DE3700912C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen gedruckten Schaltungen mit integrierten aufgedruckten passiven Bauteilen.

Bisher ist es allgemein üblich, einen Widerstandsschaltkreis auf einer kupferbeschichteten gedruckten Grundplatte zu bilden. Hierbei wird ein Widerstand in Form eines separaten Bauelements an einem gedruckten Schaltkreis angelötet. Das fertige Produkt ist deshalb voluminös und teuer, da es viele Verarbeitungsschritte einschließlich der Kosten für den Widerstand erfordert. Außerdem ergibt sich bei den bekannten Verfahren eine niedrige Packungsdichte der gedruckten Grundplatte, und es ist schwierig, das Gewicht des Produktes und die Anzahl der Verfahrensschritte zu seiner Herstellung zu verringern. Da auch ein Lötvorgang nötig ist, kommt es nicht selten zu Fehlausrichtungen von Leitungen und falschem Einsetzen von Widerständen.

Um elektrisch leitfähige Schaltkreise aus mehr als zwei Schichten an einer Seite der Grundplatte mit geringeren Kosten vorsehen zu können, muß eine elektrisch leitfähige Kupferpaste (Kupfer-Leitpaste) benutzt werden, die eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit besitzt, zur Metallplattierung, insbesondere für eine Kupferplattierung geeignet ist und außerdem zu geringen Kosten zur Verfügung steht.

Die DE-OS 31 02 015 (entspricht US-PS 43 53 816) beschreibt eine solche Kupfer-Leitpaste zur Herstellung von Leiterplatten. Die von der Anmelderin hergestellte Kupfer-Leitpaste ACP-007 P, auf die nachfolgend noch Bezug genommen wird, stellt eine Kupfer-Leitpaste gemäß dieser Druckschrift dar.

Aus der DE-OS 25 58 367 geht ein Verfahren hervor, bei dem ein dielektrisches Resistmaterial aus Polybutadien und eine Kupfer-Leitpaste, beispielsweise aus 20% Phenolharz, 63% Kupferpulver und 17% eines Lösungsmittels für die Bildung gewünschter Schaltkreise benutzt wird. Die haftende Paste wird durch ein nichtelektrolytisches Plattierverfahren bis zu einer Dicke von 20 µm aufgebaut, und dann wird die plattierte Paste mit Kupfer überzogen, um elektrisch leitfähige Schaltkreise in mehr als zwei Schichten auf einer Seite einer Grundplatte zu erzeugen. Dieses spezielle Verfahren ist allerdings nie in großtechnischem Maßstab benutzt worden.

Die US-PS 39 09 680 beschäftigt sich mit dem Problem, wie in einer gedruckten Schaltung die Wanderung von Silber zwischen zwei Silberkontaktstellen verhindert werden kann, wenn die beiden Silberkontaktstellen z. B. mit einem dazwischenliegenden gedruckten Bauteil (Widerstand oder Kapazität) auf unterschiedlichem Potential liegen. Zur Lösung des Problems schlägt die Druckschrift vor, unmittelbar unter bzw. auf das gedruckte Bauteil eine Unterlageschicht oder eine Bedeckungsschicht einzuziehen. Diese Schichten werden aus einem isolierenden Harz hergestellt und enthalten einen organischen Inhibitor (z. B. eine Amin- oder Azolverbindung).

Die DE-AS 27 14 426 beschreibt ein passives Schaltungsglied mit zwei in Serie geschalteten Induktivitäten, welches aus zwei übereinandergelegten und verklebten Substratplättchen besteht. Auf die Substratplättchen können noch weitere durch Isolationsschichten getrennte Leiterbahnlagen aufgebaut werden, wodurch ein mehrschichtiges Gebilde entsteht, in das auch Kapazitäten eingebaut sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen gedruckten Schaltungen zur Verfügung zu stellen, bei dem die vorstehend geschilderten Nachteile vermieden werden und mit dem wirtschaftlich und kostengünstig bedruckte Leiterplatten mit guten elektrischen Verbindungen zwischen den Leiterebenen, insbesondere auch bei Einschluß von integrierten passiven Bauteilen, erhalten werden.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Patentansprüchen gelöst.

Die Anmelderin befaßt sich seit Jahren mit der Entwicklung neuer elektrisch leitfähiger Kupferpasten, die die vorstehend genannten Nachteile vermeiden, und hat bereits neue elektrisch leitfähige Kupferpasten zur industriellen Verwendung zur Verfügung gestellt. Dazu gehören die Kupferpasten ACP-020, ACP-030 und ACP-007P der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. Die elektrisch leitfähige Kupferpaste ACP-020 besteht im wesentlichen aus 80 Gew.-% Kupferpulver und 20 Gew.-% Kunstharz und hat eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, jedoch etwas weniger günstige Löteigenschaften. Die elektrisch leitfähige Kupferpaste ACP-030 besteht im wesentlichen aus 85 Gew.-% Kupferpulver und 15 Gew.-% Kunstharz und hat eine etwas geringere elektrische Leitfähigkeit als das Produkt ACP-020, hingegen ausgezeichnete Löteigenschaften. Die elektrisch leitfähige Kupferpaste ACP-007P ist eine Verbesserung der Paste ACP-030 und kann ohne Verwendung eines Katalysators zur Metallplattierung, beispielsweise einer chemischen Kupferplattierung benutzt werden. Diese Kupferpaste hat ausgezeichnete Metallplattiereigenschaften.

Auf dem Kupferbelag einer Grundplatte wird zunächst ein Schaltkreis in einer ersten Schicht gebildet, anschließend wird die genannte elektrisch leitfähige Kupferpaste mit der ausgezeichneten Metallplattiereigenschaft auf denjenigen Teilen der Schaltkreise der ersten Schicht aufgetragen, die mit Schaltkreisen einer zweiten Schicht verbunden werden sollen, welche auf den Schaltkreisen der ersten Schicht auszubilden sind. Anschließend wird die elektrisch leitfähige Paste thermisch gehärtet und danach wird die elektrisch leitfähige Kupferpaste mit einer Metallplattierung überzogen, um die elektrische Leitfähigkeit der Kupferpaste bis auf die des Kupferbelages zu erhöhen. So entstehen die Schaltkreise der zweiten Schicht auf den Schaltkreisen der ersten Schicht. Damit wird eine zweilagige Schaltungsplatte geschaffen, deren Eigenschaften etwa der herkömmlichen zweiseitigen Schaltungsplatte mit durchgehenden Löchern gleichwertig sind.

Mit der Erfindung soll auch eine Widerstandsschaltung auf den Schaltkreisen der zweiten Schicht geschaffen werden. Hierzu wird auf denjenigen Teilen der Schaltkreise der zweiten Schicht, die nicht elektrisch miteinander verbunden sind, eine elektrisch leitfähige Paste mit der genannten ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit aufgetragen und anschließend thermisch gehärtet. Hierdurch entstehen zwei Anschlüsse, die anschließend mit einer Widerstandspaste von vorherbestimmtem Widerstandswert überzogen werden. Danach wird die Widerstandspaste thermisch gehärtet, so daß auf den Schaltkreisen der zweiten Schicht ein Widerstandsschaltkreis entsteht. Auf diese Weise erübrigt sich der herkömmliche Vorgang der Befestigung des Widerstandes an der Grundplatte, und es wird ein außerordentlich flacher Widerstandsschaltkreis erhalten. Abgesehen von der Zuverlässigkeit des Fertigproduktes, welches ein geringes Gewicht haben kann, wird auch die Packungsdichte der Grundplatte erhöht. Das Fertigprodukt kann außerdem mit geringeren Kosten hergestellt werden, ohne daß eine Fehlanordnung von Leitungen oder ein falsches Einsetzen des Widerstands wie beim herkömmlichen Verfahren überhaupt möglich ist.

Das genannte spezielle Verfahren zum Herstellen des Widerstandsschaltkreises auf einer Grundplatte unter Ausbildung einer Vielzahl erster elektrisch leitfähiger Schaltkreise eines ersten Schichtbelages auf der Grundplatte und mindestens eines zweiten elektrisch leitfähigen Schaltkreises eines zweiten Schichtbelages auf den ersten elektrisch leitfähigen Schaltkreisen kann so abgewandelt werden, daß zwischen den ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schaltkreisen ein Kondensatorschaltkreis geschaffen wird.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 9 dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine kupferbeschichtete Grundplatte in senkrechtem Schnitt;

Fig. 2 die Grundplatte gemäß Fig. 1 mit einem Überzug aus einem ätzbeständigen Resistmaterial;

Fig. 3 die Grundplatte gemäß Fig. 2 mit durch Ätzen gebildeten ersten elektrisch leitfähigen Schaltkreisen;

Fig. 4 die Grundplatte gemäß Fig. 3, die mit einem plattierbeständigen Resistmaterial überzogen ist;

Fig. 5 die Grundplatte gemäß Fig. 4, die mit einer elektrisch leitfähigen Kupferpaste überzogen ist;

Fig. 6 die Grundplatte gemäß Fig. 5, die durch nichtelektrolytisches Plattieren mit zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreisen versehen ist;

Fig. 7 die Grundplatte gemäß Fig. 6, die mit elektrischen Anschlüssen aus einer elektrisch leitfähigen Paste versehen ist;

Fig. 8 die Grundplatte gemäß Fig. 7 mit einem Widerstandsschaltkreis aus einer Widerstandspaste;

Fig. 9 die Grundplatte mit einem die ganze Oberseite bedeckenden Überzug als Abschluß der Verfahrensschritte zum Herstellen der Grundplatte.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 10 bis 18 gezeigt, und zwar zeigt

Fig. 10 eine kupferbeschichtete Grundplatte in senkrechtem Schnitt;

Fig. 11 die Grundplatte gemäß Fig. 10, die mit einem ätzbeständigen Resistmaterial überzogen ist;

Fig. 12 die Grundplatte gemäß Fig. 11, die durch Ätzen mit ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreisen versehen ist;

Fig. 13 die Grundplatte gemäß Fig. 12, die mit einem plattierbeständigen Resistmaterial überzogen ist;

Fig. 14 die Grundplatte gemäß Fig. 13, die mit einer elektrisch leitfähigen Kupferpaste überzogen ist;

Fig. 15 die Grundplatte gemäß Fig. 14, die durch chemisches Kupferplattieren mit einem zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreis versehen ist;

Fig. 16 die Grundplatte gemäß Fig. 15, die mit einer dielektrischen Paste überzogen ist;

Fig. 17 die Grundplatte gemäß Fig. 16, die mit einer elektrisch leitfähigen Paste zur Schaffung eines Kondensator-Schaltkreises überzogen ist;

Fig. 18 die Grundplatte gemäß Fig. 17 mit einem die ganze Oberseite bedeckenden Überzug zum Abschluß der Verfahrensschritte zum Herstellen der Grundplatte.

Wie Fig. 1 zeigt, ist an einer Grundplatte 1, beispielsweise aus einem Polymerisat an einer Seite ein Kupferbelag 8 befestigt, so daß sich ein kupferbeschichtetes Substrat 3 ergibt. Auf den Kupferbelag 8 ist außer in Bereichen 3 a, in denen keine ersten elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 1 gebildet sind, wie in Fig. 3 gezeigt, ein ätzbeständiges Resistmaterial 7 aufgetragen, welches anschließend zum Härten erwärmt wird. Das Resistmaterial 7 wird geätzt, damit eine Vielzahl erster, elektrisch leitfähiger Schaltkreise C 1 eines ersten Schichtbelages aus dem Kupferbelag 8 entsteht, der, wie Fig. 3 zeigt, in den Bereichen 3 a entfernt ist. Anschließend wird, wie Fig. 4 zeigt, die Grundplatte 1 außer in den Bereichen der ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 1, die mit weiteren Schaltkreisen elektrisch verbunden werden müssen, ein plattierbeständiges Resistmaterial 6, beispielsweise das Produkt CR-2001 der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. aufgetragen, dessen Zusammensetzung weiter unten angegeben ist. Die genannten zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 2 sind auf den ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreisen auszubilden (wie in Fig. 6 gezeigt). Um das Resistmaterial 6 zu härten, wird das Substrat 3 ca. 30 Minuten lang auf eine Temperatur von ca. 150° C erwärmt.

Anschließend wird durch Siebdruck auf die ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 1 eine elektrisch leitfähige Kupferpaste 9 aufgetragen, beispielsweise das Produkt ACP-007P der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. gemäß der US-PS 43 53 816. Das Bedrucken erfolgt so, daß die Schaltkreise in mindestens zwei Bereiche unterteilt werden, die elektrisch voneinander isoliert sind, wie Fig. 5 zeigt. Anschließend erfolgt zum Härten eine Erwärmung auf ca. 150° C während 30 bis 60 Minuten.

Danach wird das kupferbeschichtete Substrat 3 einer Behandlung zur Vorbereitung des nächsten Plattierverfahrens unterzogen. Hierzu wird das Substrat 3 etwa einige Minuten mit einer wäßrigen Ätznatronlauge, die 4-5 Gew.-% Ätznatron (NaOH) enthält, gesäubert, und danach wird die Oberfläche wiederum einige Minuten mit einer verdünnten Salzsäure, die 5-10 Gew.-% Salzsäure (HCl) enthält, behandelt. Dadurch werden die Kupferteilchen aus dem Bindemittel der elektrisch leitfähigen Kupferpaste 9 freigelegt, so daß sie Keime für die nächste Kupferplattierbehandlung bieten. Es sei noch darauf hingewiesen, daß kein Katalysator nötig ist, was unter Umständen bei einem nichtelektrolytischen Plattieren der Fall ist.

Das kupferbeschichtete Substrat 3 wird anschließend in ein chemisches Kupferplattierbad eingetaucht, um die Oberfläche der elektrisch leitfähigen Kupferpaste 9 chemisch mit Kupferbelag zu versehen, d. h. die in Fig. 6 gezeigte Kupferauflage 10 zu bilden. So entstehen zwei elektrisch leitfähige Schaltkreise C 2 eines zweiten Schichtbelages, die mit den ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreisen C 1 des ersten Schichtbelages elektrisch verbunden sind. Das Bad zur chemischen Kupferplattierung hat einen pH-Wert von 11-13 und eine Temperatur von 65-75° C, die Dicke der Kupferauflage beträgt mehr als 5 µm, die Plattierge­ schwindigkeit beträgt ca. 1,5-3 µm/Std.

Damit sind die zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 2 auf einer Seite des kupferbeschichteten Substrats 3 aus der elektrisch leitfähigen Kupferpaste 9 und der Kupferauflage 10 gebildet. Danach werden, wie Fig. 7 zeigt, die elektrisch isolierten Bereiche der zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise mit einer elektrisch leitfähigen Paste 19, z. B. einer Silberpaste überzogen, um zwei elektrische Anschlüsse 20 zu bilden. Danach erfolgt wiederum eine Wärmebehandlung zum Härten. Wie Fig. 8 zeigt, wird dann der Bereich zwischen den beiden Anschlüssen 20 der zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 2 mit einer elektrischen Widerstand aufweisenden Paste 14 mit vorherbestimmtem Widerstandswert überzogen, und wiederum erfolgt eine Wärmebehandlung, damit die Paste hart wird. So entsteht ein Widerstandsschaltkreis 13 zwischen den elektrisch isolierten Bereichen der zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 2.

Anschließend wird, wie Fig. 9 zeigt, ein äußerer Überzug 11, beispielsweise ein gegen Plattieren beständiges Produkt wie CR-2001 der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. über die ganze verarbeitete Seite des kupferbeschichteten Substrats 3 aufgetragen und zur Härtung erwärmt. Damit ist die gedruckte Schaltungsplatte 12 fertig.

Statt der Kupferauflage kann gemäß der Erfindung auf der elektrisch leitfähigen Kupferpaste 9 eine Plattierung aus einem Edelmetall, wie Silber oder Gold vorgesehen werden. Ferner können die ersten und zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 1, C 2 auch auf dem Überzug 11 ausgebildet werden, der anstelle des Kupferbelages 8 auf einer Seite der Grundplatte 1 als Überzug vorgesehen ist. In der hier beschriebenen Weise können auf einer Seite der Grundplatte gemäß der Erfindung Schaltkreise aus mehr als drei Schichten gebildet werden.

Die elektrisch leitfähige Kupferpaste soll ebenso wie die einen elektrischen Widerstand aufweisende Paste und die gegen Plattieren beständige Paste, die alle erfindungsgemäß benutzt werden, näher erläutert werden.

Hinsichtlich der Paste ACP-007P der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. gemäß US-PS 43 53 816, die als Beispiel einer insbesondere zur Kupferplattierung geeigneten, elektrisch leitfähigen Kupferpaste genannt ist, ist allgemein bekannt, daß Kupfer leicht oxidiert, insbesondere wenn es in Form von Pulverpartikeln vorliegt, deren bloße, äußere Oberfläche vergrößert ist. Im Gegensatz zu der nichtoxidierbaren Paste aus Edelmetallen ist es deshalb nötig, eine Paste mit solchen Bestandteilen zu schaffen, daß der oxidierte Film der Kupferpulverteilchen entfernt und das erneute Oxidieren der Kupferpartikel vermieden wird. Um eine leicht zu benutzende und ohne weiteres an einem Basismaterial zu befestigende, elektrisch leitfähige Kupferpaste zu erhalten, ist es wichtig, bei der Wahl das Basismaterial, an dem sie befestigt werden soll, zu berücksichtigen und die Bestandteile, wie Kupferpulver, Bindemittel, Sonderzusatz (z. B. Anthrazen, Anthrazencarbonsäure, Anthradin, Anthranilsäure), Dispergiermittel und Lösungsmittel sorgfältig zu wählen und ordnungsgemäß zu vermischen.

Die Kupferteilchen haben je nach ihrem Herstellungsverfahren unterschiedliche Gestalt. Bei dem elektrolytischen Verfahren werden Kupferteilchen in großer Reinheit niedergeschlagen und auch in verzweigter Gestalt. Beim Reduktionsverfahren, bei dem Oxide durch ein Reduktionsgas reduziert werden, entstehen die Kupferteilchen in schwammartiger und poröser Gestalt.

Die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zu verwendende elektrisch leitfähige Kupferpaste muß folgende Eigenschaften haben:

• 1. Sie muß durch Siebdruck zur Bildung feiner Muster leicht auftragbar sein.
• 2. Sie muß an der Grundplatte fest haften.
• 3. Sie muß gegen die hohe Temperatur eines Alkalibades beim chemischen Kupferplattieren beständig sein.
• 4. Sie muß an der Kupferplattierung fest haften.
• 5. Ihre Viskosität muß im Verlauf der Zeit unveränderlich sein, damit sie stabil bedruckbar ist.

Um die vorstehend genannten Erfordernisse zu erfüllen, muß die elektrisch leitfähige Kupferpaste Kupferteilchen von großer Reinheit in verzweigter Gestalt, wie sie bei der Elektrolyse niedergeschlagen werden, und/oder von poröser, schwammiger Gestalt enthalten, wie sie aus Metalloxiden reduziert werden. Die Kupferteilchen können zu Flocken weiterverarbeitet werden.

Um den Gehalt an Kupferteilchen in der Paste zu erhöhen, müssen außerdem Kupferteilchen unterschiedlicher Größen und Formen zu maximaler Dichte geschüttet werden.

Hinsichtlich des Bindemittels der elektrisch leitfähigen Kupferpaste ist zu sagen, daß es als Träger für sehr viele Kupferteilchen und gleichzeitig als wirksamer Haftstoff an der Grundplatte dienen muß. Außerdem muß das Bindemittel gegenüber dem Alkalibad bei der chemischen Kupferplattierung beständig sein.

Es hat sich gezeigt, daß die beste elektrisch leitfähige Kupferpaste erhalten wurde, wenn sie Epoxyharz mit einem großen Gehalt an Kupferteilchen enthielt, wobei die Niederschlagsrate bei der Plattierung und außerdem das Haftvermögen des plattierten Films erhöht wird.

Die auf der elektrisch leitfähigen Kupferpaste ACP-007P niedergeschlagene Kupferplattierung ist rötlich braun und pastenartig und hat eine Viskosität von 300-500 Pas bei einer Temperatur von 25° C. Das Haftvermögen an einer kupferbeschichteten Grundplatte und einer Grundplatte aus Harz ist durch einen Klebebandversuch bestätigt worden. Außerdem ist das Haftvermögen an der elektrisch leitfähigen Paste durch den Klebebandversuch bestätigt worden. Nach einer Lötbadbeanspruchung beträgt die Zugkraft (3 × 3 mm²) mehr als 3 N/mm².

Als elektrische Widerstandspaste wird eine Paste benutzt, die ein gereinigtes Pulver aus Kohlenstoff oder Graphit oder dgl. von großer Reinheit als elektrisch leitfähiges Element und ein hitzehärtbares Harz, wie Epoxy-, Phenol-, Melamin- oder Acrylharz oder dgl. als Bindemittel enthält und außerdem ein Lösungsmittel, welches bei hoher Temperatur langsam verdampft und zum Modifizieren der Viskosität dient.

Die Kohlenstoff- bzw. Graphitpartikel müssen fein und gleichförmig sein und eine große Reinheit und hohe Qualität aufweisen. Sie dürfen nur einen geringen Unterschied im elektrischen Widerstandswert haben und müssen mit dem Harz verträglich sein, mit dem sie vermischt werden sollen.

Ferner darf die Paste bei normaler Temperatur nicht hart werden, hingegen rasch härten, wenn sie erhitzt wird. Das Volumen der hart gewordenen Paste darf sich nicht ändern, und die Paste muß leicht flexibel sein und gut an der Grundplatte haften. Ferner muß die Paste gegenüber Wärme und Feuchtigkeit beständig sein und ohne weiteres an einem Vor- oder Grundauftrag ebenso wie an einem Außenauftrag haften.

Hinsichtlich der Eigenschaft des Lösungsmittels ist zu sagen, daß die Paste bei den aufeinanderfolgenden Bedruckvorgängen stabilisiert sein muß, d. h. daß sie die Drucke nicht ausfüllen und den Emulsionsfilm nicht verschlechtern darf. Außerdem muß die Verdampfungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels bei normaler Temperatur langsam sein und die Paste darf praktisch kein Wasser absorbieren sowie keine abrupten Änderungen ihrer Viskosität bei Temperaturen von ±10° C erfahren. Schließlich darf sie weder bei normaler Temperatur noch bei Erwärmung Gift und/oder einen Reizgeruch abgeben.

Die vorstehend genannten Erfordernisse werden von einer von der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. entwickelten, einen elektrischen Widerstand aufweisenden Paste, beispielsweise der Paste mit der Bezeichnung TU-1K voll erfüllt, deren Zusammensetzung weiter unten angegeben ist. In dieser elektrischen Widerstandspaste wird ein sehr stark stabilisierter Widerstand aufrechterhalten, d. h. die Schwankung des Widerstandes liegt nur bei ca. 0,5% (Löttemperaturen von 240° C und 260° C). Außerdem absorbiert diese Paste nur geringe Wärmemengen und spricht nicht auf Wärme an, bis die Löttemperatur erreicht ist; dies zeigen Kurven von Thermodifferenzanalysen.

Als plattierbeständiges Resistmaterial wird gemäß der Erfindung beispielsweise das Resistmaterial CR-2001 der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. benutzt. Das Resistmaterial wird auf einen ersten Schaltkreis aufgetragen, der nicht mit einem zweiten, auf dem ersten auszubildenden Schaltkreis elektrisch verbunden ist. Deshalb muß das Resistmaterial nicht nur isolierend wirken sondern auch gegen Alkali beständig sein. Das Resistmaterial ist so entwickelt worden, daß es mehr als 4 Stunden einem Alkalibad von 70° C und einem pH-Wert von 12 standhält.

Ähnlich wie die elektrisch leitfähige Kupferpaste ACP-007P enthält das Resistmaterial als Hauptbestandteil ein Epoxyharz und wird durch ein Polyestersieb der Siebfeinheit 180 mesh (0,080 mm) aufgedruckt und dann zum Härten ca. 30 Minuten bei einer Temperatur von 150° erwärmt. Der aufgedruckte Film hat vorzugsweise eine Dicke von 15-30 µm und ist gegen Chemikalien und Spannungen beständig. Seine Haupteigenschaften lassen sich wie folgt beschreiben: das Resistmaterial haftet ohne weiteres an der Basis, auf die es aufgetragen wird und an einem Kupferbelag. Ferner ergeben sich keine Veränderungen, wenn es lange Zeit in ein Alkalibad mit einem pH-Wert von 12 eingetaucht wird. Das Resistmaterial ist für die praktische Verwendung günstig, weil der verwendete Härter keine giftigen Stoffe enthält. Das Resistmaterial wird durch Siebdruck aufgetragen und enthält 10 g Härter, bezogen auf einen Hauptbestandteil von 100 g. Gehärtet wird das Material in einer gegebenen Zeit (15-30 Minuten) bei einer Temperatur von 150-200° C.

Das plattierbeständige Resistmaterial hat eine Oberflächenhärte von mehr als 8 H (Messung mit einem Bleistift), eine Lösungsbeständigkeit (in Trichloräthylen) von mehr als 15 Sekunden, eine Beständigkeit gegen Löttemperaturen (260° C) von mehr als 5 Zyklen, einen Widerstandswert der Oberflächenisolierung von mehr als 5 × 10¹³ Ω, einen Volumenwiderstandswert von 1 × 10¹⁴ Ωcm, eine Beständigkeit gegen Spannung (15 µm) von mehr als 3,5 kV sowie einen dielektrischen Verlustfaktor (1 MHz) von weniger als 0,03.

Zusammensetzungen von CR-2001 und TU-1K

CR-2001
Hauptbestandteil des Harzes:

• a) Epoxyharz vom Kresolnovolacktyp
• b) Magnesiumsilicat als mineralischer Füllstoff
• c) Silicon als Beschichtungs-Zusatzstoff
• d) Butylcarbitol-Lösemittel

Härter:
Guanidinverbindung, Imidazolderivat und Butylcarbitol- Lösemittel.

Mischungsverhältnis: Hauptbestandteil: Härter = 100 g : 10 g.

TU-1K

• a) Phenolharz vom Resoltyp
• b) Magnesiumsilicat als mineralischer Füllstoff
• c) Kohlepulver
• d) Butylcarbitol-Lösemittel

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung kann so abgewandelt werden, daß auf der Grundplatte statt des Widerstandsschaltkreises ein Kondensatorschaltkreis ausgebildet wird.

Fig. 10 zeigt eine Grundplatte 10 A aus einem Polymerisat, an deren einer Seite ein Kupferbelag 80 befestigt ist, wodurch ein kupferbeschichtetes Substrat 30 geschaffen ist.

In den Fig. 11 und 12 ist erkennbar, daß der Kupferbelag 80 außer in Bereichen 30 a, in denen keine ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 10 ausgebildet werden, mit einem ätzbeständigen Resistmaterial 70 überzogen wird. Danach wird das Substrat 30 zum Härten erwärmt. Anschließend wird das Substrat 30 geätzt, um darauf eine Vielzahl erster, elektrisch leitfähiger Schaltkreise C 10 in einem ersten Schichtbelag des Kupferbelags 80 auszubilden, der in den Bereichen 30 a entfernt ist.

Anschließend wird, wie aus Fig. 13 und 14 hervorgeht, ein plattierbeständiges Resistmaterial 60, beispielsweise das Produkt CR-2001 der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. auf die Grundplatte 10 h außer in Bereichen der ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 10 aufgetragen, die mit einem weiteren Schaltkreis elektrisch verbunden werden, beispielsweise einem zweiten elektrisch leitfähigen Schaltkreis C 20, wie er in Fig. 15 gezeigt und auf den ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreisen C 10 ausgebildet ist. Danach wird das Substrat 30 ca. 30 Minuten lang auf eine Temperatur von ca. 150° C erwärmt (Härten des Resistmaterials 60). Anschließend wird eine elektrisch leitfähige Kupferpaste 90, z. B. das Produkt ACP-007P der Asahi Chemical Research Laboratory, Co., Ltd. durch Siebdruck auf das Substrat 30 so aufgetragen, daß mindestens zwei der ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 10 miteinander elektrisch verbunden werden. Anschließend wird das Substrat 30 zum Härten der Kupferpaste 90 30-60 Minuten lang auf eine Temperatur von ca. 150° C erwärmt.

In diesem Zustand wird das Substrat 30 einer Behandlung zur Vorbereitung des nächsten Plattiervorganges unterworfen. Hierzu wird das Substrat 30 etwa einige Minuten lang mit einer wäßrigen Ätznatronlösung, die 4-5 Gew.-% Ätznatron (NaOH) enthält, gesäubert. Anschließend erfolgt eine Oberflächenbehandlung während einiger Minuten mit verdünnter Salzsäure, die 5-10 Gew.-% Salzsäure (HCl) enthält. Dadurch werden die Kupferpulverteilchen aus dem Bindemittel der elektrisch leitfähigen Kupferpaste 90 bloß gelegt und bieten Keime für den nächsten Kupferplattiervorgang. Es sei noch darauf hingewiesen, daß hier kein Katalysator nötig ist, was bei einem nichtelektrolytischen Plattiervorgang der Fall sein kann.

Anschließend wird das Substrat 30 in ein chemisches Kupferplattierbad eingetaucht, um die Oberfläche der elektrisch leitfähigen Kupferpaste 90 mit einem Kupferbelag zu versehen und dadurch die Kupferauflage 100 zu bilden, wie Fig. 15 zeigt. Es wird also ein zweiter, elektrisch leitfähiger Schaltkreis C 20 einer zweiten Beschichtungslage auf den beiden ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreisen C 10 so gebildet, daß der zweite Schaltkreis C 20 mit den beiden ersten Schaltkreisen C 10 elektrisch verbunden ist. Das chemische Kupferplattierbad hat einen pH- Wert von 11-13 und eine Temperatur von 65-75° C, die Dicke der Kupferauflage beträgt mehr als 5 µm und die Plattiergeschwindigkeit ca. 1,5-3 µm/Std.

Danach wird, wie Fig. 16 und 17 zeigen, der erste, elektrisch leitfähige Schaltkreis C 10, der nicht mit elektrisch leitfähiger Kupferpaste 90 beschichtet wurde, mit einer dielektrischen Paste 180 überzogen. Anschließend wird das Substrat 30 zum Härten der dielektrischen Paste erwärmt. Danach wird eine elektrisch leitfähige Paste 190, z. B. eine Silberpaste auf einen Bereich aufgetragen, der sich zwischen dem zweiten Schaltkreis C 20 und dem ersten Schaltkreis C 10 erstreckt, auf den die dielektrische Paste 180 aufgetragen wurde. Auf diese Weise wird die Paste 180 mit dem zweiten Schaltkreis C 20 und dem ersten Schaltkreis C 10 verbunden. Danach wird das Substrat 30 zum Härten der elektrisch leitfähigen Paste 190 erwärmt. Auf diese Weise wird zwischen dem ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreis C 10 des ersten Schichtbelags und dem zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreis des zweiten Schichtbelags an einer Seite des kupferplattierten Substrats 30 ein Kondensatorschaltkreis 160 gebildet.

Zuletzt wird, wie Fig. 18 zeigt, ein Überzug 110, beispielsweise ein plattierbeständiges Resistmaterial CR-2001 der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. auf eine Seite des Substrats 30 so aufgetragen, daß es die ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 10, den zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreis C 20 und den Kondensatorschaltkreis 160 überdeckt. Anschließend erfolgt eine Erwärmung auf ca. 150° C während ca. 30 Minuten, um den Überzug 110 zu härten. So können mehrschichtige Schaltkreise aus ersten und zweiten Schaltkreisen und einem Kondensatorschaltkreis ohne weiteres an einer Seite einer Grundplatte durch entsprechende Kombination subtraktiver und additiver Verfahren gemäß der Erfindung geschaffen werden.

Es liegt auf der Hand, daß auf dem Überzug 110 gemäß Fig. 18 ein oder mehrere weitere Schaltkreise gebildet werden können, um an einer Seite der Grundplatte noch mehr Schaltungen zu bilden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen gedruckten Schaltungen mit integrierten aufgedruckten passiven Bauteilen unter Anwendung der Verfahrensschritte:

• a) Ausbilden einer ersten Leiterstruktur (C 1) auf einer einseitig kupferbeschichteten Grundplatte mittels Subtraktiv- Technik;
• b) Auftragen eines plattierbeständigen Resistmaterials unter Aussparung von Bereichen der ersten Leiterstruktur (C 1), und thermisches Härten dieses Materials;
• c) Auftragen einer polymeren oxidationsbeständigen Kupfer- Leitpaste zur Herstellung von Verbindungen innerhalb der ersten Leiterstruktur (C 1);
• d) Behandeln der Oberfläche der Grundplatte für mehrere Minuten mit Natronlauge sowie Salzsäure;
• e) Durchführen einer chemischen Kupferplattierung auf der Kupfer-Leitpaste zur Erzeugung einer zweiten Leiterstruktur (C 2);
• f) Auftragen einer Edelmetall-Leitpaste auf Bereichen der zweiten Leiterstruktur (C 2) und Härten dieser Paste zur Herstellung von Kontaktstellen;
• g) Auftragen einer Widerstandspaste zur Herstellung von Verbindungen zwischen den Kontaktstellen, und thermisches Härten dieser Paste.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an Verfahrensschritt e) die Verfahrensschritte anschließen:

• 1) Auftragen einer dielektrischen Paste auf Bereichen der ersten und/oder zweiten Leiterstruktur (C 1, C 2), und thermisches Härten dieser Paste;
• 2) Auftragen einer Edelmetall-Leitpaste zur Herstellung von Verbindungen zwischen der dielektrischen Paste und den Leiterstrukturen (C 1, C 2), sowie thermisches Härten dieser Paste.

3. Verwendung einer Kupfer-Leitpaste aus Epoxyharz mit einem hohen Gehalt an Kupferteilchen großer Reinheit und unterschiedlichen Größen und Gestalt in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.