DE2457377A1 - Verfahren zum aetzen eines polymerfilms auf der basis eines polyimids - Google Patents

Verfahren zum aetzen eines polymerfilms auf der basis eines polyimids

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Description

TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway
Dallas, Texas 75222/V.St.A.
Unser Zeichen: T 1642
Verfahren zum Ätzen eines Polymerfilms auf der Basis eines
Polyimide
Die Erfindung betrifft das Ätzen von Filmen aus Polymeren auf Polyimidbasis, einschließlich das Ätzen von Filmen aus Polyamid-imiden.
Polyimidfilme, wie sie z.B. von der Firma E.I. du Pont unter der Handelsbezeichnung "Kapton" verkauft werden, sind sehr zähe Filme, die ihre physikalischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich beibehalten. Ein solcher Film besitzt viele Eigenschaften, der ihn für die vielfältigsten technischen Anwendungszwecke geeignet macht. Seine hervorragenden Isoliereigenschaften selbst in sehr kleinen Dicken, verbunden mit seinen anderen Eigenschaften machen ihn zur Verwendung in flexiblen gedruckten Schaltungen geeignet.
Dr.Ha/Mk
ν -
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Für viele diese Anwendungszwecke soll der Film geätzt werden, jedoch bot das Ätzen eines Polyimidfilms bisher schwierige Probleme. Die derzeit bekannten einzigen erfolgreichen Methoden zum Ätzen eines solchen Films müssen in stark basischen wässrigen Lösungen durchgeführt werden. Aus verschiedenen Gründen ist die Verwendung solcher basischer Lösungen jedoch ungünstig.
So kann beispielsweise in Folge der Hydratation der OH"-Ionen eine Basenstärke in wässriger Lösung mit einem pH-Wert über etwa 16 nicht erreicht werden.
Ferner werden beim Ätzen des Films in der wässrigen Lösung die Reaktionsprodukte auf der Filmoberfläche in einer gummiartigen Suspension gehalten, welche verhindert, daß weiteres Ätzmittel einen guten Oberflächenkontakt mit dem Film erhält, so daß der Ätzvorgang stark verlangsamt oder sogar gestoppt wird.
Ein anderes Problem bei diesen bekannten Methoden besteht darin, daß die derzeit verwendeten stark basischen Lösungen wässrige Lösungen von Basen wie Natriumhydroxid oder Hydrazin umfassen. Hydrazin ist jedoch, insbesondere bei der wirksamen Konzentration, gefährlich und zwar insbesondere für die Haut und die Augen.
Eine Methode zum Ätzen von Polyimidfilmen unter Verwendung von weniger gefährlichen Reagenzien als Hydrazin, die eine angemessene Löslichkeit der Nebenprodukte zur Erleichterung der Ätzung ergibt, wäre daher äusserst wünschenswert.
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Die Erfindung schafft eine solche Methode.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung schafft Methoden zum Ätzen von Filmen auf Polyimidbasis in nicht-wässrigen Lösungen. Die in Frage kommenden Lösungen enthalten, ionisierbare basische Verbindungen, z.B. Tetraaethylammoniumhydroxid in Lösung in einem geeigneten nicht-wässrigen Lösungsmittel, z.B. Dimethylsulfoxid.
Gemäß der Erfindung wird zunächst ein geeigneter Polyimidfilm, z.B. ein Laminat aus einem Polyimidfilm auf Kupfer, hergestellt. Der Film wird dann mit einem geeigneten Fotoätzlack überzogen und der Fotolack wird in dem gewünschten Muster belichtet und entwickelt.
Die gewünschten Anteile des Polyimidfilms werden dann mit der nicht-wässrigen Lösung einer geeigneten ionisierbaren Base in einem Lösungsmittel auf die nachstehend näher beschriebene Weise geätzt.
Die Ätzprodukte lassen sich leicht von der Oberfläche entfernen und man stellt fest, daß die Ätzlinien glatt und sauber sind. Der Fotolack kann dann auf beliebige" bekannte Weise entfernt werden.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben.
Wie bereits bemerkt, ist ein Polyimidfilm ein leichter und zäher Film, der eine ausgezeichnete Isolierung bei hohen Temperaturen ergibt. Technische Daten eines solchen
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Films sind von der Du Pont Company erhältlich, die einen solchen Film unter der Handelsbezeichnung "Kapton" verkauft.
Metallaminate mit Polyimidfilm, insbesondere Kupferlaminate, finden für flexible gedruckte Schaltungen Anwendung und die Erfindung betrifft in erster Linie solche Laminate. Zur leichteren Erläuterung werden nachstehend solche Laminate behandelt, die eine obere (Polyimidfilm)Fläche und eine untere (Metall) Fläche besitzen.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung betreffen somit das Ätzen solcher Laminate mit einem Film auf Polyimidbasis zur Bildung gedruckter Schaltungen. Es sei jedoch festgestellt, daß die Erfindung auch überall dort Anwendung finden kann, wo ein Film auf Polyimidbasis geätzt werden soll.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein geeignetes Laminat aus Metall und Polyimidfilm hergestellt.
Die Oberseite des Laminats wird mit einer geeigneten Fotomaske, z.B. KMER (Kodal Metal Etch Resist) überzogen. Die Fotomaske wird nach bekannten Methoden belichtet und entwickelt und man erhält ein der Endverwendung des Produkts entsprechendes Muster. Dann stellt man eine Ätzlösung aus einem nicht-wässrigen Lösungsmittel und einer ionisierbaren basischen Verbindung her.
Basische Verbindungen, die sich als zufriedenstellend für die erfindungsgemässe Verwendung erwiesen haben, sind die
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quaternären Ammoiniumhydroxide, die der folgenden Formel entsprechen: .
R2 R1
^ - OH
1 2
und Mischungen derselben, worin R und R gleiche oder verschiedene Alkylreste mit ein "bis vier Kohlenstoffatomen bedeuten; R-5 ein Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder ein Alkenylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist; R ist ein Alkylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, ein Alkenylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, ein Phenylrest, ein Alkylphenylrest, dessen Alkylanteil 1 bis 18 Kohlenstoffatome besitzt, ein Benzyl-, oder "Alkylbenzylrest, dessen Alkylanteil 1 bis 18 Kohlenstoffatome aufweist.
Erfindungsgemäß geeignete typische quaternäre Ammoniumhydroxide sind die folgenden: Tetramethylammoniumhydroxid, Tetraaethylammoniumhydroxid, Tetrabutylammoniumhydroxid, Benzyltrimethylammoniumhydroxid, Phenyltrimethylammoniumhydroxid, Dodecyltrimethylammoniumhydroxid, Hexadecyltrimethylammoniumhydroxid , Octadecyltrimethylammoniumhydroxid, Dodecyltriaethylammoniumhydroxid, Hexadecyltriaethylammoniumhydroxid, Octadecyltriaethylaamoniumhydroxid, Dodecyltri-n-propylammoniumhydroxid, Dodecyl-tri-isopropylammoniumhydroxid, Benzyldimethylhexadecylammoniumhydroxid, Dimethyl- -aethylhexadecylammoniumhydroxid, p-Dodecylbenzyltrimethylammoniumhydroxid und Benzyldimethyloctadecylammoniumhydroxid.
Die erfindungsgemäß geeigneten nicht-wässrigen Lösungsmittel sollen sehr hohe Dipolmomente aufweisen, jedoch keine Fähigkeit zur Bindung von Wasserstoff besitzen. Solche Lösungs-
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mittel sollen Dielektrizitätskonstanten zwischen etwa 30 und 45 besitzen.
Diese Lösungsmittel sollen auch die Fähigkeit zur Ionisierung basischer Verbindungen, wie Tetraaethylammoniumhydroxid, unter Erzielung eines pH-Werts von etwa 26 besitzen.
Spezifische Lösungsmittel, die sich für die Erfindung als geeignet erwiesen haben, umfassen Dimethylsulfoxid als das derzeit bevorzugte Lösungsmittel und ähnliche nichtwässrige Lösungsmittel wie Sulfolan, Dimethylsulfoxid und Dimethylformamid. Andere Lösungsmittel, die sich als zufriedenstellend erwiesen haben, umfassen Hexamethylphosphoramid; N-Methylpyrrolidon; Ν,Ν-Dimethylacetamid; N,N-Diaethylformamid; Ν,Ν-Diaethylacetamid und Pyridin.
Eine spezifische Lösung zur Verwendung gemäß der Erfindung kann wie folgt hergestellt werden: 100 ecm 10$-iges Tetraaethylammoniumhydroxid werden auf 20 ecm eingedampft. Eine Konzentrierung der Basenlösung in dieser Weise muß nicht immer nötig sein, ist jedoch in Verbindung mit dieser Ausführungsform erwünscht, da die stärkere Base zur Erzielung besserer Ergebnisse wirksamer ist. Dem konzentrierten Tetraaethylammoniumhydroxid gibt man dann 20 ecm Dimethylsulfoxid zu.
Diese Lösung wird dann zum Ätzen des Films nahe an ihren Siedepunkt erhitzt. Die heiße Lösung (in diesem Beispiel 100 bis 1500C heiß) wird dann auf die maskierte Oberseite des Laminats aufgebracht und nach kurzer Zeit (etwa 2 Minuten in dem hier betrachteten Beispiel, wenn ein 5 Mil dicker Polyimidfilm geätzt wird) ist der Film zufriedenstellend geätzt.
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Bei einem anderen spezifischen Beispiel wurden 100 ecm 10?o-iges Tetraaethylammoniumhydroxid auf 20 ecm eingekocht. Die konzentrierte Tetraaethylammoniumhydroxidlösung wurde dann zu 40 ecm Pyrridin und 10 ecm Dimethylsulfoxid zugegeben. Die Ätzgeschwindigkeit durch einen 5 Mil dicken "Kapton"-Film, dessen beide Seiten mit der Ätzlösung in Kontakt waren, ergab sich zu 0,15 Mil/Min. bei 24° und zu 1 Mil/Min. bei 800C.
Bei einer weiteren Ausführungsform wurden 10 ecm 10%-iges Tetraaethylammoniumhydroxid auf 20 ecm eingedampft. Dem konzentrierten Tetraaethylammoniumhydroxid wurdeidann 40 ecm Sulfolan zugegeben. Die Ätzgeschwindigkeit durch einen 5 Mil dicken "Kapton"-Film, dessen beide Seiten mit dieser Ätzlösung in Berührung waren, ergab sich zu 0,13 Mil/Min. bei 850C.
Es ist wünschenswert und vielleicht sogar notwendig, die Lösung während des Ätzvorgangs zur Entfernung von gelöstem Film zu rührenj die Ätzprofile sind jedoch sauber und glatt und die Nebenprodukte der Ätzung sind löslich oder leicht von der Oberfläche entfernbar.
Die Ätzmaske soll durch die Lösung nicht angegriffen'werden.
Laboratoriumsversuche haben gezeigt, daß schwächere Lösungen von Tetraaethylammoniumhydroxid in Dimethylsulfoxid unter Umständen die gewünschte Ätzung nicht ergeben.
Die vorstehend beschriebenen Ätzlösungen sind verhältnismässig sicher und erfordern nur die gleichen Vorsichtsmaßnahmen, wie sie normalerweise für starke chemische
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Reagenzien üblich sind. Gewöhnliche Stahl- oder Glasbehälter eignen sich zur Aufbewahrung der hier beschriebenen Chemikalien, die im wesentlichen nicht korrodierend sind.
Die Erfindung kann weitgehende Abänderungen erfahren, ohne daß dadurch ihr Rahmen verlassen wird.
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Claims (8)

  1. 245737?
    Patentansprüche
    Verfahren zum Ätzen eines Polymerfilms auf Polyimidbasis, dadurch gekennzeichnet, daß man diesen Film mit einer Ätzlösung einer starken organischen Base in einem nichtwässrigen Lösungsmittel der aus Dimethylsulfoxid, SuIfolan, Dimethylformamid, Hexamethylphosphoramid, N-Methylpyrrolidon, Ν,Ν-Dimethylacetamid, N, N-Diaethylformamid, N,N-Diaethylacetamid und Pyridin bestehenden Gruppe kontaktiert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als starke organische Base ein quaternäres Ammoniumhydroxid verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydroxid mindestens etwa 30 V0I.-96 der Ätzlösung ausmacht.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Hydroxid Tetraaethylammoniumhydroxid verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Dimethylsulfoxid verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Pyridin verwendet wird.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, wobei ein Laminat mit einer ersten Filmschicht und einer
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    zweiten Metallschicht hergestellt, diese erste Schicht mit einer Fotomaske überzogen, diese unter Erzielung eines gewünschten Musters belichtet und entwickelt, die erste Schicht mit einer Ätzlösung zum Herauslösen der gewünschten Anteile des Films kontaktiert wird und die Ätzprodukte von dem Laminat entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Filmschicht aus einem Polymeren auf Polyimidbasis besteht, das mit einer Ätzlösung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche kontaktiert wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzlösung während ihres Kontakts mit dem Film gerührt wird.
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