DE1571802B2

DE1571802B2 - Verfahren zur herstellung von isolatorplatten fuer gedruckte schaltungen

Info

Publication number: DE1571802B2
Application number: DE19661571802
Authority: DE
Inventors: Hyogo Neyagawa; Nakamura Tsuneshi Hirakata; Osaka Hirohata (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1966-12-20
Filing date: 1966-12-20
Publication date: 1976-07-22
Also published as: DE1571802A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit durchplattierten Bohrungen versehenen Isolatorplatten für gedruckte Schaltungen.

Die Verwendung gedruckter Schaltungen zum Verbinden elektronischer Komponenten hat sich durch die Notwendigkeit, verhältnismäßig kleine und zuverlässige elektronische Schalteinrichtungen ohne großen Arbeitsaufwand herstellen zu müssen, weitgehend

durchgesetzt.

Ganz allgemein ist es bekannt (Proc. Amer.

Electroplated Soc. 46 [1959], S. 264 bis 76), eine stromlose Verkupferung von Isolatorplatten aus Phenolharzen, die für gedruckte Schaltungen verwendet werden, durchzuführen.

Es ist weiterhin ein Verfahren der eingangs erwähnten Art bekannt (US-PS 32 26 256), bei dem zunächst ein katalytisch, aktives Metallpulver unter Bildung einer katalytischen Tinte in ein breiartiges Medium eingerührt und die katalytische Tinte dann siebdruckmäßig auf die Isolatorplatten aufgebracht werden, worauf letztere in einem Bad für stromlose Metallisierung weiterbehandelt werden. Bei diesem bekannten Verfahren ist die Möglichkeit eines schnellen Variierens hinsichtlich der Wahl eines zu verwendenden Metallpulvers nicht gegeben, und es ist stets eine bestimmte Rührmechanik erforderlich.

Ein weiteres ähnliches Verfahren stromloser Verkupferung von Isolatorplatten für gedruckte Schaltungen ist bekannt (US-PS 32 59 559), bei dem aktiviertes Kupferoxidpulver bereits in der Harzschicht der Isolatorplatte vorgesehen wird, bevor in letzterer Bohrungen hergestellt werden, so daß die Bohrungen nur herstellbar sind, wenn die Isolatorplatte bereits katalytisch aktiv gemacht worden sind. Die Möglichkeit der Verwendung beliebiger, katalytisch nicht aktivierter Bohrungswände ist somit nichtgegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein *

Verfahren der eingangs erwähnten Art derart zu j gestalten, daß bei schneller Variationsmöglichkeit bezüglich der Wahl des aufzubringenden Metallpulvers durch geeignete Applikation des letzteren eine beliebige Aktivierbarkeit der Wände von in den Isolatorplatten vorzusehenden Bohrungen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verfahrensschritte, daß die Platten mit einer Harzschicht geglättet werden, daß die Platten mit einem ungehärteten Haftgrund in Form der gewünschten Leiterzüge bedruckt und gebohrt werden, daß nur in die Leiterzüge katalytisch aktives Metallpulver aufgestäubt und eingepreßt wird und der ungehärtete Haftgrund ausgehärtet wird, daß die mit den Leiterzügen versehenen, gebohrten Platten in" bekannter Weise sensibilisiert und aktiviert werden, daß der an den glatten Plattenoberflächen adsorbierte Aktivator durch Waschen und Bürsten entfernt wird, so daß der Aktivator lediglich an den Bohrungswänden verbleib^ und daß .die vorbehandelten Platten anschließend stromlos metallisiert werden: ''

Vorteilhafterweise werden die Isolatorplatten auf ihren beiden Oberflächen zunächst mit einem glatten Phenolharz überzogen und wird zur Herstellung der Leiterzüge Epoxyharz als ungehärteter Haftgrund verwendet. Für die Dicke des ungehärteten Haftgrundes können Werte angewendet werden, die annähernd gleich oder kleiner als die mittlere Teilchengröße des katalytisch aktiven Metallpulvers sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich insbesondere durch die Aufstäubung beliebig wählbarer Metallpulver und damit durch die Ausschaltung der Notwendigkeit irgendwelcher mechanischer Rührvorrichtungen sowie dadurch als vorteilhaft, daß die gewünschten Leiterzüge und beliebige, katalytisch nicht aktive Bohrungswände herstellbar sind.

Die Erfindung wird im Einzelnen an Hand der Zeichnung beschrieben. In letzterer sind:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer mit einer

durchplattierten Bohrung versehenen Isolatorplatte, nach einer Arbeitsstufe stromloser Metallisierung, und

Fig.2 eine Querschnittsansicht der einen abschließend behandelten Isolatorplatte mit durchplattierten> Bohrung.

Nach Fig. 1 wird auf eine Isolatorplatte 1 mit einem ungehärteten farbigen Haftgrund nach einer bestimmten Schablone bedruckt. Ein Metallpulver 4 wird über die gesamte Oberfläche der bedruckten Isolatorplatte 1 aufgestäubt und zum Beispiel beim Laufen der Isolatorplatte zwischen zwei Walzen hindurch oder durch Pressen eines flachen Belages des Metalipulvers 4 in den ungehärteten Haftgrund 3 eingepreßt, so daß letzterer die einzelnen Teilchen des Metallpulvers 4 fixiert. Auf der Oberfläche befindliches Metallpulver, das nicht an dem ungehärteten Haftgrund haftet, kann durch Schütteln und Neigen der Isolatorplatte leicht entfernt werden. Der ungehärtete Haftgrund 3 wird durch ein an sich bekanntes Verfahren zum Fixieren der Metallpulverteilchen gehärtet. Die mit dem gehärteten Haftgrund versehene Isolatorplatte wird an bestimmten Stellen in bekannter Weise mit Bohrungen 7 versehen, die zum Einführen äußerer Komponenten bearbeitet werden. Die mit Bohrungen versehene Isolatorplatte wird in eine wäßrige Lösung von Zinndichlorid und dann in eine wäßrige Lösung von Palladiumchlorid zur Aktivierung der Plattenoberflächen und der Bohrungswände eingetaucht. Palladiumionen werden durch Zinnionen zu Palladiumteilchen reduziert, die als Aktivator 5 für die Metallabscheidung auf nicht elektrischem Wege wirken. Der Aktivator 5 wird an den Bohrungswänden stark,"jedoch an den Plattenoberflächen schwach adsorbiert.

Die Plattenoberflächen werden dann z. B. mit einer Drahtbürste gebürstet und mit Wasser gewaschen, um den Aktivator von ihnen zu entfernen. Der Aktivator verbleibt lediglich auf den Bohrungswänden nach dem Bürsten und Waschen.

Die vorbehandelte Platte wird weiter mit einem Bad zur stromlosen Metallisierung in einer üblichen Weise behandelt. Der stromlos erzeugte Metallniederschlag setzt sich auf dem Metallpulver, das auf dem gehärteten Haftgrund fixiert ist, auf den Bohrungswänden ab, um eine mit durchplattierten Bohrungen versehene Isolatorplatte mit einer gedruckten Schaltung gemäß F i g. 2 zu bilden.

Für die Herstellung der mit durchplattierten Bohrungen versehenen Isolatprplatten mit einer gedruckten Schaltung in einem Arbeitsgang ist es vorteilhaft, die zuvor dargelegte Reihenfolge der Schritte des Herstellungsverfahrens einzuhalten, d.h. Glätten der Platten, Bedrucken der Plätten mit einem ungehärteten Haftgrund, Aufstäuben und Einpressen des Metallpulvers, Aushärten des' ungehärteten Haftgrundes, Bohren der Platten, Einbringen in wäßrige Lösung von Zinn(II) chlorid; und Palladiumchlorid, Bürsten und Waschen der Plattenoberflächen und stromlose Metallisierung. Die Reihenfolge kann jedoch zur Erzielung ähnlicher Wirkungen gewechselt werden. · ■

Es wurde im Rahmen dieser Erfindung festgestellt,"" daß die durchplattierten Bohrungen in den gedruckten Schaltkreisen mit geringen Kosten durch Anwendung des mit gepreßtem Pulver arbeitenden Verfahrens bewirkt werden kann. Die vorliegende Erfindung basiert hauptsächlich auf der Entdeckung, daß der Aktivator durch die Wandung der Bohrungen stärker als durch die Oberfläche der Isolatorplatte absorbiert wird. Daher kann der Aktivator leicht in einer einfachen Weise von der Oberfläche entfernt werden, zum Beispiel durch Bürsten und Waschen der Oberfläche der Isolatorplatte, der in wäßrige Lösungen von Zinndichlorid und Palladiumchlorid getaucht worden ist, während der Aktivator auf der Umwandung verbleibt. Die gebildete Isolatorplatte kann mit einer leitfähigen Schablone in Verbindung mit den durchplattierten Bohrungen in einem Arbeitsgang durch Behandlung mit dem Bad für stromlose Metallisierung versehen werden.

ίο Die Isolatorplatte kann aus einer Glasplatte, Keramikplatte und Harzplatte, wie Phenolformaldehydharz, Epoxyharz, Melamin und irgendwelchen anderen Harzen mit einem hohen elektrischen Widerstand und einer hohen mechanischen Festigkeit und einem hohen Widerstand gegenüber Wärme und Chemikalien hergestellt werden. Eine bevorzugte Isolatorplatte enthält eine phenolische Harzschicht mit Papiergrundlage, weil dieses eine rauhe Oberfläche der Umwandung der Bohrungen 7 zur Förderung der Adsorption des Aktivators verursacht.

Es ist erforderlich, daß die Oberfläche der Isolatorplatte glatt ist und nicht einen Aktivator adsorbiert, um zu verhüten, daß die Oberfläche mit dem nicht elektrisch abgeschiedenen Metallniederschlag belegt wird. Für diesen Zweck wird, wenn die Oberfläche der Isolatorplatte dem vorstehenden Erfordernis nicht genügt, isolierender Anstrich oder isolierender Lack 2 mit vorzüglichen elektrischen Eigenschaften und hohem Widerstand gegenüber Wärme und Chemikalien, wie Epoxyharz und Phenolformaldehydharz, auf der Oberfläche der Isolatorplatte aufgebracht, wie in F i g. 1 und 2 gezeigt wird. Übliche phenolische Harzschichten auf Papiergrundlage können vorzüglich zusammengesetzte gedruckte Schaltkreise mit durchplattierten Bohrungen bilden, wenn die Schichten mit einem Anstrich aus Phenolformaldehydharz nach der Erfindung überzogen werden.

Ungehärteter Haftgrund kann aus klebrigen Harzen, wie phenolischen Harzen, Epoxyharz, Phenolgummi und Polyvinylbutyral und einem Füllstoff, wie Kohlenstoff, Titanoxyd, Zinkoxyd und irgendwelchen anderen üblichen Pigmenten bestehen. Diese Harze haben eine ausgezeichnete Haftkraft, hervorragende elektrische Eigenschaften und einen hohen Widerstand gegenüber Wärme und Chemikalien. Das Harz wird mit dem Füllmittel gestreckt, um die viskosität zu regulieren und Eigenschaften zu erhalten, die bei der Anwendung als

Haftgrund geeignet sind. ',

Bevorzugter ungehärteter Haftgrund kann aus Epoxyharz hergestellt werden, wenn eine phenolische Harzschicht als Isolatorplatte verwendet wird.

Ein derartiger ungehärteter Haftgrund wird auf die Isolatorplatte nach einer bestimmten Schablone nach üblichen Verfahren aufgebracht.

Ein bevorzugtes Verfahren ist das Seidenschirmverfahren, nach dem eine geeignete Dicke von 20 bis 50 Mikron des klebrigen Haftgrundes hergestellt werden kann. Es ist schwierig, das . Metallpulver auf dem Haftgrund, die eine geringere Dicke als 20 Mikron hat, hinreichend festzukleben.

Das Metallpulver wirkt für den durch stromlose Metallisierung erzeugten Metallniederschlag als Katalysator. Daher ist es erforderlich, daß das Metallpulver Kupfer, Nickel, Silber, Gold, Platin, Palladium oder deren Legierungen für den stromlos erzeugten Kupferniederschlag und Nickel, Eisen, Kobalt, Aluminium, Beryllium, Platin, Palladium, Rhodium oder deren Legierungen für den stromlos erzeugten Nickel- oder

Kobaltniederschlag enthält.

Es ist erforderlich, daß die durchschnittliche Partikelgröße des Metallpulvers annähernd gleich oder wenig kleiner als die Dicke des Haftgrundes zur Erzielung einer vorzüglichen Bindungsstärke zwischen dem Metallpulver und des ungehärteten Haftgrundes ist. Bei einer bevorzugten Kombination ist die Dicke des Haftgrundes 20 bis 50 Mikron und die durchschnittliche Partikelgröße des Metallpulvers 20 bis 40 Mikron. Es ist auch vorteilhaft, wenn die Gestalt des Metallpulvers von dendritischer Form ist. Wenn das Metallpulver eine mittlere Teilchengröße hat, die kleiner als 20 Mikron ist, ist die Haftstärke gering, und das Metallpulver neigt dazu, in den Haftgrund einzusinken. Das Metallpulver mit einer mittleren Teilchengröße, die Größer als 40 Mikron ist, hat eine geringe Haftkraft und eine rauhe Oberfläche des fixierten Metallpulvers zur Folge.

Die mit Bohrungen versehene Isolatorplatte wird für ein Verfahren zur stromlosen Metallisierung durch übliche Methoden aktiviert.

Die mit Bohrungen versehene Isolatorplatte wird in eine wäßrige Lösung von Zinn(II)-chlorid getaucht und schwach gewaschen, dann in wäßrige Lösung von Palladiumchlorid getaucht und gründlich mit Wasser gewaschen. Der Aktivator wird an den beiden glatten Oberflächen schwach und an den Bohrungswänden stark adsorbiert. Daher wird adsorbierter Aktivator von der Isolatorplatte durch Bürsten und Waschen der beiden Oberflächen der Isolatorplatte leicht entfernt, während der Aktivator auf den Bohrungswänden verbleibt.

Ein betriebsfähiges Bad für stromlose Metallisierung enthält ein Element aus der aus Nickelbad, Kobaltbad und Kupferbad bestehenden Gruppe. Das Metallpulver, das im ungehärteten Haftgrund fixiert ist, wirkt wie ein katalytisches Mittel für stromlose Metallisierung in Verbindung mit einer geeigneten Kombination von Metallpulver und stromlos metallisiertem Metall, wie oben erläutert wird. Wenn die Isolatorplatte, der mit dem fixierten Metallpulver versehen ist, in das Bad für stromlose Metallisierung erfolgendes Metallniederschlagen eingetaucht wird, wird das stromlose Metall auf den mit einem Aktivator versehenen Bohrungswänden niedergeschlagen. Diese Metallniederschläge wachsen mit dem Ablauf der Zeit an und bilden schließlich auf dem ungehärteten Haftgrund wie auch auf den Bohrungswänden den gewünschten Leiter.

Das folgende Beispiel für das besondere neue Verfahren dient der Erläuterung.

Eine phenolische Harzschicht auf Papiergrundlage wird in einen Lack aus phenolischem Harz mit einer Viskosität von 400 bis 500 Centipoise eingetaucht. Der Lack aus phenojischem Harz, der auf der gesamten Oberfläche der Isolatorplatte aufgebracht worden ist, wird bei 130 bis 140⁰C 1 Stunde lang gehärtet. Der Sockel, der mit dem Lack überzogen worden ist, wird mit einem ungehärteten Haftgrund nach einer bestimmten Schablone nach einer Seidenschirmmethode bedruckt, wobei der ungehärtete Haftgrund

»Epikote« Nr. 828 (Epoxyharz) 500 g

Polyamid Nr. 125 (Härter) 500 g

Kohlenstoff 50-10Og

Benzylalkohol 50 - 100 cm³

V

enthält.

Der so hergestellte ungehärtete Haftgrund hat eine Dicke von 20 bis 50 Mikron. Elektrolytisches Kupferpulver (mittlere Teilchengröße ungefähr 30 Mikron) wird mit einer Dicke von 1 bis 2 mm auf den bedruckten Isoliersockel durch leichtes Pressen mit Gummiwalzen aufgezogen. Das Kupferpulver, das sich auf irgendeinem anderen Platz als dem ungehärteten Haftgrund befindet, wird durch Schütteln und Neigen der Isolatorplatte entfernt. Die bedruckte Isolatorplatte, die mit dem aufgeklebten Kupferpulver versehen ist, wird auf 130 bis 140⁰C für 50 bis 60 Minuten erhitzt, um so ungehärteten Haftgrund zu härten. Eine Folge davon ist, daß das Kupferpulver nach einer bestimmten Schablone auf der Isolatorplatte stark fixiert wird.

Die Isolatorplatte wird durch Stanzen nach dem Härten des ungehärteten Haftgrundes gebohrt.

Die gebohrte Isolatorplatte wird mit einer wäßrigen

Lösung von 5% Salpetersäure von Rost gereinigt und nochmals mit Trichloräthylen zum Entfernen von Fett gereinigt. Die gereinigte Isolatorplatte wird in die wäßrige Lösung von Zinn(II)-chlorid für fünf Minuten eingetaucht und danach leicht mit Wasser gewaschen.

Die Zusammensetzung der wäßrigen Zinn(II)-chlorid-Lösung enthält

SnCl₂ · 2 H₂O
Konz. HCl

2 g pro Liter
10 cm³ pro Liter

Anschließend wird die Isolatorplatte in eine wäßrige Lösung von Palladiumchlorid für fünf Minuten eingetaucht und danach gründlich mit Wasser gewaschen. Die •Zusammensetzung der wäßrigen Lösung von Palladiumchlorid enthält

PdCl₂
Konz. HCl

0,01 g pro Liter
0,1 cm³ pro Liter

Die Keime aus Palladiummetall haften nach dem Eintauchen an der genannten Oberfläche der Isolatorplatte und an den Bohrungswänden.

Die Oberflächen der Isolatorplatte, die mit Palladium-Keimen versehen sind, werden zur ausschließlichen Entfernung der Palladium-Keime auf den Oberflächen mit einer. Drahtbürste gebürstet und gleichzeitig mit Wasser gewaschen. Die entstehende Isolatorplatte, die die Palladiumpartikeln nur auf der Umwandung der Bohrungen zurückhält, wird in ein Bad für stromlose Metallisierung von Kupfer aus 0,05 MoI Kupfersulfat, 0,06 Mol Äthylendiamintetraessigsäure, 0,34 Mol Natriumhydroxyd und 0,20MoI Formaldehyd in einem Liter Wasser bei 30 bis 32° C eingetaucht, um so einen gedruckten Schaltkreis mit durchplattierten Bohrungen herzustellen. ..,'.':.'■

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von mit durchplattierten Bohrungen versehenen Isolatorplatten für gedruckte Schaltungen, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte, daß die Platten (1) mit einer Harzschicht geglättet werden, daß die Platten (1) mit einem ungehärteten Haftgrund in Form der gewünschten Leiterzüge bedruckt und gebohrt werden, daß nur in die Leiterzüge katalytisch aktives Metallpulver (4) aufgestäubt und eingepreßt wird und der ungehärtete Haftgrund ausgehärtet wird, daß die mit den Leiterzügen versehenen, gebohrten Platten (1) in bekannter Weise sensibilisiert und aktiviert werden, daß der an den glätten Plattenoberflächen adsorbierte Aktivator (5) durch Waschen und Bürsten entfernt wird, so daß der Aktivator (5) lediglich an den Bohrungswänden (7) verbleibt, und daß die vorbehandelten Platten (1) anschließend stromlos metalli- : siert werden.

,2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorplatten (1) auf ihren beiden Oberflächen zunächst mit einem glatten Phenolharz überzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Leiterzüge Epoxyharz als ungehärteter Haftgrund verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dicke des ungehärteten Haftgrunds Werte, die annähernd gleich oder kleiner als die mittlere Teilchengröße des katalytisch aktiven Metallpulvers sind, angewendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des ungehärteten Haftgrundes zu 20 bis 50 Mikron und die mittlere Teilchengröße des Metallpulvers zu 20 bis 40 Mikron gewählt werden. :

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytisch aktive Metallpulver aus der aus Nickel, Kupfer, Silber, Gold, Platin, Palladium und deren Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählt wird und daß die vorbehandelten Platten (1) mit einem Bad für stromlose Kupferabscheidung behandelt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytisch aktive Metallpulver aus" der aus Eisen, Nickel, Kobalt, Aluminium, Beryllium, Platin, Palladium, Rhodium und deren Legierungen bestehenden Gruppe ausgewählt wird und daß die vorbehandelten Platten (1) mit einem Bad für stromlose Nickelabscheidung behandelt werden.