DE1465746A1 - Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen

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DE1465746A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anfertigung geschichteter Gebilde. Sie ist insbesondere darauf gerichtet, die Verfahren zu verbessern, die zur Laminierung elektrisch leitender Materialien auf Isolierfilme oder -blätter zur Herstellung von Gebilden dienen, die vor allem als sogenannte gedruckte Schaltungen Anwendung finden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung bläschenfreier Schichten für gedruckte Schaltungen, die in Tieftemperaturgeräten Verwendung finden.
Es ist üblich, bei der Herstellung vieler elektrischer und elektronischer Geräte heutzutage gedruckte Schaltungen anstelle von von Hand verdrahteter Schaltungen zu verwenden. Der Ausdruck "gedruckte Schaltungen" bezieht sich allgemein auf Stromkreise, bei denen ein bestimmtes Muster einer leitfähigen Metallschicht auf eine isolierende Unterlage aufgebracht ist und den Stromweg bestimmt.
Bei den bekannten Verfahren zur Erzeugung gedruckter Schaltungen wird Film eines eBrtrisch gut leitenden Metalls auf eine isolierende Unterlage bracht. Das Aufbringen wird gewöhnlich erreicht durch Verbinden des MflBflßmit der Unterlage mittels eines Klebstoffs.
809902/0747 Neue iferfagen (Art. 7 § ι
f Safe 3 des Änderungsges, v. 4,9,
tun
er
12. Juni 1968
Die Metalloberfläche des geschichteten Gebildes wird mit einer Schutzmasse abgedeckt, die in einem Muster aufgebracht wird, das dem gewünschten Schaltungsmuster entspricht. Die nicht abgedeckten Teile des Metalls werden dann durch Ätzen entfernt.
Es ergab sich leider, daß gedruckte Schaltungen, die durch die bekannten Verfahren hergestellt wurden, aus einer Reihe von Gründen nicht vollständig einwandfrei sind. Einmal wurde gefunden, daß die Bindung zwischen der isolierenden Unterlage und dem leitenden Metallfilm dadurch unvollkommen war, daß Hohlräume oder Bläschen, die durch eingeschlossene Luft oder andere Gase erzeugt werden, vorliegen. Während des Ätzvorganges findet die Ätzflüssigkeit ihren Weg in die Hohlräume und erzeugt ein leitendes Muster, dessen Abmessungen von denen des durch die Schutzschicht definierten Musters abweichen. Die Änderung der Abmessungen ihrerseits hat Änderungen in den elektrischen Eigenschaften des Musters zur Folge.
Wenn solche Schaltungen in Tieftemperaturgeräte eingebaut und in ein flüssiges Kühlmittel eingetaucht werden, wie zum Beispiel flüssiges Helium, gelangt das Kühlmittel außerdem in die Hohlräume zwischen dem leitfähigen Muster und der isolierenden Unterlage, Bei der Entfernung aus dem Kühlmittel und dem Erwärmen auf Raumtemperatur dehnt sich das flüssige Kühlmittel rasch aus und verursacht dabei bisweilen einen Bruch oder das Ablösen der Metallschicht.
Es zeigte sich auch, daß es sehr schwierig ist, eine gute Haftung zwischen Metallfolien und Kunststoffilmen zu erreichen, insbesondere, wenn das Metall als dünne Folie eines der sehr weichen Metalle, wie zum Beispiel hochreines Blei oder Zinn, vorliegt, die häufig in Tieftemperaturgeräten wegen ihrer supraleitenden Eigenschaften verwendet werden.
809902/0747
12. Juni 1968
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geschichtetes Gebilde zu erzeugen, bei dem isolierende und elektrisch leitende Schichten fest aneinander haften, frei von Bläschen oder Lufteinflüssen zwischen den Lagen sind und die besonders als gedruckte Schaltungen in Tieftemperaturgeräteri geeignet sind. Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten. Schaltung, bei dem von mindestens einer dielektrischen Unterlage und mindestens einer darauf aufzubringenden Metallfolie ausgegangen wird, bei der %
zum Erhöhen ihres Haftvermögens auf der dielektrischen Unterlage eine Seite in eine Metallverbindung umgewandelt ist, und bei dem auf eines der aneinander zu befestigenden Teile eine wärmehärtende Klebstoffschicht aufgebracht wurde, dadurch gelöst, daß die Folie mit der in eine Metallverbindung umgewandelten Seite lose auf die dielektrische Unterlage gelegt wird und die geschichtete Anordnung zum Entfernen etwaiger Gasreste, die sich noch zwischen den aufeinanderliegenden Teilen befinden, in ein Vakuumgefäß gebracht wird, in dem die Anordnung zum Erzielen einer festen Bindung zwischen den zu vereinigenden Teilen eine an sich bekannte Wärme- und Druckbehandlung erfährt und daß schließlich die nicht benötigten Teile der Metallfolie in an sich bekannter Weise, z.B. durch einen Ätzvorgang,entfernt werden. \
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden genaueren Beschreibung, die zur Veranschaulichung eine Beschreibung der bevorzugten Art und Weise der Ausführung der Erfindung umfaßt.
9902/0747
Docket 10 659 1*66746
Oan* allgemein besteht da« Verfahren geaMA der Erfindung darin«
die zu laminlerende elektrisch leitende Metallschicht mit einen sogenannten Umwandlungsbelag zu versehen. Die Metallschicht oder Metallschlohten und die isolierende Lamelle oder Lamellen werden lose aufeinandergelegt, nachdem sie mit einer Klebstoffschicht versehen wurden und werden einem Vakuum ausgesejbzt« um die swisohen den Schichten befindliche Luft oder andere Oase zu entfernen. Im Vakuum wird die Anordnung von elektrisch leitenden und isolierenden Schichten, zwischen denen ei oh Klebstoff Urne befinden« Hitze und Druck ausgesetzt« um die Schichten miteinander zu verbinden. /',
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Teile der elektrisch leitenden Sohiohten werden dann entfernt« vorzugsweise durch ein Foto-Xtsverfahren« um das gewünscht· elektrisch leitende Muster su erzeugen.
Die Erfindung 1st besonders nützlich bei dem Laminieren dünner Kunststoff line und Metallfolien, um biegsame gedruckte Schaltungen su erzeugen. Insbesondere wird gemXB der Erfindung ein« sehr starke Bindung «wischen dünnen Folien der welchen Metalle wie Blei oder Zinn und dünnen Filmen aus isolierenden Kunststof!materialien erzeugt. ...' · ■ - ' ■ ·■■· -
Oenauer gesagt, besieht sich die Erfindung auf das Laminieren von metalllsohen und elektrisch isolierenden Folien oder Filmen« um mehrechiohtige oder laminierte Oebilde zu erzeugen.
Die metallische Folie kann aus irgend einem Metall oder einer Metallegierung bestehen» das biw. diedie für gedruokte Schaltungen erforderliche elektrische Leitfähigkeit besitzt. IfIe vorher erwähnt, ist die Erfindung besonders nUtzlioh in den Fällen, in denen die metallische Schicht aus einem der weichen Metalle, speslell Blei oder Zinn oder ihren Legierungen« zusamoengesetst 1st»
•S-
BAD ORiGiNAL Neue Anmeldiinosunterlaqen
- 5 - Docket 10 6]>9
1*667«
Jedooh kann die Erfindung ebenso bei der Erzeugung von laminierten Gebilden angewendet werden, die Kupfer, Aluminium oder andere leitfähige : tatallschichten enthalten.
Her elektrisch Isolierende Film kann aus Irgend einem nichtleitenden Material zusammengesetzt sein, wie z· B. Papier, Kunststoff, Glas und Kombinationen davon, solange das Material für das Laminierungsverfahren und dl· Umgebung« in der das Erzeugnis benutzt wird, geeignet 1st. lsi allgemeinen jedooh 1st die Erfindung besonders geeignet für dl· Lamelllerung von Kunststoffollen wie Mylar, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Zelluloseacetat, λ Polytetrafluoräthylen usw.
Dor erste wesentlich· Sohritt.der Erfindung besteht darin, die Metallschicht mit einer sogenannten Umwandlungsschicht zu versehen. Der Ausdruck Umwandlungsschioht ist ein Fachausdruck aus dem Oebiet der Chemie und besieht sich auf eine Schicht, die durch Reaktion auf der Metalloberfläche entsteht. Durch diese chemische Reaktion wird dl· ursprüngliche Metalloberfläche in eine Metallverbindung umgewandelt. " -
So erzeugt beispielsweise da· Eloxieren von Aluminium, Blei, Magnesium uad anderen Metallen eine Umwandlungssohioht, dl· aus dem Metalloxyd besteht· Ander· Behandlungen mit wässrigen Lösungen I in elektrolytischen oder chemischen Verfahren erzeugen Metaliohromat·, Metallphosphat· und andere Umwandlungssohlchten auf der Metalloberfläche.
Es wurde gefunden, daß dl« Erzeugung einer solchen Reaktlonssohlcht auf der Oberfläche des Metalls vor dem Verbinden das Haftvermögen * des Metalls an der isolierenden Schicht sehr verbessert.
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I I W U V
- 6 - Docket 10 639
Außer der Verbesserung des Haftvermögens des Metalls auf dem Kunststoff wird auoh das Haftvermögen der im Xtzprozess verwendeten Schutzraasse auf dem Metall ebenfalls stark verbessert, wenn die belichtete Metalloberfläche ebenfalls mit einer Konversionsschicht versehen wird. Dann wird beim Ätzen das Eindringen des Ätzmittels unter die Schutzmasse und die sich daraus ergebende ungenaue Herstellung des leitfähigen Musters vermieden.
Das isolierende Material kann ebenfalls vorbehandelt werden, wenn das zur Verbesserung dee Haftvermögens erforderlich ist. Kenn das Isolierende Material beispielsweise eine Kunststoffolie ist» kann sie vor dem Verbinden durch Waschen mit einer wässrigen Lösung eines starken Alkall oder von Chromschwefelsäure gereinigt werden.
Die zwischen der isolierenden und elektrisch leitenden Schicht befindliche Klebstoffschicht wird entweder auf dieisolierende oder auf die metallisch leitende Schicht aufgebracht. Der Klebstoff ist vorzugsweise eine wärmehärtende Hartverbindung» wie z. £. Fhenol-Forraaldehyd, Polyester oder Epoxyharze. Während die Erfindung die Herstellung von laminierten Gebilden mit' einer beliebigen Anzahl von Schichten erlaubt, ist der häufigste Fall die Herstellung eines laminierten Gebildes, das aus drei Schichten besteht, nämlich einer elektrisch isolierenden Schioht, die sich zwisohen swei Schichten aus elektrisch gut leitenden Metallen befindet. Bei der Herstellung eines solchen dreischichtigen laminierten Gebildes wird die mit einem Klebstoff versehene isolierende Schicht lose zwischen die swei Metallschichten gebracht, die auf ihren Oberflächen einen Überzug*aus einer Umwandlungsschicht aufweisen. Die lose geschichtete Anordnung wird dann in den unteren Abschnitt einer Vakuumvorrichtung eingebracht, die einen oberen und einen unteren Abschnitt aufweist, die unabhängig voneinander evakuiert oder belüftet werden können. .
BAD ORiGINAi
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- 7 - Docket 10 6^9
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Die lose geschichtete Anordnung wird dann von beiden Selten gleichzeitig evakuiert, so daß alle Luft zwischen den Schichten entfernt wird. Dann wird die Evakuierung des oberen Abschnittes beendet und die Luft wieder in diesen Abschnitt eingelassen, während die Evakuierung des unteren Abschnittes fortgesetzt wird· Das hat zur Folge, daß die Schichten dicht aufeinander gepresst werden. Ein in dem oberen Abschnitt der Vakuumyorriohtung befindlicher. Kolben kann ebenfalls benutztwerden, um die Schichten zur Erzeugung eines innigen Oberflächenkontaktes aufeinander zu pressen, um auch auf diese Weise die Entfernung von Luft eier anderen Gasen, die zwischen den Schiohten eingeschlossen sein können, sicherzustellen.
Als nächstes wird die Anordnung, während sie sich noch im Vakuum befindet, zu einer Pressvorrichtung gebracht und Hitze und Druck ausgesetzt, um den Klebstoff auszuhärten und.die Schichten fest miteinander zu verbinden« Das Pressen wird zweckmäßig dadurch ausgeführt, daß die Anordnung zwischen die erhitzten Fressplatten einer Presse gebracht wird·
Nach dor Beendigung des Pressvorganges werden Teile der metallischen Schicht entfernt, um das gewünschte elektrisch leitende Muster zu erhalten· Das selektive Entfernen bestimmter Teile : der elektrisch leitenden Metallschicht wird vorzugsweise dadurch bewirkt, dafl eine lichtempfindliche Sohutzmasse auf die Oberfläche aufgebracht wird, die Schutzmasse Über ein Negativ der I gewünschten elektrisch leitenden Pfade belichtet wird, die unbelichteten Teile der Sohutzaasse aufgelöst und entfernt werden , und dai die ungesohOtSten Teile der metallischen Oberfläche weggeätzt werden.
* ■ ■ . "'·.■■
Das laminierte Oeblide kann dann weiteren Arbeitsgangen unterworfen werden, «le dir Erzeugung von Bohrungen, deren Bohrwandungen elektrisch leitend «eaaoht werden oder den Anbringen von Kontakten, um eine vollstKndlge tedruokte Schaltung tu erzeugen.
-t-
Docket 10 639
Ρ*β Wesen der Erfindung wird durch das folgende detaillierte Aue· führungsbeispiel verdeutlicht·
Beispiel
2 Die Aussangsmaterialien bestehen aus zwei Bleifolien von 15 χ 15 cm, die eine Dicke von einigen .<■ aufweisen und aus einer Mylarfolie von
ebenfalls 15 χ 15 cm , die eine Dicke von etwa JJ i, aufweist.
Die Mylarfolie wurde mit einer starken Alkalilösung abgespult und anschließend mit Wasser bespült und getrocknet.
Die Oberflächen der Blelfollen wurden mit Umwandlungsschichten versehen. Um das zu bewirken, wurden die Bleifolien in einer wässrigen Lösung von tertiärem Natriumphosphat bei einer Spannung von 6 Volt während etwa einer Minute anodisch oxydiert. Die beschichteten Bleifolien wurden dann in Wasser gespült und wurden bei 125°C während Qtwa einer halben Stunde getrocknet.
Eine Lösung eines wärmehärtenden Klebstoffs aus Phenol-Formaldehydharz in einem flüchtigen Äthylalkohol wurde dann auf beide Oberflächen der Mylarfolie gesprüht· Nach dem Trocknen blieben dünne Filme des wärmehärtenden Kienstoffe auf beiden Oberflächen der Mylarfolie zurück.
Die Mylarfolie wurde dann lose zwischen die beiden Bleifolien gelegt und diese lose Anordnung wurde in den unteren Abschnitt einer Vakuumvorrichtung gebracht, die einen unteren und einen oberen Abschnitt besaß, die unabhängig voneinander evakuiert oder belüftet werden können. Der obere und der untere Abschnitt wurden Über der Anordnung geschlossen und in beiden wurde ein Vakuum von etwa 0,1 mm Quecksilbersäule erzeugt, um alle Luft und anderen Oase zwischen den Schichten der Anordnung su ent-
BAD ORiGtNAL
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HeueÄnme!dunn<?unterinnen
- 9 - · Docket 10
1468746
fernen· Da beide Seiten der Anordnung gleichzeitig dem gleichen Vakuum ausgesetzt wurden, blieben die Schichten lose aufeinander polest und ermöglichten ein leichtes Entweichen der eingeschlossenen Gasreste·
Das Vakuum in dem oberen Abschnitt wurde dann belüftet, so daß die Schichten aufeinander gepresst wurden und sich innig berührten. In dem unteren Abschnitt der Vakuumvorrichtung wurde das Vakuum zu dieser Zeit aufrechterhalten· Ein in dem oberen Abschnitt befindlicher Kolben wurde ebenfalls gegen die obere Bleischicht gepresstj um einen festen Kontakt zwischen den Schichten f sicherzustellen·
Dann wurde die Anordnung» noch immer im Vakuum, zwischen die er* hitzten Pressplatten einer Presse gebracht und einem Druck von 4525 kg plus de» Druck von 1 at gegenüber dem Vakuum, der auf die Fläche 15 χ 15 ca wirkte« ausgesetzt. Die Temperatur während des Fressens betrug 150°C, was ausreicht* um die wärmehärtenden Phenol-Pormaldehydharzschichten auszuhärten· Nach einhalbstündigem Pressen wurde die Anordnung dem atmosphärischen Druck ausgesetzt. \ ... . ■. ■. ■;...' ■" ■ ■ ' .
Als nächster Schritt wurden beide Bleioberflachen mit einer nan*· delsüblichen lichtempfindlichen Schutzmasse überzogen« die während einer halben Stunde auf einer Temperatur von 1100C g-..alten wurde. Die Sohutzmasse wurde dann über ein Negativ des gewünschten elektrisch leitenden Musters mit ultraviolettem Lieht belichtet« Die unbelichteten Teile der Sohutzmasse wurden dann mit einer Lösung entfernt« um die darunterliegenden Bleischichten freizulegen.
Das freigelegte Blei wurde dann durch einen Ätzvorgans entfernt. Ausgezeichnete Ergebenisse wurden beim Ätzen mit einer Lösung aus 5 Gramm KaBP4* 2,5 Orte» NHgSOJi und 10 cz? Hg02 (30 £igj in 50 oü? Wasser erzielt·
Neue Änmeldungsunterlagen
- 10 - Docket 10
Dio so hergestellte gedruckte Schaltung war dann für die letzten Verfahronsschritte wie die Herstellung von Bohrungen, deren Wandungen leitend gemacht werden oder für das Anbringen von Kontakten beroit.
Das Erzeugnis war eine dünne flexible, feat verbundene Lamellenstruktur, die frei war von eingeschlossenen Luftresten und hervorragend für die Verwendung in Tiefteasperaturgeräten geeignet war.
BAD ORIGINAL

Claims (3)

- 11 - Docket 10 639 PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, bei dem von mindestens einer dielektrischen Unterlage und mindestens einer darauf aufzubringenden Metallfolie ausgegangen wird, bei der zum Erhöhen ihres Haftvermögens auf der dielektrischen Unterlage eine Seite in eine Metallverbindung umgewandelt ist, und bei dem auf eines der aneinander zu befestigenden Teile eine wärmehärtende Kleb st off schicht aufgebracht wurde, dadurch gekenn- Λ zeichnet, daß die Folie mit der in eine Metallverbindung umgewandelten Seite lose auf die dielektrische Unterlage gelegt wird und die geschichtete Anordnung zum Entfernen etwaiger Gasreste, die sich noch zwischen den aufeinanderliegenden Teilen befinden, in ein Vakuumgefäß gebracht wird, in dem die Anordnung zum Erzielen einer festen Bindung zwischen den zu vereinigenden Teilen eine an sich bekannte Wärme- und Druckbehandlung erfährt und daß schließlich die nicht benötigten Teile der Metallfolie in an sich bekannter Weise, z. B. durch einen Ätzvorgang, entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung wenigstens einer Seite der Metallfolie in eine Metallverbindung durch ano- λ dische Oxydation erfolgt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallfolien die Folien weicher Metalle, wie z.B. Blei, Zinn, Kupfer, Aluminium, verwendet werden.
i»i? UnferlcHfin (Ar». ? 51 Th n? 1SIh 1 ta κν\<.. ,„, -.·,,, .,/«f.,
mi).
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