DE19621545C1 - Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel­ lung einer Leiterplatte.

Bei bekannten Verfahren zum Herstellen von Leiterplatten für elektrische Schaltungen, auch endlos hergestellten Leiter­ platten, wird eine Trägerschicht z. B. gestanzt, gefräst, ge­ bohrt oder per Laser bearbeitet, um Durchbrüche bzw. Fenster für das Einsetzen elektrischer Bauteile sowie Perforierungen bzw. Transportlöcher auszubilden, wobei mechanische Defor­ mierungen der Trägerschicht auftreten können. Auf die Trä­ gerschicht wird eine Leiterschicht, z. B. eine Kupferfolie, laminiert, wobei beide als Abschnitt oder als Endlosmaterial vorliegen und weiterverarbeitet werden. Neben den üblichen Vor- und Zwischenbehandlungsschritten wird dann eine struk­ turierbare lichtempfindliche Schicht, wie Fotolack bzw. Fo­ toresist oder ein Trockenfilm, auf die Kupferschicht aufge­ bracht. Diese lichtempfindliche Schicht wird in einem nach­ folgenden Schritt mit einer Leiterstruktur durch Verwendung einer Maske belichtet und entwickelt. Durch das Belichten und Entwickeln wird gezielt die lichtempfindliche Schicht an Stellen auf der Kupferschicht bestimmt, an denen später die Kupferschicht weggeätzt werden oder verbleiben soll, um in Bereichen vorbestimmte Leiterplatten und Anschlüsse aus zu­ bilden. Danach wird in einem sogenannten Strippvorgang die licht empfindliche Schicht entfernt und die Oberfläche der verbliebenen Leiterschicht gegebenenfalls veredelt. Im Be­ reich der Durchbrüche bzw. Fenster in der Trägerschicht soll die so behandelte Kupferschicht insbesondere Leiter und An­ schlüsse in einer definierten Ausrichtung bzw. an definier­ ten Positionen aufweisen, damit die elektrischen Bauteile an den vorgesehenen Stellen in die Durchbrüche bzw. Fenster eingesetzt und an die veredelten Kupferleiter angeschlossen werden können.

Aus der DE 32 00 703 C2, der DE 36 30 995 A1 und der DE 41 29 439 A1 sind bereits dünne Folien aus lichtempfindlichem fotostrukturierbarem Material bekannt, die als flexible Schutz- und Isolierschichten z. B. bei photolithographischen Prozessen (Coverlay) oder beim Löten Verwendung finden.

Diese bekannten Verfahren zum Herstellen von Leiterplatten weisen den Nachteil auf, daß die Trägerschicht für die Lei­ terstruktur mechanisch (z. B. durch Bohren, Fräsen, Stanzen) oder durch Laser bearbeitet werden muß, um die entsprechen­ den Durchbrüche bzw. Fenster zu erzeugen. Eine derartige Be­ arbeitung ist aufwendig, und es können Materialausbrüche bzw. Deformierungen in der Trägerschicht, wie Aufwerfungen am Rand der Öffnungen, auftreten. Die Genauigkeit der Anord­ nung wird durch den Bearbeitungsprozeß begrenzt.

Die nachveröffentlichte DE 195 05 555 A1 beschreibt ein Basismaterial für die Herstellung von Leiterplatten, bestehend aus einem Kunststoffträger und einer mindestens auf einer Seite des Kunststoffträgers aufgebrachten Metallschicht. Der Kunststoffträger besteht aus einem lichtempfindlichen Kunststoffmaterial. Bei einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten werden die folgenden Verfahrensschritte beschrieben: Es wird die Metallschicht mit einer licht- bzw. photoempfindlichen Schicht beschichtet. Dann wird die photoempfindliche Schicht mit Hilfe einer Lochmaske belichtet, wobei die Löcher der Lochmaske einen Durchmesser aufweisen, der kleiner/gleich 150 µm ist, das belichtete Lochbild wird mit Hilfe eines Entwicklungs­ mediums entwickelt und die freigelegten Metall­ schichtbereiche werden chemisch bis auf den Kunststoffträger weggeätzt. Daraufhin wird das freigelegte Lochbild des Kunststoffträgers belichtet und mit Hilfe eines Entwicklungsmediums derart entwickelt, daß eine Durchgangsöffnung oder ein Sackloch entsteht.

Die DE 43 01 737 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von flexiblen Schaltungen. Das Verfahren umfaßt folgende Stufen: Laminieren des Resists auf einen polymeren Film, musterfähige Belichtung des Resists, Entwicklung des Resists mit einer verdünnten wäßrigen Lösung bis zum Erhalt des gewünschten Bilds, Ätzen von nicht mit dem vernetzten Resist bedeckten Bereichen des polymeren Films mit einer konzentrierten Base bei einer Temperatur von 50 bis 120°C und anschließendes Entfernen des Resists vom polymeren Film.

Die DE 41 30 637 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements für eine Verwendung in Leistungshalbleitermodulen. Die Verbindungselemente bestehen aus metallkaschierten Folien und es sind Öffnungen in der Kunststoffolie vorgesehen. Die Öffnungen werden durch Photo-Ablation unter Verwendung einer UV-Lampe hergestellt und die so freigelegten Metallflächen mit Lot oder einem Leitkleber beschichtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten zur Verfügung zu stellen, wobei sehr flexible als auch starre, dünne Leiterplatten erzeugt werden können, eine hohe Genau­ igkeit bei der Zuordnung der Durchbrüche durch die Träger­ schicht zu der Leiterstruktur erreicht wird, Material ge­ spart wird und die Zeit für den Herstellungsprozeß verkürzt wird.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche ge­ löst.

Bei der Lösung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, als Trägerschicht für die Leiterstruktur ein lichtempfindli­ ches Material zu verwenden, das in einem Belichtungs- und Entwicklungsprozeß strukturierbar ist. Dabei werden die Öff­ nungen bzw. Durchbrüche von der Rückseite der Trägerschicht zur Leiterstruktur, um z. B. elektrische Bauteile aufzuneh­ men, und/oder Perforierungen zum Transport des Trägermateri­ als durch Belichten und Entwickeln der Trägerschicht selbst ausgebildet. Die Trägerschicht ist elektrisch nicht-leitend, dielektrisch oder von einer Leiterstruktur elektrisch iso­ liert.

Vorteilhafterweise wird durch die Entwicklung der Träger­ schicht eine Beschichtung mit lichtempfindlichem Material oder mechanische Bearbeitung eingespart, und es können hö­ here Genauigkeiten bei der Zuordnung der Öffnungen der Trä­ gerschicht zur Leiterstruktur als bei einer mechanischen Be­ arbeitung der Trägerschicht erzielt werden. Außerdem ermög­ licht die Anwendung des photolithographischen Prozesses die Verwendung sehr dünner Trägerschichten, die einer Miniaturi­ sierung der Schaltungen bei kleinen Geräten, z. B. Armbanduh­ ren, Herzschrittmachern, Hörgeräten und Inkjets, entgegen­ kommen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Prozeßablauf einer Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß Fig. 1a wird eine erfindungsgemäße Trägerschicht 1 zur Verfügung gestellt.

Auf die Trägerschicht 1 wird eine Schicht aus elektrisch leitfähigem Material 2, bevorzugt eine Kupferschicht 2, auf­ gebracht (Fig. 1b).

Auf die Kupferschicht 2 wird eine lichtempfindliche Schicht 3, wie ein Trockenfilm oder eine Fotolackschicht, aufge­ bracht (Fig. 1c). Dieses bildet zusammen mit der Träger­ schicht 1 einen Leiterplattenrohling.

Oberhalb der lichtempfindlichen Schicht 3 wird eine Foto­ maske 4a für die Leiterstruktur angeordnet, und die licht­ empfindliche Schicht 3 wird belichtet (Fig. 1d).

Danach erfolgt ein Entwicklungsprozeß der lichtempfindlichen Schicht 3, wobei nur oberhalb der für die Leiterstruktur be­ stimmten Stellen der lichtempfindlichen Schicht 3a stehen­ bleibt (Fig. 1e). Diese Stellen sind bevorzugt die durch die Fotomaske belichteten Abschnitte.

Dann wird die Kupferschicht 2 bis auf die Trägerschicht 1 unter Verwendung der restlichen lichtempfindlichen Schicht 3a als Maske geätzt und die Leiterstruktur 2a ausgebildet (Fig. 1f).

Im weiteren wird auf der Rückseite der Trägerschicht 1 eine Fotomaske 4b für gewünschte Öffnungen 5 in der Trägerschicht 1 unterhalb der Leiterstruktur 2a angeordnet, und die Trä­ gerschicht 12 wird durch die Maske 4b belichtet (Fig. 1g). Bevorzugt wird dieser Schritt gleichzeitig mit dem Belichten zum Ausbilden der Leiterstruktur durchgeführt. Dabei sind die Masken 4a, b beidseitig vom Leiterplattenrohling ausge­ richtet angeordnet. Der Leiterplattenrohling wird dann zwi­ schen die Masken 4a, b gebracht, die sich dann darauf sen­ ken. Es folgt darauf der Belichtungsschritt. Im bevorzugten Fall von Endlosmaterial wird dieses schrittweise durch die so gebildete Belichtungsstation transportiert. Wenn erfor­ derlich, wird der Leiterplattenrohling von beiden Seiten mit unterschiedlicher Belichtungsintensität und/oder unter­ schiedlicher Belichtungsdauer belichtet. Die lichtundurch­ lässige Schicht des elektrisch leitfähigen Materials 2 ver­ meidet eine gegenseitige Beeinflussung.

Danach wird die Trägerschicht 1 entwickelt, so daß die Öff­ nungen 5 zur Rückseite der Leiterstruktur 2a ausgebildet werden, und die Leiterstruktur 2a an diesen Stellen frei­ liegt (Fig. 1h). Optional erfolgt ein geeignetes Polymeri­ sieren der Trägerschicht 1, z. B. mit Infrarot- und/oder UV-Licht.

Dann wird die restliche lichtempfindliche Schicht 3a auf der Leiterstruktur 2a entfernt (Fig. 1i). Dies kann ebenfalls sofort nach dem Ätzen gemäß Fig. 1f geschehen.

Abschließend wird die freiliegende Oberfläche des Kupfers der Leiterstruktur 2a vorzugsweise durch einen Metallüberzug 6 veredelt (Fig. 1j). Die Veredelung der freien Kupferoberflä­ che der Leiterstruktur 2a kann durch eine galvanische Be­ handlung mit Ni/AU oder Sn/Pb oder durch eine chemische Be­ handlung mit Ni/Au, Au oder Sn oder anderen geeigneten Ver­ fahren und Mitteln erfolgen.

Vorzugsweise werden die Öffnungen 5 an die Form von elektri­ schen Bauelementen angepaßt, die darin eingesetzt werden und mit der Leiterstruktur 2a, wie z. B. Anschlüssen, in elektri­ schem Kontakt stehen.

Weiter bevorzugt besteht die lichtempfindliche fotostruk­ turierbare Trägerschicht 1 aus einem Material auf der Basis von Acryl, Urethan und Imid, welches bislang nur als soge­ nanntes Coverlay Verwendung fand und z. B. unter den einge­ tragenen Marken Pyralux® PC 1000, Vacrel® oder Conformask® vertrieben wird. Vorzugsweise weist es eine Dicke im Bereich von 10 µm bis 100 µm auf.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte mit den Schritten:

• (a) Aufbringen einer ersten Schicht (2) aus elektrisch leitfähigem Material auf einer ersten Seite einer lichtempfindlichen Trägerschicht (1),
• (b) Ausbilden einer Leiterstruktur (2a) nach dem an sich bekannten Foto-/Ätzverfahren,
• (c) Belichten der Trägerschicht (1) auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite über eine Maske (4b)
• (d) Entwickeln der Trägerschicht (1), wobei mindestens eine Öffnung (5) erzeugt wird, und
• (e) Entfernen der restlichen in Schritt b) aufgebrachten fotoempfindlichen Schicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Schritt d) die Trägerschicht (1) gehärtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (e) gleich nach dem Schritt (b) durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste Schicht (2) Kupfer verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß anschließend an Schritt (e) die freie Oberfläche der Leiterstruktur (2a) mittels einer galva­ nischen Behandlung mit Ni/Au oder Sn oder Pb oder ande­ ren geeigneten Mitteln bedeckt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß anschließend an Schritt (e) die freie Oberfläche der Leiterstruktur (2a) mittels einer chemi­ schen Behandlung mit Ni/Au, Au oder Sn oder anderen ge­ eigneten Mitteln bedeckt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die fotoempfindliche Trägerschicht (1) Pyralux® PC 1000, Vacrel® und/oder Conformask® als Trägerschicht verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Öffnung/en (5) an die Form elek­ trischer Bauelemente angepaßt wird/werden und/oder als Hilfsmittel zum Transport der Leiterplatte ausgebildet wird/werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt b) das an sich bekannte Belichten einer lichtempfindlichen Schicht (3) gleich­ zeitig mit Schritt c) durchgeführt wird.