DE1164528B

DE1164528B - Process for the manufacture of printed circuit boards

Info

Publication number: DE1164528B
Application number: DER27297A
Authority: DE
Inventors: Fritz Stahl
Original assignee: FRITZ STAHL ING; RUWEL WERKE GmbH
Current assignee: FRITZ STAHL ING; RUWEL WERKE GmbH
Priority date: 1960-02-10
Filing date: 1960-02-10
Publication date: 1964-03-05

Description

Verfahren zum Herstellen von gedruckten Leiterplatten Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von gedruckten Leiterplatten, welche aus einem geeigneten Isolierstoff, beispielsweise einem Epoxyglasfasermaterial in Plattenform, bestehen und bei welchem die Leiterzüge aus einer Grundfolie, beispielsweise Kupfer bestehen, welche durch galvanische Verfahren verstärkt und mit anderen Metallen bedeckt ist. Solche Überzüge aus anderen Metallen dienen dazu, sowohl die mechanischen Eigenschaften zu verbessern als auch einen Korrosionsschutz herbeizuführen..- Üblicherweise werden derartige Leiterplatten" in der Weise hergestellt, daß man zunächst ein mit einer Kupferfolie kaschiertes Isoliermaterial mit dem Negativbild der gewünschten Leitermuster vermittels einer Farbe bedruckt, welche genügend widerstandsfest ist, um die späteren, galvanischen und Ätzvorgänge zu überdauern. Sodann wird beispielsweise galvanisch das Kupfer verstärkt, oder es wird beispielsweise eine Schicht aus Nickel und darüber eine relativ dünne Deckschicht aus Gold aufgebracht.Process for making printed circuit boards The present The invention relates to a method for producing printed circuit boards, which from a suitable insulating material, for example an epoxy fiberglass material in Plate shape, and in which the conductor tracks consist of a base film, for example Copper are made, which are reinforced by galvanic processes and with other metals is covered. Such coatings from other metals serve both the mechanical To improve properties as well as to bring about corrosion protection ..- Usually are such circuit boards "manufactured in such a way that you first have a a copper foil laminated insulating material with the negative image of the desired Conductor pattern printed by means of a color that is sufficiently resistant, to survive the subsequent galvanic and etching processes. Then, for example the copper is galvanically reinforced, or a layer of nickel is used, for example and over it a relatively thin top layer of gold is applied.

Es ist auch bereits bekannt, zum Herstellen von gedruckten Leiterplatten von unkaschierten Isolierstoffplatten auszugehen. Hierbei werden diese zunächst mit einer Kleberschicht versehen, auf diese eine dünne Silberschicht niedergeschlagen und die Silberschicht mit dem Negativ des Leitermusters bedruckt. Hiernach werden die Leiter praktisch vollständig durch galvanische Metallabscheidung auf der unbedruckten Silberoberfläche aufgebaut, und schließlich wird die Druckfarbe mit der darunterliegenden Silberschicht und Kleberschicht abgewaschen. Derart hergestellte Leiterplatten weisen als schwerwiegenden Nachteil eine geringe Haftfestigkeit der Leiterzüge auf dem Untergrund auf, was in der Hauptsache dadurch bedingt wird, daß die dünne Silberschicht nicht die in galvanisch abgeschiedenen Metallschichten stets auftretenden Spannungen aufzunehmen vermag, so daß ihre Bindung zur Isolierstoff-Oberfläche gelockert wird; zudem ist dieses Verfahren, verglichen mit den üblichen Ätzverfahren bei kaschierten Isolierstoffplatten, preismäßig unterlegen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich nicht auf derartige Leiterplatten. Sie bezieht sich vielmehr auf Leiterplatten, für deren Herstellung von ein- oder beidseitig mit Metallfolien kaschierten Isolierstoffen ausgegangen wird.It is also already known for the manufacture of printed circuit boards assume unclad insulation panels. Here these are first provided with a layer of adhesive, deposited on this a thin layer of silver and the silver layer is printed with the negative of the conductor pattern. Be afterwards the conductors practically completely through galvanic metal deposition on the unprinted Silver surface is built up, and eventually the ink blends with the underlying Silver layer and adhesive layer washed off. Printed circuit boards produced in this way have a serious disadvantage is the poor adhesive strength of the conductor tracks on the Underground on, which is mainly due to the fact that the thin silver layer not the voltages that always occur in electrodeposited metal layers able to absorb, so that their bond to the insulating material surface is loosened; In addition, this process is compared with the usual etching process for laminated Insulation panels, underlay in terms of price. The present invention relates to not on such circuit boards. Rather, it relates to printed circuit boards, for the production of insulating materials laminated with metal foils on one or both sides is assumed.

Bei solchen bekanntgewordenen Leiterplatten mit Deckmetallschichten aus korrosionsbeständigem Material tritt als schwerwiegender Nachteil ein starkes Unterätzen beim abschließenden Entfernen der Druckfarbe und Abätzen der von ihr bedeckt gewesenen Kupferfolie auf. Da aber insbesondere die Edelmetallüberzüge kostspielig sind, macht man sie nur so dick, wie dies zum Erfüllen ihrer Aufgabe, dem Korrosionsschutz, erforderlich ist. Die beckmetallschicht ist demnach grundsätzlich sehr dünn, beispielsweise einige 1, stark.In such known circuit boards with cover metal layers from corrosion-resistant material, a serious disadvantage occurs as a strong one Underetching during the final removal of the printing ink and etching away from it covered copper foil. But since the precious metal coatings in particular are expensive are made, they are only made as thick as this is necessary to fulfill their task, the corrosion protection, is required. The beckmetallschicht is therefore basically very thin, for example some 1, strong.

Das Unterätzen führt zum,Abbau des unter der Deckmetallschicht liegenden Kupfers. Damit liegt die dünne Schicht des Oberflächenmetalles in den Randbezirken hoh1:@ IJa sie mechanisch sehr leicht verletzbar ist, führt dfeg zum Ablösen und Abbröckeln der Randbezirke der Leiterzüge. Die Folge ist nicht nur, daß die Konturentreue verlorengeht. Das Einreißen des dünnen Randfilms führt in der Regel auch zum Verletzen der ganzen Deckrrietallschicht. Außerdem führt die mechanische Instabilität der Randbezirke der Leiter, besonders wenn auf ihnen andere Bauteile gleiten, wie dies bei Schaltern der Fall ist, durch Rißbildung u. dgl. zu Störungen.The undercutting leads to the degradation of the underlying metal layer Copper. This means that the thin layer of the surface metal lies in the outskirts hoh1: @ IYes it is mechanically very easily injured, dfeg leads to detachment and Crumbling of the outskirts of the conductor tracks. The consequence is not only that the contour accuracy get lost. The tearing of the thin edge film usually also leads to injury of the entire cover ring. In addition, the mechanical instability of the Outskirts of the ladder, especially if other components slide on them like this is the case with switches, caused by cracking and the like.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von gedruckten Leiterplatten, bei denen die Grundschicht der Leiter vermittels galvanischer Verfahren verstärkt ist und welche auch in den Randbezirken stabile Leiterzüge aufweisen.The aim of the present invention is a method for producing printed circuit boards, in which the base layer of the conductor by means of galvanic Process is reinforced and which also have stable conductor tracks in the outskirts.

Dies wird erreicht mit einem Verfahren zum Herstellen von gedruckten Leiterplatten, bestehend aus einem isolierenden Basismaterial, das auf einer oder beiden Seiten eine mit ihm fest verbundene Metallfolie trägt, auf der durch Bedrucken mit geeigneten Druckfarben und nachfolgendem, vorzugsweise galvanischem Aufbringen von einem oder mehreren Metallen, wobei das außenliegende Metall ätzfest ist und geeignete günstige Korrosionseigenschaften aufweist, sowie durch nachfolgendes Ätzen das gewünschte Leitermuster hergestellt ist, daß gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß auf den nicht von der aufgedruckten Farbe bedeckten Stellen der auf Basismaterial aufgebrachten Metallfolie eine aus einem oder mehreren Metallen bestehende Schicht vorzugsweise galvanisch aufgebracht wird, die dicker als die aufgebrachte Farbschicht und zwei- bis zehnmal dicker als die anschließend aufgebrachte korrosions- und ätzfeste Metallschicht ist, und daß letztere Schicht die Oberfläche und die Stirnflächen der über die aufgedruckte Schicht hinausragenden Metallüberzüge bedeckt. Die verstärkende Metallschicht kann aus Kupfer, Nickel oder einem anderen geeigneten Metall bestehen. Die ätzfeste korrosionsbeständige Schicht kann beispielsweise aus Gold bestehen. Nach dem Entfernen der Schutzfarbe wird die von ihr bedeckt gewesene Kupferfolie weggeätzt.This is achieved with a method of making printed Printed circuit boards, consisting of an insulating base material that is placed on an or both sides have a metal foil firmly attached to it, on which by printing with suitable printing inks and subsequent, preferably galvanic application of one or more metals, the outer metal being etch-resistant and has suitable favorable corrosion properties, as well as by subsequent etching the desired conductor pattern is produced that is characterized according to the invention is that on the areas not covered by the printed color of the base material applied metal foil a layer consisting of one or more metals preferably is applied galvanically, which is thicker than the applied paint layer and two- up to ten times thicker than the subsequently applied corrosion- and etch-resistant metal layer is, and that the latter layer is the surface and the end faces of the overprinted Layer of protruding metal coatings covered. The reinforcing metal layer can made of copper, nickel or some other suitable metal. The etch-resistant corrosion-resistant Layer can consist of gold, for example. After removing the protective paint the copper foil that was covered by it is etched away.

Um die Erfindung näher zu erklären, ist in den F i g. 1 bis 5 in schematischer beispielhafter Weise das übliche Verfahren zum Herstellen von derartigen Leiterplatten in seinen einzelnen Schritten dargestellt. Die F i g. 6 bis 10 stellen hingegen die einzelnen Verfahrensschritte und das Ergebnis für Leiterplatten dar, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Alle Figuren stellen Schnittbilder dar.In order to explain the invention in more detail, FIGS. 1 to 5 in schematic by way of example, the usual method for producing such circuit boards shown in its individual steps. The F i g. 6 to 10 places, however represents the individual process steps and the result for printed circuit boards that are after are produced by the method according to the invention. All figures are sectional drawings represent.

In F i g. 1 ist 1 das isolierende Basismaterial und 2 die auf der einen Oberfläche aufkaschierte Kupferfolie, diese trägt den Aufdruck 3, aus einer »Druckfarbe«, welche sowohl gegenüber der galvanischen Behandlung als auch gegenüber den sonstigen Verfahrensschritten resistent ist.In Fig. 1 is 1 is the insulating base material and 2 is the one on the a surface laminated copper foil, this carries the imprint 3, from a "Printing ink", which is opposite to the galvanic treatment as well as opposite is resistant to the other procedural steps.

F i g. 2 zeigt die gleiche Platte, nachdem die freie Oberfläche der Kupferfolie 2, beispielsweise aus Gründen besserer Haftfestigkeit, mit einer dünnen, galvanisch aufgebrachten Metallschicht 4 von etwa 5 [ Dicke versehen worden ist.F i g. 2 shows the same plate after the free surface of the Copper foil 2, for example for reasons of better adhesive strength, with a thin, Electroplated metal layer 4 of about 5 [thickness has been provided.

F i g. 3 zeigt die Platte, nachdem die freie Metalloberfläche mit der Deckschicht, beispielsweise einem 4 [, starken galvanischen Goldbelag 5, versehen worden ist.F i g. 3 shows the plate after having the free metal surface the cover layer, for example a 4 [, thick galvanic gold coating 5 is provided has been.

F i g. 4 stellt die so vorbehandelte Platte dar, nachdem die »Druckfarben«-Schicht 3 entfernt worden ist. Wird die so vorbereitete Platte in ein Atzbad gebracht, um die Kupferfolie 2 an don-bisher von der Druckfarbe 3 bedeckten Stellen zu entfernen, so beginnt mit dem Wegätzen der Kupferfolie zugleich auch das sogenannte Unterätzen. Dieses ist zeitabhängig, also dort am stärksten, wo die Stirnfläche 9 (F i g. 5) am längsten frei dem Atzmittel ausgesetzt ist. Das ist in F i g. 5 unter der Deckmetallschicht bei 10. Hinzu kommt, daß der Unterätzvorgang besonders stark an der Grenze zwischen der Goldauflage der Deckschicht und dem Untergrundmetall ist, weil es dort zur Ausbildung eines den Abbau beschleunigenden, elektrischen Elementes kommt. Diese Elementbildung zusammen mit dem Zeitfaktor bewirken, daß die Deckschicht an den Rändern der Leiterzüge außerordentlich stark unterätzt wird, so daß dort ein dünner, überhängender Film 6 entsteht, der mechanisch leicht verletzlich ist. Wird aber dieser Randfilm 6 verletzt, so geht damit die Konturentreue verloren, und es wird zumeist die ganze Deckschicht verletzt. Derartige Leiterplatten sind daher außerordentlich störanfällig.F i g. 4 shows the plate pretreated in this way, after the "printing inks" layer 3 has been removed. If the plate prepared in this way is placed in an etching bath to remove the copper foil 2 from areas previously covered by the printing ink 3, so the so-called undercutting begins with the etching away of the copper foil. This is time-dependent, i.e. strongest where the end face 9 (Fig. 5) is the longest exposed to the etchant. That is in Fig. 5 under the cover metal layer at 10. In addition, the underetching process is particularly strong at the border between the gold plating of the top layer and the underground metal is because it is there for training an electrical element accelerating the breakdown comes. This element formation together with the time factor cause the top layer on the edges of the conductor tracks is extremely underetched, so that there is a thin, overhanging film 6 arises, which is easily mechanically vulnerable. But if this edge film 6 is injured, so the contour accuracy is lost, and it is mostly the entire top layer hurt. Such circuit boards are therefore extremely prone to failure.

Alle diese Nachteile werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es beispielsweise in den F i g. 6 bis 10 dargestellt ist, vollkommen vermieden.All these disadvantages are in the method according to the invention, such as it is shown, for example, in FIGS. 6 to 10 is shown, completely avoided.

Nach diesem Verfahren wird die Kupferfolie an den von Druckfarbe nicht abgedeckten Stellen zunächst, vorzugsweise galvanisch, verstärkt, und zwar mit einer Kupfer- oder anderen geeigneten Schicht, deren Dicke so bemessen ist, daß diese Schicht wesentlich über die Druckfarbenschicht hinausragt und vorzugsweise die mehrfache Dicke der vorgesehenen Deckmetallschicht, beispielsweise Goldschicht, beträgt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, beispielsweise bei einer Golddeckschicht von 5 l die zunächst auf die Folie an den von Druckfarbe nicht bedeckten Stellen aufgebrachte Metallschicht, beispielsweise eine Kupferschicht, 25 bis 35@ stark zu machen. Sodann wird diese über die Druckfarbenschicht hinausragende Kupferschicht an ihrer freiliegenden Oberfläche mit dem Deckmetall überzogen. Dies kann beispielsweise in einem galvanischen Vorgang mit Gold geschehen. Es kann auch durch einen Tauchlötvorgang erfolgen. Hierdurch wird der Leiter nicht nur an seiner Oberfläche, sondern auch an seinen über die Druckfarbenschicht hinausragenden Stirnflächen gegen die Einwirkung des Ätzmittels geschützt. Wird nunmehr die Druckfarbe abgelöst und die Leiterplatte dem Ätzvorgang unterworfen, so kann das notwendigerweise gleichfalls auftretende »Unterätzen« erst von jenem Bereich der Stirnfläche ab erfolgen, der nicht vom Deckmetall überzogen ist. Ragt beispielsweise die galvanische Verstärkungsschicht 20 g über die Druckfarbenschicht hinaus und beträgt die Deckmetallschicht beispielsweise 5 t, so beginnt die Unterätzung erst in einer Entfernung von 25 lu, gemessen von der Leiteroberfläche. Damit ist sichergestellt, daß auch an den Leiterrändern die Deckmetallschicht auf einem mechanisch stabilen Untergrund von etwa 20 g Stärke aufliegt, es also nicht zur Ausbildung eines an den Leiterrändern frei schwebenden, dünnen Metallfilms kommt. Zugleich wird eine störende Verminderung der Leiterquerschnitte vermieden, und es wird eine robuste Leiterkante ausgebildet, die dem gewünschten Leitermuster entspricht.After this process, the copper foil will not stick to the from printing ink covered places first, preferably galvanically, reinforced, with a Copper or other suitable layer, the thickness of which is such that this Layer protrudes substantially beyond the printing ink layer and preferably more than one Thickness of the provided cover metal layer, for example gold layer, is. It has proven to be advantageous, for example in the case of a gold top layer of 5 l the first applied to the film in the areas not covered by the printing ink Metal layer, for example a copper layer, to make 25 to 35 @ thick. Then this copper layer protruding beyond the printing ink layer becomes at its exposed Surface covered with the cover metal. This can be done, for example, in a galvanic Process done with gold. It can also be done by a dip soldering process. Through this becomes the conductor not only on its surface, but also on its over the Printing ink layer protruding end faces against the action of the etchant protected. The printing ink is now removed and the circuit board the etching process subject, then the necessarily also occurring "undercutting" can first be carried out from that area of the end face that is not covered by the cover metal is. For example, the galvanic reinforcement layer 20 g protrudes over the printing ink layer and if the cover metal layer is, for example, 5 t, then the undercutting begins only at a distance of 25 lu, measured from the conductor surface. So is ensures that the cover metal layer is also mechanically applied at the conductor edges There is a stable base of about 20 g thick, so it is not used for training a thin metal film floating freely at the edges of the conductors. Simultaneously a disturbing reduction of the conductor cross-sections is avoided, and there is a Robust conductor edge formed, which corresponds to the desired conductor pattern.

F i g. 6 zeigt wiederum in schematischer Weise die einseitig mit Kupfer kaschierte und bedruckte Isolierstoffplatte. Es bedeutet wieder 1 das Isolierstoffbasismaterial, 2 die aufkaschierte Kupferfolie und 3 die aufgebrachte »Druckfarben«-Schicht.F i g. 6 again shows schematically the one-sided with copper laminated and printed insulation board. It means again 1 the insulating material base material, 2 the laminated copper foil and 3 the applied »printing ink« layer.

In F i g. 7 ist die bedruckte Basismaterialplatte däfgestellt, nachdem auf den druckfarbenfreien Teilen der aufkaschierten Kupferfolie 2 eine über die Druckfarbenschicht 3 hinausragende, beispielsweise 35 #L dicke beispielsweise galvanisch aufgebrachte Kupferschicht 4' erzeugt worden ist.In Fig. 7, the printed base material plate is shown after a copper layer 4 ', for example 35 #L thick, for example galvanically applied, has been produced on the printing ink- free parts of the laminated copper foil 2.

In F i g. 8 ist die gleiche Platte dargestellt, nachdem die freien Metallflächen von 4' mit ätz- und korrosionsbeständigem Deckmetall überzogen worden sind. Wie dargestellt, überdeckt diese Metallschicht 5, die beispielsweise Gold sein kann, nicht nur die Leitermusteroberfiäche, sondern auch die Stirnfläche 11.In Fig. 8 the same plate is shown after the free metal surfaces of 4 ' have been coated with etch- and corrosion-resistant cover metal. As shown, this metal layer 5, which can be gold, for example, covers not only the conductor pattern surface, but also the end face 11.

In F i g. 9 ist die Leiterplatte dargestellt, nachdem die Druckfarbenschicht 3 entfernt worden ist.In Fig. 9 shows the circuit board after the ink layer 3 has been removed.

F i g. 10 zeigt die Platte nach dem Ätzen. Auch hier setzt mit dem Wegätzen der Kupferfolie das »Unterätzend ein und auch hier wird die Stirnfläche 9 am stärksten an der Grenze zwischen Gold und Kupfer abgebaut. Diese Grenze liegt aber nun etwa 30 #t weiter von der Deckmetallschicht entfernt, als dies bei Platten der üblichen Ausführung der Fall wäre (vgl. 7 in F i g. 10). Man kann deutlich erkennen, daß bei der erfindungsgemäß hergestellten Platte der dünne Deckmetallüberzug 5 überall, also auch an den Rändern, fest auf dem darunterliegenden Metall des Leiterzuges aufliegt und mit diesem zusammen einen festen, kompakten Körper bildet, der auch an den Leiterrändern eine Stärke von etwa 30 bis 35 Et im gewählten Beispiel aufweist (vgl. F i g. 10 bei 8). Das Unterätzen im Bereich der nicht vom Deckmetall überzogenen Stirnflächen 9 bewirkt lediglich eine gewisse Schwächung des Leiterquerschnittes. Diese Querschnittverringerung ist durch entsprechende Bemessung der Metallschicht 4' ausgeglichen.F i g. 10 shows the plate after etching. Here, too, continues with the Etching away the copper foil the »underetching and here too the end face 9 mined most heavily on the border between gold and copper. This limit lies but now about 30 #t further away from the cover metal layer than is the case with plates the usual execution would be the case (see FIG. 7 in FIG. 10). One can clearly see that in the plate produced according to the invention the thin cover metal coating 5 everywhere, also at the edges, firmly on the underlying metal of the conductor run rests and together with this forms a solid, compact body, which also at the edges of the ladder a thickness of about 30 to 35 Et in the chosen Example has (see FIG. 10 at 8). The undercutting in the area of the not dated Cover metal-coated end faces 9 only causes a certain weakening of the conductor cross-section. This cross-section reduction is due to appropriate dimensioning the metal layer 4 'balanced.

Die Druckfarbenschicht3 wird möglichst dünn ausgeführt, wobei sie natürlich noch sicher Durchbrüche beim galvanischen Metallabscheiden verhindern muß. Hierdurch wird erreicht, daß die galvanische Metallzwischenschicht nicht übermäßig dick ausgeführt zu werden braucht.The printing ink layer 3 is made as thin as possible, whereby it Of course, you can still reliably prevent breakthroughs during galvanic metal deposition got to. This ensures that the galvanic metal intermediate layer is not excessive needs to be made thick.

Claims

Claims: 1. Method for producing printed circuit boards, consisting of an insulating base material that is on one or both sides carries a metal foil firmly attached to it, on which by printing with suitable Printing inks and subsequent, preferably galvanic application of one or several metals, the outer metal is etch-resistant and suitable cheap Has corrosion properties, as well as the desired by subsequent etching Conductor pattern is made, d u r c h marked that on the not of the printed color (3) covered areas of the applied to the base material (1) Metal foil (2) a layer (4 ') consisting of one or more metals, preferably is applied galvanically, which is thicker than the applied paint layer (3) and two to ten times thicker than the subsequently applied corrosion- and etch-resistant Metal layer (5) is, and that latter layer is the surface and the end faces which covers the metal conductor tracks (4 ') protruding beyond the printed layer (3).

2. The method according to claim 1, characterized in that the metal layer (4 ') consists of one or more metals that are more noble than the metal layer (5).

3. The method according to claim 1, characterized in that the metal layer (4 ') consists entirely or largely of copper.

4. The method of claim 1 or one of the following, characterized in that the color layer (3) only so thick is chosen so that it is sufficient to apply the metal layers (4 ' and 5) the parts of the foil (2) covered by it with security from metal deposits to protect. References considered: U.S. Patent No. 2,692,190; "Elektro-Technik" (Vogel-Verlag Würzburg), 1957, no. 13, p. 91; »Radio mentor«, 1956, H. 8, p. 518.