DE2320099B2

DE2320099B2 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffsubstrates mit aufgerauhter Oberfläche

Info

Publication number: DE2320099B2
Application number: DE2320099A
Authority: DE
Inventors: Toshio Nagoya Yamada (Japan)
Original assignee: Japan Circuit Industrial Co Ltd
Current assignee: Japan Circuit Industrial Co Ltd
Priority date: 1972-04-21
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1974-07-18
Also published as: SE379674B; US3876479A; DE2320099A1; GB1374934A; JPS49139A; JPS5123266B2; DE2320099C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Substrates aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff mit aufgerauhter Oberfläche durch Laminieren einer Aluminiumfolie mit rauher Oberfläche auf ein Kunststoffsubstrat unter Erwärmung und Druck und anschließendes chemisches Abätzen der Aluminiumfolie.

Die Herstellung von Kunststoffsubstraten mit aufgerauhter Oberfläche ist insbesondere auf solchen technischen Gebieten vonnöten, wo dünne, nicht auf elektrolytischem Wege aufgebrachte Metallschichten oder Schichten, die als Tinten, Tuschen oder Farben aufgebracht werden, dauerhaft auf einem Substrat zu verankern sind.

Ein spezielles Anwendungsgebiet für solche beschichteten Kunststoffsubstrate sind die sogenannten gedruckten Schaltungen, die durch die Festlegung von Bahnen aus leitendem Metall auf einem isolierenden Substrat hergestellt werden und heute eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Technik der Mikroelektronik sind. Die meisten dieser gedruckten Schaltungen werden nach dem Subtraktionsverfahren hergestellt.

Dieses Subtraktionsverfahren zur Hersteilung gedruckter Schaltungen besteht in der Regel im Aufbringen einer etwa 35 bis 100 ^m starken Kupfcr-

schicht auf eine oder auf beide Seiten einer aus isolierendem Kunststoff bestehenden Tafel oder Platine, wobei die Kupferschicht in der Regel in Form einer Kupferfolie unter Verwendung von Klebstoffen, Wärme und/oder Druck auf das Kunststoffsubstrat aufgebracht wird. Anschließend wird das Kupfer von den nicht für die elektrische Leitung benötigten Stellen des so erhaltenen Kupfer-Kunststoff-Laminats durch Abätzen entfernt, so daß auf dem isolierenden Kunststoffsubstrat lediglich die gewünschten Leiter-

ao bahnen aus Kupfer zurückbleiben.

Dieses Verfahren weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Einer dieser Nachteile ist das Auftreten des sogenannten Unterschnitts, der darin besteht, daß beim Abätzen der nicht bsnötigten Teile der Kupferschicht von der Seite her auch jene Kupferbereiche angegriffen werden, die als Leiterbahnen stehenbleiben sollen. Durch diese Erscheinung des Unterschnitts bzw. des seitlichen Abätzens der für die Leitung vorgesehenen Kupferbereiche wird die erzielbare Schmalheit der Leiterbahnen wesentlich eingeschränkt. Ein weiterer Nachteil dieses Ätzverfahrens liegt in der schwierigen Wiedergewinnung des durch Ätzen entfernten überflüssigen Kupfers, was auf Grund des Materialverlusts zu einer Verteuerung des Gesamtverfahrens führt.

Neben dem beschriebenen Subtraktions- bzw. Ätzverfahren wird zur Herstellung gedruckter Schaltungen häufig auch das additive Verfahren verwendet, das darin besteht, daß von vornherein nur in den für die Leitung vorgesehenen Bereichen ein leitendes Metall zur Bildung der Schaltung auf das isolierende Substrat aufgebracht wird. Dieses Aufbringen kann entweder stromlos oder elektrolytisch erfolgen. Im Falle des elektrolytischen Aufbringens der Leiterbahnen nach dem additiven Verfahren wird zunächst die gesamte Oberfläche des isolierenden Substrats mit einer dünnen leitenden Metallschicht überzogen, wird anschließend das Leitermaterial elektrolytisch auf den gewünschten Bahnen abgeschieden, und zwar nur auf diesen, und wird dann schließlich die dünne leitende Metallgrundschicht durch Ätzen von den für die Isolation vorgesehenen Flächen entfernt.

Bei diesem Verfahren treten zwar die beim Ätzverfahren beschriebenen Nachteile praktisch nicht auf, jedoch liegt der große Nachteil der additiven Verfahren in der mangelnden Haftung der stromlos aufgebrachten Metallschichten auf der Isolatoroberfläche. Da eine solche stromlos aufgebrachte Metallschicht sowohl beim direkten Aufbringen der Leiterbahnen als auch beim elektrolytischen Aufbringen der Leiterbahnen in Form der stromlos aufgetragenen Grundschicht die eigentliche Haftvermittlung bilden, bleibt diese nicht ausreichende Haftung der Leiterbahnen auf dem Isolatorsubstral ein bisher unüberwindliches Problem aller additiver Verfahren.

Es ist versucht worden, diesem Problem durch Aufrauhen der Oberfläche des Isolatorsubstrates abzuhelfen. Dementsprechend sind auch bereits eine

Reihe von Verfahren zur Aufrauhung von Isolator- zur Aufrauhung von Isolatoroberflächen eine zufrie-

oberflächen bekanntgeworden. Es seien in diesem denstellende Aufrauhung bzw. eine zufriedenstellende

Zusammenhang die folgenden Verfahren genannt: Erhöhung der Hafivermittlung gegenüber insbeson-

1. mechanisches Aufrauhen der Oberfläche, beispiels- dere metallischen Beschichtungen erreicht werden

weise durch Sandblasen, Abstrahlen mit Flüssig- 5 kann.

keiten unter hohem Druck oder durch Aufstrahlen Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

von Schrot; 2. ein Verfahren zur Bildung einer porö- ein Kunststoffsubstrat zu schaffen, dessen Oberfläche

sen Oberfläche durch Auftragen eines haftenden so aufgerauht ist, daß sie Beschidhtungen, insbeson-

Lackes, der mit Glasstaub, Calciumcarbonat, Alu- dere solche aus Metall, fest zu verankern vermag,

rniriumoxid oder Magnesiumoxid vermischt ist; io Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß

3. ein Verfahren zur Herstellung poröser Oberflächen ein Laminierverfahren der eingangs genannten Art

durch Auftreiben eines thermisch härtbaren Kunst- vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß

stoffes, beispielsweise von ABS-Harz, Polypropylen man die Oberfläche der Aluminiumfolie durch elek-

oder Polycarbonat, mit einem Lösungsmittel und an- trolytisches Ätzen unregelmäßig aufrauht,

schließendes Behandeln des Kunststoffs mit Chrom- 15 Die durch das elektrolytische Ätzen erzeugte un-

oxid oder Schwefelsäure; 4. ein Verfahren zur Her- regelmäßige Rauhigkeit der Aluminiumfolie teilt sich

stellung einer porösen Oberfläche durch direkte Be- beim Laminieren dieser Folie mit der aufgerauhten

strahlung mit einer ionisierenden Bestrahlung und Seite auf der Kunststoffsubstratoberfläche dieser in

durch direktes chemisches Autrauhen einer Kunst- hervorragender Weise mit, und zwar insbesondere

stoffoberfläche, beispielsweise einer Polyäthylen- 20 dann, wenn das Laminieren unter Druck und Er-

fläche, die leicht zu zersetzen ist; 5. ein Verfahren wärmung durchgeführt wird. Auf diese Weise kann

zur Herstellung eines Kunststoffsubstrates mit auf- eine Vergrößerung der Kunststoflöberfläche um den

gerauhter Oberfläche durch Auflaminieren einer Faktor 10 bis 60 erreicht werden. Die Tiefe der

anodisch oxidierten Aluminiumfolie auf die Ober- Rauhigkeit beträgt vorzugsweise 1 bis 10 μία.

fläche des Kunststoffsubstrates unter Druck und an- 35 Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung

schließendes Entfernen der Aluminiumfolie durch hat die der elektrolytischen Ätzung unterworfene

chemisches Abätzen. Aluminiumfolie eine elektrostatische Kapazität von

Keines der genannten Verfahren vermag jedoch 60 bis 200 /iF/cm². Hie Aluminiumfolie hat dabei die Anforderungen ohne Inkaufnahme wesentlicher vorzugsweise eine Stärke von 10 bis 200 μΐη.
Nachteile zu erfüllen. So wird nach dem Verfahren 1 30 Die in der nachstehenden Beschreibung angegebemaximal eine Oberfläche in der Größenordnung von nen Oberflächenvergrößerungen sind die auf die 120 bis 130°/o, bezogen auf die ursprüngliche Ober- Oberfläche einer ungeätzten Aluminiumfolie bezogefläche, erhalten. Selbst bei einer Optimierung der nen Faktoren für die Oberfläche der elektrolytisch Sandstrahlbedingungen, insbesondere der Sandkorn- geätzten Aluminiumfolie.

größe, wird kaum eine Erhöhung der Haftfestigkeit 35 Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Aus-

der Isolatorobeidäche erreicht. führungsbeispielen näher beschrieben. Die

Der Hauptnachteil des Verfahrens 2 liegt darin. Fig. 1 zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines daß der Füllstoffrückstand nicht restlos entfernt wer- 800fach vergrößerten Querschnitts einer erfindungsden kann und die verbleibenden Füllstoffrückstände gemäß geätzten Aluminiumfolie,
die Oberflächenqualität insgesamt verschlechtern. +0 Der Ausdruok »elektrolytisch geätzt«, wie er im ohne dabei jedoch eine Erhöhung der erzielbaren Rahmen dieser Beschreibung verwendet wird, beHaftung zu bewirken zeichnet ein an sich bekanntes Ätzverfahren zur

Nach dem Verfahren 3 wird Diäthylformamid als Oberflächenvergrößerung von Aluminiumfolien, wie Treib- bzw. Quellmittel in Verbindung mit Chrom es insbesondere für die Herstellung elektrolytischer (VI) verwendet. Beide Stoffe sind ausgesprochen 45 Kondensatoren verwendet wird. Im einzelnen ist umweltunfreundlich und stellen somit in der Praxis damit ein Ätzen durch Eintauchen der Aluminiumerhebliche Abfallbeseitigungsprobleme. folie in eine elektrolytische Ätzlösung unter elektro-

Das Verfahren 4 ist im wesentlichen auf Poly- lytisch wirksamem Gleichstromfluß durch die Folie

äthylensubstrate beschränkt und erfordert darüber gemeint. Als Ätzlösung wird dabei im allgemeinen

hinaus eine Reihe aufwendiger Vorrichtungen. 50 eine wäßriges Chlorid enthaltende Lösung verwendet.

Bei dem Verfahren 5 wird schließlich von den insbesondere eine 0,5- bis bgewichtsprozentige wäßfeinen Spalten, Rissen und Zellen Gebrauch gemacht, rige Chlorwasserstoff- oder Natriumchloridlösung die sich während der anodischen Oxydation einer Die Lösung kann zusätzlich Essigsäure, Schwefel-Aluminiumfolie in der gebildeten Aluminiumoxid- säure oder andere Zusätze zur Erhöhung der Ätzschicht bilden. Diese Störstellen in der Aluminium- 55 wirkung enthalten.

oxidschicht sind Schlitze im Ä-Bereich und führen Die Ätzung wird vorzugsweise 30 bis 240 see lang dementsprechend zu nur geringen Oberflächenzu bei 50 bis 80°C Badtemperatur und einer Stromnahmen. Die auf der Kunststoffoberfläche auf diese dichte von 10 bis 200 A/dm² durchgeführt. Die Tiefe Weise tatsächlich erreichbare Aufraühung wird auch der so erzeugten Oberflächenrauhigkeit der Alumidadurch noch vermindert, daß die in der Aluminium- 60 niumfolie und der Faktor der Oberflächenvergröße oxidschicht vorhandenen Fehlstellen auf Grund rung können als Funktion der Zusammensetzung de; ihrer schlitz- bis haarrißförmigen Struktur nur un- Ätzbades, der Elektrolysebedingungen und der Rein vollständig auf die Kunststoffoberfläche übertragen heit der verwendeten Aluminiumfolie in weiten Grcn werden können, und zwar wird diese Übertragung zen variiert werden. Die vorstehend spezifizierter insbesondere bei der Verwendung von thermisch aus- 65 Elektrolysebedingungen sind daher als wahlweisf härtbaren Kunststoffen beeinträchtigt. bevorzugte Grenzen zu verstehen und können je nacl

Zusammenfassend ist also festzustellen, daß nach Art der gewünschten Aufrauhuugstiefe und Ober

keinem der vorstehend besprochenen fünf Verfahren flächenzunahme abgeändert werden.

Neben der Tiefe der durch das Ätzen in der Alu- Harze, Polycarbonate, Polyphenylenoxide, PoIyminiumfolie erzeugten Unregelmäßigkeiten ist vor sulfone und Polyolefine, wie beispielsweise Polyallem auch die Form dieser Unregelmäßigkeiten von propylen, genannt. Als typische und bevorzugte in Bedeutung. Wie vorstehend bereits ausgeführt, sind der Wärme aushärtbare Kunststoffe seien Epoxide. Ätztiefen von 1 bis 10 μνη und Oberflächenvergröße- 5 beispielsweise das Reaktionsprodukt von Bisphenol A rungen um den Faktor 10 bis 60 im Rahmen der und Epichlorhydrin, Phenolharze, beispielsweise die Erfindung besonders bevorzugte Werte. Hinsichtlich Reaktionsprodukte von Phenol, Resorcin oder der Form der erzeugten Oberflächenunregelmaßig- Xylenol mit Formaldehyd, ungesättigte Polyester, keiten ist zu beachten, daß schmale und längliche beispielsweise das Reaktionsprodukt ungesättigter Oberflächenstörstellen und Ätzgruben die Haftfestig- io Dicarbonsäuren mit Glykolen, als Auswahl genannt, keit der unter Verwendung solcher Aluminiumiolien Die thermisch härtbaren Kunststoffe werden vorhergestellter aufgerauhter Kunststoffsubstratober- zugsweise in Form der sogenannten Prepregs mit flächen gegenüber chemisch oder elektrochemisch verstärkenden Einlagen benutzt. Als Einlagemateriaaufgebrachten Beschichtungen nicht zu verbessern lien kommen Glasfasern, Papier, nichtgewebte Vliesvermag. Bei Ausbildung zu großer Ätzstörstellen 15 materialien, Asbest oder Polyesterfasern in Betracht, lassen sich keine gleichmäßigen Leiterbahnen mehr Als erste Stufe des Verfahrens gemäß der Erfindurch stromloses oder elektrolytisches Plattieren dung wird das wie vorstehend beschrieben elektroherstellen. lytisch geätzte Aluminium mit dem Kunststoff in

Vorzugsweise wird die Aluminiumfolie direkt einer Heizpresse laminiert. Bei dem so erhaltenen elektrolytisch geätzt, und zwar am wirksamsten in der ao Laminat kann die Aluminiumfolie sowohl auf einer Weise, daß die Folie in eine alkalische wäßrige Lö- Seite als auch auf beiden Seiten des Kunststoffsung, beispielsweise in eine Natriumcarbonat- oder Substrats aufgebracht sein, so daß die Kunststoff-Natriumhydroxidlösung, oder in eine saure Lösung. platte, sandwichartig zwischen zwei elektrolytisch beispielsweise in eine Salzsäurelösung, getaucht wird. geätzten und mit der geätzten Oberfläche auf dem um dadurch bereits eine anfängliche Aufrauhung der 35 Kunststoffsubstrat aufliegenden Aluminiumfolien einOberfläche der Aluminiumfolie zu erzielen. Die auf geschlossen, zwischen diesen zur Herstellung der diese Weise vorzugsweise vorbereitend angerauhte Laminatverbundstruktur erhitzt und gepreßt wird. A.uminiumfolie wird dann anschließend dem eigent- Die Prozeßparameter für das Laminieren hängen im liehen elektrolytischen Ätzverfahren unterworfen. Detail von der Art des Kunststoffs ab, insbesondere

Wie zuvor bereits erwähnt, wird die Ausgangs- 30 ob es sich um einen Thermoplasten oder einen ther-

aluminiumfolie einem elektrolytischen Ätzverfahren misch härtbaren Duroplasten handelt,

unterworfen, wie es auch in der Regel zur Herstel- Im Falle eines Thermoplasten richtet sich die

lung der Aluminiumelektroden elektrolytischer Kon- Temperatur nach dem Erweichungspunkt des Kunst

iicnsatoren verwendet wird. Die unbearbeitete Alu- stoßs, und zwar in der Weise, daß sie zumindest der

miniumfolie hat dabei eine elektrostatische Kapazität 35 Erweichungstemperatur entspricht oder geringfügig

von 60 bis 200 μΈ/cra*, gemessen mit einer 0,5-V- höher ist. Der aufgewendete Druck liegt vorzugsweise

Universalwechselstrombrücke. im Bereich von 1 bis 50 kg/cm*. Die Verweilzeit der

Die hinsichtlich ihrer Reinheit keinen kritischen Schichtstruktur in der Heizpresse beträgt von der

Grenzbedingungen unterworfene Aluminiumfolie Aufgabe bis zur Polymerisaterweichung voreug?-

kann zweckmäßigerweise aus dem gleichen Material 40 weise etwa 0,5 bis 10 min.

bestehen, wie es allgemeinen für die Herstellung Im Falle der Verwendung eines thermisch härt-

elektrolytischer Kondensatoren verwendet wird. Aus baren Polymerisats ist darauf zu achten, daß das

wirtschaftlichen, insbesondere preislichen. Gründen. Aushärten des Polymerisats unter den angewendeten

aber auch aus technischen Gründen, insbesondere im Temperatur- und Druckbedingungen abgeschlossen

Hinblick auf ein leichtes chemisches Ablösen der 45 werden muß. Bei einer Verweilzeit von 60 bis 120 min

Folie von der Kunststoffsubstratoberfläche, wird für werden geeigneterweise Temperaturen im Bereich

das Verfahren gemäß der Erfindung eine Aluminium- von 100 bis 250⁰C und Drücke im Bereich von 30

folie vorgezogen, deren Reinheitsgrad hinsichtlich bis 200 kg/cm² angewendet.

des Aluminiums 99,7 Vo oder darunter beträgt. Dem- Die thermisch härtbaren Prepreg-Harze befinden

entsprechend kann eine für das Verfahren gemäß der 50 sich in einem erst teilweise vernetzten Zustand. Wäh-

Erfindung verwendete Aluminiumfolie durchaus rend des Erwärmens und Pressens bei der Laminat-

auch aus einer Aluminiumlegierung mit anderen bildung werden die Harze dann vollständig vernetzt.

Metallen, wie beispielsweise Eisen, Kupfer oder d.h. ausgehärtet, so daß beim Pressen die in der

Silicium, bestehen. Aluminiumoberfläche durch das elektrolytische Ätzen

Auch die Dicke der verwendeten Aluminiumfolie jx gebildeten Ätzgruben und Löcher mit dem PoIyist prinzipiell nicht kritisch und kann relativ frei merisat ausgefüllt werden und sich die unregelmäßig gewählt werden, wobei es selbstverständlich ist, daß zerklüftete Oberflächenstruktur der Aluminiumfolie eine zu dicke Folie hinsichtlich ihrer Abätzung von auf diese Weise auf die Polymerisatoberfläche, durch der Kunststoffoberfläche, auf die sie laminierend ge- die Raumvemetzung fixiert, überträgt, bunden wird, sinnlos ist. Aus praktischen Gründen 60 Bei Verwendung von Thermoplasten werden diese vird für die Dicke der Aluminiumfolie daher ein unter dem aufgewendeten Druck und der Tempera-Bereich von 10 bis 200 ^m vorgezogen. tür ausreichend plastifiziert bzw. verflüssigt und bei

Als Material für die Kunststoffsubstrate, auf die der Zurücknahme des Druckes und der Temperatur

die aufgerauhte Oberflächenstruktur der Aluminium- wieder verfestigt, so daß ein im Effekt und in der

folie durch das Laminieren übertragen wird, kommen 65 Struktur gleiches Laminat wie bei Verwendung von

prinzipiell praktisch alle Thermoplaste und thermisch thermisch härtbaren Duroplasten erhalten wird,

härtenden Duroplaste in Frage. Als typische und In der Regel wird die auf solche Weise herge-

bevorzugte Thermoplaste seien beispielsweise ABS- stellte laminierte Tafel oder Platte zunächst einer

, 7

mechanischen Bearbeitungsstufe unterworfen, in der sie beispielsweise auf die gewünschte Platinengröße zugeschnitten oder mit den erforderlichen Bohrungen versehen wird.

Die auf diese Weise erhaltene, mechanisch bearbeitete laminierte Platine, die aus einer, gegebenenfalls zwei Aluminiumfolie!! und dem Kunststoffsubstrat besteht, wird dem zweiten Arbeitsgang, dem chemischen Abätzen der Aluminiumfolie, unterworfen. Geätzt wird vorzugsweise durch Eintauchen der Laminatplatte in eine wäßrige Alkalilösung, beispielsweise in eine wäßrige, 20- bis 30prozentige Natronlauge, oder in eine wäßrige Säure, beispielsweise in Salzsäure. Die Atztemperatur liegt dabei vorzugsweise im Bereich zwischen Zimmertemperatur und 80° C. Die Verweilzeit der Platine im Ätzbad richtet sich nach der Dauer, die zur vollständigen Ablösung bzw. Auflösung der Aluminiumfolie erforderlich ist.

Wenn das Verfahren gemäß der Erfindung im wesentlichen auch nur aus den beiden beschriebenen Bearbeitungsstufen besteht, so können doch noch eine Reihe zusätzlicher Verfahrensstufen, beispielsweise Waschen mit Wasser, vorgesehen sein.

Die Oberfläche des auf diese Weise erzeugten Kunststoffsubstrats ist durch Unregelmäßigkeiten bemerkenswert vielfältiger und unterschiedlicher Struktur aufgerauht. Diese wünschenswerte Eigenschaft wird offensichtlich auf Grund der nachstehend geschilderten Verhältnisse erreicht: Wenn die noch nicht behandelte Aluminiumfolie dem elektrolytischen Ätzen unterworfen wird, bilden sich zahlreiche Ätzgruben bzw. Atzlöcher mit einer Tiefe von etwa ! bis 10 /<m auf der Oberfläche der Folie. Die so gebildeten Ätzgruben bzw. Ätzlöcher weisen außerordentlich und ungewöhnlich vielfältig strukturierte und geformte geometrische Ausbildungen auf, so daß die Oberfläche der Aluminiumfolie um den Faktor 20 bis 40 oder darüber, bezogen auf die Oberfläche der nicht geätzten Aluminiumfolie, vergrößert wird. Die Fig. 1 zeigt eine Mikroskopaufnahme eines Querschnittes einer elektrolytisch geätzten Aluminiumfolie in 800facher Vergrößerung. Der Faktor der Oberflächenvergrößerung beträgt im Falle der Abbildung 40. Der zentrale weiße Teil der Abbildung zeigt den Schnitt durch die Aluminiumfolie. Wie der Photographic deutlich zu entnehmen ist, zeigt die Oberfläche eine geometrisch außerordentlich komplizierte und vielfältige Aufrauhung. Auf diese Weise bietet eine so ausgebildete Aluminiumoberfläche für einen noch relativ weichen Kunststoff eine Fülle von Eindringmöglichkeiten. Insbesondere unter dem Einfluß von Temperatur und Druck tritt der Kunststoff des Substrats tief in die Löcher und Atzgruben der Folienoberfläche ein. Nach dem Aushärten bzw. Wiedererhärten des Kunststoffs wird die Aluminiumfolie chemisch aufgelöst, so daß ein Kunststoffsubstrat mit einer vielfältige und komplizierte Unregelmäßigkeiten und Rauhigkeiten aufweisenden Oberfläche zurückbleibt, wobei die positiven Oberflächenrauhigkeiten der Kunststoffoberfläche den negativen Aufrauhungen der geätzten Aluminiumoberfläche entsprechen. Die auf diese Weise auf dem Kunststoffsubstrat ausgebildeten rauhen Oberflächen sind auf Grund der Vielfältigkeit ihrer geometrisch-räumlichen Ausbildung ideal für die Verankerung bzw. für den überaus fest haftenden Auftrag von Oberflächenbcschichtungen. Wenn daher Überzüge, beispielsweise Farben, Tuschen, Metalltinten oder -pasten, stromlos auf solche Substratoberflächen aufgetragen werden, wird eine äußerordentlich feste Haftung der Beschichtungen auf den Kunststoffsubstraten erreicht. Insbesondere bei der Bildung metallischer Überzüge durch stromloses Auftragen der Metalle werden verblüffende und unerwartete Effekte erhalten. So kann beispielsweise auf einem Substrat, das aus einer auf eine Ober-ίο flächenvergrößerung um den Faktor 20 geätzten 99,7prozentigen Aluminiumfolie, die eine bei 0 Volt gemessene elektrostatische Anfangskapazität von 90 /iF/cm* hatte, und einem Epoxid hergestellt worden war, bei stromloser Plattierung mit Kupfer eine Haftfestigkeit von 1,4 bis 1,7 kg auf eine Breite von 1 cm erreicht werden. Bei Wiederholung des gleichen Herstellungsverfahrens, jedoch mit einer Aluminiumfolie, die auf eine 40fache Oberflächenvergrößerung geätzt wurde und eine elektrostatische Kapazität von

so 130 /iF/cm* im ungeätzten Zustand, gemessen bei einer Transformationsspannung von 0 Volt, aufwies.

wurde eine Haftfestigkeit von 1,6 bis 3,2 kg auf einer Breite von 1 cm erhalten.

Die Haftfestigkeiten wurden nach der japanischen

as Industrienorm JIS C 6481 bestimmt, nach der die zis testende Kupferlaminatprobe mit einem 1 cm breiten Kupferstreifen als Deckschicht in der Weise getrennt wird, daß der Kupferstreifen von der Testmaschine unter einem Winkel von 90° vom Substrat abgezogen wird. Als Testgerät kann dazu beispielsweise ein SCHOPPER-Tensidtestgerät oder ein anderes geeignetes Testgerät verwendet werden. Die zum Ab pellen der Laminatschicht unter 90° erforderliche Masse kann an den genannten Geräten direkt in kg abgelesen werden.

Wie eingangs bereits erwähnt, besteht die Schwierigkeit bei der Herstellung gedruckter Schaltungen nach dem additiven Verfahren in der mangelnden Haftfestigkeit zwischen dem Metall der Leiterbahn

♦o und dem Substrat. Bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil der mangelnden Haftfestigkeit mit überraschend guten Ergebnissen überwunden. Mit Hilfe des Verfahrens gemäß der Erfindung können gedruckte Schaltungen

mit ausgezeichneten Eigenschaften und in wirtschaftlicher Weise nach dem additiven Verfahren hergestellt werden.

Die Vorteile, die insbesondere verfahrenstechnisch der additiven Methode zuzuschreiben sind, wenn man diese mit der Ätzmethode vergleicht, liegen aui der Hand, wenn man beide Verfahren nebeneinandei hält:

Wenn eine beidseitig mit Leiterbahnen versehene Platine nach dem subtraktiven Verfahren, d. h. nacr

dem Ätzverfahren, hergestellt werden soll, wobei dis Platine Kontaktlöcher von einer zur anderen Karten seite aufweisen soll, sind die folgenden Arbeits schritte erforderlich: Herstellung der kupferüber zogenen Laminatplatte, Schneiden der großen Platti

auf die gewünschte Karten- bzw. Platinengröße Lochen der Karte, gegebenenfalls unter numerische Maschinensteuerung, Abstrahlen der Kupferbeschich tung, Oberflächenbehandlung in den gebohrten Lö ehern, Oberflächenbehandlung der Kupferschichl

katalytische Aktivierung, chemische Kupferplattie rung, primäre Kupferpyrophosphatplattierung, Sei denumkehraufdruck der Leiterbahnen, sekundär Kupferpyrophosphatplattierung, Goldplattierung bzv

409 529/34

A 203

Goldlötung, Entfernen der Ätztinte, Ätzen mit Am- bahnen wird dann in üblicher Weise durch mechani

moniumpersulfat, Oberflächenbehandlung, Bearbei- sehe Bearbeitung und die Entfernung der äußerei

tung des äußeren Randes und andere mehr. Bei einer Aluminiumfolien, wie im Falle der einschichtiger

spezifischeren Aufgliederung all dieser Arbeitsstufen Platine beschrieben, fertiggestellt,

kann man in die 50 unterschiedliche Arbeitsstufen 5 In den folgenden Beispielen ist die Erfindung ai

festhalten, die zur Herstellung der als Beispiel ge- Hand spezifischer Ausführungsformen näher be

nommenen Platine nach dem Ätzverfahren erforder- schrieben: lieh sind.

Wenn dagegen eine gleiche Leiterplatine nach dem Beispiel 1

Additionsverfalsiren hergestellt werden soll, so sind _{10 Pin}_ .,„„· ., , .. . . _ . . . . _A.

dagegen lediglich die folgenden Schritte erforderlich: i^^f* ^m" ^ei"^{er R}*^{mheit des A1}"

Herstellung einer Aluminiumfolie mit vergrößerter ^? ^V _n°?™^JJ '"~ *^{obei die ubn}ß^{en Ve}™

Oberfläche! Herstellung des Laminats, Alkalibehand- 3J™ °/J % fr ,°'°³ ?^/o ξ" und 0,07 ·/. S, s.nd

lung, Schneider, der großen Platte auf Kartengröße, ™ffl Z t \°^ ^Αΐζ1°⁵™ε getaucht,.eh.

Anbringen der Löcher, gegebenenfalls unter nume- ,_s izllZ J^c S ™\ ³,^«««"»f Salzsaure und 5 m

rischer Maschinensteuerung, katalytische Aktivierung, Af^^S^T ^*"" ^Da* ^elek _u ^troIy^tl

Seidenumkehrdruck, chemische Kupferplattieruni, ShA? 7Γίπ⁸⁰^c Jang bei einer Glachstrom

Oberflächenbehandlung und Bearbeitung des äuße- SS>* *^OI\¹⁵ ^^m ^{und emer} Badtemperatur vor

ren Randes. Auch bei feiner Untergliederung all die- Ti₁ · ^durchg?^fuhrt. Die auf diese Weise hergestellt,

ser Arbeitsschritte sind für die Herstellung einer «, Aluminiumfolie hatte eine Stärke von 100 ,um um

solchen beidseitig mit Leiterbahnen "ersehenen Pia- nf!?· u^{ge 01}^a*?¹)*"* geätzt worden, b.s sie eim

tine höchstens etwa 20 Arbeitsschritte erforderlich Oberflachenver_Broßerung um den Faktor 20 aufwies

Der Vorteil des additiven Verfahrens gegenüber daneben wurde ein Prepreg von 150 ^m Dicke aui

dem subtraktiven Verfahren liegt jedoch nicht nur in Z „ Epoxidharz imprägnierten Glasfaserlucl

der bedeutend geringeren Anzahl der erforderlichen « p'⁸f, Γ,· ^E?°^^d ^{wurde durch} ^^{mselzen v01}

Bearbeitungstufen begründet. Wenn beispielsweise ^Pi^cn|orhydnn mit Bis-phenol A erhalten Die ge

das Kunststoffsubstrat und die Kupferbeschichtune , · A»«"»·»«»«««!« und das Prepreg wo den s(

gleichzeitig gelocht bzw. gebohrt werden, müssen zur ^«nandergelegt, daß die geätzte Oberflache de

Erzielung einwandfreier Ergebnisse genaue Schneid- Aluminiumfolie auf der Oberfläche des Prepregs lag

bedingungen und Vorschubgeschwindigkeiten einge- ₃„ » V° ^e™"^teac Schichtstruktur wurde in eine mehr

halten werden, da sonst leicht ein Lösen der Be- ^o^ ^HtaP^rf^ssc gegeben und 120min lang be

schichtung von der Isolatorplatt eintritt. Diese Sorg- "^ηί!^{Γ 30} ^S/^a¹ zu einer laminierti ;i PlatK

falt braucht dann bei weitem nicht aufgewendet zu ^¹P¹"?¹- °as so erhaltene Laminat bestand .ms den

werden, wenn im Falle des additiven Verfahrens ^au.^sg^enarteten Glasfaserepoxidsubstrat und e.ner mi

lediglich die Kunststoffsubstratplatte gelocht werden 35 ^^l ^{Oberflachfi f}est verbundenen Aluminium

muß. Darüber hinaus nimmt die Wahrscheinlichkeit δ κι· η

dar Ablösung beider Kupferscbichten beim Ätzvei- AnscwieBend wurde die so erhaltene laminiert

fahren zu, wenn der Katalysator auf die Kupfer- ^!^a"^{c 10} ™ⁿ lang in eine 70° C warme 30pr'zentigi

grundschicht aufgetragen und auf diese anschließend ^waBnge Natronlauge getaucht. Durch diese Behänd

die sekundäre Kupferschicht chemisch abgeschieden 40 ? ^¹™ ^ Aluminiumfolie vollständig aufgelöst

wird. Wenn der Katalysator dagegen direkt auf die ??. ," ^{nur noch das} aluminiumfreie Substrat zurück

aufgerauhte Kunststoffsubstratoberfläche aufgetragen f?'

und das Kupfer in einer Schicht chemisch auf diese ηκ rf"u^{PrÜDglich 1}^^{1 der} Aluminiumfolie Gedeckt

Oberfläche aufgebracht wird, tritt eine solche Ab- ^"iache der so erhaltenen ausgehärtete, Glas

lösung nicht auf. ₄₅ ^taser.ep°xidplatte war rauh und zeigte geometriscl

Der vorstehende Vergleich dieser beiden Verfahren ^vielfaltige und komplizierte Oberflächenmikrostruk

zeigt deutlich die Überlegenheit des additiven Ver- ^turen- die für eine Verankerung und feste Haftunj

fahrens gegenüber dem subtraktiven bzw. dem Atz- ^vo" Beschichtungen hervorragend geeignet ist.

verfahren. Durch das Verfahren gemäß der Erfin . ^{e a}"^{f diese Weise} erhaltene Oberfläche wurdi

dung, das dem Kunststoffsubstrat eine praktisch ideal 50 ^ ^katalvt|^schen Aktivierung und der stromlose!

aufgerauhte Oberfläche mit außerordentlich hoher *^uPterplattiening nach an sich bekannten Verfahrei

Haftfestigkeit für die Leiterbahnen verleiht, ist die αΊ, ^iJ . ^{Die Haftf}estigkeit, gemessen als die zun

volle Ausnutzung der Vorteile des additiven Ver- ADscnaien eines Überzugsstreifens erforderliche Last

fahrens möglich geworden. rv u J" ^{den S}° ^herS^estellten Kupferfilm bei eine

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in prin- 55 ^^{lclce d}?! Kupferbeschichtung von 35 ^m 1.7 kg be

zipiell gleicher Weise, wie vorstehend beschrieben, ^r ^«»«»wte von 1 cm. auch auf uiehrschichtige Leitesplatinen angewendet

werden. Im einzelnen werden im Fall einer mehr- Beispiel 2

schichtigen Platine auf die beiden äußersten Schich- Eine Aluminiumfolie mit einer Stärke von 100 «in

"Sa^Sff^^T t f^^olytiSw ^?eätZtef^{n 6O d}^^aufr^enO^ächen_Zuwacnsfaktorvon20dek

wht ΐΐΓΛ ^d?^r _K ^bes5_i7^eb^enen ^¹V Γ ^li;^o!yi^isch &** worden war, und zwar unter de.

gebracht. Die Leiterzwischenschichten werden durch gleichen Bedingungen, wie im Beisoiel 1 beschrieben

je eine dünne Platte erhalten, auf der das verdrahtete wurde mit der geätzten Seite auf dn 150 ,!m dicke

Muster der ShOmbahnen der Zwischenschicht ange- Prepreg zur Bildung einer Schichtstruktur aufgelegt

ordnet ist. Die Zwischenplatten werden dann zu- 6₅ Das Prepreg wurde durch Imprägnieren eines Papier

sammen nut den äußeren geatzten Alumimumfohen mit einem Phenolformaldehvdharz hereestellt Die s(

und den Prepregs zur Mehrschichtenplatte laminiert. erhaltene Schichtstruktur wurden 25T mehrstufig.

Die endgültige elektrische Schaltung der Leiter- Heizpresse gebracht und ^Ohdi! Zg;wS?C

A 203

unter 150 kg/cm* zu einem festen Laminat verpreßt. Die erhaltene Platte bestand aus dem vollständig ausgehärteten Polymerisatsubstrat und der auf dessen Oberfläche fest haftenden Aluminiumfolie. Anschließend wurde diese Laminatplatte 10 min lang in eine 70° C warme 30prozentige Salzsäure getaucht. Unter diesen Bedingungen wurde die Aluminiumfolie vollständig aufgelöst, so daß das aluminiumfreie Substrat mit der aufgerauhten Oberfläche zurückblieb.

Auf diese Substratoberfläche wurde nach einem an sich bekannten Verfahren stromlos eine Kupferschicht abgeschieden. Die Haftfestigkeit der durch diese Art des Plattierens erhaltenen Kupferschicht betrug bei einer Schichtdicke von 35 ^m 1,8 kg, bezogen auf einen Streifen von 1 cm Breite.

Beispiel 3

Eine 50 μία dicke Aluminiumfolie, die in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise elektrolytisch auf einen Faktor der Oberflächenzunahme von 40 geätzt worden war, wurde auf die Oberfläche einer I mm

starken Polycarbonatplatte gelegt. Das Polycarbonat wurde durch Umsetzen von Bisphenol A mit Phosgen erhalten. Die Aluminiumfolie lag dabei mit der ausgeätzten Seite auf dem Kunststoffsubstrat. Diese Schichtstruktur wurde anschließend in eine mehrstufige Heizpresse gegeben und bei 160° C unter 10 kg/cm² gepreßt. Mit einsetzender Verflüssigung des Kunststoffs wurde der Druck verringert. Die so erhaltene, aus der Aluminiumfolie und dem PoIycarbonatsubstrat bestehende Laminatplatte wurde anschließend nach dem Abkühlen 10 min lang in in eine 70° C warme 30prozentige wäßrige Natronlauge getaucht. Dabei wurde die Aluminiumschicht vollständig abgelöst, so daß ein Polycarbonatsubstrat mit einer zum Aufbringen festhaftender Beschichtungen geeigneten Oberfläche erhalten wurde.

Das so erhaltene Substrat wurde in an sich bekannter Weise stromlos mit Kupfer plattiert. Die Haftfestigkeit der so hergestellten 35 μνα starken

ίο Kupferplattierung auf dem Substrat betrug 3,2 kg bei 1 cm Breite der Beschichtung.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

A203

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Substrats aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff mit aufgerauhter Oberfläche durch Laminieren einer Aluminiumfolie mit rauher Oberfläche auf ein Kunststoffsubstrat unter Erwärmung und Druck und anschließendes chemisches Abätzen der Aluminiumfolie, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche der Aluminiumfolie durch elektrolytisches Ätzen unregelmäßig aufrauht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aluminiumfolie durch Eintauchen in eine elektroiytische Ätzlösung, die in wäßriger Lösung Chloridionen enthält, elektrolytisch ätzt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie im Verlauf von 30 bis 240 see bei einer Temperatur von 50 bis 80° C und einer Stromdichte von 10 bis 200 A/dm^s elektrolytisch geätzt wird

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstörsteilen bzw. Ätzgruben in der Oberfläche der Aluminiumfolie eine Tiefe von etwa 1 bis 10 μΐη haben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie auf eine Oberflächenzuwachsrate um den Faktor 10 bis 60, bezogen auf die ungeätzte Oberfläche, geätzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie vor der elektrolytischen Ätzung zum vorläufigen Anrauhen der Oberfläche zunächst in eine wäßrige Alkali- oder Säurelösung getaucht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie, die dem elektrolytischen Ätzen unterworfen ist, eine elektrostatische Kapazität von 60 bis 200 ^F/cm* hat.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie eine Stärke von 10 bis 200 «m hat.