DE2051578A1

DE2051578A1 - Methode des Elektrofassonierens und Mittel des Verfahrens

Info

Publication number: DE2051578A1
Application number: DE19702051578
Authority: DE
Inventors: Herkert M Stillwater Ring Charles E St Croix Beach Minn Bond (VStA)
Original assignee: Buckbee Mears Co; Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: Buckbee Mears Co; 3M Co
Priority date: 1969-10-22
Filing date: 1970-10-21
Publication date: 1971-05-06
Also published as: FR2065467A1; FR2065467B1; US3809642A; NL7015303A; GB1322560A; BE757781A

Description

* METIlODK Dx)S ELLiZrIXFASSU₁XLKENS 2051578 UND MITTEL D.JS V

Diese Erfindung bezieht eich auf das Elektrofassonieren und im besonderen auf eine Methode und Mittel zur Verbesserung des Ei ektrofassonierverf ahrens. Auf der einen Seite umfaßt die Erfindung eine einzi^arti e Methode, die Masse des Metall-Iorien-Stromes von der Anode auf das feewünschte Muster oder die gewünschte Absetzunt,sfiiche auf dor Kathode zu lenken. Daraus ergibt sich, daß Elektrofassonicren fi.r die Herstellung von besonders empfindlichen düniischichti£.;en Pr. zisionsstucken verwendet werden kann,

wie feinlinierte gedruckte Präzisionsstroinkreise. Auf der anderen Seite umfaßt die Erfindung feinlinierte gedruckte Stromkreise, die mir. dieser Methode hergestellt werden können. Die Erfindung umschließt außerdem ein Lenkungssystera für den Ionenstrom zur Steuerung des Iononstromwegea von der Anode. Dieses System erlaubt die Kontrolle der Größe*, Richtung und Anzahl dor Elektrolytetröme und die Stärke ihr·· Vortriebe· von d r Anode zur Kathode. Die Erfindung umfaßt auch elektrische Präzieionsstromkreise von besondere gleichmäßiger Stärk·.

Bisher erfolgte die Herstellung von feinlinierten gedruckten Stromkreisen durch einen Atzprozeß, wobei ein mit einer photoempfindlichen Schicht versehener dielektrischer Untergrund mit metalloberfläche von dem Stromkreiemuster bostrahlt wurde, um das Muster auf die Schicht zu "drucken"· Die·· Bestrahlung ergibt «ine entgegengesetzte LÖalichkeit der Schicht in den "gedruckten" Bereichen gegenüber der verbleibenden Schicht, wodurch entweder das bestrahlte Muster oder d r unbestrahlte Dereich der Schicht durch »in Lösungsmittel abgewaschen werden können, in welchem der andere Teil der Schicht unlöslich ist. Nachdem der lösliche Teil Ter Schicht entfernt wurde, wird da· darunter befindliche Metall von dem Untergrund geätzt und hinterläßt den gewünschten gedruckten Stromkreis, der unter deal restlichen >eul der Schicht liet;t. Öle Sohicht wird dann entfernt,

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Bei diesem Ätzvorgang gibt ee Nachteile. Wenn die Xtzmethode für die Herstellung von gedruckten Stromkreisen benutzt wird, danr. müssen die Bestrahlung der Schicht und die Ätzphasen für jede fertige Stromkreiseinheit wiederholt werden. Außerdem besteht beim Ätzen die Tendenz, " ^Hüberbrü.ckungen^M zu erzeugen, d.h. örtliche Metallablagerungen überbrücken die Zwischenräume zwischen den Stromkreislinien und machen den Stromkreis wertlos. Diese"ttberbrückungs"-Virkung hat man vorherrschend bei der Herstellung von besonders feinen Stromkreisen.

Die vorliegende Erfindung zeigt einen verbesserten Elektrofasatonierungsvorgang, der geeignet ist, gedruckte Stromkreise mit besonders feinlinierten Mustern herzustellen W von «iner Art, wie sie jetzt, wenn überhaupt, nur mit großen Schwierigkeiten durch das herkömmliche Ätzverfahren hergestellt werden können.

Elektrofassionieren wird im allgemeinen als eine besondere Art der Elektroplattierung betrachtet, die sich von dieser dadurch unterscheidet, daß sie eine verhältnismäßig echwaohfatende llektroablagerung von Metall auf einem Öründ (Kathode) zur anschließenden Trennung davon verwendet. Das abgelagerte Metall wird dann eine selbständige Einheit, d.h. ein gedruckter Stromkreis.

Bei allen Elektroplattierungen (auSer Nichtelektro- Plattierungen) gibt es ein Elektroülattierungsbad, in ™ welches mindestens eine Anode und eine Kathode eingehängt werden, zwischen welche eine elektromotorische Kraft aufgelegt wird in der Art, daß Metall-Ionen von der Anode durch die Ilektrolytbildung des Bades zu der Kathode getragen werden.

Bei" der herkömmlichen Elektroplattierung ergibt sich eine dünne hafte Metallschicht auf der Kathode, die beschichtete Kathode ist das Endprodukt der llektroplattierung.

Des Ilektrofaesionieren hat bestimmte einmalige Pählg|titen, durch weiche komplizierte Formen sofort dupliziert werden kflnnen, physikalische und mechanische Eigenschaften des

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elektrof assortierten Metalls können genau kontrolliert werden, und die Oberflächenkontur dee Kathodenbe eiches, auf dem das Metall abgelagert werden soll, kann bis in die kleinste Einzelhext genau reproduziert werden. Außerdem können beim E-jektrofassonieren die physikalischen und meclTaniechenÜi^enscliaften dos elektrofas monierten Metalls f/.enau !control ; iert werden. Deshalb wurde Elektrofassonieren immer dann verwendet, wenn diese besonderen Fähigkeiten erforderlich sind»

Beim Etektrofassonieren wird dor Kathodengrund entweder bei der Abtrennung des elektrofassonierten Teils zerstört oder für die Bildung weiterer eleklrofassoni-rter Teile danach wieder verwendet, Je nach den zu formenden Teilen. Dei der Verwendung in dem Verfahren zur Herstellung gedruckter Stromkreise und anderer ähnlicher sofort abtrennbarer Teile wird der Kathodencr «nd als permanentes Muster verwendet, was eine genaue Reproduktion garantiert und wodurcii die teuren und mühsamen Arbeiten wegfallen, die erforderlich sind, wenn für jeden hergestellten Stromkreis eine neue Kat .ode angefertigt werden muß·

Während früher E₁ektrofassortieren verwendet wurde, um solche Artikel herzustellen wie gedruckt· Stromkreise, gab es Schwierigkeiten bei der E₁ektrofassonierung von engen dicht neben·inanderliegenden Metallinien, bei welchen die Stromkreis linien so dünn waren wie 0.005 nun. Es gibt verschiedene Grinde für diese Schwierigkeiten» Zum eispiel ist über die Breite de« Stromkreises, insbesondere bei gemusterten Stromkreisen mit sehr engen Linien in sehr engen Abständen» entlang der Kanten der Llniennruster der Kathoderuuatrize eine höhere Spaiuiungeeteigunt; vorhanden. Diese Steigung bewirkt, daß das Metall nicht gleichmäßige Ablagerungen _λ an den Kanten um den Umkreis des Stromkreises ablagert, ° die bis zu achtmal grüßer sind als die Metallablagerungen co auf o>m gedruckten Muster zur Mitte de« Stromkreises hin. co Wenn die Metal!ablagerungen großer werden, neigen «ie Il außerdem dazu, sich über die Anfangelinie der Ablagerungen ""J hinaus auszubreiten, sodaß die Stromkreislinieii dazu tendieren, ο oben breiter zu werden al· unten und im Querschnitt, umgekehrt,

stumpfen ,-;leicheehenkeligen Dreiecken ahnein. Die··· V*r* breiten 1 nun finp elfcrieclie St rim/; zuir,chen nebeneinander»

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liegenden Linienmustern ergeben, was bei einem Stromkreis mit sehr feinem Muster, wie sie für einen Coinputer-Speicher-

Plan verwendet werden, zum Ueisp'iel, einen unbrauchbaren Stromkreis ergibt, *■ _i?.

In der Vergan eiiheit wurde einiges getan, um mit den Problemen dor fehlenden Plattierungsgleichmäßigkeit. bei der He stellung von gedruckten Stromkreisen durch Eiektroplattierung /erti,., zu werden. Eine Technik ist es, die Kancenbereiche dor Kathode durch Aufluden eines Schirmes abzudecken, wobei der Schirm Öffnungen hat für das Druchströmen von ionisierten Elektrolyten zu den Bereichen der Kathode, die plattiert werden sollen. Die Abdeckung muß ^ jedoch perfekt ausgerichtet sein,, weil selbst die kleinste " Verla{',eru g eine verhältnismäßig große Abweichung in der Ablagerung erzeugt. Die Konstellation der Öffnungen auf der Abdeckung ist ebenfalls von größter Wichtigkeit, und es erfordert üblicherweise viele Ve suchebis bei der Herstellung der Abdeckun die richtige Konstellation erreicht ist.

Eine andere der angewandten Techniken ist e£, eino Vorrichtun tu benutzen, die als "robber" bekannt ist. Der Robber ist i« wesentlichen eine Hilf»kathode mit größeren .Bereichen als die Kathode, weiche die Schablone für den Stromkreis bildet. Der Robber wird hinter der Kathode ausgerichtet, wodurch er einige von den unverhältnismäßig ψ hohen Ablagerungen abzieht, die an den kanten der Kathode auftreten. Die Stärke der Schicht auf der Hauptkathode wird dadurch bis zu einem gewissen Maß kontrolliert.Für den Robber ist jedoch eine höchere Stromdichte und/oder größere Anodenbereiche erforderlich, damit er wirkt, was eine unangemseene Oxydation der Anode, begleitet von einem drastischen Verlust in der Wirksamkeit, ergeben kann. Außerdem nuß das auf der Hilfskat¹ ode _nbgelagerte Metall bei dem Verfahren berücksichtigt werden, da dieses Metall nicht ein Teil des fertigen Stromkreises ist» Außerdem wir der Robber deformiert, wonnsich das Metall auf diesen ablagert. Der Vorgang miß dann un erbrochen und der Robber ausgetauscht worden·

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Venn auch die Kombination einer Katbodenabdeckung und einer Hilf«kathode benutzt wurde, ·ο hat kein· dieser Techniken noch die Verwendung einer Kombination derselben einen Elektrofassonierun^evorgang ergeben, der «in solche· Präzisione-Klektrofaasonieren zeigte, wi» die Erfindung diesen dar»tellt_v

Die vorliegende Erfindung zeigt eine Elektrofaseoniermethode,

, die eine viel größere Kontrolle der Slektroablagerungen von Metall hat, ale dies früher möglich war durch die Be« nutzung von EIevtrofastoniermethoden,, Während diese neue Elektrofassoniermethode ausreichend (jenau ist, Uta komplizierte gedruckte Stromkreise auf Unterlagen elektrisch zu deponieren für die Herstellung von flexiblen gedruckten Stromkreis höchster Qualität, ist sie auch für andere Pro* dukte verwendbar und erweitert deshalb den Nutzbereich des ^lektrofassonierena erheblich.

Bei der Anwendung dieser neuen Method· werden ein· Metall-Anode und eine Schablone oder Unterlage, die eine Kathode bildet, auf welcher das Metall abgelagert werden soll, in

bestimmten Abstand sueinander in ein Ilektroplattierungebad gehängt, und eine elektromotorische Kraft in der gewünschten S&roadichte wird aufgelegt, ua die Ablagerung von Metall von der Anode auf die Kathode au verursachen. 01· Anode ist, verteilt aber in entsprechender Nähe daau, umgeben von einer dielektrischen, nicht~poröa«n Ionen·troelenkvorriclitung, die einen perforierten Bereich hat· Ss ist genügend Kaum zwischen der Anode und der Vorrichtung· damit das Elektrolyt ununterbrochen Kontakt hat mit dem gaiwenBereieh der Anode« Der E^ektrolytetrom wird dann von der Anode duroh den pe«*« forierten Bereich der lonen-Lenkvorrichtung bu der K*th*d· gelenkt, wobei der perforierte Bereich in enger Beziehung steht zu dem Gesaatbereieh der zu plattierenden Kathode» Diese Beziehung eor:.t für einen Ionentragenden Strom von Elektrolyt von dor Anode aur Kathede, der nicht größer iet al» erwünscht und dar die gevunachte Konstellation filr dl· zu plattierende Kathode hat» Die elektroplattierte Kathoden· wird fann von d*»r Lötmn^ we&, «nommen und das to rroduk: wird cnvon «b «trennt.

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Die mit dieser Methode erzielte gleichmäßige Plattierung über den ganzen Kathodenbereich ist einmalig. Die Plattierungsstärke der Linien an den Kathodenkanten ist. ungefähr die gleiche wie die der Linien nach der Mittt der Kathode hin. Während wir uns an keine Theorie binden vollen, da die Verwendbarkeit der Method· eich aus der Praxis ergibt, glauben wir, daß der Ionenweg von der Anode durcu den perforierten Dereich der Vorrichtung SU dem Zentralteil der Kathode, 4^{er d}*⁰ niedrigste Spannung hat, abgekürzt wird im Vergleich zu dem Ionenweg zu den Kanten der Kathode, wo nie Spannung am stärksten ist, sodaO din Stärke der Metallablagerungen über die ganze Kathode im wesentlichen die gleiche iat»

Unabhängige Bewegung der E-| ektrolyte, die zwischen der Vorricii ung und der Anor;e liegen, sor&t für leichmäßi^ere Vervendun;- und eino Minnestoxydierun-. der Anode. Sie ermöglich* auch fortlaufende Filterung der Elektrolyt·, um unerwünschte Abseheidunv.en zu entfernen· Du ch Schaffung von positivem Druck auf dem Elektrolyt, daß zwischen der Vorrichtung und dör Anode liegt, iat es auch möglich, daß der lonenstrom durch den perforierten Bereicht der Vorrichtung bei seinem Durchgang zur Kathode verhältnismäßig unzerstreut bleibt. Bewegung sowie Druck können durch Verwendung einer Re. irkulationapumpe geliefert werden mit einem Ausgang, oder Ausgängen, in der ^ewünech en Höhe, ™ die zwischen der lomms tr umlenkvorrichtung und der Anode liegt, und einem i^ingangder in dem Slektrolythauptkörper liegt.

Bei Anwendung de· soeben beschriebenen Vorgange· können gedruckte Stromkreise mit einer Linienbreiter unter 0.125 Linienstärke unter »005 mn und Breite zwischen den Linien bis zu «075 nun sofort fassoniert werden· Selbst bei diesen sehr dünnen Ablagerungen, ist das Verfahren, wie vorher be merkt, 'in der Lage, die Stärke der Metallanlagerungen bi« zu Jh 10^ dor DurchschnitsstHrke der Ablagerungen zu kontrolI leren»

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Die Erfindung «teilt «ine einzigartige Elektrofaesoniermethode dar zur Kontrolle von Metallablagerungsstärken auf der Katuodenmatrize und den Apparat zur Durchführung der Methode. Die Erfindung wird ausführlicher beschrieben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei ι

Zeichnung 1 eine Bchomatische Darstellung eine« Elektrofaesonierapparates ist, um die Methode dieser Erfidung in der Praxis anzuwendenf

Zeichnung 2 ein Querschnitt des Ionenstromlenkaystemes ist, entnommen vor aj lein der Ebene entlang der Abschnittslinisn 2-2 von ^eidnung ti

Zeichnung 3 ist die Vorderansicht der Iononetrouilenkvorrichtungi

Zeichnung h ist eine Vorderansicht dea IonehstromlenksysteniB, welche die gleitende Beziehung der Teile,zur Änderung der üffnungsgroße und Muster zeit^.

Zeichnung 5 ist ein Querschnitt durch die permanente Kathodenunterlag· von Ze ciinung 1, auf welcher gedruckte Stromkreise durch die Anwendung der Erfindung fassoniert werden%

Zeichnung 6 zeigt dia Art, in welcher der Stromkreis von der Kathodonuaterläge auf einen flexiblen Hintergrund oder ähnliche» Übertragen wird! und

Zeichnung 7 ist eine Linienzeichnung eines repräsentativen Stromkreises, der durch Anwendung dieser Erfindung hergestellt wurde.

Zuerst zu Zeichnung It hier ist ein „vereinfachter E-jektrofaasonierapparat dargestellt» der in seiner Gesamtheit alt der Nummer 10 bezeichnet ist* Dieser Apparat beateht aus einem Tank 12, der ein Elektrolyt 14 enthält« vas in der Zeichnung als ein flüssiges ßlektroplatbierungsbad darge- -»teilt let. Aufgehängt in dom Eiektroplattieruggabad \k_t in entsprechendem Abstand zueinander, sind eine Anede 16 und eine Kathode 18, wobei, die Kathode eine Unterlage einschließt, auf welcher durch don Elektroi'aseonlervorfang Metall abgelagert ]!&^r$ann mehrere Anodnji und Kathoden in drm Elelctrojlattierungsbnd 1^» ifobonj θη wurde jedoch ein.system mit Elnxel-A ode-Kathode zur fcrloinhterum, dor Deratol lung gewählt,«

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Bitte elektromotorische Kraft wird den System zugeführt durch «inen direk en Stromverstärker 20, der eine an die Anode angeschlossene positive Leitung 22 und eine negative an die Kathode angeechlossene Leitung Zk hat, um die elektromotorische Kraft für den Durchgang der Metallionen von der Anode 16 zu der Kat ode 1*8 durch das Elektroplattierungsbad 14 zu liefern· Sine Luftpumpte 26 ist vorgesehen Bit einem Rohr 28, d_ae in das Bad mündet, um dieses zu be· wegen. Eine zweite Pumpe JO hat ein Eingangsrohr 32, welches in das Bad mündet in Richtung des Tankbodens 12, von wo Elektrolyt abgezogen wird, und ein Auegangerohr 3k, das oben ein ein Ionenstromlenksystenr mündet, das unterteilt die Anode 16 umgibt· Durch diese Mittel wird Elektrolyt vom Hauptörper des Bades u dem Elektrolyt in dem Raum ψ zirkuliert, der von der Vorrichtung 36 umgeben ist, um sowohl die Lösung um die Anode herum zu bewegen wie auch Durck auf dieselbe auszuüben, um sie durch die Vorrichtung zu der Kathode zu treiben.

Wie in den Zeichnungen 2 und 3 dargestellt, umfassen die Anode 16 und die Vorrichtung 36» welche die Anode in dem Bad dicht aber unterteilt umgeben, ein Ionen«troalenksystem. Die Vorrichtung 36, wie dargestellt, ist ein röhrenförmige» Gebilde, bestehend aus einem äußeren röhrenförmigen Körper 38, in dem gleitend ein innerer röhrenförmiger Xtirper kO angebracht ist. Die dargestellte Vorrichtung hat eine oder ^ mehrere Öffnungen, die einen perforierten Bereich darstellen, durch welchen metall-ionentragendee Elektrolyt in gesonderten direkt auf die Kathode 18 gerichtetenStrömen getrieben wird. Die Ionenetromlenkvorrichtung 36, wie sie hier dar· gestellt ist, zeigt die gegenwärtig bevorzugte Auβführungβ-art, die eine Querschnittsfor» eines »tumpfengleichschenk·

iffen Dreicks hat, dor äußere Körper 38 hat eine Rückwand kZ, verjüngte Seitenwände kk und k6, und eine flache Vorderwand kB, Die Seicenwände kk und k6 und die Vorderwand 48 haben eine Vielzahl von Durchgängen 50, die dazu dienen, den Slekt>>olytstroni direkt von dar Anode zu der Kathode zu lenken» Der AuOenkörper 38 der "orrichtunü 36 ist oben offen und der Hodon geschlossen«. Der InnenkHrper ^O (Zeichnungen 2 und k)

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let vie der Außenkörper 38 geformt und umfaßt «ine fest· Rückwand 52, verjüngte Seitenwämie 5k und 56 und die Vorderwand 58. ^ie verjüngten Seitenwände 54 und 56 und die Vorderwand 58 des Innenkörpers ko haben Durchgänge 59» die auagerichtet oder verschoben wurden können nach den Durchgängen 50 des Außenkörper» 38 durch Verschiebung des Innenkörpers 4θ entsprechend dem Außenkörper 38* Die Binste11schrauben 62, die durch die Rückwand hZ dee Außenkörpers 38 geschraubt ist und in dio Oberfläche der Rückwand 52 des Innenkörpere kO eingreift, dient dazu» die Positionen der K rper 38 und kO nach dem gewtinschtenVer« hältnitä zueinander einzustellen.

Die Vorrichtung 36 kann jeden beliebigen vieleckigeu Querschnitt haben oder rund oder soAA&vie im toierschnitt gekurvt sein. Die dargestellte Auafiihrungsart wird bevorzugt, weil »ie es ermöglicht, dal d4e E₁ektrolytströme sofort kontrolliert zu einer Unterlage mit ebener Oberfläche gelenkt werden und eine leichte Einstellung derGröße der Ströme möglich ist. Außerdem kann erforderlichenfalls jede Ausflußöffnung sofort blockiert werden^ Falls die Stärke der Plattierung zu dick wird, kann die Öffnungsgröße verringert werden durch Verschieben des Innenörper* kO entsprechend zum AuOenkörper 38. An die Plattierung, wie in Zeichnung h dargestellt» einzustellen. Die Vorrichtung 36 kann jedoch ein einzelnes geschlossenes Endrohr sein, und die Durchgänge, oder der Durchgang, hierdurch kann zur Vervendung mit eimer bestimmten Unterlage besonders ausgelegt werden, jede Vorrichtung 36 kann der Unterlage angepaßt werden» auf welcher die elektrofassonierten Metallablagerungen zu machen sind.

Die Kathode 18, die als Unterlag« dient» von welcher gedruckte Stromkreise reproduziert werden» hat einen Teil, der in Zeiehnung 5 in stark vergrößertem Maß dargestellt ist. Es wird gezeigt» daß die Platte 18 hat einenBoden aus rostfreiem Stahl 19» der ,oätste OberflUchonbereiehe hat» die mit einem dielektrischein Material £i gefüllt sind» d.h. Polytetrafluoräthylene, das nur dio belichtete OborflKcheninsel aus rostfreiem Stahl 2.) zoi/rt, nuf der Mo ta I.L abgelagert werden kann, wobei dies« Insoln das zu reproduzierende Stromkreislinienmuster bilden*

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In Zeichnung 6 ist der Übertrat; dee Stromk ei··· von der Unterlage 18 auf einen flexiblen Untergrund 6p dargestellt, und in Zeichnung 7 der fertige gedruckte Stronkreie, bestehend aue dein Untergrund 60 und de· Stromkreis 6 J, der von der Platte 18 auf den Untergrund Über* tragen wurde, wie dargestellt. Der Untergrund ist vorzugsweise ein elektrisch neutraler, elektrisch eingestufter polymer Film aus Polyester, Polyimid, uev. von ungefähr «0125 bie ungefähr 1 mm stark und auf der Aufnahmooberflache des Stromkreises beschichtet mit einen warne aktivierbaren elektrisch eingestuften Klebemittel, z.B. Expoxy, Urethan, oder ähnlichem. Der Stromkreis wird auf den Untergrund 60 übertragen durch Bedecken der Unter-W lage 18 mit der Haftmitteloberfläche des Untergründe· in Kontakt mit dem Stromkreis auf dem Untergrund· Dann wird durch Anwendung von Wärme und Druck der Stromkreis von der Unterlage auf den Untergrund übertragen, wie in Zeichnung 6 dargestellt, um den kompletten flexiblen elektrofassonierten gedruckten Stromkreis von Zeichnung ■u bilden.

Während bei dem in Zeichnung 1 dargestellten Apparat ei«· einzelne Anode und eine einseine Kathode gezeigt sind» 1st es selbstverständlich, daß eine Vielftahl von Anoden UMt Kathoden verwendet werden kann, und daß der Vorgang kontinuierlich sein kann, d.h» durch Ausbildung der Kathode H als Band ohne Ende (nicht dargestellt), wob·! das elektrofassonierte Produkt von dem Band getrennt wird vor der Rückkehr des Teiles von dem Band, in dem die elektrofassonierten Ablagerungen in das Blektroplattierungsbad

j . ■ ■ .

erfolgen· Ob die Kathode in Form einer einseinen Platte oder als ßand ohne Ende ausgebildet ist,, sie kann die Konstruktion haben, wie in Zeichnung 5 geaeigt·

Herkömmlich bekannte Elektrolytbäder und Anoden können verwendet werden, um die Lehren dieser Erfindung mu prak* tisie'ren, die Wahl wird bestimmt durch das abzulagernd· Metall und andere Varianten, die den Experten bekannt sind·

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Da· folgende Heispiel seigt einige der Vorteile der

vor1iegendenErfindung gegenüber früher bekannten Elektro· f aseonierverf ahren«

Vergleiche eines elektrofaeeonierten Stromkreis··, der durch Anwendung der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde, sind angestellt worden mit elektrofaeeonierten Stromkreisen, die mit herkönunlichenllektrofaaaoniertechniken hergestellt waren. Einer dieser anderen Stromkreise wurde nach einem Verfahren hergestellt, das an« gewandt wird, um Stromkreise industriemäßig herzustellen» wobei eine ordnungsgemäß ausgerichtete Kathodenabdeckung verwendet wurde, um die Metallablagerung zu kontrollieren· Der andere Stromkreis wurde ohne Verwendung einer Maske hergestellt* '

Jedes Verfahren wurde unter Verwendung der gleichen Art von rostfreier Stahlplattenkonstruktion durchgeführt , wie die Kathodenunterlage ist·

Die Unterlage wurde in der folgenden Weis· vorbereitet· Ein polymer Plioto»Ätsgrund wurde oben mit einer 0.25 «■» starkenrostfreien Stahlplatt· beschichtet. Der Bereich der XtzcruadbesOhlchtung entsprach der Größe des Stromkreises, war Jedoch kleiner als die Platt··

Ein· Xenon-Lampe wurde benutet, um ein Negativ des Stromlere leb i Idee auf die Oberfläche der polymeren Beschichtung zu projezieren. Das Polymer wurde in den Bereichen, dl· dem Licht ausgesetat waren, unlöslich gemacht. Der nicht ä dem Licht ausgesetste Teil des Polymer wurde dann durch Abwaschen mit Wasser beseitigt« Der belichtete Bereich der rostfreien Stahlplatt· wurde bis au «iner Tief· von ungefähr 20£ der Plattentiefe geätst. Die geätsten Be« reiche wurden dann mit Polyt·trafluoräthyl«n, wie bei 19, gefüllt, damit sich während der Ejektrofasaonierung k«in

ο Metall in den Nicht-Stromkreis-Bereichen der Platt· ab- O₀ lagert.

«ο Die belichteten lns«lbereich· aus rostfreiem Stahl b·· α grenzten den her usteilenden Stromkreis, d.h. darauf ab* ^i gelagertes Kupfer haftet nur leicht* Die Unterlag« wurd· O dann mit Hill· von elektrischem Isolierband auf einer Kupferplatte befestigt, welcJi« die Nieht-Stromkreis-Dereioho der Unterlage von d«r Liin^^ LS<.»UV^«in_; Diese Platten- und

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) ■' u 12 -

Kathoden-Gruppe vurde dann von einer schwingenden Stangenanlage (in der Zeichnung nicht dargestellt) auf einen 113·55 Liter Tank Kontiert» ähnlich dem in der Zeichnung dargestellten. Venn die Schwingungeanlage betätigt wird sorgt sie für horizontale Schwingung der Kathode» um die Gleichmäßigkeit der Ablagerung zu unter· stutzten·

Die Kupferplatte, an welcher die Kathodenunterlage befestigt wurde, wurde an einen Gleichstromverstärker angeschlossen. Eine Kupferanode \6 wurde dann in den Tank gehängt und an dem Verstärker befestigt. 106 Liter einer Elektrolytlösung wurde dem Tank zugesetzt. Die Zusammensetzung der Lösung war wie folgt ι

Bestandteile Gewichtamende Kupferpyrophosphat

(Cu₂F₂O₇. 3H₂O) 9.98 kg

15 Kaliue-Pyrophesphat

(K₄P₂O₇) 35.6 kg

Ammonium-Hydroxyd

() (0.9 spesif.Gravität) 0.^99 kg

Pyrophoapha tverfahren*>Aufhe 1 lungeini t te 1 (Verwendung wahlweise) «PT-61-H· (M and T Chemical Co. Eigentuasaufheller)

Pyrophosphoreäure nach Bedarf während des

Verfahrens zugesetst, uei den pH bei 8.3 zu halten

De-ionisiertee H^O Heat

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ster waren

120°F *	120⁰F
2	2
1.5	1.5
k8 Min.	k8 Min.
8 Min.	8 Min.
Ja	ja
5,08 cm	2,5^ cm
3.8 cm	5.08 ca

Die Bedingungen während des Plattieren» der Musi folgende ι

Keine Ion-Strom- Ion-Strom- Abdeckung Lenkvorrichtung Lenkvor· oder Abdeckung richtung

Eiektrolyt-Tenjpereatur 120°F

5 Amp 2

Volt 1.5

Bearbeitungeze-it 48 Min.

180° Umwälzungen 8 Min. Lösungsbewe^yung ja 10 Schwingungen

zu 5 UpM 2. 5**· cm

Abstand (-) zu (+)' 5,08 cm

Anstand und Schwin^^un^en waren so festgelegt, da/, sich für jedes Verfahren das beste Ergebnis zeigen sollte.

Die Stromdichte an der Kathode war ungefähr 20,000 Mill.Amp. pro Wuadratzentimeter bei jedem dieser Musterverfahren· Ähnliche Plattierungsergebnisee können mit jedem der Verfahren erreicht werden bei Stromdichten von ungefähr 15,000 Mill.Amp. bis 80,000 Mill.Amp pro Wuadratzentimeter, wenn diese Elkktroplattierungsbad-Zusamraensetzung verwendet wird. Bei anderen Bädern aind höhere oder niedrigere Dichten möglich. Veil die Verwendung von Ionen«trom-Steuerungsvorric tungen um die Anode die sofortige Berechnung von Stromdichten nicht möglich macht, wurde diese Dichte nicht bestimmt. Jedoch der dem Licht ausgesetzte Anodenbereich in dem Abdeckungsprozeß und in dem Prozeß ohne Abdeckung lag« bei ungefähr 10,000 bis 15*000 Mill.Amp. pro Quadratzentimeter. Höhere oder niedrigere Stromdichten können auch hier vorkommen, je nach der Zusammensetzung de; Eiektroplattierungsbadea.

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Bei allen drei* Systemen wurde die Löeun&sbewegunc für alle Proben durch eine Druckluftquelle ausgeführt» die an d«a Tankboden lag. Alle 8 Minuten wurde der Strom angehalten und die Unterlage von oben nach unten tuftgedreht. Dieser Schritt ist außerordentlich wichtig, wenn eine Kathodenabdeckung verwendet wird· Das wird getan, um Ungleichmäßig· keiten an der Längsseite zu beseitigen, die" sich ergeben könnten, wenn die Kathodenabdeckung in Bezug auf die Kathode zu hoch oder zu niedrig angebracht ist, oder wenn die Öffnung, oder Öffnungen, in der Kathodenabdeckung vertikal ungleichmäßig oder asymmetrisch sind. Ein kleiner Unterschied in dar Symmetrie während der Ablagerung ergibt einen verhältnismäßig großen Unterschied in der Gleichmäßigkeit des Stromkreises.

L· Die Anode war ein Kupferzylinder, ungefähr' 50 cm lang und 5 cm Durchmesser. Sie wurde der Kathode voll ausgesetzt in den zwei Beispielen, wo «ine Ionenstrom-Steuervorrichtung um die Anode verwendet wurde· Bei allenBeispielen wurde das Elektrolyt rezirkuliert und gefiltert, um zu verhindern« daß sich darin verschmutzend· Feststoffe bilden« Die vor* wendete Ionenstrom·Lenkvorrichtung war von der Art, vie in der Zeichnung dargestellt, sie wurde unterteilt um die Anode angebracht mit der Innenseite der stumpfen Fläche der Vorrichtung in einem Abstand von ungefähr 0,65 oa· von der Oberfläohe der Anode, dl^ der Vorrichtung gegenüberliegt (der Abstand let über die ganze Anodenlänge der gleich·)· DieAbmessungen der Vorrichtung wären wie folgtt Lange waff: ; gefähr 50 om, Breite der stumpfen Fläeho ungefähr k ca. Breite der DreieckesIten ungefähr 8 oa und ^irchaesssx der Perforierung auf der stumpfenVorderfläohe 0.635 ca. Der Durchmesser der Ferforieruneen in den Seitenwädnden der Vorrichtung variierte, wobei die größten öffnungen am nächsten und die kleinsten am weitesten von der stumpfen Fläche waren· Öle Durohaesser der Vier Vorschieden·« . ÖffnunjsgrttAen varierte zwischen 0.556 oa und 0.316 oa« gleichmäßig abgestuft* Die stuapfe Fläche der Vorrichtung war I.L'6* cm stark und hatte einen gesamten perforierten Bereich von :Π cm2. Jede Seitenwand hatte eine gesamte perforiert· FIKcho von 4 t cm2, und die Vorrichtung hatte eine gesamte perforierte V Lüche von 111 cm.?. Bei diesem .grieplol wurden

Seitenwflnflo vollntMn«ii t: mit Band

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Die stumpfe Flüche wurde gleichermaßen oben und unten und an den Kanten abgedeckt, sodaß der gesamte perforierte Dereich der Vorrichtung !.leiner war als der Gesaintbereich dei; Stromkreises auf der Kathodenunterlage.

Es ist im allgemeinen von Vorteil, di<> dem Licht ausgesetzten Segmente der Vorrichtung zu dem Mittelstück des polymrrbeschichteten Bereichs der Kathode zu begrenzen. Es gibt gleicumjißigere Plattlerungsergebnisse, wenn man die bereits vorher erwähnte Verwendbarkeitstneorie beachtet, daß der Ionenweg dort am ,ürzeeten sein soll, vo die Spannung an der Kathode ara niedrigsten ist, und am längsten, wo die Spannung a.m höchsten ist.

Eine Rezirkulaticmspumpe von der Art, wie in der Zeiclinung dargestellt, mic einem Ausfluß^ und einem Einlaß, eben- "

falls wie in der Zeichnung dargestellt, wurde verwendet, um den Strom d< r Elektrolyte um die Aaede in Umlauf zu bringen und positiven Druck zu liefern, ttir\'*l· Elektrolyt· aus den Öffnungen der Vorrichtung zu drÜQlbMfc* Nachdem bei jedem der Muster die Metallablagerung auf der Kathodenunterlage beendet war, wurden sie herausgenommen und getrocknet und gemssen, ohne Übertrag von den kathoden»

Der in diesem Beispiel hergestellt Stromkreis war bestimmt für die Verwendung mit einem Computer und war von der Art, wie in Zeichnung 7 dargestellt. Dieser Stromkreiß bestand aus zwei Arten von Linien, genannt die Ziffernlinien und die Vorzeichenlinien. Die Linien f

liegen so in dem Stromkreis, da: sie drei Liniengruppen bilden. Die beidenAußenlinien der genannten Gruppe sind Ziffernlinien, die an beiden Enden des Stromkreises verbunden sind. Die Vorzeichenlinien sind nicht mit den zwei Ziffemlinien verbunden und liegen zwischen diesen· Bei Einsetzen in einen Computerstroiakreis werden dd· Vorzeichenlinien an ein PormalloyiEisen-Nicke-Legierung)-Speicherleraent und einen Hochverstärker angeschlossen* Wenn Ausgnbe gewünscht wird, geht diese von dem Speicherelement entlang <Jer ^orze chenllnien zu dem Verstärker, Din Zifforn.1 ininn sind auch rm riae Speichnrlement ange- Zi ' l-'ornl ininn worden fi^;r Einrnbe verwendet.

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Nach der Au gab© kann bei die··* Computer da· Speicherelement gelöscht und »it dieser oder eimer anderen Eingabe wieder aurgefüllt werden, von der Eingabequelle zum

Speicherelement entlang der Ziffernlinien,

Die Widerstandsgleichmäßigkeit ohne Überbrückung «wischen den Linien ist wichtig für korrekte Computerleistung.

Ue die drei Muster zu vergleichen, wurden fünf Stärke- «essunken entlang der Länge jeder der drei Liniensätze für jeden Stromkreis vorgenommen. Einer der drei Sätze war oben auf dem Stromkreis, der andere nach unten zu und einer in der Mitte· Bs wurden also fünfzehn Messungen von Zahlenlinien und fünfzehn Messungen für Yorzeiohenlinien bei jedem Musterstromkreie vorgenommen. Oer Stromkreis war 29.13 mm lang, 5.97 cm breit und enthielt 48 Liniensätae. Die gewünschte Stärke sowohl fLr Ziffern- wie für Vorzeichenlinien war nicht größter als .0178 mm. Die Meßdaten der Muster sind in der untenstehenden Tabelle in mm angegeben*

Messung	Mit Vorricht.	/Vorstich·	Mit Abdeck.	.0203	. Ohne	Voxr.od.Maek
No.	Uff,,	.0152	Ziff_P/Vor»eich	.0203	. Ziff.	/Vor»eich«
1	0152	• oi4o	.0254	.0216	.0228	.0203
2	0152	.0152	.0203	.0216	.Ot78	.0165
3	0152	.0152	.0229	.0254	.0178	.0178
4	αϊ 52	.0127	.0229	.OI52	.0178	.0178
5	0152	.0127	.L33O	.0152	.0305	.0005
6	0152	.0127	.0190	.0165	.0203	.0165
7	ci4o	.0127	.0178	.0152	.0152	.0127
8	0i40	.0127	.0165	.üi4o	.OI52	.0127
9	oi4o	.0127	.0229	.0240	.OI65	.0127
10	ui4o	.0152	.0280	.0216	.0203	.0178
11	0152	.0152	.0240	.0203	.0216	.0203
12	0152	.0152	.0240	.0216	.0190	.0178
13	oi4o	.0152	.0240	.0267	.0178	,0178
14	0152	.0127	.0229		.0178	.0165
15	oi4o		.0305		.0254	.0216
Grüßte
Variation				.0127
in der		.00254
Stärke .	00127	.0165	.0153	.0178

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Diese Daten zeigen die einmalige Gleichmäßigkeit, man erreicht, wenn man das Verfahren der vorliegenden Erfindung anwendet. DIo Variation in der ^vors5eichenlinienstjfske in der früheren Verfahrenstechnik war fünfmal größer als die Variation, die eich ergibt, wenn das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Die Variation in der Ziffernlinienetärke war zehnmal größer bei der früheren Verfahrenstechnik als die Variation, die· sich ergibt, wenn man das Verahren eeniUß dieser Erfindung anwendet·

Die Vorteile dur vorliegenden Erfindung sind offensichtlich. Es können nicht nur bessere Stromkreise hergestellt werden, sondern kleinere gedruckte Stromkreis mit feineren Linien und weniger Zwischenraum zwischen den Linien können jetzt durch Anwendung der Lehren dieser Erfindung hergestellt werden.

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Claims

Folgendes wird beansprucht: -

1. Verfuhren zur elektrischen Metallablagerung durch Elektrofassoziieren mit getrennt in einer Elektroplattierunge-Idsung aufgehängter Kathode und Anode, wobei die Anode in geringem Abstand von einer dielektrischen nicht porösen Ionenstromlenkvorrichtung umgeben ist, die einen Kontakt emöglicht xvischen der Losung und der ganzen Anode, welche einen perforierten direkt nach der Kathode orientierten Bereich aufweist, durch den Metall von der Lösung auf der ■ Kathode abgelagert wird.

2. Verfahren genäse Anspruch 1 zur elektrischen Metallic ablagerung durch Elektrofassonieren mit getrennt in einer

Elektroplattierungelösung aufgehängter Kathode und Anode,

wobei die Anode in geringem Abstand Ton einer dielektrischen nicht porösen Ionenstromlenkvorrichtung umgeben ist und einen perforierten Bereich hat, der «it den Bereichen der !Cathode in Beziehung steht.

3· Verfahren genast Anspruch 1 sum Elektrofassonieren von gedruckten Stromkreis durch dünne Metallablagerungen innerhalb eines Starkengleichnässigkeitsbereiches von 0.0o25mm« gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Metallablagerungen der Kathode das Muster des su elektrof»ssonierenden Stromkreises haben·

* ^; h. Verfahren gemies Anspruch 3, vobei das abgelagerte Me-ί tall Kupfer ist.

5. Verfahren gem&ss Anspruch U₁ vobei das abgelagerte Metall Kupfer ist und die erwähnte Lösung «ine Kupferpyrophosphatlösung.

6. Verfahren gemäss Anspruch 5, vobei das genannte Metall sich bei einer Stromdichte von 15,000 bis ungefähr 80,000 Mill.Amp. pro Quadratzentimeter auf der genannten Unter-

'lage ablagert.

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7. Verfahren genirß Anspruch 3» wobei die in der Lösung entstehende Bewegung beschränkt bleibt zwischen der Anode und der Vorrichtung durch Elektrolyt-Rezirkulation vom Hauptkörper der Lösung in den. Teil der Lösung, der von dor genannten Vorrichtung umgeben ist·

8. Verfahren gemiiß Anspruch 7» wobei die Elektrolytlösung während der Plattierun_t' rezirJvuliertund gefiltert wird.

9. Ein lonenstrom-Lenki.ystem, geeignet für denE^ektro«· faesonierprozeß gemß Anspruch 1, einschließlich einer Anode und einer nicht-porösen dielektrischen röhrenförmigen Ionenetromlenkvorriuhtunjj» die unterteilt und dicht bei der genannten Anode liegt und die als Mittel dient, um die erwähnte Anode und die erwähnte Vorricutun_u in fester Beziehung zueinandi-r zu halten, wobei die genannte Vorrichtung einen'perJoriertenBereicht entlang der Länge derselben hat und oine Vielzahl von dielektrischen nichtporösen perforierten Außen- und Innenkörpern hat, die röhrenförmig sind und gleitend zueinander montiert sind·

10. Das Produkt von Anspruch 7» in welchem die Vorrichtung

die Form eines stumpfen gleichschenkligen Dreiecke hat, mit einer Vielzahl von Perforationen entlang der flachen stumpfen Wand.

11. Ein elektrofas; onierter gedruckter MetallStromkreis mit flexiblem polymerischero FiImuntererund von ungefähr T mm Stärke, und einem gedruckten Metallstromkreis, der an der Oberfläche uetselben haftet, wobei genannter elektrofassonierter Stromkreis eine Stärkenvariation zwischen Stromkreielinien vergleichbarer Stärke von nicht mehr als ungefähr 10 Prozent hat·

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SlO .

L e e r s e i t e