DE1521306A1

DE1521306A1 - Verfahren zum elektrolytischen oder chemischen Aufbringen von elektrischen Leitungszuegen

Info

Publication number: DE1521306A1
Application number: DE19641521306
Authority: DE
Inventors: Setzer Anton Max; Lenoble Jean Paul; Piggin Bruce Paul; Eric Vaughan
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1963-12-27
Filing date: 1964-12-19
Publication date: 1969-11-06
Also published as: GB1098182A; NL6415051A; DE1521306B2

Description

16. Dezember 1964

Anmelderin:

Aktenzeichen:

Aktenz. d. Anmeld.

International Business Machines Gxporation, Ar monk,- N, Y.

Neuanmeldung

Docket 45 693 (Ge 71/64)

Verfahren zum elektrolytischen oder chemischen Aufbringen von elektrischen Leitungszügen ■ '

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen oder chemischen Aufbringen von elektrisdien Leitung-szügen auf einer Trägerschicht unter Verwendung einer mit von ihrer sonst undurchlässigen Oberfläche ausgehenden, dem Leitungsmuster nachgebil- . deten Öffnungen versehenen, isolierenden Maske.

Bei den bekannten Verfahren zum elektrolytischen Aufbringen von < Leitungszügen wird die Maske auf der als Kathode verwendeten Trä ger schicht erzeugt. Beispielsweise wird die Kathode zunächst mit einer lichtempfindlichen Schicht versehen und entsprechend dem Leitqngsmuster belichtet und entwickelt. Nach erfolgtem elektrolytischen

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Prozeß müssen dann die Reste der lichtempfindlichen Schicht, also die eigentliche Maske, von der Trägerschicht getrennt werden.

Diesen bekannten Verfahren hängen große Nachteile an. Jede Maske kann nur einmal verwendet werden, da sie bei der Ablösung von der Trägerschicht zerstört wird. Für jedes einzelne nach diesem Verfahren hergestellte Leitungsmuster muß demnach eine Maske hergestellt werden. Die Größe und Gestalt der in der Maske erzeugten Öffnungen sind auf der belichteten Seite der Maske exakt bestimmt. Es hat sich aber gezeigt, daß sich mit zunehmender Schichtdicke durch das Entwicklungsverfahren die Größe und Gestalt eier Öffnungen auf der der belichteten Seite gegenüberliegenden Seite verändern. Aus diesem Grunde ist die Ausdehnung der auf der Kathode niedergeschlagenen Leitungszüge nicht genau bestimmbar.

Gemäß der Erfindung weiden diese Nachteile dadurch vermieden,

ep.

daß die Maske nur nach einer Seite hin offene Öffnungen erhält, die Trägerschicht auf dieser Seite die Öffnungen abdichtend auf die Maske gedruckt wird und anschließend die Leitungszüge auf den durch die mit geeigneter Lösung gefüllten Öffnungen begrenzten Bereichen niedergeschlagen werden.

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Durch diese Maßnahmen werden größere Genauigkeit der Abmessungen der niedergeschlagenen Leitungszüge erzielt, die Maske kann mehrmals verwendet werden und muß nicht jedesmal neu hergestellt werden. *

Insbesondere wird vorgeschlagen, daß die Öffnungen der Maske in an sich bekannter vVeise durch eine das gewünschte Leitungsmuster nachbildende Belichtung und Entwicklung einer lichtempfindlichen, isolierenden Schicht erzeugt werden und anschließend die Schicht mit der belichteten Seite auf der Trägerschicht angebracht wird.

Es wird außerdem vorgeschlagen, daß die lichtempfindliche Schicht vor der Belichtung auf eine Unterlage gebracht wird und durch die Entwicklung bis zur Unte.rlage reichende Öffnungen erzeugt werden. Besondere Vorteile ergeben sieh dadurch, daß als Unterlage .für die lichtempfindliche Schicht eine für einen nachfolgenden elektrolytischen Prozeß als Anode dienende Metallschicht verwendet wird.

Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, daß vor dem elektrolytischen Prozeß durch die Öffnungen Einschnitte in die als Anode dienende Metallschicht eingeätzt werden. Diese Einschnitte und die

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mit ihnen in Verbindung stehenden Öffnungen der Maske dienen der Aufnahme der Elektrolytflüssigkeit.

In Weiterführung dieses Gedankens wird vorgeschlagen, daß die Unterlage für die lichtempfindliche Schicht aus porösem und/oder mit Kanälen versehenem Material hergestellt wird, so daß die für die nachfolgenden Prozesse erforderlichen Flüssigkeiten in die Öffnungen gelangen können.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Unterlage zylindrische Form hat und von der Maske und der daraufliegenden Trägerschicht umschlungen wird. Die letztgenannte Maßnahme eignet sich insbeson^· dere dazu, das erfindungsgemäße Verfahren zu automatisieren.

Weitere Einzelheiten- des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der an Hand der Figuren 1 bis 11 erfolgenden Beschreibung.

Es zeigen: "

Fig. 1 einen vergrößerten Ausschnitt einer Anordnung im

Querschnitt, beider das erfindungsgemäße Verfahren angewendet ist,

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Fig. 2 wie Anode, Kathode und Maske bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfalirens zusammengedrückt werden,
Fig. 3a u. 3b eine beispielsweise Anordnung zur Durchführung

des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4a,4b u. 4c wie elektrisch leitende Querverbindungen durch Bohrungen zwischen zwei auf verschiedenen Seiten einer Schaltungsplatte angeordneten Leitungen hergestellt werden,

Fig. 5a bifi 5e die Querschnitte einer Anzahl von Leiterelementen,

die nach dem erf indungsgemaßen Verfahren hergestellt sind,

Fig. 6 den -Querschnitt durch eine nach dem erf indungsgemaßen Verfahren hergestellte-, zusammengesetzte Schaltung,
Fig. 7 ■ die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens

in einer weiteren Anordnung,
Fign. 8, 9, u. 10 wiederum eine Anordnung zur Durchführung des

^; erfindungsgemäßen Verfahrens und "

Fig. ti eine Anordnung zur Automatisierung des erfindungs

gemäßen Verfahrens.

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Fig. 1 zeigt eine aus zwei Schichten bestehende Anode 14 und eine aus zwei Schichten bestehende Kathode 15. Die Anode 14 besteht aus einer Metallplatte 16, auf der eine isolierende Schicht als Maske angebracht ist. Die sonst undurchlässige Maske 17 weist eine Öffnung 18 auf. Tn der Metallplatte 16, die auch porös sein kann, befindet sich ein Einschnitt 20, der mit der Öffnung 18 in der Maske 17 in Verbindung steht. Die Kathode 15 bestellt aus einer aus Isoliermaterial bestehenden Grundplatte 22, auf der eine dünne Metallschicht 23, beispielsweise Kupfer, mittels eines der gebräuchlichen Verfahren niedergeschlagen ist.

Die Anode 14 und die Kathode 15 befinden sich in einem in der Fig. 1 nicht dargestellten elektrolytischen Bad und werden so zusammengepreßt, daß die Oberfläche Ii).der Maske 17 dicht auf der Metallschicht 23 anliegt und der Elektrolyt somit nur in die Öffnung 18 und den Einschnitt 20 eindringen kann. Der gebildete Raum ist nach unten durch die Metallschicht 23 abgegrenzt. Über die in Fig. 1 schematisch dargestellten, mit der Metallplatte 16 und der Metallschicht 23 verbundenen elektrischen Letiungen fließt ein Strom von der Metallplatte 16, die den löslichen Teil der Anode darstellt, über den Elektrolyten in der Öffnung 18 und den Einschnitt 20 zur Metallschicht 23, die einen

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Teü der Kathode darstellt. Auf diese Weise gelangt Metall vom Elektrolyten und von der Metallplatte 16 zur Metallschicht 23, wird dort niedergeschlagen und bildet den in der Fig. 1 dargestellten metallischen Niederschlag 25. Die Wandungen 26 der Öffnung 18 in der Maske 17 wirken als Schablone für die Ausdehnung und Form des Niederschlages 25. Voraussetzung ist, daß die Oberfläche 19 der Maske 17 mit der Metallschicht 23 besonders im Bereich der Begrenzungslinien der Öffnung 18 in enger Verbindung steht und dadurch eine abdichtende Wirkung entsteht.

Die Anode 14 wird z. B. auf folgende Weise hergestellt. Auf eine Kupferplatte wird emensolierende lichtempfindliche Schicht aufgebracht. Diese Schicht wird an bestimmtun Stellen belichtet und dann entwickelt. Dabei werden die nicht belichteten Teile entfernt. In eineni darauffolgenden Ätzverfahren werden in der Kupferplatte an den bei der Entwicklung entstandenen Öffnungen 18 der lichtempfindlichen Schicht Einschnitte 20 ausgeätzt. Die Größe und Gestalt der Öffnung wird auf der der Kupferplatte abgewandten Seite exakt durch die Belichtung bestimmt. Die Größe der öffnung 18 verringert sich aber allmählich in Richtung auf die Kupferplatte, d. h. , die Wandungen 26 sind nach innen geneigt. Dieser Effekt hängt mit der lichtempfindlichen

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Schicht und mit dem Entwicklungsverfahren zusammen und ist um so ausgeprägter, je dicker die lichtempfindliche Schicht ist. Die Größe und Gestalt der Öffnung 18 an der Kupferplatte 16 kann somit nicht genau vorherbestimmt werden. Daher ist dieses Verfahren immer dann besonders geeignet, wenn in erster Linie die Quer-' schnittsfläche des Niederschlages 25 von Bedeutung ist.

In Fig. 2 ist im Querschnitt eine Anordnung dargestellt, mit der ; die Anode 14 und die Kathode 15 zusammengepreßt werden. Der Elektrolyt befindet sich in einem Raum 3.0. Über zwei Rohre 31 und 32 wird unter Druck Flüssigkeit oder Gas. beispielsweise Wasser oder Luft,- zugeführt, so daß zwei Gummimembranen 33 und 34, die dicht mit den Außenwänden 35 und 3(i abschließen, gegeneinander gedrückt werden. Zunächst werden aber Anode 14 und Kathode 15 zwischen die beiden (!umniiniembranen 33 und 34 etwas getrennt voneinander· eingelegt. so daß der Elektrolyt in die Einschnitte 20 eindringen kann. Daraufhin wird die Flüssigkeit in den Röhren 31 und unter Druck gesetzt, so daß Anode 14 und Kathode 1 5 zusammengepreßt werden.

Als Elektrolyt kann eine Kupfersulphatlösung verwendet werden. Die Stromdichte und die Einwirkungszeit bestimmen die Dicke des Nie-

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derschlages und körinen leicht dementsprechend vorausberechnet werden. Die Stromdichte sollte aber nur so groß sein, daß noch keine* Gasblasen. im Elektrolyten entstehen. Die Wahl des Elektrolyten hängt unter anderem vom Metall, auf dem der Niederschlag erfolgen soll und von der Art des Niederschlages selbst ab.

Nach erfolgtem Niederschlag wird der Strom abgeschaltet und die Rohre 31 und 32 drucklos gemacht. Anode 14 und Kathode 15 werden nunmehr zusammen aus dem Elektrolyten entfernt, in senkrechter Richtung voneinander getrennt und anschließend gewässert. Die Kathode 15 wird darauf einem Ätzprozeß ausgesetzt, der gerade ausreichend ist, die Teile der Metallschicht 23, auf denen sich kein metallischer Niederschlag 25 befindet, zu entfernen.

Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens ist, daß die Anode 14 viele Male verwendet werden kann, ohne daß die Maske 17 erneuert werden muß. Falls erwünscht, kann das nach einer oder mehrmaliger Verwendung der Anode in den Einschnitten 20 elektrolytisch abgetragene Metall in einem zusätzlichen Verfahrensschritt wieder in einem elektrolyiisolien Bad ersetzt werden, ohne die Maske 1 7 von der Metallplatte 16 zu trennen. Zu diesem Zweck wird die Anode eine bestimmte . Zeit lang als Kathode verwendet.

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Als Material für die isolierende Maske 17 erweist sich für komplzierte Muster von Öffnungen am besten eine lichtempfindliche Folie oder Schicht. Besteht beispielsweise der lichtempfindliche Überzug aus einer auf die Metallschicht aufgeklebten Folie, so muß darauf geachtet werden, daß beim Entwicklungsprozeß der Klebstoff in den Durchbrüchen völlig entfernt wird. Nur dann kann das Metall mit dem Elektrolyten in den Durchbrüchen in Berührung kommen. Besteht die Metallplatte 16 nicht aus dem für den Niederschlag gewünschten Material, so kann die Metallplatte durch die in der lichtempfindlichen Schicht gebildeten Öffnungen ausgeätzt und anschließend (las gewünschte Metall elektrolytisch an diesen Stellen niedergeschlagen werden.

An Stelle des lichtempfindlichen»Materials für die isolierende Maske kann natürlich auch nicht lichtempfindliches, isolierendes Material verwendet werden. Zum Beispiel kann die Maske aus einer Kunststoffschicht hergestellt werden, in die die Durchbrüche vor dem Aufbringen auf die Metallplatte 16 eingestanzt werden. Andererseits kann die Maske zunächst in Form eines Kunststoffüberzuges auf die Metallplatte aufgebracht und dann mechanisch oder mit einem Elektronen- oder Laserstrahl angerissen werden. .

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Weiterhin "kann die Anode aus einer Reihe von Metallplatten aufgebaut sein, zwischen denen isolierende Platten angeordnet sind. Die isolierenden Platten enden in einer gemeinsamen Ebene, während die Metallplatten kurz vor. dieser Ebene enden, so daß Einschnitte zwischen den isolierenden Platten und den Metallplatten gebildet werden. In diesem Falle erstrecken sich die Metallplntten und die isolierenden Platten senkrecht, zur wirksamen Oberfläche.

Die in Fig. 3a gezeigte Anlage kann dazu benutzt werden, gleichzeitig auf beiden Seiten Leitungszüge, also metallische Niederschläge, ■aufzubringen.' Die Anlage besteht aus einem Behälter 40, dessen Deckel 41 mit Schrauben 42 befestigt wird. Der Deckel 41 weist eine Öffnung 43 auf, die von einem in das Behälter innere zeigenden Flansch 44 begrenzt wird. /In diesem .Flansch ist ein Rahmengestell 45 (s. Fig. 3b) befestigt. Über das GeSt(¹Il ist ein flexibler, beispielsweise aus Gummi oder synthetischem Kunststoff bestehender Beutel 4(> gezogen. Er 'ist etwas größer als das Rahmengestell 45 und ist durch nicht gezeigte Mittel dicht mit dem Flansch 44 verbunden. Der Behälter 40 mit dem Deckel 41 und dem Beutel. 4i> begrenzen einen dicht abgeschlossenen-Raum 47. ITltraschallschwinger 48 und 49 und ein durch einen Thermostaten geregelter Erhitzer 50 sind..in den .Väntlen des Behälters 40 einge-.

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baut. Eine am Deckel 41 befestigte Röhre 52 steht in Verbindung mit dem abgeschlossenen Raum 47. An diese Röhre 52 ist außer einem Druckmesser 53 das Einlaß- und Auslaßrohr 54 und 55 angeschlossen, die mit einem Absperrventil versehen sind. Am Deckel ist außerdem ein Überfluß stutzen 57 angebracht, dessen Innenraum ,58 mit dem Inneren des Beutels 46 in Verbindung steht.

Im Gebrauch wird der Behälter 40 mit Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, gefüllt und der Deckel 41 befestigt. Die Elektrolytflüssigkeit wird dann in den Beutel 46 geschüttet bis der Flüssigkeitsspiegel

den Flansch 44 erreicht. Daraufhin wird in den Beutel 46, d. h. in den Elektrolyten ein Kathodenteil 59 , umgeben von zwei Anodtntellen 60 und 61, in loser Anordnung eingelegt. Die Teile sind durch in der Figur nicht dargestellte Führungsstifte in ihrer Lage zueinander justiert. Beispielsweise trägt die Kathode diese Ftihrungsstifte, während die Anode Führungslöcher aufweist, so daß Kathoden- und Anodenteil etwas voneinander getrennt werden können. Der Kathodenteil besteht aus einer isolierenden Schicht, die auf beiden Seiten metallisiert ist. .leder Anodenteil ist so, wie bereits an Hand der Fig. 1 erläutert, ausgebildet. Die elektrischen Zuleitungen sind in der Fig. 3a schematisch'cingedeutet. —

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Die Ulträsehallschwinger 48 und 49 werden erregt, um etwa vorhandene Luftblasen aus dem Elektrolyten zwischen Anoden- und Kathodenteil zu entfernen. Der abgeschlossene Raum 47 wird nun über das Einlaßrohr 54 unter Druck gesetzt, so daß die Wände des Beutels 46 nach innen gegen die Anodenteile gepreßt werden. Die beiden Anodenteile werden dadurch fest gegen die metallisierten Oberflächen des Kathodenteils gedrückt und die überschüssige Elektrolytflüssigkeit sammelt aich im Überflußstutzen 57. Der Erhitzer hält den Elektrolyten auf einer geeigneten Temperatur, während den Teilen 59, 60, 61 über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg Strom zugeführt wird. Schließlich wird die Auslaßröhre 55 an Stelle der Einlaßröhre 54 mittels ihres Ventils mit dem Innenraum 47 verbunden, so daß der Elektrolyt aus dem Überflußstutzen 57 in den Beutel 46 zurückfließt und die Teile 5.9, 60, 61 nicht mehr zusammengepreßt werden. Die Teile werden zusammen herausgezogen und in senkrechter Richtung voneinander getrennt, ehe der Kathodenteil gewässert Und, wie bereits beschrieben, einem kurzen Ätzprozeß unterzogen wird^ '

Die Figuren 4a, 4b und 4c zeigen, wie durch das erfindungsgemäße Verfahren zwischen auf beiden Seiten einer Schaltungsplatte nieder-

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geschlagenen Leitungszügen elektrisch leitende Querverbindungen hergestellt werden können. In Fig: 4a sind zwei aus Kunststoff bestehende Masken 64 und 65 dargestellt, in denen sich mehrere auf mechanischem Wege hergestellte Schlitze 66 befinden. Die Maske trägt zwei aus Isoliermaterial bestehende Stifte 68. Diese passen in die Bohrungen 69 in der Maske 64, so daß die beiden Masken in ihrer Lage zueinander justiert werden, beispielsweise so, daß die vergrößerten, kreisförmigen Ausnehmungen der Schlitze 66 übereinanderliegen. Außerdem lassen sich die Masken mit den Stiften bzw. den Bohrungen 69 über einen kurzen Bereich in senkrechter Richtung zueinander bewegen.

Fig. 4b zeigt die Anordnung der Masken 64 und 65 zusammen mit anderen Teilen vor dem eigentlichen Niederschlagsprozeß. Die Stifte wurden aus Vereinfachungsgründen weggelassen. Der gezeigte Querschnitt erstreckt sich entlang zweier entsprechender Schlitze 66. Eine Kathode, bestehend aus einer Folie aus synthetischem Kunststoff, ist zwischen den Masken 64 und 65 angeordnet. Aus dem Kathodenteil 72 sind den kreisförmig vergrößerten Ausnehmungen der Schlitze 66 entsprechende Bohrungen 73 ausgestanzt. Außerdem befinden sich zwei weitere, in der Figur nicht dargestellte Bohrungen

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im Kathodenteil 72, die zusammen mit den Stiften 68 die richtige Lage des Kathodenteils 72 bezüglich der Masken 65 bestimmen. Schließlich werden beide Seiten und die Wände der Bohrungen 73 beispielsweise durch Aufdampfen oder chemisches Niederschlagen verkupfert. Die Masken 64 und 65 und'der Kathodenteü 72 werden nun zwischen jew*i Anodenteilen 75 und 76 angeordnet, die beide aus einer mit Kupfer beschichteten synthetischen Kunststoff-Folie bestehen. Die Anordnung der Anodenteile erfolgt so, daß die jeweils kupferfeeechtohtete Seite auf emtr Maske zu liegen kommt. Auch im Anodenteil 75 sind nicht dargestellte Bohrungen für die Stifte 68 vorhandeh, so daß sämtliche Teile 64, 72, 65 und 75 aufeinandergepreßt werden können. Auch der Anodenteil 76 wird In erfindungsgemäßer Weise während des Niederschlagprozesses gegen die Maske gepreßt.

Die in dieser Weise zusammengesetzten Teile werden in der bereits beschriebenen Weise im Behälter 40 der Fig. 3a untergebracht und behandelt! Dabei wird auf dem Kathodenteü 72, wie in Fig. 4c gezeigt, eine Kupferschicht 80 niedergeschlagen. Die Teile werden dann aus dem Behälter 40 entfernt und sorgfältig voneinander getrennt. Der Kathodenteil 72 wird gewässert und beispielsweise in eine gesättigte

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Lösung von Natrium- oder Kaliumdichromat in destilliertem Wasser getaucht, die fünf bis zehn Prozent schwefelige Säure der spezifischen Dichte 1,84 enthält. Diese Maßnahme dient dazu, die anfänglich aufgebrachte Kupferschicht an den Stellen, an denen kein elektrolytisches Kupfer niedergeschlagen wurde, zu entfernen. Daneben wird .das elektrolytisch niedergeschlagene Kupfer gereinigt und passivieVt. An Stelle von Natrium- oder Chromdichromat kann auch Eisenchlorid als Ätzlösung verwendet werden.

Um zu verhindern, daß auch Kupfer außerhalb der durch die Schlitze definierten Bereiche auf dem Kathodenteil niedergeschlagen wird, müssen die Masken 64 und 65 und der Kathodenteil in inniger Berührung miteinander stehen. Deshalb müssen die einzelnen Teile, die in Fig. 4b dargestellt sind, möglichst eben sein und der Druck, mit dem sie zusammengepreßt werden, muß eine bestimmte Größe haben. Es hat
sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Kathodenteil 72 und die Masken 64 und 65 bis zu einem bestimmten Grade elastisch verformbar sind. Zu beachten ist auch die genügend große Haftung zwischen dem Kupfer und dem Kathodenteil 72, um die Trennung der Masken von dem Kathodenteil nach dem elektrolytischen Prozeß ohne Ablösung des Kupfers vornehmen zu können.

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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet auch Leitungszüge mit veränderlichem Querschnitt auf einer Schaltungsplatte aufzubringen. Dazu erhält die Maske Durchbrüche, die komplementär zu der gewünschten Form der Leiter ausgebildet sind. Einige solcher Leiterelemente sind in Fig. 5 dargestellt. Es ist sofort zu ersehen, daß sich die Masken nach dem elektrolytischen Prozeß leicht vom Kathodenteil trennen lassen.

Fig. 5a zeigt einen T-förmigen, Fig. 5b einen L-förmigen und Fig. 5c einen trapezförmigen Querschnitt des Leiters. Fig. 5d stellt eine Leiterfläche mit einem Stift und Fig. 5e einen Leiter mit veränderlicher Dicke dar.

Weiterhin gestattet das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung mehrlagiger gedruckter Schaltungen. Fig. 6 zeigt einen Schaltkreis, bei dem die leitenden Teile mit dem Bezugszeichen 82 bis 88 bezeichnet sind. Die Leiterteile werden auf einem Kaihodenteil 89 in einem dem an Hand der Figuren 4a, 4d und 4c beschriebenen Verfahren aufgebracht. Die Leiterteüe 82 bis 85 entsprechen beispielsweise dem in Fig. 5d gezeigten. IWe Leitert*üSe 82, 83 und 84, 85 bilden zwei Kapazitäten. Mit dem Bezugszeichen 86 ist eine leitende Quer-

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verbindung zwischen den Leiterteilen 87, 88 bezeichnet, die auf gegenüberliegenden Seiten des Kathodenteils 89 angebracht sind.

Nach der-Fertigstellung der Leiterelemente 82 bis 88 und der leichten Abätzung des Kathodenteils zur Entfernung der Metallschicht, auf der kein Kupfer niedergeschlagen wurde, werden die. Zwischenräume zwischen den Elementen 82 bis 88 mit ungehärtetem Kunstharz 90 aufgefüllt und das Kunstharz ausgehärtet. Die Oberflächen des Schaltungsblockes werden geschliffen, poliert und gereinigt, so daß das Kunstharz 90 und die Leiterelemente 82 bis 88 ebene Oberflächen bilden. Daraufhin werden die gegenüberliegenden Flächen des Schaltungsblockes metallisiert und die Leiterelemente 91 bis 96 in einem zusätzlichen erfinchingsgemäßen Verfahren aufgebracht.

Diese Technik kann auch dazu benutzt werden, "gedruckte Spulen" oder Mehrplattenkondensatoren herzustellen.

Die Anordnung gemäß Fig. 7 besteht aus einem Behälter 100, an dessen einer Seite eine flexible Membrane 101 dicht angebracht ist. Die Membrane 101 kann über eine Röhre 102 aufgebläht werden. Eine gitterartige, durchlässige Zwischenwand 103 erstreckt sich in senk-

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rechter Richtung durch den Behälter 100. Sobald die Membrane 101 aufgebläht wird, drückt »ie einen Kathodenteil 104 gegen eine Maske 105, die durch die Zwischenwand 103 in ihrer Lage festgehalten wird. Der Kathodenteil 104 entspreche der ag-Hand* der Fig. 1 beschriebenen Anordnung. Die Maske 105 setzt sich aus einer Unterlage, die aus durchlässigem synthetischen Kunststoff besteht und der eigentlichen isolierenden Maske 108 zusammen. Die Unterlage 107 kann auch aus gesintertem, durchlässigem Glas bestehen. Zur Herstellung der Maske wird auf die Unterlage 107 eine Schicht lichtpolymerisiorenden Kunststoff materials aufgebracht, geeignet belichtet und entwickelt. Auf diese Weise können Masken verhältnismäßig dicker hergestellt werden, als dies bei lichtempfindlichen Schichten der Fall ist. Die Unterlage 107 und die eigentliche Maske 108 müssen selbstverständlich so angeordnet sein, daß der sich im Behälter befindliche Elektrolyt durch die durchlässige Unterlage in die Durchbrtiche der Maske eindringen kann. Die räumliche Lage der Anode im Elektrolyten ist von geringerer Bedeutung. Die elektrischen Zuleitungen zu Anode und Kathode sind schematisch dargestellt. Verhiltnismtißig große Teile, die bei der Zersetzung der Anode entstehen könntft, werden beispielsweise dadurch am Erreichen und Verstopfen der Unterlage 107 gehindert, daß die Anode in einem siebartigen Behflttr untergebracht oder in von einem Plastiknetz umgebene Glas-

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wolle eingepackt wird. Die Beschreibung weiterer Einzelheiten der Anordnung gemäß Fig. 7 erscheint im Hinblick auf die vorausgegangene Beschreibung nicht erforderlich. Die Membrane 101 kann ersetzt we'rden durch eine Anordnung, die den Kathodenteil 104 mit der Maske 105 durch Saugwirkung zusammenhält. Diese < Saugwirkung kann gleichzeitig verursachen, daß der Elektrolyt in die Öffnungen der Maske getrieben wird. Eine ins einzelne gehende Beschreibung dieser Saugwirkung ergibt sich aus der Beschreibung der in den Figuren 8 bis 10 dargestellten Anordnungen.

Mit einer Anordnung gemäß Fig. 7 kann auf elektrolytischem Wege ein Metall auf dem Kathodenteil niedergeschlagen werden, das gegen das nachfolgend zur Entfernung der Metallschicht auf der Kathode an den Stellen, an denen kein derartiges Metall elektrolytisch niedergeschlagen wurde, benutzte Ätzmittel widerstandsfähig ist. Beispielsweise kann zur Bildung der Leitungszüge Gold elektrolytisch niedergeschlagen werden. Die Abätzung des Kathoderiteiis kann dann mittels Eisenchlorid-Lösung erfolgen, die Gold nicht angreift. Auch kann eine Zinn-Blei-Legierung niedergeschlagen werden und das Abätzen des Katho.dent.cils kann mittels einer Amoniumpersulphat-Lösung erfolgen, die wiederum die Zinn-Blei-Legierung nicht angreift.

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Die in den Figuren 8 bis 10 gezeigte Anordnung besteht aus einem Behälter 115, der auf zwei gegenüberliegenden Seiten über Rohre 118 bzw, 119 aufblähbare Membranen 116 und 117 aufweist. Im Betrieb pressen die Membranen folgende Teile zusammen, einen Anodenteil 120/ eine Maske 121, bestehend aus einer porösen Unterlage 122, auf der die die Maske bildende Schicht 123 aufgebracht . ist, einten Kathodenteil 124, eine Maske 125, bestehend aus einer porösen Unterlage 126, auf der die die Maske bildende isolierende Schicht 127 aufgebracht ist, und einen Anodenteil 128. Die Masken 121 und 125 können grundsätzlich so wie die bereits an Hand der Fig. 7 beschriebene Maske 105 hergestellt werden/ nur daß beide poröse Unterlagen 122 und 120 je einen Einlaßkanal 130 (Fig. 9 und 10) haben, der mit den parallel zueinander verlaufenden, engen Kanälen 131 in Verbindung steht. Die Kanäle 131 liegen in der die Maske bildenden Isolierschicht 123 oder 127 gegenüberliegenden Fläche. Die Öffnungen in den Masken stehen mit einem oder mehreren der Kanäle 135, wie der Durchbruch 132 in Fig. 10 zeigt, in Verbindung.

Der Kathodenteiri24 ist auf beiden Seiten metallisiert.. Die· elektrischen Zuleitungen zu den Metallschichten des Kathoden- und Anodenteils sind in der Fig. 10 schematisch dargestellt.

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Bei Inbetriebnahme wird zunächst der Elektrolyt zum Einlaßkanal 130 jeder Maske gepumpt, von wo er in den Behälter 115 abfließt. Bevor der Elektrolyt nach dem Prozeß wieder in die Einlaßkanäle 130 gepumpt wird, wird er gefiltert und die während des Niederschlags verlorengegangenen Bestandteile ersetzt. Verwendet man als Elektrolyten eine Kupfersulphatlösung, der glanzfördernde Mittel zugesetzt sind,, so kann man einen blanken Kupfer niederschlag erhalten. Da diese zusätzlichen Mittel in einem rul i. .ektro-

lyten sehr schnell verbraucht wären, wird der Elektrolyt während des Niederschlagprozesses ständig umgewälzt und ihm gleichzeitig die zusätzlichen Mittel ständig hinzugefügt, so daß deren Konzentration gleich bleibt.

Der Elektrolyt gelangt über die,poröse Trägerschicht 122 oder 126 an den Anodenteil. Falls erforderlich, können weitere Kanäle in der dem Anodenteil gegenüberliegenden porösen Trägerschicht 122, angebracht werden, so daß der Elektrolyt direkt in Kontakt mit dem Anodenteil kommt. Durch die Umwälzung des Elektrolyten ergibt sich der Vorteil, daß die Stromdichte erhöht und damit die für eine bestimmte Metallmenge notwendige Niederschlagszeit verkürzt werden kann. Außerdem kann der Ansaugteil der nicht dargestellten

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Pumpe mit den beiden Einlaßkanälen 130 verbunden und der Behälter 115 bis über das untere Ende der Kanäle 131 mit dem Elektrolyten gefüllt gehalten werden. Der hierbei entstehende Sog bewirkt dann zusätzlich, daß die Masken 121 und 125 gegen den Kathodenteü 124

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gepreßt werden.

Weiterhin gestattet die Anordnung gemäß der Figuren 8 bis 10 aus chemisch neutralem, unlöslichem Material, wie Platin oder Graphit, bestehende Anodenteile zu verwenden. Als Elektrolyt werden nacheinander mehrere verschiedene Lösungen verwendet, so daß nacheinander verschiedene Metallionen auf dem Kathodenteil niedergeschlagen werden. Auf diese Weise kann beispielsweise zunächst. Kupfer und dann Gold über dem Kupfer niedergeschlagen werden. Die verschiedenen Elektrolyte und die Waschlöeung befinden sich in getrennten Vorratsbehältern, die über Rohre und Ventile mit der Pumpe bzw. dem Behälter 115 in Verbindung stehen. Da sich in diesem Falle die Anoden nicht auflösen, würde sich die Konzentration der Elektrolyten während'des Niederschlagprozesses verändern, wenn nicht geeignete Materialien fortwährend in geeigneter Menge hinzugefügt würden. —

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Selbstverständlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf das rein chemische Niederschlagen von Metall anwenden. Die an den im vorhergehenden beschriebenen Anordnungen in diesem Fall erforderlichen Veränderungen dürften dem Fachmann keine Schwierigkeiten bereiten. Betrachtet mart beispielsweise die Anordnung gemäß -Fig. 8 bis Fig. 10, so müßten in diesem Falle die Anodenteile 120, 128 weggelassen werden und der Kathodenteü 124 wäre nicht mit einer Metallschicht versehen, sondern würde nur aus einer Trägerschicht bestehen. Beim elektrolytischen und chemischen Niederschlagen können die porösen Unterlagen 122 und 126 der Anordnung gemäß der Figuren 8 bis 10 mit Kanälen 131 versehen sein, sie müssen aber so passend durch geeignete Mittel zusammengehalten werden, daß die jeweils verwendete Lösung stets vom einen Rand zum gegenüberliegenden Rand der Unterlage fließt.

Die in Fig. 11 gezeigte Anordnung eignet sich zur Massenproduktion von gedruckten Schaltungen. Die Anordnung besteht aus einem Behälter 135, in dem sich eine Kupfereulphatlösung als Elektrolyt befindet. Der Behälter ist umgeben von vier Rollen 136, 1ST, 1S8 und 139, um dlt ein endloses Band geschlungen ist. Das Band 140 bewegt einen

Zylinder 141, der zwischen den Hollen 136 und 137 angeordnet let«

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sobald das Band durch einen auf die Rolle 137 wirkenden Motor 134 angetrieben wird. Der Zylinder 141 ist so angeordnet, daß bei seiner Drehung seine Achsenlage erhalten bleibt, Auf der Vorratsrolle 143 befindet sich flexibles, streifenförmiges Material 142, das den isolierenden Träger für das "niederzuschlagende Metall darstellt und das auf der dem Zylinder 141 zugewandten Fläche mit einer dünnen Kupferschicht bedampft ist. Das streifenförmige Material 142 läuft von der Vorratsrolle 143 zwischen dem Band 140 und dem Zylinder 141 zu einer Aufnahmerolle 144. Eine mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle verbundene Rolle 145 steht mit der metallisierten Oberfläche des streifenformigen Materials 142, das also die Kathode darstellt, in leitender Verbindung. Eine Kupferanode 146 taucht in den Elektrolyten und ist mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle verbunden. Der Zylinder 141 besteht aus einer porösen, zylindrischen Unterlage 150, auf der eine zylindrische, aus isolierendem Material bestehende Maske 151 befestigt ist. Die Maske weist wiederum, wie im Vorhergehenden bereits beschrieben, Öffnungen auf, so.daß der Elektrolyt durch die poröse, zylindrische Unterlage 150 und die Öffnungen in der Maske 151 an die metallisierte Oberfläche des streifenformigen Materials 142 gelangen kann. Die Geschwindigkeit des endlosen Bandes 140 und des Stromes kann

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theoretisch oder experimentell vorausbestimmt werden. Das in diesem Prozeß beispielsweise mit Leitungszügen versehene, streifenförmige Material 142, das auf der Aufnahmerolle 144 gesammelt, wird, muß noch leiqht abgeätzt und gewässert werden. Selbstverständlich kann das streifenförmige Material vor dem Aufrollen durch entsprechende Bäder geleitet werden.

Die in Fig. 11 gezeigte Anordnung kann auch dazu verwendet werden, zusätzlich auf der äußeren Oberfläche des ströifenförmigen Materials einen metallischen Niederschlag aufzubringen. In diesem Fall muß das streifenförmige Material aber entweder umgewendet oder auf beiden Oberflächen mit einer Metallschicht versehen werden. Außerdem muß das Band 140 aus isolierendem Material hergestellt und als Maske ausgebildet sein. Die Kupferanode ist dann außerhalb des Zylinders 141 anzuordnen.

Die Anordnung gemäß Fig. 11 kann auch dahingehend verändert werden, daß die Rollen 138 und 139 nicht außerhalb, sondern innerhalb des Behälters 135 angeordnet werden. Mari erreicht dadurch, daß das Band 140 beim Übergang von der Rolle 137 auf die Rolle nicht um den Behälter läuft. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß sich auf dem Band kein Stoff auskristallisieren kann.

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Selbstverständlich können auch metallische Niederschläge auf unregelmäßigen Oberflächen erzeugt werden. Die Gestalt der Maske ist dann der unregelmäßigen Oberfläche nachzubilden.

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Claims

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Docket 45 618; Ot 71/64

1β. Dezember 1064 gg-βο

Patentansprüche

1. Verfahren zum elektrolytischen oder chemischen Aufbringen von 'elektrischen Leitungszügen auf einer Trägerschicht unter Verwendung einer mit von ihrer sonst undurchlässigen Oberfläche ausgehenden, dem Leitungsmuster nachgebildeten öffnungen versehenen, isolierenden Maske, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske nur nach einer Seite hin offene öffnungen erhält, die Trägerschicht mi dieser Seite die öffnungen abdichtend auf die Maske gedrückt wird und anschließend die Leitungszüge auf den durch die mit geeigneter Lüftung gefüllten öffnungen begrenzten Bereichen niedergeschlagen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal die Öffnungen der Maske in an sich bekannter Weise durch elf* da· f e-

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wünschte Leitungsmuster nachbildende Belichtung und Entwicklung einer lichtempfindlichen, isolierenden Schicht erzeugt werden jmkI anschließend die Schicht mit der belichteten Seite auf der Trägerschicht angebracht wird.

3", Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Schicht vor der Belichtung auf eine Unterlage gebracht wird und durch die Entwicklung bis zur Unterlage reichende Öffnungen erzeugt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage für die lichtempfindliche Schicht eine für einen nachfolgenden elektrolytischen Prozeß als Anode dienende Metallschicht verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem elektrolytischen Prozeß durch die Öffnungen Einschnitte in die als Anode dienende Metallschicht eingeätzt werden.

(). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage für die lichtempfindliche Schicht aus porösem und/oder_mit Ka-

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nälen versehenem Material hergestellt wird, so daß die für die nach* folgenden Prozesse erforderlichen Flüssigkeiten in die öffnungen gelangen können.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage zylindrische Form hat und von der Maske und der daraufliegenden Trägerschicht umschlungen wird;

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