DE19726850B4

DE19726850B4 - Verfahren zur Herstellung vonr Leiterplatten

Info

Publication number: DE19726850B4
Application number: DE1997126850
Authority: DE
Inventors: Makoto Gotenba Katsumata; Hidenori Gotenba Yamanashi; Hitoshi Gotenba Ushijima
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2017-06-25
Also published as: DE19726850A1; DE19726850B8; JPH1012994A

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten in einem zweistufigen Spritzgießverfahren (Insert Molding), bei dem
– ein Formteil aus einem mit katalytischen Zusätzen versehenen thermoplastischen Polymer gespritzt wird,
– dieses Formteil mit einem nicht chemisch metallisierbaren Polymer unter Freilassung der entsprechenden Leiterstrukturen umspritzt wird und
– die freien aktivierten Bereiche chemisch metallisiert werden,
dadurch gekennzeichnet, dass das mit katalytischen Zusätzen versehene Polymer aus einer Mischung mit folgender Zusammensetzung besteht:
100 Gew.-T. thermoplastische Polyolefine aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen und Mischungen davon,
10 bis 30 Gew.-T. thermoplastische Polyester aus Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat und Mischungen davon sowie
2 bis 10 Gew.-T. eines üblichen Katalysators für die chemische Metallabscheidung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten in einem zweistufigen Spritzgießverfahren (Insert Molding).

Als ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers, bei dem eine Leiterschaltung auf einer Oberfläche eines Kunststoff-Substrats erzeugt wird, ist in der ungeprüften japanischen Patentpublikation Nr. JP-A-01-96384 ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Oberfläche eines Kunststoff-Substrats mit Ausnahme eines Teils, der für die Erzeugung der Schaltung vorgesehen ist, abgedeckt wird, der Schaltungsbildungs-Abschnitt aktiviert und in eine Katalysator-Lösung eingetaucht wird und dann einer stromlosen Beschichtung unterzogen wird. Ziel dieses Verfahrens ist es, eine zweidimensionale Schaltung einer Leiterplatte (PBC) oder einer flexiblen Leiterplatte (FPC) zu erzeugen. Das Herstellungsverfahren umfaßt eine Reihe von Stufen und ist daher kompliziert. Es ist zwar bereits ein Bedampfungsverfahren, beispielsweise ein chemisches CVD-Verfahren oder ein physikalisches PVD-Verfahren, vorgeschlagen worden, die Kosten für die Apparatur eines solchen Vakuum-Behandlungssystems und Vorbehandlungssystems sind jedoch extrem hoch, so dass die Gestehungskosten hoch sind.

Außerdem sind in den ungeprüften japanischen Patentpublikationen Nr. JP-A-01-96384 und 02-84790 Verfahren beschrieben, bei denen ein gegenüber einer stromlosen Beschichtungs-Lösung aktives (katalytisches) Harz und ein gegenüber der gleichen stromlosen Beschichtungs-Lösung inaktives Harz in zwei Stufen gebildet werden und eine Schaltung (ein Stromkreis) durch stromlose Beschichtung erzeugt wird. Bei diesen Verfahren ist jedoch für die Durchführung der stromlosen Beschichtungs-Behandlung eine lange Zeit erforderlich und für die Herstellung einer Überzugsschicht einer Dicke von 1 μm sind mehrere Stunden erforderlich.

In der DE-A-3605342 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers mit einer elektrisch leitenden Schaltung beschrieben, bei dem die Materialien für den Grund-Formkörper gewählt werden aus Polyethersulfonen, Keramiken, wärmehärtbaren Polymeren und Hochtemperatur-Thermoplasten, beispielsweise gewählt aus Polysulfonen, Polyetherimiden, Polyethersulfonen, Polypropylensulfiden und Polyether-Etherketonen. Polyester werden nur für den zweiten (fertigen) Formkörper eingesetzt.

In Herrmann G., Egerer K., Handbuch der Leiterplattentechnik, Bd. 2: Neue Verfahren, Neue Technologien, Eugen G. Leuze Verlag Saulgau/Württ. 1991, Seiten 388 bis 390 wird ein Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten offenbart, das die Grundschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, jedoch nicht die speziellen Zusammensetzungen offenbart, die als aktive Materialien im ersten Verfahrensschritt verwendet werden.

In der EP-A-0256428 werden gegossene metallisierte Kunststoffgegenstände und Verfahren zu deren Herstellung offenbart. Die Materialien zur Herstellung des Grund-Formkörpers entsprechen im wesentlichen den in der DE-A-3605342 offenbarten Materialien.

In der JP-A-05125235 und der JP-A-06073264 werden Harzzusammensetzungen beschrieben, die unter die in Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung gegebene Definition der Zusammensetzung für das Material des Grund- Formkörpers fallen, jedoch in keinem Zusammenhang mit der Herstellung von Leiterplatten stehen.

Die 3A und 3B der beiliegenden Zeichnungen zeigen in schematischer Form Schnittansichten eines solchen Formgebungs-Verfahrens. In der 3A bezeichnen die Bezugsziffern 11 und 12 das gegenüber einer stromlosen Beschichtungs-Lösung aktive Harz bzw. das gegenüber der gleichen stromlosen Beschichtungs-Lösung inaktive Harz. Dem aktiven Harz 11 werden katalytische Füllstoffe 13 (z.B. Palladium-Katalysatoren, die auf gepulvertem Aluminiumsilicat-Ton dispergiert sind) zugesetzt. Die 3B zeigt einen Zustand, bei dem eine Überzugsschicht 14 auf einer vergrößerten Oberfläche des aktiven Harzes 11 durch stromlose Beschichtung erzeugt worden ist. Da kein Verankerungseffekt zwischen der Überzugsschicht 14 und dem aktiven Harz vorliegt, ist die Haftung des Überzugs gering.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten zur Verfügung zu stellen, bei dem die für die stromlose Beschichtungsbehandlung erforderliche Zeit kurz ist und die Haftung gut ist und das auch leicht auf eine Leiterplatte mit einer dreidimensionalen Struktur angewendet werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten in einem zweistufigen Spritzgießverfahren (Insert Molding), bei dem

– ein Formteil aus einem mit katalytischen Zusätzen versehenen thermoplastischen Polymer gespritzt wird,
– dieses Formteil mit einem nicht chemisch metallisierbaren Polymer unter Freilassung der entsprechenden Leiterstrukturen umspritzt wird und
– die freien aktivierten Bereiche chemisch metallisiert werden,

dadurch gekennzeichnet, dass das mit katalytischen Zusätzen versehene Polymer aus einer Mischung mit folgender Zusammensetzung besteht:
100 Gew.-T. thermoplastische Polyolefine aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen und Mischungen davon,
10 bis 30 Gew.-T. thermoplastische Polyester aus Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat und Mischungen davon sowie
2 bis 10 Gew.-T. eines üblichen Katalysators für die chemische Metallabscheidung.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der gegenüber der stromlosen Beschichtungs-Lösung aktive Katalysator ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Palladium und Platin, und einer Verbindung derselben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten werden gegenüber einer stromlosen Beschichtungs-Lösung inaktive und aktive Materialien verwendet, das Formen mit dem aktiven Material in einer ersten Stufe durchgeführt und das Formen mit dem inaktiven Material in einer zweiten Stufe durchgeführt, während der in der ersten Stufe erhaltene Formkörper in eine Metallform eingeführt wird, um dadurch den fertigen Formkörper herzustellen, der dann einer stromlosen Beschichtung unterworfen wird, so dass auf einem Abschnitt des aktiven Materials, der in Form eines Schaltungsmusters auf einer Oberfläche des fertigen Formkörpers freiliegt, selektiv ein elektrischer Leiter erzeugt wird.

Vorzugsweise wird als gegenüber der stromlosen Beschichtungs-Lösung aktives Material Polyethylen verwendet. Außerdem wird als gegenüber der stromlosen Beschichtungs-Lösung aktiver Katalysator vorzugsweise Palladium oder Platin, das allgemein für die stromlose Beschichtung eingesetzt wird, oder irgendeine beliebige Verbindung davon verwendet.

Als gegenüber der stromlosen Beschichtungs-Lösung inaktives Material kann andererseits ein technisches Kunststoff-Material, wie Polysulfon, Polyethersulfon, Polyallylsulfon, Polyetherimid oder Acrylnitril-butadiensulfon, verwendet werden.

In den obengenannten Zusammensetzungen hat das thermoplastische Polyesterharz die Wirkung, die Haltbarkeit (Alterung) des thermoplastischen Olefinharzes zu verbessern. Wenn die Menge des thermoplastischen Polyesterharzes unter 10 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des thermoplastischen Olefinharzes, liegt, verschwindet diese Wirkung, während dann, wenn die Menge 30 Gew.-Teile übersteigt, diese Menge übermäßig hoch ist, wodurch die Formbarkeit verschlechtert wird.

Wenn die Menge des gegenüber der stromlosen Beschichtungs-Lösung aktiven Katalysators weniger als 2 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile des thermoplastischen Olefinharzes, beträgt, wird die sogenannte Dispersions-Konzentration gering, so dass die Ausbreitung (Verteilung) und Haftung eines elektrischen Leiters schlecht wird, während dann, wenn die Menge des Katalysators 10 Gew.-Teile übersteigt, die Haftung nicht entsprechend verbessert wird und daher ein derart hoher Gehalt unwirtschaftlich ist.

Bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Leiterplatten wird in einer ersten Stufe unter Verwendung eines Materials, das gegenüber einer stromlosen Beschichtungs-Lösung aktiv ist, unter Anwendung des Spritzgießens (Insert Molding), das ein bekannten Formgebungsverfahren ist, ein Schaltungs-Substrat mit dem gewünschten Schaltungsmuster auf seiner Oberfläche erzeugt. Dann wird das Schaltungs-Substrat in eine Metallform eingeführt und in einer zweiten Stufe wird unter Verwendung eines gegenüber der stromlosen Beschichtungs-Lösung inaktiven Materials der fertige Formkörper hergestellt, der einen Überzug aufweist, der so erzeugt wird, dass das Schaltungsmuster freiliegt.

Danach wird der fertige Formkörper erforderlichenfalls entfettet und gewaschen und dann in die stromlose Beschichtungs-Lösung eingetaucht. Als stromlose Beschichtungs-Lösung kann vorzugsweise eine Lösung verwendet werden, z.B. Emplate Cu 5100 oder dgl., die auf dem Markt erhältlich ist. Obgleich die Temperatur der stromlosen Beschichtungs-Lösung im allgemeinen so ausgewählt wird, dass sie in einem Bereich von 20 bis 25°C liegt, und die Eintauchzeit vorzugsweise so ausgewählt werden kann, dass sie in einem Be reich von 5 bis 10 min liegt, sind diese Werte nicht kritisch, sondern können entsprechend der Zusammensetzung und Konzentration der stromlosen Beschichtungs-Lösung und der zu beschichteten Fläche in geeigneter Weise geändert werden.

Erfindungsgemäß sind die Vorbehandlung und die Nachbehandlung einfach und die Anzahl der Stufen ist gering, so dass die für die stromlose Beschichtungs-Behandlung erforderliche Zeit kurz ist, und dadurch kann die Produktivität stark verbessert werden.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung, in der das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird,
2(A) bis 2(C) Schnittansichten, welche die Formgebungsstufen eines erfindungsgemäßen Formkörpers zeigen; und
3(A) und 3(B) Querschnittansichten, welche die Formgebungsstufen eines Formkörpers unter Anwendung eines konventionellen Verfahrens zeigen.
In der 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Schaltungs-Substrat, das erzeugt wird durch Spritzgießen eines gegenüber einer stromlosen Beschichtungs-Lösung aktiven Materials in einer ersten Stufe und das auf seiner vorderen Oberfläche einen Abschnitt 2 für die Erzeugung einer Schaltung aufweist, so dass diese daraus vorsteht und das gewünschte Muster hat. Die Bezugsziffer 3 bezeichnet einen Beschichtungsabschnitt, der in der Weise erzeugt wird, dass das Schaltungs-Substrat 1 in eine Metallform eingeführt wird und ein gegenüber der stromlosen Beschichtungs-Lösung inaktives Material in einer zweiten Stufe in der Weise spritzgegossen wird, dass der Abschnitt 2 für die Erzeugung der Schaltung an der vorderen Oberfläche freiliegt, so dass ein fertiger Formkörper P₀ erhalten wird.
Die 2(A) zeigt in Form einer vergrößerten Schnittansicht einen Hauptabschnitt des fertigen Formkörpers P₀. Die jeweiligen Oberflächen des Überzugsabschnitts 3 und des die Schaltung bildenden Abschnitts 2 des Schaltungs-Substrats 1 liegen in einer Ebene und Katalysatoren 4, die gegenüber der stromlosen Beschichtungs-Lösung aktiv sind, sind in dem Schaltungsbildungs-Abschnitt 2 des Schaltungs-Substrats 1, das aus dem gegenüber der Beschichtungs-Lösung aktiven Material besteht, dispergiert.
Wenn der fertige Formkörper P₀ nach Durchführung einer erforderlichen Vorbehandlung, beispielsweise einer Entfettung oder einem Waschen auf generelle Weise unterworfen worden ist, in die stromlose Beschichtungs-Lösung eingetaucht wird, wird die Oberfläche des freiliegenden Schaltungsbildungs-Abschnittes 2 hydrolysiert und aufgerauht durch die Beschichtungs-Lösung, so dass eine große Anzahl von Poren 5 in der Oberfläche gebildet werden, wie in 2(B) gezeigt. Auf diese Weise wird die Oberfläche des Schaltungsbildungs-Abschnittes 2 aktiviert und es wird eine Überzugsschicht 6 gebildet, welche die gewünschte Schaltung darstellt, wie in 2(C) gezeigt. In der Überzugsschicht 6 verteilt sich durch die obengenannte Aktivierung das Beschichtungs-Material schnell und die Beschichtungs-Komponente (Kupfer) wird auch in den Poren 5 abgeschieden, so dass eine Art Verankerungs-Effekt, wie dargestellt, und eine gute Haftung erzielt werden.
Test-Beispiel
Eine Zusammensetzung, bestehend aus 100 Gew.-Teilen Polyethylen, 20 Gew.-Teilen Polyethylenterephthalat und 5 Gew.-Teilen eines 10%igen Palladium-Katalysators, wurde als gegenüber der stromlosen Beschichtungs-Lösung aktives Material verwendet und das in 1 dargestellte Schaltungs-Substrat 1 wurde geformt durch Spritzgießen in einer ersten Stufe. Danach wurde der Überzugsabschnitt 3 in einer zweiten Stufe gebildet unter Verwendung von Polysulfon als Material, das gegenüber der stromlosen Beschichtungs-Lösung inaktiv ist, wodurch der fertige Formkörper P₀ erhalten wurde.
Die Größe des fertigen Formkörpers P₀ betrug 200 mm × 200 mm × 40 mm und die Breite und die Höhe, in der der Schaltungsbildungs-Abschnitt 2 überstand, betrugen 10 mm bzw. 5 mm.

Nach dem Entfetten und Waschen wurde der fertige Formkörper P₀ unter den folgenden Bedingungen einer stromlosen Beschichtung unterworfen: Stromlose Beschichtungs-Lösung

Kupfersulfat(II)sulfat-pentahydrat	7 g/l
Kaliumnatriumtartrat-tetrahydrat	20 g/l
Natriumhydroxid	5 g/l
Natriumcarbonat-deca-hydrat	2 g/l
35%ige wäßrige Formaldehyd-Lösung	5 ml/l
Temperatur der Beschichtungs-Lösung:	25 ± 2°C
Menge der Beschichtungs-Lösung:	1l Beschichtungs-Lösung auf 20 cm² Schaltungsfläche
Eintauchzeit:	5-10 min

Als Ergebnis wurde ein Formkörper mit einer einheitliche Überzugsschicht (einer elektrisch leitenden Schaltung) mit einer Dicke von 1 μm und einer guten Haftung innerhalb einer kurzen Zeit von 5 bis 10 min erhalten.
Wie vorstehend beschrieben, kann erfindungsgemäß die stromlose Beschichtung so durchgeführt werden, dass eine Überzugsschicht mit einer guten Haftung innerhalb einer kurzen Zeit erhalten wird unter Verwendung einer konventionellen Formgebungs-Vorrichtung und eines konventionellen stromlosen Beschichtungsbades, ohne dass diese verändert werden und ohne dass eine teure Apparatur, beispielsweise ein Vakuumverdampfer, erforderlich ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten in einem zweistufigen Spritzgießverfahren (Insert Molding), bei dem – ein Formteil aus einem mit katalytischen Zusätzen versehenen thermoplastischen Polymer gespritzt wird, – dieses Formteil mit einem nicht chemisch metallisierbaren Polymer unter Freilassung der entsprechenden Leiterstrukturen umspritzt wird und – die freien aktivierten Bereiche chemisch metallisiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das mit katalytischen Zusätzen versehene Polymer aus einer Mischung mit folgender Zusammensetzung besteht: 100 Gew.-T. thermoplastische Polyolefine aus der Gruppe Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen und Mischungen davon, 10 bis 30 Gew.-T. thermoplastische Polyester aus Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat und Mischungen davon sowie 2 bis 10 Gew.-T. eines üblichen Katalysators für die chemische Metallabscheidung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenüber der stromlosen Beschichtungs-Lösung aktive Katalysator ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Palladium und Platin, und einer Verbindung derselben.