DE4216940A1 - Verfahren zum metallisieren von bohrlochwandungen in leiterplatten aus kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Metallisieren von Bohrlochwandungen in Leiterplatten aus Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, Bohrlöcher in Leiterplatten aus Kunststoff zunächst chemisch zu verkupfern und die chemisch abgeschie­ dene Kupferschicht anschließend durch elektrolytische Kupfer­ abscheidung zu verstärken. Die chemische Metallabscheidung erfordert mehrere Verfahrensschritte, nämlich Reinigen, Ätzen, Konditionieren, Aktivieren und schließlich die eigentliche chemische Metallabscheidung. Ein typischer Verfahrensablauf sieht so aus:

Zunächst wird die zu beschichtende Oberfläche mechanisch gereinigt, dann geätzt, üblicherweise durch ein aggressives und in der Handhabung unangenehmes chemisches Ätzmittel. Dann wird die Leiterplatte gespült und ein- oder mehrmals konditioniert, d. h. mit einem tensidhaltigen Mittel behan­ delt, dann einem Mikroätzen durch Säure unterzogen, nochmals gespült, mit einem Tensid behandelt, durch chemisches Ab­ scheiden von Palladiumkeimen aktiviert und die aktivierte Oberfläche schließlich chemisch verkupfert, bevor dann in an sich bekannter Weise eine elektrolytische Nachverkupfe­ rung anschließen kann.

Der Ablauf bis zum chemischen Verkupfern ist aufwendig und dauert größenordnungsmäßig 45 Minuten. Als Nachteil kommt hinzu, daß auf manchen Kunststoffen trotz aller Vorbe­ handlungsschritte die Verkupferung lückenhaft erfolgt und/oder nicht gut haftet. Das gilt insbesondere für Leiterplatten aus Polytetrafluoräthylen, die wegen ihrer günstigen elek­ trischen Eigenschaften für Hochfrequenz- und Mikrowellen­ schaltungen verwendet werden. Hier macht sich nachteilig be­ merkbar, daß PTFE schwer zu benetzen und schwer chemisch angreifbar ist, was eine ungleichmäßige Bedeckung der Bohr­ lochwand zur Folge haben kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Metallisieren von Bohrlochwandungen in Leiter­ platten aus Kunststoff, insbesondere aus PTFE, anzugeben, welches einfacher und mit weniger Aufwand durchzuführen ist und auch bei sonst schwer zu beschichtenden Kunststoffen zu einer gleichmäßigeren Bedeckung der Bohrlochwand führt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an die Stelle der chemischen Metallabscheidung eine Metallabscheidung durch Sputtern tritt.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß trotz der gegebenen geometrischen Abschirmung der Bohrlochwandungen mit Abscheide­ dauern, die hinreichend kurz sind, um das Verfahren wettbewerbs­ fähig zu machen, durch das Sputtern in den Bohrlöchern eine Metallschicht abgeschieden werden kann, die dick und dicht ge­ nug ist, um sie durch eine anschließende elektrolytische Metall­ abscheidung auf die im Einzelfall gewünschte größere Schicht­ dicke verstärken zu können. Dabei können die sonst üblichen zahlreichen chemischen Behandlungsschritte (siehe oben) durch einen einzigen Sputtervorgang ersetzt werden, der - so haben Versuche gezeigt - noch in wesentlich kürzerer Zeit ablaufen kann, als sie für die chemische Metallisierung nötig ist.

Vorzugsweise führt man das Metallabscheiden durch Sputtern durch, bis im Bohrloch an der unzugänglichsten Stelle eine wenigstens 0,5 µm dicke Metallschicht aufgewachsen ist.

Es hat sich gezeigt, daß das Verfahren gut funktioniert bei Bohrlöchern mit einem Durchmesser von wenigstens 0,5 mm und bei einer Bohrlochlänge bis zum Vierfachen des Durchmessers.

Bei engeren Bohrungen gibt es Probleme mit der Selbstab­ schirmung, denen man bei Durchgangsbohrungen aber dadurch entgehen kann, daß man sie von beiden Enden her besputtert.

Das Verfahren eignet sich für unterschiedliche Kunststoffe, insbesondere auch für PTFE, welches beim chemischen Metalli­ sieren ziemliche Probleme bereitet; vorteilhaft anwendbar ist das Verfahren darüberhinaus auch bei Leiterplatten aus einem Polyimid; hier wie bei PTFE erzielt man eine deut­ lich verbesserte Haftung. Die üblichen Temperaturwechseltests zur Qualitätsprüfung der Durchkontaktierung werden gut be­ standen, es werden keine Ablösungen oder Risse in der abge­ schiedenen Metallschicht beobachtet.

Die Deckungsfehler im Bohrloch, die bei der chemischen Ver­ kupferung mit einer Fehlerquote von 5 bis 10% auftreten, liegen bei Anwendung des erfindungsgemäßens Verfahren nach ersten Untersuchungen weit unterhalb 1%. Die Erfindung ist deshalb auch interessant für die Anwendung in der Multilayer- Technik.

Das Kupfer-Laminat von Leiterplatten muß vor der Weiterver­ arbeitung üblicherweise von der auf der Kupferoberfläche haftenden Oxidschicht befreit werden. Im Stand der Technik geschieht das üblicherweise durch das Reinigen und Ätzen, welches man zur Vorbereitung der chemischen Metallisierung im Bohrloch benötigt. In vorteilhafter Weiterbildung der Er­ findung wird die Oxidschicht vom Kupfer-Laminat entfernt, indem die Leiterplatten durch Sputterätzen vorbehandelt werden, bevor die Bohrlochwandungen durch Sputtern beschichtet wer­ den. Der Vorteil liegt darin, daß beide Sputtervorgänge in ein und derselben Behandlungskammer durchgeführt werden können und daß eine naßchemische Vorbehandlung nicht be­ nötigt wird. Durch die Vermeidung von chemischen Vorbehand­ lungen und chemischen Metallisierungsbädern wird deshalb die Umweltbelastung beim Bearbeiten der Leiterplatten durch das erfindungsgemäße Verfahren erheblich reduziert.

Nachstehend wird noch ein Ausführungsbeispiel angegeben:

Eine 340 mm × 320 mm große und 2 mm dicke, mit Kupfer be­ schichtete Leiterplatte aus Polytetrafluoräthylen hat durch­ gehende Bohrungen von 1 mm Durchmesser.

Die Leiterplatte wird in einer evakuierbaren Behandlungskammer angeordnet und darin unter Argon als Schutzgas unter einem Druck von 0,5 × 10^-2 bis 1 × 10^-2 mbar unter dem Einfluß eines Hochfrequenzplasmas zunächst einem Sputterätzen unterzogen. Das Hochfrequenzplasma wird mit Hilfe eines HF-Senders gebildet, welches mit einer Leistung zwischen 500 W und 1500 W betrieben wird.

Anschließend wird in derselben Kammer unter Argon als Schutz­ gas mit einem erniedrigten Druck zwischen 10^-3 und 5 × 10^-3 mbar bei einer Magnetronleistung zwischen 1 und 10 kW Kupfer auf­ gesputtert, bis auf der Außenfläche der Leiterplatte eine 2 µm dicke Kupferschicht aufgewachsen ist. Im Innern der Bohrlöcher beträgt die Kupferschicht an keiner Stelle weniger als 1 µm.

Der gesamte Sputtervorgang, das Sputterätzen und das Sputter­ abscheiden, hat nicht mehr als 20 Minuten gedauert.

Die durch Sputtern abgeschiedene Kupferschicht kann anschließend in an sich bekannter Weise nach Vorbehandlung durch Dekapieren mit Schwefelsäure durch Metallabscheidung in einem elektrolyti­ schen Kupferbad verstärkt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Metallisieren von Bohrlochwandungen in Leiterplatten aus Kunststoff durch zweistufige Metallabscheidung, wobei die Metallab­ scheidung in der zweiten Stufe elektrolytisch erfolgt, da­ durch gekennzeichnet, daß das Metallabscheiden in der ersten Stufe durch Sputtern erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallabscheiden durch Sputtern durchgeführt wird, bis auch an der unzugänglichsten Stelle des Bohrloches eine wenigstens 0,5 µm dicke Metallschicht aufgewachsen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß durchgehende Bohrlöcher, deren Länge mehr als das Vierfache ihres Durchmessers beträgt, von beiden Enden her besputtert werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß es auf Leiterplatten mit Bohrlöchern angewendet wird, deren Durchmesser wenigstens 0,5 mm beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leiterplatten durch Sputterätzen vorbehandelt werden.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß es auf Leiterplatten aus PTFE oder aus einem Polyimid angewendet wird.