DE10220684B4 - Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung leitender Polymere mit hoher Metallisierungsfähigkeit zur Durchmetallisierung von kaschierten Basismaterialien zur Leiterplattenherstellung - Google Patents

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Abstract

Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung leitender Polymere mit hoher Metallisierungsfähigkeit zur Durchmetallisierung von kaschierten Basismaterialien zur Leiterplattenherstellung, wobei deren Bildung im sauren Milieu aus einem Reaktionsgemisch mit zumindest einem Oxidationsmittel, einer monomeren Verbindung und einer Stabilisatorlösung durch oxidative Polymerisation erfolgt, wobei die Polymerisation unter Ultraschalleinwirkung durchgeführt wird und eine Ultraschalleistung von 10 bis 30 W/l einwirkt, wobei als monomere Verbindung Pyrrol, Thiophen, Furan, deren Derivaten und Mischungen daraus und als Stabilisator Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Sulfonsäure verwendet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung leitender Polymere mit hoher Metallisierungsfähigkeit zur Durchmetallisierung von kaschierten Basismaterialien zur Leiterplattenherstellung.
  • Leitende Polymere sind bereits seit über zwanzig Jahren im Stand der Technik bekannt. Sie gehören zu einer Vielzahl von organischen Substanzen die auf effiziente Weise Ladungen transportieren können. Die bislang höchste Leitfähigkeit für ein leitendes Polymer wurde von dotiertem Polyacetylen mit σ = 1,7 × 105 S/cm erreicht. Diese Leitfähigkeit liegt höher als die vieler Metalle und kommt fast in die Nähe der Leitfähigkeit des Kupfers mit σ = 5 × 105 S/cm.
  • Leitfähige Polymere werden heute in vielfältiger Weise in der Technik (beispielsweise als Korrosionsschutz, als antistatische Beschichtungen, als Gas-Sensoren sowie zur Herstellung von Farb-Video-Displays) eingesetzt.
  • Zur Herstellung leitfähiger Polymere gibt es prinzipiell zwei verschiedene Möglichkeiten. Zum einen die chemische Polymerisation, wobei die hierdurch erhaltenen Polymere zumeist keine ausreichende Leitfähigkeit aufweisen. Eine Erhöhung der Leitfähigkeit solcher Polymere wird erst durch Dotierung bzw. partielle Oxidation/Reduktion der jeweiligen Moleküle erreicht. Die zweite Möglichkeit ist die elektrochemische Polymerisation. Die so gebildeten Polymere sind aufgrund des für die Polymerisation notwendigen Potentials ausreichend dotiert und somit zumeist leitfähig.
  • JP 2001-135550 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Kondensatoren auf Basis von Feststoffelektrolyten, bei welchem die elektrisch leitfähigen Schichten aus leitfähigen Polymeren gebildet werden. Zur Ausbildung dieser leitfähigen Polymere auf den nicht leitfähigen Oxidschichten mittels oxidativer Polymerisation wird eine Ultraschallquelle angelegt. Hierbei wird die Ultraschallquelle mit einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 400 kHz und einer Leistungsdichte von 20 W bis 500 W in Abhängigkeit der eingestellten Frequenz betrieben.
  • JP 2000-100665 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Feststoffelektrolytkondensatoren auf Basis von Metalloxiden als Isolationsschicht und leitfähigen Polymeren als Leitschicht. Auch wird eine oxidative Polymerisation der das leitfähige polymerbildenden Monomere unter Ultraschallanwendung durchgeführt. Die hierbei verwendete Frequenz liegt im Bereich zwischen 20 kHz und 100 kHz.
  • Ein Vorteil der leitenden Polymere liegt in der preisgünstigen Verarbeitung von Lösungen zu Filmen, so dass mit ihrer Hilfe beispielsweise diskret strukturierte Schaltungen etc. erzeugt werden können. Hierdurch ist ihre Verwendung in Verfahren zur elektrolytischen Metallisierung von Basismaterialien sehr beliebt. Zudem besitzen sie den Vorteil, dass sie auch auf bereits kaschierten Basismaterialien (wie beispielsweise kupferkaschierte Dielektrika aus Harzen, Gläsern und/oder Kunststoffen) abgeschieden werden können ohne Nachbehandlungsschritte zu erfordern. Ein Nachteil von leitfähigen Polymeren – speziell bei flächiger Metallisierung – ist jedoch ihre relativ geringe Leitfähigkeit gegenüber einer entsprechenden metallischen Aktivierungsschicht.
  • Ein bevorzugter Einsatz leitender Polymere besteht in der Durchmetallisierung von kaschierten Basismaterialien zur Leiterplattenherstellung. Bei den heutigen Leiterplatten handelt es sich um komplexe durchkontaktierte doppelseitige Schaltungen bzw. Multilayer (auch mit hoher Lagenzahl) oder High-Aspect-Ratio(HAR)-Boards. Diese Schaltungstypen ermöglichen eine ideale Platzausnutzung, da die Signalleitungen zur elektrischen Kontaktierung der einzelnen Lagen über durchmetallisierte Bohrungen (sogenannten Vias) geführt werden.
  • Die WO 96/21341 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von mit feinsten Löchern versehenen plattenförmigen Werkstücken, insbesondere Leiterplatten, mittels flüssiger oder gasförmiger Behandlungsmittel. Dieses Dokument betrifft insbesondere die Vorbehandlungsschritte, wie beispielsweise die Reinigung von Bohrlöcher der Durchbohrungen. Das Ziel ist es, auf den Oberflächen befindliche Verunreinigungen abzulösen.
  • Die JP 05029251 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen. Zum Glühen und Anlassen von Halbleiterelementen wird eine Halogenlampenanordnung vorgeschlagen. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der zu vergütende Halbleiter mit einer Ultraschallquelle in Schwingung versetzt wird.
  • Zur Fertigung solcher hochwertigen Schaltungen muss eine reproduzierbare und sichere Metallisierung gewährleistet werden, da schon kleinste Metallisierungsfehler zu Totalausfällen führen können. Zusätzlich sind diese Fehlstellen in der Kupferschicht sehr schwer zu lokalisieren, so dass eine Fehlersuche unnötig zeit- und kostenintensiv ist. Vor diesem Hintergrund ist die Lochmetallisierung der zentrale Prozess in der Fertigung von hochwertigen Schaltungen.
  • In der Produktion werden solche Schaltungen zumeist mit stromlos Kupfer („Chemisch Kupfer”) metallisiert. Neben hohen Investitions- und Fertigungskosten sowie relativ langen Prozesszeiten ist bei diesen Verfahren ein sehr hoher Überwachungsaufwand notwendig. Zusätzlich sind diese Verfahren durch die Verwendung von beispielsweise Formalin und Komplexbildnern wenig umweltfreundlich.
  • An Stelle dieser traditionell chemisch – reduktiven Metallabscheidung hat sich aus ökologischen und wirtschaftlichen Gründen vor allem die Direktmetallisierung zur Durchkontaktierung von Leiterplatten durchgesetzt. Das Verfahren beruht auf der Erzeugung einer elektrisch leitfähigen Schicht auf einem dielektrischen Basismaterial z. B. einer Kunststoffoberfläche, die als Grundlage für die direkte elektrolytische Verkupferung dient.
  • Die Erzeugung einer Leitschicht kann durch verschiedene Verfahren erreicht werden. Einige Verfahren basieren auf einem modifizierten Palladium-Katalysator oder verwenden leitfähiges Graphit als Grundlage für das Elektrolytkupfer. Andere Verfahren basieren beispielsweise auf der Verwendung leitenden Polymeren.
  • Ein bereits bekanntes Verfahren zur Durchmetallisierung auf Basis leitender Polymere ist das Direkt Metalization System (das sogenannte DMS-E-Verfahren) – gemäß DE 195 27 056 C1 . Die Durchführung dieses Verfahrens sieht dabei im wesentlichen wie folgt aus. Der im ersten Schritt (a) eingesetzte Conditioner (Netzmittelkomposition) bewirkt eine gleichmäßige Benetzung sämtlicher Flächen der Bohrlochwandung. Die so behandelten Leiterplatten werden dann im nächsten Aktivschritt (b) mit einer neutralen Permanganatlösung, dem Initiator, behandelt. Hierbei werden die Basismaterialien oxidativ angegriffen und mit einer dünnen Braunsteinschicht belegt. Durch die Selektivität dieses Prozesses, werden vorhandene Kupferflächen hierbei nicht angegriffen und bleiben daher frei und sauber.
  • Im Anschluß folgen diverse Spülschritte (mit Wasser, einer sauren wäßrigen Lösung, Wasser, gegebenenfalls einer alkalisch wäßrigen Lösung und wiederholt mit Wasser) zum Reinigen und zum Stabilisieren der Braunsteinschicht. im nachfolgenden Aktivschritt (c) wird das vorbehandelte Basismaterial mit einer Katalysatorlösung benetzt. Als Katalysator wird eine monomere, heterocyclische Verbindung verwendet. Ohne zu Spülen gelangt die Leiterplatte – im nächsten Aktivschritt (d) – in den sogenannten Stabilisator, eine Säurelösung. Hier tritt spontan eine oxidative Polymerisation ein, wobei der auf der Bohrlochwandung gebildete Braunstein in der sauren Lösung als starkes Oxidationsmittel mit dem Monomer reagiert. Infolge dieser oxidativen Polymerisation bildet sich auf der Bohrlochwandung selektiv – d. h. nur auf den unkaschierten Flächen des Basismaterials – ein dünner elektrisch leitender Polymerfilm. Nach erneutem Spülen mit Wasser kann auf diesem im letzten Aktivschritt (d) gebildeten Polymerfilm galvanisch metallisiert, beispielsweise Kupfer abgeschieden werden.
  • Die anhaltend fortschreitende Miniaturisierung in der Elektronik, besonders in dem Bereich der Mobilelektronik (Mobiltelefone, Lap-Tops, Cameras usw.), hat in den letzten 3 bis 4 Jahren dazu geführt, daß neue Fertigungstechnologien (wie z. B. die Build-Up- und die Microvia-Technologie) für die Herstellung von hoch integrierten Leiterplatten entwickelt werden mußten. Wesentlich hierbei sind vor allem die zumeist mittels Laser gebohrten Sack- oder Mikrobohrungen (von 125 μm und kleiner), die zum sequentiellen Aufbau der Außenlagen (Sequential Build-Up) notwendig sind.
  • Die Messlatte für eine einwandfreie Metallisierung dieser Leiterplatten liegt damit deutlich höher als je zuvor. Das wesentliche Problem hierbei ist es, eine reproduzierbare fehlerfreie Metallisierung zu gewährleisten. Dies ist sowohl für die Durchkontaktierung der Leiterplatten sowie auch für den eigentlichen galvanischen Metallisierungsprozess von Bedeutung.
  • Unter diesen Gesichtspunkten und in Hinsicht der aller Wahrscheinlichkeit nach weiter sinkenden Bohrlochdurchmessern in der Größenordnung von ca. 30–50 μm bietet keines der vorgenannten Verfahren zur Durchmetallisierung von Leiterplatten eine, für die Microviatechnologie notwendige, ausreichende Prozesssicherheit. Dies gilt für eine vertikale aber auch für eine horizontale Prozessführung.
  • Auch der zuvor beschriebene Standard-DMS-E-Prozess hat sich bei der Bearbeitung von Boards mit Sack- und Mikrobohrungen aufgrund der hohen Viskosität der Stabilisierlösung als nachteilig erwiesen. Erste Untersuchungen ergaben, dass durch den bereits bekannten Einsatz von zwangsdurchfluteten Horizontalanlagen und Rüttlern zwar der Elektrolytaustausch sowie die Benetzung verbessert werden konnte, dieses jedoch nicht zu ausreichenden Durchmetallisierungsergebnisse von Sack- und Mikrobohrungen führt.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das die Metallisierungsfähigkeit leitender Polymere deutlich erhöht und somit neben dem Einsatz in verschiedenen technischen Bereichen besonders zur reproduzierbaren Durchmetallisierung verschiedenster Basismaterialien anwendbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung leitender Polymere mit hoher Metallisierungsfähigkeit zur Durchmetallisierung von kaschierten Basismaterialien zur Leiterplattenherstellung, wobei deren Bildung im sauren Milieu aus einem Reaktionsgemisch mit zumindest einem Oxidationsmittel, einer monomeren Verbindung und einer Stabilisatorlösung durch oxidative Polymerisation erfolgt, wobei die Polymerisation unter Ultraschalleinwirkung durchgeführt wird und eine Ultraschallleistung von 10 bis 30 W/l einwirkt, wobei als monomere Verbindung Pyrrol, Thiophen, Furan, deren Derivaten und Mischungen daraus und als Stabilisator Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Sulfonsäure verwendet wird.
  • Die durchschnittlichen Reaktionszeiten der erfindungsgemäßen ultraschallgestützten Polymerisation liegen zwischen 5 Sekunden und 20 Minuten bis zur vollständigen Ausbildung des leitenden Polymers. Neben kürzeren Reaktionszeiten ergibt sich ein weiterer wichtiger Vorteil des ultraschallgestützten Polymerisationsverfahrens. Der erfindungsgemäße Einsatz von Ultraschallschwingern bewirkt eine deutliche Verbesserung des Elektrolytaustausches, so daß ein sicherer und vollständiger Reaktionsablauf gewährleistet ist. Hierdurch können nicht nur Fertigungskosten eingespart werden. Zusätzlich kann auch der Überwachungsaufwand verringert werden.
  • Neben dem verbesserten Elektrolytaustausch zeigt sich überraschender weise bedingt durch den Einsatz von Ultraschallschwingern eine signifikante Verbesserung der Metallisierungsfähigkeit des gebildeten Polymers. So zeigen Messungen des elektrischen Widerstands der leitenden Polymerschicht deutlich reduzierte Werte. Die eingebrachte Energie spielt hierbei eine bedeutende Rolle. Eine signifikante Erhöhung der Leitfähigkeit ergibt sich in einem Bereich von 10 bis 30 W/l, wobei ein Optimum bei ca. 25 W/l bestimmt werden kann. (Die Literangabe bezieht sich hierbei auf das Nettovolumen zwischen Ultraschallschwinger und Substrat.)
  • Ebenso überraschend läßt sich das laterale Metallwachstum auf der erfindungsgemäß erzeugten Polymerschicht mehr als verdoppeln. D. h. eine definierte polymer beschichtete Fläche kann erfindungsgemäß in der Hälfte der Zeit komplett metallisiert werden. Insbesondere bei der Durchkontaktierung von Leiterplatten lassen sich hieraus deutliche Vorteile hinsichtlich Qualität und Kosten ableiten.
  • Der erfindungsgemäße Einsatz von Ultraschallschwingern erfolgt bei 20 bis 50 kHz. Hierbei werden 1 bis 100%, vorzugsweise 20 bis 40% der Reaktionszeit durch Ultraschalleinwirkung unterstützt. Zu dem hat sich herausgestellt, daß ein periodisches Zuschalten der Ultraschallschwinger zusätzlich von Vorteil ist.
  • Als Oxidationsmittel (bzw. Initiator) werden Manganverbindungen, insbesondere Braunstein eingesetzt. Besonders die Verwendung einer Permanganatlösung als Initiator wird im erfindungsgemäßen Verfahren als vorteilhaft angesehen. Vorzugsweise wird eine neutrale Permanganatlösung verwendet, da hiermit eine höhere Stabilität und eine gezieltere Steuerung der Braunsteinmenge erreicht werden kann.
  • Ebenso ist die Verwendung einer Permanganatlösung beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in Durchmetallisierungsprozeßen vorteilhaft, da durch sie die Braunsteinbelegung des Basismaterials selektiv auf den unkaschierten Flächen des Basismaterials erfolgt. Auf diese Weise kann jegliches kaschiertes Basismaterial verwendet werden.
  • Wie eingangs beschrieben sind bereits diverse leitende Polymere bekannt. Eine durch die erfindungsgemäße Verwendung erzeugte Erhöhung der Leitfähigkeit konnte u. a. bei Polymeren auf der Basis von Pyrrol, Thiophen, Furan und deren Derivaten sowie Mischungen daraus ermittelt werden. Besonders deutlich ist dieser Effekt bei der Verwendung von Thiophen und dessen Derivaten, insbesondere bei 3,4-Ethylendioxythiophen.
  • Die oxidative Polymerisation erfolgt erfindungsgemäß in einem sauren Milieu. Als Säurelösung bzw. Stabilisator kann Schwefelsäue oder Phosphorsäure etc. verwendet werden. Vorzugsweise wird jedoch eine Sulfonsäure, besonders bevorzugt eine aromatische Sulfonsäure eingesetzt.
  • Durch Anwendungsversuche mit der erfindungsgemäßen Verwendung wurde festgestellt, daß sich dieses bevorzugt zum Einsatz in Durchmetallisierungsprozeßen eignet. Insbesondere bei der Durchmetallisierung von kaschierten Basismaterialien, vor allem komplexe Leiterplatten mit Mikrobohrungen (wie beispielsweise Multilayer oder High-Ratio-Boards) in einem Bereich kleiner 100 μm, mit folgenden Aktivschritten (a) Konditionierung des Basismaterials, (b) oxidative Behandlung mit einer Initiatorlösung, (c) Behandlung mit einer Monomerverbindung, (d) oxidative Polymerisation durch Einwirkung eines Stabilisators und (e) galvanische Metallisierung, ergibt sich ein vorteilhafter Einsatz, wobei der leitfähige Polymerfilm, durch die Zusammenfassung der Aktivschritte (c) und (d) in einem Reaktionsgemisch unter Ultraschalleinwirkung ausgebildet wird und eine reproduzierbare sowie sichere Metallisierung gewährleistet werden kann.
  • Eine derartige Veränderung im Durchmetallisierungsprozeß ermöglicht eine signifikante Verbesserung der Metallisierungsfähigkeit, durch einen deutlich verbesserten Elektrolytaustausch und eine daraus resultierende bessere Benetzung des Basismaterials vor allem in den Sack- und Mikrobohrungen, so daß eine vollständige Bildung des leitenden Polymerfilms bzw. eine anschließend gleichmäßige und sichere Kupferabscheidung gewährleistet ist. Die Geschwindigkeit des lateralen Kupferwachstums wird verdoppelt.
  • Gemäß der erfindungsgemäßen Verwendung des Verfahrens werden zwei Aktivschritte des Durchmetallisierungsprozeßes zu einem zusammengefaßt, wodurch in vorteilhafter Weise die hohe Viskosität der Stabilisierlösung sowie das Volumen an eingesetzter Katalysator- und Stabilisierlösung deutlich reduziert wird. Dies bringt neben dem verbesserten Elektrolytaustausch auch einen wirtschaftlichen Vorteil, da sich aufgrund der Mischung der vorgenannten Lösungen die Einsatzkonzentrationen der monomeren Verbindung und der Säure auf ca. 1:10 der sonst üblichen Konzentrationen reduzieren.
  • Ebenso bewirkt auch der erfindungsgemäße Einsatz von Ultraschallschwingern in den einzelnen Aktivschritten eine deutliche Verbesserung des Elektrolytaustausches. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von Ultraschall jedoch im erfindungsgemäßen Aktivschritt (c + d) dem eigentlichen Polymerisationsschritt. Um gleichbleibend optimale Ergebnisse zu erzielen, ist es vorteilhaft die Ultraschallschwinger in einer Entfernung von 5 bis 10 cm zum Substrat (bzw. Basismaterial) einzusetzen. So läßt sich auch hier eine signifikante Verbesserung der Metallisierungsfähigkeit des gebildeten Polymerfilms zeigen. Ein derartiger Polymerfilm ermöglicht eine sichere und reproduzierbare Durchmetallisierung besonders von Sack- und Mikrobohrungen. Zusätzlich verdoppelt sich die Geschwindigkeit des lateralen Kupferwachstums, so daß nachfolgend eine ebenso sichere Kupferabscheidung gewährleistet ist.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung des Verfahrens ist, daß sich, durch den Einsatz von Ultraschall im zusammengefaßten Aktivschritt (c + d), nicht nur die Leitfähigkeit des Polymerfilms signifikant erhöht und das damit verbundenen laterale Kupferwachstum wesentlich verstärkt wird, sondern daß sich ebenso die Durchlaufzeiten des Metallisierungsprozeßes deutlich verkürzen.
  • Zur weiteren Verbesserung der vorteilhaften Einwirkung der Ultraschallschwinger werden, zusätzlich zum Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Durchmetallisierungsprozeße in stark zwangsdurchfluteten Horizontanlagen durchgeführt.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung ergeben sich aus der 1 sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen.
  • Die 1 zeigt das laterale Kupferwachstum auf einem leitenden Polymerfilm in Abhängigkeit von der eingebrachten Ultraschalleistung innerhalb eines Metallisierungsprozeßes (bei einer Reaktionszeit von 20 Sekunden).
  • Beispiel 1
  • Ein Leiterplattensubstrat mit einer doppelseitigen Schaltung als Kern, ist beidseitig mit einer sogenannten Resin Coated Foil (Epoxidharz einseitig mit einer Kupferfolie kaschiert) aufgebaut. In die Resin Coated Foil wurden mittels Laser Bohrungen mit einem Durchmesser von 80 μm erzeugt, die als Sacklochbohrungen ausgeführt auf einer Kupferschicht der Kernschaltung enden. Die Tiefe der Bohrungen betrug jeweils ca. 60 μm.
  • Das Substrat wird zunächst desmeart, d. h. die Kupfergrundflächen der Sacklochbohrungen werden von eventuell vorhandenen Harzresten befreit. Diese Reinigung erfolgt in einem handelsüblichen Prozeß der Enthone GmbH.
    1. ENVISION Sensitizer 7260 8 min 50°C
    (alkalische lösemittelhaltige Lösung)
    Spülen
    2. ENVISION MLB 2020 12 min 75°C
    (alkalische Permanganatlösung)
    Spülen
    3. ENVISION MLB 2035 2 min 35°C
    (H2O2- und H2SO4-haltige Lösung)
    Spülen
  • Anschließend werden die Substrate der eigentlichen Durchkontaktierung zugeführt.
  • Beispiel 2a (Standard DMS-E-Prozess)
  • Das wie oben vorbehandelte Substrat wird für 3 min in einen Conditioner (ENVISION DMS-E CONDITIONER 7015/eine netzmittelhaltige wäßrige Lösung) getaucht und in dieser Lösung bei 40°C langsam hin und her bewegt. Anschließend wird sorgfältig gespült.
  • Es folgt eine Behandlung in einer neutralen, wäßrigen Permanganatlösung [60–65 g/L KMnO4] (ENVISION DMS-E INITIATOR 7020), pH 6–7, bei 85°C für 3 min; ebenfalls unter Bewegung des Substrats. Anschließend wird mehrfach gut gespült.
  • Es folgt eine Behandlung in der Monomerlösung (ENVISION CATALYST 7030/eine wäßrige Makroemulsion von 3,4-Ethylendioxythiophen) [100 ml/L] bei RT für 3 min. Bewegung.
  • Ohne Zwischenspülen folgt der nächste Schritt.
  • Das Substrat wird in eine Säurelösung (ENVISION DMS-E STABILISER 7041/eine wäßrige Lösung einer aromatischen Polysulfonsäure) [300 ml/L] getaucht und dort bei RT für 3 min unter Bewegung gelassen. Anschließend wird sorgfältig gespült und getrocknet.
  • Die anschließende Metallisierung erfolgt in einem handelsüblichen Kupferbad (z. B. CUPROSTAR LP-1). Die Verkupferungszeit beträgt 30 min bei 2 A/dm2.
  • Nach dieser Zeit waren nur ca. 50% der Bohrungen ausreichend verkupfert.
  • Beispiel 2b
  • Der Ablauf erfolgt wie im Beispiel 2a angegeben. Jedoch erfolgt anstelle der Behandlung in der Monomerlösung und anschließend der Säurelösung eine 4 minütige Behandlung in der einstufigen, wäßrigen Lösung aus Monomer und Säure (ENVISION DMS-E CATALYST 7050) bei RT.
  • Das Ergebnis nach der Verkupferung ist deutlich verbessert. Nun sind ca. 85% der Bohrungen einwandfrei verkupfert.
  • Beispiel 3
  • Der Arbeitsgang vom Beispiel 2b wird wiederholt. Allerdings wird abweichend davon im CATALYST 7050 parallel zur Substratebene ein Ultraschallschwinger angeordnet. Die Frequenz beträgt 25 KHz und die Leistung ca. 25 Watt/L. Die Beschallung erfolgt über die volle Zeit von 4 Minuten.
  • Ergebnis nach der Verkupferung: alle Bohrungen sind einwandfrei metallisiert.
  • Beispiel 4(a–d)
  • Die Durchkontaktierung der Substrate gemäß der Beispiele 2b und 3 erfolgt nun in einer Horizontal-Durchlaufanlage der Firma Depeltronik. Der Vorschub betrug 0,5 m/min entsprechend errechnen sich die Verweilzeiten in den einzelnen Schritten wie:
    CONDITIONER 7015 30 s 40°C
    Spülen ca. 60 s
    INITIATOR 7020 60 s 85°C
    Spülfolge ca. 90 s
    CATALYST 7050 90 s 25°C
    Spülen ca. 60 s
    Trocknen
  • Die Verkupferung erfolgt – wie auch die Vorbehandlung – vertikal wie zuvor beschrieben.
  • Beispiel 4a: kein Ultraschall im CATALYST 7050
    4b: Ultraschall/25 KHz/ca. 10 Watt/L
    4c: Ultraschall/25 KHz/ca. 20 Watt/L
    4d: Ultraschall/25 KHz/ca. 25 Watt/L
  • Die Schallzeit in den Fällen 4b–4d betrug jeweils 30 s.
  • Ergebnis nach der Verkupferung
    • 4a: ca. 85% aller Bohrungen sind einwandfrei verkupfert
    • 4b: ca. 95% aller Bohrungen sind einwandfrei verkupfert
    • 4c: ca. 95% aller Bohrungen sind einwandfrei verkupfert
    • 4d: alle Bohrungen sind einwandfrei verkupfert
  • Die Flutung der Leiterplattenbohrungen erfolgt in allen 3 Schritten durch sogenannte Zwangsdurchflutungseinrichtungen.
  • Beispiel 5
  • Standard FR-4 (Epoxyharz, glasfaserverstärkt) Basismaterial wurde in 15 × 3 cm Streifen geschnitten. Die Kupferkaschierung wurde über eine Fläche von 13 × 3 cm partiell abgeätzt (H2O2/H2SO4). Diese Streifen wurden dann gemäß Beispiel 2b und 3 behandelt. Die Ultraschalleistung gemäß Beispiel 3 wurde dabei zwischen 10 und 50 Watt/L variiert. Die Schallzeit wurde auf 20 s reduziert. Nach dem Spülen und Trocknen wurden auf der Polymer beschichteten Fläche über eine Strecke von 1 cm Widerstandsmessungen vorgenommen. Anschließend wurden die Streifen in CUPROSTAR LP-1 bei 2 A/dm2 für 5 min verkupfert. Die Kontaktierung erfolgt an der verbliebenen Kupferkaschierung. Anschließend wurde die Propagation der Verkupferung an 3 Stellen (links, Mitte, rechts) der Front gemessen und ein Mittelwert bestimmt. Ergebnis:
    Ultraschalleistung laterales Kupferwachstum Widerstand
    ohne Ultraschall 0,9 mm/min 30 KΩ
    10 W/L 1,7 mm/min 18 KΩ
    17,5 W/L 1,8 mm/min 16 KΩ
    25 W/L 2,5 mm/min 8 KΩ
    40 W/L 1,7 mm/min 14 KΩ
    50 W/L 1,3 mm/min 20 KΩ

Claims (19)

  1. Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung leitender Polymere mit hoher Metallisierungsfähigkeit zur Durchmetallisierung von kaschierten Basismaterialien zur Leiterplattenherstellung, wobei deren Bildung im sauren Milieu aus einem Reaktionsgemisch mit zumindest einem Oxidationsmittel, einer monomeren Verbindung und einer Stabilisatorlösung durch oxidative Polymerisation erfolgt, wobei die Polymerisation unter Ultraschalleinwirkung durchgeführt wird und eine Ultraschalleistung von 10 bis 30 W/l einwirkt, wobei als monomere Verbindung Pyrrol, Thiophen, Furan, deren Derivaten und Mischungen daraus und als Stabilisator Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Sulfonsäure verwendet wird.
  2. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszeit der oxidativen Polymerisation zwischen 5 Sekunden und 20 Minuten liegt.
  3. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass 1–100% der gesamten Reaktionszeit mittels Ultraschallschwinger unterstützt wird.
  4. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise 20–40% der gesamten Reaktionszeit durch Ultraschallschwinger unterstützt wird.
  5. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallschwinger gegebenenfalls periodisch zugeschaltet werden.
  6. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung zu den Ultraschallschwingern 5–50 cm beträgt.
  7. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Initiatorlösung eine Permanganatlösung verwendet wird.
  8. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Initiatorlösung vorzugsweise eine neutrale Permanganatlösung verwendet wird.
  9. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als monomere Verbindung vorzugsweise Thiophen und dessen Derivate verwendet wird.
  10. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als monomere Verbindung besonders bevorzugt Ethylen-3,4-dioxythiophen verwendet wird.
  11. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Stabilisator vorzugsweise eine Sulfonsäure verwendet wird.
  12. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Stabilisator besonders bevorzugt eine aromatische Sulfonsäure verwendet wird.
  13. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein leitfähiger Polymerfilm auf den unkaschierten Bereichen eines kaschierten Basismaterials ausgebildet wird.
  14. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung des leitenden Polymerfilms auf dem Basismaterial vorzugsweise unter Zwangsdurchflutung durchgeführt wird.
  15. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als kaschiertes Basismaterial vorzugsweise kupferkaschierte Dielektrika verwendet werden.
  16. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als kaschiertes Basismaterial vorzugsweise gebohrte Materialien eingesetzt werden.
  17. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als kaschiertes Basismaterial vorzugsweise komplexe Leiterplatten, besonders bevorzugt Multilayer oder High-Aspect-Ratio-Boards, eingesetzt werden.
  18. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das kaschierte Basismaterial Sack- und/oder Mikrobohrungen von ≤ 100 μm aufweist.
  19. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass der leitfähige Polymerfilm elektrolytisch metallisiert, vorzugsweise verkupfert wird.
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