DE1934934A1 - Leitelement fuer Druckschaltung und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Leitelement fuer Druckschaltung und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE1934934A1
DE1934934A1 DE19691934934 DE1934934A DE1934934A1 DE 1934934 A1 DE1934934 A1 DE 1934934A1 DE 19691934934 DE19691934934 DE 19691934934 DE 1934934 A DE1934934 A DE 1934934A DE 1934934 A1 DE1934934 A1 DE 1934934A1
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Description

9. Juli 1969 . Gzx/Ra.
Clevite Corporation, Cleveland, Ohio / U.S.A.
Leitelement für Drucksehaltung und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft elektrochemische Oberflächenbehandlung von Kupferfolien, die verbesserte Metallzusammensetzungen zur Benutzung" als Leitelemente in Druckschaltungen enthalten, und ein Verfahren zur Herstellung solcher Elemente.
Druckschaltungen werden in einer Vielzahl elektronischer Anwendungen, wie z.B. Rundfunkgeräten, Fernsehgeräten, Computern usw. benutzt. Von besonderem Interesse sind Vielschichtelemente, die entwickelt wurden, um die Forderung nach Verkleinerung elektronischer Bauteile und die wachsende Nachfrage nach Druck-Schalttafeln mit hoher Dichte von Zwischenverbindungen zu erfüllen. Solche Folien aus synthetischen Kunststoffen oder Harzen und Kupferfolie sind in der Weise hergestellt, daß Schaltungen nicht nur auf der Oberfläche sondern auch innerhalb der Kunststoffolien verteilt möglich sind. Damit die Einzelschicht- oder Vielschicht-Kunststoffolie zufiißdensteilend arbeitet, muß die Widerstandsfähigkeit der Kunststoffschicht und die Ablösefestigkeit der Kupferfolie,' neben anderen Forderungen, so hoch wie möglich gehalten werden. Hierzu werden strenge Herstellungsqualitätskontrollmessungen durchgeführt und besondere Anforderungen an die Ausgangsstoffe, wie z.B. die Kupferfolie und den Kleber, gestellt. In der USA-Patentschrift 3 220 897 wird
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eine Kupferfolie offenbart, die elektrolytisch behandelt, wurde, um diese mit einer rauhen (nodularized) Oberfläche sum besseren Anhaften zu versehen. Ähnlich hat auch eine- Kupferfolie entsprechend der USA-Patentschrift 3 293 109 bessere Anhafteigenschaften, wenn diese mit einer äußeren Oberfläche mit einer Vielzahl winziger Vorsprünge versehen ist, dessen innere Kerne Kupfer-Kupferoxid-Teilchen enthalten und wobei die winzigen Vorsprünge von einem Kupferüberzug umschlossen sind.
Die beiden genannten Kupferfolienarten sind für das Anhaften , in Einzelschicht- oder Vielschicht-Kunststoffolien sehr geeignet. Eine Schwierigkeit entsteht jedoch dadurch, daß zahlreiche Flecken auf der Harzschicht der fertig gestellten Druckschaltungstafeln erscheinen. Von diesen Flecken sind die braunen besonders störend, da sie die dielektrischen Eigenschaften des Harzes .und folglich die Gesamtausführung der Druckschaltung nachteilig beeinflussen können. Ebenso ist die physzkali-. sehe Erscheinung des Endproduktes unerwünscht.
Der tatsächliche Mechanismus der Fleckenbildung ist nqqh nicht ganz verstanden. Die Ursache scheint jedoch das Ergebnis chemischer und/oder mechanischer Wechselwirkungen zwischen der_». Kupferfolie und der Harzschicht zu sein. Die Schichtenbildung,, die bei hohem Druck und hoher Temperatur durchgeführt wird,, : scheint solche Wechselwirkungen zu fördern, die als Herab-?*,.., setzung der Adhäsion der Folie nach Wärmealterung und ,zusammen mit der Fleckenbildung der Epoxy/Glass-Tafel in' Erscheinung tritt. _ . ... .,..-,...
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine behandelte Kupferf.olie zur Benutzung in Einzelschicht- oder Vielschicht-Kunststoff-
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folien zu schaffen, wobei die Flockenbildung der harzigen Schicht wesentlich verringert ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist* eine Kunststoffolie mit zusammengesetztem Kupferfolienaufbau zu schaffen, wobei die behandelte Kupferfolie eine thermische Verringerung der Adhäsionsschicht der Folie verhindert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, bei dem eine Fleckenbildung von Druckschaltungstafeln im wesentlichen ausgeschlossen wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführüngsbeispielen.
-E.8 wurde gefunden, daß erfindungsgemäß die Bildung brauner Flecken bei Einzelschicht- und Vielschicht-Kunststoffolien wesentlich verringert werden kann, wenn die benutzte Kupferfolie elektrochemisch behandelt wird, indem man eine dünne Schicht aus Iridium, Zink,Zinn, Nickel, Kobalt, Messing (Kupfer^Zink-Legierung) oder Bronze (Kupfer-Zinn-Legierung) elektrisch abscheidet. Diese Schicht, deren Dicke bis zu etwa 0,1 lim (4 millionths of an inch) dünn sein kann, wirkt-als Barriere zwischen der- Kupferfolie und dem harzigen Stoff und verhindert die Entwicklung von Flecken bei dem Kupferfolien-Kunststoff Schichtenaufbau. Es wird angenommen, daß das Fehlen der Fleckenbildung durch Ausschaltung der chemischen und/oder mechanischen Wechselwirkungen zwischen dem metallischen Kupfer und dein Harz hervorgerufen wird.
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Die Sperrschicht wird auf die Kupferfolie entsprechend "bekannten und standardisierten Elektroablagerungsverfahren für die einzelnen Metallschichten aufgebracht. Bei dieser Verbindung
Kupfe.r-
kann die Oberfläche der/folie, unabhängig davon, ob sie ausgewalzt oder elektrisch abgelagert ist, entweder glatt oder rauh sein. Wegen der besseren Anhaftung wird jedoch die rauhe Oberfläche vorgezogen.
Die Dicke der Sperrschicht, die aus dem Faraday1sehen Gesetz ™ zu berechnen ist, kann variiert werden. Sperrschichten von etwa 0,1 pm (4 millionths of an inch) Dicke arbeiten zufriedenstellend, wenn sie auf Folien aufgebracht sind, die relativ sauber von Oxiden oder losen Teilchen sind. Wenn dagegen die Folie zur Verbesserung der Anhaftung vorbehandelt wurde, um eine rauhe (nodularized) Oberfläche oder eine Oberfläche mit einer etwas verschiebbaren Schicht aus Kupfer-Kupferoxid-Teilchen zu schaffen, sollte die Dicke der Sperrschicht so weit erhöht werden, daß die Teilchen und/oder die Vorsprünge aus Kupfer-Kupferoxid eingeschlossen werden, damit verhindert wird, daß sie in das Harz während der Schichtenbildung übergehen. Natürlich kann die Dicke der Sperrschicht nicht die Grenze überschreiten, bei der die Reinheit und Leitfähigkeit der Kupferfolie nachteilig beeinflußt wird. Die Sperrschicht kann erfindungsgemäß auch auf andere Weise, z.B. durch Dampfablagerung auf die Oberfläche der Kupferfolie aufgebracht werden.
Nachdem die Ablagerung der Sperrschicht vollzogen ist, wird die Kupferfolie gespült und ist dann für die Kunststoffolienbildung bereit. Die Folie wird "jedoch vorzugsweise vor der Kunststoff-
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folienbildung mit einem die Korrosion verhindernden Wirkstoff behandelt.
Vorzügliche Ergebnisse wurden erhalten9 wenn KupferfolierL erfindungsgemäß behandelt und als Leitelemente in Druckschaltungen und insbesondere bei Vielschichten-Kunststoffolien verwendet wurden. Nach der Kunststoffolienbildung .wurde keine Heckenbildung beobachtet und die Ablösefestigkeit blieb auch nach einer Nachbehandlung oder Hitzealterung bei 15O0C über eine Dauer von etwa 100 Stunden im wesentlichen erhalten.
Die folgenden Beispiele zeigen die Vorteile der Erfindung. Die Ablösefestigkeit zeigt die Wirksamkeit der Anhaftkräfte an und wird als diejenige Kraft gemessens die notwendig ist, um einen etwa 2,54 cm (1 inch) breiten Streifen einer Kupferfolie von der harzigen Substanz abzutrennen, wenn diese unter einem Winkel von 90° von der Oberfläche gezogen wird. Eine Ablösefestigkeit oberhalb von etwa 3,2 kp pro 2,54 cm (7 pounds per inch) ist notwendig, um den Anforderungen an Druckschaltungen zu genügen.
Beispiel I . -
Messing-Sperrschicht
Eine Kupferfolie mit rauher Oberfläche und von etwa 30 g wurde durch eine Überzugslösung der folgenden Zusammensetzung gezogen, wobei die Anoden gegenüber- einer Fläche der Folie angeordnet war:
Natriumcyanid 110 g/l Natriumhydroxid 60 g/l
Kupfercyanid 90 g/l
Zinkcyanid 5,3 g/l
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-6 -
Die Temperatur aes Bades wurde "bei etwa 5O0G gehalten« Der pH-Wert lag bei 11,0 bis 11,5 und die Stromdichte bei etwa 0,054 A/cm (50 amperes per square foot). Die Behanäliragszeit war 10 Sekunden. Dabei ergab sich eine Messingschicht von etwa 0,25 bis 0,3 pm (10 bis 12 millionths of an inch) Dicke. Das Messing war vom Alphatyp, d.h· es bestand aus etwa 65 % Kupfer und 35 % Zink.
Die Wirksamkeit des Bades wurde aus festversuchen an Ablagerungsproben auf rostfreien Stahlplättchen über G-ewichtsbestimmung und chemische Analyse ermittelt. Typische Yersuehsläufe bei' etwa 0,054 A/cm (50 amperes per square foot), 500G und 11,4 pH ergaben das Folgende:
Dicke
Gewichtszunahme Kupfer (Mikrometer)
Zeit (Sek.) (g) f> (berechnet)
5 O5OHO 64,3 0,137
15 0,0376 67,6 0f368
30 0,0584 66,1 0,574
Die Dicke wurde aus der folgenden Formel berechnet:
0,394 χ Gewichtszunahme
= α xp : ~
wobei A die Fläche in cm und ρ die Dichte der Legierung in
g/cm ist.
■ ■■ ■-■■ -. - ■- ... ; I
Die Kupferfolien-Messingschicht-Zusammensetzung wurde dann mit General Electric FR 4 Eposy/Glass zusammengeschieiitet. Die
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harzige Substanz war sauber und frei von Flecken. Nach der Hitzealterung bei 15O°G über 72 Stunden lag die Ablösefestigkeit unverändert bei etwa 3»77 kp pro 2,54 cm (8,3 pounds per inen).
Beispiel II
Nickelsperrschicht
Bas Verfahren entsprechend Beispiel I wurde ausgeführt unter Benutzung einer tlberzugslösung aus:
Nickelsulfat 240 g/l
NickelChlorid 45 g/l
Borsäure 30 g/l
Die Stromdichte lag bei etwa 0,032 A/em (30 amperes per squarefoot), die Temperatur bsi 40 bis 450Gj der pH-Wert bei 2,5 bis 3,0 und die Zeit bei 20 Sekunden» Bis ticke- dar Sperrschicht lag bei 0,22 pm "(8,5 millionths. of an inch), die auf einer Basis von 95 bis 98 # Wirksamkeit berechnet wurde. Me ■ Rupfe rf oli'en-Nickelschieht-Ziasammensetsung wurde dann wie bei dem Beispiel I mit der Kunststoffolie zusammengeschichtet, wobei weder Flackenbildung noch eine Verminderung der Ablösefestigkeit festgestellt wurde.
Beispiel III
Zinfcsperrsehicht
Das Verfahren wurde entsprechend Beispiel I angewendet bei einer Überzugslösung aus:
Zinksulfat 350 g/l ■__.";
, Lakritze (licorice) 1 g/l
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Die Stromdichte lag bei etwa 0,043 A/cm (30 amperes per square foot), der pH-Wert bei 4,2, die Temperatur bei 55°C und die Zeit bei 30 Sekunden.
Die Dicke der Sperrschicht lag bei etwa 0,51 bis 0,64 pm (20 bis 25 millionths df an inch), die auf einer Basis von 95 $ Wirksamkeit berechnet wurde.
Die Kupferfolie-Zinkschicht-Zusammensetzung wurde entsprechend Beispiel I mit der Kunststoffolie zusammengeschichtet, wobei weder eine Fleckenbildung noch eine Verringerung der Ablösefestigkeit beobachtet wurde. .......
Beispiel IV .
Indiumsperrschicht
Das Verfahren nach Beispiel I wurde mit Überzugslösung CY-AN-IN (der Indium Corp. of America) durchgeführt.
Die Dicke der Sperrschicht wurde durch 'Wirksamkeitstests vor jedem Uberzugsvorgang bestimmt. Das besondere Bad war in der Lage, 11,5 mg Indium pro Ampere-Minute zuzuführen. Etwa je 0,188 mg/cm (1,21 mg per square.inch) an Indium entspricht 0t25i]xm3\1M°Jl^eOie%%¥h%i) von etwa 154,8 cm2 (24 square inches) wurde bei einem Ampere über 2 Minuten oder einer Ge*- samtmenge von 23 mg überzogen. Somit entstand eine Sperr-, schichtdicke von etwa 0,20 um (8 millionths of an inch). Bei der Kunststoffschichtenbildung wurde wiederum keine Pleckenbildung beobachtet. .
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Weitere Beispiele, die die Vorteile der erfindungsgemäßen Sperrschichten zeigen, sind in Tabelle I aufgeführt, wobei eine rauhe Kupferfolie von etwa 30 g (one ounce) und die Kunststoffolie
GrE-I1R 4 Epoxy/Grlass benutzt wurde.
Dicke Tabelle I Ablösefe Bemerkungen
(um) stigkeit
Ablösefe nach der
stigkeit Hitzebe Fleckenbildung
nach der handlung sauber -.keine
Sperr 0,10 Schichtung unter 150 0 Fleckenbildung
schicht (kp/cm ) für 72 Std". ··
0,22 =(kp/cm ) ■ Il
0,50 1,07-1,25 Il
__ 0,25 1,54-1,45 1,48-1,52
Messing 1,48
1,45 It
Messing 0,25 1,45 1,45-1,52 Il
Zink 0,64 1,52-1,61 1,6* Il
Bronze 0,15 1,25-1,52 Il
(90$ Kupfer 0,15
+ IO36 Zinn) 1,7-1,79*
Indium 1,46-1,50 1,59-1,45
Kobalt 1,59 1,46-1,50
Nickel 1,45 1,61-1,64
Zinn 1,48-1,52
*) 100 Stunden Wärmebehandlung
00 98 1 5/1584 ;
t 1 93 4 93A
Druckschaltungen, die den Kupferfolien-Metallschicht-Zusammenrsetzungsaufbau als Leitelement benutzen, entwickelten geringe oder überhaupt keine Flockenbildung in den Harzschichten nach : der Kunststoffolienbildung. Darüber hinaus wurde keine Verringerung der Ablösefestigkeit festgestellt. Bei der visuellen Betrachtung der Druckschaltungsplatten erscheinen diese sauber im Gegensatz zu solchen, die Kupferfolien ohne Sperrschicht verwenden. ElektronenmikroprObenuntersuchungen an Kunststoff- W folien zeigten bei der vorliegenden Erfindung eine signifikante Reduzierung der Kupferionenwanderung in die Harzschichten.
0098157T584

Claims (6)

  1. Patentansprüche
    ./Metallisches Leitelement für Druckschaltungen, gekennzeichnet durch eine Kupferfolie und eine darauf abgelagerte dünne metallische Schicht bestehend aus der Gruppe aus Zink, Zinn, Kobalt, Nickel, Indium, Messing und Bronze, wobei die Schicht als effektive Sperrschicht zwischen Kupferfölie und Harzmasse zur Verringerung der Fleckenbildung bei gedruckten Schaltungstafeln wirkt.
  2. 2. Leitelement nach Anspruch 1 ,. dadurch gekennzeichnet, daß die
    Sperrschicht wenigstens 0,1 um (4 mlllionths of an inch) dick ist. " ' -■■■■■
  3. 3. Leitelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferfolie aufgerauht ist, und Vorsprünge von Kupfer und/oder Kupfer-Kupferoxidteilchen auf der Oberfläche der Kupferfolie vorliegen*
  4. 4. Leitelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschichtdicke genügend groß ist, um die Kupfer-Kupfer- / oxid-Teilchen einzuschließen. .
  5. 5. Verfahren zur Verhinderung der Fleckenbildung bei gedruckten Schaltungstafeln, dadurch gekennzeichnet, daß man eine metallische Sperrschicht zwischen Kupferfolie und Harzmasse ablagert, wobei die metallische Schicht aus der Gruppe aus Zink, Zinn, Nickel, Kobalt, Indium, Messing und Bronze ausgewählt ist.
    0 0 9 8 15/15 8 4
    1934914
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet", daß man die Sperrschicht wenigstens 0,1 pm dick macht.
    0098 1 57158t
DE1934934A 1968-10-03 1969-07-10 Kupferfolie1 zur Herstellung von Basismaterialien für gedruckte Schaltungen Ceased DE1934934B2 (de)

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