DE19516193A1

DE19516193A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Leiterplatten, insbesondere zur Herstellung von Multi-Chip-Modulen

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Publication number: DE19516193A1
Application number: DE19516193A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl Ing Schaefer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1995-05-08
Publication date: 1995-11-16

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Leiterplatten mit einem durch elektromagnetische, vorzugsweise UV-Strahlung vernetzbaren Be schichtungsmittel gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Multi-Chip-Modulen aus nach Anspruch 1 hergestellten Leiterplatten gemäß Oberbegriff des Anspruchs 2.

Die Erfindung betrifft auch eine dazu geeignete Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 6.

Zur Herstellung von gedruckten Schaltungen, den sogenannten Leiterplatten, werden zur Leiterbilderzeugung sogenannte Ätzresiste im Siebdruckverfahren aufgetragen, die der Struktur des gewünschten Leiterbildes entsprechen. Es handelt sich hierbei um Lacksysteme, die durch Trocknung oder UV-Strahlung eine klebfreie ätzmittelbeständige Oberfläche erhalten und nach dem Ätzen des Leiterbildes mit sogenannten Strippern in 5%iger Kalilauge wieder ent fernt werden.

Diese Art der Leiterbilderzeugung ist die preiswerteste und wird daher über wiegend in der Konsumelektronik angewandt. Es lassen sich mit dieser Technik nur Leiterbreiten bis 300 µm mit ausreichender Genauigkeit reproduzieren. In der kommerziellen Elektronik ist man in den letzten zwanzig Jahren dazu übergegangen, das Leiterbild fotografisch zu erzeugen. Hierzu wurden soge nannte Trockenfilmresiste mit Rollen auf Leiterplatten auflaminiert. Das Leiterbild wird unter Verwendung einer Fotomaske durch UV-Strahlung fixiert, wobei je nach Verfahren, entweder die Leiter oder die leiterfreien Bereiche fotopolymerisiert werden.

Die Bilderzeugung für die reine Ätztechnologie benötigt jedoch nur Schicht dicken von wenigen Mikrometern. Da dies mit Folien nicht realisierbar ist, trägt man fotosensible Flüssigresiste beidseitig mit profilierten Walzen auf. Die Art und Anzahl der Profilrillen bestimmen die Auftragsmenge. Es handelt sich somit um einen durch das Profilvolumen definierten Auftrag, wobei die Auftragswalzen als Schöpfwalzen dienen. Die Profilrillen ermögli chen einen definierten Volumenauftrag bei niedriger Viskosität und hohem Anpreßdruck.

Nach der Erzeugung des Leiterbildes wird die Schaltung mit einer Lötstopp maske versehen, die nur noch die zu lötenden Bereiche frei läßt. Diese Löt stoppmaske wird ebenfalls im Siebdruckverfahren aufgetragen und sowohl thermisch als auch durch UV-Strahlung ausgehärtet.

Für die kommerzielle Leiterplattentechnik war auch dieses Siebdruckverfah ren mit zunehmender Integration nicht mehr einsetzbar.

Daher wurde in der EP A1 00 02 040 ein Verfahren zur Auftragung eines flüssi gen Fotopolymers im Vorhanggußverfahren vorgeschlagen.

Desweiteren werden in der DE 36 13 107 A1 Resistfarbenzusammensetzungen be schrieben, die im Siebdruck mit einem Leersieb ganzflächig aufgetragen werden und mit UV-Strahlung fotostrukturierbar sind. Darüberhinaus werden auch Trockenfilmresiste mit Laminierwalzen unter Vakuumanwendung aufgetragen. Das Vorhanggußverfahren hat seine Grenzen im hohen Lösungsmittelgehalt und kann daher nicht für dickere Schichten eingesetzt werden.

Das Siebdruckverfahren hat seine Grenzen in der Technologie des Siebes, so daß keine Schichtdicken von 10 µm und auch keine Schichtdicken von 100 µm in akzeptabler Qualität aufgetragen werden können.

Der Trockenfilm kann ebenfalls nicht in Schichtdicken von 10 µm aufgetra gen werden, dickere Schichten können nicht für die Herstellung von Mehr lagenschaltungen der Multi-Chip-Modulen verwendet werden, da sie nicht metallisierbar sind.

In der WO 92/07 679 wird ein Walzenbeschichtungsverfahren zur ein- und beidseitigen Beschichtung von Leiterplatten, insbesondere mit Lötstopplack, beschrieben. Dieses Verfahren arbeitet in einem Viskositätsbereich von 300 bis 5000 mPas. Zur Erzielung einer Leiterabdeckung von 2 bis 10 µm, die keineswegs den Anforderungen der Leiterplattentechnologie genügt, ist nach einer Zwischentrocknung ein zweiter Beschichtungsvorgang erforderlich. Dies ist weder wirtschaftlich noch qualitativ vertretbar.

In der PTC/IB 94 00102 wird ein Walzenbeschichtungsverfahren beschrieben, das von einer einmaligen Beschichtung mit schmelzbaren Resisten bei hoher Temperatur ausgeht. Dieses Verfahren ist nur mit neuentwickelten schmelzba ren Beschichtungsmitteln durchführbar. Eine Verwendung marktgängiger Re siste ist nicht möglich, da keine schmelzbaren Resiste verfügbar sind.

Für die erfindungsgemäße Anwendung zur Herstellung von Multi-Chip-Modu len ist darüberhinaus ein hoher Füllstoffanteil erforderlich, der sich in einem schmelzbaren Resist nur schwer realisieren läßt.

Die weiter fortschreitende Miniaturisierung führt zu integrierten Schal tungen mit immer höheren Anschlußzahlen, so daß Anschlußpads mit Breiten kleiner 0,5 mm erforderlich werden.

Während eine Entwicklungsrichtung versucht, die "fine pitches" mit massiven Lotdepots zu beherrschen, wie dies in der DE 41 37 045 A1 beschrieben ist; versucht eine andere Entwicklung auf mehrere Ebenen auszuweichen und 4-la gige Schaltungen zu entwickeln, die auf den Außenlagen ein sogenanntes pads only design haben, so daß Padbreiten von 100 µm realisierbar sind. Derartige Schaltungen werden auch als Multi-Chip-Module bezeichnet, da sie mit einem Raster von 2 mm breiten Anschlüssen sehr einfach auf Leiter platten aufgelötet werden können.

Derartige Multi- Chip- Module werden in der Zeitschrift Galvanotechnik Nr. 1 1994 als DYCOstrate Schaltungen beschrieben. Hier dient flexibles Poly imid Basismaterial als Konstruktionsgrundlage. Da die Bohrungen den meisten Platz benötigen, nutzt dieses Verfahren die Möglichkeit, Mikrobohrungen von 50 µm durch Plasmabehandlung in die Polyimidfolie ätzen zu können. Der Prozeß ist jedoch sehr aufwendig, insbesondere durch die dünnen teuren Substrate.

In der Zeitschrift Galvanotechnik Nr.12 1994 wird der sogenannte BUM (build up multilayer board) Prozeß beschrieben.

Hierbei werden auf gedruckte Schaltungen sogenannte via sheet Kupfer folien benötigt. Es handelt sich hierbei um Kupferfolien, die in zwei Beschichtungsschritten mit einem isolierenden Harz beschichtet sind, wobei die erste Schicht weit vorgehärtet ist. Diese Folie wird derart auf die Leiterplatte mit einem Rollenlaminator auflaminiert, daß die Leiter luft blasenfrei ummantelt sind. Dies ist nur unter Vakuumanwendung möglich. Es handelt sich bei dem Laminieren um einen sehr empfindlichen Prozeß, zumal die zweimalige Beschichtung der Kupferfolie schon zu erheblichen Beschädi gungen der Kupferfolie führt. Jeder Staubpartikel von größer 30 µm führt zu Löchern im Kupfer und somit zur Unbrauchbarkeit. Die Löcher lassen sich erst nach dem Laminieren feststellen und führen dann zum Ausschuß der gesamten Schaltung.

Diese Probleme bei den derzeitigen Verfahren zeigen, wie dringend hier nach Wegen zur Lösung dieser technologischen Herausforderung gesucht wird. Es werden erhebliche Schwierigkeitsgrade sowohl beim DYCOstrate Verfahren mit flexiblen Polyimidfolien, sowie beim BUM-Prozeß mit zweifacher Be schichtung der Kupferfolie in Kauf genommen, um die Zukunftsanforderungen der neuen hochintegrierten Bauteilgeneration zu lösen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, technisch leicht beherrschbares, kostengünstiges Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die beidseitige Beschichtung von Leiterplatten in Dicken von 10 bis 200 µm möglich ist, so daß die Herstellung von zwei Außenlagen für ein "pads only design" über eine 100 µm dicke flammenwidrige, fotopoly merisierbare und chemisch verkupferbare Isolationsschicht erreicht wird. Hierzu sollen Microbohrungen von 50 µm Durchmessern durch Fotostrukturie rung erzeugt und die Leiter und IC-Anschlüsse im Semiadditivverfahren her gestellt werden.

Die Lösung all dieser und noch weiterer damit in Verbindung stehender Auf gaben erfolgt durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der unabhängi gen Patentansprüche 1, 2 und 6. Besonders bevorzugte Varianten des erfindungs gemäßen Verfahrens bzw. zugehörigen erfindungsgemäßen Vorrichtung sind je weils Gegenstand der entsprechenden abhängigen Verfahrens- bzw. Vorrichtungs ansprüche. Insbesondere wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Beschich ten von Leiterplatten mit einem durch elektromagnetische Strahlung, vorzugs weise UV-Strahlung vernetzbaren Lötstopplack oder Ätzresist geschaffen,das sich durch folgende Verfahrensschritte auszeichnet:

- ein fotopolymerisierbares 70-95%iges Beschichtungsmittel mit einer Visko sität von 10-20 Pa·s bei 25°C wird auf 30 bis 50°C vorgewärmt, mit einer Viskosität von 1 bis 10 Pa·s aus einem Vorratsgefäß (Fig. 1, 5) einer zwei seitigen Walzenbeschichtungsanlage zugeführt, deren Dosierwalzen (Fig. 13, 4) durch eine Thermostatisierung im Bereich von 25 bis 60°C die Viskosität kon stant halten und die Pumpfähigkeit gewährleisten.

Der Thermostat (Fig. 1, 10) ist an die Dosierwalzen (3, 4) angeschlossen, der Vorratstank (85) ist darüber angeordnet. Die Dosierwalzen (3, 4) bilden mit den glatten gummierten Auftragswalzen (Fig. 11, 2) einen Spalt, der die gewünschte Filmdicke definiert.

Die 10 bis 20 mm dicke Gummierung hat eine Härte von vorzugsweise 40 bis 60 shore Härte A. Diese Gummierung ist erfindungsgemäß mit einer diagonalen oder oszillierenden Rillung von 100 bis 500 µm Breite versehen, die mit einer weicheren Gummischicht von 10 bis 20 shore Härte A ausgefüllt und deren Ober fläche glattgeschliffen wird.

Die Auftragswalzen (1, 2) sind gekühlt,so daß eine Oberflächentemperatur von 5 bis 20°C erzielt wird. Der Beschichtungsfilm wird auf eine Auftrags viskosität von 20 bis 100 Pa·s gebracht, so daß es möglich wird, hohe lö sungsmittelhaltige Schichtdicken aufzutragen. Die hohe Viskosität sorgt zusammen mit der speziellen Walzenoberfläche für eine gute Anpassung an hohe Leiter und verhindert ein abquetschen. Das Kühlaggregat (Fig. 1, 8) sorgt für eine gleichmäßige Beschichtungstemperatur.

Auf diese erfindungsgemäße Weise wird mit einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 5 bis 20 m/min beidseitig eine 50 bis 100 µm dicke Schicht eines foto polymerisierbaren Beschichtungsmittels aufgetragen.

Um diesen Film jedoch trocknen zu können, muß die Leiterplatte einen be schichtungsfreien Rand haben, der für den Transport erforderlich ist. (Fig. 1, 11). Dies wird durch die Anbringung eines beheizbaren Rollrakels (Fig. 1, 6) an den Auftragswalzen (1, 2) erreicht, der von einem Messer rakel gereinigt wird. Das abgestreifte Beschichtungsmittel wird in den Vor ratstank (5) zurückgeführt.

Zum Auftragen bevorzugter Schichtdicken mit einer Toleranz von kleiner 10% in den Dicken 10 µm, 50 µm und 100 µm wird eine erfindungsgemäßen Wal zenanordnung (Fig. 12) verwendet, die im Randbereich der Dosierwalzen (Fig. 12, 2) eine galvanische Metallisierung (Fig. 13, 2) in der gewünsch ten Beschichtungsdicke aufweist.

Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine Chrom- bzw. Chrom/Nickel schicht in den Dicken 10 µm, 50 µm und 100 µm. über diese auf einer belie bigen Breite von ca. 1 bis 20 cm galvanisch aufgebrachten Metallschicht läßt sich ein Höchstmaß an Parallelität erreichen.

Gleichzeitig läßt sich die Rundlaufgenauigkeit ermitteln, wenn diese Metall schicht ihren Kontakt zur gummierten Auftragswalze (Fig. 12,3) verliert. Um eine gleichmäßige Dicke des Beschichtungsfilms sicher zu stellen, muß ge währleistet werden, daß diese Metalldistanzschicht (Fig. 13, 2) im Kontakt mit der Auftragswalze (Fig. 12, 4) bleibt, ohne in die Gummierung einzudringen. Dies wird erfindungsgemäß durch das Anbringen eines elektrisch leitfähigen Gleitkontaktrings erzielt (Fig. 13, 4), der auf die Gummierung (Fig. 13, 8) am Rand aufgesetzt, und auf gleiche Dicke geschliffen wird.

Wird an einen leitfähigen Gleitkontaktring (Fig. 13, 4) Spannung angelegt, so beginnt der Strom zu fließen sobald beide Ringe Kontakt mit der Metalldis tanzschicht (Fig. 13, 2) der Dosierwalze (Fig. 13, 1) haben. Sollten mangel hafte Rundlaufeigenschaften zur Kontaktunterbrechung führen,so kann dies über ein Spannungsmeßgerät (Fig. 13, 5) erfaßt und über eine Steuerung kor rigiert bzw. die Anlage abgeschaltet werden. Der leitfähige Gleitkontakt ring sollte eine ähnliche thermische Ausdehnung wie der Gummi besitzen, je doch nicht verformbar sein. Eine Isolation (Fig. 13, 6) zum Metallkern der Auftragswalze (Fig. 13, 3) sollte gewährleistet sein. Vorteilhafterweise be steht er aus leitfähigem Kunststoff,vorzugsweise aus leitfähigem Hartgewebe, und hat eine Dicke von 10 bis 20 mm und eine Breite von 0,5 bis 20 mm, wo bei nur die äußere Schicht leitfähig ist.

Über einen Schreiber (Fig. 13, 5) läßt sich nun der gleichmäßige Stromfluß dokumentieren, sodaß eine aufwendige Untersuchung an den Substraten nicht erforderlich ist. Die Breite zwischen den beiden Metalldistanzschichten bestimmt die Beschichtungsbreite (Fig. 13, 7).

Diese erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es erstmalig bei Schichtdicken unter 100 µm eine gleichmäßige Schichtverteilung sowohl über die Substrat breite wie über die Länge zu gewährleisten, ohne daß hierzu Messungen auf dem beschichteten Substrat notwendig sind. Gleichzeitig wird ein beschich tungsfreier Rand erzeugt,der für den Weitertransport der Substrate in den Trockner erforderlich ist.

Diese Leiterplatten werden erfindungsgemäß mit breitenverstellbaren rollen geführten Doppelbändern transportiert (Fig. 2, 1) die im Rücklauf vor dem Trockner durch ein Lösungsmittelbad gereinigt werden. (Fig. 2, 1)

Die Trocknung erfolgt erfindungsgemäß mit einem Infrarot-Konvektions- Laminartrockner gem. (Fig. 14).

Um dicke Lackschichten von größer 50 µm möglichst schnell staubfrei trocknen zu können, wird ein Trockner verwendet, der einen 20 bis 150 mm hohen, 300 bis 700 mm breiten und 3 bis 10 m langen Trockenkanal besitzt (Fig. 14,1), in den vorgewärmte Luft mit hoher Geschwindigkeit von 5 bis 40 m/s gegen die Transportrichtung über Breitschlitzdüsen eingeblasen wird, welche oberhalb und unterhalb der Leiterplattentransporteinrichtung angebracht sind. (Fig. 14, 2) Diese hohe Luftgeschwindigkeit sorgt für eine schnelle Trocknung und führt gleichzeitig dazu, daß Staubpartikel in Schwebe gehalten werden, und nicht auf die zu trocknende Lackoberfläche gelangen. Außerdem kann durch die Ein stellung unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten ein Auftrieb erzeugt werden, der der Mittenunterstützung der Leiterplatten dient.

Der Trockenkanal (Fig. 14, 1) ist auf der Ober- und Unterseite mit Glasschei ben abgedeckt (Fig. 14, 3) durch die Infrarotstrahler (Fig. 14, 4) mit einer Wellenlänge von 1 bis 10 µm, welche vertikal und horizontal beweglich ange bracht sind,die Leiterplatte (Fig. 14, 9) erwärmen. Somit kann daß Trocken temperaturprofil an die Lackschichtdicke und an die Leiterplattendicke indivi duell angepaßt werden.

Der Trocknereinlaß (Fig. 14, 10) und der Austritt (Fig. 14, 11) sind düsenför mig gestaltet. Die Luft wird als Umluft (Fig. 14.5) geführt. Sie wird so wohl durch die Strahler (Fig. 14, 4) wie auch durch Wärmetauscher (Fig. 14, 17) auf eine einstellbare und regelbare Temperatur aufgewärmt.

Der Umluftventilator (Fig. 14, 6) ist am Ende des Trockners angebracht und saugt die Luft aus dem Strahlerraum an, um sie mit hoher Geschwindigkeit durch den Trockenkanal (Fig. 14, 1) im Gegenstrom zu blasen.

Die Frischluft (Fig. 14, 12) wird mit einem Frischluftventilator (Fig. 14, 13) der aus der Abluft der an den Trockner angeschlossenen Kühleinheit versorgt wird, in den Trocknereinlaß (Fig. 14, 10) über zwei jeweils über und unter der Trans porteinrichtung angebrachte Breitschlitzdüsen geblasen und vermischt sich mit der aus dem Trockenkanal (Fig. 14.1) austretenden lösungsmittelhaltigen Luft. (Fig. 14, 5)

Die Abluft (Fig. 14, 14) wird über eine Abluftöffnung (Fig. 14, 15) aus dem Trockner abgeführt, wobei die Menge über eine Abluftklappe (Fig. 14, 16) gere gelt wird.

Auf diese Weise können 50 µm dicke Lackschichten mit einem Lösungsmittelanteil von 10 bis 20% in 60 Sekunden getrocknet werden.

Die breitenverstellbaren Rollrakel (2, 6) ermöglichen eine partielle Be schichtung der Leiterplatte, so daß sowohl abziehbarer Lötstopplack über Steckerleisten aufgetragen werden kann, wie auch zur Herstellung von Multi- Chip- Modulen nur ein Teil der Leiterplatte als Mehrlagenschaltung ausgeführt wird.

Nach der Trocknung wird die mit 50 µm beschichtete Leiterplatte mit UV-Strahlung unter Verwendung einer Fotomaske belichtet, entwickelt und endausgehärtet.

Zur Herstellung von Multi-Chip-Modulen wird eine 100 µm dicke Schicht eines fotopolymerisierbaren, thermisch härtbaren, flammenwidrigen und verkupferbaren Beschichtungsmittels im beidseitigen Walzenverfahren auf Leiterplatten aufgetragen (Fig. 3).

Die Flammenwidrigkeit und die Verkupferbarkeit wird durch Zusatz eines erfindungsgemäßen Füllstoffes zu handelsüblichen Lötstopplacken erreicht. Bei diesem säurelöslichen und flammenwidrigen Füllstoff, der eine aus reichend hohe thermische Stabilität besitzt, handelt es sich um Magnesium hydroxid. Dieses erfindungsgemäße Beschichtungsmittel wird nach der Trock nung mit UV-Strahlen der Wellenlänge 350 bis 400 nm unter Verwendung einer negativ- Lochmaske mit 50 µm Löchern belichtet, die unvernetzte Beschichtungsmittelanteile aus den Löchern freientwickelt, die Oberfläche und die Lochwandungen mit Schwefelsäure aufrauht und chemisch auf 0,5 bis 1 µm verkupfert (Fig. 4). Nach der Belichtung und Freientwick lung der Pads (IC-Anschlüsse) in Breiten von 100 bis 200 µm, werden die Bohrungen und die Pads galvanisch auf 20 µm verstärkt. Vergleichbar mit der Semi-Additivtechnik wird das Beschichtungsmittel nach der galvanischen Verkupferung mit 5%iger Kalilauge gestrippt und das Leiterbild durch Differenzätzung erzeugt (Fig. 5) u. (Fig. 6).

In einer besonderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch Schaltungen in Semi-Additivtechnik hergestellt werden. Hierzu werden unkaschierte Leiterplattensubstrate mit 10 bis 20 µm eines erfindungsge mäßen Beschichtungsmittels beschichtet. Nach der Trocknung wird diese Schicht mit Hilfe einer Lochmaske mit Lochdurchmessern von 20 µm und Ab ständen von 10 µm fotostrukturiert, (Fig. 7) über diese fotostrukturierte erste Schicht wird eine zweite Schicht von 30 µm aufgetragen. Diese wird dann mit UV-Strahlung unter Auflage einer Leiterbildfotofolie belichtet (Fig. 8).

Hierdurch werden die leiterfreien Bereiche vernetzt. Die Leiter und der Leiterhaftgrund werden freientwickelt,wodurch auf dem Leiterhaftgrund säulenförmige Bereiche entstehen, (Fig. 9, 1) die zwischen sich Kaver nen ausbilden (Fig. 9, 2), so daß eine gute Verankerung der Kupferschicht gewährleistet ist.

Im Anschluß an die Entwicklung und Trocknung wird die Oberfläche des Be schichtungsmittels mit Schwefelsäure aufgerauht und chemisch auf 1 µm verkupfert (Fig. 9, 3).

Nach der Verkupferung wird in einem dritten Beschichtungsprozeß eine 20 µm dicke Schicht eines Beschichtungsmittels als Galvanoresist derart auf die Leitkupferschicht (Fig. 10, 3) aufgetragen, daß die Leiterkanäle (Fig. 10, 1) unbeschichtet bleiben.

Nach der Trocknung werden die Leiter (Fig. 10, 2) galvanisch auf 40 µm verkupfert.

Nach der Verkupferung wird der Galvanoresist in 5%iger KOH gestrippt und die Leitkupferschicht von 1 µm mit Ammoniumpersulfat geätzt. (Fig. 11) Diese Schaltung wird nun mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel in einer Dicke von 50 µm beschichtet und in der beschriebenen Weise zu Multi-Chip-Modulen verarbeitet.

Beispiele Beispiel 1

Es werden Lötstoppmasken in Dicken von 50 µm durch Auftrag von lösungsmittel armen hochviskosen Beschichtungsmitteln im Walzenbeschichtungsverfahren hergestellt.

Leiterplatte
Basismaterial FR 4\|1,6 mm
Leiterhöhe	50 µm
Leiterbreite	150 µm
Temperatur	25°C

Beschichtungsmittel 1:
Siebdruckfähige Resistfarbenzusammensetzung gem. DE 36 13 107 A1 Beispiel 4

Komponente A
Harz (A-3)
50 Gew.-Tl. 70% in Cellosolvacetat
Trimethylolpropantriacrylat	4 Gew.-Tl.
Pentaerythrittriacrylat	4 Gew.-Tl.
2-Ethylanthrachinon	3 Gew.-Tl.
2-Phenyl-4-benzyl-5hydroxy-methylimidazol	0,5 Gew.-Tl.
"AC-300"	1,0 Gew.Tl
Phthalocyaningrün	0,5 Gew.Tl
Calciumcarbonat	10 Gew.-Tl.
	75 Gew.-Tl. 80 Gew.-%

Komponente B
"Epiclon EXA 1514" bis Phenol-s-Typ
Epoxidharz von Dai-Nippon Ink & Chemical	10 Gew.-Tl.
Trimethylolpropantriglycidylether	4 Gew.-Tl.
Cellosolvacetat	6 Gew.-Tl.
Calciumcarbonat	5 Gew.Tl.
	25 Gew.Tl. 80 Gew.-%

Beschichtungsmittel 1:
75 Gew.Tl Komponente A und 25 Gew.-Tl. Komponente B 80 Gew.-% 25 Pa·s 25°C
Beschichtungsanlage:
Walzenbeschichtungsanlage gem. Fig. 1 Gummierung 20 mm Härte A 50 shore Rillung 200 µm diagonal 45° Füllung Gummi Härte A 20 shore
Temperatur Auftragswalze: 5°C
Temperatur Rakel: 90°C
Temperatur Dosierwalze: 40°C
Auftragsviskosität: 65 Pa·s
Wannenviskosität: 2 Pa·s

Beschichtungsgeschwindigkeit: 15 m/min
Walzenspalt: 60 µm
Schichtdicke: 50 µm

Trocknung IR 1 bis 10 µm: 120 sec
Temperatur: 120°C
Belichtung UV 360 nm: 60 sec
Entwicklung in 1%iger Na₂CO₃: 90 sec
Aushärtung 150°C: 30 min

Ergebnis:
Leiterabdeckung 25 µm; Kantenabdeckung 13 µm.

Beispiel 2

Herstellung von Multi-Chip-Modulen durch Beschichten von in Subtraktiv- oder Addivtechnik hergestellten Leiterplatten mit 100 µm dicken Schichten eines lösungsmittelarmen foto polymerisierbaren, chemisch verkupferbaren und thermisch härtbaren flammenwidrigen Beschichtungsmittel.

Leiterplatte: Basismaterial FR 4 1,6 mm wie Beispiel 1

Beschichtungsmittel 2 Siebdruckfähige Resistfarbenzusammensetzung gem DE 36 13 107 A1 Beispiel 4

Komponente A
Harz (A-3)
50 Gew.-Tl. 70% Cellosolvacetat
Trimethylolpropantriacylat	4 Gew.-Tl.
Pentaerythrittriacrylat	4 Gew.-Tl.
2-Ethylanthrachinon	3 Gew.-Tl.
2-Phenyl-4-benzyl-5-hydroxy-methylimidazol	0,5 Gew.-Tl.
"AC-300"	1,0 Gew.-Tl.
Phtalocyaningrün	0,5 Gew.Tl
Magnesiumhydroxid	10 Gew.-Tl.
	75 Gew.-Tl. 80 Gew.-%

Komponente B
"Epiclon EXA 1514" bis Phenol-S-Typ
Epoxidharz von Dai-Nippon Ink	10 Gew.-Tl.
Trimethylolpropantriglycidylether	4 Gew.-Tl.
Magnesiumhydroxid	11 Gew.-Tl.
	25 Gew.-Tl. 100 Gew.-%

Beschichtungsmittel 2 75 Gew.-Tl. Komponente A und 25 Gew.-Tl. Komponente B 85 Gew.-% 50 Pa·s 25°C

Beschichtungsanlage:
Walzenbeschichtungsanlage gem.

Fig.

1 Gummierung 20 mm Härte A 40 shore

Temperatur Auftragswalze: 10°C
Temperatur Rakel: 90°C
Temperatur Dosierwalze: 50°C
Auftragsviskosität: 90 Pa·s
Wannenviskosität: 2 Pa·s

Beschichtungsgeschwindigkeit: 5 m/min
Walzenspalt: 120 µm
Schichtdicke: 100 µm
Trocknung IR 1-10 µm: 120 sec
Temperatur: 100°C
Belichtung UV 360 nm: 90 sec Fotofolie Lochdurchmesser 50 µm
Entwicklung in 1%iger Na₂CO₃: 120 sec

Verkupferung chemisch 1 µm

Ätzen in konz. Schwefelsäure: 60 sec RT
Neutralisieren KOH 1n: 5 min RT
Konditionieren: 10 min 70 bis 80°C
Bekeimen (Palladium): 5 min 42 bis 46°C
Beschleunigen: 5 min RT
chemisch verkupfern 1 µm: 30 min 45 bis 48°C

Tempern 1 Stunde: 100°C

Beispiel 3

Beschichten der chemisch in Loch, Bohrung und auf der Oberfläche ver kupferten Leiterplatte mit einer 20 µm Schicht des Beschichtungsmittels 1 Belichten mit Leiterbild (IC-Anschlüsse 200 µm), entwickeln, galvanisch auf 20 µm verkupfern, Sippen in 5% iger KOH und Differenzätzen in Am moniumpersulfat.

Beschichtungsmittel : Beschm. 1 Beispiel 1 verd. auf 70% 2 Pa·s 25°C
Beschichtungsanlage:
Walzenbeschichtungsanlage gem. Fig. 1 Gummierung Härte A 60 shore

Temperatur Auftragswalze: 15°C
Temperatur Rakel: 90°C
Temperatur Dosierwalze: 25°C
Auftragsviskosität: 10 Pa·s
Wannenviskosität: 2 Pa·s

Beschichtungsgeschwindigkeit: 20 m/min
Walzenspalt: 25 µm
Schichtdicke: 21 µm

Trocknung IR 1 bis 10 µm: 60 sec
Temperatur: 80°C
Belichten UV 360 nm: 60 sec
Entwickeln in 1% Na₂CO₃: 60 sec

Galvanisch auf 20 verkupfern

Stromdichte 1,8 A/qdm: 30 min

Strippen KOH 5%, Ätzen 1 µm Cu in Ammoniumpersulfat
Aushärten 150°C: 60 min

Beispiel 4

Herstellung von Multi-Chip-Modulen in Semiadditivtechnik durch Beschichten eines unkaschierten Substrates mit 10 µm des Beschichtungsmittels 2, Foto strukturierung des Leiterhaftgrundes durch Belichtung mit UV-Strahlung unter Verwendung einer Lochrasterfolie mit 20 µm Durchmessern und 10 µm Abstand. Beschichtung mit einer 30 µm dicken Schicht des Beschichtungsmittels 2, Be lichtung mit UV-Strahlung mit Leiterbildfotofolie, Entwicklung der Leiter und des kavernenförmigen Leiterhaftgrundes, chemische Verkupferung 1 µm, Beschichtung mit einer 20 µm Schicht des Beschichtungsmittels 1 ohne die Lei terkanäle zu füllen, galvanisch verkupfern der Leiter und Bohrungen, Strip pen des Beschichtungsmittels und Ätzen der 1 µm Kupferleitschicht.

Leiterplatte: Basismaterial FR 4 1,6 mm unkaschiert R_z 4 µm
Beschichtungsmittel: Beschichtungsmittel 2 verdünnt auf 70% 10 Pa·s 25°C
Beschichtungsanlage: Walzenbeschichtungsanlage Fig. 1 wie Beispiel 2
Temperatur Auftragswalze: 20°C
Temperatur Rakel: 90°C
Temperatur Dosierwalze: 30°C
Auftragsviskosität: 20 Pa·s
Wannenviskosität: 3 Pa·s
Beschichtungsgeschwindigkeit: 20 m/min
Walzenspalt: 15 µm
Schichtdicke: 11 µm
Trocknung IR 1 bis 10 µm 90°C: 60 sec
Belichten UV 360 Lochmaske 20 µm: 60 sec

2. Beschichtung: 30 µm wie Beispiel 2
Belichten UV 360 nm (Leiterb.): 60 sec
Entwickeln Leiter und Haftgrund mit 1% Na₂CO₃: 90 sek
Verkupfern chemisch in den Leiterkanälen und auf der Oberfläche 1 µm

3. Beschichtung: wie Beispiel 3 20 µm mit Beschichtungsmittel 1
Galvanisch verkupfern auf 40 µm: 1,8 A/qdm 60 min
Strippen in 5%iger KOH Ätzen in Ammoniumpersulfat.
Weiterverarbeitung zu Multi-Chip -Modulen wie Beispiel 2 und Beispiel 3.

Claims

1. Verfahren zum Beschichten von Leiterplatten mit einer durch UV-Strahlung vernetzbaren Beschichtung im beidseitigen Walzenbeschichtungsverfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatten beschichtungsseitig auf Raum temperatur gehalten und dann mit einem fotopolymerisierbaren Beschichtungs mittel, welches einen Festkörpergehalt von 70 bis 95 Gew.-% und eine Viskosi tät von 10 bis 60 Pa·s bei 25°C besitzt, derart beschichtetet werden, daß das Beschichtungsmittel mittels auf 25 bis 60°C temperierter Dosierwalzen in einem Viskositätsbereich von 1 bis 10 Pa·s gehalten und mittels gummierter geschliffener auf eine Oberflächentemperatur von 5 bis 20°C gekühlter am Rand beschichtungsfrei gehaltener Auftragswalzen mit einer Auftragsviskosität von 20 bis 100 Pa·s und einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 5 bis 20 m/min in Schichtdicken von 10 bis 200 µm auf Leiterplattenoberflächen aufgetragen und bei 80 bis 120°C in 60 bis 120 sek. getrocknet werden.

2. Verfahren zur Herstellung von Multi-Chip-Modulen durch die Beschichtung von Leiterplatten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Leiterplatten mit strahlenvernetzbaren Beschichtungsmitteln in Dicken von 50 bis 100 µm beschichtet und getrocknet werden, durch Belichten mit UV-Strahlung unter Verwendung einer Lochmaske mit Lochdurchmessern von 50 µm und Freientwicklung der nicht vernetzten Lochbereiche Mikrobohrungen entstehen, die nach einer Säureaufrauhung zusammen mit der Oberfläche auf 1 µm chemisch verkupfert wer den und daß nach einer zweiten Beschichtung mit einem strahlenvernetzbaren Be schichtungsmittel in einer Schichtdicke von 10 bis 20 µm nach der Trocknung, Fotostrukturierung, Entwicklung, galvanischen Verkupferung auf 10 bis 20 µm, Strippen des Beschichtungsmittels und Differenzätzen der 1 µm Kupferschicht IC-Anschlüsse von 100 bis 200 µm Breite über Mikrobohrungen erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Beschichtung in der Dicke der Leiterhöhe eine Leiterabdeckung von 50% und eine Leiterkan tenabdeckung von 25% der Beschichtungsdicke erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungs mittel einen säurelöslichen und flammenwidrigen Füllstoff, vorzugsweise Mag nesiumhydroxid, mit einer Korngröße von 3 bis 10 µm in einer Menge von 10 bis 60 Gew. Teilen enthält.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Erzeugung eines Leiterhaft grundes für chemisch abgeschiedene Kupferleiter dadurch gekennzeichnet, daß unkaschierte Laminate mit strahlenvernetzbaren Beschichtungsmitteln in einer Dicke von 10 bis 20 µm gemäß Anspruch 1 beschichtet werden und vor der che mischen Verkupferung gemäß Anspruch 2 der Leiterhaftgrund mit einer Lochmas ke mit Lochdurchmessern und Abständen von 10 bis 20 µm durch UV-Strahlung derart fotostrukturiert wird, daß nach der Entwicklung der unvernetzten Be reiche zwischen den vernetzten Lochbereichen, die sich säulenförmig darstellen, kavernenförmige Vertiefungen entstehen, in denen sich chemisch abgeschiede nes Kupfer haftfest verankern kann.

6. Vorrichtung zum beidseitigen Beschichten von Leiterplatten mit hochvisko sen, strahlenvernetzbaren Beschichtungsmitteln mit einer doppelseitigen Wal zenbeschichtungsanlage dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenbeschichtungsan lage über zwei auf 25 bis 60°C beheizbare Dosierwalzen verfügt, mit denen das Beschichtungsmittel auf eine Viskosität von 1 bis 10 Pa·s bringbar ist, und daß sie über zwei gummierte, mit einer Randabstreifung versehene auf ei ne Temperatur von 5 bis 20°C kühlbare Auftragswalzen verfügt, mit denen das strahlenvernetzbare Beschichtungsmittel auf eine Viskosität von 20 bis 100 Pa·s bringbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6 zur Erzeugung eines beschichtungsfreien Sub stratrandes dadurch gekennzeichnet, daß an den gekühlten Auftragswalzen im Randbereich je zwei auf 60 bis 90°C beheizbare verchromte Rollrakel aus vor zugsweise elektrisch beheizten Metallrollen mit einem Durchmesser von vorzugs weise 10 bis 50 mm angebracht sind, mit denen das Beschichtungsmittel auf eine Viskosität von 100 bis 200 mPa·s bringbar ist, welches dann mittels ei nes an den Rollrakel angebrachten Messerrakels abgestreift und in den Vorrats tank zurückgeführt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 zur randfreien Beschichtung von Leiterplatten dadurch gekennzeichnet, daß auf die Dosierwalzen mit einem Durchmesser von vorzugsweise 150 mm im Randbereich galvanisch eine 10 bis 100 mm breite und 10 bis 200 µm dicke Metalldistanzschicht vorzugsweise aus Chrom aufgetragen wird, und daß im Randbereich der gummierten, gekühlten Auftragswalzen mit einem Durchmesser von vorzugsweise 200 mm ein Gleitkontaktring in der Dicke der Gummierung angebracht ist, der aus leitfähigem Kunststoff, vorzugsweise aus leitfähigem Schichtpreßstoff besteht, in dessen Schichten Kupferfolien mit Dicken von 35 bis 500 mm eingepreßt wurden, und über den der elektrische Kontakt mit der Metalldistanzschicht gleicher Breite von 2 bis 20 mm herstell bar und die Beschichtungsdicke regelbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 zum Beschichten von profilierten Substrat oberflächen dadurch gekennzeichnet, daß eine Walzenbeschichtungsanlage mit kühlbaren, gummierten Auftragswalzen ausgestattet ist, deren Gummierung von einer bevorzugten Dicke von 10 bis 20 mm und einer bevorzugten Härte von 40 bis 60 shore Härte A mit diagonalen oder oszillierenden Rillen in einer be vorzugten Breite und Tiefe von 100 bis 500 µm versehen ist, die mit einer Gummierung einer Härte von 10 bis 20 shore ausgefüllt und plangeschliffen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Walzenbeschichtungsanlage ein Strahlungs-Konvektions- Laminartrockner angeordnet ist, der über einen horizontalen 20 bis 150 mm ho hen und 300 bis 700 mm breiten sowie vorzugsweise 3 bis 10 m langen Trocken kanal verfügt, der zum Leiterplattentransport mittig mit breitenverstellba ren rollengeführten und mit einem Reinigungsbad versehenen Doppelbändern aus gestattet ist, in den Luft am Kanalausgang durch je eine oberhalb und unter halb der Transporteinrichtung angebrachten Breitschlitzdüse mit unabhängig regelbaren Strömungsgeschwindigkeiten von 5 bis 40 m/s im Gegenstrom zur Trans portrichtung derart eingeblasen wird, daß bei intensiver Trockenleistung die Staubpartikel in Schwebe gehalten werden und ein Auftrieb zur Mittenunter stützung der Leiterplatten erreicht wird, und der auf der Ober- und Unterseite mit Glasplatten abgedeckt ist, über und unter denen im Abstand von 20 bis 200 mm Infrarotstrahler der Wellenlänge 1 bis 10 mm horizontal und vertikal beweglich angeordnet sind, so daß das Temperaturprofil individuell nach Leiter platten-und Lackschichtdicke steuerbar ist.