Schaltungsbitd
mit nichtelekarischem Nickei unmittelbar bis
auf die gewünschte
Leitergesamtdicke metallisi.ert wird. Das Deckmittel wird abgelöst, auf die Leiterbereiche
ein Schutzmetall aufgebracht und die Platte getrocknet sowie hitzebetl.lrldelt.
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beispiel 5 In diesem Beispiel wird eine Harztafel wie im Beispiel
1 beschrieben behandelt mit der Ausnahme da!3 sie vor dem AuL-bringen des Abdeckmitteis
hitzebehandelt wird.
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Beispiel 6 In diesen Beispiel wird eine llarzplatte wie im Beispiel
4 beschrieben behandeelt mit Ausnahme folgender Veranderungen : Das Abdeckmittel
wird durch ein lichtempfindliches Deokmittelband z.B. "RlSTON",(Handelsname) ersetzt.
Dann wird die Platte mit dem sich aus dem Wegwaschen des unbelichteten Bandes ergebenden
entwickelten negativen Bild unter den in den vorgehenden Beispielen beschriebenen
Bedingungen hitzebehandelt, worauf die Leiterbereiche bis auf die gewünschte Leiterdicke
mit nichtelektrischen Nickel metallisiert werden. Dann wird eine Schutzmetallschicht
aufeebracht, das Deckmittel abgelöst und die Platte wie üblich getrocknet und hitzebehandelt.
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Die Erfindung umfaßt nicht nur die beschriebenen neuen Verfahrens6chritte,
sondern selbstverständlich auch die mit den ausgegebenen Verfahren hergestellten
gedruckten Schaltungsplatten, insbesondere diejenigen nach den Ausführungsbeispielen
i bis 6.
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-----Patcntansrüche: