DE1496984A1 - Verfahren zum Herstellen gedruckter Schaltungen nach der Aufbaumethode - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen gedruckter Schaltungen nach der Aufbaumethode Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen nach der Aufbaumethode. Die Aufbaumethode besteht darin, daß auf einen mit einer Kupferbelegung versehenen Isolierstoffkörper eine Schablone aufgelegt wird# die die Teile der Kupferbelegungg an denen Leitungsbahnen entstehen sollen, nicht abdeckt (Negativschablone); Schablonen in diesem Sinne sind sowohl mehrfach verwendbare '?olien oder Platten mit entsprechenden Ausnehmungeng als auch nur einmal verwendbareg durch Siebdrucken oder Spritzen aufgetragene Abdeckungen. Durch galvanische Abscheidung von Kupfer oder anderen geeigneten Metallen werden die Leitungsbahnen erzeugt; nach dem Entfernen der Schablone werden die unerwünschten Teile, nämlich die nicht galvanisch verstärkten Bereiche der Kupferbelegung weggeätzt.
• Derartige Verfahren sind in der Technik der gedruckten Schaltung bekannt. Es wird dabei von mit Kupferfolien kaschierten Isolierstoffplatten'ausgegangen. Die Kupferfolie wird durch Bindemittel an der Isolierstoffträgerplatte verankert, wobei vielfach zusätzlich die kaschierte Trägerplatte zur Erhöhung der Haftfestigkeit der Kupferfolie am Isoliermaterial hohen Preßdrucken ausgesetzt wird. Der wesentliche Nachteil bei der Verwendung kupferkaschierter Isolierstoffträgir besteht darint daß die Kupferfolie nicht beliebig dünn gemacht werden kann (geringste Stärke ca. 35/um), so daß beim späteren Ätzprozeß relativ lange Ätzzeiten erforderlich sind und dabei die gebildeten Leitungsbahnen vom Ätzmittel ebenfalls angegriffen und insbesondere unterwandet werden. Darüber hinaus werden die Ätzbäder sehr schnell verbraucht, weil die verhältnismäßig große Menge an anfallendem Kupfer die Konzentrationsverhältnisse der Ätzlösung im ungünstigen Sinne verändert.
• Um die aufgezeigten Schwierigkeiten bei der eben beschriebenen sogenannten Polienätzmethode zu überwindeng ist es bereits bekannt» anstelle der kupferkaschierten Iaolierstoffträgerplatte eine Isolierstoffträgerplatte zu verwenden, die durch stromlose, d.h. chemische Verfqhren oder Spritzverfahren mit einer dünnen leitfähigen Grundschicht versehen wurde. Diese dünne leitfähige Schicht hat- wie auch die Kupferfolie - die Aufgabep alle Bereiche, die galvanisch verstärkt werden solleng el ektrisch miteinander zu verbinden. Bei den Spritzverfahren hat man als leitfähiges Matei#Ial Silber oder Graphit verwendety während man bei den stromlosen chemischen Verfahren die Grundschichten aus Nickel-Phosphor-Legierungeng aber auch aus Silber oder Kupfer, hergestellt hat.
• Während das Entfernen der nach dem Spritzverfahren hergestellten dünnen Schichten nach wie vor erhebliche Schwierigkeiten bereitetg besteht auch bei chemisch hergestellten Silberschichten stets die Gefahr der Silberwanderungg die sich beim Benutzen der gedruckten Schaltungen in elektrischen Geräten nachteilig auswirkt. Nickelphosphorlegierungen besitzen die Nachteileg daß einerseits die Leitfähigkeit solcher dtInnen Schichten sehr gering ist und es besonderer Maßnahmen bedarfg um einen für den galvanischen ProZeß geeigneten Zustand zu erziele4i, so daß hieraus sehr lange Galvanisierzeiten resultieren und daß andererseits die Löslichkeit dieser Legierungen in schwachen Ätzmitteln gering ist und bei Verwendung starker Ätzmittel sowohl die Leitungsbahnen als auch die Trägerplatten angegriffen werden.
• Die Verwendung dünner,chemisch erzeugter Kupferniederschläge bei der Herstellung der galvanisch verstärkbaren Oberfläche der Isolierstoffkörper ist an sich schon bei den Fällen bekannt gewordeng bei denen die gesamte gedruckte Schaltung stromlos aufgebaut wird. Es ist auch schon bekannt, dünne, stromlos erzeugte Kupfergrundschichten galvanisch zu verstärken; dabei wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß besondere Sorgfalt bei der Weiterverarbeitung solcher dünnen Gi#undschichten aufgewendet werden muß. Diese besondere ist sowohl bei der Handhabung der Platten, wie Waschün und Bedrucken mit der Negativschablonel als auch bei dem Anbringen der Kontaktklemmen und beim Gaivanisieren erforderlich. Dies liegt hauptsächlich darang daß Halbfertigprodukte mit sehr dünnen Kupfergrundschichten wegen der geringen mechanischen Beanspruchbarkeit nicht mit der Negativschablone versehen oder nicht gelagert werden können, selbst wenn die Lagerzeit nur sehr kurz ist. Die bekannten VerfahrEn verwenden entweder unvorbehandelte Isolierstoffträgerplatten, d.h. also mit glatter Oberfläche und ein Bindemittel (vorgehärteter oder ungehärteter Kleber) oder aber aufgerauhte Isolierstoffplatten, wodurch sich ein.Kleber erübrigt. Durch diese Maßnahmeij soll die Haftfestigkeit der Grundschicht und damit aue--1-die Haftfestigkeit der Leitungsbahnen am Isolierstoffträger gewährleistet werden. Zur Erhöhung dieser Haftfestigkeit kann die mit Leitungsbahnen versehene Isolierstoffträgerplatte auch noch hohen Preßdrucken ausgesetzt werden. Derartige Verfahren sind in der Zeitschrift "Modern Plasties", April 1954, beschrieben. Ein weiteres Problem bei der Herstellung gedruckter Schaltungen ist dann gegeben, wenn in der Isolierstoffplatte zur Kontaktierung von Bauelementen oder anderen elektrischen Teilen Löcher vorzusehen sind, die zur Gewährleistung einwandfreier Lötverbindungen durchkontaktiert sein sollen. Die zur Lösung dieses Problems bekannten Verfahren benutz*n hierfür dünne# stromlos hergestellte Auflagen aus Nickelpboophorlegierungen oder Silber als zur Verstärkung dienende Grundschichten. Auch hierbei treten die oben beschriebenent Nachteile auf.
• Es wurde nun festgestelltvdaß did Haftfestigkeit von Leitungsbahnen an den Isolierstoffträgerplatten durch die einzelnen oben beschriebenen Vetfahren oder auch durch ihre teilweise gemeinsame Anwendung für die Herstellung zugfester Lötverbindungen nicht außreichend hoch ausgebildet werden kann. Die sich hieraus und aus dem Wunsche, weitere Vereinfachungen zu erzieleng ergebende Aufgabenstellung für die Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zu finden, das bei gleichem oder geringerem Apparate- und/oder Kostenaufwand es gestattet, gedruckte Schaltungen herzustelleng deren Leitungsbahnen fester an der Trägerplatte haften, wobei - falls dies gewünscht und erforderlich - im gleichen Verfahrensgange sichere Durchkontaktierungen hergestellt werden können und wobei neben der Erhähung der Haftfestigkeit auch die mechanische Beanspruchbarkeit der dünnen Kupfergrundschicht erhöht wird, so daß die Halbfertigprodukte gefahrlos gelagert und ohne Aufwand Übertriebener Sorgfalt den weiteren Arbeitssehritten des Aufbauverfahrens unterworfen werden können.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren, bei dem folgende Schritte kombiniert werden: a) Aufbringen wenigstens einer Kleberschicht auf den aufgerauhten, unkaschierten Isolierstoff-trägerkärper; b) Voraktivieren des mit Kleber versehenen Körpers mit Zinn und Falladium; e) Bilden der Metallauflage durch Auftragen einer höchstens 0p5 / um starken Kupfergrundschicht mittels stromloserjohemischer Verkupferung der gesamten Oberfläche, einschließlich evtl. Bohrungen der Trägerplatte; d) Verdichten der Kupfergrundochicht und ggf. Verstärken derselben auf etwa 1 bis 2 um durch galvanische Behandlung; e) Aufbringen der Negativschablone, galvanische Verstärkung der nicht abgedeckten Teile bis zur gewünschten Stärke, Entfernen der Schablone und Wegätzen der nicht gewünschten Teile der Kupfergrundschicht nach hierfür an sich bekannten Verfahren.
• Während bereits durch die Verwendung einer vorzugsweise mechanisch aufgerauhteng unkaschierten Isolierstoffträgerplatte und einen darauf aufgetragenen Kleber die Haftfestigkeit der später aufzutragenden Kupferschichten erhöht wirde wird die Haftfestigkeit noch wesentlich dadurch erhöht, daß auf den ersten Kleber ein zweiter Kleber aufgetragen wirdv wie dies an anderer Stelle im einzelnen beschrieben ist. Diese Kleber sind so auszuwählen, daß der erste eine gute Haftfestigkeit zum Isolierstoffträger aufweist und der zweite elastisch ist und eine .,:,-ute Haftfestigkeit zur Kupfergrundschicht besitzt. Der erste Kleber ist beispielsweise aus einem Gemisch von Polyamid und Epoxyd aufgebaut. Als zweiter Kleber kann ein auf der Grundlage von Polybutadien aufgebauter Bunakleber verwendet werden. Dieser zweite Kleber bewirkt durch seine elastischen Eigenschaften auch, daß unterschiedliche Wärmeausdehnungen von Leitungsbahnen und Trägerplatte ausgeglichen werdeng ohne daß die Leitungsbahnen abblättern.
• Die stromlose chemische Verkupferung wird vorzugsweise so vorgenommen, daß einerseits durch Reduktion von Kupfer mit Formaldehyd, wobei das Kupfer mit Äthylendiamintetraeseigsäure in wäßriger Lösung komplex gebunden ist und die Lösung mit geringen Mengen CN--Ionen gegen unerwünschte Kupferabscheidung stabilisiert ist, Kupfer an mit Palladium bekeimten Oberflächen des Isolierstoffkörpers abgeschieden wird und andererseits die Bekeimung durch Tauchen der vorher in Zinn-II-Chloridlösung getauchten Körper in Falladium-II-Chloridlösung erfolgt, deren pH-Wert auf 592 bis 5,5 z.B. mit Essigsäure-Acetat gepuffert ist.
• Das gaivanische Verdichten und ggf. geringfügige Verstärken der Kupfergrundschicht bringt einerseits eine Erhöhung der Haftfestigkeit mit sich und bewirkt andererseits vornehmlichg daß die mechanische Banspruchbarkeit der Kupfergrundschicht wesentlich vergrößert wird. In dieser Weise nicht nachbehandelte stromlos hergestellte Kupfergrundschichten besitzen neben der geringen mechanischen Beanspruchbarkeit auch noch den Nachteilg daß sie durch Einflüsse aus der umgebenden Atmosphäre stark zur Korrosion neigen. Nach der Erfindung galvanisch verdichtete und verstärkte Kupfergrundschichten zeigen diese Neigung in technisch störendem Maß überhaupt nicht. Weiterhin gewährleistet die galvanische Verdichtung und Verstärkung der Kupfergrundschicht, daß die Negativschablone in einfacher Weise ohne Aufwand besonderer Sorgfalt, beispielsweise nach dem Siebdruckverfahren oder auch nach dem Potodruckverfahren mit galvanikfestem Lack hergestellt werden kann.
• Das beschriebene Verfahren läßt erkennen, daß damit sowohl einseitige als auch ohne großen Mehraufwand doppelseitige bzw. doppelseitig durchkontaktierto gedruckte Schaltungen hergestellt werden können. Die Kentaktierungslöcher bei durchkontaktierten Platten wez2#7,1e#-, zugsweise nach dem Auftragen der Kleberschichten in die Trägerplatte gestanzt.
• Einseitig mit Leitungsbahnen versehene gedruckte Schaltungen werden vorzugsweise dadurch hergestelltt daß auf der Rückseite der Isolierträgerplatte die Kupfergrundschicht entfernt wird. Dies kann beispielsweise durch Abwischen mit Ätzlösung geschehen, es kann ab er-auch dadurch vorgenommen werden, daß bei Isoliers-toffplatteng in denen keine Löcher vorgesehen sind, die Kupfergrundschichten der Vorder- und Rückseite elektrisch isolierend voneinander getrennt Werden und bei der galvanisehen Verstärkung nur die Vorderseite als Kathode kontaktiert wird. Schaltet man hierbei die Rückseite alE Anodeg so wird dört die Kupferschicht abgetragen oder aber es genügt allein der Elektrolyt des Galvanisierbades zur Auflösung.
• Es ist aber auch möglichg zur Herstellung einseitig mit Leitungsbahnen versehener gedruckter Schaltungen die nicht mit Leitungsbahnen zu versehenden Seiten jeweils zweier Platten nach dem Auftrag des oder der Kleber gegeneinanderzulegen, so daß diese Seiten der Verkupferung entzogen werden.
• Gedruckte Schaltungeng die zwar nur einseitig mit Leitungsbahnen versehen eindv die jedoch Kontaktierungslöeher aufweisen, um deren Üffnung auf der Rückseite der Schaltung zum Zwecke der besseren Lötung kreieförmige Metallauflagen herumgelegt sind, werden nach dem Verfahren der Erfindung wie beidseitig mit Leitungsbahnen zu versehende und durchkontaktierte Schaltungen behandelt# d.h. daß auch auf der Rückseite eine entsprechen-d e Schablone aufgetragen wird.
• Vorteilhafterweise wird das galvanische Verdichten und Verstäxken der Kupfergrundschioht und die Herstellung der Leitungszüge in Hochleistungegalvanisierbädern vorgenommen. Ein Hochleistungegalvanisierb" in diesem Sinn ist ein Bad, das eine schnelle Kupferabscheidung durch hohe Stromdichten gestattet, beispielsweise 5 A pro dm 2 wobei der galvanische Auftrag an allen Stellen durchgreifend und einebnend erfolgt. Derartige Hochleiatungebäder sind an sich bekannt.
• Neben den bereits beschriebenen Vorteilen bietet das Verfahren der Erfindung noch folgende weitere Vorteile. Die Wahl des Materials für den IsolierBtoffträger ist weitgehend frei.
• Der Wegfall einer dicken Kupferkaschierung an den nicht für die Leitungeführung benötigten Stellen und ihr Ersatz durch eine dünne, etwa 1 bis 2/um starke KupfergrundechJcht verringert die Ätzzeit und die anfallenden verbrauchten Ätzlösungen beträchtlich, so daß große Neutralisations- und Regenerieranlagen nicht erforderlich sind. Das im Rahmen der Galvanik anfallende Spül- wasser kann durch Ionenaustauscher gereinigt werden. Gegenüber kupterkaschiertem Ausgangsmaterial, bei dem die minimale Kupferstärke 35/um betrug und durch die elektrolytische Herstellung der aufkaschierten Folie bedingt war, können nach dem Verfahren der Erfindung Leitungsbahnen wesentlich geringerer Stärket d.h. also bis herab zu 1 hergestellt werden.
• Die Leitungsbahnen können in Verlauf des Verfahrens nicht nur mit löttähigen Zinn-auflageng sondern galvanisch auch mit Edelmetallauflagen versehen werdenr wie z.B. mit Gold, Silber oder Rhodiump wann die Endoberfläche ätzfest und/oder gut Idtbar und/oder besonders korrosionsfest und/oder als Schalter- bzw. Kontaktfläche brauchbar sein soll.
• Das Verfahren nach der Erfindung bletet auch für die Herstellung von Rundfunkschaltungen einen neuen Gesichtspunkt da es ohne Mehraufwand eine Metallisierung der Rohrungen in der Platte auch bei einseitigen Schaltungen gestattety. wodurch die Zuverlässigkeit der Lötetellen beträchtlich erhöht wird. Durch die Anwendung von zwei Klebern fallen Freßvorgänge an den gedruckten, Schaltungen fort. Nicht zuletzt sei erwähnt, daß das Verfahren nach der Erfindung auch für jede andere Kontaktierung und Verschaltungt z.B. bei Nikromodul- und Nikroblockbaugruppen (letztere sind aus konventionellen Bauelementen durch Verguß mit GieBharz hergestellt) anwendbar ist.
• Anhand der beigefügten Abbildungen sollen die Stufen des Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise bei einer beidseitig mit Leitungsbahnen versehenen und durchkontaktierten gedruckten Schaltung erläutert werden. Pig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer gedruckten Schaltung. Die Figuren 2 bis 7 zeigen den Verfahrensgang, wobei der Schnitt entlang der Linie AB in Fig.1 erfolgt ist.
• In Fig. 1 ist mit 1 der Isolierstoffträgerkörper bezeichnet. Die Leitungsbahnen 2 sind auf den Isolierstoffträgerkörper aufgetragene wobei eine dieser Leitung3bahnen zwei Kontaktierungslöcher 3, die um die Öffnung herum einen kreisförmigen Rand 4 besitzen, verbindet.
• Pig. 2 stellt den Isolierstoffträgerkörper 1, im vorliegenden Fall eine Platte darg die an ihren beiden Oberflächen 5 und 6 mechanisch aufgerauht ist. Auf die mechanisch aufgerauhten Oberfläche-n-5 und 6 werden die beschriebenen Kleberschichten 7 und 8 aufgetragen, so daß ein Körper gemäß Fig. 3 eiftsteht. Fig. 4 zeigte daß in dem Körper nach Fig. 3 Kontaktierungslöcher 3 z.B. durch Bohrenhergestellt sind. Das Herstellen der Löcher 3 an dieser Stelle des Verfahrens bringt den nicht unbeträchtlichen Vorteil mit sieht daß die Löcher durch den Kleber nicht verstopft werden. In Fig. 5 ist der Körper nach Fig. 4 gezeigtg der nach Voraktivieren und Bekeimen mit der stromlos hergestellten und galvanisch verdichteten Kupfergrundschicht 9 versehen ist. Diese Kupferschicht bildet sich auf der gesamten Oberfläche des Körpers, dbh. also auch an den Randflächen 10 und an den Innenoberflächen 11 der Löcher 3 aus. Auf die höchstens 2 um starke Kupfergrundschicht 9 ist bereits die Schablone 12 auf&etragen.
• Fig. 6 zeigt den Körper nach der galvanischen Herstellung der Leitungsbahnen und der Innenoberflächen der Löcher mit den Kupferschichten 13, auf welche nochmals eine ätzfeste Netallauflage 14 galvanisch aufgetragen wurde.
• Fig. 7 zeigt die fertige gedruckte Schaltuii,-sü die nicht galvanisch mit Kupfer verstärkte Kupfergrea#-".d,-schicht nach Entfernen der Schablone 12 durch Ätzen abgetragen wurde.

Claims (1)

1. P a t e n t an a p r ü c h e 1. Verfahren zum Herstellen von gedruckten Schaltungeng bei dem zunächst ein Isolierstoffträgerkörper unter Verwendung eines Klebers mit einer Metallauflage und diese mit einer Negativschablone versehen wird und anschließend die nicht abgedeckten Teile der Metallauflage galvanisch verstärkt-werden# worauf die verstärkten Teile ggf. noch mit einer ätzfesten Metallauflage versehen und danach die Schablone entfernt und die abgedeckten-Teile der Metallauflage weggeätzt werdeng gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrenesehritteee a) Aufbringen wenigstens einer Kleberschicht auf einen aufgerauhten, unkaschierten Isolierstoffträgerkörper; b) Voraktivieren des mit Kleber versehenen Körpers mit Zinn und Palladium; c) Bilden der Metallauflage durch Auftragen einer höchstens 0,5/ starken Kupfergrundschicht mittels stromloser chemischer Verkupferung der gesamten Oberfläche einschließlich eventueller Bohrungen der Trägerplatte:, d) Verdichten der Kupfergrundschidht und ggf. Verstärken * derselben auf etwa 1 bis 2 /UM durch galvanische Behandlung; e) Aufbringen der Abdeckumgg galvanische Verstärkung der nicht abgedeckten Teile, gntfe=en der Abdekkung und Wegätzen der nicht gewünschten Teile des Kupferbelages nach den hierfür an sich bekannten Verfahren. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne et, daß das Aufrauhen durch eine mechanische Vorbehandlung geschieht. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder-2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den ersten Kleber ein zweiter Kleber aufgetragen wird. 4.' Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnete daß nach dem Auftragen der Kleberschichten Löcher in die Trägerplatte gestanzt werden. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Voraktivieren des Körpers durch Tauchen in Zinn-II-Chloridlösung und das Bekeimen durch Tauchen in Palladium-II-Ohloridlösunß erfolgte deren 2 -PH-Wert mit Eseigeäuie-Acetat gepuffert ist. 6. Verfahren nach Anspruch 59 dadurch gekennzeichnete daß der PH -Wert auf 592 bis 5v5 eingestellt ist.-7. Verfahren nach wenigstenn einem der Ansprüche 1 bis 69 dadurch gekennzeichnet# daß die stromlose chemische Verkupferung in an sich bekannter Weise durch Reduktion von Kupfer, das mit Ithylendiamintetraeaeigeäure komplex gebunden ist, durch Pormaldehyd erfolgte jedoch unter Verwendung geringer Mengen ON--Ionen als*Stabilisatoren gegen unerwünschte Reduktion der Küpfer-JI-Ionen. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche -1 bis 71 -dadurch gekennzeichnet, daß.zur Herstellung einseitig - mit Leitungsbahnen versehener gedruckter Schaltungen die Kupfergrundschicht auf der Rückseite der Iaolierstoffträgerplatten entfernt wird. g. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfergrundschichten auf Vorderseite und Rückseite voneinander elektrisch isoliert werden und bei der galvanischen Verstärkung nur die Vorderseite verstärkt» die Rückseite dagegen abgetragen wird. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 79 ,dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einseitig mit Leitungsbahnen versehener gedruckter Schaltungen die nicht mit Leitungsbahnen zu versehenden Seiten jeweils zweier Platten nach dem Auftrag des oder der Kleber gegeneinandergelegt und so der Verkupferung entzogen werden. 11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das galvanische Verdichten und Verstärkender Kupfergrundschicht, wie auch die Herstellung der Leitungszüge bei Bedingungen vorgenommen wirdv bei denen die Ordnungsgeschwindigkeit höher als die Abscheidungsgeschwindigkeit des Kupfers ist.