DD263179A1

DD263179A1 - Verfahren zur lokalen vernetzung von polymeren

Info

Publication number: DD263179A1
Application number: DD30511687A
Authority: DD
Inventors: Udo Bechtloff; Guenter Reisse; Horst Exner; Gernot Kipping
Original assignee: Th Mittweida
Priority date: 1987-07-20
Filing date: 1987-07-20
Publication date: 1988-12-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Vernetzung von Polymeren, die flaechenhaft auf beliebige Substratmaterialien aufgebracht, nachfolgend mit einem Energiestrahl lokal vernetzt und die nichtvernetzten Bereiche mit einem geeigneten Loesungsmittel abgeloest werden. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass folgende Verfahrensschritte durchgefuehrt werden. Ein nichtleitfaehiges Basismaterial wird mit einem Polymer, dessen reaktive Gruppen unter dem Einfluss eines Energiestrahles vernetzen und das durch entsprechende anorganische, organische bzw. metallische Zusaetze an die gewuenschten mechanischen und elektrischen Eigenschaften angepasst ist, flaechenhaft beschichtet. Die reaktiven Gruppen des Polymeres werden thermisch aktiviert und anschliessend mittels Energiestrahl lokal vernetzt. Die nichtvernetzten Bereiche des Polymeres werden mit einem geeigneten Loesungsmittel abgeloest und die lateralen Polymerstrukturen durch thermisches Nachbehandeln vollstaendig vernetzt.

Description

Beschreibung der Erfindung

Verfahren zur lokalen Vernetzung von Polymeren

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist auf den Gebieten der Technik anwendbar, in denen laterale Leit- und Widerstandsstrukturen zum Einsatz kommen.

Dazu gehören:

Ein- und Mehrebenenleiterplatten

Mehrschichtstrukturen Hybridschaltkreise

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Laterale Leitbahnstrukturen auf isolierenden organischen Basismaterialien werden gegenwärtig nach zwei technologischen Varianten hergestellt, wobei eine Unterteilung in subtraktive bzw. additive Technologien erfolgt. Die am weitesten verbreitete Subtraktivtechnologie geht von einem metallkaschierten isolierenden Basismaterial aus, bei dem nach Übertragung des Leitbahnmusters von einer Fotovorlage die späteren Leiterzüge durch ein geeignetes Material abgedeckt und die ungeschützten Stellen durch ein Ätzverfahren entfernt werden.

Additivverfahren verwenden unkaschiertes Basismaterial, bei dem die für die Schichterzeugung notwendigen kata-Iytischen Stellen über eine Fotovorlage auf dem Basismaterial erzeugt bzw. über eine Schablone in Form eines Siebes auf das Basismaterial übertragen werden. An diesen katalytischen Stellen beginnt der Aufbau der metallischen Leiterzüge

/Hermann, Handbuch der Leiterplattentechnik -Eugen G.- Leunze Verlag, Saulgau/ V/ürtt. 1962/

7.87-

In anderen Verfahren werden mit Metallen oder anderen leitfähigen Pigmenten versehene Polymerpasten direkt auf Trägermaterialien gedruckt und diese Pasten anschließend ausgehärtet.

/Hanke, Fabian: Technologie elektronischer Baugruppen - Berlin 1975/

Allen gemeinsam ist, daß zur Erzeugung des gewünschten Leitbahnmusters ein Filmzwischenträger angefertigt werden muß. Dieser Filmzwischenträger löst die vorher digital abgespeicherten Leitbahnstrukturen wieder in analoge Informationen auf, ohne dabei zusätzliche Informationenbzw. einen Genauigkeitsgewinn zu erreichen. Diese Filmzwischenträger unterliegen einem hohen Verschleiß und sind bei Musterleiterplatten ebenso nötig, wie bei der Fertigung von Leiterplatten in großen Stückzahlen. Entspricht das Leitmuster auf dem Film nicht den Anforderungen, so ist die Fotovorlage zu verwerfen und eine neue anzufertigen. Dieser Vorgang wiederholt sich bis zum Abschluß der Entwicklungsarbeiten ständig.

Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen ein Laser die Oberfläche eines lichtempfindlichen ganzflächig aufgebrachten Fotopolymers rasterförmig abtastet und dabei das Leiterbild in die fotopolymere Schicht einschreibt, die dadurch vernetzt bzw. zerstört wird und die nicht bzw. vom laserstrahlgetroffenen Flächen werden mit geeigneten Lösunsmittel abgewaschen.

Die so·erzeugten polymerstrukturen dienen nur als Hilfsmittel für notwendige Galvano - bzw. A'tzschritte und sind nach deren Beendigung wieder zu entfernen

. /TsaOjJ.Y.; Ehrlich,D.J.:Appl.Phys. Lett. 42, 12 (1983) 997 - 1000/

Die gegenwärtig bekannten Verfahren sind im Stadium der Entwicklung wenig flexibel und in ihrer minimalen Strukturbreite begrenzt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit einem material- und zeitsparenden Verfahren laterale Leit-, Widerstandsund Isolationsstrukturen herzustellen. Durch den Wegfall von Filmzwischenträgern ist dieses Verfahren besonders zur Herstellung von Musterleiterplatten und durch den Einsatz fokusierter Energiestrahlen zur Herstellung von Konturabmessungen< 200/um geeignet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung "besteht in der Entwicklung eines Verfahrens zur lokalen Vernetzung von flächenhaft auf beliebige Substratmaterialien aufgebrachten Polymeren, d.ie zu realisierende Lei-t- und Widerstandsstrukturen darstellen«

Srfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

- Beschichten einer nichtleitfähigen Substratoberfläche mit einem Polymer, dessen reaktive Gruppen' unter den Einfluß eines Energiestrahles lokal vernetzen und das durch entsprechende anorganische bzw. metallische Zusätze an die. gewünschten mechanischen und elektrischen Eigenschaften angepaßt ist.

- Thermisches Aktivieren der reaktiven Gruppen

des,Polymeres im Umluft- oder Infrarottrockenofen ·

- Lokale Vernetzung des Polymeres mittels Energiestrahlen (z.B. Laser oder Elektronenstrahl)

- Ablösung dernichtvernetzten Polymerbereiche mit einem geeigneten Lösungsmittel (z.B. Aceton)

- Thermische nachbehandlung der lateralen Polymerstruicturen zur Erzielung der gewünschten elektrischen und mechanischen Eigenschaften (z.B. Infrarotaushärtung)

- Metallisierung der als Leitbahn vorgesehenen Polymerbereiche zur Erzielung eines niedrigen Flächenwiderstandes

Diese Verfahrensschritte sind beliebig oft wiederholbar, um Mehrschichtanordnungen zu erreichen.

Die für dieses Verfahren benötigten Polymere bestehen vorzugsweise aus thermisch härtbaren: Harzkombinationen, in die je nach Anwendungsfall Graphit-, Ruß-, oder andere elektronenleitende Bestandteile, Aluminiumoxid, Titandioxid und / oder Metallpulver eindispergiert sind. Die Herstellung der Polymere und ihre Zusätze sowie die Verarbeitung erfolgt nach bekannten Verfahren. . Zur Erzielung eines besonders niedrigen Flächenwider- Standes empfielt sich eine chemische (außenstromlose) Metallisierung der als Leitbahn vorgesehenen Strukturen. Die durch den Energiestrahl vernetzten Polymere übernehmen die Rolle einer Funktionsschicht und verbleiben somit auf dem Substrat,

Ausführungsbeispiel: .

1. Zur Herstellung von lateralen Leitbahnstrukturen mit - StrukturbreitenXf 200/um auf organischen Basismaterialien für Leiterplatten, insbesondere für die SMD-Technologie und Hybridtechnologie werden erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte durchgeführt: .

Auf das gereinigte Substratmaterial, hier Hartpapier oder Gevausit, wird mittels eines Beschich— tungsνerfahrens wie z.B· der Siebdrucktechnik eine elektrisch leitfähige Polymerpaöte, bestehend aus einem heißhärtenden Epoxidharz und eindispergierten Bestandteilen wie Ruß, Graphit und Nicke!partikel mit einer Körngröße<30/um mit einem Anteil der Füllstoffe bis' maximal 80 %, ..flächenförmig aufgebracht und bei einer Temperatur von ISO C 1 min im Umluftofen thermisch voraktiviert.

Das so vorbehandelte .Leiterplattenbasismaterial wird auf dem Bearbeitstisch einer mikrorechnergesteuerten Laseranlage befestigt und in dessen Arbeitsspeicher die Daten für die zu realisierenden lateralen Leiterbildstrukturen eingelesen. Mit dem Start des Programmes erfolgt eine selektive Vernetzung des Spoxidharzbindemittels in den vom Laserstrahl überstrichenen Bereichen.

Als Laser wird ein CO₀ - Laser mit einer Wellenlänge·

s —? von 10,β/Um, einer Leistungsflußdichte von 10 Wem und einer lateralen Bearbeitungsgeschwindigkeit von TOO mm . s~ eingesetzt.

Anschließend werden die nichtvernetzten Polymerbereiche mit Hilfe von Aceton von der Oberfläche abgewaschen und thermisch bis zur vollständigen Vernetzung bei 130⁰C ubea 3 Stunden nachbehandelt. In einem nachfolgenden Schritt wird die mit Chromschwefelsäure bei 50⁰C vorbehandelte und mit Wasser gespülte Leiterplatte in ein chemisches Metallabscheidungsbad getaucht, worauf sofort die Be-.schichtung auf der gesammten Leiterbahnoberfläche einsetzt. . .

Die ereiclibare Schichtdicke der Metallschicht ist von der Verweilzeit im Bad abhängig. Ein abschließend aufzubringender überzug über die Leitbahn schützt vor Korrosion durch die Umgebung.

Die so hergestellten Leiterplatten zeichnen sich durch Strukturbreiten< 200/um eine hohe Flexibilität bei der Realisierung aus. ' .

2. Zur Herstellung, von Mehrschichtanordnungen, speziell für den Einsatz in der Hybridtechnik, werden erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte durchgeführt:

Auf das gereinigte Substratmaterial, hier temperatur- und dimensionsstabilisiertes Leiterplattenbasismaterial, wird, z.B. in Siebdrucktechnik, die Polymerpaste zur Realisierung von Leitbahnstrukturen flachenförmig aufgebracht und bei einer Temperatur von 180⁰C 1 min im Uniluftofen voraktiviert. Mit Hilfe einer mikrofechnergesteuerten Laseranlage, der Wellenlänge von 10,6/im, einer Leistungsflußdichte

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von 10 W cm und einer lateralen Bearbeitungsgeschwindigkeit von 100 mm . s erfolgt eine lokale Vernetzung der als leitbahnvorgesehenen Polymerbereiche. Die nichtvernetzten Bereiche werden mit Aceton abgewaschen.

Anschließend erfolgt in einem chemisch reduktiven Nickelbad die Beschichtung mit einer 5 wm dicken ITi-Schicht. Als weiterer Arbeitsschritt schließt sich das Aufdrucken der als y/iderstandsschicht vorgesehenen Polymerpaste an, die nach der entsprechenden Voraktivierung ebenfalls durch den Laserstrahl selektiv vernetzt wird und die nicht als Widerstände benötigten Bereiche werden mit Hilfe von Aceton abgewaschen.

Danach, erfolgt der Druck der Isolationspaste, deren Voraktivierung und·lateralen Vernetzung mit Hilfe des programmgesteuerten Laserstrahles und ein Abwaschen der nichtvernetzten Bereiche.

Zur. Realisierung komplexer Schaltungen ist dieser Schichtaufbau beliebig oft wiederholbar.

Im letzten Arbeitsgang erfolgt eine vollständige Yernetzung der Polymerbereiche bei 1SO C über 3 Stunden im Unluftofen.

Die so hergestellten Mehrschichtanordnungen können ohne Filmzwischenträger direkt vom rechentechnischen Entwurf aus realisiert werden. Minimale erreichbare Leiterzugbreiten liegen in der Größenordnung zwischen SO und lOOywm

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur lokalen Vernetzung von Polymeren, in die· verschiedene Fremstoffeinlagerungen wie Graphit oder andere elektronenleitende Materialien und / oder Metalle, insbesondere Armco - Eisen oder nickel, zur Realisierung von isolierenden als auch unterschiedlich elektrisch leitfälligen lateralen Schichtstrukturen eindispergiert sind, diese Polymere nach einem bekannten Verfahren, beispielsweise durch Auftragen als Paste auf beliebige Substrate, vorzugsweise organisches Basismaterial für leiterplatten, flächenhaft aufgebracht werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Polymerschicht voraktiviert wird, durch Energiestrahlen lokal vernetzt wird und das durch nachfolgendes Ablösen der nichtvernetzten Polymerbereiche.mit Hilfe geeigneter Lösungsmittel vorgegebene laterale Polymerschichtstrukturen erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vernetzung der Polymerschicht, mit Laserstrahlen, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 10,6 /im, bei einer Leistungsflußdichte von 10 bis

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10 Wem und lateralen Bearbeitungsgeschwindigkeiten von 0,1 bis 100 mm·³" erfolgt.