DE2324653C3

DE2324653C3 - Process for the galvanic through-plating of long, narrow bores

Info

Publication number: DE2324653C3
Application number: DE19732324653
Authority: DE
Inventors: Judith Diane South Salem; Romankiw Lubomyr Taras Briarcliff Manor; N.Y. Olsen (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-06-09
Filing date: 1973-05-16
Publication date: 1976-07-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum vollständigen Galvanisieren von Bohrungen mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser über 5 in elektrisch leitenden oder nichtleitenden Schaltkarten oder Platten.The invention relates to a method for the complete electroplating of bores with a Ratio of length to diameter over 5 in electrically conductive or non-conductive circuit boards or plates.

Bekannte Verfahren bei der Metallisierung durchgehender Bohrungen in Schaltungskarten waren dann nicht erfolgreich, wenn die Bohrungen ein sehr großes Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mehr als vier oder fünf aufwiesen. Man hat dabei bereits verschiedene Mittel eingesetzt.Well-known methods for the metallization of through holes in circuit cards were then unsuccessful if the bores have a very large length to diameter ratio greater than four or five. Various means have already been used.

Man hat beispielsweise den Elektrolyten, in den die zu metallisierenden Teile eingetaucht werden, umgerührt, was allerdings die Stromverteilung auf der Oberfläche des Substrats und zum Teil in der zu metallisierenden Bohrung stört, man hat ferner versucht, Ultraschall zur Bsddurchruhrung anzuwenden, was eine Zwangskonvektion oder Zwangsströmung hervorruft, die ebenfalls die Stromverteilung sowohl auf der Oberfläche des Substrats als innerhalb der Bohrungen, die durch Metallisierung ausgefüllt werden soll, stört. Man hat eine Badbewegung durch ,Zwangsströmung durch die Bohrungen hindurch versucht, was ebenfalls zu Zwangskonvektion führt und große Teile des Stromes in die Bohrungen ableitet. Oder man hat einfach das Substrat in einen Elektrolyten eingelegt und die Metallisierung als Funktion der Primärstromverteilung durchgeführt. Im letzteren Fall ergibt sich auf der äußeren Oberfläche des Substrats eine sehr dicke Diffusionsschicht, die sich kaum in die Bohrungen selbst hinein erstreckt, die an sich metallisiert werden sollen. Der Füllgrad der Bohrungen mit Metall hängt von der relativen Stromdichte innerhalb der Bohrung ab, im Vergleich zur Stromdichte auf der Oberfläche des Substrats oder der Schaltungsplatte. Die Gleichförmigkeit der Metallisierung innerhalb der Bohrung über die gesamte Länge hängt von der Gleichförmigkeit der Stromverteilung über diese Länge ab. Bei diffusionsgesteuerter, elektrolytischer Metallisierung hängt die Niederschkgsgeschwindigkeit von der Stärke der Diffusionsschicht am Ort des Niederschlags ab. Ohne Badbewegung ist die ίο Diffusionsschicht innerhalb der Bohrung etwa gleich der Länge der zu metallisierenden Bohrungen, während sie außerhalb der Bohrungen wegen der Konvektionsströrne, die sich aus dem Metallisierungsverfahren ergeben, dunner ist. Daher findet eine Metallisierung im £5 wesentlichen nur auf der Oberfläche des Substrats und am Eingang der zu metallisierenden Bohrungen statt. Alle anderen bisher angewandten, obenerwähnten Mittel mit Zwangskonvektion durch externes Umrühren oder Zwangskonvektion durch Ultraschallumrühren oder ein Umrühren durch Zwangsströmung durch die Bohrungen hindurch haben ium Ziel, den Bohrungen frische Elektrolyten zuzuführen und auf der Oberseite des Substrats, die die zu metallisierenden Bohrungen enthält, die Stäike der Diffusionsschicht zu verringern und dazu die Diffusionsschicht tief in die 7¹I metallisierenden Bohrungen hine.n zu erstrecken. Die meisten dieser Verfahren werden in Verbindung mit elektrolytischen Bädern hoher Streufähigkeit angewandt. Diese bekannten Verfahren haben in mancher Hinsicht insoweit Erfolg gehabt, daß sich damit ein dicker, metallischer Überzug in den Bohrungen mit gleichzeitig sehr gut leitenden Metallisierungen erzielen ließ, jedoch nur in solchen Bohrungen, deren Länge zum Durchmesserverhältnis etwa 5 bis 10 beträgt.For example, the electrolyte into which the parts to be metallized are immersed has been stirred, which, however, disturbs the current distribution on the surface of the substrate and in part in the bore to be metallized Generates forced flow, which also disrupts the current distribution both on the surface of the substrate and within the bores that are to be filled by metallization. A bath movement has been attempted by means of a forced flow through the bores, which also leads to forced convection and diverts large parts of the current into the bores. Or the substrate was simply placed in an electrolyte and the metallization was carried out as a function of the primary current distribution. In the latter case, a very thick diffusion layer is produced on the outer surface of the substrate, which hardly extends into the bores themselves, which are actually intended to be metallized. The degree of filling of the bores with metal depends on the relative current density within the bore compared to the current density on the surface of the substrate or the circuit board. The uniformity of the metallization within the bore over the entire length depends on the uniformity of the current distribution over this length. With diffusion-controlled, electrolytic metallization, the rate of precipitation depends on the thickness of the diffusion layer at the location of the precipitation. Without bath movement, the diffusion layer inside the bore is approximately equal to the length of the bores to be metallized, while it is thinner outside the bores because of the convection currents that result from the metallization process. Therefore, metallization takes place essentially only on the surface of the substrate and at the entrance to the holes to be metallized. All other previously used, the above-mentioned means with forced convection by external agitation or forced convection by Ultraschallumrühren or stirring by forced flow through the bores have ium target to supply the bores fresh electrolytes and at the upper side of the substrate that contains the articles to be metallized holes Stäike to reduce the diffusion layer and to extend the diffusion layer deep into the 7 ^{1 I metallizing holes.} Most of these methods are used in conjunction with high throw power electrolytic baths. These known methods have been successful in some respects to the extent that a thick, metallic coating can be achieved in the bores with, at the same time, very conductive metallizations, but only in bores whose length to the diameter ratio is about 5 to 10.

Ein Verfahren zum Metallisieren von Bohrungen mit diesen Längen zum Durchmesserverhältnis ist in einem Aufsatz beschrieben mit dem Titel »Verfahren zum Metallisieren von durchgehenden Bohrungen mit sehr großem Verhältnis von Länge zu Durchmesser mit stromlosen Niederschlagsverfahren« von LT. Romankiw und J. V. Powers im IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 9, Nr. 10, März !967.One method of metallizing bores with these lengths to diameter ratios is in one Article described with the title »Method for metallizing through holes with very large length to diameter ratio with electroless deposition method «by LT. Romankiw and J. V. Powers in IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 9, No. 10, Mar. 967.

Da bei der Herstellung von auf beiden Seiten mit Leitungszügen versehenen Schaltkarten der Zweck der Durchmetallisierung von durchgehenden Bohrungen darin liegt, eine gute elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Seiten oder Oberflächen des Substrats herzustellen, ist es erwünscht, einen dicken, metallischen Niederschlag innerhalb der Bohrungen im Vergleich zur Fläche der Schaltkarte klein zu halten. Vom Standpunkt der leichteren Ätzung der die Bohrungen miteinander verbindenden Leitungen ist es jedoch vorzuziehen, einen dünneren Niederschlag auf der Oberfläche des Substrats /u bilden. Es ist somit erwünscht, im Innern der Bohrungen mindestens einen so dicken oder starken Niederschlag zu haben wie auf der äußeren Oberfläche des Substrats. Wegen der Natur der bisher bekannten Verfahren kann das Verhältnis der Niederschlagsstärke innerhalb der Bohrungen zu der Stärke des Niederschlags außerhalb der Bohrungen selbst unter idealen Bedingungen nur angenähert den Wert 1 erreichen und kann diesen Wert niemals überschreiten, mit Ausnahme des Verfahrer« gemäß der zuvor genannten IBM-Veröffentlichung. Wird das Verhältnis der Länge L der Bohrung zum Durchmesser d der Bohrung groß, d. h. L zu d > 5, dann nimmt das Profil des Verhältnisses der Niederschlagsstärke auf der Oberfläche des Substrats zur NiederschlagsstärkeSince the purpose of plating through holes in the manufacture of circuit boards with circuit boards on both sides is to create a good electrically conductive connection between the two sides or surfaces of the substrate, it is desirable to have a thick, metallic deposit within the holes in the To keep it small compared to the surface of the circuit board. However, it is preferable to form a thinner deposit on the surface of the substrate / u from the standpoint of easier etching of the lines connecting the bores. It is therefore desirable to have at least as thick or strong a deposit in the interior of the bores as on the outer surface of the substrate. Because of the nature of the methods known up to now, the ratio of the strength of the precipitation inside the boreholes to the strength of the precipitation outside the boreholes can only approximately reach the value 1 even under ideal conditions and can never exceed this value, with the exception of the operator "according to the aforementioned IBM -Publication. If the ratio of the length L of the bore to the diameter d of the bore becomes large, ie L to d> 5, then the profile of the ratio of the precipitation intensity on the surface of the substrate to the precipitation intensity increases

innerhalb der Bohrung von etwa 1 am Eingang der Bohrung allmählich auf einen kleinen Wert, etwa 0,5 in der Mitte der Bohrung, ab und nimmt dann wieder in Richtung auf das andere Ende der Bohrung zu.within the bore gradually from about 1 at the entrance of the bore to a small value, about 0.5 in the center of the hole, and then increases again towards the other end of the hole.

in einen von B. F. R ο t h s c h i 1 d verfaßten Aufsatz mit dem Titel »Das wirksame Verhältnis von Kartendikkc /u Bohrungsdurchmesser bei der Metallisierung von gedruckten Schaltungen« au3 Plating, April 1966, S. 437 bis 440, wird die Wirkung der Streufähigkeit von Elektrolytbädern ausführlich diskutiert. Dieser Aufsatz zeigt, daß eine brauchbare Metallisierung mit saurem Kupfersulfat in Bohrungen erreicht wenden kann, deren Verhältnis von Länge zu Durchmesser bis t. > -*<=ht und mit Pyrophosphatkupfer bib zu 8. rr.it s'-vrer "oldlösungen bis zu 14. Gemäß diesem Aufarv/ ή bei de'r'"i5 Herstellung von Mehrschichtenpla'r-- on Verhältnis von mehr als 5 nicht brauchbar, .„bei wird aber das Verhältnis von L zu d. insl- -.ondere dann, wenn der Bohrungsdurchmesser kleine, ird .ils 0,25 mm. stark eingeschränkt.in an essay by BF R o thschi 1d entitled "The effective ratio of card thickness / u hole diameter in the metallization of printed circuits" au3 Plating, April 1966, pp. 437 to 440, the effect of the throwing power of electrolyte baths is detailed discussed. This paper shows that a usable metallization can be achieved with acidic copper sulfate in bores whose length to diameter ratio is up to t. > - * <= ht and with pyrophosphate copper bib to 8. rr.it s' -vrer "old solutions up to 14. According to this Aufarv / ή at de'r '" i5 production of multilayer pla'r-- on ratio of more than 5 not usable,. “With, however, the ratio of L to d. especially when the bore diameter is small, ird .ils 0.25 mm. highly limited.

Wie bereits angedeutet, hängt der Füllgrad der Bohrungen mn Metall vom Verhältnis der Stromdichte innerhalb der Bohrung /ur Stromdichte adf der Oberfläche der Karte ab. Die meisten bekannten Verfahren zum Metallisieren durchgehender Bohrungen werden über die Konzentration der Polarisation (Diffusion) gesteuert. Bei Verfahren dieser Art hängt die Metallisierungsgeschwindigkeit von der Dicke der Diffusionsschicht am Ort des Niederschlags ab und damit von der Menge der abzugebenden Metalhonen. I:. allen bekannten Verfahren wird die Primärstromverteilung \ erändert, die entweder gesteuert wird durch die Streufähigkeit des Bades, durch Additive, durch Umrühren des Bades auf der Oberfläche der Platten und nicht innerhalb der Bohrung und durch das Verhältnis von Bohrungslänge zu Durchmesser. Alle diese Mittel und Kombinationen dieser Mittel wurden bisher benutzt, um bessere Durchmetallisierungsverfahren für Bohrungen zu erzielen, aber mit keinem dieser bekannten Verfahren ist es gelungen, durchgehende Bohrungen mit guter Leitfähigkeit zu schaffen, die bei einem hohen Verhältnis von Länge zu Durchmesser praktisch voii mit Metall ausgefüllt sind. Mit foitschreitender Technik wird es mehr und mehr notwendig, immer längere Bohrungen, deren Durchmesser immer kleiner wird, voll durchzumetallisieren. Je geringer der Bohrungsdurchmesser bei durchmetallisierten Verbindungen ist, um so größer k?nn die Schaltungsdichte sein. Somit sind also Durchmesserverhältnisse von 3 : 1 oder 10 : 1 klein, und für zukünftige Anwendungszwecke müssen Bohrungsdurchmesser von 0,5 bis 1.5 mm als außerordentlich groß angesehen werden. Daher wäre iedes Verfahren snfn."t in urnRpm I Imfancrr» rTH'Jchbar, das die Durchmetallisierung von Bohrungen mit hohem Verhältnis von Länge /u Durchmesser mit praktisch vollständiger Ausfüllung der Bohrungen mit leitendem Material gestattet und würde allseitig Anwendung finden.As already indicated, the degree of filling depends on the Bores mn metal from the ratio of the current density within the bore / ur current density adf the Surface of the card. Most known methods of metallizing through holes are controlled via the concentration of polarization (diffusion). In procedures of this type, the The rate of metallization depends on the thickness of the diffusion layer at the location of the deposit and thus on the amount of metal honing to be delivered. I :. in all known methods the primary current distribution is changed, which is either controlled by the Throwing ability of the bath, through additives, by stirring the bath on the surface of the plates and not inside the hole and by the ratio of hole length to diameter. All of these means and combinations of these agents have heretofore been used to provide better through-plating processes for Achieving holes, but none of these known methods has succeeded in continuous To create holes with good conductivity, which at a high ratio of length to diameter are practically filled with metal. With foitschreitender Technology it is more and more necessary, longer and longer holes, the diameter of which becomes smaller, to be fully metallized. The lower the Bore diameter in plated-through connections, the greater the circuit density can be. Thus, diameter ratios of 3: 1 or 10: 1 are small, and for future applications Bore diameters of 0.5 to 1.5 mm must be regarded as extremely large. Hence would be iedes procedure snfn. "t in urnRpm I Imfancrr» rTH'Jchbar, that the through-plating of bores with a high ratio of length / u diameter with practical full filling of the bores with conductive material is permitted and would be used on all sides Find.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich demgemäß auf ein Verfahren zum praktisch vollständigen Ausfüllen von Bohrungen mit einem Verhältnis von Lange zu Durchmesser über 5 in Schaltkarten oder Platten aus elektrisch leitenden oder metallisierten Werkstoffen durch galvanische Abs'heidung von Metallen unter Zirkulation des Elektrolyt durch die Bohrungen, das sich dadurch auszeichne, daß die Bohrungen mindestens an einem Ende ciiicn nach innen immer kleiner werdenden Durchmesser aufweisen, der Elektrolyt die Bohrungen in Richtung des kleiner werdenden Durchmessers so lange durchfließt, bis die Bohrungen praktisch vollständig mit Metall ausgefüllt sind, und dabei die Elektrolytteniperatur auf einem Wert gehalten wird, bei dem das Metall nicht gleichzeitig in das Substrat eindiffundieren kann.The present invention accordingly relates to a method for filling in a virtually complete form of holes with a length to diameter ratio greater than 5 in circuit boards or plates electrically conductive or metallized materials by galvanic separation of metals Circulation of the electrolyte through the holes, which is characterized in that the holes at least at one end it becomes smaller and smaller diameter, the electrolyte the holes in the direction of the decreasing diameter flows through until the holes are practically completely filled with metal, and the electrolyte temperature is kept at a value at which the metal does not enter the Substrate can diffuse.

Vorzugsweise wird das Verfahren in der Weise durchgeführt, daß die Bohrungen auf beiden Seiten des Substrats einen in Richiung nach innen sich verringernden Durchmesser aufweisen, der Elektrolyt zur praktisch vollständigen Metallisierung der inneren Oberflächen der Bohrungen abwechselnd von entgegengesetzten Richtungen aus so lange durch die Bohrungen hindurchgeschickt wird, bis die Bohrungen praktisch vollständig mit Metall ausgefüllt sind. Vorzugsweise wird die Galvanisierung an Bohrungen vorgenommen, die sich unter einem Winkel von bis zu 15 r ich innen verjüngen.Preferably, the method is carried out in such a way that the holes on both sides of the Substrate have a diameter decreasing towards the inside, the electrolyte for practical purposes complete metallization of the inner surfaces of the holes alternating from opposite ones Directions are sent through the holes until the holes are practical are completely filled with metal. The electroplating is preferably carried out on bores, which are at an angle of up to 15 r i inside rejuvenate.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand von Ausfuhrungsbeispielen in Verbindung m den Zeichnungen näher beschrieben. Die unter Schut: zu stellenden Merkmale sind den Patentansprüchen im ei?zelnen zu entnehmen. Dabei zeigtThe invention will now be based on exemplary embodiments in conjunction with the drawings described in more detail. The features to be protected are to be assigned to the patent claims in detail remove. It shows

Fig. 1 eine Querschnitisansicht eines mit einer durchgehenden Bohrung versehenen Substrats zu· Darstellung eines Verfahrens zum Stande der Technik.Fig. 1 is a cross-sectional view of a substrate provided with a through hole to · Representation of a process relating to the state of the art.

F i g. 2 eine weitere Querschnittsansicht zur Darstellung des Standes der Technik.F i g. 2 is another cross-sectional view for illustration of the state of the art.

Fig. 3 eine weitere Darstellung zum Stande der Technik,3 shows a further illustration of the prior art,

Fig.4 eine andere Darstellung zum Stande der Technik,4 shows another illustration of the state of the art,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines Teils einer Schaltungskarte mit einer durchgehenden Bohrung mit abnehmendem Durchmesser mit der Darstellung der Strömungsverhältnisse in einem Elektrolyten.Figure 5 is a cross-sectional view of a portion of a circuit board having a bore therethrough decreasing diameter with the representation of the flow conditions in an electrolyte.

Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines Tei'^c einer Schaltungskarte mit einer durchgehenden Bohrung mit a.if beiden Seiten abnehmendem Durchmesser und der Primärstromverteilung gemäß der Erfindung.Fig. 6 is a cross sectional view of a Tei ^'c a circuit board with a through bore with A.If both sides of decreasing diameter, and the primary current distribution according to the invention.

Fig. 7 eine Teilschnittansicht. i.um Teil schematisch, einer Vorrichtung zum Metallisieren durchgehender Bohrungen mit einfacher oder doppelter Durchmesserverringerung urdFig. 7 is a partial sectional view. partly schematically, a device for metallizing through bores with single or double diameter reduction urd

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer mit zu metallisierenden Bohrungen versehenen Schaltungskarte mit einem elektrisch leitenden Kontaktelement, das an die Schaltungskarte Strom zuführt. In allen Fällen ist die Schaltungskar e metallisch oder wird durch stromloses Metallisieren metallisch leitend gemacht oder wird durch andere Verfahren metallisiert wenn die Schaltungskarte oder das Substrat ursprünglich nicht8 shows a perspective view of a circuit card provided with bores to be metallized with an electrically conductive contact element that supplies power to the circuit board. In all cases it is the Schaltungskar e metallic or is made metallic conductive by electroless plating or is metallized by other processes if the Circuit board or substrate originally not

Die F i g. 1 bis 4 zeigen den Stand der Technik.The F i g. 1 to 4 show the prior art.

In i ι g. 1 ist ein Teil eines Substrats 1 dargestellt, das entweder selbs elektrisch leitend is; oder dessen Oberfläche aus Isoliermaterial einschließlich der darin angebrachten Bohrungen durch eine vorangegangene stromlose Metallisierung oder andere bekannte Metallisierungsverfahren elektrisch leitend gemacht wurde. Das Substrat 1 enthält eine Anzahl durchgehender Bohrungen, von denen eine in Fig. 1 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 2 versehen ist. Eine metallische Schicht 3 mit einer Dicke ti auf der Oberfläche des Substrats 1 erstreckt sich teilweise in die durchgehende Bohrung 2 hinein und weist eine stetig abnehmende Dicke 12 auf. Der Elektrolyt 4, der von bekannter Art sein kann, umgibt das Substrat 1 vollständig innerhalbIn i ι g. 1 shows part of a substrate 1 which is either electrically conductive itself; or the surface of which has been made electrically conductive from insulating material including the bores made therein by a previous electroless metallization or other known metallization process. The substrate 1 contains a number of through bores, one of which is shown in FIG. 1 and is provided with the reference number 2. A metallic layer 3 with a thickness t 1 on the surface of the substrate 1 extends partially into the through hole 2 and has a steadily decreasing thickness 12 . The electrolyte 4, which may be of a known type, completely surrounds the substrate 1 within

und außerhalb der Bohrung 2. Die durch gestrichelte Linien angedeutete Diffusionsschicht mit der Dicke ö ist ein Bereich, in dem die Konzentration der den Niederschlag bildenden Metallionen von der Konzentration der Masse des Elektrolyten Cb auf eine kleinere Konzentration an der Oberfläche Cs abfällt, wobei Cs sehr sehr sehr viel kleiner als Cb ist und gleich 0 sein kann. Linien der Primärstromverteilung 5 zeigen etwa die angenäherte relative Strorndichteverteilung im Bereich der Bohrung 2 und auf der Oberfläche des Substrats 1 anand outside the bore 2. The diffusion layer with the thickness δ indicated by dashed lines is a region in which the concentration of the metal ions forming the precipitate falls from the concentration of the bulk of the electrolyte Cb to a smaller concentration on the surface Cs , where Cs is very is very, very much smaller than Cb and can be equal to 0. Lines of the primary current distribution 5 approximately indicate the approximate relative current density distribution in the area of the bore 2 and on the surface of the substrate 1

Die höchste Stromdichte tritt am Hingang der Bohrung 2 auf. Da keine erzwungene Badbewegung vorhanden ist. fuhrt dies zu einer raschen Abdichtung der Bohrung 2 mit geringer oder nahezu gar keiner Metallisierung auf den Innenwänden der Bohrung 2. Ks kann gezeigt werden, daß der Strom nur etwa 0.012 bis 0.025 mm weit in die Bohrung 2 eindringt. Daher fließt im Inneren der Bohrung 2 KMn Strom. Ferner ist die Starke Λ der Diffusionsschicht 6 ziemlich groß, weil hier keine Badbewegung stattfindet. Außerdem ist die Dicke der elektrolytisch abgeschiedenen Metallschicht 3 bei t 1 größer als bei ( 2. Wenn keinerlei Badbewegung oder Strömung des Elektrolyten angewandt wird, können durchgehende Bohrungen nur bis zu einer ganz geringen Tiefe, wenn überhaupt, metallisiert werden.The highest current density occurs at the entrance to hole 2. Since there is no forced bath movement. this leads to a rapid sealing of the bore 2 with little or almost no metallization on the inner walls of the bore 2. It can be shown that the current penetrates into the bore 2 only about 0.012 to 0.025 mm. Therefore 2 KMn current flows inside the bore. Furthermore, the thickness Λ of the diffusion layer 6 is quite large because there is no bath movement here. In addition, the thickness of the electrodeposited metal layer 3 is greater at t 1 than at (2. If no bath movement or flow of the electrolyte is used, through-holes can only be metallized to a very small depth, if at all.

In F ig. 2 ist eine der Fig. 1 ähnliche Anordnung dargestellt, mit der Ausnahme, daß der Elektrolyt außerhalb der Bohrung 4 eine Badbewegung aufweist. was zu einer Verringerung der Stärke der Diffusionsse-nicht und der Stromdurchdringung führt, die sehr flach ist. obwohl gegenüber Fig I bereits eine Verbesserung festzustellen ist. Die Anordnung nach ¥ i g. 2 ergibt, wie auch bei Fig. 1. eine relativ hohe Stromdichte am Eingang der Bohrung und hat ein rasches Abdichten der Bohrung zur Folge, so daß an den Innenwänden der Bohrung 2 nur wenig oder gar keine Metallisierung stattfindet. Aus F i g. 2 kann man aber ersehen, daß bei externer Badbewegung trotz rascher Abdichtung der Bohrung mit geringer Metallisierung innerhalb der Bohrung sich doch eine wesentliche Verbesserung gegenüber F i g. 1 ergibt. Die Erkenntnis, daß eine Badbewegung des Elektrolyten 4 verbesserte Ergebnisse liefert, hat zu dtm Verfahren gemäß F i g. 3 geführt.In Fig. 2 shows an arrangement similar to that of FIG. 1, with the exception that the electrolyte outside the bore 4 has bath movement. which leads to a reduction in the strength of the diffusion se-not and the current penetration which is very shallow. although there is already an improvement over FIG. The arrangement according to ¥ i g. 2, as in FIG. 1, results in a relatively high current density at the entrance of the bore and results in a rapid sealing of the bore, so that little or no metallization takes place on the inner walls of the bore 2. From Fig. 2 , however, one can see that with external bath movement, despite rapid sealing of the bore with little metallization within the bore, a substantial improvement over FIG. 1 results. The knowledge that a bath movement of the electrolyte 4 provides improved results has led to the method according to FIG. 3 led.

In der Anordnung gemäß Fig. 3 erstreckt sich die Stromverteilung 5 wesentlich tiefer als in den vorangegangenen F i g. 1 und 2. Die Erstreckung der Stromverteilung 5 bis auf eine größere Tiefe innerhalb der Bohrung 2 ergibt sich aus einer Ultraschallbadbewegung des Elektrolyten 4. Man sieht, daß die Stärke δ der Diffusionsschtcht noch geringer geworden ist und daß die Metallisierung im Innern der Bohrung noch weitergeht, obgleich am Eingang der Bohrung 2 wegen der hohen Stromdichte sich das niedergeschlagene Material stark aufbaut.In the arrangement according to FIG. 3, the current distribution 5 extends much deeper than in the preceding FIGS. 1 and 2. The extension of the current distribution 5 to a greater depth within the bore 2 results from an ultrasonic bath movement of the electrolyte 4. It can be seen that the thickness δ of the diffusion layer has become even smaller and that the metallization continues inside the bore , although the precipitated material builds up strongly at the entrance of the bore 2 because of the high current density.

Wegen der Badbewegung durch Ultraschall ist die Stärke f 1 der Metallschicht 3 auf der Oberfläche des Substrats 1 ungefähr gleich stark wie der Niederschlag am Eingang der Bohrung 2, jedoch etwas stärker als die Dicke /2 der Metallschicht 3 innerhalb der Bohrung 2. Unter diesen Umständen ergibt sich zwar eine wesentliche Verbesserung in der Metallisierung des Innenraums der Bohrung 2 durch Ultraschallbadbewegung, doch sind die hierbei erzielten Ergebnisse nur zufriedenstellend, in manchen Fällen bei durchgehenden Bohrungen mit großem Verhältnis von L : ei kaum noch annehmbar. Da wegen des Schließens der Bohrung 2 an ihrem Eingang ein elektrischer Strom nicht länger in die Bohrung hineinfließen kann, hört die Metallisierung von selbst auf, und es werden Flohlräumc geschaffen, in denen sich noch ein Elektrolyt befindet. Daraus ergibt sich eine geringe Leitfähigkeit der so erzeug'cn metallisierten Bohrungen. In Fig,3 und allen vorangegangenen Figuren zeigt die gestrichelte Linie 6 eine Verarmungsschicht, die einen Bereich anzeigt, wo sich die Massenkonzentration auf Grund der lonenenlladung auf der Oberfläche des Substrats 1 beim BeginnBecause of the bath movement caused by ultrasound, the thickness f 1 of the metal layer 3 on the surface of the substrate 1 is approximately the same as the deposit at the entrance to the bore 2, but somewhat thicker than the thickness / 2 of the metal layer 3 within the bore 2. Under these circumstances Although there is a substantial improvement in the metallization of the interior of the bore 2 by ultrasonic bath movement, the results achieved here are only satisfactory, in some cases hardly acceptable in the case of through bores with a large ratio of L : ei. Since an electric current can no longer flow into the bore because of the closure of the bore 2 at its entrance, the metallization stops by itself, and flea spaces are created in which there is still an electrolyte. This results in a low conductivity of the metallized holes produced in this way. In FIG. 3 and all of the preceding figures, the dashed line 6 shows a depletion layer which indicates an area where the mass concentration is due to the ion charge on the surface of the substrate 1 at the beginning

ίο der Metallisierung nach Werten geringerer Konzentration ander·.ίο the metallization according to values of lower concentration at the·.

Unter den bis |etzt besprochenen Bedingungen siehi man also, daß die Starke δ der Verarmungsschicht immer kleiner wird und die Schicht 3 mit immer großer werdender Geschwindigkeit abgelagert wird und der Verschluß der Bohrung in dem hier möglichen Ausmaß ziemlich rasch erfolgt.Under the conditions discussed so far, one can see that the strength δ of the depletion layer is getting smaller and smaller and the layer 3 is deposited with ever increasing speed and the closure of the bore takes place fairly quickly to the extent possible here.

Gemäß Fig. 4 wird der Elektrolyt 4 zwangsweise durch die Bohrung 2 hindurchgedrückt, um auch tief innerhalb der durchgehenden Bohrung 2 eine Badbewe gung zu erzielen. In diesem Fall dringt der elektrische Strom 5 tief in die Bohrung 2 ein, da er durch die Zwangsströmung d«.s Elektrolyten 4 dort hinein abgelenkt wird. In der zum Stand der Technik gehörenden Anordnung der Fig.4 ist die Stärke δ der Diffusionsschicht 6 außerhalb der Bohrung 2 wesentlich größer als die Stärke δ der Diffusionsschicht 6 innerhalb der dohrung 2. Dies ergibt sich daraus, daß bei zwangsläufig verursachter Strömung des Elektrolyten 4 durch die Bohrung 2 die Lösung 4 an der Oberfläche des Substrats 1 außerhalb dei ßohrung 2 relativ ungestört ist. woraus sich eine relativ hohe Stärke der Diffusionsschicht 6 ergibt. Unter diesen Umständen ist die Abscheidungsgeschwindigkeit außerhalb der BoFirung 2 beträchtlich größer als innerhalb der Bohrung 2. wo die Diffusionsschicht 6 durch die Badbewegung infolge der Zwangsströmung der Badlösung durch die Bohrung 2_in ihrer Stärke wesentlich verringert wurdv. In der Anordnung gemäß Fig.4 ist das Verhältnis der Materialstärken 12 und 11 zum ersten Mal größer als 1. Das Verfahren gemäß Fig.4 gestattet im gewissen Maße eine Steuerung der Niederschlagsgeschwinrfigkeiten durch Steuern der Stärke der Diffusionsschicht 6 ar verschiedenen Punkten des Substrats 1. Auf Grund der hohen Stromdichte am Eingang und der Verarmung der Metallionen in der Lösung 4 tief innerhalb der Bohrung 2 ergibt sich eine starke Zunahme der Metallisierung am Eingang der Bohrung 2, was zu vorzeitigem Verschluß der Bohrung 2 am Eingang und zu Hohlräumen innerhalb der Bohrung 2 führt, die mit einem verarmten Elektrolyten gefüllt sind.According to FIG. 4, the electrolyte 4 is forcibly pushed through the bore 2 in order to achieve a Badbewe movement even deep within the through bore 2. In this case, the electric current 5 penetrates deeply into the bore 2, since it is deflected into it by the forced flow of the electrolyte 4. In the arrangement of FIG. 4 belonging to the prior art, the thickness δ of the diffusion layer 6 outside the bore 2 is significantly greater than the thickness δ of the diffusion layer 6 within the bore 2 through the hole 2, the solution 4 on the surface of the substrate 1 outside the hole 2 is relatively undisturbed. This results in a relatively high thickness of the diffusion layer 6. Under these circumstances, the rate of deposition outside the hole 2 is considerably greater than inside the hole 2, where the thickness of the diffusion layer 6 has been significantly reduced by the bath movement as a result of the forced flow of the bath solution through the hole 2. In the arrangement according to FIG. 4, the ratio of the material thicknesses 1 2 and 1 1 is greater than 1 for the first time. The method according to FIG. 4 allows the precipitation speeds to be controlled to a certain extent by controlling the thickness of the diffusion layer 6 at various points on the substrate 1. Due to the high current density at the entrance and the depletion of the metal ions in the solution 4 deep inside the bore 2, there is a strong increase in the metallization at the entrance of the bore 2, which leads to premature closure of the bore 2 at the entrance and cavities within the Bore 2 leads, which are filled with a depleted electrolyte.

F i g. 5 zeigt eine Querschnitisansichl des in einem galvanischen Bad befindlichen Substrats ί mit einer sieh verjüngenden durchgehenden Bohrung 2, wobei dasF i g. 5 shows a cross-sectional view of the substrate ί located in an electroplating bath with a see tapered through hole 2, the

Bad in erzwungener Strömung durch die Bohrung 2 hindurchgedrückt wird. In diesem Fall erstreckt sich der Strom sehr tief in die Bohrung 2 hinein, da er durch die Zwangskonvektion dort hinein abgelenkt wird. Die Stärke δ der Diffusionsschicht 6 in F i g. 5 geht von einer relativen großen Stärke auf der Oberfläche des Substrats ΐ außerhalb der Bohrung 2 auf eine sehr geringe endliche Dicke tief in der sich verjüngenden Bohrung zurück. Als Ergebnis der Beziehung aus Durchmesserverjüngung, Geschwindigkeit und Konzentration hat die Metallschicht 3 eine viel höhere Abscheidungsgeschwindigkeit am Eingang der Bohrung 2 als tief innerhalb der Bohrung 2, und die Abscheidungsgeschwindigkeit nimmt längs der sich verjüngen-Bath is forced through the bore 2 in a forced flow. In this case, the current extends very deeply into the bore 2, since it is deflected there by the forced convection. The thickness δ of the diffusion layer 6 in FIG. 5 goes from a relatively large thickness on the surface of the substrate ΐ outside the bore 2 to a very small finite thickness deep in the tapered bore. As a result of the relationship between diameter taper, velocity and concentration, the metal layer 3 has a much higher deposition rate at the entrance of the bore 2 than deep inside the bore 2, and the rate of deposition decreases along the tapered surface.

den Bohrung allmählich ab. Auf !-'ig. 5 ist ebenfalls zu erkennen, daß die Primärstromvcrteilung 5 sich tief hinein in die sich verjüngende Bohrung 2 erstreckt und am Eingang der sich verjüngenden Bohrung weniger stark konzentriert ist, als es bei den zuvor besprochcr ,! Ausführungsbcispielcn der Fall war. Als Ergebnis dieser Beeinflussung all der eben erwähnten Parameter bildet sich ein Kanal 7, dessen Durchmesser längs der gesamten Länge im wesentlichen gleich isl.the hole gradually decreases. Up! - ig. 5 is also closed recognize that the primary current distribution 5 is low extends into the tapered bore 2 and less at the entrance of the tapered bore is highly concentrated than it was with the previously discussed! Execution examples was the case. As a result of this Influencing all of the parameters just mentioned, a channel 7 is formed, the diameter of which is along the the entire length is essentially the same.

Der Kanal 7 nimmt in seinem Durchmesser so lange ab. bis der Sifömitngsuiilersiiiiui des Kanals ein weiteres Durchströmen des I lekimlvten 4 verhindert. Zum Scblnli isl die sich verjüngende Bohrung 2 fast vollständig nut McKiII J. mil Ausnahme einer Bohrung von sehr kleinem Durchmesser, ciwa in der Starke eine«.The channel 7 decreases in diameter for so long. until the Sifömitngsuiilersiiiiui of the canal a further flow through the I lekimlvten 4 is prevented. The tapering hole 2 is almost to the point completely nut McKiII J. with exception of one hole of very small diameter, ciwa in the strength one ".

I laares. ausgefüllt. Fur die Leitfähigkeit ist die Wirkung dieses haarfeinen Kanals 7 in dem fertigen Produkt vernachlässigbar. Untersuchungen hüben gezeigt, daß noch in dem Kanal 7 nach Beendigung der Metallisierung vorhandener f lcktrolyt leicht durch Ausblasen mit Druckluft und Spülen mn Wasser. Alkohol. Aceton oder Frcon entfernt werden kann.I laares. filled out. For the conductivity is the effect this hair-thin channel 7 in the finished product is negligible. Research has shown that Any specktrolyte still in the channel 7 after the completion of the metallization can be easily blown out with it Compressed air and rinsing with water. Alcohol. Acetone or Frcon can be removed.

In Fig. bist ein Substrat 1 mit einer durchgehenden Bohrung 2 von etwa der doppelten Lange wie in Y ι g. 5 gezeigt.In Fig. Are a substrate 1 with a through hole 2 of about twice the length as in Y ι g. 5 shown.

Die Bohrung 2 in Fig. 6 setzt sich au» zwei sich verjüngenden identischen Bohrungen gemäß Fig. 5 zusammen, die mit ihren dünnen Fnden aneinanderstoßen. Ferner wird die Strömung des Fiektrolyten 4 , criodisch oder intermittierend umgekehrt, wie dies durch die mit zwei Spit/en versehenen Pfeile angedeutet ist NaC₁; einer Anzahl von Richtungsumkehrungen des Llektrolylcn 4 ist die Bohrung mit Ausnahme des durchgehenden haarfeinen Kan,.k 7 vollständig mit Metall ausgefüllt.The bore 2 in FIG. 6 is composed of two tapering identical bores according to FIG. 5, which abut one another with their thin ends. Furthermore, the flow of the electrolyte 4 is reversed criodically or intermittently, as indicated by the two-pointed arrows NaC ₁ ; a number of reversals of direction of the Llektrolcn 4 the hole is completely filled with metal with the exception of the continuous hair-thin Kan .k 7.

Durch die mehrfache Richtungsumkehr des Fiektrolyten ist es also möglich, eine doppell so lange Bohrung fast vollständig mit Metall auszufüllen, als es mit einer Strömung nur in einer Richtung möglich wäre.By reversing the direction of the electrolyte several times So it is possible to drill a double hole as long as this almost completely filled with metal than with a Flow would only be possible in one direction.

Fin·.· fur die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung IO ist in f ig. 7 und 8 gezeigt. Sie besteht aus zwei zueinander passenden Abschnitten 11 und 12. die in gleicher Weise ausgefrast oder ausgehöhlt sind, so da!' sie nach dem Zusammenfügen eine Kammet 13 bilden l.inlaß und Auslaßoffnuiigen 14 und 15 verbinden die Kammer Π mit Vorratsbehältern (nicht gezeigt) fur den Elektrolysen. Anoden 16 in Form von metallischen Drahtgtitern sind innerhalb der Kammer 13 angeordnet und erstrecken sich über die Einlaß-/Auslaßoffnungen 14. 15 ·η der Strömungsbahn des Elektrolyten hinweg.Fin ·. · Suitable for carrying out the procedure Device IO is in fig. 7 and 8 shown. she consists from two matching sections 11 and 12, which are cut or hollowed out in the same way, so there!' After joining them together a comb 13 form the inlet and outlet ports 14 and 15 connect the chamber Π with storage containers (not shown) for electrolysis. Anodes 16 in the form of metallic wire counters are inside the chamber 13 and extend over the inlet / outlet openings 14. 15 · η of the flow path of the electrolyte away.

Die Kathode 17 wird am negativen Pol einer Batterie 18 über ein Amperemeter 19 angeschlossen, während die beiden Anoden 16 mit der positiven Klemme der Batterie 18 verbunden sind. Eine in Fig. 8 in perspektivischer Ansicht gezeigte leitende Elektrode 20 liegt am Umfang der Kathode 17 an und liefert einen Anschluß 21 an die Batterie 18. Die Dichtungen 22 und 23 sind an den Schnittstellen der Abschnitte oder TeileThe cathode 17 is connected to the negative pole of a battery 18 via an ammeter 19 while the two anodes 16 are connected to the positive terminal of the battery 18. One in Fig. 8 in Conductive electrode 20 shown in perspective view rests against the periphery of cathode 17 and provides one Connector 21 to battery 18. Seals 22 and 23 are at the intersections of the sections or parts

II und 12 vorgesehen, um das Auslaufen des Elektrolyten aus der Kammer 13 zu verhindern. Die Anoden können aus Kupfer oder Platinmaschendraht bestehen, während die Elektrode 20 ebenfalls aus Kupfer bestehen kann. Das Material von Anode 16. Dichtungen 22. 23 und Kathode 17 hängt davon ab. welches Material für die Metallisierung benutzt werden soll. Während der Metallisierung der durchgehenden Bohrungen in Kathode 17 in F i g. 7 wird der Elektrolyt kontinuierlich durch die Vorrichtung hindurchgepumpt. Wenn in der Kathode 17 die Bohrungen eine doppelseitige Verjüngung aufweisen, wird die Strömungsrichtung des Elektrolyten periodisch umgekehrt. Im folgenden wird ein Beispiel eines vollständigen Verfahrens zum Metallisieren von durchgehenden Bohrungen gemäß der Lehre zum technischen Handeln vorliegender Erfindung angegeben. Ein typisches Substrat kann beispielsweise aus Aluminiumoxid oder ίο Saphir bestehen und folgende Abmessungen aufweisen:II and 12 provided to prevent the expiry of the Prevent electrolytes from entering chamber 13. The anodes can be made of copper or platinum wire mesh exist, while the electrode 20 can also be made of copper. The material of anode 16. Seals 22. 23 and cathode 17 depends on it. which material are used for the metallization target. During the metallization of the through bores in cathode 17 in FIG. 7 becomes the electrolyte continuously pumped through the device. If in the cathode 17 the holes a have double-sided taper, the direction of flow of the electrolyte is periodically reversed. The following is an example of a complete process for plating continuous Bores specified according to the teaching of technical action of the present invention. A typical one The substrate can for example consist of aluminum oxide or ίο sapphire and have the following dimensions:

Table I.

Hohrungsdurchmesser 0.025 mmHole diameter 0.025 mm

Γ5 Lange der Bohrung 0,254 bis 0.27¹J mmΓ5 Length of the bore 0.254 to 0.27 ¹ J mm

Abstand der einzelnen Bohrungen. 0.05 mm vonDistance between the individual holes. 0.05 mm from

Mitte /i\ MitteMiddle / i \ middle

|()0"/i. der Bohrungen muß einen elektrischen Widersland haben| () 0 "/ i. Of the holes must have an electrical contradiction

von weniger als 30 Milliohmless than 30 milliohms

je Bohrung Breite der geätzten Verbindungswidth of the etched connection per hole

leitungen 0.0254 mmcables 0.0254 mm

Dicke der geätzten Verbindungsleitungen 0.012 mmThickness of the etched connecting lines 0.012 mm

Die Bohrungen werden mit Hilfe eines Elektronenstrahls oder einer Laservorrichtung gebohrt und weisen eine Verjüngung von etwa 1 bis 15° auf. Das Substrat hat cmc Oberflächenfeinheit von besser als 1.0 rms. Auf Grund des spezifischen Widerslandes von reinem, vergütetem Kupfer sollten. Bohrungen mit einem Durchmesser von 0.0254 mm einen Widerstand von 18.4 MiHiohm aufweisen. Das heißt aber, daß dann, wenn nur 30% der Querschnillsfläche einer Bohrung mit einem Durchmesser von 0.0254 mm mit Kupfer ausgefüllt sind, die obengenannte Forderung erfüllt wäre. Da aber elektrolytisch abgeschiedenes Kupfer maximal nur etwa 80 bis 90% der Leitfähigkeit vonThe holes are drilled and pointed with the aid of an electron beam or a laser device a taper of about 1 to 15 °. The substrate has a cmc surface fineness of better than 1.0 rms. on The reason for the specific contradiction of pure, tempered copper should. Holes with a Diameter of 0.0254 mm have a resistance of 18.4 MiHiohm. But that means that if only 30% of the cross-section area of a bore with a diameter of 0.0254 mm with copper are filled out, the above requirement would be met. But there is electrolytically deposited copper a maximum of only about 80 to 90% of the conductivity of

reinem, vergütetem Kupfer haben kann und da bei ungefähr 1000 Bohrungen pro Substrat man mit einer statistischen Verteilung um einen Mittelwert rechnen kann, ergab sich, daß es zur Erfüllung der Forderung, daß 100% aller Bohrungen einen Widerstand von 30 Milliohm aufweisen sollen, notwendig wird, so lange zu metallisieren, bis die Bohrungen fast vollständig mit Kupfer ausgefüllt sind.pure, tempered copper and since with about 1000 holes per substrate you have one statistical distribution around a mean value, it turned out that to meet the requirement that 100% of all bores should have a resistance of 30 milliohms, it will be necessary for so long metallize until the holes are almost completely filled with copper.

Nach Behandlung mit dem Elektronenstrahl wird die Schaltungsplatte oder das Substrat mit heißer Phosphorsäure gereinigt, um die Spuren und Grate des Bohrens mit Elektronenstrahl zu entfernen. Das Substrat wird dann sensibilisiert und mit SnCb oder PdCl? aktiviert. Wenn erforderlich, wird ein handelsübliches Benetzungsmittel in Verbindung mit SnCb oderAfter treatment with the electron beam, the circuit board or the substrate is coated with hot phosphoric acid cleaned to remove the marks and burrs of electron beam drilling. The The substrate is then sensitized and treated with SnCb or PdCl? activated. If necessary, a commercially available Wetting agents in connection with SnCb or

PdCb-Lösur.g zur Verbesserung der Benetzungsfähigkeit eingesetztPdCb solution to improve the wettability used

Nach dem letzten Eintauchen in Palladiumchlorid PdCb wird das Substrat nicht gespült, sondern in einem Luftstrahl getrocknet und dann für etwa 20 Minuten in einem handelsüblichen Kupferbad stromlos verkupfert. Die stromlose Metallisierung wird in Anwesenheit einer Badbewegung dadurch durchgeführt, daß man das Substrat im Bad hin- und herbewegt, um einen Austausch der Lösung innerhalb der Bohrungen und dieAfter the final immersion in palladium chloride PdCb, the substrate is not rinsed, but in one Air jet dried and then put in for about 20 minutes copper-plated electrolessly in a commercially available copper bath. The electroless plating is in the presence of a Bath movement carried out by moving the substrate back and forth in the bath to one Exchange of the solution within the wells and the

Entfernung von Wasserstoffbläschen sicherzustellen. Nach der stromlosen Metallisierung und der anschließenden Trocknung zur Verbesserung der Haftfähigkeit wird das Plättchen in der Vorrichtung gemäß Fig. 7Ensure removal of hydrogen bubbles. After the electroless metallization and the subsequent The platelet in the device according to FIG. 7 is dried to improve the adhesiveness

009 £27/244009 £ 27/244

unter den in Tabelle II angegebenen Bedingungen galvanisiert.electroplated under the conditions given in Table II.

Table Il

Elektrolyt handelsübliches Pyrophosphat-Electrolyte commercial pyrophosphate

kupfcrbad (keine Zusätze)copper bath (no additives)

pH-Wert 8 τ ± 0.1pH value 8 τ ± 0.1

Temperatur.. 50"CTemperature .. 50 "C

Druck 329,2 mm WassersäulePressure 329.2 mm water column

Stromdichte 9.5 Milliampere/cm* (Durchschnitt)Current density 9.5 milliamps / cm * (average)

Anoden KupferdrahtgeflcchlAnodes copper wire fl

Kathode keramisches Substrat mitCathode ceramic substrate with

900 Bohrungen von 0.0254 mm
Durchmesser mi· abnehmendem
Bohrungsdurchmesser, welches
durch stromlose Verkupferung
metallisiert ist900 holes of 0.0254 mm
Diameter with decreasing
Bore diameter, which
through electroless copper plating
is metallized

Badbewegiing Zwangsströmung durch die sich
verjüngenden BohrungenBath movement forced flow through the itself
tapered holes

AnfänglicheInitial

Strömungsgeschwindigkeit 20cm^f/Min.Flow rate 20cm ^f / min.

Dabei ist anzumerken, daß die Strömungsgeschwindigkeit mit fortschreitender Abscheidung abnimmt. Nach 10 Min. Metallisieren hört die Strömung vollständig auf.It should be noted that the flow rate decreases with advancing deposition. The current stops after 10 minutes of metallization completely up.

Wenn die Stromdichtcerteilung innerhalb der Bohrungen die gleiche wäre wie auf der Oberfläche des Substrats, würde es etwa 80 Min. dauern, um eine Bohrung mit einem Durchmesser von 0.0254 mm vollständig mit Kupfer zu füllen. Es werden jedoch nur etwa 10 bis 15 Min. benötigt, um die Bohrungen mit Kupfer auszufüllen. Daher kann, anders als bei den bisher üblicherweise für durchgehende Bohrungen verwendeten Metallisierverfahren, bei denen das Verhältnis von Niederschlagsstärke außerhalb der Bohrung zur Niederschlagsstärke innerhalb der Bohrung niemals kleiner als 1 sein kann, bei dem neuen Verfahren zur durchgehenden Metallisierung von Bohrungen dieses Verhältnis kleiner sein als I und sogar bis auf 0,1 herL.itergehen. Die sich dabei ergebenden metallisierten Bohrungen, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wurden, haben ein um den Faktor J bis 5 kleineren als den zulässigen Widerstand, so daß die Forderung eines Widerstands von 30 Milliohm mehr als erfüllt ist.If the current density distribution inside the bores were the same as on the surface of the Substrate, it would take about 80 minutes to drill a 0.0254 mm diameter hole to be completely filled with copper. However, it only takes about 10 to 15 minutes to drill the holes Fill in copper. Therefore, unlike the previous ones, it can be used for through holes Metallization processes used, in which the ratio of precipitation strength outside the Bore to the precipitation strength inside the bore can never be smaller than 1, with the new one Process for continuous metallization of holes this ratio can be smaller than I and even go down to 0.1 herL. The resulting metallized bores that have been produced using the method according to the invention a resistance that is smaller by a factor of J to 5 than the permissible resistance, so that a resistance is required of 30 milliohm is more than fulfilled.

Statt die sich verjüngenden Bohrungen nur durch Bearbeitung rr.il einem Elektronenstrahl herzustellen, ίο kann man diese auch dadurch erzielen, daß man zunächst Bohrungen mit einem Kleinstdurchmcsscr mit einem Elektronenstrahl oder Laserstrahl cr/eugt. Anschließend wird das Planchen dann in eine Vorrichtung, ähnlich der in K i g. 7 gezeigten, eingelegt. mit der Ausnahme, daß Anoden und elektrische Anschlüsse nicht benutzt werden und ein Ätzmittel für Aluminiumoxid oder Saphir durch die Bohrungen hindurchgeschickt wird. Ein typisches Atzmittel für AIiOi isi Phosphorsäure. Läßt man das Ätzmittel in einer Richtung oder in wechselnder Richtung durch die Bohrungen hindurchfließen, so lassen sich einfach oder doppelt sich verjüngende Bohrungen herstellen. Der sich verjüngende oder in diesem Fail eigentlich besser sich erweiternde Durchmesser ergibt sich aus der Talsache, daß das Ätzmittel beim Eindringen in die Bohrung in seiner Ätz wirkung beim Durchfließen oder Durchströmen der Bohrung verarmt, so daß in der Nahe der Eingangsöffnung der Bohrung eine höhere Atzgeschwindigkeit im Vergleich mit dem Innern der Bohrung erzielt wird. Auf diese Weise kann eine sich verjüngende Bohrung mit den gewünschten Abmessungen hergestellt werden, die die Schwierigkeiten bei der Herstellung von sich verjüngenden Bohrungen mit Elektronenstrahl oder Laserstrahl umgeht. Zum Galvanisieren können übliche Elektrolyten mit hoher Streukraft benutzt werden. Die Badtempera ¹Ur kann bei Raumtemperatur ider höher liegen. Sie soll nicht so hoch sein, daß das abgeschiedene Metall während der Zeit zum vollständigen Ausfüllen der sich verjüngenden Bohrung in das Substrat eindiffundieren kann.Instead of producing the tapering bores only by machining with an electron beam, these can also be achieved by first drilling holes with a very small diameter with an electron beam or laser beam. The planchen is then placed in a device similar to that in K i g. 7 shown, inserted. except that anodes and electrical connections are not used and an etchant for alumina or sapphire is sent through the holes. A typical etchant for AIiOi is phosphoric acid. If the etchant is allowed to flow through the bores in one direction or in an alternating direction, bores that taper once or twice can be produced. The tapering or, in this case, actually better widening diameter results from the fact that the etching agent when penetrating the bore is depleted in its etching effect when flowing through or through the bore, so that a higher etching speed near the inlet opening of the bore is achieved in comparison with the interior of the bore. In this way, a tapered bore can be made with the desired dimensions, which avoids the difficulties of making tapered bores with an electron beam or laser beam. Conventional electrolytes with high scattering power can be used for electroplating. The bath ^{tempera 1} Ur can be higher at room temperature. It should not be so high that the deposited metal can diffuse into the substrate during the time it takes to completely fill the tapered bore.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

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Claims

Patent claims:

1. Method for practically completely filling holes with a ratio of length to diameters over 5 in circuit cards or plates made of electrically conductive or metallized materials by electrodeposition of metals with circulation of the electrolyte through the Bores, characterized in that the bores have at least one end towards the inside, the diameter of the electrolyte is getting smaller and smaller of the decreasing diameter flows through until the holes are practically complete are filled with metal, while the electrolyte temperature is kept at a value at which the metal does not diffuse into the substrate at the same time k;> nn.

2. The method according to claim 1, characterized in that the holes on both sides of the Substrate have a decreasing inward diameter, the electrolyte for practically complete metallization of the inner surfaces of the holes alternately is sent through the bores from opposite directions until the Holes are practically completely filled with metal.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the Galvanisie ^r "ng is made of bores which taper at an angle of up to 15 ° inwards.