DE2515706A1

DE2515706A1 - Verfahren zur herstellung von durchkontaktierten gedruckten schaltungen

Info

Publication number: DE2515706A1
Application number: DE19752515706
Authority: DE
Inventors: Robert Ing Grad Graf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-04-10
Filing date: 1975-04-10
Publication date: 1976-10-21
Also published as: AU1179976A; NL7602277A; JPS51122770A; SE7601776L; BE840598A; FR2307438A1; IT1059604B

Description

Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten gedruckten Schaltungen

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten gedruckten Schaltungen, hei welchem von einem Dünnschichtkupfer-Laminat mit beidseitig aufkaschierten Dünnschichtkupferfolien und mechanisch abziehbaren Schutzfolien ausgegangen wird, wobei die Löcher für die Durchkontaktierungen vor dem Abziehen der Schutzfolien gebohrt werden.

Bei der Herstellung gedruckter Schaltungen nach dem bekannten Folienätzverfahren wird von einem elektrisch isolierenden Basismaterial ausgegangen, auf welches beidseitig Elektrolyt-Kupferfolien aufkaschiert sind. Diese Kupferfolien werden dann mit einer~ätzfesten Schicht versehen, wobei diejenigen Oberflächenbezirke, die dem gewünschten Leiterbild entsprechen, nach einem der bekannten Druckverfahren abgedeckt werden. Die derart vorbereiteten Platten werden nachfolgend mit einem Ätzmittel, beispielsweise Kupfer(II)-chlorid oder Natriumchlorit solange ausgesetzt, bis das nicht abgedeckte Kupfer vollkommen entfernt ist. Anschließend wird die ätzfeste Schicht entfernt, so daß die ungeätzten Folienbezirke, die dem gewünschten Leiterbild entsprechen, freiliegen. Da die .Ätzseiten und damit die Unterätzung der Leiterbahnen von der Stärke der Kupferfolien abhängen, versucht man möglichst dünne Kupferfolien zu verwenden. Mit einer Polienstärke von 17,5/um ist jedoch die Grenze erreicht, mit der man solche Folien genügend porenfrei herstellen und fertigungstechnisch handhaben kann. Ein v/eiterer Nachteil liegt darin, daß es bei der Herstellung von durchkontaktierten Löchern praktisch nicht zu verhindern ist, daß das Folienkupfer im Bereich der Leiter-

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bahnen galvanisch!um eine Schicht verstärkt wird, die jener entspricht, die minimal innerhalb einer Bohrung verlangt v/erden muß. Dies führt zu Leiterbahnen, die eine nutzlos dicke Kupferschicht aufweisen.

Eine weitgehende Lösung der vorstehend aufgeführten* Probleme wurde durch die sog. Dünnschichtkupfer-Laminate ermöglicht, die Dünnschichtkupferfolien mit Folienstärken von weniger al 17,5 /um aufv/eisen, wobei in den handelsüblichen Ausführungen Folienstarken von 5/um bevorzugt v/erden. Zur Herstellung dieser Laminate wird eine beispielsweise 5/um dicke Kupferschicht elektrolytisch auf eine Hilfsfolie aufgebracht und zusammen mit der Hilfsfolie auf ein Basismaterial gepreßt (DS-OS 2 242 132). Die Hilfsfolien, die beispielsweise 50 ,um stark sein können, v/erden dann als Schutzfolien auf den Dünnschichtkupferfolien belassen, um diese während des !Transportes und der mechanischen Bearbeitung vor Beschädigungen zu beschützen. Nach den Verarbeitungsrichtlinien der Hersteller sollen die Schutzfolien nach dem Bohren der Löcher für die Durchkontaktierungen und vor der Weiterbearbeitung in einer naß-chemisch-galvanischen Linie von Hand abgezogen v/erden. Die weitere Verarbeitung zur fertigen Leiterplatte kann dann wie bei einem 17,5 /um-Haterial vorgenommen werden. Durch die Reduzierung der Unterätzung können mit Hilfe der Dünnschichtkupfer-Laminate Leiterplatten mit äußerst feinen Leiterbildern hergestellt werden.

Für die Herstellung von Mehrlagenverdrahtungen soll unter dem Begriff Dünnschichtkupfer-Laminat auch ein vielschichtiges Laminat mit bereits fertiggestellten Innenlagen und äußeren, mit Schutzfolien bedeckten, Dünnschichtkupferfolien verstanden \tferden. Hierbei werden sämtliche Innenlagen bis auf die Löcher für die Durchkontaktierungen vorgefertigt und anschliessend mit den Platten der noch nicht strukturierten Außenlagen

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zu einem Lagenpaket verpreßt. Pur die Außenlagen stehen dünne Platten zur Verfügung, die "beispielsweise eine 35 oder 70 /um starke Kupferfolie auf der einen und eine 5/um starke Dünnschichtkupferfolie auf der anderen Seite aufweisen. Die Weiterverarbeitung des fertig verpreßten Lagenpakets wird dann wie bei der vorstehend beschriebenen doppelseitigen gedruckten Verdrahtung vorgenommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung durchkontaktierter Schaltungen unter Verwendung der beschriebenen Dünnschichtkupfer-Laininate die Verfahrensweise so zu gestalten, daß noch kürzere Ätzzeiten erreicht werden können und die Feinheit des Leiterbildes weiter gesteigert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ein Dünnschichtkupfer-Laminat verwendet wird, dessen Schutzfolien gegen Vorbehandlungs- und Hetallisierungsbäder zur stromlosen und galvanischen Verkupferung resistent sind, daß nach dem Bohren der Löcher die Losäiwandungen stromlos und galvanisch verkupfert v/erden, sodann die Schutzfolien abgezogen v/erden, das gewünschte Leiterbild und die Lochwandungen durch selektive galvanische Kupferabscheidung unter Verwendung von Galvanikabdeckungen verstärkt werden, und daß dann die nicht verstärkten Bereiche der Dünnschichtkupferfolien abgeätzt werden. Die Schutzfolien werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren also erst nach der stromlosen Verkupferung und anschließenden galvanischen Verstärkung abgezogen, so daß eine Aufbereitung der Oberflächen vor dem Aufbringen der Galvanikabdeckungen entfallen kann. Außerdem verhindern die Schutzfolien, daß auf die Dünnschichtkupferfolien eine unerwünschte, der Kupferschicht innerhalb der Löcher entsprechende, Verstärkungsschicht aufgebracht wird. Beträgt beispielsweise die Stärke der Dünnschichtkupferfolie

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5 /um und die Stärke der in den Löchern stromlos und galvanisch insgesamt abgeschiedenen Kupferschicht 10/um, so muß nach der galvanischen Verstärkung des Leiterbildes "bei der "bisher angewandten Verfahrensweise eine mindestens 15/um dicke ungleichmäßig über die Fläche verteilte und bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise lediglich eine gleichmäßig 5/um dicke Kupferschicht abgeätzt werden. Somit entstehen bei den erfindungsgemäßen Verfahren geringere Ätzkosten durch Verringerung des Ätzmittelverbrauchs, der Ätzzeit und der anfallenden verbrauchten Ätzlösungen. Ferner wird die Unterätzung weiter reduziert, so daß noch feinere Leiterbilder hergestellt werden können. Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, daß auf ein Ätzresist verzichtet werden kann. Nach der galvanischen Verstärkung des Leiterbildes und der Entfernung der Galvanikabdeckungen kann unmittelbar die gesamte Oberfläche geätzt werden, wobei die nicht verstärkten Bereiche der Dünnschichtkupferfolien entfernt v/erden. Die Leiterbahnen werden bei der kurzen Ätzzeit kaum angegriffen, so daß sich lediglich eine erwünschte, gleichmäßige Verrundung der Leiterbahnflanken ergibt.

Voraussetzung für den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf ist die Verwendung eines Dünnschichtkupfer-Laminats, dessen Schutzfolien gegen Vorbehandlungs- und Metallisierungsbäder zur stromlosen und galvanischen Verkupferung resistent sind. So sind beispielsweise Dünnschichtkupfer-Laminate mit Schutzfolien aus Aluminium nicht geeignet, da sich das Aluminium, insbesondere in sauren Vorreinigungsbädern, unter Wasserstoffentwicklung auflöst. Heben der unerwünschten Auflösung des Aluminiums entsteht durch die Vermischung des entstehenden Wasserstoffes mit der Umgebungsluft Knallgas, das wegen seiner weiten Explisionsgrenzen besonders leicht Anlaß zu Explosionen gibt. Vorzugsweise werden Dünnschichtkupfer-Laminate mit Schutzfolien aus> Kupfer verwendet, da Kupfer gegen die genannten Vorbehandlungsund Metallisierungsbäder resistent ist.-

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Vorteilhaft wird ein Dünnschichtkupfer-Laminat mit 5 /um starken Dünnschichtkupferfolien verwendet. Derartige Dünnschichtkupfer-Laminat e haben sich international durchgesetzt und sind im Handel als Halbzeug zu beziehen«

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der stromlosen und galvanischen Verkupferung der Lochwandungen vor dem Abziehen der Schutsfolien eine Kupferschicht aufgebaut, deren Stärke mindestens der Stärke der Dünnschichtkupferfolien entspricht. Nach der selektiven, galvanischen Verstärkung des Leiterbildes und der Loohwandungen ist die innerhalb der Durchkontaktierungen insgesamt aufgebaute Kupferschicht also mindestens gleich stark oder stärker als die Kupferschicht der Leiterbahnen. Derartige Durchkontaktierungen v/eisen eine ungev/ahnlich hohe mechanische und elektrische Sicherheit auf. Außerdem v/erden Schwierigkeiten, welche bei ungleichmäßigen oder zu geringen Kupferschichtstärken in den Durchkontaktierungen durch den sog. Lötschock verursacht werden, sicher vermieden.

Endoberflächen mit besonderen Löteigenschaften oder mit hoher Korrosionsbeständigkeit gewünscht, so kann nach der Verstärkung des Leiterbildes durch weitere selektive galvanische Metallabscheidung eine ätzresistente Endoberfläche hergestellt v/erden. Auch in diesem Pail kann eine meßbare Unterätzung der Endoberflächen nicht festgestellt werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figuren 1 bis 6 zeigen Verfahrensstufen bei der Herstellung einer durchkontaktierten Leiterplatte ohne ätzfeste Endoberfläche und

die Figuren 7 bis 9 zeigen die davon abweichenden Verfahrensstufen bei der Herstellung einer durchkontaktierten Leiter-

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platte mit ätzfesi^r Endoberfläche. Sämtliche Figuren zeigen Ausschnitte einer Durdikontaktierungsstelle in perspektivischer Darstellung.

In Figur 1 ist ein Dünnsehichtkupfer-Laininat nach der mechanischen Bearbeitung, d.h. nach dem Zuschneiden und Bohren dargestellt. Das Dünnschichtkupfer-Laminat "besteht aus einem ca. 1,5 mm starken Epoxid-Basismaterial 1 mit "beidseitig aufkaschierten 5/um starken Dünnschichtkupferfolien 2 und 3 sowie 50/um starken, mechanisch abziehbaren Schutzfolien 4 und aus Kupfer. Während des Bohrens der Löcher 6 für die Durchkontaktierungen ist die Gratbildung auf die Schutzfolien $ ^ und 5 beschränkt, so daß ein Entgraten der Bohrungen entfallen kann.

Nach der mechanischen Bearbeitung wird gemäß Figur 2 auf die Wände der Löcher 6 durch stromlose und galvanische Kupferabscheidung eine insgesamt 5/um starke Kupferschicht 7 aufgebracht. Die Kupferabscheidung erfolgt auf der ganzen Oberfläche, so daß sich auf den Schutzfolien 4 und 5 entsprechend starke Kupferschichten 8 und 9 bilden, die jedoch anschließend zusammen mit den Schutzfolien 4 und 5 von Hand abgezogen werden.

Wie es in Figur 3 dargestellt ist, werden auf die Dünnschichtkupferfolien 2 und 3 nach dem mechanischen Abziehen der Schutzfolien 4 und 5 Galvanikabdeckungen 10 bzw. 11 aufgebracht. Das Aufbringen der ca. 30/um starken Galvanikabdeckungen 10 und 11, welche die Bereiche, des gewünschten Leiterbildes freilassen, erfolgt vorzugsweise im Wege eines photolithographischen Prozesses. Eine vorhergehende Aufbereitung und Reinigung der Oberflächen der Dünnschichtkupferfolien 2 und 3 ist nicht erforderlich, da die Schutzfolien 4 und 5 unmittelbar vor dem Aufbringen der Galvanikabdeckungen 10 und 11 abgezogen werden.

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Gemäß Figur 4 werden anschließend die dem gewünschten Leiterbild entsprechenden Bereiche der Dünnschichtkupferfolien 2
und 3 sowie die Kupferschichten 7 in den Löchern 6 durch selektive galvanische Kupferabseheidung um eine ca. 25 /um starke
Kupferschient verstärkt. Yon dieser Kupferschicht sind in dem gewählten Bildausschnitt einer Durchkontaktierungsstelle ein
oberes Lötauge 12, ein unteres Lötauge 13 und eine Lochverstärkungsschicht 14 zu erkennen.

In den Figuren 5 un/d 6 ist die Durchkontaktierungsstelle nach der Entfernung der Galvanikabdeckungen 10 und 11 "bzw. nach dem anschließenden Abätzen der nicht dem Leiterbild entsprechenden unverstärkten Bereiche der Dünnschichtkupferfolien 2 und 3 dargestellt. Da das Kupfer nur in einer Stärke von 5/um abzuätzen ist, kann auf die Verwendung eines Ätzresists verzichtet werden. Die Leiterbahnen und Lötaugenränder werden bei den kurzen Ätzzeiten nur geringfügig angegriffen, so daß sich lediglich
eine gleichmäßige Verrundung der Kanten einstellt. Bei der Verwendung von ITatriumchlorit als Ätzmittel beträgt die erforderliche Ätzzeit beispielsweise 10 bis 11 Sekunden.

Bei der Herstellung von Leiterplatten mit ätzfester Endoberfläche stimmen die Verfahrensschritte bis zu dem in Figur 3
dargestellten Aufbringen der Galvanikabdeckungen 10 und 11 mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel überein.

Gemäß Figur 7 werden anschließend die dem gewünschten¹ Leiterbild entsprechenden Bereiche der Dünnschichtkupferfolien 2 und 3 sowie die Kupferschichten 7 in den Löchern 6 durch selektive galvanische Kupferabscheidung um eine ca. 20 /um starke Kupferschicht verstärkt. Auf diese Kupferschicht, von der im gewählten Bildausschnitt ein oberer Lötaugenrand 15» ein unterer
Lötaugenrand 16 und eine Lochverstärkungsschicht 17 zu erkennen sind, wird sodann durch weitere selektive galvanische
Metallabscheidung eine ca. 10 /um starke ätzfeste Endoberfläche 13 aufgebracht.
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Nach der Entfernung der Galvanikabdeckungen 10 und 11 gemäß Figur 8 v/erden die freiliegenden Bereiche der Dünnschichtkupferfolien 2 und 3 abgeätzt, wie es in Figur 9 dargestellt ist. Me Endoberfläche 18 wird von dem gewählten Ätzmittel nicht angegriffen, so daß die Leiterbahnen und Lötaugenränder scharfe Kanten erhalten. Eine meßbare Unterätzung der ätzfesten Endoberfläche 18 ist nicht festzustellen. Besteht die ätzfeste Endoberfläche 18 aus Zinn, so kann als Ätzmittel beispielsweise Natriumchlorit verwendet werden.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen die Herstellung durchkontaktierter Leiterplatten. Die dargestellten Verfahrensschritte können jedoch auch in gleicher Weise für die Herstellung von Mehrlagenverdrahtungen aus einem fertig verpreßten Lagenpaket mit bereits fertiggestellten Innenlagen und äußeren, mit Schutzfolien bedeckten, Dünnschichtkupferfolien angewandt werden.

5 Patentansprüche
9 Figuren

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Claims

251S706 Patentansprüche

1.!Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten gedruckten Schaltungen, bei welchem von einem Dünnschichtkupfer-Laminat mit "beidseitig aufkaschierten Dünnschichtkupferfolien und mechanisch abziehbaren Schutzfolien ausgegangen wird, wobei die Löcher für die Durchkontaktierungen vor dem Abziehen der Schutzfolien gebohrt v/erden, dadurch g e k e η η — zeichnet , daß ein Dünnschichtkupfer-Laminat verwendet wird, dessen Schutzfolien gegen Vorbehandlungs- und i-ietallisierungsbäder zur stromlosen und galvanischen Verkupferung resistent sind, daß nach dem Bohren der Löcher die Lochwandungen stromlos und galvanisch verkupfert werden, sodann die Schutzfolien abgezogen v/erden, das gewünschte Leiterbild und die Lochwandungen durch selektive galvanische Kupferabscheidung unter Verwendung von Galvanikabdekkungen verstärkt werden und daß dann die nicht verstärkten Bereiche der Dünnschichtkupferfolien abgeätzt v/erden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß ein Dünnschichtkupfe- -Laminat mit Schutzfolien aus Kupfer verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i c hn e t , daß ein Dünnschichtkupfer-Laminat mit 5 /um starken Dünnschichtkupferfolien verwendet wird. -

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß bei der stromlosen und galvanischen Verkupferung der Lochwandungen vor dem Abziehen der Schutzfolien eine Kupferschicht aufgebaut wird, deren Stärke mindestens der Stärke der Dünnschichtkupferfolien entspricht.

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5. Verfahren nach *einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß nach der Verstärkung des Leiterbildes durch weitere selektive galvanische Metallabscheidung eine ätzresistente Endoberfläche hergestellt wird,

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