DE10109786A1 - Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von LeiterplattenInfo
- Publication number
- DE10109786A1 DE10109786A1 DE2001109786 DE10109786A DE10109786A1 DE 10109786 A1 DE10109786 A1 DE 10109786A1 DE 2001109786 DE2001109786 DE 2001109786 DE 10109786 A DE10109786 A DE 10109786A DE 10109786 A1 DE10109786 A1 DE 10109786A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- base material
- printed circuit
- starting layer
- conductor track
- ions
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
- H05K3/24—Reinforcing the conductive pattern
- H05K3/245—Reinforcing conductive patterns made by printing techniques or by other techniques for applying conductive pastes, inks or powders; Reinforcing other conductive patterns by such techniques
- H05K3/246—Reinforcing conductive paste, ink or powder patterns by other methods, e.g. by plating
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
- H05K3/381—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by special treatment of the substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
- H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
- H05K1/095—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks for polymer thick films, i.e. having a permanent organic polymeric binder
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
- H05K2203/09—Treatments involving charged particles
- H05K2203/092—Particle beam, e.g. using an electron beam or an ion beam
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
- H05K3/24—Reinforcing the conductive pattern
- H05K3/241—Reinforcing the conductive pattern characterised by the electroplating method; means therefor, e.g. baths or apparatus
- H05K3/242—Reinforcing the conductive pattern characterised by the electroplating method; means therefor, e.g. baths or apparatus characterised by using temporary conductors on the printed circuit for electrically connecting areas which are to be electroplated
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
Abstract
Additivverfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit hoher Biegewechselfestigkeit, bei dem durch Bestrahlen des Basismaterials mit Schwerionen und definiertes Aufätzen der Ionenspuren die Formierung der Oberfläche des Basismaterials durchgeführt wird, danach wird eine Startschicht, die ein Abbild der Leiterbahnen vorgibt, auf das Basismaterial aufgetragen und anschließend wird dieses Abbild der Leiterbahnen mittels Abscheideverfahren verstärkt.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Additivverfahren zur Herstellung
von Leiterplatten, die sich durch eine hohe Biegewechselfestigkeit
auszeichnen, nach der Gattung des Hauptanspruchs und des
Nebenanspruchs 9 bzw. von einer Leiterplatte hergestellt nach diesen
Verfahren, nach der Gattung des Nebenanspruchs 23.
Im Zuge der zunehmenden Miniaturisierung in der Elektronik
gewinnen die Additivverfahren, bei denen die metallischen
Leiterbahnstrukturen auf das Basismaterial aufgebaut werden, im
Vergleich zu den Subtraktivverfahren, bei denen die Strukturen aus
der metallischen Deckschicht eines vollständig metallisierten
Basismaterials herausgeätzt werden, an Bedeutung. Verschiedene
Verfahren wurden entwickelt, um der Oberfläche der Basismaterialien
eine solche Struktur zu verleihen, damit die Leiterbahnen mit der
notwendigen Haftfestigkeit aufgebaut werden können.
Es ist ein Verfahren zur Erhöhung der Haftfestigkeit einer
Kupferbeschichtung auf Basismaterialien (Folien) für flexible
Leiterplatten bekannt (EP 0 215 175 A1), bei dem die zu
beschichtenden Oberflächen der Folien (Polyester, Polyimid, u. a.)
einer Strukturierung durch Honen (Ziehschleifen) unterzogen werden,
wobei als Ziehmittel die wässrige Dispersion eines Schleifpulvers
(bestehend z. B. aus Korund, Siliziumcarbid, Schmirgel, feinen
Glaskügelchen u. a.) unter Zusatz eines Benetzungsmittels verwendet
wird. Durch die damit verbundene Aufrauhung und
Oberflächenvergrößerung der glatten Polymeroberflächen wird eine
stark verbesserte Haftfestigkeit der aufgebrachten Kupferbeschichtung
erreicht, die auch nach einem Biegewechseltest (1000 Zyklen,
Biegeradius 5 mm) erhalten bleibt. Die größte Steigerung wird erzielt,
wenn die durch das Honen erzeugten mikroskopischen Grübchen eine
Tiefe von 1 bis 5 µm und einen Durchmesser von 0,5 bis 2 µm
(gemessen bei der halben Tiefe) besitzen. Dieses Verfahren hat den
Nachteil, dass ungeachtet der vorgenommenen Aufrauhung die
Kupferschicht nicht direkt auf das Basismaterial aufgebracht werden
kann, sondern eine aus einem geeigneten Kleber bestehende
Zwischenschicht erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin,
dass trotz aufwendiger Druckwasserspülung in einigen Grübchen
Körner des Schleifmittels zurückbleiben, wodurch die Qualität der
aufgebrachten leitfähigen Schicht beeinträchtigt wird.
Ein anderes Verfahren zur Erzeugung einer optimal strukturierten
Oberfläche des Basismaterials besteht darin, seine Oberfläche
zunächst vollständig mit einer dünnen Kupferfolie zu kaschieren. Die
mikrorauhe Struktur der Kupferfolie wird dabei in die Oberfläche des
Basismaterials eingeprägt. Danach wird die Kupferkaschierung
vollständig abgeätzt. Das so formierte Basismaterial ist, da es diese
mikrorauhe optimal an eine Kupferbeschichtung angepasste
Oberflächenstruktur beibehält, sehr gut für den Leiterbahnaufbau im
Additivverfahren geeignet. Dieses Verfahren wird in der Literatur als
Volladditivverfahren bezeichnet (G. Herrmann, Handbuch der
Leiterplattentechnik, Eugen G. Leuze Verlag, 1993). Dieses Verfahren
hat den Nachteil, dass die primäre Kupferkaschierung des
Basismaterials vollständig abgeätzt werden muss. Das Ätzmittel mit
dem darin gelösten Kupfer muss aufwendig wieder aufbereitet
(Kupferrückgewinnung) oder entsorgt werden.
Neben der Haftfestigkeit werden in der Literatur eine Reihe weiterer
Eigenschaften von Basismaterialien für flexible Leiterplatten genannt,
die zum Teil gegenläufige Tendenzen zeigen. Dazu zählen die
Oberflächenrauhigkeit, die relative Dielektrizitätskonstante, der
thermische Ausdehnungskoeffizient, die Glasübergangstemperatur
und das Wasseraufnahmevermögen. Unter Berücksichtigung dieser
Eigenschaften und auch der Kosten muss ein den Anforderungen
genügender Kompromiss gefunden werden.
Bei Feinstleiterplatten, insbesondere bei Basismaterialien für Hoch-
und Höchstfrequenzanwendungen, werden besonders hohe
Anforderungen an die Oberflächenrauhigkeit gestellt. Diese muss sich
in einem sehr engen Bereich bewegen, um einerseits feine
Leiterbahnstrukturen mit Breiten unter 80 µm und rechteckigem
Querschnitt herstellen zu können und andererseits auch die
erforderliche Haftfestigkeit der Strukturen auf der Trägerfolie zu
gewährleisten.
Bei einem anderen bekannten flexiblen Basismaterial für Leiterplatten
mit hoher Strukturdichte (WO 00/07219) beträgt die
Oberflächenrauhigkeit des Dielektrikums nicht mehr als 6 µm,
vorzugsweise nicht mehr als 3 µm. Dieses Substrat soll den
zunehmenden Anforderungen der Miniaturisierung (Leiterbahnbreiten
und Zwischenräumen von 10 bis 50 µm) gerecht werden und zudem
vorteilhafte mechanische und elektronische Eigenschaften aufweisen.
Insbesondere werden durch den Skin-Effekt bedingte Verluste, die bei
hohen Frequenzen zum Tragen kommen, minimiert. Dieses
Basismaterial und das zu seiner Herstellung angegebene Verfahren
weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, da die Verbesserung der
elektronischen Eigenschaften durch eine wesentliche Verringerung der
Oberflächenrauhigkeit erreicht wird. Dies bedeutet, dass eine flexible
Leiterplatte auf der Grundlage eines solchen Basismaterials nur eine
sehr geringe Biegewechselfestigkeit aufweist. Bei mechanischer
Beanspruchung kann eine Ablösung der Leiterbahnstrukturen und ein
Verlust der Funktionsfähigkeit der Schaltung eintreten. Zudem ist der
Herstellungsprozess dieses Basismaterials sehr aufwendig und
kostenintensiv.
Bei wieder einem anderen bekannten Verfahren (US 5 554 305) wird
das Aufbringen von Leiterbahnstrukturen auf ein flexibles
Basismaterial aus hochporösem Teflon ermöglicht. Hochporöses Teflon
(70% Luftanteil) wird hergestellt durch Strecken von handelsüblichem
Teflon, wodurch 1,4.109 Poren pro cm2 erzeugt werden, die
gleichmäßig im Volumen verteilt sind. Dieses Basismaterial ist wegen
seiner geringen relativen Dielektrizitätskonstante (1,2 bis 1,3) für
Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitsschaltkreise mit geringer
Leistung von großem Interesse. Die Poren des Basismaterials werden
zunächst vollständig mit einem geeigneten Additivmaterial gefüllt,
wonach das Leiterbahnbild mit üblichen Verfahren aufgebracht wird.
Die Prozessbedingungen werden so gewählt, dass während des
Leiterbahnaufbaus nur ein unwesentlicher Anteil des Additivmaterials
(niedrig schmelzendes Wachs, Dikarboxylsäuren oder andere
organische Feststoffe) aus dem gefüllten Basismaterial entweicht. Die
Poren bleiben also gefüllt, so dass ein unerwünschtes Eindringen von
leitfähigem Material in das Basismaterial oder ein Kollabieren der
porösen Struktur verhindert wird. Nach Abschluss des
Leiterbahnaufbaus werden Bedingungen eingestellt, bei denen sich
das Additivmaterial vollständig aus dem porösen Basismaterial
verflüchtigt, so dass dessen relative Dielektrizitätskonstante wieder
den ursprünglichen, niedrigen Wert annimmt. Die Verflüchtigung
(Sublimation, Diffusion oder Verdampfung) wird durch Tempern
erreicht und kann durch Evakuieren unterstützt werden. Neben Teflon
ist das Verfahren auch für poröse Keramiken, Polyethylen, Polystyrol
und andere Polymere einsetzbar. Das Verfahren hat den Nachteil, dass
der Verflüchtigungsprozess des Additivmaterials sehr zeitaufwendig
ist, insbesondere für das direkt unter den Leiterbahnen befindliche
Material. Bei unvollständiger Verflüchtigung erhält man
Inhomogenitäten mit erhöhter relativer Dielektrizitätskonstante im
Basismaterial, was zur Verschlechterung der elektronischen
Eigenschaften (Impedanzverhalten, höhere dielektrische Verluste)
führt. Durch die Temperung kann zudem das Leiterbahnbild
beschädigt werden.
Bekannt sind auch Verfahren zur Herstellung flexibler Leiterplatten,
bei denen durch eine laserunterstützte Strukturierung der Trägerfolien
eine haftfeste Metallisierung ihrer Oberflächen ermöglicht wird. Es ist
hierzu eine für Polymerfolien, vorzugsweise Polyimid, Polyester und
Polykarbonat, geeignete Strukturierung mit Pulslasern (Krypton-
Fluorid-Excimerlaser, Nd : YAG-Festkörperlaser) bekannt (Zeitschrift
Galvanotechnik 88 (1997) Nr. 2, Seite 612ff DE 199 51 721), durch
die eine hochauflösende strukturierte Metallisierung der Oberflächen
mit hoher Haftfestigkeit ohne chemische oder physikalische
Vorbehandlung ermöglicht wird. Bei diesem Verfahren wird eine
Basisschicht (Primer) durch Aufdampfen bzw. Sputtern vollflächig mit
einer Schichtdicke von 5 bis 500 nm, vorzugsweise 10 bis 100 nm, auf
die Polymeroberfläche aufgetragen. Die Basisschicht kann einlagig
ausgebildet sein und aus einem bei der stromlosen Metallisierung
katalytisch wirksamen Metall (Gold, Kupfer, Palladium, Platin, Silber,
Aluminium) bestehen. Die Basisschicht kann zur Verbesserung der
Haftfestigkeit aber auch zweilagig ausgebildet sein, wobei auf die
Polymeroberfläche zunächst ein Metallhaftfilm, vorzugsweise aus
Chrom bestehend, aufgedampft wird, auf den dann der katalytisch
wirksame Metallfilm aufgebracht wird. Zur Erzeugung des
Leiterbahnbildes werden dann die Isolationskanäle (die Gebiete
zwischen den erwünschten metallischen Leiterbahnen) mit Pulsen
eines kurzwelligen Lasers bestrahlt. Dazu wird eine Maske mit dem
Leiterbahnbild in den Strahlengang des Lasers gebracht. Bei der
Bestrahlung bildet sich an der Grenzfläche zwischen dem Polymer und
der metallischen Basisschicht ein Plasma, das die Basisschicht
rückstandslos und sauber begrenzt auf den bestrahlten Bereich
absprengt. In der Basisschicht lassen sich so feinste Strukturen mit
einer minimalen Breite bis zu 5 µm erzeugen. Das so erzeugte
Leiterbahnbild wird durch stromlose Metallisierung verstärkt, wobei
dünne Schichten mit sehr gleichmäßiger Schichtdicke erzielt werden
(0,5 bis 30 µm, bevorzugt 1 bis 10 µm). Damit ist das Verfahren zur
Herstellung von Feinstleiterplatten geeignet. Ein Nachteil dieser
lasergestützten Strukturierung besteht darin, dass nur sehr dünne
Basisschichten (Dicke ≦ 500 nm) bearbeitet werden können. Zudem ist
die Verwendung von Chrom als Haftvermittlerschicht aus Gründen des
Arbeitsschutzes bedenklich.
Es ist außerdem eine Haftvermittlerschicht für laserstrukturierte
Leiterplatten bekannt (WO 00/27 175) und ein Verfahren zu ihrer
Herstellung, wobei diese Schicht als Gradientenschicht ausgebildet
wird. Unmittelbar an der Polymeroberfläche besitzt sie oxidischen
Charakter. Mit wachsender Schichtdicke wird der Sauerstoffgehalt
kontinuierlich bis auf Null abgesenkt, so dass die Schicht metallischen
Charakter annimmt. Diese Schicht mit einer Dicke von 10 bis 50 nm
wird durch Kathodenzerstäubung oder Aufdampfen erzeugt, indem
dem Arbeitsgas Sauerstoff beigemischt wird, dessen Konzentration mit
zunehmender Abscheidungsdauer verringert wird. Als Metalle kommen
in der Schicht Kupfer, Chrom, Nickel, Titan oder eine Mischung dieser
Elemente, oder eine Mischung von Kupfer mit Zinn oder Zink zum
Einsatz. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass ein hoher
Aufwand erforderlich ist, um die Zusammensetzung der
Haftvermittlerschicht genau und reproduzierbar zu steuern. Zudem
beträgt die bei der nachfolgenden stromlosen Verstärkung der
Leiterbahnen erreichbare Abscheidungsgeschwindigkeit nicht mehr als
5 bis 8 µm/h, bei herkömmlichen Bädern sogar nur 2 µm/h und
erfordert damit Metallisierungszeiten von mehreren Stunden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. die
Leiterplatte mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Nebenanspruches 9 sowie 23 weisen demgegenüber die Vorteile auf,
dass die Leiterplatten in einem kontinuierlichen Prozess mit hohem
Durchsatz, einer geringen Zahl von Prozessschritten und geringem
Verbrauch an leitfähigem Material hergestellt werden können und sich
durch eine hohe Haftfestigkeit der Leiterbahnen auf dem Basismaterial
auszeichnen, woraus sich der zusätzliche Vorteil ergibt, auf einen
Haftvermittler zwischen dem Basismaterial und den Leiterbahnen zu
verzichten.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgt bei der Bestrahlung des Basismaterials eine
Auswahl der Sorte der Schwerionen und eine definierte Einstellung der
Eintrittsenergie der Schwerionen in das Basismaterial, der totalen
Bestrahlungsdichte und des Einfallswinkels der Schwerionen relativ
zur Oberfläche.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
erfolgt die Bestrahlung mit 40Ar+-Ionen oder/und 84Kr+-Ionen.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
wird die Form der Ausnehmungen durch die Zusammensetzung des
Ätzmittels, d. h. durch die Art und Konzentration seiner Komponenten,
den pH-Wert und/oder die Temperatur erreicht.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
wird bei den Basismaterialien, die für die Beschichtung mit
Leitsilberpaste vorgesehen sind, die Reichweite der Ionen auf 3 bis
6 µm eingestellt, so dass latente Ionenspuren erhalten werden, die auf
einer Länge von 2 bis 5 µm ätzbar sind.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden beim Aufätzen der Ionenspuren die Bestrahlungsbedingungen
und die Ätzbedingungen so aufeinander abgestimmt, dass das
Basismaterial ein für das nachfolgende Auftragen einer Leitsilberpaste
optimiertes Oberflächen-Tiefen-Relief erhält, welches konische
Mikroausnehmungen mit einem (an der Oberfläche gemessenen)
Durchmesser und einer Tiefe von jeweils 1,5 bis 3,5 µm aufweist, die
einen Oberflächenanteil von 5 bis 40%, vorzugsweise 10 bis 20%,
bedecken.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei
Basismaterialien, die für die Beschichtung mit einer metallisierbaren
Druckpaste vorgesehen sind die Reichweite der Ionen auf 7 bis 10 µm
eingestellt. Die daraus resultierenden Ionenspuren sind bis zu einer
Länge von 6 bis 9 µm ätzbar.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden beim Aufätzen der Ionenspuren die Bestrahlungsbedingungen
und die Ätzbedingungen so aufeinander abgestimmt, dass das
Basismaterial ein für das nachfolgende Auftragen einer
metallisierbaren Druckpaste optimiertes Oberflächen-Tiefen-Relief mit
kegelstumpfartigen Mikroausnehmungen erhält, welche eine Tiefe von
3 bis 6 µm und einen (an der Oberfläche gemessenen) Durchmesser
von 3 bis 6 µm aufweisen, welcher sich in der Tiefe auf 2 bis 4 µm
verjüngt, wobei diese Mikroausnehmungen einen Oberflächenanteil
von 5 bis 40%, vorzugsweise 10 bis 40% bedecken.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die
sich aber als Nebenanspruch auch auf Additivverfahren ohne
Ionenbestrahlung mit nachfolgendem Aufätzen bezieht, nämlich auch
auf unformierte Oberflächen wird durch ein Druckverfahren eine
dünne Startschicht, die das Leiterbahnabbild vorgibt, auf das
Basismaterial aufgebracht. Bei unformierten Oberflächen des
Basismaterials ist die Haftfestigkeit zwischen Startschicht und
Basismaterial entsprechend anders.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist das Druckverfahren ein Siebdruckverfahren.
Nach einer alternativen diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist das Druckverfahren ein Tampondruckverfahren.
Nach einer speziellen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird
als Startschicht eine leitfähige Paste, insbesondere Leitsilberpaste, auf
das Basismaterial aufgedruckt und konditioniert, wobei eine teilweise
Separation der in der Paste enthaltenen Phasen eintritt und die
Epoxidharzkomponente überwiegend zum Verguss des Reliefs genutzt
wird, wobei die metallischen Partikel an der Oberfläche abgeschieden
werden.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
erfolgt die Abscheidung zum Aufbau der Leiterbahnstruktur auf der
Startschicht galvanisch.
Nach einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird
als Startschicht eine metallisierbare Druckpaste auf das Basismaterial
aufgedruckt und konditioniert.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
erfolgt die Abscheidung zum Aufbau einer Leiterbahnstruktur auf der
Startschicht zunächst stromlos (chemisch-reduktiv) und nachfolgend
galvanisch.
Nach einer diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die
Galvanisierung in mindestens zwei voneinander getrennten
Galvanisierbädern, die nacheinander durchlaufen werden, damit eine
gleichmäßige Abscheidung langer Leiterbahnen erreicht wird.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
weisen die nacheinander durchlaufenen Galvanisierbäder eine
zunehmende Leitfähigkeit auf, damit die Abscheidegeschwindigkeit von
Bad zu Bad ansteigt.
Nach einer speziellen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden Kupfer oder Nickel abgeschieden.
Nach einer speziellen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden in die zum Aufdrucken der Startschicht verwendeten
Druckmasken Hilfsbrücken integriert, welche Verbindungen zwischen
den einzelnen, vorzugsweise parallel verlaufenden Windungen langer
Leiterbahnen und zwischen voneinander getrennten Leiterbahnen des
Leiterzugabbildes schaffen.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden die Hilfsbrücken nach Abschluss der Galvanisierung entfernt.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden die Hilfsbrücken auf mechanischem Wege mittels einer
Trennscheibe oder auf optischem Wege durch Laserbearbeitung
entfernt.
Nach einer speziellen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann
die Galvanisierung sowohl mittels Gleichstrom als auch nach dem
Pulse-Plating-Verfahren erfolgen, bei dem abwechselnd Pulse positiver
und negativer Polarität mit unterschiedlicher Amplitude und Dauer
eingesetzt werden.
Nach einer die Leiterplatte nach Nebenanspruch 23 betreffenden
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Basismaterial
aus Polymeren oder Kunststoffen.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
besteht das Basismaterial aus Polyimid, Polyester oder Polykarbonat.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
das Basismaterial flexibel.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
weist das Basismaterial eine Dicke von 25 µm bis 150 µm auf.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
dient als Startschicht eine leitfähige Paste, insbesondere
Leitsilberpaste, welche auf dem Basismaterial angeordnet ist.
Nach einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
dient als Startschicht eine metallisierbare Druckpaste, welche auf dem
Basismaterial angeordnet ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen entnehmbar.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen die
Kombination von Merkmalen folgender Prozessschritte a bis d auf:
- 1. Formierung der Oberfläche der Basismaterialien durch Bestrahlung mit Schwerionen unter definierten Bedingungen und nachfolgende Aufätzung der latenten Ionenspuren zu Mikroausnehmungen, mit konischer oder kegelstumpfartiger Form;
- 2. Aufbringung der gewünschten Leiterbahnstrukturen durch Bedrucken der Folie, durch eine Leitsilberpaste oder eine metallisierbare Druckpaste in einem Druckverfahren, welches mit einem Siebdruck, Tampondruck o. dgl. arbeitet, wobei die Konsistenz der Pasten dem jeweils zu bedruckenden Basismaterial und dessen Oberflächenstruktur optimal angepasst wird;
- 3. Im Fall der Verwendung einer metallisierbaren Druckpaste bedruckten Trägerfolie erfolgt eine Verstärkung der aufgedruckten Strukturen im Additivverfahren, zunächst durch stromlose Metallisierung bis zu einer Dicke von 2 bis 4 µm und danach durch galvanische Abscheidung für eine zusätzliche Verstärkung der Struktur bis zur erforderlichen Dicke von 10 bis 40 µm. Im Falle der mit einer Leitsilberpaste bedruckten Trägerfolie erfolgt die Verstärkung der Strukturen im Additivverfahren bis zur erforderlichen Dicke von 10 bis 40 µm ebenfalls durch galvanische Abscheidung. Bestehen die Leiterbahnstrukturen aus einzelnen, elektrisch nicht miteinander verbundenen, oder sehr langen Strukturen, so werden im Druckbild Hilfsbrücken zur Herstellung einer leitenden Verbindung zwischen diesen Strukturen angelegt, die eine gleichmäßige galvanische Abscheidung ermöglichen;
- 4. Beseitigen der Hilfsbrücken auf mechanischem oder laseroptischem Wege und Konfektionieren der so hergestellten Schaltungen.
Für flexible Substrate kann der gesamte Prozess kontinuierlich geführt
werden, indem das zu bearbeitende Basismaterial über geeignete
Rollensysteme nacheinander die Bestrahlungskammer, das Ätzbad, die
Siebdrucklinie, die Bäder zur stromlosen und galvanischen
Verstärkung sowie die Vorrichtung zur Beseitigung der Hilfsbrücken
durchläuft. Abschließend werden die fertigen Leiterplatten in einer
dafür vorgesehenen Anordnung konfektioniert.
Die erfindungsgemäße Formierung der Oberfläche des Basismaterials
wird erreicht, indem sie mit hochenergetischen Schwerionen bestrahlt
wird, wobei latente Ionenspuren in dem Basismaterial erzeugt werden,
welche durch eine nachfolgende Ätzung zu Mikroausnehmungen in
definierter Form und Größe erweitert werden. Art und Eintrittsenergie
der Schwerionen werden so gewählt, dass die Reichweite der Ionen
und damit die Länge der entstehenden latenten Ionenspuren auf die
Form und Größe der zu erzeugenden Mikroausnehmungen abgestimmt
werden. Bei Basismaterialien, die für die Beschichtung mit
Leitsilberpaste vorgesehen sind, wird die Reichweite der Ionen auf
3 bis 6 µm eingestellt. Die daraus resultierenden latenten Ionenspuren
sind auf einer Länge von 2 bis 5 µm ätzbar. Bei Basismaterialien, die
für die Beschichtung mit einer metallisierbaren Druckpaste
vorgesehen sind, wird die Reichweite der Ionen auf 7 bis 10 µm
eingestellt. Die daraus resultierenden, latenten Ionenspuren sind auf
einer Länge von 6 bis 9 µm ätzbar.
Durch die Abstimmung der Bestrahlungs- und Ätzbedingungen wird
die Selektivität, definiert als das Verhältnis von Spurätzrate
(Ätzgeschwindigkeit in Richtung der latenten Ionenspuren) zu
Materialätzrate (Ätzgeschwindigkeit des unbestrahlten Materials), so
eingestellt, dass die latenten Ionenspuren während des Ätzprozesses
zu konischen Mikroausnehmungen (bei kurzer Ätzzeit) oder zu
kegelstumpfartigen Mikroausnehmungen (bei längerer Ätzzeit)
erweitert werden. Die für die Selektivität ausschlaggebenden
Bestrahlungsbedingungen enthalten die Ionenart (gegeben durch
Kernladungs- und Massenzahl sowie die Ionisationsstufe) und die
Eintrittsenergie der Ionen in das Basismaterial. Die Orientierung der
Mikroausnehmungen wird durch die Bestrahlungsgeometrie bestimmt,
welche die Richtung des Ionenstrahls relativ zur
Basismaterialoberfläche festlegt. Je nach gewählter Geometrie treten
die Ionen unter einem vorgegebenen Eintrittswinkel, oder in mehreren
Scharen unter verschiedenen Eintrittswinkeln, oder in einer
kontinuierlichen, durch zwei Grenzwinkel definierten Verteilung in die
Oberfläche ein und erzeugen entsprechend orientierte latente
Ionenspuren.
Für eine erfindungsgemäße Beschichtung mit einer leitfähigen Paste,
beispielsweise Leitsilberpaste, sind konische Mikroausnehmungen mit
einer Tiefe und einem an der Oberfläche gemessenen Durchmesser von
jeweils 1,5 bis 3,5 µm vorgesehen. Für eine erfindungsgemäße
Beschichtung mit handelsüblichen metallisierbaren Druckpasten sind
kegelstumpfartige Mikroausnehmungen mit einer Tiefe von 3 bis 6 µm
und einem ebenfalls an der Oberfläche gemessenen Durchmesser von
3 bis 6 µm, der sich in der Tiefe auf 2 bis 4 µm verjüngt, vorgesehen.
Die totale Bestrahlungsdichte wird hierbei auf den bei der Ätzung der
Substrate zu erzielenden Durchmesser der Mikroausnehmungen
abgestimmt und so gewählt, dass die entstehenden
Mikroausnehmungen einen Oberflächenanteil von 5 bis 40%,
vorzugsweise 10 bis 20% bedecken. In beiden Verfahren werden
erfindungsgemäß die Eintrittsenergie der Ionen in das Material und die
Ätzbedingungen so aufeinander abgestimmt, dass die gewünschten
Mikroausnehmungen erzielt werden.
Das additive Aufbringen der gewünschten Leiterbahnstrukturen auf
die in der oben beschriebenen Weise formierte Oberfläche des
Basismaterials, in Art einer optimierten Oberflächen-Tiefen-Reliefs,
kann durch zwei Methoden erfolgen, bei denen entweder eine
Leitsilberpaste oder eine metallisierbare Druckpaste zum Einsatz
gelangen.
Eine erste Methode weist das Aufbringen einer Leitsilberpaste auf das
formierte Basismaterial auf mittels eines Siebdruckverfahrens, wobei
die Siebdruckmaske ein Abbild der zu erzeugenden Leiterbahnstruktur
trägt. Die typische Breite der Strukturen, die in kommerziellen
Anwendungen zum Einsatz kommen, liegt gegenwärtig zwischen
100 µm und 1 mm bei einem Zwischenraum von mindestens 100 µm, der
durch die Verbreiterung der Leiterbahnen aufgrund ihres isotropen
Wachstums bei der nachfolgenden galvanischen Verstärkung bedingt
ist.
Handelsübliche Leitsilberpasten sind disperse Systeme mit einem
zähflüssigen Epoxidharz als Dispergens, in dem blättchenförmige
Silberpartikel verteilt sind, die einen Feststoffanteil von typischerweise
45 bis 75% ausmachen. Die aus dieser Zusammensetzung
resultierende Konsistenz der Paste ermöglicht ein optimales
Bedrucken glatter Oberflächen. Zum Bedrucken der hier
verwendeten formierten Oberflächen ist eine erhöhte Fließfähigkeit der
Paste wünschenswert. Diese wird erreicht, indem durch Zugabe einer
definierten Menge von Epoxidharz der Feststoffanteil der Paste auf
ca. 40% abgesenkt wird. Mittels Siebdruck wird die Paste in einer
Schichtdicke von weniger als 10 µm, vorzugsweise weniger als 5 µm,
auf die formierte Oberfläche aufgedruckt und so das vorgegebene Bild
der Leiterbahnen erzeugt. Durch die erhöhte Fließfähigkeit kommt es
zu einer teilweisen Separation der beiden Phasen der Paste, wobei das
Epoxidharz in die Ausnehmungen hineinfließt und deren Oberfläche
vollständig benetzt. Die blättchenförmigen Silberpartikel mit einer
typischen Dicke von nur 3 µm, aber einem Durchmesser von bis zu
30 µm können aufgrund ihrer Größe und sperrigen Form nicht in die
Ausnehmungen eindringen und lagern sich als blätterteigartige
Deckschicht auf der Oberfläche ab, wobei die Ausnehmungen
abgedeckt werden. Durch die Separation der Phasen infolge des
viskosen Fließens erhöht sich der Partikelanteil in der Deckschicht so,
dass dort ein Mischungsverhältnis wie bei einer Leitsilberpaste mit
hohem Feststoffanteil entsteht.
Bei einer elektronenmikroskopischen Aufnahme eines Schnitts durch
ein auf diese Weise beschichtetes Basismaterial kann die formierte
Oberflächenschicht des Basismaterials erkannt werden mit 2 bis
2,5 µm tiefen, zahnwurzelförmigen Ausnehmungen, die vollständig mit
Epoxidharz gefüllt sind. Durch das Harz wird eine sehr gute Haftung
der auf der Oberfläche in blätterteigartiger Struktur abgelagerten
Silberpartikel vermittelt.
Die so erhaltene Silberlackschicht geringer Dicke (4 bis 8 µm) weist
nach ihrer Trocknung bei Temperaturen unterhalb von 120°C in Folge
der Koagulation der Partikel eine elektrische Leitfähigkeit auf, die zwar
um ein bis drei Größenordnungen geringer als die von kompaktem
Silber ist, jedoch ausreicht, um die Schicht als Startschicht für das
nachfolgende Aufgalvanisieren von kompaktem Kupfer zu nutzen.
Durch die Verankerung des Epoxidharzes in den Ausnehmungen wird
eine hohe Haft- und Biegefestigkeit der aufgebrachten leitfähigen
Startschicht gewährleistet. Die Verankerung kann durch
unterschiedliche Neigungen der Ausnehmungen relativ zur
Oberflächennormale der Folie unterstützt werden. Da nur das
Epoxidharz dem durch die Bestrahlung und Ätzung erzeugten durch
Mikroausnehmungen geprägten Oberflächen-Tiefen-Profil folgen kann,
während sich die Silberpartikel wegen ihrer Größe und
blättchenförmigen Struktur parallel zur Oberfläche ablagern, wird eine
sehr kleine Oberflächenrauhigkeit der Startschicht erreicht, die
geringer als die Oberflächenrauhigkeit des formierten Basismaterials
ist, was sich für die nachfolgende galvanische Verstärkung als
vorteilhaft erweist.
Eine zweite Methode beinhaltet das Aufbringen einer handelsüblichen
metallisierbaren Druckpaste auf die durch Bestrahlung und Ätzung
optimal formierte Basismaterialoberfläche, wobei ebenfalls geeignete
Druckverfahren (Siebdruck, Tampondruck) eingesetzt werden und die
Druckmaske ein Abbild der zu erzeugenden Leiterbahnen trägt.
Dazu geeignete Druckpasten enthalten als wesentliche Komponente
einen Aktivator, der fein verteilte metallische Keime katalytischer
Wirkung (Palladium oder andere Metalle) enthält und eine direkte
additive Metallisierung des Druckbildes flexibler Schaltungen durch
stromlose Abscheidung gestattet. Als weitere Komponenten sind
Bindemittel, Füllstoffe, Lösungsmittel und sonstige Zusätze enthalten.
Die handelsüblichen Pasten sind für den Einsatz auf glatten bzw. in
herkömmlicher Weise angeätzten Oberflächen optimiert. Alle in der
Paste enthaltenen Partikel weisen Abmessungen unterhalb 1 µm auf.
Dadurch kann die minimale Strukturbreite den im Falle der
Silberleitlackschicht erreichbaren Wert von ca. 100 µm bei einem
Zwischenraum von mindestens 100 µm wesentlich unterschreiten und
auf unter 50 µm reduziert werden.
Zur Metallisierung der hier verwendeten, formierten Polymerfolie,
charakterisiert durch ein optimiertes Oberflächen-Tiefen-Relief mit
Ausnehmungen der oben angegebenen Form und Größe wird eine
Druckpaste durch Mischung mit einem dafür vorgesehenen Verdünner
so eingestellt, dass beim Druckvorgang eine Abfüllung der
Ausnehmungen unter vollständiger Benetzung ihrer Wände erzielt
wird. Der nachfolgende Trocknungsprozess ist mit einer
Konditionierung der Paste verbunden, in deren Ergebnis auf den
Wänden der Ausnehmungen eine ausgehärtete, etwa 1 µm dicke
Startschicht verbleibt. Unter definierten Trocknungsbedingungen wird
die Startschicht so konditioniert, dass sie einerseits eine hohe
Haftfestigkeit auf dem Basismaterial, erheblich verstärkt durch ihre
mechanische Verankerung in den Ausnehmungen, erreicht und
andererseits auch eine Oberflächenstrukturierung erhält, die eine
haftfeste stromlose Metallisierung, vorzugsweise eine Verkupferung
oder Vernickelung, gestattet.
Bei einer elektronenmikroskopischen Aufnahme des oberflächennahen
Bereichs der Bruchkante eines mit der Paste bedruckten und
getrockneten Polyesterbasismaterials, ist erkennbar, dass die Paste die
Poren vollständig ausfüllt und an der Oberfläche eine solche
mikrorauhe Struktur zeigt, die bei der nachfolgenden stromlosen
Metallisierung die erforderliche Haftfestigkeit gewährleistet.
Die stromlose Verkupferung erfolgt mit einem kommerziellen
Metallisierungsbad unter den vorgeschriebenen Bedingungen,
vorzugsweise unter Verwendung von Formaldehyd als
Reduktionsmittel. Dieser Zwischenschritt der stromlosen Abscheidung
ist unumgänglich, da die isolierenden Eigenschaften der Druckpaste
eine direkte galvanische Abscheidung ausschließen. Sie erfolgt in
einem chemisch-reduktiven Bad unter stark basischen Bedingungen
und wird durch die in der Druckpaste enthaltenen metallischen Keime
katalysiert. Die Keime bestehen vorzugsweise aus Palladium, Platin,
Gold oder Silber, aber auch Kupfer oder Kohlenstoff sind geeignet. Das
Bad enthält Kupfersalze (Kupfersulfat, Kupferchlorid), die in der
Lösung dissoziieren und zweiwertige Kupferionen liefern,
Komplexbildner, die das Kupfer in der zweiwertigen Form erhalten,
Reduktionsmittel, Lauge zur Einstellung des erforderlichen pH-Werts
(12 bis 13), Stabilisatoren und duktilitätsfördernde Mittel. Zwischen
den auf dem Basismaterial aufgedruckten Strukturen, die homogen
mit den katalytisch wirkenden Metallkeimen gefüllt sind, und dem
Elektrolyten bildet sich ein Kontaktpotential von etwa -0,1 V aus, so
dass Cu2+-Ionen aus dem Elektrolyten sich dort abscheiden und unter
Einwirkung von Formaldehyd zu metallischem Kupfer reduziert
werden. Die stromlose Vernickelung erfolgt in einem analogen Prozess,
wobei als Nickellieferant vorzugsweise Nickelsulfat und als
Reduktionsmittel Hypophosphit oder Dimethylaminboran zum Einsatz
kommen.
Bei der stromlosen Metallisierung ist eine sorgfältige
Prozessüberwachung erforderlich, um störende Nebenreaktionen, die
mit der Entwicklung von Wasserstoff und Methanol verbunden sind,
so weit wie möglich zu unterdrücken.
Der beschriebene additive Prozess bewirkt eine selektive Verstärkung
der aufgedruckten Leiterbahnen, ohne dass es zu einer
unerwünschten Metallabscheidung in den katalysatorfreien Bereichen
zwischen den Bahnen kommt. Es wird eine Abscheiderate von 2 bis
2,5 µm/h erreicht. Wegen dieser, im Vergleich zur galvanischen
Abscheidung (35 µm/h) geringen, Abscheiderate bei der stromlosen
Metallisierung wird nur eine Schicht der Dicke 2 bis 4 µm stromlos
abgeschieden, die dann galvanisch verstärkt wird.
Die Verstärkung der aufgedruckten Leiterbahnstrukturen ist
notwendig, da im Falle der Leitsilberpaste der Widerstand der
Startschicht, insbesondere für Anwendungen im Radiofrequenzbereich
(z. B. für Smart Cards mit langen Strukturen) noch wesentlich zu groß
ist. Auch der Widerstand der dünnen Metallschicht, die stromlos auf
der nicht leitenden getrockneten Druckpaste abgeschieden wurde, ist
für diese Anwendungen noch zu groß.
Die Verstärkung erfolgt durch galvanische Abscheidung von Kupfer
oder anderen Metallen aus einem Elektrolyten, indem die
Leiterbahnstrukturen durch Anlegen einer negativen Spannung als
Katode geschaltet werden. Ihr Vorteil besteht in der wesentlich
höheren Abscheidegeschwindigkeit gegenüber der stromlosen
Metallisierung.
Die mittels einer Leitsilberpaste erzeugten Leiterbahnstrukturen
weisen zu Beginn der Galvanisierung einen sehr hohen Widerstand
auf. Dadurch entsteht insbesondere bei langen Leiterbahnen (z. B. bei
spiralförmigen Antennen auf Smart Cards, die eine Länge von
mehreren Meter besitzen können) und hohen Stromdichten, die für die
Wirtschaftlichkeit des Prozesses erforderlich sind, eine unerwünschte
Potentialdifferenz zwischen dem Kontaktpunkt, an den das negative
Potential angelegt wird und weit entfernten Punkten der Struktur (z. B.
am entgegengesetzten Ende einer Spiralstruktur). Daraus ergibt sich
das Problem, dass aus der entlang der Struktur monoton abfallenden
Spannung eine mit wachsendem Abstand zum Kontaktpunkt monoton
fallende Geschwindigkeit der galvanische Abscheidung und folglich
Leiterbahnen mit abnehmender Dicke resultieren.
Um diesen Effekt zu vermeiden, wird bei bekannten Verfahren der
Zwischenschritt der stromlosen Abscheidung eingeschoben, wie er
oben für den Fall der nicht leitenden metallisierbaren Druckpaste
beschrieben wurde. Durch die stromlose Abscheidung wird eine
entlang der gesamten Leiterbahn gleichmäßig dicke, sehr homogene,
metallische Schicht mit etwa 2 µm bis 4 µm Dicke abgeschieden.
Dadurch wird der Widerstand der Leiterbahnen soweit abgesenkt, dass
die unerwünschte Potentialdifferenz ΔU wesentlich kleiner als die
anliegende Gesamtspannung U wird (ΔU/U < 0,01), was zu einer
gleichmäßigen galvanischen Verstärkung der Leiterbahnen auf ihrer
gesamten Länge führt. Dieses Vorgehen hat den Nachteil, dass der
Zwischenschritt der stromlosen Abscheidung sehr zeitaufwendig ist
und die Prozessdauer wesentlich verlängert.
Dieser Nachteil wird dadurch vermieden, dass erfindungsgemäß die
für die Entstehung der unerwünschten Potentialdifferenz ΔU wirksame
Länge Δl verringert wird, indem die benachbarten Leiterbahnen einer
spiralförmigen Leiterbahnstruktur durch Hilfsbrücken
kurzgeschlossen werden, die bereits im Leiterzugbild auf den
Druckmasken integriert sind. Dadurch verringert sich Δl von mehreren
Metern auf maximal 10 cm, so dass auf der gesamten
Leiterbahnstruktur eine weitgehend ortsunabhängige Abscheiderate
und damit ein nahezu gleichmäßiges Wachstum der metallischen
Leiterbahnen bei wirtschaftlichen Stromdichten erzielt wird. Dieses
Verfahren ist nicht nur für bedruckte Substrate mit vorher formierter
(aufgerauhter) Oberfläche, sondern auch für bedruckte Substrate mit
unformierter (glatter) Oberfläche einsetzbar. Allerdings ist bei
Verwendung derartiger Substrate mit unformierter Oberfläche eine
Qualitätsminderung aufgrund einer verringerten Haftfestigkeit zu
erwarten.
Das Einbringen dieser Hilfsbrücken reicht jedoch nicht in jedem Fall
aus, um das erforderliche gleichmäßige Wachstum der Leiterzüge auf
einer dünnen metallischen Startschicht (Dicke kleiner 1 µm) zu
gewährleisten. Insbesondere zu Beginn dieses Prozesses kommt es
wegen der schnellen relativen Dickenänderung der aufwachsenden
kompakten Kupferschicht hoher Leitfähigkeit in kurzer Zeit zu einer
raschen Absenkung des Widerstands um ein bis zwei
Größenordnungen, was zu einer ungleichmäßigen
Abscheidegeschwindigkeit führt. Um ein gleichmäßiges Wachstum
entlang langer Leiterbahnen zu erreichen, sind die Leitfähigkeit des
Elektrolyten und Stromdichte soweit zu verringern, dass eine
homogene Abscheidung möglich wird. Diese Bedingung ist erfüllt,
wenn die Leitfähigkeit des Elektrolyten wesentlich niedriger als die
zum gegebenen Zeitpunkt vorliegende Leitfähigkeit der Leiterbahnen
ist. Da die Leitfähigkeit im gesamten Elektrolyten konstant ist, wird
auf diesem Wege ein gleichmäßiges Schichtwachstum entlang der
gesamten Länge der Leiterbahnen erzielt. Um eine gleichmäßig
wachsende Schicht zu galvanisieren, sind zu Beginn der Abscheidung
kleine Ströme erforderlich, die eine entsprechend lange Prozesszeit
bedingen. Mit zunehmender Schichtdicke wird der Strom
kontinuierlich hochgefahren, so dass der Prozess in einer möglichst
kurzen Zeit abgeschlossen wird, ohne dabei die maximale Stromdichte
(typischerweise 2,5 A/dm2) zu überschreiten.
Bei der elektrolytischen Abscheidung von Metallen auf einer
Startschicht bei einer Endlosfolie ist daher mit einem kleinen Strom zu
beginnen. Eine Erhöhung des Stroms in Bereichen, in denen schon
eine Schicht aufgewachsen ist, ist in einem einzigen Bad nur bedingt
möglich, z. B. indem eine geeignete Elektrodenanordnung gefunden
wird.
Einen Ausweg bietet das Durchlaufen zweier oder mehrerer Bäder. Im
ersten Bad wird ausgehend von der Startschicht eine Schichtdicke von
etwa 2 µm mit einem kleinen Strom galvanisiert. Im nächsten bzw. den
nächsten Bädern wird die Schicht dann mit höheren Strömen auf die
gewünschte Dicke (z. B. 35 µm) verstärkt.
Durch eine Optimierung der Prozessparameter (Zahl der Bäder, Länge
der Folie im Bad, Strom in den einzelnen Bädern, aufgewachsene
Schichtdicke nach Durchlauf durch ein Bad, Anordnung der
Elektroden in den Bädern, Transportgeschwindigkeit der Folie) lässt
sich das Aufwachsen der Schicht in der geforderten Qualität
wirtschaftlich gestalten.
Für den beim Galvanisieren fließenden Strom ist anzumerken, dass
neben seiner Dichte (integraler Wert) weitere Eigenschaften einen
Einfluss haben: ist der Strom ein glatter Gleichstrom, pulsierender
Gleichstrom, ein mit einer Wechselspannung überlagerter
Gleichstrom, treten kurze Impulse umgekehrter Polarität auf usw. In
modernen Anlagen wird oftmals das Pulse-Plating-Verfahren
angewendet, bei dem Pulse positiver und negativer Polarität und
unterschiedlicher Amplitude eingesetzt werden. Die galvanische
Verstärkung der mittels einer metallisierbaren Druckpaste erzeugten
Leiterbahnstrukturen erfolgt analog. Dabei kann gegebenenfalls auf
das erste Galvanisierbad verzichtet werden, wenn durch die
vorangehende stromlose Metallisierung bereits von einer bereits 2 µm
dicken Leiterbahn ausgegangen wird.
Das Beseitigen der zum Zwecke der gleichmäßigen Galvanisierung in
die Leiterzüge eingebrachten Hilfsbrücken erfolgt auf mechanischem
Wege z. B. mittels einer Trennscheibe oder auf optischem Wege durch
Laserbearbeitung, wodurch die volle Funktionstüchtigkeit der
Schaltung gewährleistet wird. Nach diesem Prozessabschnitt kann die
Konfektionierung der Schaltungen erfolgen.
Die mit der angegebenen erfinderischen Lösung im Additivverfahren
strukturierten flexiblen Leiterplatten zeichnen sich durch eine sehr
gute Haftfestigkeit der aufgebrachten Leiterbahnen aus, resultierend
in erster Linie aus der mechanischen Verankerung der Startschichten
im Basismaterial. Sie sind als Basismaterialien für Anwendungen im
Hochfrequenzbereich z. B. zur Herstellung von Smart Cards und
Labels zur Identifikation sich bewegender Objekte im Nahbereich
(sogenannter RFID-tags) geeignet.
Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen
dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger
Form miteinander erfindungswesentlich sein.
Claims (29)
1. Additivverfahren zur Herstellung von ein Basismaterial
(Trägerfolie) und eine Leiterbahnstruktur aufweisenden
Leiterplatten, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- - Bestrahlung der Oberfläche des Basismaterials der Leiterplatten mit Schwerionen, zur Erzeugung von (latenten) Ionenspuren,
- - definiertes Aufätzen der (latenten) Ionenspuren, zur Erzeugung eines Oberflächen-Tiefen-Reliefs, welches die mechanische Verankerung einer darauf aufzubringenden Startschicht ermöglicht,
- - Auftragen einer Startschicht zum Verguss des Reliefs in definierten Abschnitten des Basismaterials (Trägerfolie), um ein Abbild der zu erzeugenden Leiterbahnstruktur vorzugeben und
- - Erzeugung der fertigen Leiterbahnstruktur infolge Aufbau auf das durch die Startschicht vorgegebene Leiterbahnabbild mittels Abscheideverfahren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei
der Bestrahlung des Basismaterials eine Auswahl der Sorte der
Schwerionen erfolgt und eine definierte Einstellung der
Eintrittsenergie, der totalen Bestrahlungsdichte und des
Einfallswinkels der Schwerionen relativ zur Oberfläche.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Form der Ausnehmungen durch die Zusammensetzung
des Ätzmittels, also durch die Art und Konzentration seiner
Komponenten, den pH-Wert und/oder die Temperatur erreicht
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schwerionen 40Ar+-Ionen oder 84Kr+-Ionen sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Reichweite der Ionen in der Trägerfolie
auf 3 bis 6 µm eingestellt wird, so dass latente Ionenspuren
erhalten werden, die auf einer Länge von 2 bis 5 µm ätzbar sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass beim Aufätzen der Ionenspuren die
Bestrahlungsbedingungen und die Ätzbedingungen so
aufeinander abgestimmt werden, dass konische
Mikroausnehmungen mit einem (an der Oberfläche gemessenen)
Durchmesser und einer Tiefe von jeweils 1,5 bis 3,5 µm erzielbar
sind, mit einem Oberflächenanteil von 5 bis 40%, vorzugsweise
10 bis 20%.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Reichweite der Ionen in der Trägerfolie
auf 7 bis 10 µm eingestellt wird, so dass Ionenspuren erhalten
werden, die auf einer Länge von
6 bis 9 µm ätzbar sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim
Aufätzen der Ionenspuren die Bestrahlungsbedingungen und die
Ätzbedingungen so aufeinander abgestimmt werden, dass
kegelstumpfartige Mikroausnehmungen erzielbar sind mit einem
(an der Oberfläche gemessenen) Durchmesser und einer Tiefe von
jeweils 3 bis 6 µm, wobei sich der Durchmesser in der Tiefe
auf 2 bis 4 µm verjüngt, und die einen Oberflächenanteil von
5 bis 40%, vorzugsweise 10 bis 20%, bedecken.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, oder
einem Additivverfahren zur Herstellung von ein Basismaterial
(Trägerfolie) und eine Leiterbahnstruktur aufweisenden
Leiterplatten
- - mit Auftragen einer Startschicht in definierten Abschnitten des Basismaterials (Trägerfolie), um ein Abbild der zu erzeugenden Leiterbahnstruktur vorzugeben und
- - mit Erzeugung der fertigen Leiterbahnstruktur infolge Aufbau auf das durch die Startschicht vorgegebene Leiterbahnabbild mittels Abscheideverfahren,
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das
Druckverfahren ein Siebdruckverfahren ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das
Druckverfahren ein Tampondruckverfahren ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass als Startschicht eine elektrisch leitfähige
Paste, insbesondere Leitsilberpaste, auf das Basismaterial
aufgedruckt und konditioniert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abscheidung zum Aufbau einer Leiterbahnstruktur auf der
Startschicht galvanisch erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
als Startschicht eine metallisierbare Druckpaste auf das
Basismaterial aufgedruckt und konditioniert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abscheidung zum Aufbau einer Leiterbahnstruktur auf der
Startschicht zunächst stromlos (nach einem chemisch-
reduktiven Verfahren) und nachfolgend galvanisch erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12, 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, dass die galvanische Abscheidung in mindestens
zwei getrennten Galvanisierbädern erfolgt, die nacheinander
durchlaufen werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die
nacheinander durchlaufenen Galvanisierbäder eine zunehmende
Leitfähigkeit aufweisen.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12, 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, dass Kupfer oder Nickel abgeschieden werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, dass in die zum Aufdrucken der Startschicht
verwendeten Druckmasken Hilfsbrücken integriert werden,
welche Verbindungen zwischen den einzelnen, vorzugsweise
parallel verlaufenden Windungen langer Leiterbahnen und
Verbindungen zwischen voneinander getrennten Leiterbahnen des
Leiterzugabbildes schaffen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hilfsbrücken nach Abschluss der Galvanisierung entfernt werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hilfsbrücken auf mechanischem Wege, mittels einer Trennscheibe
o. dgl., oder auf optischem Wege, durch Laserbearbeitung odgl.,
entfernt werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12, 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, dass die galvanische Abscheidung mittels
Gleichstrom oder mit dem Pulse-Plating-Verfahren erfolgt, bei
dem abwechselnd Pulse positiver und negativer Polarität mit
unterschiedlicher Amplitude und Dauer eingesetzt werden.
23. Leiterplatte aus einem Basismaterial und mindestens einer darauf
angeordneten Leiterbahnstruktur, insbesondere hergestellt nach
dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial Ausnehmungen
aufweist, in welche das Leiterbahnmaterial eingreift und in
welchen es sich verankert.
24. Leiterplatte nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass
das Basismaterial aus Polymeren oder Kunststoffen besteht.
25. Leiterplatte nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass
das Basismaterial aus Polyimid, Polyester oder Polykarbonat
besteht.
26. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch
gekennzeichnet, dass das Basismaterial flexibel ist.
27. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, dass das Basismaterial eine Dicke von 25 µm bis
zu 150 µm aufweist.
28. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, dass als Startschicht eine elektrisch leitfähige
Paste, insbesondere Leitsilberpaste, dient, welche auf dem
Basismaterial angeordnet ist.
29. Leiterplatte nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch
gekennzeichnet, dass als Startschicht eine metallisierbare
Druckpaste dient, welche auf dem Basismaterial angeordnet ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001109786 DE10109786A1 (de) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten |
AU2002247609A AU2002247609A1 (en) | 2001-02-28 | 2002-02-28 | Method for producing printed circuit boards |
PCT/DE2002/000713 WO2002069678A2 (de) | 2001-02-28 | 2002-02-28 | Verfahren zur herstellung von leiterplatten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001109786 DE10109786A1 (de) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10109786A1 true DE10109786A1 (de) | 2002-12-12 |
Family
ID=7675887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001109786 Withdrawn DE10109786A1 (de) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU2002247609A1 (de) |
DE (1) | DE10109786A1 (de) |
WO (1) | WO2002069678A2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004001107A1 (de) * | 2004-01-05 | 2005-07-28 | Siemens Ag | Strukturierung auf Oberflächen mittels Folie |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3430290A1 (de) * | 1984-08-17 | 1986-02-27 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zur selektiven metallisierung |
EP0215175A1 (de) * | 1984-08-27 | 1987-03-25 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Mit Kupferfolie versehenes flexibles Trägermaterial für gedruckte Schaltungen |
DE4227085A1 (de) * | 1992-08-17 | 1994-02-24 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Herstellung fein strukturierter elektrisch leitfähiger Schichten |
US5529631A (en) * | 1989-10-30 | 1996-06-25 | Bridgestone Corporation | Apparatus for the continuous surface treatment of sheet material |
US5554305A (en) * | 1994-05-23 | 1996-09-10 | General Electric Company | Processing low dielectric constant materials for high speed electronics |
WO2000007219A2 (en) * | 1998-07-28 | 2000-02-10 | Isola Laminate Systems Corp. | High density printed circuit substrate and method of fabrication |
WO2000027175A1 (de) * | 1998-11-03 | 2000-05-11 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Haftvermittlerschicht zur erzeugung haftfester leiterstrukturen auf isoliermaterialien der elektronik |
DE19951721A1 (de) * | 1999-10-27 | 2000-06-15 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Verfahren zur strukturierten Metallisierung der Oberfläche von Substraten |
-
2001
- 2001-02-28 DE DE2001109786 patent/DE10109786A1/de not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-02-28 WO PCT/DE2002/000713 patent/WO2002069678A2/de not_active Application Discontinuation
- 2002-02-28 AU AU2002247609A patent/AU2002247609A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3430290A1 (de) * | 1984-08-17 | 1986-02-27 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zur selektiven metallisierung |
EP0215175A1 (de) * | 1984-08-27 | 1987-03-25 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Mit Kupferfolie versehenes flexibles Trägermaterial für gedruckte Schaltungen |
US5529631A (en) * | 1989-10-30 | 1996-06-25 | Bridgestone Corporation | Apparatus for the continuous surface treatment of sheet material |
DE4227085A1 (de) * | 1992-08-17 | 1994-02-24 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Herstellung fein strukturierter elektrisch leitfähiger Schichten |
US5554305A (en) * | 1994-05-23 | 1996-09-10 | General Electric Company | Processing low dielectric constant materials for high speed electronics |
WO2000007219A2 (en) * | 1998-07-28 | 2000-02-10 | Isola Laminate Systems Corp. | High density printed circuit substrate and method of fabrication |
WO2000027175A1 (de) * | 1998-11-03 | 2000-05-11 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Haftvermittlerschicht zur erzeugung haftfester leiterstrukturen auf isoliermaterialien der elektronik |
DE19951721A1 (de) * | 1999-10-27 | 2000-06-15 | Lpkf Laser & Electronics Ag | Verfahren zur strukturierten Metallisierung der Oberfläche von Substraten |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
CAPPS,Nathan, et.al.: Ion Source Applications: Polymer Surface Modification. In: Surface roughening of polymers for improved adhesion and/or bio-compatibility, Dec. 01, 2000, Advanced Energy / Application Note, Internet: http://advanced-energy.com/Upload/app 4a 3.pdf * |
CAPPS,Nathan, et.al.: Tailoring Polymer Properties With Ion Beams. In: Advances Energy Industries Inc., Internet: http://209.67.253.149/ semiconductor/issues/issues/2000/200007/six007 poly.asp * |
JP 63147310 A., In: Patent Abstracts of Japan * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004001107A1 (de) * | 2004-01-05 | 2005-07-28 | Siemens Ag | Strukturierung auf Oberflächen mittels Folie |
DE102004001107B4 (de) * | 2004-01-05 | 2005-12-29 | Siemens Ag | Strukturierung auf Oberflächen mittels Folie |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2002069678A2 (de) | 2002-09-06 |
AU2002247609A1 (en) | 2002-09-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3688840T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur elektroplattierung eines kupferblattes. | |
DE69210818T2 (de) | Verbessertes verfahren zur vorbereitung nichtleitender substrate für das elektroplattieren | |
DE69033245T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von feinen leiterbahnen mit kleinen abständen | |
DE69020796T2 (de) | Direkt-Elektroplattieren von Durchgangslöchern. | |
DE69025500T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines kupferkaschierten Laminats | |
EP0109920B1 (de) | Verfahren zum Reinigen von Löchern in gedruckten Schaltungsplatten mit permanganathaltigen und basischen Lösungen | |
DE3525416C2 (de) | ||
DE112012000993B4 (de) | Unschädliches Verfahren zur Herstellung von durchgehenden leitenden Leiterbahnen auf den Oberflächen eines nicht-leitenden Substrats | |
DE4292563C1 (de) | Verfahren zur Metallisierung von Substraten unter Verwendung einer Verarmungsreaktions-Metalloxid-Reduzierung | |
DE69935333T2 (de) | Verbessertes verfahren zur herstellung leitender spuren und so hergestellte gedruckte leiterplatten | |
DE69027040T2 (de) | Verfahren zum unmittelbaren elektroplattieren eines dielektrischen substrates | |
DE2648274A1 (de) | Verfahren zum selektiven elektroplattieren eines bereiches einer oberflaeche | |
DE69432591T2 (de) | Material für leiterplatte mit barriereschicht | |
DE2462450A1 (de) | Verfahren zum stromlosen plattieren oder galvanisieren von metallen sowie mit diesem verfahren hergestellter gegenstand | |
DE112012004940T5 (de) | Herstellung einer Leiterbahnstruktur und Substrat mit solcher Struktur | |
EP0997061B1 (de) | Verfahren zum metallisieren eines elektrisch nichtleitende oberflächenbereiche aufweisenden substrats | |
DE69921515T2 (de) | Verfahren zur Erzeugung von Leiterbahnen auf einer gedruckten Schaltung | |
DE2847821A1 (de) | Substrat fuer eine gedruckte schaltung mit einer widerstandsbeschichtung | |
DE69501642T2 (de) | Verfahren zum funkenerosiven Bearbeiten eines elektrisch nichtleitenden Materials mittels Anbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht | |
DE3008434A1 (de) | Verfahren zur selektiven chemischen und/oder galvanischen abscheidung von metallueberzuegen, insbesondere zur herstellung von gedruckten schaltungen | |
DE2747955A1 (de) | Verfahren zum elektrolytischen beschichten von metallischen gegenstaenden mit einer palladium-nickel- legierung | |
DE2804602C2 (de) | Verfahren zum Aufbringen einer elektrisch isolierenden Schicht auf ein Substrat für eine integrierte Schaltung | |
DE10109786A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten | |
WO2004020696A2 (de) | Verfahren zum herstellen einer schaumförmigen metallstruktur, metallschaum sowie anordnung aus einem trägersubstrat und einem metallschaum | |
EP0810303A1 (de) | Verfahren zum Abscheiden von ätzfesten und porendichten Zinnschichten oder Legierungsschichten von Zinn mit weiteren Metallen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |