DE2635457A1 - Katalytischer lack zur herstellung von gedruckten schaltungen - Google Patents
Katalytischer lack zur herstellung von gedruckten schaltungenInfo
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Description
SCHERfNG AG
Gewerblicher Rechtsschutz
Berlin, den 2. August 1976
KATALYTISCHER LACK ZUR HERSTELLUNG VON GEDRÜCKTEN SCHALTUNGEN
Die Erfindung betrifft einen katalytischen Lack zur Herstellung
von gedruckten Schaltungen unter Verwendung von Basismaterialien und Metallabscheidungsverfahren.
In der Praxis wird eine Vielzahl von Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen durchgeführt. Weitverbreitet ist
das sogenannte Subtraktiv-Verfahren, nach dem Leiterplatten sowohl einseitig als auch zweiseitig mit durchkontaktierten
Lochverbindungen hergestellt v/erden.
Beim Subtraktiv-Verfahren geht man bekanntermaßen von ein- oder doppelseitig kaschiertem Trägermaterial aus, das einem
Negativ-Druckverfahren (Sieb- oder Photodruck) unterzogen wird. Bei der Technik des Durchkontaktierens werden in üblicher
Weise die Lochwandungen mit Palladiumkeimen besetzt, auf denen anschließend durch eine chemische Verkupferung die leitende
Verbindung von Ober- und Unterseite hergestellt wird. Die dünne, chemisch auf den Lochwandungen abgeschiedene Kupferschicht
muß darauf auf galvanischem Wege mit sehr duktilen Kupferüberzügen verstärkt werden. Naturgemäß wächst das galvanische
Kupfer nicht nur in den Lochwandungen, sondern auch
709886/0407
—2—
Vorstand: Dr. Herbert Asmis - Dr. Christian Bruhn · Hans-Jürgen Hamann Postanschrift: SCHERING AG - D-1 Berlin 65 · Postfach 65 0311
Dr. Heinz Hannse · Karl Otto Mittelstenscheid - Dr. Horst Witzel Postscheck-Konto: Berlin-West 1175-101. Bankleitzahl 10010010
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Handelsregister: AG CharSottenbury 93HRB283 u. AG Kamen HRBOOSI BerlinerHandels-Geselfechaft - ,Frankfurter Bank-, Berlin.
. Konto-Nr. 14-352. aanklsitzahl 10020200
SCHERiNG AG
auf den Leiterbahnen auf. Die Leiterbahnen müssen für den anschließenden
Ätzvorgang mit einem Ätzresist, zum Beispiel Zinn-Blei oder Zinn galvanisch abgedeckt werden.
Vor der anschließenden Ätzung der Platte werden nun der Siebdrucklack
entfernt und die freistehenden Kupferflächen mit entsprechenden Ätzlösungen abgeätzt. Durchschnittlich werden
- je nach Art des aufgetragenen Leiterbildes - 60 bis 70 %
des Kupfers abgeätzt.
Der Anfall solcher Ätzlösungen, die erhebliche Mengen Kupfer enthalten, ist in den Betrieben sehr groß und stellt in allen
Fällen ein kostspieliges Abwasser- und Umweltproblem dar.
Die Vielzahl der oben beschriebenen Arbeitsschritte, das relativ
teure kupferkaschierte Basismaterial sowie die in allen Fällen als störend empfundene Unterätzung der Leiterzüge haben
dazu geführt, vom kupferkaschierten Material abzugehen und eine
neue Technologie in die Praxis einzuführen.
Beim Additiv-Verfahren wird andererseits ein Kleber auf die
Platten aufgebracht, (DT-PS 1*l· 96 98^) der dann zur Erzielung
einer genügend großen Haftfestigkeit einer chemischen Beizbehandlung,
vorwiegend mit Ghromschwefelsäure, unterzogen wird
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(DT-A3 16 65 31*»·)- Anschließend wird eine solche Platte in
üblicher Weise aktiviert und darauffolgend bis zu h - 5 P-chemisch,
verkupfert unter Einschluß eventuell notwendiger Löcher. Danach wird in bekannter Weise entweder im Sieb- oder
Photodruck ein Negativbild der gewünschten Leiterplatte aufgebracht und durch anschließende galvanische Verkupferung die
gewünschte Leiterzugstärke von z. B. 30 u aufgebracht.
Die dann folgenden letzten Arbeitsschritte entsprechen denen des vorher beschriebenen Subtraktiv-Verfahrens.
Das Additiv-Verfahren ermöglicht die Herstellung wesentlich feinerer Leiterzüge, da der Ätzvorgang lediglich die k - 5 pstarke
chemisch aufgebrachte Kupferschicht abätzen muß, jedoch
ist auch hierbei eine Vielzahl von Arbeitsschritten erforderlich. Hinzu kommt, daß in jedem Falle eine vorher mit Kleber beschichtete
Platte benutzt werden muß, die zur Erzielung guter Haft-■ festigkeiten der nachfolgend aufzubringenden Schichten vorher
noch aufgerauht werden muß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Mittels, welches mit weniger Arbeitsschritten als sie bei den
bekannten Verfahren benötigt werden, die Herstellung von. gedruckten Schaltungen ermöglicht.
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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß, durch einen katalytischen
Lack gelöst, der gekennzeichnet: ist durch einen Gehalt an
a) einem Bindemittel.auf Basis von Kunst- oder Naturstoffen,
b) Wasser., . - .
c) einem Metallsalz, .---.-. · .
d) einem Komplexbildner und .
e) einem Heduktionsmittel. .
Der erfindungsgemäße katalytische Lack besteht im wesentlichen
aus einem Bindemittel, Wasser, einem Metallsalz, einem Komplexbildner
und einem Reduktionsmittel und kann zusätzlich noch ein organisches Lösμngsmittel oder Lösungsmittelgemisch, ein
Füll- oder Verdickungsmittel, einen Stabilisator und gegebenenfalls
ein Netzmittel enthalten. .
Als Bindemittel eignen sich insbesondere in Wasser lösliche
oder dispergierbare Mittel, insbesondere auf Basis von Kunst- und Naturstoffen, wie zum Beispiel Acryl-Verbindungen, Polyvinyl-Verbindungen,
Epoxyd-Verbindungen, Stärke und Stärkeverbindungen, Phenolharz-Verbindungen, Cellulose und ihre Derivate,
insbesondere Methyl- und .Carboxymethylcellulose, Guar, Gelatine, Zeine und Alginate.
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Als Metallsalze eignen sich vorwiegend wasserlösliche
Palladium-, Kupfer-, Silber-, Gold- oder Wickelsalze, und zwar insbesondere die Sulfate.
Als Komplexbildner sind solche von Bedeutung, die mit den Metallionen stabile Komplexe bilden, gleichzeitig jedoch beim
Trocknen des erfindungsgemäßen Lacks unter dem Einfluß des Reduktionsmittels unter Bildung von Metallkeimen zersetzt
werden. Hierzu gehören vorzugsweise Äthylendiamintetraessigsäure und deren Derivate sowie organische Säuren, zum Beispiel
Weinsäure und Zitronensäure.
Als Beduktionsmittel sind insbesondere geeignet Formaldehyd,
Hydrazin und dessen Derivate, Borverbindungen, Sorbitole, Phosphite, Hypophosphite und andere, welche der Bedingung genügen müssen, das im erfindungsgemäßen Lack enthaltene Metallsalz
erst beim Trocknungsvorgang zum Metall zu reduzieren.
Der erfindungsgemäße Lack kann gegebenenfalls noch organische
Lösungsmittel, wie zum Beispiel Methylenchlorid, Stabilisatoren, wie zum Beispiel Schwefel- oder selenhaltige Verbindungen,
Füllmittel mit thixotropen Eigenschaften, wie zum Beispiel kolloidale Kieselsäure, Bentonite, Kreide oder
Titandioxid, enthalten.
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Der erfindungsgemäße Lack ermöglicht mit vorteilhafterweise
weniger Verfahrensschritten als bei den bekannten Verfahren die Herstellung einer Leiterschicht, indem nach dem Auftragen
des Lackes, vorzugsweise mittels Siebdrucks, und dem Trocknen dieses Lackes die hierbei gebildete Metallkeimschicht
durch Einwirkung eines metallabscheidenden Bades verstärkt wird.
Ein besonderer technischer Fortschritt besteht hierbei darin, daß die sonst erforderliche Bekeimung mit Palladium sowie
die Beizbehandlung entfallen. Die Anwendung eines Haftvermittlers ist ebenfalls nicht mehr erforderlich.
Die Metallkeimschicht scheidet sich bei der Verwendung des Lackes überdies extrem fein und gleichmäßig verteilt ab, wodurch
sich außerordentlich geringe Schichtdicken von beispielsweise nur O,O67 Mm herstellen lassen, welche eine hervorragende
Haftfestigkeit aufweisen.
Für die Auftragung des Lackes auf die Basismaterialien kommen die üblichen Druckverfahren in Betracht, bei denen man
ein gewünschtes Leitermuster auf einen Untergrund im Positivdruckverfahren aufbringen kann. Vorzugsweise eignet sich hierfür
das Siebdruckverfahren. Als Basisplatten eignen sich solche
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auf Basis von Kunststoffen, wie z.B. Phenolharzpapier, Epoxidglas,
flexible Thermoplaste, und von Keramikmaterial.
Die Trocknung des aufgetragenen Lackes kann durch langzeitiges Trocknen bei Raumtemperatur (20 C) oder durch Erhitzen bis
auf etwa 1J-OO0 C erfolgen.
Hierzu eignen sich die üblichen Geräte, wie zum Beispiel Heißluftöfen und Strahllampen.
Für die Verstärkung der gebildeten Metallkeimschicht mit einer Schichtdicke von etwa 0,03 pm kann schließlich ein übliches
metallabscheidendes Eeduktionsbad verwendet werden, das den Aufbau von Schichtdicken bis zu 50 um erlaubt.
Die quantitative Grundzusammensetzung des erfindungsgemäßen Lacks ist etwa wie folgt:
a) Bindemittel 3 bis 20 g
b) Wasser 30 bis 90 g
c) Metallsalz 3 bis 20 g
d) Komplexbildner k bis 25 g
e) Reduktionsmittel 1 bis 10 g
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R3 EL IV 3i70ä
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ΛΛ
f) organisches Lösungsmittel 0 bis 10 g
g) Füllmittel 0 bis 5 g h) Stabilisator 0 bis 1 g i) Netzmittel 0 bis 1 g
Im folgenden wird die Herstellung und Anwendung des erfindungsgemäßen
Lackes an Hand von Beispielen näher beschrieben.
Zusammensetzung des Lackes:
Carboxymethylcellulose 3 g
Kolloidale Kieselsäure 0,5 S
Wasser 63 Λ g
Kupfersulfat 10 g
Äthylendiamintetraessigsäure 13 g
Formaldehyd (37 Gewichtsprozent) 10 g
Stabilisator (Rhodanin) 0,1 mg Mit NaOH-Lösung wird der pH-Wert auf 12,8 gebracht.
Der katalytisch^ Lack wird in eine Siebdruckmaschine gefüllt
und durch das in einem Sieb festgelegte Muster auf eine Kunststoffplatte gedruckt. Anschließend brennt man 7 Minuten
bei 200 C ein. Hierbei werden die Kupferionen zu Kupfer
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reduziert und gleichzeitig eine haftfeste Verbindung zwischen Lack und Kunststoffoberfläche hergestellt. Die so behandelte
Platte wird in ein chemisches Kupferbad eingetaucht und auf eine Kupferschichtdicke von 3O bis 50 um verstärkt. Schließlich
spült und trocknet aian die Platte. Sie kann jetzt mit Bauteilen bestückt werden.
Zusammensetzung des Lackes: | 2 | g |
Methylcellulose | 1 | S |
Guar | 0 | ,5 g |
Aerosil | 58 | -Λ s |
Wasser | 10 | g |
Kupfersulfat | 13 | S |
Äthylendiamintetraessigsäure | 10 | g |
Formaldehyd (37 Gewichtsprozent) | 0 | ,1 mg |
Stabilisator (Rhodanin) | 5 | ε |
Methylenchlorid | ||
Mit NaOH-Lösung wird der pH-Wert auf 12,8 gebracht.
Die Anwendung dieses Lacks erfolgt wie im Beispiel 1 beschrieben.
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W El IV 3S7U4
SCHERiNGAG
Beispiel
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Zusammensetzung des Lackes:
Stärke
Acrylat-Emulsion
Aerosil
Wasser
Kupfersulfat
Äthylendiaraintetraessigsäure
Formaldehyd
Stabilisator (Rhodanin)
5g 20 g
0,5 g Μ,3 g 10 g 13 g 10 g
0,1 mg
Benetzungsmittel (Lauryläthersulfat) 0,1 mg Der pH-Wert wird mit 30%-iger NaOH-Lösung auf 12,5 gebracht.
Die Anwendung dieses Lacks erfolgt wie im Beispiel 1 beschrieben.
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D Hi H Kl Ott Mittlthid D Ht Witl
Dr. Hainz Hannse · Karl Otto Mittelstenscheid - Dr. Horst Witzel
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Sitz der Gesellschaft: Berlin und Bsrgkamen Handelsregister: AG Charlottsnburg 93 HRB 283 „. AG Kamen HRB0061
R3 El IV 35705
Claims (1)
- SCHERING AGGewerblicher Rechtsschutz- yr-PATSM TANSPR U GHEI1J Katalytischer Lack zur Herstellung von gedruckten Schaltungen unter Verwendung von Basismaterialien und Metallabscheidungsverfahren gekennzeichnet durch einen Gehalt ana) einem Bindemittel auf Basis von Kunst- oder Naturstoffen,b) Wasser,c) einem Metallsalz,d) einem Komplexbildner unde) einem Reduktionsmittel.2. Katalytischer Lack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser als Bindemittel in Wasser lösliche oder dispergierbare Mittel, vorzugsweise Acrylverbindungen, Polyvinylverbindungen, Epoxydverbindungen, Stärke oder Stärkeverbindungen, Phenolharzverbindungen, Cellulose oder ihre Derivate, insbesondere Methyl- und Carboxymethylcellulose, Guar, Gelatine, Zeine oder Alginate, enthält.3· Katalytischer Lack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser als Metallsalz ein wasserlösliches Palladium-, Kupfer-, Silber-, Gold- oder Rickelsalz, vorzugsweise das Sulfat, enthält.709886/0407 ~12~Vorstand: Dr. Hsrbert Asrnis - Dr. Christian Bruhn · Hans-Jürgen Hamann Postanschrift: SCHEHlHG AG - D-1 Berlin 65 · Postfach 65 03 Or. Heinz Hannse - Karl Otio Mittelstenscheid - Dr. Horst Witrel Postscheck-Konto: Berlin-Weit 1175-101. Bankleitzahl ICO1G010Vorsitzender des Aufsichtsrats: Dr. Eduard v. SchwarUkoppen Berliner Commeribank AG. Berlin, Konto-Nr. 103 7KaCO. BanWeitzahl 1QO<00Sitz der Gesellschaft; Berlin und Bsrgkamen Berliner Disconio-Bank AG. Berlin. Konio-Nr.aWSCCa. BankieiUuhl 1C0.7C9.C0Handalsregister: AG Charloltenburg 93 HRB 233 u. AG Kamen HRB 0061 Berliner Handels-Gessüschait - Frankfurter Bank -. Berlin,Konto-Nr. 14-352. Bankloitzahl 1002020(1ORIGINAL INSPECTEDSCHERING AGGewerblicher Rechtsschutzh-, iCatalytischer Lack nach. Anspruch 1, da.ci.urch. gekennzeichnet, daß dieser als Komplexbildner eine Verbindung enthält., die mit Metallionen stabile Komplexe bildet, vorzugsweise Äthylendiamintetraessigsäure oder deren Derivate oder eine organische Säure, vorzugsweise Wein- oder Zitronensäure.5· Katalytischer Lack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser als Reduktionsmittel Formaldehyd, Hydrazin oder dessen Derivate, Borverbindungen, Sorbitole, Phosphite oder Hydrophosph.ite enthält.6. Katalytischer Lack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser gegebenenfalls ein organisches Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, vorzugsweise Methylenchlorid, enthält.7· Katalytischer Lack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser gegebenenfalls ein Füllmittel, vorzugsweise kolloidale Kieselsäure, Bentonite, Kreide, Bariumsulfat oder Titandioxyd, enthält.8. Katalytischer Lack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser gegebenenfalls einen Stabilisator, vorzugsweise eine schwefel- oder selenhaltige Verbindung, enthält.709886/0 4 07 -13-Vorstand: Dr.Hsrbsrt As.-nis · Hr. Christian Brunn - Hans-Jürgen Hamann Postanschrift: SCHERING AG - D-1 Berlin 65 - Postfach 65 0311Dr. Heinz Hannse - Karl Otto Mitielstenscheid · Dr. Horst Witze! Postscheck-Konto: Bariin-West 1175-101. Bankläitzahl 1G010010Vorsitzsnder des Aufsichisrats: Dr. Eduard v. Sctv.vartzkoppen Berliner Cominerzbanfc AG. Berlin, Konto-Nr. 1OB 7OCG CO. Bankleitzahl 100-1G0 OQSitz der Gesellschaft: Berün und Bergkamen Esrliner piscpnlo-Banlc AG. Berlin. Konlo-Nr. 241/5003. Banxleilzahl iÄ>7CaooHandelsregister: AG Charlottenburg 93 HHB 233 u. AG Kaman HRB COSI S 1"Y, H?,--~ „ eS.e, ■',. ti ^„ , „,er BaniC "■ Barlin·Konto-Nr. H-3G2, Bankle;tzahl 10020200R3 EL IV 3i7OSSCHERING AGGewerblicher Rechtsschutz-oar-9. Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen unter Verwendung ..eines katälytischen Lackes nach.Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieser auf die Basismaterialien, vorzugsweise mittels Siebdruck, aufgebracht und anschließend getrocknet wird, worauf die hierbei gebildete Metallkeimschicht durch Einwirkung eines metallabscheidenden Eeduktionsbades verstärkt wird.10. Verfahren nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung bei Temperaturen von 20 bis ."JfOO C durchgeführt wird.709886/040Vorstand: Dr. Hsrbsrt Asrnis · Dr,Christian Bruhn · Hans-Jürgen Hamann Postanschritt: SCHERING AG- D-1 Berlin 65 · Postlach £3 0311 Dr. Heinz Hannse -Karl Ot:o Mittelstenscheid · Dr. Horst Witiol Postscheck-Konto: Berlin-West 1175-101, Banklsitzahl 10010010Vorsitzender des Aufsiditsrats: Dr. Eduard v. Schwartzkoppsn Berliner Comrnerzbank AG, Berlin, Konlo-Nr. 103 7UCS00. BankleitzaM 1CD iOO00Sitz dar Gesellsch-iit: Berlin und Bärgkamin Berliner Disoonio-Qank AG. Berlin. Konlo-Nr. 2U/-X03. B3nk"3it2ahl 1C0 7CO00Handelsregister: AG Charlottenburg 33 HRB 233 ti. AG Kaman MRS00S1 5er1."10.', H*'!'}'-l?-£es?,'-V*xaJ; 17,Fi?,niiur!Br Bank -· Berlin·
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