DE1665029B1 - Verfahren zur Vorbehandlung bei der Herstellung von Leiterplatten - Google Patents

Verfahren zur Vorbehandlung bei der Herstellung von Leiterplatten

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Description

1 2
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vor- Frage Kunststoff, Kautschuk, Glas, Keramik, Karton, behandlung von Isolierplatten, auf bzw. in denen Pappe, Papier, Holz, Holzfaserplatten, Schicht-Leiterzüge bzw. Durchverbindungen mit Hilfe einer platten, Erzeugnisse aus Beton, Zement, Kalk, stromlos ausgefällten dünnen metallischen Unter- Graphit, Kunststein oder dergleichen Rohstoffe bzw. lagenschicht und einer darauf entsprechend der vor- 5 Materialien.
gesehenen Leiterzüge galvanisch niedergeschlagenen Durch das folgende Beispiel wird die Erfindung
Leitermetallschicht gebildet werden sollen unter An- erläutert.
Wendung einer Sensibilisierung und Aktivierung der Der Träger, beispielsweise eine Phenolharzplatte,
Plattenoberflächen. wird zunächst in bekannter Weise an seiner Ober-
Nach der französischen Patentschrift 1276 972 ist io fläche mikroskopisch aufgerauht, ζ. Β. durch feines ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem als Vor- Schleifen oder Sandstrahlen. Nach dem Aufrauhen behandlung für die Lackierung der Platte und die erfolgt eine Behandlung mit einem Lack oder Kleber, spätere stromlose Verkupferung der nicht lackierten beispielsweise aus einem Epoxydharz, dem z. B. Stellen für die Leiterzüge eine Sensibilisierung mit Calciumcarbonat als Füllmittel oder auch die obennachfolgender Aufrauhung vorgeschlagen wird, wo- 15 genannten Substanzen feinst verteilt beigemischt sein bei Bäder aus Zinnchlorid und Silbernitrat verwendet können.
werden sollen. Dieses weitgehend für dekorative Danach wandert der Träger in ein übliches alka-Zwecke verwendete Verfahren versagte jedoch bei lisches Reinigungsbad, in dem die Reinigung, seiner Übertragung auf das Beschichten von Leiter- beispielsweise mit Natronlauge, bei 20 bis 40° C, platten wegen der zu geringen, hierbei erreichbaren 20 vorzugsweise bei 20° C, erfolgt. Die Behandlungs-Haftung, dauer in diesem Reinigungsbad richtet sich jedoch
Die Aufgabe der Erfindung besteht demzufolge nach dem verwendeten Lack oder Kleber und kann
darin, auf Grund einer besonderen Vorbehandlung zwischen 10 Minuten und 16 Stunden betragen.
Isolier- oder Leiterplatten mit besonderer Haft- Sodann wird der derart vorbehandelte Träger in das
festigkeit und Lötfähigkeit der Leiterzüge in wirt- 25 erfindungsgemäße Alkalibad verbracht und dort
schaftlicher Weise herzustellen. kurze Zeit, nämlich 2,5 bis 10 Minuten, vorzugsweise
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch 5 Minuten, bei einer Temperatur von 20 bis 90° C,
gelöst, daß die dielektrischen Trägerplatten mit vorzugsweise bei etwa 50° C, behandelt. Dieses Bad
einem Lack oder Kleber aus einem Phenolformalde- enthält das starke anorganische und/oder organische
hyd- und/oder Epoxydharz beschichtet werden, so- 30 Reduktionsmittel, beispielsweise Hydrazinhydrat,
dann 10 Minuten bis 16 Stunden mit Alkalilauge bei Hypophosphit oder eine Mischung dieser oder
20 bis 40° C geätzt und dann in einem weiteren Alkali- ähnlicher stark reduzierender Substanzen,
bad unter Zusatz eines starken anorganischen Dieses sich dem Reinigungsbad anschließende
und/oder organischen Reduktionsmittels und eines Alkalibad muß stark reduzierende Wirkung auf-
Netzmittels 2,5 bis 10 Minuten bei 20 bis 90° C 35 weisen, um besonders gute, spätere Haftfestigkeiten
behandelt werden, worauf die Sensibilisierung in zu gewährleisten, wobei naturgemäß die Konzen-
einer ZinnpDQ-chlorid-Lösung in zwei Stufen durch- tration des Reduktionsmittels, beispielsweise des
geführt wird, zwischen denen die Platten 2 bis Hydrazins, besonderen Einfluß auf die Haftfestigkeit
10 Minuten in eine stark reduzierend wirkende ausübt. So wurde festgestellt, daß eine Konzentration
Lösung bei 10 bis 3O0C getaucht und nach der 40 von 80% optimale Haftfestigkeit ergibt. Da jedoch
zweiten Sensibilisierungsstufe nach Spülen unter eine derartige Konzentration sehr kostspielig ist,
fließendem Wasser in einer Palladiumlösung aktiviert wird vorzugsweise mit einer Konzentration von 10%
werden. gearbeitet, was sich für die Praxis auch als aus-
Nach einer vorteilhaften Ausführungsart des Ver- reichend herausgestellt hat.
fahrens wird ein Lack oder Kleber verwendet, der 45 Im übrigen enthält das Alkalibad mit dem starken
einen oder mehrere Füllstoffe, wie Glasstaub, Reduktionsmittel etwa 10% Natriumkarbonat und
Calciumcarbonat (Kreide), Aluminiumoxydhydrat außerdem ein handelsübliches Netzmittel,
oder Magnesiumoxyd, beigemischt enthält. Aus einer großen Anzahl von Versuchsreihen
Als reduzierend wirkendes Alkalibad kann eine konnte festgestellt werden, daß die übliche Behand-
Lösung verwendet werden, die etwa 10 bis 80 %i 50 lung in einem Reinigungsbad mit Natronlauge allein,
vorzugsweise 10%, Hydrazinhydrat und 10% Na- also ohne das anschließende erfindungsgemäße, stark
triumcarbonat sowie ein Netzmittel enthält. reduzierende Alkalibad keine wesentliche Erhöhung
Auch kann als reduzierend wirkendes Alkalibad der späteren Haftfestigkeit erbringt. Die gute Hafteine Lösung verwendet werden, die an Stelle des festigkeit wird nur dann erreicht, wenn die erfin-Hydrazinhydrates 10 bis 15%, vorzugsweise 10%, 55 dungsgemäße Nachbehandlung des dielektrischen Natriumhypophosphit enthält. Trägers in dem stark reduzierenden Alkalibad er-
Ebenfalls kann als reduzierend wirkendes Alkali- folgt. Nur in diesem Falle wurden die erheblichen
bad eine Lösung verwendet werden, die Hydrazin- Verbesserungen der Haftfestigkeit der späteren
hydrat und Natriumhypophosphit enthält. metallischen Niederschläge festgestellt.
Als Reduktionsbad zwischen den beiden Sensibili- 60 Nach der Behandlung in dem reduzierenden
sierungsstufen kann eine Lösung verwendet werden, Alkalibad wird der Kunststoffträger in klarem
die 10 bis 50%, vorzugsweise 10%, Natrium- Wasser gespült, wobei die dann noch anhaftende
hypophosphit enthält. Alkalität in einem Neutralisationsbad, etwa be-
Die erfindungsgemäße Vorbehandlung, um auf- stehend aus einer 5- bis 10%igen Salzsäurelösung,
zubringende Metallschichten fest mit ihrer Unterlage 65 neutralisiert wird. Hiernach wird erneut gespült,
zu verbinden, kann auch auf metallische Träger oder worauf die zweistufige Sensibilisierung in einer
Halbleiter jeder Art angewendet werden. Zinn(n)-chlorid-Lösung erfolgt.
Als nichtmetallische Träger kommen besonders in Derartige einstufige Sensibilisierungen sind bereits
bekannt. Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß eine zweimalige Sensibilisierung dann große Vorteile in bezug auf die weitere Erhöhung der Haftfestigkeit erbringt, wenn der Träger zwischen zwei Sensibilisierungen in einer stark reduzierenden Lösung, die auf 10 bis 30° C, vorzugsweise auf 20° C, erwärmt ist, während einer Zeit, die zwischen 1 und 10 Minuten liegt, eingetaucht wird. Als eine derartige reduzierende Lösung hat sich hier vorzugsweise eine 10°/oige Natriumhypophosphitlösung be- ίο währt.
An Stelle dieser Lösung kann man auch wiederum eine Hydrazinhydratlösung nehmen, jedoch wurde die beste Haftfestigkeit mit einer Natriumhypophosphitlösung erzielt.
Zwischen den einzelnen Sensibilisierungsstufen wird dann jeweils in fließendem Wasser gespült und nach der erfindungsgemäßen zweistufigen Sensibilisierung der Träger in einer Palladiumlösung, wie bekannt, aktiviert.
Bei dieser Aktivierung beträgt die Aufenthaltszeit im Bad zwischen 2,5 und 10 Minuten, vorzugsweise 5 Minuten. Nach der Aktivierung erfolgt wiederum ein Spülen im klaren Wasser.
Ein nach dem vorbeschriebenen Verfahren elektrisch nichtleitender fester Träger, beispielsweise ein solcher aus Kunststoff, kann nun z. B. auf chemischem Wege mit einer Nickelschicht von 0,3 bis 2,5 μ oder sonstwie mit Metallschichten versehen werden.
Auf der erwähnten Nickelschicht können in bekannter Weise mit Siebdruck oder auf photochemischem Wege die Stellen abgedeckt werden, an denen sich keine Leiterzüge befinden sollen.
Sodann erfolgt in bekannter Weise die galvanische Aufbringung der Leiterzüge, beispielsweise in einem galvanischen Kupferbad, wobei die unter dem Abdecklack liegende Metallschicht, ζ. B. die Nickelschicht, für die Leitung des elektrischen Stromes herangezogen wird. Nach dem Aufbringen der Leiterzüge und dem Entfernen des Abdecklackes bzw. der Photoschicht erfolgt nun das Entfernen der zwischen den Leiterzügen befindlichen dünnen Metall-, beispielsweise Nickelschicht.
Das Entfernen dieser Schicht erfolgt zweckmäßig mit einer Verbindung, die aus einem Oxydationsmittel, gelöst in Wasser, und einem MetaUsalz besteht, wobei dieses Metall vorzugsweise dem Metall der aufgebrachten Leiterzüge entsprechen soll.
Hierdurch wird erreicht, daß durch die oxydative Wirkung einer solchen Beize die metallische Unterlagenschicht, beispielsweise die Nickelschicht, stark angegriffen wird und der Metallgehalt, beispielsweise der Kupfergehalt, die Löslichkeit des Kupfers der Leiterzüge stark zurückdrängt, wodurch sich ein Abdecken der Leiterzüge vor dem Abbeizen der Nickelschicht erübrigt.
Nachstehend werden zwei Lösungen als Beispiele für den Ansatz der vorstehend beschriebenen Beizlösungen zum Entfernen der Unterlagenschicht, beispielsweise der Nickelschicht, angegeben.
Lösung 1
20 g/l Kupfersulfat
10 g/l Schwefelsäure 6S
2 g/l Ammoniumpersulfat
Betriebstemperatur: 5O0C
Lösung 2
5 g/l Kupfer(I)-chlorid
5 g/l Kupfer(II)-chlorid
10°/oige Salzsäure
Betriebstemperatur: 40° C
Wenn oben festgestellt wurde, daß bei dem dem üblichen Reinigungsbad folgenden reduzierenden Alkalibad der Hydrazinhydratgehalt bezüglich der späteren Haftfestigkeit am wirksamsten bei einer Konzentration von 80% ist, so wurde andererseits auf Grund von Feuchtigkeitstesten festgestellt, wie ebenfalls vorerwähnt, daß eine 10%ige Hydrazinlösung genügend hoch ist, so daß die spätere Haftfestigkeit der Leiterzüge weit über der empfohlenen DIN-Norm liegt, die 2,7 Kp/2,5 cm vorschreibt. Selbst mit einer derartigen 10%igen Hydrazinhydratlösung haben sich Haftfestigkeiten bis zu 5,8, auch 6 Kp/2,5 cm, erzielen lassen, vorausgesetzt, daß die Behandlungszeit zwischen 2,5 und 10 Minuten, vorzugsweise 5 Minuten, liegt und eine Temperatur des Hydrazinhydrat enthaltenden Alkalibades zwischen 20 und 90° C, vorzugsweise 50° C, eingehalten wird.
Durch das vorliegende Verfahren der Vorbehandlung bei der Metallisierung dielektrischer Träger hat sich die Haftfestigkeit und somit auch die Lötfähigkeit um mehr als das Doppelte erhöhen lassen, worin ein erheblicher technischer Fortschritt zu erblicken ist. Infolge der durchgehenden homogenen Kupferschichten und des damit verbundenen Fortfalls der hier sonst üblichen Grenzschichten werden Fehllötungen vermieden.
Hervorzuheben ist außerdem die außerordentliche Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, nach dem die Kosten um ein Siebentel bis ein Fünftel der Kosten der bekannten Verfahren für den Quadratmeter durchkontaktierter, gedruckter Schaltungen betragen.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Vorbehandlung von Isolierplatten, auf bzw. in denen Leiterzüge bzw. Durchverbindungen mit Hilfe einer stromlos ausgefällten dünnen metallischen Unterlagenschicht und einer darauf entsprechend der vorgesehenen Leiterzüge galvanisch niedergeschlagenen Leitermetallschicht gebildet werden sollen unter Anwendung einer Sensibilisierung und Aktivierung der Plattenoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Trägerplatten mit einem Lack oder Kleber aus einem Phenolformaldehyd- und/oder Epoxydharz beschichtet werden, sodann 10 Minuten bis 16 Stunden mit Alkalilauge bei 20 bis 40° C geätzt und dann in einem weiteren Alkalibad unter Zusatz eines starken anorganischen und/oder organischen Reduktionsmittels und eines Netzmittels 2,5 bis 10 Minuten bei 20 bis 90° C behandelt werden, worauf die Sensibilisierung in einer Zinn(II)-chlorid-Lösung in zwei Stufen durchgeführt wird, zwischen denen die Platten 2 bis 10 Minuten in eine stark reduzierend wirkende Lösung bei 10 bis 30° C getaucht und nach der zweiten
Sensibilisierungsstufe nach Spülen unter fließendem Wasser in einer Palladiumlösung aktiviert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lack oder Kleber verwendet wird, der einen oder mehrere Füllstoffe, wie Glasstaub, Calciumcarbonat (Kreide), Aluminiumoxydhydrat oder Magnesiumoxyd, beigemischt enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierend wirkendes Alkalibad eine Lösung verwendet wird, die etwa 10 bis 80%, vorzugsweise 10%, Hydrazinhydrat und 10% Natriumcarbonat sowie ein Netzmittel enthält. t5
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierend wirkendes Alkalibad eine Lösung verwendet wird, die an Stelle des Hydrazinhydrates 10 bis 50%, vorzugsweise 10%, Natriumhypophosphit enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierend wirkendes Alkalibad eine Lösung verwendet wird, die Hydrazinhydrat und Natriumhypophosphit enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsbad zwischen den beiden Sensibilisierungsstufen eine Lösung verwendet wird, die 10 bis 50%, vorzugsweise 10%, Natriumhypophosphit enthält.
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