DE2812497A1 - Verfahren zur herstellung einer gedruckten schaltung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer gedruckten schaltung

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Description

Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung mit in bestimmten flächenhaften Mustern auf ein nichtleitendes Substrat aufgebrachten, elektrisch leitenden und lötbaren Leiterbahnen und integrierten Widerstandsschichten.
Die Herstellung von elektrischen Leiterbahnen in der Additivtechnik auf verschiedenen Substraten, wie z.B. aus Phenolharzoder Epoxydharzschichtpreßstoffen, ist notorisch bekannt. Bei allen bereits bekannt gewordenen Verfahren des Additivaufbaus wird auch dann, wenn sich diese durch verschiedene Verfahrensschritte unterscheiden, ein Haftvermittler benötigt, der die Haftung zwischen dem Substrat und der additiv aufgebauten Metallschicht, meist Kupfer, sicherstellen soll. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Leiterbahnen wie üblich lötbar sein müssen» Der Haftvermittler selbst ist ein wärmehärtbarer Kleber, im allgemeinen auf der Basis eines Acrylnitril-Butadien-Copolymerisates, d.h. eines Nitrilkautschuks, der mit einem hitzereaktiven Phenolkörper gehärtet wird. Derartige Kunststoffe werden in Anlehnung an die bekannten ABS-Kunststoffe (Acrylnitril-Butadien-Styrol) auch als ABP-Kunststoff bezeichnet (Acyrilnitril-Butadien-Phenol).
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So ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung bekannt, bei der das Substrat mit einer Haftvermittlerschicht versehen wird. Diese besteht aus einer Mischung eines aushärtbaren Harzes, wie z.B. Epoxyd- oder Phenolharzes mit einem feinkörnigen Zuschlagstoff, wie z.B. Silikate oder Metalloxyde. Die Haf tverniittlerschicht wird mindestens teilweise oder auch vollständig ausgehärtet, wobei die Haftung an der Substratoberfläche sichergestellt wird. Vor dem Aufbringen der leitfähigen Metallschicht wird die Haftvermittlerschicht einer chemischen AufSchließung unterworfen. Zuvor kann die Haf tverniittlerschicht durch mechanische Aufrauhung behandelt werden. Hierbei werden die Teilchen des Zuschlagstoffes angeschliffen und beim darauffolgenden Aufschließen herausgelöst, ohne daß der Harzanteil angegriffen wird. Es entsteht so eine mit Löchern und Hinterschneidungen versehene Oberf leiche. Auf diese Oberfläche wird auf galvanischem Wege die leitfähige Metallschicht aufgebracht. Die chemische Aufschließung erfolgt mit Hilfe von Natronlauge, schwachen Säuren oder organischen Lösungsmitteln. Dieser Verfahrensschritt beinhaltet einen Verlust an für die AufSchließung benötigten Ätzmitteln, ganz abgesehen von den Abwasserproblemen. Dariiberhinaus sind eine genaue Badführung mit laufenden Kontrollen und häufige Baderneuerungen erforderlich.
Es ist ein weiteres Verfahren in Additivtechnik zur Herstellung einer gedruckten Schaltung bekannt, bei der sich zwischen Kupferschicht und Substrat ein Haftvermittler befindet. Dieses setzt sich aus Acrylnitril-Butadien und Phenolharz zusammen, die in Methylethylketon gelöst sind. Nach einer Trocknungszeit von 2,5 Stunden bei l40 C weist der Haftvermittler einen Oberflächenwiderstand von 10
bis 10 MOhm auf. Vor der Verkupferung wird der Haftver-
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mittlex* durch eine Mischung aus Schwefelsäure, Wassei· und Chromsäure angeätzt. Bei dieser Aktivierung wird die Butadien-Komponente oxydativ schneller angegriffen als die beiden anderen Komponenten. Dadurch entsteht an den Stellen, 1VÖ sich eine Butadienlcette befindet, ein molekulares Loch, indem anschließenddas chemisch abgeschiedene Kupfer verankert werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren in Additivtechnik zur Herstellung einer gedruckten Schaltung der eingangs genannten Art zu finden, bei dem cli e Wi der stands schicht en in einem weiten Bereich des spezifischen Widerstandes variierbar sind und gleichzeitig als gute^ Haftvermittler für die lötbaren Leiterbahnen dienen. -
ErfindungSgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die unter den Leiterbahnen liegenden und als Haftvermittler wirkenden Widerstandsschichten aus einem organischen Bindemittel bestehen, in dem den Widerstandswert bestimmende feuerfeste und bis 1 - 50 Gew.% mit pyrolytischem Kohlenstoff umhüllte Teilchen der Größe < 20 ^um und/oder Ruß oder Graphit und in dem für die chemische Metallabscheidürig wirksame Katalysatoren vorhanden sind.
Als organisches Bindemittel für die Widerstandsschichten können Mischungen aus caprolaktam-blockierten Polyurethan mit Silikonharzen und/oder Acetalharzen und/oder Vinylchlorid-Vinylacetatcopolymerisaten und/oder gesättigte Polyester: Verwendung finden. Ferner können die Bindemittel ein caprolaktam-blockiertes Addukt des Isoporondiisocyanates und einem hydroxylgruppenhaltigen Oxyesters sein. Zur Verbesserung des Temperaturkoeffizienten kann eine Mischung aus Melamimformaldehyd-Alkydharz und/oder einem Epoxyharz
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dem Bindemittο I beigemengt werden. Beträgt das Gewichtsverhältnis etwa 1:1, so wird ein TK-Wcrt + 500 pprr/°C erreicht. Wii'd die Zusammensetzung in Richtung zu einem größeren Antt-i 1 des MeI amimi "ormal dehyd-Alkydharzes und/ oder· des Epoxyharzestors verschoben, so können TK-Wertc bis zu - 500 ppm/ C erreicht werden.
Der Widerstandswert bzw·» der spezifische Widerstand der Widerstandsschicht richtet sich nach der Art und der Packungsdichte der elektrisch 1 eitfahigen feuerfesten Teilchen im Bindemittel. Diese Teilchen sind mit pyrolytischem Kohlenstoff umhüllt und bestehen aus Aluminiuinphosphat, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Eisenkarbid, Zinnoxid, Bleioxid, Chrom-IIl-Oxid, Talkum, Ferrit und/oder Basalt. Als leitfähige Teilchen können auch alternativ Rxiß oder Graphit dem Bindemittel beigemengt werden.
Außerdem sind im Bindemittel noch Katalysatoren vorhanden, die für die chemische Metallabscheidung der Leiterbahnen wirksam werden. Unter dem Ausdruck "katalytisch" soll ein Stoff oder ein Material verstanden werden, das die Metallabscheidung aus chemisch arbeitenden Bädern bewirkt. Derartige für die chemische Metallabscheidung wirksame Füllstoffe bilden an der Oberfläche und im Porensystem des Bindemittels katalytisch wirksame Zentren, an denen sich eine gut haftende Metallschicht aus einem chemisch oder galvanisch arbeitenden Metallisierungsbad aufbauen läßt. Als Katalysatoren werden Metalle oder Metallverbindungen der Kupfer und/oder der Platingruppe eingesetzt. Die Katalysatoren können getrennt von den mit pyrolytischem Kohlenstoff umhüllten feuerfesten Teilchen dem Bindemittel beigemengt werden. Andererseits können diese mit Kohlenstoff umhüllten Teilchen auch mit den Katalysatoren bekeimt werden. Hierbei kann man beispielsweise so vorgehen, daß
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das FUTlstoffmateriaJ als Schüttgut in eine Lösung getaucht wird, die Metalle der Kupfergruppe oder der Platingruppe enthält. Hierbei werden an den Füllstoffteilchen Keime von Metallen bzw. Metallverbindungen abgeschieden. Anstelle der Metalle der genannten Gruppen können auch andere Metalle zur Bekeimung des Füllstoffes dienen. Die Auswahl dieser Metalle wird jeweils in Abhängigkeit von der später zu verwendenden Metallabscheidungslösung getroffen. Die Metallverbindungen des Kupfers, wie Kupfer-I-Oxid oder Ktipfersulfat sind jedoch ganz besonders als Katalysatoren für die Kupfermetallisierung geeignet. Vorzugsweise wird eine Bekeimung der Füllstoffmaterialien durchgeführt, in dem die Fiil Istoff teilchen mit einer Kupf er-I-Chlorid-Lösung getränkt werden und das an der Füllstoffteilchenoberflache absorbierte Kupfer-I-Chlorid durch z.B. NaOH-Einwirkung in das praktisch in Wasser unlösliche Kupfer-I-Oxid umgewandelt wird.
Wie bereits erwähnt, richtet sich der Widerstandswert nach der Art und der Packungsdichte der elektrisch leitfähigen Teilchen im Bindemittel. Mit den vorstehend beschriebenen Teilchen können Widerstandsschichten hergestellt werden, deren spezifischer Widerstand zwischen 0,5 - 4000-Q-.cm variiert.
Die gedruckten Schaltungen werden derart hergestellt, daß zunächst die Widerstandsschichten in Additivtechnik in bestimmten flächenhaften Mustern auf das Substrat aufgebracht werden, vorzugsweise in Siebdrucktechnik. Hierbei werden die Bereiche, die für die Widerstände und für die Leiterbahnen vorgesehen sind, mit der Widerstandsschicht versehen. Für die anschließende Herstellung der Leiterbahnen bestehen zwei Möglichkeiten:
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Die erste Möglichkeit besteht darin, daß die Bereiche des Substrats, die mit der Widerstandsschicht bedeckt sind und nur für die Widerstände vorgesehen sind, mit einem gegenüber der Metallisierung resistenten Lack maskiert werden. Anschließend erfolgt die Aufbringung der Leiterbahnen aus stromlos und/oder galvanisch arbeitenden Bädern, wobei die nicht mit Lack überdeckten Widerstandsschichten verkupfert, vernickelt, verzinnt, versilbert oder vergoldet werden, so daß, da diese Schichten niederohmiger als die Widerstandsschicht sind, lötbare Leiterbahnen entstehen. So haben die Stellen bzw. Bereiche der gedruckten Schaltung, die eine additiv abgeschiedene Metallschicht aufweisen, die Funktion einer Leiterbahn, während die Bereiche, in denen die Metallabscheidung verhindert wird, Funktionen von Schichtwiderständen haben.
Die zweite Möglichkeit besteht darin, daß alle Bereiche des Substrats, die mit einer Widerstandsschicht versehen sind, auch mit der Schicht für die Leiterbahnen bedeckt werden. Anschließend werden die Bereiche, die für die Leiterbahnen vorgesehen sind,mit einem ätzresistenten Lack maskiert. Danach wird die Leiterbahnschicht dort weggeätzt, wo Widerstände ausgebildet werden sollen, so daß nur mehr die Widerstandsschicht übrig bleibt.
Zur Beeinflussung des spezifischen Widerstandswertes können dem Bindemittel noch zusätzliche Teilchen der Größe < 15 /im bestehend aus Molybdän, Nickel, Blei, Silber, Gold und/oder deren Mischungen beigemengt werden.
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Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung
    Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung mit in bestimmten flachenhaften Mustern aul' ι·1.η nicht Leitendes Substrat aufgebrachten, elektrisch leitenden und lötbaren Leiterbahnen und mit integrierten Widerstandsschichten,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die unter den Leiterbahnen liegenden und als Haftvermittler wirkenden Widerstandsschichten aus einem organischen Bindemittel bestehen, in dem den Widerstandswert bestimmende feuerfeste und bis 1-50 Gew."6 mit pyro lytischem Kohlenstoff umhüllte Teilchen der Größe < 20 /am uml/oder Ruß oder Graphit und in dem für die chemische Metal!abscheidung wirksame Katalysatoren vorhanden sind»
  2. 2. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das organische Bindemittel eine Mischung aus caprolaktam-blockierten Polyurethan mit Silikonharzen und/oder Acetalharzen und/oder Vinylchlorid-Vinylacetatcopolymerisaten und/oder gesättigten Polyester ist»
  3. 3. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, nach Anspruch I0
    daß das organische Bindemittel ein caprolaktam-blockiertes Addulct des Isoporondiisocyanates und einem hydroxylgruppenhaltigen Oxyesters ist.
    — 2 —
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  4. 4. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das organische Bindemittel eine Mischung aus caprolaktam-blockierten Polyurethan mit Silikonharzen und/oder Acetatharzen und/oder Vinylchlorid-Vinylacetatcopolynierisaten und/oder gesättigte Polyester und einer Mischung aus einem Melamimformaldehyd-Alkydharz und/oder einem Epoxyharzester ist.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das organische Bindemittel ein caprolaktam-blockiertes Addukt des Isoporondiisocyanates und einem hydroxylgruppenhaltigen Oxyesters und einer Mischung aus einem Melamimformaldehyd-Alkydharz und/oder einem Epoxyharzester ist.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet,
    daß die mit pyrolytischem Kohlenstoff umhüllten feuerfesten Teilchen aus Aluminiumphosphat, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Eisenkarbid, Zinnoxid, Bleioxid, Chrom-III-Oxid, Talkum, Ferrit und/oder Basalt bestehen.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Katalysatoren Teilchen aus Metallen oder Metallverbindungen der Kupfer und/oder der Platingruppe sind.
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    Λ;:; :-: -; - ; ϊ - -.3 - 2812487
  8. 8. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, nach einem der Ansprüche 1 bis 7s dadurch gekennzeichnet,
    daß die mit pyrolytischem Kohlenstoff umhüllten feuerfesten Teilchen mit den Katalysatoren bekeimt sind=
  9. 9· Verfahrenzur Herstellung einer gedruckten Schaltung, nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der· spezifische Widerstand. der Widerstandsschichten zwischen 0,5 - 40Ö-0 SL .cm variiert.
  10. 10. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, nach einem, der Ansprüche 1 bis 9S dadurch gekennzeichnet,
    daß die Leiterbahnen aus stromlos und/oder galvanisch arbeitenden Bädern verkupfert, vernickelt, verzinnt, versilbert öder vergoldet sind, wobei die Bereiche des Substrats, die als Widerstände vorgesehen sind, mit .einem gegenüber der Metallisierung resistenten Lack -.-■'__ maskiert sind.
  11. 11. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Bereiche des Substrats, die für die Leiterbahnen und die Widerstände vorgesehen sind, mit einer Metallisierung versehen werden, daß anschließend die Bereiche, die für die Leiterbahnen vorgesehen sind, mit einem ätzresistenten Lack maskiert sind und daß die. Metallisierung in den Bereichen, die für die Widerstände vorgesehen sind, entfernt wird.
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  12. 12. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltungj nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bindemittel Molybdän, Nickel, Blei, Silber, Goldteilchen und/oder deren Mischungen in der Form von Teilchen der Größe < 15 /im beigemengt werden.
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