DE10041506A1 - Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes auf einer Schaltplatte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes auf einer Schaltplatte, die einen ersten Abschnitt aufweist, auf dem ein gewünschtes Leiterbild erzeugt werden soll, und einen zweiten Abschnitt. Das Verfahren beinhaltet einen Arbeitsschritt des Auftragens einer Schicht, die eine Lösung mit leitenden Partikeln enthält, auf die Schaltplatte. Die Schicht wird erhitzt, um die leitenden Partikel auf der Schaltplatte zu fixieren. Im zweiten Abschnitt werden die leitenden Partikel entfernt. Der zweite Abschnitt ist abgeschirmt und, unter Abschirmung des zweiten Abschnittes, wird ein leitender Film auf dem ersten Abschnitt gebildet.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Schaltplatten, und insbesondere ein Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes auf einer Schaltplatte.

Allgemeiner Stand der Technik

Es ist bekannt, Leiterbilder auf Schaltplatten für elektronisches Equipment herzustellen unter Verwendung einer Keramikschaltplatte mit einer Metallbeschichtung, die in einem bestimmten Muster, welches eine leitende Bahn auf der Platte definiert, geformt ist.

Typischerweise kann die Schaltplatte aus Sinteraluminiumoxid, Sinteraluminiumnitrid, Sintersiliciumcarbid oder ähnlichen Materialien oder einer Glasplatte mit guten Adhäsionseigenschaften hergestellt werden.

In einem konventionellen stromfreien Plattierungsverfahren wird die Oberfläche der Keramikplatte durch einen chemischen oder physikalischen Prozess aufgerauht. Die Platte wird dann mit einer konzentrierten Lösung von SnCl₂ in Salzsäure behandelt, um die Oberfläche der Platte zu sensibilisieren. Die Platte wird in einer konzentrierten Salzsäure-Lösung von PdCl₂ behandelt, um auf der Oberfläche Metallkerne von Pd für die Plattierung zu erzeugen. Die Platte wird dann in ein Plattierungsbad, das Gold, Silber, Kupfer, Nickel oder ähnliche Metalle enthält, eingebracht um eine Metallbeschichtung darauf zu erzeugen. Dieser Beschichtungsprozess wird ohne die Verwendung eines elektrischen Stromes durchgeführt, d. h. in einem stromfreien Verfahren.

Während dieses Plattierungsverfahren hinsichtlich der Kosten wünschenswert ist, besitzt es einige Nachteile. Die Oberfläche der Platte ist aufgerauht, um die Adhäsionskraft zu verbessern und die Oberfläche zu vergrößern, so dass z. B. Palladiumpartikel als katalytische Kerne zur Beschichtung auf der Plattenoberfläche mit dem Filmüberzug gebunden werden. Jedoch kann die Adhäsion zwischen den Plattierungspartikeln und der Plattenoberfläche nicht so stark wie gewünscht sein. Ferner können die Hochfrequenzeigenschaften der Platte aufgrund der aufgerauhten Plattenoberfläche beeinträchtigt sein. Ferner kann dieser Beschichtungsprozess nicht bei einer Platte, deren Oberfläche nicht aufgerauht werden kann, benutzt werden. Unter diesen Platten sind hochreine Aluminiumoxid- und Aluminiumnitridplatten.

Eine alternative konventionelle Methode zur Herstellung von Schaltplatten involviert die Dampfbeschichtung eines Metalls. In dem Verfahren wird ein Metall z. B. durch Argonsputtern verdampft um das Metall auf der Keramikplatte niederzuschlagen, wobei die Platte in einem Vakuum angeordnet wird. Weil generell eine adäquate Adhäsionskraft zwischen der Platte und Gold, Silber, Kupfer, Nickel oder ähnlichen Metallen nicht verwirklicht werden kann, wird gewöhnlich eine Zwischenschicht mit besseren Adhäsionseigenschaften auf der Platte ausgebildet. Dann wird ein Metallfilm erzeugt, um die gewünschte leitende Bahn zu produzieren.

Der Dampfbeschichtungsprozess ist wünschenswert, da die leitende Bahn auf hochreinem Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder ähnlichen Materialien, auf welchen leitende Bahnen nicht effektiv durch die oben beschriebenen stromlosen Beschichtungsverfahren erzeugt werden können. Der Metallfilm kann auf der Platte ohne Aufrauhen der Oberfläche erzeugt werden, was zur Folge hat, dass die Hochfrequenzeigenschaften nicht beeinträchtigt werden. Jedoch ist die Dampfbeschichtungsmethode kostspieliger als das oben beschriebene stromlose Verfahren.

Zusammenfassung der Erfindung

In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes auf einer Schaltplatte mit einem ersten Abschnitt, auf dem das gewünschte Leiterbild erzeugt werden soll, und einen zweiten Abschnitt. Das Verfahren beinhaltet den Schritt des Auftragens einer Schicht, die eine Lösung mit leitenden Partikeln enthält, auf die Schaltplatte. Die Schicht wird erhitzt, um die leitenden Partikel auf der Schaltplatte zu fixieren. Die leitenden Partikel werden im zweiten Abschnitt entfernt. Der zweite Abschnitt wird abgeschirmt und es wird, bei Abschirmung des zweiten Abschnitts, ein leitender Film auf dem ersten Abschnitt erzeugt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltplatte aus einem Keramikmaterial.

Die Schaltplatte kann aus mindestens einem der Materialien a) Sinteraluminiumoxid, b) Sinteraluminiumnitrid, und c) Sinterbariumtitanat hergestellt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung eine feinpartikel-disperse Lösung aus feinen Partikeln, die aus mindestens einem der Materialien Kupfer und Kupferoxid besteht.

In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Partikel einen Durchmesser von 1-500 nm.

In einer Form involviert der Schritt des Erhitzens der Beschichtung das Brennen der Beschichtung in einer Inertgasatmosphäre, um Kupferfeinpartikel als katalytische Kerne für das Plattieren auf der Schaltplatte zu fixieren.

Der Schritt des Erhitzens kann ein Brennen bei einer Temperatur von 500-1100°C für 1-60 Minuten beinhalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Schritt des Entfernens der leitenden Partikel das Entfernen der katalytischen Kerne für das Plattieren durch Ätzen beinhalten.

In einer Form kann der Schritt des Abschirmens des zweiten Abschnitts das Auftragen eines Abschirmfilmes beinhalten.

Der Abdeckfilm kann entweder a) ein Trockenfilm oder b) eine Abdecktinte sein.

Der Schritt des Erzeugens eines leitenden Filmes kann das Erzeugen eines Kupferfilms durch stromlose Kupferplattierung umfassen.

Das Verfahren kann ferner das Entfernen des Abdeckfilmes nach Erzeugung des Kupferfilmes einschließen.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die feinpartikel-disperse Lösung aus Feinpartikeln, die in einem Lösungsmittel gelöst sind.

Die Feinpartikel können aus Kupfer sein, das in einer Menge von 0,01-80 Gew.-% vorhanden ist.

Das Lösungsmittel kann z. B. wenigstens eines von a) α-Terpineol, b) Methanol c) Ethanol, d) Wasser, e) Karbinol und f) Methakresol sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Feinpartikel im Lösungsmittel in einer Menge von 0,001-10 Gew.-% dispergiert.

Die Beschichtung kann auf die Oberfläche der Schaltplatte mit einer Dicke von 10-1000 nm aufgetragen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform involviert der Schritt des Trocknens der Beschichtung das Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 80 und 500°C.

Das Verfahren kann ferner die Schritte des Auftragens eines Negativfilmes, der einen transparenten Teil aufweist, entsprechend zum ersten Teil, und das Aushärten des widerstandsfähigen Films umfassen.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Schritte des Entfernens des Negativfilmes und des Abdeckfilmes im zweiten Abschnitt durch Entwickeln.

Das Verfahren kann ferner den Schritt des Entfernens des Abdeckfilms im ersten Abschnitt umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dies durch Anwendung eines Lösungsmittels erreicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Beschichtung aus Feinpartikeln, die in einem Polymer dispergiert sind. Alternativ können die Feinpartikel in einer Oligomer-Matrix dispergiert sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Beschichtung mindestens aus einem der Materialien von einem Polymer, einem Oligomer und einem Lösungsmittel, wobei die Beschichtung auf der Schaltplatte als Film aufgetragen ist, und die Feinpartikel beinhalten mindestens eines der Materialien Kupfer und Kupferoxid, aufgetragen auf den Film.

Der Film kann mit einem Lösungsmittel gemischt sein, um eine feine Verteilung der Partikel zu erreichen.

In einer andern Form betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes auf einer Schaltplatte, die einen ersten Abschnitt aufweist, auf dem ein gewünschtes Leiterbild erzeugt werden soll, und einen zweiten Abschnitt. Das Verfahren umfasst den Schritt des Auftragens einer Beschichtung, die aus einer ersten Lösung besteht, welche leitende Partikel mit einem Durchmesser von 1-500 nm enthält, auf eine nicht aufgerauhte Oberfläche der Schaltplatte. Die leitenden Partikel werden im zweiten Abschnitt entfernt.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die leitenden Partikel wenigstens eines der Materialien Kupfer und Kupferoxid.

Das Verfahren kann ferner die Schritte des Abschirmens des zweiten Abschnittes und, unter Abschirmung des zweiten Abschnittes, des Erzeugens eines leitenden Filmes auf dem ersten Abschnitt umfassen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Schaltplatte mit einem Leiterbild darauf, die erfindungsgemäß hergestellt wurde.

Fig. 2 ist ein Aufriss der Schaltplatte in Fig. 1 vom Ende her gesehen.

Fig. 3 ist eine Ansicht wie in Fig. 2 mit einer Beschichtung, welche leitende Partikel enthält, die erfindungsgemäß aufgetragen wurden.

Fig. 4 ist eine Ansicht wie in Fig. 3 mit der Schaltplatte mit der Beschichtung darauf in einem Heizofen, um die Beschichtung zum Trocknen zu erhitzen;

Fig. 5 ist eine Ansicht wie in Fig. 4 mit der Schaltplatte in einem Brennofen, um die leitenden Partikel aktiv auf der Schaltplatte zu binden;

Fig. 6 ist vergrößerter Teil-Querschnitt der Schaltplatte von Fig. 1, der Feinpartikel zeigt, welche als katalytische Kerne zur Plattierung auf der Schaltplatte fixiert sind durch das Erhitzen in Fig. 5.

Fig. 7 ist eine Ansicht wie in Fig. 2 mit der Schaltplatte, auf der ein widerstandsfähiger Film und ein Negativfilm aufgetragen sind, wobei der Negativfilm einen transparenten Teil entsprechend dem gewünschten Leiterbild aufweist, und mit einer Lampe, die den Abdeckfilm durch den Negativfilm bestrahlt.

Fig. 8 ist eine Draufsicht des Negativfilms von Fig. 7;

Fig. 9 ist eine Draufsicht der Schaltplatte in Fig. 7 nach Bestrahlung;

Fig. 10 ist eine vergrößerte Teil-Draufsicht der Schaltplatte von Fig. 2, die Feinpartikel dispergiert in einem Teil des Leiterbildes zeigt;

Fig. 11 ist ein Aufriss der Schaltplatte vom Ende her mit einem Negativfilm, welcher darauf aufgetragen ist und der einen transparenten Teil aufweist, entsprechend dem ersten Teil, und welcher von einer Lampe bestrahlt wird;

Fig. 12 ist eine Draufsicht des Negativfilmes, der in Fig. 11 benutzt wird;

Fig. 13 ist eine vergrößerte, Teil- Querschnittsansicht der gedruckten Schaltplatte, in welcher Kupferfeinpartikel im ersten Abschnitt fixiert sind und ein Abdeckfilm im zweiten Abschnitt aufgetragen ist;

Fig. 14 ist ein Aufriss der Schaltplatte wie in Fig. 13, die in eine Kupferbeschichtungs-Lösung getaucht ist um Kupfer im ersten Abschnitt abzuscheiden;

Fig. 15 ist eine vergrößerte, fragmentarische Querschnittsansicht der Schaltplatte von Fig. 14 nach Eintauchen; und

Fig. 16 ist eine Ansicht wie in Fig. 15 nachdem der Abdeckfilm entfernt ist, um eine fertige Schaltplatte mit einem Leiterbild darauf zu definieren, welches gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 ist eine gedruckte Schaltplatte unter 10 gezeigt mit einer Oberfläche, auf der ein Leiterbild 14 erzeugt ist. Die Form des Leiterbildes hat keine besondere Bedeutung, sondern die dargestellte Form ist lediglich als Zweck einer Illustration gezeigt. Das Leiterbild 14 überlagert einen entsprechenden ersten Abschnitt 16 der Oberfläche 12, wobei der Rest der Oberfläche 12, auf der das Leiterbild nicht vorgesehen ist, einen zweiten Abschnitt 18 definiert.

Beim Erzeugen der Schaltplatte 10 mit dem Leiterbild 14 darauf wird die Schaltplatte anfangs, wie in Fig. 3 gezeigt, bearbeitet durch Auftragen einer feinpartikel- dispersen Lösung auf die Oberfläche 12, um eine Beschichtung 20 zu erzeugen. Die Lösung enthält Feinpartikel von mindestens einem der Materialien Kupfer und Kupferoxid, wobei die Partikel einen Durchmesser von 1-500 nm haben. Die Beschichtung hat eine Dicke T von 10- 1000 nm.

Das Material für die Schaltplatte ist vorzugsweise ausgewählt unter Sinteraluminiumoxid, Sinteraluminiumnitrid, Sinterbariumtitanat und dergleichen. Es ist bekannt, eine Beschichtung durch verschiedene konventionelle Methoden, unter denen Schleuderbeschichtung, Eintauchen, Bürstenstreichverfahren, Sprühverfahren, etc. sind, aufzutragen. Das Schleuderbeschichtungsverfahren ist bevorzugt, weil es benutzt werden kann, um die gewünschte einheitliche Dicke für die Beschichtung 20 zu produzieren.

Die feinpartikel-disperse Lösung kann durch Dispergieren der Kupfer-/Kupferoxidpartikel in einem Lösungsmittel hergestellt werden. Die feinen Kupfer-/ Kupferoxidpartikel zeigen aufgrund ihres kleinen Durchmessers im allgemeinen eine höhere Reaktivität im Vergleich zu größeren Partikeln. Durch die Verwendung von Feinpartikeln können katalytische Kerne zum Abscheiden von Kupfer auf der Oberfläche 12 der Platte 10 ohne Aufrauhen und Sensibilisierung der Oberfläche 12 der Schaltplatte 10 erzeugt werden. Eine effektive Adhäsionskraft kann zwischen der Platte und den katalytischen Kernen erzeugt werden.

Die Kupfer-/Kupferoxidpartikel können produziert werden durch ein Verfahren, das als "Gasverdampfungsverfahren" bezeichnet wird, wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 3-34211 offenbart ist. Bei dieser Methode wird ein Metall verdampft in einer Kammer, in die ein Inertgas, wie Helium oder dergleichen eingeführt wird. An dem Punkt, an dem die Partikel isoliert werden, sofort nachdem sie durch kalte Kondensation durch Zusammentreffen mit dem Inertgas erzeugt werden, wird ein Dampf eines organischen Lösungsmittels, wie α-Terpineol, Toluol oder ähnlichem eingeleitet, um die Oberfläche der Partikel zu überziehen, damit die Feinpartikel aus Kupfer/­ Kupferoxid erhalten werden. Feinpartikel, die auf diese Weise produziert werden, sind kommerziell erhältlich. Eine Quelle ist die Firma Vacuum Metallurgy Co., Ltd.

Andere bekannte Produktionsverfahren für die Partikel umfassen ein Reduktionsverfahren, ein Atomisierungsverfahren, etc. Feinpartikel, die durch diese Verfahren hergestellt werden, sind kommerziell u. a. durch folgende Firmen erhältlich: Nihon Atomize Kako Co., Ltd., Fukuda Kinzokuhakuko Co., Ltd., Dowa Mining Co., Ltd., und Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.

Viele verschiedene Lösungsmittel können benutzt werden. Geeignete Lösungsmittel sind α-Terpineol, Methanol, Ethanol, Wasser, Karbinol, Metakresol und dergleichen. Diese Lösungsmittel sind gewünscht wegen ihrer Fähigkeit feine Partikel zu dispergieren, wegen ihrer langen Stabilität und wegen ihrer Benetzungsfähigkeit der Platte.

Obwohl die Menge an Kupfer/Kupferoxid dispergiert im Lösungsmittel, abhängig von der jeweiligen Anwendung, variieren kann, liegt die Menge bei den meisten Anwendungen im Bereich von 0,001-10 Gew.-%. Dies erklärt das gleichmäßige Überziehen der Feinpartikel und die Erzeugung eines gleichmäßigen Filmes nach Erhitzen/­ Brennen, wie weiter unten beschrieben wird.

Als nächstes, wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird ein anfängliches Erhitzen durchgeführt, um das Lösungsmittel zu entfernen. Die Schaltplatte 10 mit der Beschichtung 20 darauf wird in einem Ofen 24 bei einer Temperatur zwischen 80 und 500°C erhitzt. Die untere Grenze von 80 °C ist gewählt damit das Lösungsmittel verdampft werden kann. Die obere Grenze ist gewählt, so dass kein übermäßiges Sintern der Feinpartikel stattfindet.

Im Trocknungsschritt wird das Polymer vorzugsweise komplett entfernt oder teilweise abgebaut durch Verkokung bis zu einem Bereich, der ein komplettes Entfernen im nächsten Erhitzungs-/Brennungsschritt, was in einer Inertgasatmosphäre stattfindet, erlaubt.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird Erhitzen/Brennen in einer Atmosphäre, die ein Inertgas wie N₂ oder ein ähnliches Gas enthält, durchgeführt. Die Schaltplatte 10 mit der Beschichtung 20 darauf wird in einem Stickstoff- Flussofen 26 bei einer Temperatur von 500-1100°C für 1- 60 Minuten um die Kupferfeinpartikel reaktiv an die Schaltplatte 10 zu binden. Wie ferner in Fig. 6 gezeigt ist, werden haftende Produkte 30 von CuAl₂O₄ oder CuAlO₂ an der Grenzfläche zwischen den Kupferfeinpartikeln 28 und der Schaltplatte gebildet. Daraus resultiert eine starke Fixierung der Kupferfeinpartikel als katalytische Kerne für die Plattierung auf der Schaltplatte 10.

Weil die Menge an Sauerstoff von der Art der Kupferfeinpartikel abhängt, oder der Menge, die nötig ist um den verbleibenden Kohlenstoff im Trocknungsschritt abzubauen, ist die Sauerstoffmenge nicht auf eine bestimmte Menge begrenzt.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist der komplette Bereich der Oberfläche 12 mit der Beschichtung 20 darauf mit einem Abdeckfilm 32 beschichtet. Der Abdeckfilm 32 kann ein Trockenfilm oder eine Abdecktinte sein.

Um im Abdeckfilm 32 ein gewünschtes Leiterbild zu erzeugen, wie in Fig. 8 gezeigt, wird ein Negativfilm 34 mit einem transparenten Teil 36, welcher der Form des Leiterbildes 14 entspricht, auf dem Abdeckfilm 32 plaziert und mit einer Ultraviolett-Belichtungslampe 38 bestrahlt, um den Abdeckfilm durch Bestrahlung auszuhärten.

Wie in Fig. 9 zu sehen ist, wird der nichtbestrahlte Abdeckteil, der den zweiten Abschnitt 18 einnimmt, durch Entwickeln entfernt, nachdem der Negativfilm 34 entfernt ist. Kupfer im zweiten Abschnitt 18 wird dann mit einem Kupfer-Ätzmittel entfernt, wie z. B. wässrige Lösungen von Eisen(III)-chlorid oder Kupferchlorid. Dann wird der Abdeckfilm 32 auf der Schaltplatte im ersten Abschnitt 16 durch ein Lösungsmittel, wie z. B. Dichlormethan entfernt. Wie in Fig. 10 gezeigt, weist die resultierende Schaltplatte 10 Kupferfeinpartikel 28, dispergiert im ersten Abschnitt 16, auf.

Wie in Fig. 11 und 12 gezeigt, ist der gesamte Bereich der Oberfläche 12 mit einem Abdeckfilm 40 und einem Negativfilm 42, der einen nichttransparenten Teil 44 aufweist, welcher der Form des ersten Abschnitts entspricht, d. h. wo das Leiterbild definiert ist, beschichtet. Die Struktur wird dann mit einer UV-Lampe 46 bestrahlt, um den Abdeckfilm 40 auszuhärten. Der nicht ausgehärtete Teil wird durch Entwickeln entfernt, um die in Fig. 13 gezeigte Schaltplatte 10 zu erzeugen. Die Platte 10 hat Kupferfeinpartikel fixiert im ersten Abschnitt 16. Der zweite Abschnitt 18 ist beschichtet mit dem Abdeckfilm 40.

Wie in Fig. 14 gezeigt ist, wird die Platte dann in einen Behälter 48, der einen Vorrat an Kupferbeschichtungslösung hat, getaucht um einen Kupferfilm 52 im ersten Abschnitt zu erzeugen, wie in Fig. 15 gezeigt ist. Der Abdeckfilm 40 wird dann entfernt, wie oben beschrieben, um eine fertige gedruckte Schaltplatte zu produzieren, wie bei 54 in Fig. 16 gezeigt ist, einschließlich der Schaltplatte 10 mit dem Leiterbild 14 im ersten Abschnitt 16. Das Leiterbild 14 ist bei einem 1 : 1-Maßstab tatsächlich eine feine Linie.

Ein anderes Beispiel einer Feinpartikelbeschichtung wird durch Dispersion von Feinpartikeln von wenigstens einem der Materialien Kupfer und Kupferoxid mit einem Durchmesser von 1-500 nm in einer Polymermatrix erzeugt.

Das Polymer haftet an der Peripherie der Kupfer-/ Kupferoxidfeinpartikel um Agglomerieren zu verhindern, indem Kristallzüchtung während des Sinterns unterdrückt wird.

Das Polymer wird bei einer Temperatur oberhalb seiner Schmelztemperatur geschmolzen. Das geschmolzene Polymer wird umgehend in flüssigen Stickstoff geschüttet, um schlagartig abgekühlt zu werden, um eine Polymerschicht zu erhalten, die sich thermodynamisch nicht im Gleichgewicht befindet. Kupfer wird auf der Oberfläche der Polymerschicht durch Benutzung einer Vakuumabscheidungsapparatur abgeschieden. Alternativ wird eine Kupferfolie oder ein Kupferblatt auf der Polymerschicht fixiert.

Das Komposit-Produkt bestehend aus der Polymerschicht und dem Kupfer, welches auf der Oberfläche davon fixiert ist, wird auf eine Temperatur von der Glasumwandlungstemperatur des Polymers bis zum Schmelzpunkt des Polymers erhitzt um das Polymer vom Ungleichgewichtszustand in einen stabilen Zustand zu überführen. Daraus ergibt sich, dass Kupferfeinpartikel von 100 nm oder weniger, die eine Partikelgrößenverteilung mit dem Höchstwert im Bereich von 1-10 nm haben, erzeugt werden und in das Polymer diffundieren. Dieser Zustand bleibt bestehen bis die Polymerschicht völlig stabilisiert ist und die Kupferfeinpartikel letztlich in der Polymerschicht gehalten werden. Die Kupferpartikel sind im Polymer dispergiert mit einem Anteil von im Bereich von 0,01-80 Gew.-% ohne Agglomerisierung.

Die Beschichtung kann auch durch das folgende Verfahren durchgeführt werden. Ein Pastenmaterial wird durch Auflösen eines Polymers oder Oligomers in einem organischen Lösungsmittel hergestellt, wobei die resultierende Zusammensetzung auf die Oberfläche 12 der Schaltplatte 10 aufgetragen wird, um einen dünnen Film darauf zu erzeugen. Das Polymer oder Oligomer hat wenigstens einen Typ von funktionellen Gruppen ausgewählt aus Cyanogruppen (-CN), Aminogruppen (-NH₃) und Thiogruppen (-SH), endständig oder in Seitenketten des Moleküls, und ein Gerüst bestehend aus Polyethylenoxid, Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol, Nylon 11 oder ähnlichem. Der Schmelz- oder Erweichungspunkt liegt bei 40-100°C. Das durchschnittliche Molekulargewicht des Polymers oder des Oligomers liegt vorzugsweise bei 500- 3000. Jedoch ist das durchschnittliche Molekulargewicht nicht auf einen bestimmten Bereich begrenzt.

Kupfer wird dann auf dem Film/Beschichtung abgeschieden unter Vakuum. Das Kupfer wird kompakt als Kupfer- oder Kupferoxidfeinpartikel abgeschieden. In diesem Zustand beginnen die Feinpartikel in die Beschichtung/Film zu diffundieren und werden ferner erhitzt, um eine Kupferfeinpartikel-Dispersion zu erhalten.

Die resultierende Kupferfeinpartikel-Dispersion wird gemischt mit und gelöst in einem organischen Lösungsmittel wie Ethanol, m-Kresol, Dimethylformamid, Ameisensäure oder ähnlichem, um die Feinpartikel gleichmäßig zu verteilen.

Die Erfindung erlaubt es, feine leitende Linien mit hoher Auflösung auf der Schaltplatte ohne vorbereitendes Aufrauhen zu erzeugen.

Beispiele von Verfahren zur Herstellung einer Schaltplatte mit einem Leiterbild darauf entsprechend der vorliegenden Erfindung und gemäß dem Stand der Technik werden nun beschrieben und hinsichtlich ihrer charakteristischen Merkmale miteinander verglichen.

Erfindungsgemäßes Beispiel Nr. 1

Eine feinpartikel-disperse Lösung wurde durch Dispergieren von Kupferfeinpartikel mit einem Partikeldurchmesser von 5 nm in Ethanol in einer Konzentration von 0,5 Gew.-% hergestellt. Eine Keramikschaltplatte aus 96% Aluminiumoxid wurde benutzt. Die feinpartikel-disperse Lösung wurde auf die Oberfläche der Keramikplatte durch spin-coating aufgetragen. Die Rotationsgeschwindigkeit war 1000 U/min.

Die Keramikplatte wurde dann in einem Ofen bei 150 °C für 20 Minuten getrocknet und dann erhitzt/gebrannt in einem Stickstofffluss-Ofen bei einer oberen Temperatur von 900°C für 10 Minuten.

Abdecktinte, welche das photoempfindliche Harz PO-2 hergestellt von Tokyo Ohaka Kogyo Co., Ltd. darstellte, wurde auf die gesamte Oberfläche der Platte aufgetragen. Ein Negativfilm, der einen transparenten Teil mit einer Form, welche dem gewünschten Leiterbild entspricht, aufweist, wurde auf den Abdeckfilm aufgetragen und mit einer UV-Lampe bestrahlt, um den Abdeckfilm auszuhärten. Der nicht ausgehärtete Teil des Abdeckmittels wurde durch Entwickeln entfernt. Die Kupferfeinpartikel auf dem zweiten Abschnitt wurden durch Beizen mit einer wässrigen Lösung von Eisen(III)-chlorid entfernt. Der Abdeckfilm auf dem ersten Abschnitt wurde mit Dichlormethan entfernt.

Die selbe Abdecktinte wie oben beschrieben wurde auf die gesamte Oberfläche der resultierenden Platte aufgetragen. Ein Negativfilm mit einem nicht transparenten Teil auf dem ersten Abschnitt wurde auf den Abdeckfilm aufgebracht. Bestrahlung mit einer UV-Lampe wurde durchgeführt, um das Abdeckmittel auszuhärten. Der nicht ausgehärtete Teil auf dem ersten Abschnitt wurde durch Entwickeln entfernt.

Eine Kupferbeschichtungslösung für die stromlose Plattierung, hergestellt von Okuno Chemical Industries Co., Ltd. und identifiziert als das Produkt Nicoron U, wurde in ein Bad bei einer Temperatur von 65°C gegeben. Die Platte wurde in diese Lösung getaucht, um einen Kupferfilm abzuscheiden mit einer Dicke von 5 µm auf dem ersten Abschnitt.

Eine feine Linie von Kupferfilm wurde bei Linie/­ Abstand = 25 µm/25 µm auf der Schaltplatte erzeugt. Als ein Resultat eines Bandablösungstestes, bei dem ein im Handel erhältliches Klebeband auf das Leiterbild auf der Schaltplatte geklebt wurde und davon abgezogen wurde, um den Beschichtungszustand zu beobachten, wurde kein Ablösen des Kupferfilmes beobachtet. Gute Adhäsion zwischen dem Kupferfilm und der Schaltplatte wurde bestätigt.

Erfindungsgemäßes Beispiel Nr. 2

Ein dünner Film von Diamin-endständigem Polyethylenoxid mit einer Dicke von 800 nm wurde hergestellt. Kupfer wurde vakuum-abgeschieden auf dem dünnen Film um eine Kupferfeinpartikel-Dispersion zu erzeugen, die Kupferfeinpartikel mit 10 Gew.-% enthält. Die Kupferfeinpartikel-Dispersion wurde in Ethanol aufgelöst mit der Konzentration der Kupferfeinpartikel von 0,5 Gew.-%. Die Lösung wurde dann auf die selbe Keramikplatte wie beim erfindungsgemäßen Beispiel Nr. 1 durch Schleuderbeschichtungsmethode aufgetragen mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 2000 U/min. Die selben Prozeduren wie für das erfindungsgemäße Beispiel Nr. 1 wurden wiederholt, um eine feine Linie eines Kupferfilmes auf der Keramikschaltplatte zu erzeugen.

Bei der Durchführung des gleichen Bandablösungstestes wie beim erfindungsgemäßen Beispiel Nr. 1 wurde gute Adhäsion zwischen dem Kupferfilm und der Platte bestätigt.

Vergleichsbeispiel Nr. 1

Vergleichsbeispiel Nr. 1 wendet konventionelle Elektrolysebeschichtung an. Im einzelnen wird eine Keramikplatte aus 96% Aluminium in eine alkalische Lösung getaucht für 30 Sekunden um die Oberfläche davon aufzurauhen. Die Keramikplatte wurde dann in eine konzentrierte Lösung von SnCl₂ in Salzsäure getaucht, um die Oberfläche der Platte zu sensibilisieren, und dann wurde sie in eine konzentrierte Lösung von PdCl₂ in Salzsäure getaucht, um katalytische Kerne zu erzeugen.

Eine stromlose Beschichtungslösung, hergestellt von Okuno Chemical Industries Co., Ltd. unter deren Produktnamen Nicoron U, wurde in ein Bad bei 65°C gegeben. Die Platte wurde in das Bad getaucht, um einen Kupferfilm mit einer Dicke von 5 µm auf dem Leitungsteil zu erzeugen, um eine fertige Platte zu produzieren.

In diesem Beispiel resultierte gute Adhäsion zwischen dem Kupferfilm und der Platte. Jedoch konnten die beschichtenden katalytischen Kerne nicht durch Ätzen entfernt werden, weil Kupferfeinpartikel nicht als beschichtende katalytische Kerne benutzt wurden. So war es nicht möglich, einen Kupferfilm nur im Leiterbildbereich zu erzeugen.

Die vorgehende Offenbarung von spezifischen Darstellungen hat den Zweck, die weitreichenden Gedanken, die durch die Erfindung umfasst werden, aufzuzeigen.

Claims (29)

1. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes auf einer Schaltplatte mit einem ersten Abschnitt, auf dem ein gewünschtes Leiterbild erzeugt werden soll, und einen zweiten Abschnitt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Auftragen einer Schicht, die eine Lösung umfasst, welche leitende Partikel enthält, auf die Schaltplatte;
Trocknen der Beschichtung;
Erhitzen der Beschichtung, um die leitenden Partikel auf der Schaltplatte zu fixieren;
Entfernen der leitenden Partikel im zweiten Abschnitt;
Abschirmen des zweiten Abschnittes; und
unter Abschirmung des zweiten Abschnittes das Erzeugen eines leitenden Filmes auf dem ersten Abschnitt.

2. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes auf einer Schaltplatte gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltplatte ein Keramikmaterial umfasst.

3. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 2, wobei die Beschichtung eine feindisperse Lösung mit feinen Partikeln, die wenigstens einen der Bestandteile Kupfer und Kupferoxid beinhalten, umfasst.

4. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 3, wobei die Feinpartikel einen Durchmesser von 1-500 nm haben.

5. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 4, wobei der Schritt des Erhitzens der Beschichtung das Brennen der Beschichtung in einer Inertgasatmosphäre umfasst, um die Kupferfeinpartikel als katalytische Kerne für die Plattierung auf der Schaltplatte zu fixieren.

6. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 5, wobei der Schritt des Entfernens der leitenden Partikel das Entfernen der katalytischen Kerne für die Plattierung durch Ätzen umfasst.

7. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 6, wobei der Schritt des Abschirmens des zweiten Abschnittes das Auftragen eines widerstandsfähigen Filmes umfasst.

8. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 7, wobei der Schritt des Erzeugens eines leitenden Filmes das Erzeugen eines Kupferfilmes durch stromloses Kupferplattieren umfasst.

9. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 8, worin in einem weiteren Schritt der widerstandsfähige Film nach dem Erzeugen des Kupferfilmes entfernt wird.

10. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 3, wobei die feinpartikel-disperse Lösung Feinpartikel umfaßt, die in einem Lösungsmittel dispergiert sind.

11. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 3, wobei die Feinpartikel in einem Polymer dispergiert sind.

12. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 3, wobei die Feinpartikel in einer Oligomer-Matrix dispergiert sind.

13. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtung auf eine Oberfläche der Schaltplatte mit einer Dicke von 10 bis 1,000 nm aufgetragen wird.

14. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltplatte wenigstens eines der Materialien a) Sinteraluminiumoxid, b) Sinteraluminiumnitrid und c) Sinterbariumtitanat umfasst.

15. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 10, wobei das Lösungsmittel mindestens eines der Substanzen a) α-Terpineol b) Methanol, c) Ethanol, d) Wasser, e) Karbinol, und f) Metakresol umfasst.

16. Verfahren zu Erzeugung eines Leiterbildes entsprechend Anspruch 10, wobei die Feinpartikel im Lösungsmittel in einer Menge von 0,001-10 Gew.-% dispergiert sind.

17. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Trocknens der Schicht das Erhitzen der Schicht auf eine Temperatur von 80 und 500°C umfasst.

18. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 5, wobei der Schritt des Erhitzens der Beschichtung das Brennen der Beschichtung bei einer Temperatur von 500-1100°C für 1-60 Minuten umfasst.

19. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 7, wobei der widerstandsfähige Film mindestens eine der Substanzen von a) Trockenfilm und b) Abdecktinte umfasst.

20. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 7, wobei in weiteren Schritten ein Negativfilm aufgebracht wird, der einen transparenten Teil hat, der dem ersten Abschnitt entspricht, und der widerstandsfähige Film aushärtet wird.

21. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 20, wobei in weiteren Schritten der Negativfilm entfernt wird und der widerstandsfähige Film im zweiten Abschnitt durch Entwickeln entfernt wird.

22. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 21, wobei in einem weiteren Schritt der widerstandsfähige Film im ersten Abschnitt entfernt wird.

23. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 20, wobei der widerstandsfähige Film auf dem ersten Abschnitt mit einem Lösungsmittel entfernt wird.

24. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 10, wobei die Feinpartikel Kupfer umfassen, welches im Lösungsmittel in einer Menge von 0,01-80 Gew.-% enthalten ist.

25. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtung mindestens eines der Materialien Polymer und Oligomer in einem Lösungsmittel umfasst und auf die Schaltplatte als Film aufgetragen wird, und die Feinpartikel wenigstens eines der Materialien Kupfer und Kupferoxid aufgetragen auf den Film umfassen.

26. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 25, wobei in einem weiteren Schritt der Film mit Feinpartikeln mit einem Lösungsmittel vermischt wird um die Feinpartikel zu dispergieren.

27. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes auf einer Schaltplatte, die einen ersten Abschnitt hat, auf dem ein gewünschtes Leiterbild erzeugt werden soll und einen zweiten Abschnitt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Auftragen einer Beschichtung, die eine Lösung umfasst, die leitende Partikel mit einem Durchmesser von 1-500 nm umfasst, auf die nicht aufgerauhte Oberfläche der Schaltplatte; Erhitzen der Beschichtung, um die leitenden Partikel auf der Schaltplatte zu fixieren und Entfernen der leitenden Partikel im zweiten Abschnitt.

28. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 27, wobei die leitenden Partikel mindestens eines der Materialien Kupfer und Kupferoxid enthalten.

29. Verfahren zur Erzeugung eines Leiterbildes gemäß Anspruch 28, wobei in weiteren Schritten der zweite Abschnitt abgeschirmt wird und unter Abschirmung des zweiten Abschnittes ein leitender Filmes auf dem ersten Abschnitt erzeugt wird.