DE4131065A1

DE4131065A1 - Verfahren zur herstellung von leiterplatten

Info

Publication number: DE4131065A1
Application number: DE19914131065
Authority: DE
Inventors: Antoon Mattelin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-08-27
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1993-03-04

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten, bei welchem eine ganzflächig auf eine Metall schicht aufgebrachte Ätzresistschicht mittels elektromagne tischer Strahlung selektiv wieder entfernt wird und das Lei terbahnmuster durch Abätzen der derart freigelegten Metall schicht strukturiert werden kann.

Ein derartiges Verfahren geht beispielsweise aus der EP-A-00 62 300 oder der DE-A-37 32 249 hervor. Um bei diesem bekannten Verfahren die Metallschicht zwischen den Leiterbahnen durch Ätzen vollständig entfernen zu können, muß zuvor die darüber liegende Ätzresistschicht ebenfalls vollständig entfernt werden. Diese Entfernung der metallischen Ätzresistschicht, die vorzugsweise in einem Scanverfahren mit dem Laser vorgenommen werden soll, ist jedoch aufwendig und zeitraubend. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Leiterbahnen relativ weit aus einander liegen und die Flächen der mit dem Laser abzutragenden Ätzresistschicht somit relativ groß sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten so zu verbessern, daß die selektive Entfernung der metallischen Ätzresistschicht mittels elektromagnetischer Strahlung rasch und mit geringem Aufwand vorgenommen werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch folgende Verfahrens schritte:

a) auf ein elektrisch isolierendes Substrat werden nacheinander eine Metallschicht und eine Ätzresistschicht aufgebracht;
b) die Ätzresistschicht wird in den unmittelbar an das spätere Leiterbahnmuster angrenzenden Bereichen mittels elektromag netischer Strahlung wieder entfernt;
c) die im Schritt b) freigelegten Bereiche der Metallschicht werden bis zur Oberfläche des Substrats derart weggeätzt, daß das Leiterbahnmuster und durch Ätzgräben elektrisch davon isolierte Inselbereiche der Metallschicht auf dem Substrat verbleiben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also im Unterschied zu der bisherigen Vorgehensweise nur die unmittelbar an das spätere Leiterbahnmuster angrenzenden Bereiche der Ätzresist schicht mittels elektromagnetischer Strahlung entfernt. Die Konturbeschreibung mittels der elektromagnetischen Strahlung ist also als eine enge Umfahrung des Leiterbahnmusters an zu sehen, die im Hinblick auf die geringe Flächenausdehnung der abzutragenden Ätzresistschicht rasch vorgenommen werden kann. Da die beim anschließenden Ätzen entstehenden Ätzgräben das Leiterbahnmuster, d. h. die Leiterbahnen, die Durch kontaktierungen und ggf. auch Anschlußflächen von den da zwischenliegenden Inselbereichen mechanisch und elektrisch trennen, können diese Inselbereiche stehen bleiben, ohne die Funktion der Leiterplatte zu beeinträchtigen. Ggf. können die Inselbereiche auch an Masse oder ein einheitliches Potential gelegt werden und die Funktion von Abschirmungen übernehmen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß nach dem im Schritt c) vorge nommenen Wegätzen die Ätzresistschicht vollständig entfernt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Metallschicht durch stromlose und galvanische Abscheidung von Kupfer auf das Sub strat aufgebracht wird. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Leiterplatten mit Durchkontaktierungen hergestellt werden sollen und durch die stromlose und galva nische Abscheidung von Kupfer auch eine Metallisierung der entsprechenden Durchkontaktierungslöcher erzielt wird.

Bei Verwendung von metallischen Ätzresistschichten führt deren Strukturierung mittels elektromagnetischer Strahlung zu sehr guten Ergebnissen.

Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn für die Ätzresistschicht Zinn oder eine Zinn-Blei-Legierung ver wendet wird. Derartige Ätzresistschichten lassen sich einer seits beispielsweise mit einem Laser leicht strukturieren, während sie andererseits beim Ätzen einen sicheren Schutz der darunterliegenden Metallschicht gewährleisten.

Die metallische Ätzresistschicht wird vorzugsweise durch strom lose Metallabscheidung aufgebracht, da dies auf besonders wirt schaftliche Weise durchgeführt werden kann und dabei auch ein sicherer Schutz der Metallschicht innerhalb der Durchkontaktie rungen erzielt wird.

Für die Ätzresistschicht kann aber auch ein organisches Mate rial verwendet werden. Das Aufbringen derartiger organischer Ätzresistschichten kann dann auf besonders einfache Weise durch Elektrotauchlackierung oder durch elektrostatische Beschichtung vorgenommen werden.

Die elektromagnetische Strahlung wird vorzugsweise durch einen Laser erzeugt, da Laserstrahlen für ein Abtragen bzw. Verdamp fen der Ätzresistschicht in den erwünschten Bereichen besonders geeignet sind. Die Bewegung des Laserstrahls relativ zum Sub strat sollte dann vorzugsweise frei programmierbar sein, d. h., daß eine Konturbeschreibung des Leiterbahnmusters mit dem La serstrahl rasch durchgeführt und insbesondere auch leicht variiert werden kann.

Die im Schritt b) vorgenommene Entfernung der an das Leiter bahnmuster angrenzenden Bereiche der Ätzresistschicht kann be sonders rasch und einfach bereits durch eine ein- oder zwei malige Umfahrung des späteren Leiterbahnmusters mit einem Laser strahl bewirkt werden.

Im Hinblick auf eine weitere Steigerung der Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch besonders günstig, wenn ein dreidimensionales, spritzgegossenes Substrat mit ein gespritzten Durchkontaktierungslöchern verwendet wird. Derar tige Substrate können dann durch Spritzgießen in großer Anzahl wirtschaftlich gefertigt werden, während die dreidimensionale Ausgestaltung der Substrate bzw. Leiterplatten bei einer Strukturerzeugung mittels elektromagnetischer Strahlung kein Problem darstellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Fig. 1 bis 7 zeigen in stark vereinfachter schematischer Darstellung die verschiedenen Verfahrensstadien bei der Her stellung von Leiterplatten nach der Erfindung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Substrat 1 handelt es sich um einen Ausschnitt eines Basismaterials mit eingespritzten Durch kontaktierungslöchern 2. Als Materialien für die Substrate der artiger Leiterplatten sind insbesondere hochtemperaturbestän dige Thermoplaste geeignet, wobei im geschilderten Ausfüh rungsbeispiel glasfaserverstärktes Polyetherimid verwendet wurde.

Das in Fig. 1 dargestellte Substrat 1 wurde zunächst zur Er höhung der Haftfestigkeit der später aufzubringenden Leiter bahnen und Durchkontaktierungen gebeizt und anschließlich ge reinigt. Dabei wurden sowohl für das Beizen als auch für die Reinigung des Substrats 1 handelsübliche Bäder verwendet, wobei das Beizbad speziell auf den Werkstoff Polyetherimid abgestimmt war.

Nach dem Beizen und Reinigen des Substrats 1 erfolgte dessen Bekeimung, die in Fig. 2 als dünne Schicht 3 aufgezeigt ist. Es ist ersichtlich, daß die Bekeimung 3 auf die Oberfläche des Substrats 1 und auf die Wandungen der Durchkontaktierungslöcher 2 aufgebracht wurde. Das Aufbringen der Bekeimung 3 erfolgte durch Eintauchen des Substrates 1 in ein PdCl₂-SnCl₂-Bad. Für das Aufbringen der Bekeimung 3 haben sich aber auch handels übliche Bäder auf der Basis palladiumorganischer Verbindungen als geeignet erwiesen.

Nach dem Aufbringen der Bekeimung 3 wird diese aktiviert, wobei es sich hier um ein in der Additivtechnik übliches Reduzieren bzw. Beschleunigen handelt. Anschließend wurde gemäß Fig. 3 durch außenstromlose chemische Metallabscheidung eine äußerst dünne Schicht aufgebracht. Es ist ersichtlich, daß auch diese in einem handelsüblichen stromlosen Kupferbad aufgebrachte Grundschicht die Oberfläche des Substrats 1 und die Wandungen der Durchkontaktierungslöcher 2 überzieht.

Anschließend wird vollflächig stromlos verkupfert und gal vanisch mit Kupfer verstärkt wodurch insgesamt eine Metall schicht 4 entsteht, die beispielsweise eine Stärke von 30 Mikrometern aufweist.

Gemäß Fig. 4 wird dann auf die Metallschicht 4 durch stromlose Metallabscheidung eine Ätzresistschicht 5 aufgebracht, die im beschriebenen Ausführungsbeispiel aus Zinn besteht.

Gemäß Fig. 5 wird die Ätzresistschicht 5 dann mit Hilfe eines Nd-YAG-Lasers in einem Scanverfahren strukturiert, wobei die Strahlung durch Pfeile S lediglich angedeutet ist. Es ist zu erkennen, daß die Entfernung der Ätzresistschicht 5 auf die ummittelbar an das spätere Leiterbahnmuster angrenzenden Be reich 6 begrenzt ist. Im Falle einer einfachen Laserspur be trägt die Breite b der Bereiche 6 beispielsweise 80 Mikrometer, während bei einer doppelten Laserspur die Breite b beispiels weise 140 Mikrometer betragen kann.

Nach der geschilderten selektiven Entfernung der Ätzresist schicht 5 werden die hierbei freigelegten Bereiche der Metall schicht 4 durch Ätzen entfernt, wobei hierfür in der Subtrakiv technik übliche Ätzlösungen eingesetzt werden können. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß bei diesem Ätzschritt Ätzgräben 7 ent stehen, welche einerseits das Leiterbahnmuster aus der Metall schicht 4 herausbilden und von dem stehenbleibenden Inselbe reichen 8 der Metallschicht 4 elektrisch und mechanisch trennen. Durch Unterätzungen von jeweils 35 Mikrometern ergibt sich bei einer einfachen Laserspur eine Breite B der Ätzgräben 7 von 150 Mikrometern, während bei einer zweifachen Laserspur die Breite B 210 Mikrometer beträgt.

Die Ätzresistschicht 5 kann auf der Leiterplatte verbleiben und beispielsweise umgeschmolzen werden. Gemäß Fig. 7 kann die Ätz resistschicht 5 aber auch durch Strippen entfernt werden. Nach dem Aufbringen und Strukturieren eines Lötstoplacks können dann die Durchkontaktierungslöcher 2 und deren Lötaugen verzinnt werden.

Gemäß einer Variante des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird auf die Metallschicht 4 durch Elektrotauchlackierung oder durch elektrostatische Beschichtung eine organische Ätz resistschicht 5 aufgebracht. Im Falle des Aufbringens dieser organischen Ätzresistschicht 5 durch Elektrotauchlackierung kann beispielsweise eine von der Firma Shipley unter dem Han delsnamen "Eagle TM" vertriebenes Resistmaterial verwendet werden. Die Strukturierung dieser organischen Ätzresistschicht erfolgt dann hier wieder mit einem Nd-YAG-Laser in einem Scanverfahren, so wie es in Fig. 5 durch die Pfeile S ange deutet ist. Die Entfernung der organischen Ätzresistschicht 5 gemäß Fig. 7 erfolgt mit diesem Resistmaterial zugeordneten handelsüblichen Strippern.

Bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Lei terplatten handelt es sich um dreidimensionale Leiterplatten, die beispielsweise die Form einer offenen Schachtel aufweisen können. Die nach der Strukturierung des Leiterbahnmusters ver bliebenen Inselbereiche 8 der Metallschicht 4 können dann als sogenannte Potentialflächen an ein einheitliches Potential gelegt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten, mit folgenden Verfahrensschritten:

a) auf ein elektrisch isolierendes Substrat (1) werden nachein ander eine Metallschicht (4) und eine Ätzresistschicht (5) aufgebracht;
b) die Ätzresistschicht (5) wird in den unmittelbar an das spätere Leiterbahnmuster angrenzenden Bereichen (6) mit tels elektromagnetischer Strahlung (S) wieder entfernt;
c) die im Schritt b) freigelegten Bereiche der Metallschicht (4) werden bis zur Oberfläche des Substrats (1) derart weg geätzt, daß das Leiterbahnmuster und durch Ätzgräben (7) elektrisch davon isolierte Inselbereiche (8) der Metall schicht (4) auf dem Substrat (1) verbleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem im Schritt c) vorgenommenen Ätzen die Ätzresist schicht (5) vollständig entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (4) durch stromlose und galvanische Ab scheidung von Kupfer auf das Substrat (1) aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Ätzresistschicht (5) verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ätzresistschicht (5) Zinn oder eine Zinn-Blei- Legierung verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzresistschicht (5) durch stromlose Metallabscheidung aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ätzresistschicht (5) ein organisches Material ver wendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzresistschicht (5) durch Elektrotauchlackierung oder durch elektrostatische Beschichtung aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung (S) durch einen Laser er zeugt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Laserstrahls relativ zum Substrat (1) frei programmierbar ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die im Schritt b) vorgenommene Entfernung der an das Leiterbahnmuster angrenzenden Bereiche (6) der Ätzresist schicht (5) durch eine ein- oder zweimalige Umfahrung des späteren Leiterbahnmusters mit einem Laserstrahl bewirkt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein dreidimensionales, spritzgegossenes Substrat (1) mit eingespritzten Durchkontaktierungslöchern (2) verwendet wird.