DE1521436B2

DE1521436B2 - Verfahren zum Herstellen von auf Isolierstofftrager aufgebrachte ge druckte Schaltungen oder dergleichen

Info

Publication number: DE1521436B2
Application number: DE19641521436
Authority: DE
Inventors: Frederick W Oyster Bay McCormack John Francis Roslyn Heights Williamson John Duff Miller Place N Y Schneble jun (VStA)
Original assignee: Photocircuits Corp , Glen Cove, NY (V St A )
Priority date: 1963-06-21
Filing date: 1964-06-22
Publication date: 1972-10-12
Also published as: DK125903B; NL6407079A; CH455898A; US3269861A; BR6460196D0; GB1056814A; AT250472B; DE1521436A1

Description

1. Aufbringung eines ätzfesten Musters auf den mit Kupferfolie beaufschlagten Isolierstoffträger;

2. Abätzen der frei liegenden Kupferfolie;

3. Entfernung des ätzfesten Überzuges von dem Leitungsmuster;

4. Aufbringung eines säurefesten Überzuges über die gesamte Oberfläche der Leiterplatte;

5. Einbringung von Lochungen durch den Isolierstoffträger;

6. Sensibilisierung der nicht mit säurefestem Überzug versehenen Lochwandungen;

7. Entfernung des säurefesten Überzuges und

8. Einbringung des Isolierstoffträgers bzw. der Leiterplatte in ein Plattierungsbad zur stromlosen Kupferabscheidung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination einzelner Verfahrensschritte in folgender Reihenfolge:

1. Einbringung von Lochungen in einen mit Kupferfolie wenigstens einseitig überzogenen Isolierstoffträger;

2. Sensibilisierung der Gesamtoberfläche des Isolierstoff trägers;

3. stromlose Kupferabscheidung im Plattierungsbad auf der sensibilisierten Oberfläche;

4. Aufbringung eines ätzfesten Leitungsmusters;

5. Abätzung der frei liegenden Oberflächenbereiche der Kupferfolie und

6. Entfernung der ätzfesten Uberzugsschicht..

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte die stromlose Kupferabscheidung im Plattierungbad erst nach der Entfernung der ätzfesten Uberzugschicht erfolgt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von auf Isolierstoffträger aufgebrachte gedruckte Schaltungen od. dgl., wobei Leitungsverbindungen des mittels Siebdruck, Offsetdruck oder anderen derartigen Verfahren aufgebrachten Leitungsmusters durch Lochungen hindurchgeführt sind, deren Wandungen mit Metallbelegungen beaufschlagt sind, und wobei nach entsprechender Sensibilisierung die stromlose Metallabscheidung Anwendung findet. Die Verwendung metallisierter Lochungen in Isolierstoffträgern zum Verbinden verschiedener in mehreren Ebenen angeordneter Leiterzüge bzw. zur Verbesserung der Lötstellen zwischen Bauelementen-Anschlüssen und Leiterzügen gedruckter Schaltungen hat in der einschlägigen Technik große Verbreitung gefunden. Die in diesem Zusammenhang zur Anwendung gebrachten Verfahren sind jedoch zufolge ihrer Kompliziertheit kostspielig und teilweise auch qualitativ nicht voll befriedigend. Bei einem bekannten Verfahren wird zunächst eine nur wenige μ dünne Schicht aus stromlos abgeschiedenem Metall vorgegeben, die als leitfähige Unterlage für den Aufbau einer galvanisch hergestellten Metallschicht gewünschter Dicke dient. Um gedruckte Schaltungen mit metallisierten Lochungen herzustellen, wird in der Regel von ein oder beidseitig mit einer Kupferfolie von beispielsweise 35 μ kaschierten Platte aus Isoliermaterial, beispielsweise einer solchen aus Phenol oder Epoxydharzen ausgegangen. Die Weiterverarbeitung kann in unterschiedlicher Weise vorgenommen werden. Weitgehend verbreitet ist das folgende Verfahren:

Zunächst werden die zu metallisierenden Lochungen in den Isolierstoffträger eingebracht und für die stromlose Metallabscheidung sensibilisiert. Hierauf werden stromlos arbeitende Metallabscheidungsbäder zur Einwirkung gebracht, um eine Metall- vorzugsweise Kupferschicht herzustellen, deren Stärke gerade ausreicht, um die Strombelastung bei einer nachfolgenden galvanischen Metallisierung ohne Schaden auszuhalten. Nachfolgend wird eine beispielsweise im Siebdruckverfahren hergestellte Maske aufgebracht, welche jene Gebiete der Folienoberfläche bedeckt, die nicht Leiterzüge der gedruckten Schaltung werden sollen (Negativ-Maske), um anschließend galvanisch eine Schicht auf der Folienoberfläche, die von der Maske unbedeckt geblieben ist, sowie auf der mit dem stromlos hergestellten dünnen Metallüberzug ausgestatteten Lochwand abzuscheiden. Diese Metallschicht besteht beispielsweise zunächst aus einer Kupferschicht genügender Dicke, um die elektrischen Leitfähigkeitsanforderungen zu erfüllen und einer darauf abgeschiedenen relativ dünnen Deckschicht aus einem oder mehreren Metallen, die gegenüber Kupferätzlösungen beständig sind. Als Beispiel seien Nickel-Gold, Silber und Zinn/Blei Schichten genannt. Anschließend wird die Maskenschicht entfernt und die nunmehr frei liegende ursprüngliche Folienkupferschicht zwischen den Leiterzügen weggeätzt.

Dieses bekannte Herstellverfahren ist jedoch nicht nur verhältnismäßig kompliziert, _die erforderliche galvanische Metallisierung bedingt auch zwangläufig, daß die Herstellung metallisierter Lochungen mit abnehmendem Lochdurchmesser zunehmend schwieriger und bei sehr dünnen Lochungen unmöglich wird. Ursache hierfür ist die Abhängigkeit der galvanischen Abscheidung von dem äußeren elektrischen Feld. Da der Felddurchgriff in Bohrungen mit kleiner werdendem Durchmesser und zunetamehder Lochtiefe stark abnimmt, wird wesentlich weniger Metall auf den Lochwandungen als auf der Folienoberfläche abgeschieden. Um eine einigermaßen ausreichende Schichtdicke in der Isoliermaterialmitte zu erreichen, bedarf es des Aufbaus einer übermäßig dicken Metallschicht auf der Folienoberfläche.
Auch ist es bekannt, Zusätze den Metallisierungs-

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Bädern zuzugeben, um die Abscheidung auf den ohne äußeres elektrisches Feld arbeitende Bäder, sind Lochwandungen gegenüber jener auf der Folienober- frei von der abgeschiedenen Metallschicht. Sie sind fläche vorteilhafter zu gestalten. Damit ist zwar die daher geeignet, gleichmäßige Schichten auch in exGrenze für galvanisch herstellbare metallisierte Lö- trem dünnen und tiefen Löchern aufzubauen. Da eher zugunsten kleinerer Durchmesser hinausgescho- '5 autokatalytische Badlösungen an der Oberfläche des ben, nicht jedoch aufgehoben. Die Zusatzmittel wer- aus ihnen abgeschiedenen Metalls zur weiteren Abden in geringen Mengen mit abgeschieden und führen scheidung katalysiert werden, können für alle praktizu Komplikationen bezüglich der Haftung nachfol- sehen Zwecke beliebig dicke Schichten vermittels dergend aufzubringender Schichten, wie Nickel oder artiger stromlos arbeitender Bäder hergestellt werden. Gold. Ebenso bedarf es eines aufwendigen und io Stromlos abgeschiedene Kupferschichten sind jedoch schwierigen Verfahrens, um die Haftung zwischen in der Regel außerordentlich spröde und zeigen häuf ig dem galvanisch abgeschiedenen Kupfer und üblichen, eine pulverartige Struktur. Zudem sind stromlos arauf der Kupferfolienoberfläche ausgeschiedenen, ... behende Verkupferungsbäder oftmals instabil und unstromlosen Metallfilmen sicherzustellen. brauchbar, um über längere Zeiträume sicher und

Für Oberflächenstrukturen, wie Schrauben od. dgl., 15 wirtschaftlich zu arbeiten. Um eine elektrisch einist es im übrigen nicht neu, stromlose Nickelschichten wandfreie und auch mechanisch — insbesondere gein gleichmäßiger Dicke abzuscheiden. genüber thermischen Belastungen wie jenen bei einem

'Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lo- Lötvorgang — feste Metallschicht und Verbindung chungen in Isolierstoff trägem mit metallisierten Wan- zwischen dieser und dem beispielsweise zum Aufbau düngen auf einfache, sichere und wirtschaftliche ao von Leiterzügen benutzten oder mitbenutzten Folien-Weise auch für Lochungen kleinsten Durchmessers zu kupfer zu erzielen, ist es notwendig, ein stromlos herermöglichen, gestelltes Kupfer zu benutzen, das hohe Duktilität auf-

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren soll weist und eine feinkristalline Struktur aufweist, die

sichergestellt werden, daß der Metallbelag über die frei von pulverartiger Abscheidung ist. Solche Schich-

ganze Lochtiefe gleichmäßige Dicke aufweist, und 35 ten können jedoch aus stromlos arbeitenden Bädern

daß Lochungen mit praktisch beliebig geringem hergestellt werden, die neben üblichen Bestandteilen

Durchmesser und beliebig großer Tiefe einwandfrei einschließlich eines Komplexbildners für Kupfer-

ünd einfach mit metallisierten Wandungen ausgestat- (Il)-Ionen auch eine geringe Menge eines Komplex-

tet werden können. Dies ist im Hinblick auf die bildners für Kupfer-(I)-Ionen enthalten. Als Beispiel

schnell fortschreitende Miniaturisierung und für die 30 für eine solche Badlösung kann eine Verkupferungs-

Herstellung von relativ dicken, sogenannten flüssigkeit dienen, die ein wasserlösliches Kupfersalz

Mehrebenen-Leiterplatten mit ihren in der Regel in einer Menge zwischen 0,5 g und der Sättigungskon-

gleichfalls gerüigdurchmeßrigen Bohrungen von gro- zentration (0,002 bis 0,15 Mol/liter oder mehr), einen

Bei Bedeutung. Komplexer für Kupfer-(II)-Ionen in einer Menge, die

Die Lösung dieser Aufgabe wird für ein Verfahren 35 dem 0,5 bis 2,5fachen der anwesenden Kupfer-Ionen

der eingangs genannten Art durch die Kombination entspricht, ein Reduktionsmittel, beispielsweise

folgender Verfahrensschritte erreicht: Formaldehyd, in einer Konzentration von 0,06 bis 3,4

^: 1. Aufbringung eines ätzfesten Musters auf den mit Mol/Liter ein Alkalimetallhydroxid in einer Menge

Kupferfolie beaufschlagten Isolierstoff träger; ^dlf ausreicht, um emen pH-Wert der der Lösung zwi-

V 2. Abätzen der frei liegenden Kupferfolie; ⁴° ^{schen 10}'^{5 und 14} (^bei Formaldehyd als Reduktions-

V3. Entfernung des ätzfesten Überzuges von dem "\^lttel) ^und .^emen Komplexbildner für .Kupfer-

^: Leitunesmuster (I)-Ionen in einer Menge von 0,0002 bis 0,06 Mol/Li-

'.4. Aufbringung eines säurefesten Überzuges über ^ter> ^{sowie Wasser für einen Liter Lösun}§ enthält. Als

^;: die gesamte Oberfläche der Leiterplatte; Komplexbildner können für das Kupfer-(I)-Ion be-

.:^:i5. Einbringung von Lochungen durch den Isolier- ^{45 vorzu}gt wasserlösliche anorganische oder organische

■''■' stoffträser Cyanide verwendet werden, wobei geeignete anorga-

^:6. Sensibilisierung der nicht mit säurefestem Über- ⁿ.^ische Cyanide, insbesondere die Alkalimetallcyanide

zug versehenen Lochwandungen; ^smc*· . .

7. Entfernung des säurefesten Überzuges und Leitfähige Verbindungswege in Isolierstoffen, wie

8. Einbringung des Isolierstoffträgers bzw. der ⁵° metallisierte Lochungen in gedruckten Schaltungen, Leiterplatte in ein Plattierungsbad zur stromlo- ^{zeichnen slch} demnach erfindungsgemäß besonders sen Kupferabscheidung. dadurch aus, daß die gesamte Leitkupferschicht auf

den Lochwandungen aus duktilem, stromlos abge-

Eine weitere vorteilhafte Verfahrenskombination schiedenem Kupfer besteht, und daß dieser Metallist durch folgende Reihenfolge gegeben: 55 niederschlag aus einem metallischen Kupfer besteht,

1. Einbringung von Lochungen in einen mit Kup- ^{das in mni}§^em metallischem Kontakt mit entsprechenferfolie wenigstens einseitig überzogenen Isolier- ^den Flachenbezirken von Leiterzugen steht. Nach stoffträeer dem vorliegenden Verfahren wird nicht nur die Her-

2. Sensibilisierung der Gesamtoberfläche des Iso- stellung solcher Metallschichten auf Lochwandungen lierstoffträgers· ^6o od. dgl. wesentlich vereinfacht und deren Qualität we-

3. stromlose Kupferabscheidung im Plattieruhgs- sentlkh vergrößert, es wird darüber hinaus auch mögbad auf der sensibilisierten Oberfläche; ^hch> ^die Innenflächen von Löchern mit einem Durch-

4. Aufbringung eines ätzfesten Leitungsmusters; ^{messer der nur} Bruchteile eines Millimeters ausma-

5. Abätzung der frei liegenden Oberflächenbereiche ^{chen kann und die} .^durch Platten großer Dicke hinder Kupferfolie und ⁶S durchgeführt sind, sicher zu metallisieren.

6. Entfernung der ätzfesten Überzugsschicht. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren näher beschrieben, die der Verdeutlichung der Stromlos, also ohne äußere Stromzufuhr und damit einzelnen in bestimmter Reihenfolge vorgegebenen

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Verfahrensschritte für verschiedene vorteilhafte Ver- sehenen Stellen mit Lochungen 21 versehen, so daß

fahrensweisen dienen sollen. der in Fig. 2A im Querschnitt dargestellte Zustand

F i g. 1 zeigt die einzelnen Verfahrensschritte für vorliegt. Hierauf wird die gelochte Leiterplatte sensi-

eines der besonders bevorzugten erfindungsgemäßen bilisiert und anschließend einem autokatalytischen Verfahren. Die Isolierstoffschicht 10 kann beispiels- 5 Bad für die stromlose Abscheidung von duktilem

weise aus einer mit Phenol getränkten Papierschich- Kupfer ausgesetzt. Das derart erzielte Zwischenpro-

tung bestehen, auf der Kupferfolienkaschierungen 12 dukt stellt F i g. 2 B dar, wobei die Bezugszeichen 24

auf beiden Oberflächenseiten vorhanden sind; und 25 sowohl die Folienoberfläche als auch alle

(Fig. IA) Lochwandungen überziehende Kupferschicht darstel-

Fig. IB zeigt eine Querschnittdarstellung nach io len. Die Kupferschicht besitzt die endgültig gedem Herstellen einer dem gewünschten Leiterbild ent- wünschte Stärke. Anschließend wird eine Maske hersprechenden Maske aus einem Material, das der zu gestellt, die nur jene Gebiete unbedeckt läßt, welche in verwendenden Ätzlösung widersteht. Diese Maske der fertigen Leiterplatte frei von Metall sein sollen, kann beispielsweise im Lichtdruck oder im Siebdruck Dies kann beispielsweise derart geschehen, daß zuhergestellt werden. Die Abdeckmaske ist mit dem Be- 15 nächst die Oberfläche der Leiterplatte einschließlich zugszeichen 14 bezeichnet; der Lochwandungen mit einem ätzfesten Photolack

Fig. IC zeigt den Zustand nach dem Wegätzen der überzogen wird, nachfolgend diese durch eine ent-Kupferfolie in den nicht von der Maske abgedeckten sprechende Schablone belichtet und entwickelt und Bereichen. Anschließend wird die Abdeckmaske 14 damit eine Maske hergestellt wird, die sowohl die entfernt und die gesamte Plattenoberfläche mit einer 20 Lochwaiidungen als auch jene Teile der Folienober-Abdeckschicht 16 versehen; fläche überzieht, die den gewünschten Leiterzügen

Fig. ID zeigt den * hiernach erhaltenen Zustand. entsprechen.

Nunmehr werden die Lochungen, beispielsweise Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens ist durch Stanzen oder Bohren eingebracht. So ergibt sich in F i g. 3 schematisch dargestellt. Als Ausgangsmatedas in F i g. 1E dargestellte Zwischenprodukt mit der 25 rial dient wiederum beidseitig kupferkaschiertes Iso-Lochung 17. Nachfolgend wird der so vorbereitete lierstoffmaterial. Dieses wird zunächst an den geIsolierstoff träger in üblicher Weise weiterbehandelt, wünschten Stellen mit Lochungen versehen. Sodann um die Lochwandungen für die katalytische Einlei- wird die perforierte Leiterplatte in üblicher Weise tung der stromlosen Metallabscheidung zu sensibili- einem Sensibilisierungsvorgang unterworfen, um so sieren. Dies kann beispielsweise durch Behandlung 30 die Lochwandungen für die stromlose Metallabscheimit Zinnsalz- und Palladiumsalzlösungen geschehen. dung zu katalysieren. Fig. 3A zeigt diesen Zustand, Sodann wird die Abdeckschicht 16 entfernt und der wobei 30 die Isolierstoffschicht, 32 die Kupferfolie plattenförmige Träger einem autokatalytisch arbei- und 31 eine der Lochungen darstellen. Hierauf wird tenden stromlos metallisierenden Bade ausgesetzt, das die Folienoberfläche in an sich bekannter Weise mit eine duktile Kupferschicht 18 sowohl auf der Folien- 35 einer Maske 34 versehen, die dem gewünschten kupferoberfläche der Leiterzüge als auch auf den Leiterzugmuster entspricht. (Fig.3B). Wird an-Lochwandungen in der Stärke abscheidet, die für die schließend die so vorbereitete Platte einer Ätzlösung gedruckten Schaltungen ausreichend ist. für Kupfer ausgesetzt, so ergibt sich das in F i g. 3 C

Fig. IF zeigt die fertige gedruckte Schaltung im dargestellte Zwischenprodukt.

Querschnitt. 40 Wird nun die ätzresistente Maske 34 entfernt, so er-

Fig.2 bezieht sich auf eine andere Ausführungs- gibt sich Fig. 3D. Fig. 3E zeigt das Fertigprodukt, form des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei das sich ergibt, wenn das Zwischenprodukt nach wird wiederum von kupferkaschiertem Basismaterial Fig.3D einem autokatalytischen, stromlos arbeitenausgegangen, wobei der Isolierstoffkern 20 beispiels- den Verkupferungsbad für duktiles Metall ausgesetzt weise aus einer mit Epoxydharz getränkten Glasfaser- 45 wird. Hierbei werden sowohl die Leiterzüge 32 als gewebeschicht bestehen kann, die von den aufka- auch die Lochwandungen 31 mit einer duktilen, fest schierten Kupferfolien 22 beaufschlagt ist. Dieses haftenden Kupferschicht 38 überzogen, welche die Ausgangsmaterial wird zunächst an den hierfür vorge- hierfür gewünschte, endgültige Dicke besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von;auf Isolierstoffträger aufgebrachte gedruckte Schaltungen od. dgl., wobei Leitungsverbindungen des mittels Siebdruck, Offsetdruck oder anderen derartigen Verfahren aufgebrachten Leitungsmusters durch Lochungen hindurchgeführt sind, deren Wandungen mit Metallbelegungen beaufschlagt sind, und wobei nach entsprechender Sensibilisierung die stromlose Metallabscheidung Anwendung findet, gekennzeichnet durch die Kombination einer Mehrzahl von die Abscheidung duktilem Kupfers wenigstens auf den Lochwandungen ausschließlich stromlos ermöglichenden Verfahrensschritten in folgender Reihenfolge: