DE1804785B2

DE1804785B2 - Verwendung einer Auftragswalze, deren Oberfläche mit elastisch defor mierbaren Vertiefungen oder Gewinden der Oberflache versehen ist, zum Aufbringen einer viskosen Überzugsmasse auf die Ober flache eines mit durchgehenden Lochern versehenen flachen Substrats

Info

Publication number: DE1804785B2
Application number: DE1804785A
Authority: DE
Inventors: Calvin Beverly Jsaacson; Gerald Jan Richardson Roelants; Thomas Lee Dover Steinhoff
Original assignee: Shipley Co Inc
Current assignee: Shipley Co Inc
Priority date: 1967-12-18
Filing date: 1968-10-24
Publication date: 1973-09-20
Also published as: DE1804785A1; FR1565252A; US3535157A; JPS4921416B1; GB1149339A; DE1804785C3

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Auftragswalze, deren Oberfläche mit elastisch deformierbaren Vertiefungen oder Gewinden der Oberfläche versehen ist, zum Aufbringen einer viskosen Überzugsmasse auf die Oberfläche eines mit durchgehenden Löchern versehenen flachen Substrats unter Erzeugung eines glatten, die durchgehenden Löcher nicht verstopfenden und nicht in sie eindringenden Überzugs. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, auf einfache und wirtschaftliche Art und Weise gedruckte Schaltungen herzustellen.

Die bisher übliche Methode zur Herstellung von gedruckten Schaltungen besteht darin, ein lichtempfindliches Material in Form einer viskosen Lösung auf ein aus einer Kupferfolie bestehendes Substrat aufzubringen, das an ein Kunststofflaminat, z. B. eine Phenolmasse auf einer Papierunterlage, gebunden ist. Danach wird em photographisches Negativ einer Druckschaltung auf den lichtempfindlichen Überzug aufgelegt, das Ganze wird belichtet, wobei sich das lichtempfindliche Material an den Stellen, an denen es dem Licht ausgesetzt ist, zu einer löslichen Verbindung zersetzt, die durch Waschen, in der Regel mit einer alkalischen Lösung, entfernt wird. Danach wird das freigelegte Kupfer, das in Form einer Druckschaltung vorliegt, mit einem anderen ätzbeständigen Material, z. B. einer Blei/Nickel-Legierung, plattiert. Schließlich wird das lichtempfindliche Material in der Regel unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels an den nichtbelichteten Stellen entfernt, wor auf das freigelegte Kupfer unter Verwendung eines Ätzmittels, beispielsweise einer Chromschwefelsäurelösung, entfernt wird.

Wenn nun beide Oberflächen einer Schalttafel verwendet werden sollen, dann sind Verbindungen in Form von Löchern durch das Substrat hindurch vorgesehen, die dadurch leitend gemacht werden, daß ihre Wände auf galvanischem Wege vor der Aufbringung des lichtempfindlichen Überzugs mit Kupfer überzogen werden. Wenn nun bei dem bisher angewendeten Beschichtungsverfahren das lichtempfindliche Material auf die Oberfläche der Schalttafel aufgebracht wird, dringt es unvermeidlich in die durchgehenden öffnungen ein, so daß es bei der Belichtung nicht zersetzt und folglich beim Waschen mit Alkali nicht entfernt werden kann. Der anschließend durch Elektroplattierung aufgebrachte Metallüberzug kann dann nicht in die mit Kupfer überzogenen Wände der durchgehenden öffnungen gelangen und sich auf diesen niederschlagen, so daß bei einer anschließenden Ätzung das in den durchgehenden öffnungen enthaltene lichtempfindliche Material entfernt und der Kupferüberzug angegriffen wird, wodurch die elektrische Verbindung zwischen den beiden Oberflächen unterbrochen werden kann.

Es sind bereits die verschiedensten Methoden bekannt, mit deren Hilfe es möglich ist, auf einfache, leichte und billige Art und Weise lichtempfindliche Überzüge auf glätte Oberflächen aufzubringen. Dabei tritt jedoch stets das Problem auf, daß es schwierig ist, durchgehende kleine öffnungen in dem Substrat

ίο von dem lichtempfindlichen Material freizuhalten. Man ging daher bisher in der Regel so vor, daß man den Überzug in Form einer Flüssigkeit durch eine Maske oder Schablone aufbrachte. Derartige Masken oder Schablonen sind jedoch nicht nur teuer, sondern

is sie müssen in bezug auf die öffnungen sehr genau aufgelegt und in dieser Stellung gehalten werden. Dadurch wird das gesamte Verfahren außerordentlich kompliziert und teuer.

Es wurde auch bereits der Vorschlag gemacht,

so lichtempfindliche Überzüge unter Verwendung glat ter flasiischer Auftragswalze aufzubringen. Dabei hat sich jedoch gezeigt, daß dann, wenn eine Schalttafel mit durchgehenden Löchern versehen ist, bei dieser Methode das lichtempfindliche Material in die Löcher

as gepreßt wird, was zur Folge hat, daß die obenerwähnten Schwierigkeiten auftreten. Außerdem ist es auf diese Weise möglich, nur verhältnismäßig dünne Überzüge aufzubringen, da die glatten Walzen keine ausreichende Menge der Überzugsmasse mit sich führen können, wobei noch hinzu kommt, daß die so aufgebrachten Überzüge als Folge von Unregelmäßigkeiten der Dicke des Substrats Diskontinuitäten aufweisen.

Infolge dieser Schwierigkeiten ging man dazu über, zur Herstellung von Schalttafeln mit durchgehenden Löchern den Überzug in flüssiger Form unter Verwendung von Auftragswalzen aufzubringen, ohne dabei den Versuch zu unternehmen, die öffnungen, aus denen die Beschichtungsflüssigkeit ferngehalten werden soll, auszusparen, so daß sich der aufgebrachte Überzug über jede öffnung hinweg erstreckt und diese verstopft, wenn man nicht dafür sorgt, daß von der gegenüberliegenden Seite des Trägers ein Gas, wie z. B. Luft, durch die Öffnungen eingeblasen wird, welches die Beschichtungsflüssigkeit an dem Eintritt in die durchgehenden Löcher hindert. Dies hat jedoch zur Folge, daß sich um die freizuhaltenden durchgehenden Löcher herum kleine Flächen ergeben, die von der Beschichtungsflüssigkeit frei sind. Diese Methode führt somit zwar zu dem gewünschten Erfolg, ist jedoch außerordentlich umständlich und kostspielig, da sie die Verwendung eines getrennten Luftkreislaufsystems erforderlich macht.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Methode anzugeben, mit deren Hilfe es möglich ist, auf relativ einfache und wirtschaftliche Art und Weise ein mit durchgehenden Löchern versehenes flaches Substrat mit einem lichtempfindlichen Material mit einer verhältnismäßig großen Schichtstärke zu beschichten, wobei gleichzeitig die durchgehenden Löcher in dem Substrat von der Beschichtungsmasse freigehalten werden.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst werden kann, daß man zum Beschichten eines flachen Substrats mit durchgehenden Löchern, die von der Beschichtungsmasse freigehalten werden sollen, mit einem lichtempfindlichen Material eine Auftragswalze verwendet, deren

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Oberfläche mit elastisch deformierbaren Vertiefungen oder Gewinden der Oberfläche versehen ist, unter Erzeugung eines glatten, die durchgehenden Löcher nicht verstopfenden und nicht in sie eindringenden Überzugs.

Die elastischen Vertiefungen und Gewinde (Rillen) der erfindungsgemäß verwendeten Auftragswalze wirken dabei als Reservoir für das Beschichuingsmaterial und halten die überschüssige Beschichtungsflüs-Zusammensetf

worden ist. Diese Flüssigkeit hat «ne Z zung, wie sie beispielsweise in ^n USA -Patentechnften 3046118, 3 102809, 3106465 3 IjO047 3148983,3 061430,3184310,3188210 3 201329

und 3 288 608 beschrieben ist. Eine besonders geeignete Beschichtungsmasse besteht aus einem Lichtsensibilisator, vorzugsweise einem Napnthochnon-(1 2)-diazidschwefelsäureester, einem alkaliloshchen Harz, vorzugsweise einem Novolak-Harz einem Po-

sigkeitfci3t, wodurch ein Eindringen derselben in die io lyvinyläther, Farbstoffen und Weichmachern^sow e
Hnrrhoehenden Löcher. mnalirhftrWpkp »k FnW ei- einem Lösungsmittel. Der hchtempfindlicne yrerzug

wird in Form einer viskosen Flüssigkeit auf die Oberh dß r nach dem

durchgehenden Löcher, möglicherweise als Folge ei ner Saugwirkung, vermieden wird.

Ein weiterer Vorteil, der dadurch erzielt werden kann, ist der, daß damit eine größere Menge des Beschichtungsmaterials auf das Substrat aufgebracht werden kann, was zur Folge hat, daß dickere Überzüge erhalten werden als nach den bisher bekannten Verfahren.

Zwar sind Auftragswalzen mit einer geriffelten Oberfläche aus den deutschen Patentschriften 891 375, 1 084469 und 836093 sowie aus der deutschen Auslegeschrift 1164 887 und dem deutschen Gebrauchsmuster 1890937 bereits bekannt, diese wurden bisher jedoch niemals zum Aufbringen von Überzügen auf ein Substrat mit durchgehenden Löchern, die beim Beschichten freigehalten werden sollen, verwendet. Außerdem ist die Oberflächenstruktur dieser bekannten Auftragswalzen nicht elastisch deformierbar, so daß damit nicht die erfindungsgemäß angestrebten Wirkungen erzielt werden können.

Erfindungsgemäß ist es möglich, dickere und glattere Überzüge auf Substrate mit durchgehenden Löchern aufzubringen, ohne daß diese verstopft werden, wobei die Dicke der Überzüge innerhalb des Bereiches von mindestens 1,27 X 10 ~^s mm bis mehr als 2,54 X 10~³ mm betragen kann. Erfindungsgemäß ist es insbesondere möglich, auf einfache und wirtschaftliche Art und Weise mit durchgehenden Öffnungen versehene Druckschaltungen herzustellen, wobei zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß hergestellte Struktur,

Fig. 2 e^;ne schematische Ansicht, teilweise im Schnitt, einer erfindungsgemäß verwendeten Auftragswalze, und

Fig. 3, 4 und 5 schematische Darstellungen einer erfindungsgemäß verwendbaren Vorrichtung.

Eine typische, erfindungsgemäß hergestellte Struktur ist in F ii g. 1 dargestellt. Sie besteht aus einem Träger 10, der aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise einem mit Glasfasern verstärkten Epoxy- oder Phenolharz, bestehen kann, wobei der Träger eine öffnung 12, die sich durch ihn hindurch erstreckt, aufweist. Diese öffnung kann einen Durchmesser bis zu 3,2 mm besitzen, wobei der Durchmesser normalerweise l,(i mm oder weniger beträgt. Der Träger ist mit einem lichtempfindlichen Überzug 14 versehen, der eine Seite des Elements 10 vollständig bedeckt und nur an der Stelle des Durchgiingsloches 12 sowie an der unmittelbar das Durchgangsloch umgebenden unterbrochen ist, so daß ein elektrischer Konwird in Form einer viskosen Flüsg

fläche der Struktur aufgebracht, so daß er nach dem Aufbringen nicht wegfließt.

_l& Die Fig. 2 zeigt eine typische erfmdungsgemaß verwendbare Auftragswalze 20, die aus «nein harten Kern 22 und einem elastischen Überzug 24 besteht. Der elastische Überzug 24 enthält eine Vielzahl von Riffelungen in Längs- oder Umfangsrichtung, die als

ac Reservoir für die Beschichtungsmasse dienen. Vorzugsweise sind die Riffelungen in Form von Vertiefungen oder Gewinden 26 ausgebildet, die jede beliebige Form haben können, beispielsweise die Form einer Spirale oder die Form konzentrischer Kreise,

vorausgesetzt, daß sie zusammendrückbar sind und ein ausreichendes Volumen besitzen, um als Reservoir für die Beschichtungsmasse dienen zu können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hangt die Anzahl der Vertiefungen pro cm sowie die Tiefe

der Vertiefungen von der aufzubringenden lichtempfindlichen Überzugsmasse sowie deren Viskosität ab. Bei der Verwendung von Beschichtungsmassen, wie sie in den vorstehend angegebenen Patentschriften beschrieben sind, wird eine Walze mit einem Durch-

messer von 76 bis 254 mm, die etwa 40 bis 90 Gewindegänge auf 25 mm und eine durchschnittliche Einschnittiefe von wenigstens 76, vorzugsweise mehr als 127 μ besii/t, bevorzugt.

Es sei darauf hingewiesen, daß diese Parameter va-

riabel sind und von den verwendeten Beschichtungsmassen abhängen. Es kann jedes feste elastische Material als Walzenüberzug verwendet werden. Beispiele für geeignete Materialien sind Kautschuk und synthetische Kautschuke, vie Acrylnitri'kautschuk, Butyikautschuk, Neopren. Polysulfidkautschuke und Polybutadien. Im allgemeinen sollte das verwendete Material eine Durometer-Shore-A-Härte von 35 bis 70 besitzen.

Die erfindungsgemäße Verwendung der Auftragswalze wird durch die Fig. 3 bis 5 erläutert. Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, wird ein flaches Substrat 30 zwischen mit einer mit einem Gewinde versehenen Auftragswalze 32 und einer Stützwalze 34 mit einer Oberflächengeschwindigkeit hindurchgeführt, die vorzugsweise zwischen 0,9 und 4,5 m/Minute variiert. Die Trägerwalze 34 kann aus einem harten Material, beispielsweise aus einem Metall, bestehen, weist jedoch vorzugsweise einen elastischen Überzug auf. Die Auftragswalze sowie die Trägerwalze sind in einem *o bestimmten Abstand voneinander angeordnet, so daß eine Öffnung entsteht, die etwas kleiner ist als das Substrat, so daß eine Deformation unter einer teilweise erfolgenden Abflachung der Gewinde erfolgt.

aicni; umtiiNuuivii ia>,.«, «juk. v... v..,«..,,..„...w. .».,.. Die Auftragswalze kontaktiert die Abstreifwalze 36 takt zwischen den Oberflächen des Trägers hergestellt 65 zur Regulierung der Dicke der Übertragsschicht. Aus werden kann. einem Vorratsbehälter wird die viskose lichtempfind-

Dcr lichtempfindliche Überzug 14 besteht aus einer liehe Beschichtungsmasse 38 der Auftragswalze 32 harten Schicht, die als viskose Flüssigkeil aufgetragen zugeführt. Ein Überzug aus dem lichtempfindlichen

Material 38 wird auf der oberen Oberfläche des Substrats 30 ausgebildet. Nach dem Trocknen wird ein harter und glatter Überzug erhalten. Weist das Substrat durchgehende Löcher auf, so bleiben diese nach dem Beschichten offen und frei von lichtempfindlichem Material.

Die zur Herstellung von gedruckten Schaltungen verwendeten, mit Kupfer überzogenen Phenol- und Epoxyharzsubstrate sind nicht flach, sondern weisen zahlreiche Unregelmäßigkeiten in Form von Erhebungen und Vertiefungen auf, die einige 10 μ betragen können. Bei Anwendung der bisher bekannten Methoden weisen die aufgebrachten Überzüge aus lichtempfindlichen Materialien ebenfalls Erhebungen und Vertiefungen auf, welche denjenigen des Substrats entsprechen. Diese Unregelmäßigkeiten treten erfindungsgemäß nicht auf. Darüber hinaus sind die erfin- - dungsgemäß hergestellten Überzüge dicker, und zwar um mehr als 300%, was bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen erwünscht ist.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Das Substrat 40 wird zwischen einer mit Vertiefungen versehenen elastischen Auftragswalze 42, die sich im Kontakt mit einer Abstreifwalze 44 befindet, und einer Trägerwalze 46 hindurchgeführt. Die Auftragswalze taucht in einen Vorratsbehälter ein, welcher die lichtempfindliche Beschichtungsmasse 48 enthält, und trägt einen Überzug auf die Unterseite des Substrats 40 auf.

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform, mit deren Hilfe ein Überzug auf beide Oberflächen eines Substrats aufgebracht werden kann. Das Substrat 50 wird zwischen zwei elastischen, mit Vertiefungen versehenen Auftragswalzen 42, von denen jede im Kontakt mit einer Abstreifwalze 54 steht, hindurchgeführt. Die Walzen nehmen aus Vorratsbehältern die lichtempfindliche Beschichtungsmasse 56 auf und bringen einen Überzug auf beide Oberflächen des Substrats 50 auf.

Zum Nachweis des erfindungsgemäß erzielbaren technischen Fortschrittes bei der Herstellung von Photoresistmaterialien unter erfindungsgemäßer Verwendung einer Auftragswalze, deren Oberfläche mit elastisch deformiei baren Vei tiefungen oder Gewinden der Oberfläche versehen ist, gegenüber der an sich bekannten Verwendung einer glatten, elastischen Auftragswalze wurden die nachfolgend beschriebenen Vergleichsversuche durchgeführt.

Zunächst wurde eine viskose Photoresistmasse hergestellt, die aus einer Lösung eines lichtempfindlichen Diazid-Materials in Kombination mit einem filmbildenden Harzsystem bestand. Diese Photoresistmasse wurde auf eine mit Kupfer plattierte Epoxydharzplatte einer Gesamtdicke von 1,542 mm mit einer großen Anzahl von willkürlich angeordneten, durchgehenden Löchern mit einem Durchmesser von 1,27 mm aufgetragen.

In dem ersten Versuch wurde ein Walzenpaar verwendet, das aus einer oberen und einer unteren Walze bestand. Die ober.; Walze (Auftragswalze) war glatt und hatte einen Durchmesser von 9,52 cm und war mit einem Butylkautschuk-Überzug einer Dicke von 0,635 cm und einer Durometer-Shore-A-Härte von 50 versehen. Diese obere Walze wurde in Kombination mit einer unteren Walze (Gegenwalze) verwendet, wobei der Spalt zwischen der Auftragswalze und der Gegenwalze 1,016 mm betrug, um einen ausreichenden Druck auf die mit Kupfer plattierte Epoxydharzplatte auszuüben. Die Photoresistbeschichtungsmasse wurde in Längsrichtung auf die Oberseite der Auftragswalze (obere Walze) aufgebracht und die mit Kupfer plattierte Epoxydharzplatte wurde mit einer Geschwindigkeit von 1,8 m pro Sekunde durch den Spalt zwischen Auftragswalze und Gegenwalze hindurchgeführt. Nach dem Beschichten und Trocknen so wurde die mit Kupfer plattierte Epoxydharzplatte untersucht und dabei wurde festgestellt, daß mehr als 50% der Löcher mindestens teilweise durch die Photorcsistbeschichtungsmasse verstopft waren. Ferner wurde festgestellt, daß praktisch keines der durchge- »5 henden Löcher frei von Photoresistmaterial war.

Der vorstehend beschriebene Versuch wurde wiederholt, wobei diesmal jedoch an Stelle der glatten elastischen Auftragswalze eine elastische Auftragswalze verwendet wurde, deren Oberfläche mit einem Gewinde (Rippen) versehen war. Die gerippte Auftragswalze hatte ebenfalls einen Durchmesser von 9,52 cm und den gleichen Butylkautschuküberzug mit einer Durometer-Shore-A-Härte von 50. Sie wies 64 Gewindegänge pro 2,54 cm auf, wobei jeder Gewin-

degang eine Tiefe von etwa 0,1524 mm hatte. Die gleiche mit Kupfer plattierte Epoxydplatte mit den willkürlich angeordneten durchgehenden Lochern wurde mit der gleichen Photoresistbeschichtungsmasse auf die oben angegebene Weise beschichtet, wobei die gleiche Gegenwalze verwendet wurde und der Spalt zwischen beiden Walzen wie in dem ersten Versuch 1,016 mm breit war. Nach dem Aufbringen des Photoresistmaterials und nach dem Trocknen wurde die mit Kupfer plattierte Epoxydharzplattc untersucht und dabei wurde festgestellt, daß praktisch sämtliche Löcher frei von Photoresistmaterial waren und daß um den äußeren Rand der durchgehenden Löcher auf der Oberfläche des Kupferüberzugs herum jeweils ein kleiner Ring vorlag, der von Photoresistmaterial frei war.

Die vorstehenden Versuche zeigen, daß es nur bei Verwendung der erfindungsgemäß eingesetzten Auftragswalze mit elastisch deformierbaren Vertiefungen oder Gewinden auf der Oberfläche möglich ist, ein

mit durchgehenden Löchern versehenes Substrat in der gewünschten Weise zu beschichten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verwendung einer Auftragswalze, deren Oberfläche mit elastisch deformierbaren Vertiefungen oder Gewinden der Oberfläche versehen ist, zum Aufbringen einer viskosen Überzugsmasse auf die Oberfläche eines mit durchgehenden Löchern versehenen flachen Substrats unter Erzeugung eines glatten, die durchgehenden Löcher nicht verstopfenden und nicht in sie eindringenden Überzugs.