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Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen und/oder gedruckter
Schaltungselemente Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
gedruckter Schaltungen und/oder gedruckter Schaltungselemente aus einer mit einem
Metallüberzug versehenen Isolierstoffunterlage, die mit einer lichtempfindlichen
Schicht versehen ist, auf die das Bild der gewünschten Schaltung oder der Schaltungselemente
kopiert wird und nach einem Ätzverfahren die nicht benötigten Teile der Metalloberfläche
entfernt werden.
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Dieses sogenannte Fotoätzverfahren wird vorzugsweise dann angewendet,
wenn es darauf ankommt, die Abbildung der Schaltung mit einer Reproduktionsgenauigkeit
zu erhalten, die bei Anwendung von Siebdruckschablonen nicht mehr gewährleistet
ist.
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Diese hohen Anforderungen an die Reproduktion des Schaltbildes werden
unter anderem dann gestellt, wenn es darauf ankommt, eine Vielzahl von flächenhaften
Leitungsführungen auf engstem Raum anzubringen.
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Dies gilt beispielsweise für die Verschaltung von Matrixplatten -
die Leitungen sind dabei auf Ober-und Unterseite der Matrixplatte und durch das
Innere der in diese Platten eingebetteten sehr kleinen ringförmigen Speicherelemente
zu führen - und für die Herstellung der Kontaktflächen von sogenannten Programmschaltern
- die exakte Kontaktgebung ist durch die Präzision der Leitungsführung und deren
Konturenschärfe bedingt.
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Außerdem erfordert die Herstellung von flächenhaften Widerständen
und Potentiometern z. B. aus CrNi-Folie dann ebenfalls diese hohe Abbildungsgenauigkeit,
wenn vorgegebene Widerstandswerte innerhalb geringer Toleranzen erhalten werden
sollen, da diese Widerstandswerte von der Leitungsbreite abhängig sind.
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Für die Durchführung des Fotoätzverfahrens werden von der gewünschten
Schaltung oder den Schaltungselementen zunächst Fotonegative oder sonstige Abdeckmasken
hergestellt. Vorteilhaft werden die Abmessungen der Fotonegative oder Abdeckmasken
gleich denen des gewünschten Positivs gemacht. Die Übertragung des Schaltungsbildes
auf die mit lichtempfindlicher Schicht versehenen metallüberzogenen Isolierstoffplatten
geschieht dann durch ein Direktkopierverfahren. Dabei liegt das vorhandene Negativ
der Schaltung unmittelbar auf der Trägerplatte auf.
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Die Güte des erhaltenen Positivs wird neben den durch die fotochemischen
Eigenschaften der verwendeten lichtempfindlichen Schicht gegebenen Faktoren durch
die erreichte Konturenschärfe bestimmt.
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Die bei gedruckten Schaltungen auftretenden Dimensionen liegen weit
außerhalb des für das Auflösungsvermögen der lichtempfindlichen Schicht kritischen
Bereichs. Daher ist eine Verbesserung der Konturenschärfe nur durch Änderung physikalischer
Eigenschaften des Belichtungsvorgangs möglich.
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Erfahrungsgemäß entstehen unscharfe Abbildungen durch sogenannte Unterstrahlung
des Negativs. Diese Unterstrahlung tritt immer dann auf, wenn Licht an Stellen der
lichtempfindlichen Schicht auftreffen kann, die durch das Negativ oder die Abdeckmaske
gegen direkte Lichteinstrahlung abgedeckt sind. Die Ursachen dieser Unterstrahlung
liegen 1. in der Verwendung von Belichtungsquellen mit divergierendem Licht, 2.
in Beugungs- und Streuerscheinungen an den Flächen- und Strichbegrenzungen des Negativs,
3. in dem Auftreten gerichteter und diffuser Reflexion des eingestrahlten Lichts
an der Metalloberfläche des Trägermaterials.
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Stellen der Metalloberfläche des Trägers, die von direkter Lichtstrahlung
getroffen werden, reflektieren diese Strahlen entsprechend der Beschaffenheit der
Metalloberfläche sowohl gerichtet nach dem Reflexionsgesetz als auch diffus nach
allen Seiten. Alle reflektierten Strahlen, die unter einem Winkel, der größer als
der Totalreflexionswinkel ist, auf die Unterseite des angepreßten Negativs auftreffen,
werden
wie in einer planparallelen Platte so lange zwischen Metalloberfläche
und Negativ hin und her reflektiert, bis vollständige Absorption der Strahlen eingetreten
ist.
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Nach jeder Reflexion durchlaufen diese Strahlen die lichtempfindliche
Schicht und führen bei ausreichender Intensität zu einer fotochemischen Umsetzung
in dieser Schicht, und zwar an Stellen, die direkter Lichteinwirkung nicht -zugänglich
sind. Die Folge davon sind unscharfe verwaschene Konturen des Bildes.
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Bisher wurde nur versucht, die unter 1 und 2 genannten Ursachen der
Unterstrahlung zu beheben. Es wurde durch Anwendung von nahezu punktförmigen Lichtquellen
zusammen mit geeigneten Kondensoranordnungen eine Belichtung mit parallelem Licht
angenähert.
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Durch gleichmäßiges Anpressen des Negativs auf die Trägerplatte mittels
eines evakuierbaren Belichtungsrahmens wurden die Auswirkungen der Beugungs- und
Streuerscheinungen amNegativ vermindert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Wirkung des unter 3 genannten unerwünschten
reflektierten Streulichts herabzusetzen.
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Dies wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch erreicht,
daß zwischen die Metalloberfläche und die lichtempfindliche Schicht eine an sich
bekannte reflexionsvermindernde Schicht gebracht wird, die gemäß der Erfindung ätzfähig
ist.
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Die Wirkungsweise dieser Schicht besteht darin, die Intensität des
an der Metalloberfläche reflektierten Lichts zu schwächen und dadurch fotochemisch
weitgehend unwirksam zu machen.
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Die Verbesserung der Konturenschärfe durch Anwendung reflexionsvermindernder
Schichten ist in der fotografischen Technik seit langem bekannt. Es sei nur auf
die allgemein verwendeten und jedem Fotoamateur bekannten Lichthofschutzschichten
in Filmmaterial hingewiesen.
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Diese aus der fotografischen Technik bekannte Maßnahme zur Verbesserung
der Konturenschärfe wird auf die Herstellung gedruckter Schaltungen übertragen,
und es wird eine Möglichkeit geschaffen, auf den Schaltungsplatten geeignete reflexionsvermindernde
Schichten anzubringen.
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Das dabei speziell zu lösende technische Problem entsteht durch die
bei dem Fotoätzverfahren vorgeschriebenen Arbeitsgänge.
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Es galt solche reflexionsvermindernden Schichten zu entwickeln, die
während des Belichtungsvorgangs die Reflexion des eingestrahlten Lichts an der Metalloberfläche
des Trägermaterials vermindern, aber die auf den Entwicklungsvorgang folgende Ätzung
der Platte nicht beeinträchtigen.
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Diese Forderung bedingt, daß diese Schichten auf der Metalloberfläche
wischfest sind, wozu sie z. B. durch chemische Umsetzungen der in der Metalloberfläche
liegenden Metallatome gebildet werden können, daß sie für die Zeitdauer der Belichtung
wirksam sind, daß sie aber zumindest nach der Entwicklung der lichtempfindlichen
Schicht an den unbelichteten Stellen der Trägerplatte von dem zur Entfernung der
sich an diesen Stellen befindlichen Metallschicht angewendeten Ätzmittel vollständig
gelöst werden.
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Eine weitere Forderung besteht darin, daß nach Beendigung des Ätzvorgangs
die zunächst noch abgedeckte Metallschicht z. B. durch elektrolytische Verstärkung
weiterbehandelt werden kann. Auch dazu müssen sich die auf der Metallschicht befindlichen
Abdeckschichten entfernen lassen.
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Es ist ferner bekannt, bei einem Verfahren zur Herstellung von Reliefdruckformen
zur Erzielung scharfer und klarer Reliefbilder, wie sie für einen guten Druck erforderlich
sind, aus der fotografischen Technik bekannte Schichten zu verwenden, die eine Reflexionsverminderung
bewirken sollen.
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Die zur Erreichung dieses Ziels gewählten Maßnahmen müssen den erforderlichen
Eigenschaften zweckmäßiger Reliefdruckplatten gerecht werden. So ist es notwendig,
die reflexionsvermindernden Stoffe in verankernden Zwischenschichten einzubringen,
die an dem Trägermaterial festhaften, jedoch nicht mit den das Reliefbild erzeugenden
fotopolymerisierenden Schichten reagieren. Diese Schichten sind gegen Lösungsmittehnischungen,
wie sie erfindungsgemäß zur Entfernung. der nicht belichteten Anteile der fotopolymerisierbaren,
unter einem Negativ belichteten Schicht angewendet werden, resistent. Es wird höchstens
ein Quellen dieser Grund- bzw. Zwischenschicht erreicht, so daß es mechanischer
Einwirkung bedarf, die harzige Grundschicht an den nicht durch das Bild geschützten
Stellen zu entfernen. Allgemein sollen aber gerade diese Schichten nicht entfernt
werden - im Gegensatz zur Erfindung, wo sie entfernt werden müssen.
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In einer Ausbildung der Erfindung werden Substanzen in zusammenhängender
Schicht auf die Metalloberfläche aufgebracht, deren Reflexionskoeffizient klein
gegenüber demjenigen der Metalloberfläche ist (größenordnungsmäßig etwa < 10
%). Damit wird die Intensität des reflektierten Lichts so weit geschwächt, daß sie
zu einer fotochemischen Umsetzung in der lichtempfindlichen Schicht, die sich über
der erfindungsgemäßen Schicht befindet, an den nur vom reflektierten Licht getroffenen
Stellen nicht mehr ausreicht.
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Diese reflexionsvermindernde Substanz kann entweder in einer Flüssigkeit
gelöst oder dispergiert vorliegen und durch Eintauchen der metallüberzogenen Platte
in die Flüssigkeit oder durch Aufstreichen oder Aufsprühen der Flüssigkeit auf die
Metalloberfläche aufgebracht werden. Anschließend wird die Trägerflüssigkeit verdampft.
Entsprechend kann eine reflexionsvermindernde Schicht hergestellt werden, indem
geeignete chemische Substanzen in einem Gasstrom dispergiert oder durch Aufdampfen
im Vacuum auf die Metalloberfläche aufgebiacht werden.
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In einer anderen Ausbildung der Erfindung wird die reflexionsvermindernde
Schicht durch chemische Umsetzungen der die Oberfläche des Metallüberzugs bildenden
Metallatome gebildet. Dies kann durch Reaktionen mit gasförmigen z. B. H. S-Gas
oder mit flüssigen Substanzen z. B. Schwefel-Leber K, S erreicht werden.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung hat die aufgebrachte reflexionsvermindernde
Schicht die Eigenschaft, die an ihrer Oberfläche und an der Oberfläche des Metallüberzugs
der Trägerplatte auftreffenden Lichtstrahlen so zu reflektieren, daß sie sich durch
Interferenz auslöschen. Dazu ist es erforderlich, Brechungsindex und Schichtdicke
dieser Substanz entsprechend der Wellenlänge des zur Belichtung gewählten Lichts
zu bestimmen.
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Alle beschriebenen reflexionsvermindernden Schichten müssen außerdem
noch ätzfähig sein. Sie dürfen die sich an den Belichtungs- und Entwicklungsvorgang
anschließende
Ätzung der Platte nicht beeinträchtigen.
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Ausführungsbeispiel Eine mit einer Vielzahl ringförmiger Speicherelemente
versehene Matrixplatte soll durch flächenhafte Leitungsführung verschaltet werden.
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Ober- und Unterseite der Platte sowie die zylindrischen Durchführungen
der in diese Platte eingebetteten ringförmigen Speicherelemente werden mit einem
Metallüberzug, vorzugsweise einer Kupferbelegung, die mit Silber veredelt sein kann,
versehen. Diese metallisierte Trägerplatte wird zur Herstellung der reflexionsvermindernden
Schicht 20 bis 30 sec bei Zimmertemperatur in eine Lösung von 10 g K2 S (Schwefel-Leber)
in 11 H2 O unter Zugabe von etwa 20 bis 50 cm3 NH3 Lösung getaucht. Auf der ganzen
Plattenoberfläche entsteht während dieser Zeit eine blauschwarze Oberfläche. Die
Platte wird sodann so lange getrocknet, bis der gebildete Metallsulfidniederschlag
wischfest geworden ist. Nachdem auf die Trägerplatte eine lichtempfindliche Schicht
aufgebracht ist, wird sie in einem um eine waagerechte Mittelachse schwenkbaren,
evakuierbaren Belichtungsrahmen eingespannt und unter zwei auf Vorder-bzw. Rückseite
der Platte angepreßten Fotonegativen in parallelem aktinischem Licht nach einem
vorgeschlagenen Verfahren belichtet.
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Die durch die Speicherelemente führenden Leitungen werden dabei im
gleichen Belichtungsvorgang während der Drehung des Belichtungsrahmens belichtet.
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Nach dem Entwicklungsvorgang werden die unbelichteten Teile des Metallüberzugs
durch Ätzung entfernt.
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Das im Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahren zur Herstellung
von Leitungsführungen von Ober- zur Unterseite der Matrixplatte entlang der zylindrischen
Innenwand der ringförmigen Speicherelemente zeigt die Vorteile, die durch die Anwendung
der erfindungsgemäßen reflexionsvermindernden Schicht erreicht werden.
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Die Belichtung dieser Leitungsteile erfolgt nämlich während der Drehbewegung
des Belichtungsrahmens durch schräg auf die zylindrische Innenwand der Speicherelemente
auftreffende parallele Lichtstrahlen. Diese Lichtstrahlen werden ohne die erfindungsgemäße
reflexionsvermindernde Schicht an der glatten metallüberzogenen Innenwand der Speicherelemente
nach dem Reflexionsgesetz sowohl direkt als auch diffus reflektiert und auf die
gegenüberliegende Wandfläche desselben Speicherelements auftreffen und von da erneut
reflektiert werden. Bei jeder Reflexion durchlaufen dann die reflektierten Strahlen
zwei lichtempfindliche Schichten, die bei den zu erwartenden hohen Intensitäten
der reflektierten Lichtstrahlen, photochemische Umsetzungen an Stellen, die keiner
direkten Lichteinwirkung ausgesetzt sind, erfahren.
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Nach Aufbringen einer reflexionsvermindernden Schicht verringert sich
aber die Reflexionsfähigkeit der Metalloberfläche so stark, daß die Intensität der
reflektierten Strahlen zu einer unerwünschten Beeinflussung der lichtempfindlichen
Schicht nicht mehr ausreicht. Das Aufbringen dieser reflexionsvermindernden Schicht
in dem geschilderten Verfahren erfolgt unter geringem Zeit- und Kostenaufwand, so
daß der erreichte Vorteil des anzuwendenden Verfahrens keine wirtschaftlich bedeutenden
Nachteile mit sich bringt.
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In der Figur ist im Schnitt eine für das Direktkopierverfahren vorbereitete
Trägerplatte mit einem Negativ des Schaltungsbildes dargestellt.
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Die Isolierstoffunterlage 1 ist mit einem Metallüberzug 2 versehen.
Auf diesem befindet sich die reflexionsvermindernde Schicht 3 und darüber die lichtempfindliche
Schicht 4. Die Belichtung erfolgt durch das Negativ 5 des Schaltungsbildes,
das unmittelbar über der lichtempfindlichen Schicht 4 liegt.