DE1176731B - Verfahren zum Herstellen von gedruckten Schaltungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIb

Deutsche Kl.: 21 c - 2/34

Nummer: 1176 731

Aktenzeichen: P 24203 VIII d / 21 c

Anmeldetag: 7. Januar 1960

Auslegetag: 27. August 1964

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Leiterzügen auf isolierendem Untergrund, wie sie unter der Bezeichnung »gedruckte Schaltungen« bekanntgeworden sind. Die bislang zur Herstellung gedruckter Schaltungen vorgeschlagenen Verfahren weisen erhebliche Nachteile auf. Beispielsweise ergibt sich bei dem zur Zeit überwiegend benutzten Herstellverfahren daraus eine beträchtliche Unwirtschaftlichkeit, daß von einem ein- oder beidseitig mit Metallfolie kaschierten Basismaterial ausgegangen wird und im Herstellvorgang alles Metall — außer in den das Leitermuster bildenden Bezirken — durch Ätzen entfernt wird. Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen von nicht mit Kupfer oder einer anderen Metallfolie kaschiertem Basismaterial ausgegangen werden soll. So ist es bekannt, aus einer Kupferfolie in einem Stanzvorgang das Leiterbahnmuster herauszutrennen und sodann auf die Oberfläche eines geeigneten Isoliermaterials aufzupressen. Auch hier ist die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens schlecht. Zudem ist das Erzielen einer ausreichenden Haftfestigkeit schwierig und führt zu erheblichen Preßstand-Zeiten, wodurch eine zusätzliche Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit bewirkt wird. Außerdem bringt dieses Herstellverfahren außerordentliche technologische Schwierigkeiten mit sich, wenn Leiterplatten mit geringer Leiterbreite und geringen Abständen zwischen Leitern hergestellt werden sollen.

Ferner ist es bereits bekannt, die Leiterbahnen durch Aufspritzen oder Aufdrucken von Leitlacken, beispielsweise von Silberleitlack, herzustellen. Die Leitfähigkeit solcher Leitlacke, bei denen die Leitfähigkeit durch die mechanische Berührung plättchen- oder schuppenförmiger Metallteilchen bewirkt wird, ist relativ gering und zudem schwierig zu kontrollieren. Außerdem ist die Haftfestigkeit solcher Leitlackschichten nur gering und für Leiterplatten nach Art der gedruckten Schaltungen ungenügend. Die Tatsache, daß die Oberfläche aus einzelnen Metallschuppen im Verein mit Lackbestandteilen oder Resten dieser besteht und nicht eine geschlossene Metallschicht darstellt, führt nicht nur zu Lötschwierigkeiten, sondern auch zu Alterungserscheinungen, die bis zum spontanen Abblättern führen können. Als weiterer Mangel derartiger Leiterbahnen muß deren hoher Rauschwiderstand angeführt werden." Es ist auch bereits bekannt, solche Leitlackschichten galvanisch mit einer Metalldeckschicht zu überziehen. Dies stößt auf erhebliche technologische Schwierigkeiten, da dann jede Leiterbahn mit der Strom-Zuführungselektrode verbunden werden muß. Zugleich führen derartige galvanische Schichten grundsätzlich Verfahren zum Herstellen von gedruckten
Schaltungen

Anmelder:

Photocircuits Corporation, Glen Cove, N.Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Seiler, Berlin 19, Oldenburgallee 10, und Dipl.-Ing. H. Stehmann, Nürnberg 2,

Patentanwälte

Als Erfinder benannt:

Frederick W. Schneble, Port Washington, N.Y.,

Rudolph J. Zeblisky, Wyandanch, N.Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 8. Januar 1959 (785 703)

zu einer weiteren Verringerung der Haftfestigkeit der Leiterzugbahnen auf ihrem Untergrund.

Des weiteren ist es bekannt, das Leitermuster durch Aufdampfen oder Aufspritzen eines geeigneten Metalls auszubilden. Dieses Verfahren ist nicht nur außerordentlich kompliziert in seiner Durchführung. Seine praktische Ausführung ist zudem kostspielig, und damit hergestellte Leiterzüge weisen grundsätzlich eine nur geringe mechanische Widerstandsfähigkeit auf.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von gedruckten Schaltungen, das in einfacher Weise ausführbar ist und es gestattet, schnell und wirtschaftlich Leiterzüge auf einer großen Vielfalt von isolierenden Basismaterialien herzustellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des Leitermusters gedruckter Schaltungen bedient sich der stromlosen Metallabscheidung auf hierfür mit einem Katalysator versehenen Oberflächengebieten und besteht darin, daß auf der IsolierstofFoberfläche in den zu metallisierenden Gebieten eine Schicht, vorzugsweise im Siebdruck, aufgebracht wird, welche

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aus einer Abmischung aus feinverteilten Metall- oder Abmischung aus einem Harzgemisch und dem Metallsalzpartikeln und einem Harz oder Harz- katalytisch wirkenden Stoff dient. Eine solche Abgemisch besteht, das sich mit der Isolierstoffoberfläche mischung besteht beispielsweise aus fest und dauerhaft verbindet, und daß die mit der Phenol-Formaldehydharz, alkoholaufgebrachten Schicht versehene Isolierstoffoberflache 5 löslich 60 ε

erwärmt wird, um sie auszuhärten und anschließend Poly vinyl-Butyral-Harz 40 g

die derart vorbereitete Isolierstoffoberfläche einem Äthanol 100 e

stromlos Metall abscheidenden Bad für eine Zeitdauer Cuprooxyd gepulvert 20 g

ausgesetzt wird^ die ausreicht um in den hierfür SiO₂ gepulvWt und Diäthylcarbonat in

vorgesehenen Gebieten eine Metallschicht der ge- ίο solchen Mengen, daß sich eine Viskosi-

wünschten Stärke aufzubauen tat von 200 Poise einstellt.

Sollen nichtporöse Oberflachen metallisiert werden,

so wird vorteilhafterweise dem Harz oder Harz- Andere Beispiele geeigneter Abmischungen sind die

gemisch ein poröser Füller zugesetzt, der geeignet ist, folgenden Rezepturen:

den die Metallabscheidung auslösenden Katalysator i₅ Phenol-Formaldehydharz, alkohol-

an sich zu binden und so selektiv an den bedruckten löslich 60 e

Stellen festzuhalten. Polyvinyl-ButyValnarz'.''.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 40 g

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Äthanol 100 ε

wird die die Abscheidung katalysierende Substanz der Zinkstaub 3 ε

Harzabmischung in einer inaktiven Form zugesetzt 20 ^q pulverisiert'und

und erst in einem späteren Verfahrensschritt aktiv Diätfiylcarbonat ausreichend, um eine

gemacht ^ ~ ,· Viskosität von 200Poise einzustellen. Als die Abscheidung katalysierender Stoff dient

feinzerteiltes Metall oder eine solche Metallverbindung _TT. , . , ,. _rr ,_.„ ... , ,

wie Titan, Silber, Gold, Aluminium, Kupfer, Eisen, a₅ ,J?¹⁶¹??.!. Γ," ^™ ^mJ°°J ^ ^U"5

Titanoxyd, Kupfer-2-Oxyd, Platinchlorid Zinnchlorid, ¹⁰° ^ε Diäthylcarbonat gelost; die Harzlosung wird

Zinn-Fluoborat, Zinnsulfat, Palladiumchlorid, Gold- zusammen mit den Trockenbestandteilen vermischt,

Chlorid, Kobalt, Zinkstaub, Titantrichlorid; die beispielsweise auf einem 3-WaIzen-Farbmischwerk,

Teilchengröße beträgt vorzugsweise 1 μ. Die Bei- oder.

mischung beträgt üblicherweise zwischen einem 30 Phenol-Aldehyd-Epoxydharz-Copoly-

Bruchteil eines Prozentes und etwa 10 °/o· Dieser Wert merisat 100 e

ist jedoch in hohem Maße von der Art der Bei- Hexamethylentetramin '.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 3g

^miu ,^Uu^S, ^nglg · ^VOn, f^WUn? ti n~ Butadien-Acrylonitril-Copolymer ... 100 g

scheidebedmgungen im stromlos arbeitenden Metall- Aluminiumpulver 3 g

abscheidungsbad. 35 Diäthylcarbonat und

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung Diacetonalkohol ausreichend, um eine

wird im stromlosen Metallabscheidungsbad nur eine Viskositätvon200Poisezu erreichen, für eine Weiterbehandlung ausreichende Metallschicht

abgeschieden und diese sodann, beispielsweise gal- Die bedruckte Isolierstoffplatte wird einer Wärme-

vanisch oder durch Tauchen in geschmolzenes Lot- 40 behandlung, beispielsweise bei 140⁰C, unterworfen,

zinn, verstärkt. um das Harzgemisch vollständig oder vorzugsweise

In allen Fällen wird die abgeschiedene Schicht teilweise auszuhärten. Hierfür reicht beispielsweise

zweckmäßigerweise durch Erwärmen fest mit dem eine Zeit von 60 Minuten aus.

isolierenden Untergrund verbunden, wobei durch das Zweckmäßigerweise wird hiernach die Oberfläche

Erwärmen der mit dem abgeschiedenen Metall be- 45 der aufgedruckten Schicht leicht abgezogen, beispiels-

deckten Harzschicht diese voll ausgehärtet wird. Es weise mit Stahlwolle oder Sandpapier oder anderen

hat sich als vorteilhaft erwiesen, diese Wärmebe- geeigneten Schleifmitteln.Hierdurch soll erzielt werden,

handlung vor einer Weiterbehandlung beispielsweise daß aktive Zentren für die stromlose Metallab-

in einem galvanischen Bad auszuführen. scheidung freigelegt und leicht erreichbar gemacht

Als Basismaterial für nach der Erfindung herge- 50 werden.

stellte gedruckte Schaltungen können beispielsweise Die derart vorbereitete Isolierstoffplatte wird nun-

Platten geeigneter Dicke aus Keramik, Phenol- mehr in ein stromlos Metall abscheidendes Bad ge-

formaldehydharzen, Melamine-Harnstoff-Harzen, Vi- bracht. Hierfür geeignete Badkompositionen weisen

nylacetat - Chlorid - Copolymeren, Celluloseazetat, beispielsweise die folgende Zusammensetzung auf:

Gummi, Epoxyharzpolymeren, Glasgeweben, epoxyd- 55 Kupfersulfat, Kristalle 14,6 g

überzogenen Glasoberflachen oder anderen stabilen, Natriumhydroxyd 75g

festen oder flexiblen Isoliermaterialien dienen. Die Rochelle Salz 75ε

stromlos abgeschiedene Metallschicht kann beispiels- Formaldehyd (37⁰V) 340 g

weise aus Kupfer, Nickel, Silber, Gold Rhodium be- _{Wassef aü}>_rdcheJ _für' '₁₀00 ml'Bad- '

stehen oder auch aus Kombinationen dieser Metalle. 60 flüssiekeit

Im folgenden wird die Erfindung an Beispielen näher

dargestellt: Dieses Bad wird bei Raumtemperatur benutzt, und

B e i s ο i e 1 I ^'^e Einwirkungszeit beträgt je nach gewünschter

Schichtdicke eine bis eine Anzahl von Stunden. An-

AIs Ausgangsmaterial dient eine Phenol-Formalde- 65 schließend wird die Platte mit dem Leitermuster

hydharz-Isolierstoffplatte mit glatter Oberfläche. Diese sorgfältig gespült. Anschließend wird sie mit einer der

wird beispielsweise im Siebdruck mit dem gewünschten bekannten Oberflächenschutzschichten überzogen so-

Leitermuster bedruckt, wobei als Druckfarbe eine wie durch Wärme ausgehärtet.

Wahlweise kann die Leiterplatte durch Tauchen in geschmolzenes Lötzinn mit einer Lötzinnauflage auf den Leiterzügen versehen werden. Eine solche wirkt dann zugleich als Oberflächenschutz und verbessert die Löteigenschaften.

An Stelle des Lötzinnüberzuges kann auch ein weiterer Metallüberzug, sei es durch stromlose, sei es durch galvanische Abscheidung aufgebracht werden.

Beispiel II

Als Ausgangsmaterial soll eine Acetatcellulosefolie dienen. Diese wird mit einem Lack bedruckt, der beispielsweise 10 % Aluminiumpulver enthält. Nach dem Bedrucken wird die Oberfläche durch Abschleifen aufgemacht. Sodann wird in einem stromlosen Bad eine Kupferschicht abgeschieden, die es gestattet, diese gebildete Primärschicht galvanisch, beispielsweise mit Kupfer, bis zur gewünschten Dicke aufzubauen. Beispielsweise kann hierfür eine Badzeit von 2 bis 3 Stunden angewendet werden. Schließlich wird eine dünne Deckschicht aus beispielsweise Silber oder Rhodium aufgebracht.

B e i s ρ i e 1 III ₂,

Keramisches Ausgangsmaterial kann in gleicher Weise, wie beispielsweise im Beispiel I beschrieben, behandelt werden. Es kann jedoch auch von der grünen, ungebrannten Keramik ausgegangen werden. Beispielsweise wird die grüne Keramik mit einer Abmischung, bestehend aus Gummiarabikum und etwa 1 bis 10% Titantrichlorid oder Titandioxyd oder feinverteiltem Eisen, Aluminium, Kupro oder Kuprooxyd, bedruckt. Sodann wird sie gebrannt und im Anschluß daran in das stromlos Metall abscheidende Bad gebracht. Nach dem Ausbilden einer entsprechenden Metallschicht kann die Weiterbehandlung wie in den übrigen Beispielen beschrieben vorgenommen werden.

B e i s ρ i e1 IV

40

Ausgangsmaterial soll dichtes, glattes Melaminharzlaminat sein. Sollen Leitermuster auf solchem für die Druckfarbe undurchdringbaren Material aufgebaut werden, so wird zum Bedrucken eine Abmischung benutzt, die neben dem geeigneten Harzgemisch feinverteiltes SiO₂ oder Aluminiumoxyd, Asche, Holzmehl oder einen anderen geeigneten Füller enthält, wobei das Harzgemisch derart aufgebaut ist, daß es sich mit dem Basismaterial verbindet. Die mit dieser Abmischung bedruckten Platten werden anschließend in ein Bad gebracht, das eine die Abscheidung aus stromlos arbeitenden Bädern bewirkende Substanz enthält, beispielsweise eine wäßrige Stannochloridlösung die mit HCl angesäuert ist. Sodann werden die Platten sorgfältig gespült und in das stromlos Metall abscheidende Bad gebracht, um wie bereits beschrieben weiter behandelt zu werden.

Es hat sich auch als zweckmäßig erwiesen, derartige Leiterplatten vor dem Einbringen in das stromlos arbeitende Bad einem weiteren Aktivierungsbad, vorzugsweise einem Bad, das Palladiumchlorid oder Goldchlorid enthält, auszusetzen, um eine stärkere Katalyse der Metallabscheidung zu bewirken.

Wahlweise kann das Aktivierungsbad auch eine Suspension von Metallpartikeln, beispielsweise Kupferpartikeln, Eisen oder Aluminiumpartikeln, enthalten.

An Hand der Zeichnungen wird das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt das Basismaterial 10, das aus einem geeigneten, isolierenden Material besteht und das durch Siebdruck hergestellte Muster 12 trägt. Die aufgedruckte Schicht 12 besteht aus der beschriebenen Abmischung aus Harz und Katalyt.

Anschließend wird das Basismaterial 10 mit aufgedrucktem Muster 12 nach entsprechender Zwischenbehandlung in ein stromlos Metall abscheidendes Bad gebracht, wo ein dünner, fest haftender Film 14 des ausgewählten Metalls ausgebildet wird (F i g. 2). Wie in F i g. 3 dargestellt, wird das Leitermuster schließlich mit einer Lötzinnschicht 16 verstärkt. F i g. 4 zeigt schließlich die Aufsicht auf die derart hergestellte Leiterplatte.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von gedruckten Schaltungen auf Isolierstoffoberflächen vermittels stromloser Metallabscheidung auf hierfür mit einem Katalysator versehenen Oberflächenbezirken, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Isolierstoffoberfläche in den zu metallisierenden Gebieten eine Schicht, vorzugsweise im Siebdruck, aufgebracht wird, welche aus einer Abmischung aus feinverteilten Metall- oder Metallsalzpartikeln und einem Harz- oder Harzgemisch besteht, das sich mit der Isolierstoffoberfläche fest und dauerhaft verbindet, die mit der aufgebrachten Schicht versehene Isolierstoffoberfläche erwärmt wird, um sie auszuhärten und anschließend die derart vorbereitete IsolierstofFoberfläche einem stromlos Metall abscheidenden Bad für eine Zeitdauer ausgesetzt wird, die ausreicht, um in den hierfür vorgesehenen Gebieten eine Metallschicht der gewünschten Stärke aufzubauen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmischung einen Gehalt an Metall- oder Metallsalzpartikeln zwischen 1 und 10% aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall- oder Metallsalzpartikeln, an einen porösen Füller gebunden, dem Harz oder Harzgemisch zugesetzt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmischung aus

60 g Phenol-Formaldehydharz, alkohollöslich,

40 g Polyvinyl-Butyralharz,
100 g Äthanol,

20 g gepulvertem, feinverteiltem Kupferoxydul

und einer solchen Menge SiO₂ und Dimethylkarbonat besteht, daß sich eine Viskosität von 200 Poise einstellt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmischung aus

100 g Phenolaldehyd-Epoxyharzen,

3 g Hexamethylentetramin,
100 g Butadien-Acrylonitril-Copolymer,
6 g Aluminiumpulver

und einer solchen Menge SiO₂ und Diacetonalkohol besteht, daß sich eine Viskosität von 200 Poise einstellt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmischung aus

60 g alkohollöslichem Phenol-Formaldehydharz, 40 g Polyvinyl-Butyralharz,
100 g Äthanol,
3 g Zinkstaub

sowie einer solchen Menge an gepulvertem SiO₂ und Diäthylkarbonat be- ίο steht, daß sich eine Viskosität von 200 Poise einstellt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den zu metallisierenden Bezirken aufgebrachte Schicht zunächst nur teilweise ausgehärtet wird und nach dem Aufbringen der stromlos abgeschiedenen Metallschicht in einer weiteren Wärmebehandlung die volle Aushärtung bewirkt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator der Harzabmischung in einer inaktiven Form zugesetzt und erst in einem späteren Verfahrensschritt aktiv gemacht wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum stromlosen Abscheiden einer Kupferschicht ein Bad der folgenden Zusammensetzung benutzt wird.

14,6 g Kupfersulfat, kristallisiert,
7,5 g Natriumhydroxyd,
7,5 g Rochellesalz,
34,0 g Formaldehyd (37%),

Wasser, um 1000 ml Badflüssigkeit herzustellen.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stromlos abgeschiedene Metallschicht in einem nachfolgenden Verfahrensschritt in an sich bekannter Weise durch galvanische Abscheidung oder Tauchen in geschmolzenes Lötzinn verstärkt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Kunststoffe«, 1954, H. 9, S. 387;
»radio-mentor«, 1948, H. 9, S. 390 bis 395;
»Metallwaren-Industrie und Galvanotechnik«, 1957, H. 12, S. 516 bis 520.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 658/400 S. 64 © Bundesdruckerei Berlin