DE2425223A1 - Verfahren zum verbessern des haftens metallischer schichten auf der oberflaeche eines kunststoffsubstrats - Google Patents

Verfahren zum verbessern des haftens metallischer schichten auf der oberflaeche eines kunststoffsubstrats

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DE2425223A1
DE2425223A1 DE19742425223 DE2425223A DE2425223A1 DE 2425223 A1 DE2425223 A1 DE 2425223A1 DE 19742425223 DE19742425223 DE 19742425223 DE 2425223 A DE2425223 A DE 2425223A DE 2425223 A1 DE2425223 A1 DE 2425223A1
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Glenn Vanness Elmore
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Description

Böblingen, den 17. Mai 1974 sa/bs
Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: EN 973 011
Verfahren zum Verbessern des Haftens metallischer Schichten auf der Oberfläche eines KunststoffSubstrats.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern des Haftens metallischer Schichten, insbesondere der Leiterzüge einer gedruckten Schaltung auf der Oberfläche eines KunststoffSubstrats.
Mit Epoxydharz imprägnierte Fiberglasplatten, die auch schichtweise aufgebaut sein können, werden gegenwärtig als Träger gedruckter Schaltungen benutzt. Bei der Herstellung einer gedruckten Schaltung ist es von besonderer Bedeutung, daß die auf einem derartigen Substrat aus Kunststoff aufgebrachten Metalle gut haften. Es ist bisher zwar möglich, einen Metallfilm auf Kunststoffober flächen aufzubringen, es ist jedoch bisher nicht gelungen,
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eine starke Haftung zwischen dem Metallfilm und dem Kunststoffsubstrat herzustellen. Fast in jedem Falle kann der Metallfilm durch Anwendung einer geringen Kraft von der Kunststoffoberfläche abgeschält werden und in manchen Fällen löst sich der Metallfilm tatsächlich schon während des Elektroplatierens von der Kunststoff oberfläche. Die mangelnde Adhäsion wird teilweise dadurch verursacht, daß bei allen bekannten Aufrauh-Verfahren das Material an der Oberfläche der Kunststoffplatte beschädigt oder geschwächt wird. Dadurch bricht, obwohl eine gute mechanische Verbindung an der Oberfläche erhalten wird, das Kunststoffmaterial leicht weg, so daß die erforderliche Kraft zum Abschälen des Metallfilms von der Kunststoffoberfläche verringert wird.
Bei der Herstellung gedruckter Schaltungen werden im allgemeinen zwei Verfahren verwendet. Eines ist das subtraktive Verfahren, während das andere das additive Verfahren genannt wird. Das additive Verfahren beginnt mit einem lichtleitenden Substrat, das frei von Kupfer ist, und auf dem die gewünschten Bereiche gleitend gemacht werden. Dieses Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem subtraktiveη Verfahren, und es sind viele Versuche unternommen worden, gedruckte Schaltungskarten nach dem additiven Verfahren herzustellen. Die Hauptschwierigkeit bei der erfolgreichen Herstellung gedruckter Schaltungskarten nach dem additiven Verfahren liegt darin, eine ausreichende Adhäsion zwischen dem chemisch abgelagerten Kupfer oder anderem Leitermaterial und dem dielektrischen Substrat herzustellen.
In der U. S. Patentschrift 2 871 171 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Kupfer auf Aluminium durch Elektroplattieren aufgebracht wird und das Aluminium bedeckende Oxyd mit Zink oder alkalischem Ätzen entfernt wird, um eine bessere Haftung des Kupfers zu erreichen. In der U. S. Patentschrift 3 620 933 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem Kunststoffteile auf einer anodisch behandelten Aluminiumoberfläche durch Aufgießen oder Beschichten •gebildet werden, und bei welchem die Oberfläche des gebildeten
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Teils nach der Trennung von der Aluminiumoberfläche ein hohes Energieniveau besitzt, durch welches überzüge aus Farbe oder Metall haften.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, durch welches bei der Herstellung gedruckter Schaltungen auf der Oberfläche eines KunststoffSubstrats ein besseres Haften der aufgebrachten metallischen Schichten erreicht wird.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf einer Aluminiumfolie in einer Lösung von Zinkoxyd (ZnO), Kupfer-(II)-Oxyd (CuO) und Natronlauge (NaOH) eine mikro-knotige Oberfläche erzeugt wird, daß die Aluminiumfolie mit der mikro-knotigen Oberfläche sodann auf das Kunststoffsubstrat aufgebracht wird, daß danach die Aluminiumfolie und das Zink in einem Ätzbad entfernt werden, und daß sodann durch Plattieren Leitungszüge aus Kupfer auf das Substrat aufgebracht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise durch folgende Verfahrensschritte gebildet:
a) Reinigen der Aluminiumfolie in Natronlauge,
b) Spülen der Folie in Wasser,
c) Behandeln der Folie mit Salpetersäure,
d) Spülen der Folie in Wasser,
e) Behandeln der Folie in einer Lösung von Zinkoxyd (ZnO), Kupfer-(II)-Oxyd (CuO) und Natronlauge (NaOH),
f) Spülen der Folie in entionisiertem Wasser,
g) Trocknen der Folie,
h) Aufbringen der Folie auf das dielektrische Material, i) Entfernen von Zink und Aluminium in einem Ätzbad, j) Plattieren der Leiterzüge.
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In vorteilhafter Weise wird eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 1,27 · 10 cm bis 12,7 ■· 1O~ cm, vorzugsweise von 2,54 · 10 cm ungefähr fünf Minuten in einer NaOH-Lösung mit ungefähr 20 Gramm pro Liter gespült und eine Minute lang in 50 %iger Salpetersäure behandelt. Zur Erzeugung der mikro-knotigen Oberfläche wird die Aluminiumfolie in vorteilhafter Weise zwischen einer und zwanzig Minuten, vorzugsweise ungefähr zehn Minuten in einer Lösung von 20 Gramm pro Liter bis 200 Gramm pro Liter, vorzugsweise 100 Gramm pro Liter ZnO, gesättigtem CuO, vorzugsweise mit 0,2 Gramm pro Liter CuO und 200 Gramm pro Liter bis 500 Gramm pro Liter, vorzugsweise 270 Gramm pro Liter NaOH behandelt. Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß als Ätzlösung für Aluminium und Zink Salzsäure (HCl) verwendet wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß außer Zink und Aluminium auch Kupfer von der Substratoberfläche abgeätzt wird unter Verwendung einer Lösung von Ammoniumpersulfat [(NH4)2S2Og] oder Cuprichlorid (CuCl2) oder Salzsäure (HCl), und daß das Substrat vor dem elektrochemischen Plattieren in einer Lösung von Zinndichlorid (SnCl2)sensibilisiert und durch Eintauchen in eine Palladiumchlorid-Lösung (PdCl2) mit ungefähr 1 Gramm pro Liter während fünf Minuten aktiviert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei thermoplastischen Kunststoffen als auch bei Duroplast-Kunststoffen verwendet werden. Bei Thermoplastmaterial wird in vorteilhafter Weise die Aluminiumfolie unter Druck bei erhöhter Temperatur aufgebracht, während bei Duroplastmaterial die Aluminiumfolie im als B-Zustand bezeichneten Kondensationsgrad aufgebracht wird.
Die Erfindung wird anhand eines Auführungsbeispielea beschrieben.
Bei dem Verfahren, das bei der Herstellung eines Substrats für gedruckte Schaltungen verwendet wird, muß zunächst eine Aluminiumfolie gereinigt werden. Ein Bogen der Aluminiumfolie, der unge-
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fähr 2,54 · 10 cm dick ist, wird in Natronlauge (NaOH) mit ungefähr 20 Gramm pro Liter während fünf Minuten gereinigt. Folien in der Dicke von 1,27 · 10 cm bis 12,7 · 10 cm können ebenfalls mit zufriedenstellenden Resultaten verwendet werden. Danach wird die Aluminiumfolie in Wasser gespült und dann in einer 50 %igen Lösung von Salpetersäure (HNO3) während einer Minute behandelt. Daraufhin wird die Folie wiederum mit Wasser gespült. Die so vorbehandelte Aluminiumfolie ist jetzt vorbereitet für eine Behandlung, bei der ein mikro-knotiger überzug auf ihrer Oberfläche gebildet wird. Die mikro-knotige Oberfläche wird erzeugt durch Behandlung der Aluminiumfolie in einer Lösung von Zinkoxyd (ZnO), Kupfer-(II)-Oxyd (CuO) und Natronlauge (NaOH), vorzugsweise während einer Zeitdauer von zehn Minuten bei Raumtemperatur. Die zur Behandlung verwendete Lösung ist folgendermaßen zusammengesetzt:
100 Gramm ZnO pro Liter 0,2 Gramm CuO pro Liter 270 Gramm NaOH pro Liter.
Günstige Werte der Lösungskomponenten liegen zwischen folgenden Grenzen:
Komponente Untere Grenze Obere Grenze
ZnO 20 Gramm pro Liter 200 Gramm pro Liter
CuO gesättigt
NaOH 200 Gramm pro Liter 500 Gramm pro Liter.
Die Behandlungsdauer kann von einer bis zwanzig Minuten variieren. Danach wird die Folie in entionisiertem Wasser gespült und an der Luft oder in einem Ofen getrocknet. Das erhaltene Produkt ist ein Bogen der Aluminiumfolie, der eine mikro-knotige Oberfläche aufweist.
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Das Substrat für die gedruckte Schaltung kann auf vielerlei bekannte Welsen hergestellt werden. Brauchbare Kunststoffe sind sowohl Thermoplaste als auch Duroplaste. Typische Duroplaste, die benutzt werden können, sind Materialien vom Phenol-Typus, wie die Mischpolymere des Phonols, Resorcin, einem Kresol oder ähnlichen Materialien. Geeignete Thermoplaste sind Polyolefine, wie Polypropylen, Polysulfone, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Kopolymere (ABS), Polykarbonate, Kopolymere von Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen (FEP) usw. Duroplaste werden bei der Herstellung von Substraten in der Form von dünnen Schichten benutzt. Diese dünnen Schichten der Duroplaste befinden sich in einem teilweise gehärteten Zustand, der als B-Zustand bekannt ist und sind unter Hitze und Druck noch schmelzbar. Kunststoffe im B-Zustand können durch die Anwendung von ausreichender Erhitzung und Druck vollständig ausgehärtet werden.
Das in der beschriebenen Weise behandelte Aluminium wird auf das Material des dielektrischen Substrats aufgebracht. Das Verbindden mit einem Substrat aus thermoplastischem Material erfolgt dadurch, daß ein Bogen des thermoplastischen Materials und der Bogen der Aluminiumfolie mit der mikro-knotigen Oberfläche in einer vorgeheizten Presse bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur, z. B. bei etwa 35 kg pro cm und 170 C, zusammengepreßt werden. Die Zeitdauer des Zusammenpressens variiert und hängt von dem jeweiligen Kunststoff und dem angewendeten Druck ab. Jetzt wird die beschichtete Struktur in «in Ätzbad getaucht, das aus einer Salzsäure (HCl-Lösung) oder einem anderen bekannten Ätzmittel für Aluminium besteht, um das Zink und das Aluminium vom Substrat zu entfernen. Durch das Beschichten des Kunststoffsubstrats mit der Aluminiumfolie wird die knotig· Oberfläche der Aluminiumfolie auf die Oberfläche des Kunststoffs übertragen.
Gegebenenfalls, wenn gewünscht wird auch das Kupfer vom Substrat zu entfernen, kann das Substrat ungefähr ein· Minute in ein· Lösung von Ammoniumpersulfat [(NH4)2S2Og] oder Cuprichlorid (CuCl2),
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Salzsäure (HCl) oder andere Ätzmittel für Kupfer eingetaucht werden.
Das so präparierte Substrat kann mit einem der bekannten elektrodenlosen oder elektrolytischen Verfahren mit Kupfer plattiert werden. Wenn gewünscht/ kann das Substrat in einer Lösung von Zinndichlorid (SnCl-) sensibilisiert werden und durch Eintauchen in
eine Lösung von Palladiumchlorid (PdCl2) mit ungefähr einem Gramm PdCl2 pro Liter während einer Zeitdauer von fünf Minuten bei Raumtemperatur aktiviert werden. Danach wird das Substrat in entionisiertem Wasser gespült und getrocknet.
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Claims (11)

  1. PATENTANSP RÜCHE
    Verfahren zum Verbessern des Haftens metallischer Schichten, insbesondere der Leiterzüge einer gedruckten Schaltung auf der Oberfläche eines KunststoffSubstrats, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Aluminiumfolie in einer Lösung von Zinkoxyd (ZnO), Kupfer-II-Oxyd (CuO) und Natronlauge (NaOH) eine mikro-knotige Oberfläche erzeugt wird, daß die Aluminiumfolie mit der mikro-knotigen Oberfläche sodann auf das Kunststoffsubstrat aufgebracht wird, daß danach die Aluminiumfolie und das Zink in einem Ätzbad entfernt werden, und daß sodann durch Plattieren Leitungszüge aus Kupfer auf das Substrat aufgebracht werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    a) Reinigen der Aluminiumfolie in NaOH,
    b) Spülen der Folie in Wasser,
    c) Behandeln der Folie mit Salpetersäure,
    d) Spülen der Folie in Wasser,
    e) Behandeln der Folie in einer Lösung von ZnO, CuO und NaOH,
    f) Spülen der Folie in entionisiertem Wasser,
    g) Trocknen der Folie,
    h) Aufbringen der Folie auf das dielektrische
    Material,
    i) Entfernen von Zink und Aluminium in einem
    Ätzbad,
    j) Plattieren der Leiterzüge.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 1,27 · 10~3 cm bis 12,7 · K
    2,54 · 10~3 verwendet wird.
    1,27 · 10~3 cm bis 12,7 · 1θ"3 cm, vorzugsweise von
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    "" 9 ■·
  4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie ungefähr fünf Minuten in einer NaOH-Lösung mit ungefähr 20 Gramm pro Liter NaOH gespült wird.
  5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie ungefähr eine Minute lang in 50 &iger Salpetersäure behandelt wird.
  6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie zwischen eins und zwanzig Minuten, vorzugsweise ungefähr zehn Minuten in einer Lösung von 20 Gramm pro Liter bis 200 Gramm pro Liter, vorzugsweise 100 Gramm pro Liter ZnO, gesättigtem CuO, vorzugsweise 0,2 Gramm pro Liter CuO, und 200 Gramm pro Liter bis 500 Gramm pro Liter, vorzugsweise 270 Gramm pro Liter NaOH behandelt wird.
  7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzlösung für Aluminium und Zink Salzsäure (HCl) verwendet wird.
  8. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß außer Zink und Aluminium auch Kupfer von der Substratoberfläche abgeätzt wird unter Verwendung einer Lösung von Ammoniumpersulfat [(NH4)2S2Oq] oder Cuprichlorid (CuCl2) oder Salzsäure (HCl).
  9. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat vor dem elektrodenlosen Plattieren in einer Lösung von Zinndichlorid (SnCl2) sensibilisiert und durch Eintauchen in eine Lösung von Palladiumchlorid (PdCl2) mit ungefähr 1 Gramm pro Liter während fünf Minuten aktiviert wird.
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  10. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Substrat aus Thermoplast-Material die Aluminiumfolie unter Druck bei erhöhter Temperatur aufgebracht wird.
  11. 11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Substrat aus Duroplast-Material die Aluminiumfolie im als B-Zustand bezeichneten Kondensationsgrad aufgebracht wird.
    en 973 on 409884/0895
DE19742425223 1973-07-02 1974-05-24 Verfahren zum verbessern des haftens metallischer schichten auf der oberflaeche eines kunststoffsubstrats Pending DE2425223A1 (de)

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