DE1665395B1 - Verfahren zur herstellung gedruckter leiterplatten - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum fläche ganz oder zumindest in jenen Gebieten, die in Herstellen von gedruckten Leiterplatten, welche der fertiggestellten Leiterplatte Öffnungen mit Durchbrüche bzw. Löcher aufweisen, deren Wandun- metallisierten Wandungen aufweisen, mit einer Abgen mit einer elektrisch leitenden Metallschicht ver- deckmaskenschicht versehen wird, daß anschließend sehen sind. Die metallische Wandungsschicht jeder 5 an der hierfür vorgesehenen Stelle bzw. den hierfür Durchbrechung steht in der Regel mit mindestens vorgesehenen Stellen ein bzw. mehrere Löcher oder einem Leiterzug in elektrischem Kontakt. Er dient Durchbrüche hergestellt werden, welche die Abdecksowohl der Verbesserung der herzustellenden Löt- maskenschicht sowie zu verbindende Leiterzüge und verbindungen als auch zur Verbindung von Leiter- das dazwischenliegende Trägermaterial durchsetzen zügen, die sich in verschiedenen Ebenen befinden. io und daß dann auf der bzw. den Wandungen des bzw. Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von der Löcher und Durchbrüche in an sich bekannter gedruckten Schaltungen mit metallisierten Durch- Weise eine Metallschicht aufgebaut wird, die in elekführungs- und Verbindungslöchern bekannt, bei dem irisch leitendem Kontakt mit dem bzw. den von dem ein isoliertes Negativmuster der gewünschten betreffenden Loch bzw. Durchbruch angeschnittenen Schaltung auf eine mit Metallfolie bekleidete Isolier- 15 Leiterzug bzw. Leiterzügen steht, platte aufgebracht wird und wobei die Lochwände Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung kennder galvanischen Behandlung leitfähig gemacht zeichnet sich dadurch, daß die Schicht der Abdeckwerden. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird maske nach dem Ausbilden der Wandmetallisierung nach dem Aufbringen des Negativmusters und vor entfernt wird. Bei Leiterbildern mit sehr hoher dem Herstellen der Löcher die ganze mit der Metall- 20 Leiterdichte empfiehlt es sich, die Abdeckmaske aus folie belegte Isolierplatte mit einem abziehbaren Film elektrisch hochwertigem Isolierstoff aufzubauen und belegt, wonach die Löcher angefertigt werden und nach dem Metallisieren nicht zu entfernen. Diese anschließend ihre Wandungen mit leitfähigem Stoff Abdeckmaske dient dann als Lötmaske und Abbelegt werden, woraufhin der abziehbare Film ent- deckung aller Leiterzüge.

fernt und anschließend das Schaltungsmuster 25 Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen

zusammen mit den Lochwandungen plattiert sowie Verfahrens gegenüber vergleichbaren bekannten Ver-

das Negativmuster und die nicht plattierte Folie ent- fahren besteht darin, daß bei dem Metallisierungs-

fernt werden. Vorgang keinerlei Verbreiterung der Leiterzüge auftritt.

Die bekannten Verfahren führen zumindest zu Im folgenden soll die Erfindung an Hand von

Schwierigkeiten, wenn der Abstand zwischen den 30 beispielhaften Verfahrensschritt-Diagrammen und

Durchführungs- und Verbindungslöchern und den Zeichnungen näher erklärt werden,

einzelnen Leitern klein ist. Geringe Abstände werden Fig. 1 zeigt die wesentlichen Verfahrensschritte

jedoch bei der Verwendung miniaturisierter zur Herstellung einer Leiterplatte, die zumindest im

Bauelemente notwendig und unumgänglich. Die Gebiet hoher Leiterdichte mit einer permanenten

Schwierigkeiten bestehen insbesondere darin, daß 35 Abdeckmaske versehen ist;

beim stromlosen und galvanischen Metallabscheiden Fig.2 stellt einen Querschnitt durch das Werkauf der Lochwandung und dem Leiterzug eine Ver- stück in verschiedenen Fertigungsstadien mit dem breiterung des Leiterzuges aus der Natur der Trägermaterial 10 und der Kupferschicht 14 dar; Metallisierungsverfahren zwangsläufig und damit F i g. 2 B zeigt das gleiche Material mit einer beiunvermeidbar ist. Die sich so ergebenden geringen 40 spielsweise im Sieb- oder Photodruck hergestellten Abstände zwischen benachbarten Leitern bzw. Ätzmaske;

Leiterkanten und Lötstellen bringen die Gefahr einer F i g. 2 C zeigt den Zustand nach dem Ätzvorgang

Bildung von metallischen Brücken insbesondere bei der nicht von der Ätzmaske geschützten Kupfer-

Massenlötverfahren — beispielsweise dem Schlepp- flächen;

bzw. Tauchlötverfahren — mit sich. Diese Gefahr 45 F i g. 2 D zeigt den Zustand der vorliegt, wenn bei

kann auch nicht dadurch beseitigt werden, daß die dem in F i g. 2 C dargestellten Zustand anschließend

Oberfläche mit einer Lötmaske versehen wird, die die Oberfläche mit einer Abdeckmaskenschicht 17

lediglich die Lötflächen unbedeckt läßt. Solche Löt- versehen wird;

masken haben sich in der Praxis immer nur dann F i g. 2 E zeigt das Werkstück mit an den vorbebewährt, wenn die Leiterbreiten und Abstände 50 stimmten Stellen angebrachten Perforationen; zwischen diesen relativ groß gehalten werden. Wird F i g. 2 F stellt schematisch dar, daß sich dann, die Leiter- und Lochdichte jedoch sehr groß, so stellt wenn anschließend an den in F i g. 2 E gezeigten das Aufbringen einer solchen zum Leiter- und Loch- Verfahrensschritt die Wandfläche der Öffnung 22 in muster notwendigerweise geometrisch ausgerichteten an sich bekannter Weise, beispielsweise vermittels Maske ein immer schwieriger werdendes Unterfangen 55 stromloser Metallabscheidung oder einer solchen und dar, das zufolge der außerordentlich hohen Genauig- einer galvanischen Metallisierung, mit einer Metallkeit, mit der gearbeitet werden muß, kostspielig und schicht bedeckt wird, eine elektrische Verbindung in vielen Fällen undurchführbar ist. zwischen den auf der Ober- und der Unterseite be-Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- findlichen, der betreffenden Öffnung 22 zugeordneten gründe, die Verbreiterung der Leiterzüge beim 60 Leiterzügen über die Wandschicht 24 ergibt. Metallisieren von Öffnungen und Löchern auf wirt- Soll die fertiggestellte Leiterplatte eine Lötmaske schaftliche Weise zu vermeiden. aufweisen, so stellt F i g. 2 F bereits den Endzustand Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß des Verfahrens dar. Hierbei dient die Maskenschicht dadurch erreicht, daß zunächst auf dem Trägermate- 17 als Lötmaske und Schutzschicht für die darunter rial in einer oder mehreren Ebenen die einem gewünsch- 65 liegenden Leiterzüge 14. Soll die fertiggestellte Leiterten Leiterzugmuster entsprechenden Leiterzüge ver- platte keine Lötmaske aufweisen, so wird die Abdeckmittels eines bekannten Verfahrens hergestellt werden, schicht 17 nunmehr entfernt, wodurch sich die Leiterdaß anschließend die mit Leiterzügen versehene Ober- platte nach F i g. 2 G ergibt.

maskenschicht besteht. Unter Umständen erübrigt sich die zweite Maskenschicht. In diesem Falle wird die Oberfläche der Abdeckmaske selbst sensibilisiert und sodann wie oben beschrieben weiterverfahren.

Eine wesentliche Vereinfachung des Herstellvorganges für erfindungsgemäße Leiterplatten ergibt sich bei Verwendung von Trägermaterialien, die auf stromlos arbeitende Bäder katalytisch wirksam sind, ohne daß es einer üblichen Sensibilisierung mit einer

Fig. 3 zeigt eine Verfahrensschritt-Übersicht, wie sie sich bei der Anfertigung von Vierebenenschaltungen ergeben;

Fig. 3 A stellt ein Trägermaterial mit den beidseitigen Kupferkaschierungen dar, welches für die Herstellung der beiden Lagen der dargestellten Vierebenenschaltung benutzt wird;

Fig. 3 B zeigt im Querschnitt Isoliermaterial, wie es in üblicher Weise zum Verbinden der Lagen einer

Vierebenenschaltung verwendet wird, wobei sich die io Lösung, die beispielsweise Edelmetall-Ionen enthält, Harzmischung des Zwischenschichtmaterials im söge- bedürfte. Solche Materialien enthalten einen Bestandnannten 5-Zustand befindet, d.h. noch nicht voll teil, beispielsweise einen Füllstoff oder eine geausgehärtet ist; eignete Harzverbindung, der bewirkt, daß jede F i g. 3 C stellt einen Querschnitt durch das Werk- Fläche eines solchen, im nachfolgenden als katastück dar, wie er sich nach dem Zusammenfügen der 15 lytisch bezeichneten Trägermaterials in einem stromeinzelnen Lagen und Verpressen ergibt. los arbeitenden Metallisierungsbad mit einer Metallschicht bedeckt wird. Dies gilt beispielsweise auch für Öffnungen in derartigen Materialien, deren Wandungen, sobald sie einem geeigneten Bade ausgesetzt 20 werden, mit einer Metallschicht überzogen werden.

Die Durchführung des Verfahrens ist in Fig. 4 am Beispiel einer Leiterplatte gezeigt, die ein Leiterzugmuster in nur einer Ebene aufweist.

F i g. 4 A zeigt das mit einer Kupferkaschierung 1400 versehene katalytische Trägermaterial 1000;

in Fig. 4 B ist das gleiche Trägermaterial nach

dem Herstellen des Leiterzugmusters 1402 dargestellt. Zu dessen Ausbildung kann beispielsweise das bekannte Druck- und Ätzverfahren dienen;

Fig. 4C ist ein Querschnitt durch das Werkstück nach dem Auftragen der Abdeckmaskenschicht 1600.

Fig. 4 D zeigt dasselbe Werkstück nach dem Anbringen der Öffnungen 1500.

Wied das so vorbereitete Werkstück einem strom-

der Öffnung im Trägermaterial 1000 sowie auf den von der Öffnung angeschnittenen Leitermetall-Stirnflächen der Leiterzüge 1402 eine Metallschicht. Da

F i g. 3 D zeigt ein Zwischenprodukt, welches entsteht, wenn anschließend an den in Fig. 3 C dargestellten Zustand die Oberfläche mit einer Abdeckmaskenschicht 201 versehen wird;

Fi g. 3 E zeigt das Werkstück nach dem Anbringen der Öffnungen 110.

Fig. 3 F zeigt einen Schnitt, wie er sich nach dem Ausbilden des metallischen Wandbelages 112 auf den Wandungen der Öffnungen 110 ergibt.

Wird von üblichem kupferkaschiertem Trägermaterial ausgegangen, so bedarf es im Herstellvorgang bestimmter Verfahrensschritte, um die Wandungen der Öffnungen zu sensibilisieren, so daß sie
die stromlose Metallabscheidung auf ihnen katalytisch 30
in Gang setzen. Nachfolgend sei ein Beispiel für einen
solchen Herstellvorgang angegeben. Hierbei wird
zunächst — etwa durch Bedrucken und Ätzen
kupferkaschierten Trägermaterials — das Leiterbild
auf einer oder beiden Seiten der Oberfläche ausge- 35 los arbeitenden Metallisierungsbad ausgesetzt, so bildet. Sodann wird die Oberfläche mit den Leiter- bildet sich auf der katalytisch wirksamen Wandfläche zügen mit einer Abdeckmaske versehen. Anschließend wird eine weitere ablösbare Maske aufgebracht und die gewünschten Öffnungen hergestellt.
Nachfolgend wird die ganze Oberfläche einschließlich 40 die hierfür benutzten Badlösungen durch die Oberder Wandungen der Öffnungen für die stromlose fläche des aus ihnen abgeschiedenen Metalles Metallabscheidung sensibilisiert. Dies kann in be- gleichfalls zur katalytischen Metallabscheidung verkannter Weise, beispielsweise durch Einwirken von anlaßt werden, bildet sich eine Schicht, deren Dicke Edelmetall-Ionen, geschehen. Soll der metallische für alle praktischen Zwecke eine Funktion der Bad-Wandbelag ausschließlich vermittels eines ohne 45 einwirkungsdauer ist. Der Aufbau einer ohne äußere äußere Stromzufuhr arbeitenden Verfahrens erfolgen, Stromzufuhr abgeschiedenen Metallschicht erfolgt

von jedem katalytisch wirksamen Punkt aus in allen freien Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit. Dies bewirkt, daß sich der Metallbelag vom Rande der 50 katalytisch wirksamen Wandfläche (hier der Stirnfläche der angeschnittenen Leiterzüge) aus auch in Richtung der Öffnungsachse aufbaut und so einen Belag auf der nicht katalytisch wirksamen Wandfläche der Abdeckmaske bildet. Das ist in F i g. 4 E gezeigt, einschließlich der Wandungen der Öffnungen mit 55 wobei der Wandbelag das Bezugszeichen 1502 besitzt, einer dünnen, stromlos abgeschiedenen Metallschicht Da die Unterseite des Trägers 1000 nicht mit einer

versehen. Hierauf wird eine weitere dritte Masken- Abdeckmaske versehen ist, sondern im Beispiel der Schicht aufgetragen, welche die ganze Oberfläche, je- Fig. 4 lediglich einen dünnen, nicht katalysierten doch unter Ausschluß der Wandungen der öff- Deckbogen trägt, reicht die Abscheidungsdauer im nungen, bedeckt. Anschließend wird der metallische 60 stromlos Metall abscheidenden Bade aus, um auf Wandbelag galvanisch aufgebaut, wobei die dünne, dessen Oberfläche einen über die Ebene des Trägerunter der Maske befindliche Metallschicht als Strom- materials etwas hinausragenden metallischen Kragen zuleitung dient. zu bilden, dieser ist in der F i g. 4 mit 1502 (α) be-

Schließlich wird die oberste Maskenschicht, die zeichnet. Ein solcher Metallkragen ermöglicht in bedarunter liegende dünne Metallschicht und die 65 sonders vorteilhafter Weise einen thermischen und nächste Maskenschicht entfernt. Das Fertigprodukt Benetzungskontakt zwischen einem Tauchlötzinnbad ist eine Leiterplatte, deren sämtliche Leiterzüge von und der Wandmetallisierung und ist daher für den einer Lötmaske abgedeckt sind, die aus der Abdeck- Aufbau höchst verläßlicher Lötverbindungen von

wird die zweite Maskenschicht mit ihrer sensibilisierten Oberfläche abgelöst. Wird das Werkstück anschließend einem geeigneten, autokatalytisch arbeitenden Bade ausgesetzt, so bildet sich der gewünschte Wandbelag unmittelbar aus. ^;

Soll zu einem Aufbau jedoch ein galvanisches Metallisierungsverfahren benutzt werden, so wird zunächst die sensibilisierte Oberfläche des Werkstückes

großem Vorteil. Soll hingegen die Wandmetallisierung nur der Verbindung zwischen verschiedenen Leiterzügen dienen, so kann die Kragenbildung leicht dadurch vermieden werden, daß auch die Rückseite mit einer Abdeckmaskenschicht versehen und die Metallabscheidungszeit so gewählt wird, daß die sich bildende Metallschicht nicht über den Öffnungsrand reicht.

Der Metallkragen weist eine sehr geringe Dicke auf und ist daher praktisch ohne Bedeutung bezüglich der Abstände zwischen benachbarten Löchern usw.; er bewirkt jedoch beim Tauch- bzw. Wellenlötvorgang, daß das Lötbad direkt mit dem Wandbelag, und zwar zunächst im Kragenbereich,, in Kontakt kommt. Hierdurch wird sowohl Benetzung sichergestellt als auch ein für das gänzliche Füllen der Öffnung und das Ausbilden von außergewöhnlich sicheren Lötverbindungen zu in diese Öffnungen eingeführten Anschlußdrähten erforderlicher Wärmekontakt bewerkstelligt.

Fig.4" zeigt einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch eine mit Kragen ausgestattete Leiterplatte, und

Fig.4'" stellt einen ähnlichen Querschnittsausschnitt mit einem Leiterzug 1200, dem Trägermaterial 1000s den Öffnungen 1500 mit dem metallischen Wandbelag 1502 und dem metallischen Kragen 1525 sowie der Abdeckmaskenschicht 1600 dar;

F i g. 5 zeigt in Querschnittdarstellung ein Beispiel einer Vierebenen-Leiterplatte mit freien Anschlußstellen, beispielsweise Kontaktfinger od. dgl.;

Fig. 5 A ist ein Schnitt durch das Basismaterial, bestehend aus dem Träger 1000, der durchgehend katalysiert ist, und den beidseitigenMetallkasebierungen 1200, die vorzugsweise aus Kupfer bestehen; der Querschnitt von

Fig, 5B zeigt das Werkstück, nachdem die Kontaktstellen 1201 und die normalen Leiterzüge 1202 in· bekannter Weise hergestellt worden sind;

Fig,5C ist das Querschmttsbild nach dem Aufbringen, beispielsweise durch Aufkaschieren eines Materials, das aus einem durchgehend katalysierten Isolierstoffträger 1002, der nicht voll ausgehärtet ist, d.h. sich im sogenannten B-Zustand befindet, und einer Kupferkaschierung 1400 besteht Dieses plattenförmig© Material ist so bemessen, daß es die Kontaktstellen 1201 unbedeckt läßt.

Wird auf dessen Oberfläche wiederum in an sich bekannter Weise ein Leitermuster der dritten und vierten Ebene mit den Leitern 1402 hergestellt, so ergibt sich der in Fig. SD dargestellte Zustand.

Nunmehr wird die Werkstückoberfläche, jedoch wiederum unter Aussparen der Anschlußkontakte 1201, mit der Abdeckmaskenschicht 1600 versehen, worauf sich der in Fig. 5E dargestellte Querschnitt ergibt. Anschließend werden die Öffnungen 1500 hergestellt (F ig. 5 F).

Wird nun das Werkstück zweckmäßigerweise nach dem Abdecken der Anschlußstellen 1201 einem stromlos arbeitenden Metallisierungsbade ausgesetzt, so entsteht nach entsprechender Einwirkungsdauer ein metallischer Wandbelag 1502 gewünschter Dicke mit den Kragen 1501, die sich geringfügig über die Leiterplattenebene erheben (Fig. 5 G).

Eine Variante des in Fig.5 dargestellten Verfahrens ergibt sich, wenn man an Stelle des plattenförmigen metallkaschierten Trägers 1002 eine Isoliermaterialscbicht aufbringt, die gleichfalls durchweg katalysiert ist und Klebereigenschaften aufweist. Deckt man sodann auf deren Oberfläche die nicht dem gewünschten Leiterzugmuster entsprechenden Gebiete ab und setzt sie einem stromlos metallisierenden Bade aus, so werden die Leiterzüge additiv hergestellt. Der weitere Herstellvorgang entspricht vollkommen dem zuvor beschriebenen.

Abschließend soll noch festgehalten werden, daß für die einzelnen Verfahrensschritte allein ein Schutz ίο nicht begehrt wird.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   h Verfahren zum Herstellen von gedruckten

   ig Leiterplatten^ welche Durchbrüche bzw. Löcher aufweisen, deren Wandungen mit einer elektrisch leitenden Metallschicht versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf dem Trägermaterial, in einer oder mehreren Ebenen die einem gewünschten Leiterzugmuster entsprechenden Leiterzüge vermittels eines bekannten Verfahrens hergestellt werden, daß anschließend die mit Leiterzügen versehene Oberfläche(n) ganz oder zumindest in jenen Gebieten, die in der

   a5 fertiggestellten Leiterplatte Öffnungen mit metallisierten Wandungen aufweisen mit einer Abdeckmaskenschicht versehen wird, daß anschließend an der hierfür vorgesehenen Stelle bzw. den hierfür vorgesehenertStellen ein bzw. mehrere Löcher oder Durchbrüche hergestellt werden, welche die Abdeckmaskenschicht sowie zu verbindende Leerzüge und das dazwischenliegende Trägermaterial durchsetzen und daß dann auf der bzw. den Wandungen des bzw. der Löcher und Durchbrüche in an sich bekannter Weise eine Metallschicht aufgebaut wird, die in elektrisch leitendem Kontakt mit dem bzw. den von dem betreffenden Loch bzw, Darchbruch angeschnittenen Leiterzug bzw. Leiterzügen; steht.

   Z. Verfahren na,ch Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckmaskenschicht nach dem Ausbilden der Wandmetallisierung entfernt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. die Maskenschicht aus einem Isolierstoff besteht und nicht entfernt wird, sondern als permanente Abdeck- und Lötmaskenschicht der fertiggestellten Leiterplatte dient.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abdecken der Oberfläche in Bezirken der Leiterplatte die dem elektrischen Anschluß dienen sollen bzw. in solchen, die aus thermischen Gründen in der fertiggestellten Leiterplatte unbedeckt sein sollen eine Maskenschicht aufgebracht wird, die sich in einem späteren Verfahrensschritt entfernen läßt, indes die restliche Oberfläche mit einer permanenten Maskenschicht versehen wird.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 6a bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Ausbildung des metallischen Wandbelages, dienende Metallabscheidungsvorgang so lange fortgesetzt wird, daß sich ein Wandbelag ausbildet, der über die Oberfläche der Abdeckschicht hinauswächst und auf derselben einen kragenartigen Fortsatz bildet.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch: gekennzeichnet, daß die Wand-

   bzw. Durchbruchoberflächein) in an sich bekannter Weise für die stromlose Metallabscheidung sensibilisiert wird bzw. werden.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es auf Mehrebenenschaltungen angewendet wird.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen