DE3626708A1 - Verfahren zur herstellung von leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten und dergl. nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1 und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bekannterweise werden Leiterplatten und dergl. durch Direktbelichten einer mit einem Ätzresist beschichteten kupferkaschierten Leiterplatte hergestellt. Dies wird im folgenden im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 näher erläutert. In diesen Figuren ist eine Leiterplatte mit 1 bezeichnet. Auf der Oberfläche dieser Leiterplatte befin­ det sich eine Kupferschicht 2, die selektiv geätzt werden soll. Hierzu wird zunächst gemäß Fig. 1 auf die Oberflä­ che der Kupferschicht 2 ein sogenannter Ätzresist 3, z.B. durch Aufwalzen aufgebracht. Ein derartiger bekannter Ätzresist besteht z.B. aus einer Trockenresistschicht 31, die auf einer Träger- und Schutzschicht 32, bei der es sich beispielsweise um eine Mylarschicht handelt, aufge­ bracht ist. Dabei wird der Ätzresist 3 so auf die Kupfer­ schicht 2 aufgebracht vorzugsweise aufgewalzt, daß sich die Trockenresistschicht 31 zwischen der Mylarschicht 32 und der Kupferschicht 2 befindet. Gemäß Fig. 2 erfolgt dann die Direktbelichtung durch gezieltes Ablenken und Austasten des Lichtstrahles 4. Dabei wird z.B. bewirkt, daß nur die beschichteten Bereiche der Trockenresist­ schicht 31 (weiße Bereiche der Schicht 31 in Fig. 2) vernetzen. Die nicht belichteten und daher auch nicht vernetzten Bereiche dieser Schicht 31, (schwarze Bereiche der Schicht 31 in Fig. 2), werden in einem anschließenden Entwicklungsschritt, der nach Abziehen der Mylarschicht 32 ausgeführt wird, entfernt, so daß unter diesen Berei­ chen die Kupferschicht 2 frei liegt und weggeätzt werden kann. Die Direktbelichtung wird vorgenommen, um Ungenau­ igkeiten, wie sie bei der Verwendung einer Belichtungs­ maske entstehen, zu vermeiden.

Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Herstellungs­ verfahrens besteht jedoch darin, daß die Direktbelichtung im Belichtungsautomaten mit sehr hohen Intensitäten erfolgen muß, weil zur selektiven Vernetzung der Trocken­ resistschicht 31 hohe UV-Energien erforderlich sind. Dies bedeutet, daß die Belichtungsquellen, bei denen es sich beispielsweise um Laserplotter handelt, sehr teuere Hochleistungsröhren enthalten müssen. Ein weiterer Nach­ teil derartiger teuerer Hochleistungsröhren besteht darin, daß sie nur eine relativ kurze Lebensdauer aufwei­ sen.

Wenn man nach dem oben beschriebenen, bekannten Verfahren mit Direktbelichtung Glasmaster auf Metallmaskenbasis herstellt, gelten dieselben Gesichtspunkte, weil bei der Glasmasterherstellung ebenfalls der beschriebene Ätz­ resist verwendet wird. Unter dem Begriff "Glasmaster" wird dabei eine metallische Beschichtungsmaske auf einer Glasscheibe verstanden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung von Leiterplatten und dergl. anzugeben, bei dem die Direktbelichtung mit weniger hohen Energien ausgeführt werden kann und bei dem aber die Vorteile der bekannten Direktbelichtung mit hohen Energien erzielbar sind.

Diese Aufgabe wird durch ein wie eingangs bereits er­ wähntes Verfahren, das durch die in dem kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist und durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 8 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Leiterplatten und dergl. besteht darin, daß bei seiner Ausführung aufgrund des zur Anwen­ dung gelangenden zweigstufigen Belichtungsverfahrens, eine integrierte Maske in dem zu ätzenden Gegenstand durch Direktbelichtung bei kleinen Energien erzeugt wird und diese integrierte Maske nachfolgend mit einem herkömm­ lichen Belichter bei hohen UV-Energien zur Belichtung der Ätzresistschicht behandelt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Direktbelichtung mit einem preisgünstigen, schwachen Lichtleistungslaser, der die zuvor erwähnten Nachteile nicht aufweist, und die UV-Belichtung mit einem herkömmlichen Belichter auszuführen.

Vorteilhafterweise bleiben beim erfindungsgemäßen Verfah­ ren die Vorteile der Direktbelichtung, die zu einer hohen Geometriestabilität führen, unverändert erhalten. Dies bedeutet, daß das erfindungsgemäße Verfahren im Hinblick auf seine Wirkung dem eingangs geschilderten, bekannten Herstellungsverfahren, bei dem mit hohen Energien belich­ tet wird, durchaus gleichrangig ist.

Das vorliegende Verfahren ist vorteilhafterweise einfach ausführbar, weil im Vergleich zu dem bekannten Verfahren lediglich ein Entwicklungsvorgang und ein Belichtungsvor­ gang mehr erforderlich sind.

Das vorliegende Verfahren eignet sich insbesondere zur schnellen und präzisen Herstellung von Mustern und Klein­ serien.

Besonders vorteilhaft ist es, als Trägerschicht eine Mylarschicht zu verwenden. Als Ätzresistschicht kann besonders vorteilhaft eine mit der Trägerschicht bzw. mit der Mylarschicht verbundene Trockenresistschicht aufge­ bracht werden. In diesem Fall ist es möglich, in beson­ ders einfacher Weise die gesamte Anordnung, die aus der Trägerschicht, der auf der einen Seite der Trägerschicht aufgebrachten Trockenresistschicht und der auf der ande­ ren Seite der Trägerschicht aufgebrachten fotoempfindli­ chen Schicht besteht, in ein und demselben Arbeitsschritt auf der metallkaschierten Leiterplatte aufzubringen. Als Ätzresistschicht kann auch eine flüssige Ätzresistschicht auf die der isolierenden Platte abgewandten Oberfläche der Metallschicht der Leiterplatte aufgebracht werden, wobei dann auf dieser Ätzresistschicht lediglich eine Trägerschicht bzw. Mylarschicht aufgebracht wird, auf deren einer Seite, die der Ätzresistschicht abgewandt ist, sich die fotoempfindliche Schicht befindet. Beson­ ders vorteilhaft wird die Direktbelichtung mit dem Laser­ strahl eines Laserstrahlplotters aufgebracht, wobei der Laserstrahl nur eine relativ geringe Energie aufweist. Der Normalbelichtungsschritt wird vorzugsweise mit einem herkömmlichen UV-Belichter ausgeführt. Als fotoempfindli­ che Schicht wird vorzugsweise eine Silberbromid- oder Diazoschicht auf die Träger- bzw. Mylarschicht aufge­ bracht.

Vorzugsweise wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Träger- bzw. Mylarschicht verwendet, auf deren einer Seite die fotoempfindliche Schicht aufge­ bracht ist und auf deren anderer Seite die Trockenresist­ schicht aufgebracht ist. Eine derartige Anordnung kann besonders vorteilhaft einteilig in einem einzigen Ar­ beitsschritt auf der Metalloberfläche der Leiterplatte aufgebracht werden. Insbesondere bei der Verwendung einer flüssigen Ätzresistschicht, die auf die Metalloberfläche der ungeätzten Leiterplatte aufgebracht wird, kann das vorliegende Verfahren mit der Hilfe einer Anordnung ausgeführt werden, die aus einer Träger- bzw. Mylar­ schicht besteht, auf deren einer Seite die fotoempfind­ liche Schicht aufgebracht ist. Als fotoempfindliche Schichten für die genannten Anordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorzugsweise Silberbromid- oder Diazoschichten verwendet, die auf die Träger- bzw. Mylarschicht aufgebracht werden. In jedem Fall kann jede Anordnung, die entweder aus der Schicht­ folge: Trockenätzresistschicht, Trägerschicht, fotoemp­ findliche Schicht bzw. aus der Schichtfolge: Träger­ schicht, fotoempfindliche Schicht besteht, als fertige Einheit bezogen werden.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltun­ gen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 und 2 Verfahrensschritte zur Erläuterung des bekannten Herstellungsverfahrens, bei dem mit hohen Energien direktbelichtet wird; und

Fig. 3 bis 6 Verfahrensschritte des vorliegenden Verfahrens, bei dem die Belichtung und die Entwicklung zweistufig erfolgen.

Einzelheiten der Fig. 3 bis 6, die bereits im Zusammen­ hang mit den Fig. 1 und 2 erläutert wurden, sind in der entsprechenden Weise bezeichnet.

Gemäß Fig. 3 wird bei dem vorliegenden Herstellungsver­ fahren auf die Oberfläche der Metall- bzw. Kupferschicht 2 eine Schicht 3′ aufgebracht, die aus der bereits erwähnten Resistschicht 31, der ebenfalls bereits er­ wähnten Trägerschicht 32 und einer weiteren Schicht 33 besteht, die auf der der Kupferschicht 2 abgewandten Seite der Trägerschicht 32 aufgebracht ist. Bei der Schicht 33 handelt es sich um eine fotoempfindliche Schicht, beispielsweise um eine Silberbromidschicht oder um eine an sich bekannte Diazoschicht. In ebenfalls bekannter Weise können dabei Positiv- oder Negativfoto­ lacke verwendet werden.

Gemäß Fig. 4 wird in einem nachfolgenden Verfahrens­ schritt die Direktbelichtung ausgeführt. Dies ist schema­ tisch durch den Pfeil 4′ dargestellt. Dabei werden selek­ tiv gewünschte Bereiche der fotoempfindlichen Schicht 33 belichtet. Beispielsweise erfolgt dies mit einem Laser­ plotter. Der Vorteil besteht dabei darin, daß die foto­ empfindliche Schicht 33 mit relativ niedrigen Energien direktbelichtet werden kann. Dies bedeutet, daß die eingangs erwähnten Nachteile, die im Zusammenhang mit einer Direktbelichtung der Trockenresistschicht 31 mit hohen Energien auftreten, nicht zu verzeichnen sind.

Durch die Direktbelichtung 4′ entsteht bei einer nachfol­ genden Entwicklungsoperation aus der fotoempfindlichen Schicht 33 eine Maske, die in die in der Fig. 4 darge­ stellte Anordnung praktisch integriert ist. Aus diesem Grunde entfallen die Nachteile einer herkömmlichen Maske, die in Bezug auf den selektiv zu belichtenden Gegenstand justiert werden muß.

Gemäß Fig. 5 wird die zuvor erwähnte integrierte Maske (Schicht 33) in einem nachfolgenden normalen Belich­ tungsschritt unter Anwendung eines üblichen Belichtungs­ gerätes, beispielsweise durch einen Xenonbelichter, mit der erforderlichen UV-Energie belichtet (Pfeile 5). Dabei besteht der Vorteil darin, daß die Belichtung der Ätzre­ sistschicht nicht mit einem Direktbelichter erfolgen muß. Bei diesem Belichtungsvorgang werden die unter den licht­ undurchlässigen Bereichen der Schicht 33 befindlichen Bereiche der Resistschicht 31 (schwarze Bereiche der Schicht 33 in Fig. 4) nicht belichtet, wohingegen die unter den lichtdurchlässigen Bereichen der Schicht 33 (weiße Bereiche der Schicht 33 in Fig. 4) befindlichen Bereiche der Resistschicht 31 belichtet werden. Bei­ spielsweise vernetzen die belichteten Bereiche der Re­ sistschicht 31, so daß in einem nachfolgenden Entwick­ lungsschritt die nicht vernetzten Bereiche der Schicht 31 entfernt werden. In der Fig. 5 sind die bei der Normalbe­ lichtung 5 in der Schicht 31 vernetzenden Bereiche durch das Bezugszeichen 31′ gekennzeichnet, während die nicht vernetzten Bereiche mit 31′′ bezeichnet sind.

Nach dem Belichtungsvorgang wird die Mylarschicht 32 mit der darauf befindlichen fotoempfindlichen Schicht 33 durch Abziehen entfernt.

In einem nachfolgenden Ätzschritt wird die Anordnung der Fig. 6 hergestellt, bei der die unter den vernetzten Bereichen 31′ befindlichen Bereiche der Kupferschicht 2 noch vorhanden sind, während die unter den nicht vernetzten Bereichen 31′′ vorhandenen Bereiche der Kupfer­ schicht 2 weggeätzt sind.

Zusammenfassend wird darauf hingewiesen, daß bei der vorliegenden Erfindung eine zweistufige Belichtung, nämlich eine Direktbelichtung (Pfeil 4′ in Fig. 4) und eine Normalbelichtung (Pfeile 5 ind Fig. 5) ausgeführt werden. Durch die Direktbelichtung wird die Geometriesta­ bilität bewirkt, da die in einem nachfolgenden Entwick­ lungsschritt erzeugte Maske 33 in die Gesamtanordnung fest integriert ist, so daß keine Fehler auftreten können, die auf eine Verschiebung oder eine Schräglage einer üblichen Maske zurückzuführen sind, die justiert werden muß. Die Direktbelichtung der Fotoschicht 33 kann bei dem vorliegenden Verfahren vorteilhafterweise mit kleinen bzw. normalen Energien erfolgen. Dies hat zur Folge, daß bei der Erfindung zur Direktbelichtung ein Gerät verwendet werden kann, das keine nachteilige Hoch­ leistungslichtquellen aufweisen muß. Dagegen kann die Belichtung der Resistschicht, die bei relativ hohen Energien ausgeführt werden muß, aufgrund der zuvor er­ zeugten integrierten Fotomaske, mit einem handelsüblichen und preiswerten Belichter großflächig erfolgen. Es wird auch darauf hingewiesen, daß die Direktbelichtung bei der Erfindung bei niedrigen Energien sehr schnell erfolgen kann. Beim Stand der Technik werden dagegen bei der Direktbelichtung der Ätzresistschicht umso längere Be­ lichtungszeiten benötigt, je geringer die Energie des Lichtstrahles ist.

Es ist auch denkbar, an der Stelle der beschriebenen Schicht 3′, die aus der Ätzresistschicht 31, oder Träger­ schicht 32 und der fotoempfindlichen Schicht 33 besteht, dann, wenn die kaschierte Leiterplatte getrennt mit einer Ätzresistschicht, insbesondere mit einer Flüssigätzre­ sistschicht versehen wird, eine Schicht aufzubringen, die lediglich aus der Trägerschicht und der darauf befindli­ chen fotoempfindlichen Schicht besteht.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten und dergl., bei dem auf eine Metallschicht (2) einer isolie­ renden Platte (1) eine Ätzresistschicht (31) aufgebracht wird, bei dem die Ätzresistschicht (31) durch einen Belichtungsschritt selektiv belichtet wird, bei dem in einem Entwicklungsschritt die bei der Belichtung nicht vernetzten Bereiche der Ätzresistschicht (31) entfernt werden, und bei der in einem Ätzschritt die nach der Entwicklung freiliegenden Bereiche der Metallschicht (2) weggeätzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ätzresistschicht (31) vor der Ausführung des Belichtungs­ schrittes eine Trägerschicht (32) aufgebracht wird, die an ihrer der Ätzresistschicht (31) gewandten Seite mit einer fotoempfindlichen Schicht (33) versehen ist, daß die fotoempfindliche Schicht (33) beim Belichtungsschritt mit relativ niedrigen Energien durch Direktbelichtung belichtet wird, daß die direktbelichtete fotoempfindliche Schicht (33) zur Erzeugung einer Maske durch den Entwick­ lungsschritt entwickelt wird, daß die der Trägerschicht (32) abgewandte Seite der als Maske dienenden, entwickel­ ten fotoempfindlichen Schicht (33) nach Entfernen der Trägerschicht (32) während eines weiteren Normalbelich­ tungsschrittes mit relativ großen Energien belichtet wird, und daß danach die selektiv vernetzte Ätzresist­ schicht (31) geätzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Trägerschicht (32) eine Mylarschicht verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzresistschicht (31) eine mit der Trägerschicht (32) verbundene Trockenätzresistschicht verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzresistschicht (31) eine flüssige Resistschicht auf die Oberfläche der Metallschicht (2) aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Belichtungsschritt zur Direktbelichtung mit einem Laserstrahl einer relativ niedrigen Energie eines Laserstrahlplotters ausgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalbelichtungsschritt mit einem herkömmlichen UV-Belichter großflächig ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als fotoempfindliche Schicht eine Silberbromid- oder Diazoschicht aufgebracht wird.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie aus einer Trägerschicht (32) be­ steht, auf deren einer Seite eine Trockenätzresistschicht (31) aufgebracht ist und auf deren anderer Seite eine fotoempfindliche Schicht (33) aufgebracht ist.

9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 , 2 und 4 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie aus einer Trägerschicht (32) besteht, auf deren einer Seite eine fotoempfindliche Schicht (33) aufgebracht ist.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerschicht (32) eine Mylarschicht vorgesehen ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als fotoempfindliche Schicht (33) eine Silberbromid- oder Diazoschicht vorgesehen ist.