DE2360446B2

DE2360446B2 - Kontinuierliches verfahren zur behandlung von kupferfolie zwecks verbessern der verloetbarkeit derselben

Info

Publication number: DE2360446B2
Application number: DE19732360446
Authority: DE
Inventors: Adam M. Burlington N.J. Wolski (V.StA.)
Original assignee: Yates Industries Inc
Current assignee: Circuit Foil USA Inc
Priority date: 1972-12-01
Filing date: 1973-11-30
Publication date: 1976-01-22
Also published as: SE408066B; NL7316403A; LU68894A1; FR2208752B1; FR2208752A1; JPS549978B2; US3896256A; IT1008073B; BE807980A; JPS5068935A; DE2360446A1; NL156890B; GB1450351A

Description

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Kupferfolie wird üblicherweise vermittels elektrolytischer und Walzverfahren für eine große Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsgebiete, einschließlich gedruckter Schaltkreise, hergestellt. Die für die Anwendung in gedruckten Schaltkreisen vorgesehene Kupferfolie wird üblicherweise fleckenfest gemacht vermittels eines elektrolytischen Verfahrens, bei dem die Folie kathodisch gemacht und durch ein Chromionen enthaltendes wäßriges, elektrolytisches Bad hindurchgeführt wird. Die Fleckenbildung auf der Kupferfolie ist insbesondere dann unzweckmäßig, wenn die Folie für bestimmte Anwendungsgebiete, wie gedruckte Schaltkreise, vorgesehen ist und ist auch vom ästhetischen und einem ansprechenden Aussehen gegenüber dem Käufer zu beanstanden.

Wenn auch derartige Verfahren allgemein zum Fleckenfestmachen von Kupferfolie erfolgreich gewesen sind, ergeben sich jedoch gleichzeitig Probleme dahingehend, daß hierdurch eine behandelte Oberfläche ausgebildet wird, die schwieriger zu verlöten ist. Insbesondere wurde gefunden, daß das Fleckenfestmachen zu einer Verringerung der Benetzbarkeit der Kupferoberfläche durch die Lötmasse führt. Die auf eine fleckenfest gemachte Kupferoberfläche aufgebrachte Lötmasse neigt zu einer »Tröpfchenbildung« und nicht so sehr zu einem Fließen unter Ausbilden eines einheitlichen Überzuges.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der angegebenen Art zu schaffen, das es ermöglicht, eine fleckenfest gemachte Kupferfolie einwandfrei zu verlöten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch in kennzeichnender Weise gelöst, daß die Kupferfolie fleckenfest gemacht wird durch Eintauchen derselben in einen wäßrigen Elektrolyten, der 6wertige Chromionen enthaltende Anionen aufweist, die Kupferfolie kathodisch gemacht wird, während dieselbe in den Elektrolyten eingetaucht ist, wobei der Elektrolyt ausreichend alkalisch ist, um ein Ausfällen von Kupfer- und Chromkationen zu bewirken, wenn die Kupferfolie kathodisch ist, sodann die Kupferfolie mit einer Verbindung überzogen wird, die sich bei Löttemperatur mit dem die Fleckenfestigkeit vermittelnden Überzug unter Freilegen des Kupfers umsetzt, und die Kupferfolie sodann getrocknet wird.

Erfindungsgemäß wird es möglich gemacht, die auf die fleckenfest gemachte Kupferfolie aufgebrachte Lötmasse zum Fließen zu bringen, wodurch sich ein einheitlicher Überzug der Lötmasse und einwandfreie Lötverbindung ergibt. Dieses Ergebnis ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß auf der Kupferfolie eine Überzugsmasse vorliegt, die sich bei der Löttemperatur mit dem die Fleckenfestigkeit vermittelnden Überzug an der Lötstelle umsetzt, wodurch die Kupferoberflächc gegenüber der Lötmasse freigelegt wird.

Wenn auch elektrolytisch hergestellte Kupferfolie, die eine Behandlung zum Fleckenfestmachen erfahren hat, den bevorzugten Gegenstand des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt (insbesondere für gedruckte Schaltkreise) können auch in erfindungsgemäßer Weise andere Arten fleckenfest gemachter Kupferfolien (wie gewalzte Folie) bearbeitet werden.

Das spezielle, die Fleckenfestigkeit vermittelnde Verfahren und zugeordnete Vorrichtung stellen keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar. Die Kupferfolie kann in zweckmäßiger Weise fleckenfest gemacht werden vermittels eines Verfahrens, bei dem die elektrolytische Behandlung der Kupferfolie in einem wäßrigen Elektrolyten erfolgt, der angenähert 2 bis 20 g/l Chromsäure — berechnet als CrOi — und angenähert 7 bis 20 g/l Alkalihydroxid enthält. Ein derartiges Verfahren zum Fleckenfesimachen läßt sich zweckmäßigerweise unter Anwendung einer Vorrichtung durchführen, wie sie in der US-PS 36 25 844 beschrieben ist.

Verbindungen, die in der Lage sind, sich mit der die Fleckenfestigkeit vermittelnden Schicht bei herkömmlichen Löttemperaturen von 230 bis 290° G umzusetzen, die jedoch bezüglich der die Fleckenfestigkeit vermittelnden Masse bei herkömmlichen Laminierungstemperaturen von 95 bis 175°C inert sind, sind unter anderem i. B. diejenigen, die bei der Löttemperatur eine Halogensäure entwickeln. Beispiele für derartige Verbindungen sind organische Hydrochloride, wie Hydrazinhydrochlorid, und anorganische Halogenide, wie Ammoniumchlorid. Ammoniumchlorid ist die bevorzugte Verbindung. Wenn auch das Anwenden von Hydrazinhydrochlorid die angestrebte Verlötbarkeit vermittelt, wurde doch gefunden, daß diese Verbindung vom ästhetischen Standpunkt aus weniger zweckmäßig ist, da dieselbe dazu neigt, dunkle Flächen oder Flecken auf der fleckenfestgemachten Folienoberfläche auszubilden.

Die geeignete Verbindung wird zweckmäßigerweise auf die fleckenfestgemachte Oberfläche in Form einer Lösung aufgebracht. Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus stellt Wasser das bevorzugte Lösungsmittel dar. Für die ausgewählte Verbindung können jedoch auch andere Lösungsmittel, wie Alkohol, angewandt werden. Die Lösung wird auf eine Seite der Folie vermittels eines geeigneten Verfahrens, wie eines Aufrollens, Aufpinseins oder Aufsprühens, aufgebracht. Ein Eintauchen kann ebenfalls zum Aufbringen dann angewandt werden, wenn beide Seiten der fleckenfest gemachten Folie überzogen werden sollen. Es ist jedoch bevorzugt, lediglich eine Seite zu überziehen, da das Ammoniumchlorid nachteilig die Bindefestigkeit der Folie an bestimmten Substraten beeinflussen kann.

Die Menge des in der Überzugslösung vorliegenden Ammoniumchlorids oder anderer geeigneter Verbindung ist nicht kritisch. Bezüglich des Ammoniumchlorids jedoch beläuft sich eine wirksame Menge auf 0,2 g/l oder darüber. Vom ästhetischen Standpunikt aus und eines entsprechend guten Aussehens gegenüber dem Verbraucher ist es bevorzugt, daß der nach dem Verdampfen des Lösungsmittels verbleibende Rückstand nicht sichtbar ist. Somit sind wäßrige Lösungen geeignet, die Ammoniumchlorid in einer Menge von 0,2 bis 0,8 g/l enthalten. Eine 0,4 g/l Ammoniumchlorid enthaltende Lösung ist bevorzugt.

Die Lösung wird am zweckmäßigsten bei Raumtemperatur aufgetragen. Wie sich jedoch versteht, kann dieselbe auch bei jeder Temperatur zwischen den Siedepunkten und Gefrierpunkten der Lösung aufgebracht werden. Die benetzte Folienoberfläche kann in herkömmlicher Weise getrocknet werden.

Beispiel 1

Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden 28,4 g Kupferfolie (die zuvor elektrochemisch behandelt worden ist und unter Aufbringen eines mikrokristallinen, knötchenförmigen, pulverförmigen Kupferelektrolytniederschlages auf eine Oberfläche der Folie zwecks Verbessern der Bindefestigkeit) serpentinartig an unlöslichen Bleielektroden vorbeigeführt, die in eine wäßrige Chromsäure-Elektrolytlösung eingetaucht sind, die 10 g/l öwertige Chromionen (bestimmt als CrO3) und 20 g/l Natriumhydroxid enthält. Die Elektrolyttemperatur beläuft sich auf 65°C, der pH des Elektrolyten ist 14, und die Kathodenstromdichte ist 3,5 A/dm², und das Kupfer wird 6 Sekunden in den Elektrolyten eingetaucht ■■.:■-.

Die Kupferfolie wird sodann ^; durch eine erste Sprühstation geführt, wo beide Seiten der Folie mit Wasser gewaschen werden.

Nach Verlassen des Wasserwaschbades tritt die Kupferfolie durch eine zweite Sprühstation hindurch, wo die gegenüberliegende Seite zu der behandelten Seite mit einer wäßrigen Lösung von 0,4 g/l Ammoniumchlorid bei Raumtemperatur gesprüht wird. Die überschüssige Menge an Ammoniumchloridlösung, angenähert 7,5 l/min, wird auf einen Abschnitt mit einer Lange von 37,5 cm der senkrechten Oberfläche der Folie aufgebracht. Eine Menge von 7,5 l/min ist mehr als ausreichend, um eine Oberfläche der Folie zu benetzen, die mit einer Geschwindigkeit von angenähert 8 m/min durch die Sprühstation hindurchtritt. Von der Sprühstation aus tritt die Folie durch einen 2 m langen Trockentunnel mit einer Geschwindigkeit von 8 m/min hindurch, wo ein Trocknen mit Luft erfolgt, die bei einer Temperatur von 50⁰C gehalten wird.

Es wird festgestellt, daß auf die mit Ammoniumchlorid behandelte Folienoberfläche bei 260°C aufgebrachte Lötmasse eine einheitliche Schicht mit verbesserter Kupferbenetzbarkeit im Vergleich zu der Lötmasse bildet, die auf eine fleckenfest gemachte Kupferfolienoberfläche aufgebracht wird, welche nicht iTiit Ammoniumchlorid behandelt wurde. Die Lötmasse führt zu einer guten »Benetzung« der mit Ammoniumchlorid behandelten Kupferoberfläche selbst ohne Anwenden eines Flußmittels. Es kann jedoch auch ein Flußmittel angewandt werden, um so weiter die Qualität des Anhaftens der Lötmasse zu verbessern.

Beispiel 2

Die nach dem Beispiel 1 erhaltene, bearbeitete Folie wird mit einem inerten Substrat aus Epoxid-Glas (Epoxid überzogene Fiberglasplatte) in einen Schichtkörper überführt, wobei die behandelte Seite der Folie in Berührung mit dem Substrat vorliegt, und zwar indem bei einer Temperatur von 175°C 30 Minuten lang ein Druck von 35 kg/cm² beaufschlagt wird. Der Schicht-

körper wird sodann mit einem entsprechenden Überzug versehen und unter Ausbilden eines Schaltkreises in üblicher Weise geätzt. Der geätzte Schichtkörper wird sodann verlötet unter Anwenden von Wasser-Rosin, nicht aktiviertem Flußmittel und einer entsprechenden Lötvorrichtung.

Das Ammoniumchlorid ist praktisch inert gegenüber dem die Fleckenfestigkeit vermittelnden Überzug bei der für das Herstellen des Schichtkörpers in Anwendung kommenden Temperatur von 175°C. Wenn die die Fleckenfestigkeit vermittelnde Schicht während des Hersteilens des Schichtkörpers vollständig entfernt oder zerstört wird, könnte die Oberfläche zu diesem Zeitpunkt oder während der sich anschließenden Lagerung fleckig werden. Es ist somit bevorzugt, daß die VeVarbeitungsmasse praktisch inert bezüglich der die Fleckenfestigkeit vermittelnden Schicht im Zusammenhang mit der Herstellung des Schichtkörpers bleibt. Man geht jedoch von der Annahme aus, daß das Vorliegen von Ammoniumchlorid auf der Folienoberfläehe tatsächlich zu einer Verbesserung der Widerstandsfähigkeit der Oberfläche gegenüber einer Fleckenbildung während des Hersteilens des Schichtkörpers führt. Diese Erscheinung dürfte sich auf Grund der Bildung

eines kleinen HCl-Dampfdruckes ergeben, der ausreichend ist. um Oxidflecken bei deren Bildung zu reduzieren. Dieser Vorteil kann natürlich auch durch Anwenden anderer entsprechender Verbindungen oder Massen als die des oben beschriebenen Ammoniumchlorids erhalten werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Kontinuierliches Verfahren zur Behandlung von Kiipferfolie zwecks Verbessern der Verlötbarkeit derselben, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferfolie Reckenfest gemacht wird durch Eintauchen derselben in einen wäßrigen Elektrolyten, der 6wertige Chromionen enthaltende Anionen aufweist, die Kupferfolie kathodisch gemacht wird, während dieselbe in den Elektrolyten eingetaucht ist, wobei der Elektrolyt ausreichend alkalisch ist, um ein Ausfällen von Kupfer- und Chromkationen zu bewirken, wenn die Kupferfolie kathodisch ist. sodann die Kupferfolie mit einer Verbindung überzogen wird, die sich bei Löttemperatur mit dem die Fleckenfestigkeit vermittelnden Überzug unter Freilegen des Kupfers umsetzt, und die Kupferfolie sodann getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- u> zeichnet, daß ein wäßriger Elektrolyt mit einem pH-Wert von 14 angewandt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung angewandt wird, die bei einer Löttemperatur von 230 bis 290°C eine Halogenwasserstoffsäure erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung angewandt wird, die bezüglich des die Fleckenfestigkeit vermittelnden Überzuges bei einer Laminierungstemperatur von 95 bis 175°C praktisch inert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung angewandt wird, die bei der Laminierungstemperatur einen ausreichenden Dampfdruck der Halogenwasserstoffsäure erzeugt unter Verringern der Oxidflecken.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindung Ammoniumchlorid angewandt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammoniumchlorid in Form einer wäßrigen Lösung aufgebracht wird, die eine Konzentration an Ammoniumchlorid von 0,2 bis 0,8 g/l aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Kupferfolie gegenüberliegend zu der mit der Verbindung überzogenen Oberfläche mit einem inerten Substrat laminiert und anschließend Lötmasse auf die Oberfläche der mit der Verbindung überzogenen Folie aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindung angewandt wird, die bezüglich des die Fleckenfestigkeit vermittelnden Überzuges bei einer Laminierungstemperatur von 95 bis 175°C praktisch inert ist.