DE2812497C3

DE2812497C3 - Gedruckte Schaltung

Info

Publication number: DE2812497C3
Application number: DE2812497A
Authority: DE
Inventors: Erich Ing.(grad.) 8740 Bad Neustadt Gatzke
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 1978-03-22
Filing date: 1978-03-22
Publication date: 1982-03-11
Also published as: US4319217A; JPS54135363A; FR2420897B3; GB2026250B; FR2420897A1; JPS6350878B2; DE2812497A1; DE2812497B2; GB2026250A

Description

Die Erfindung geht von einer gedruckten Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 aus.

Die Herstellung von elektrischen Leiterbahnen in der Additivtechnik auf verschiedenen Substraten, wie z. B. aus Phenolharz- oder Epoxydharzschichtpreßstofien, 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

jo 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 (Acrylnitril-Butadien-Phenol).

So ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung bekannt DE-OS 16 40 635, bei der das Substrat mit einer Haftvermiitlerschicht 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 Haftvermittlerschicht wird mindestens teilweise oder auch vollständig ausgehärtet, wobei die Haftung an der Substratoberfläche sichergestellt wird. Vor dem Aufbringen der leitfähigen Metallschicht wird die Haftvermittlerschicht eine» chemischen Aufschließung unterworfen. Zuvor kann die Haftvermittlersc!;icht durch mechanische Aufrauhung behandelt werden. Hierbei werden die Teilchen des Zuschlagstoffes angeschliffen und beim darauffolgenden Aufschlie-Ben herausgelöst, ohne daß der Harzanteil angegriffen wird. Es entsteht so eine mit Löchern und Hinterschneidungen versehene Oberfläche. 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. Darüberhinaus sind eine genaue Badführung mit laufenden Kontrollen und häufige Baderneuerungen erforderlich.

Es ist ein weiteres Verfahren in Additivtechnik zur Herstellung einer gedruckten Schaltung bekannt

DE-AS 20 44 484, 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 140⁰C weist der Haftvermittler einen Oberflächenwiderstand von 10⁵ bis 10" MOhm auf. Vor der Verkupferung wird der Haftvermittler durch eine Mischung aus Schwefelsäure, Wasser und Chromsäure angeätzt Bei dieser Aktivierung wird die Butadien-Komponente oxydativ schneller angegriffen als die beiden anderen Komponenten. Dadurch entsteht an den Stellen, wo sich eine Butadienkette befindet, ein molekulares Loch, in dem anschließend das chemisch abgeschiedene Kupfer verankert werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gedruckte Schaltung der eingangs genannten Art zu finden, bei der die Widerstandsschichten in einem weiten Bereich des spezifischen Widerstandes variierbar sind und gleichzeitig als gute Haftvermittler für die lötbaren Leiteiijahnen dienen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Als organisches Bindemittel für die Widerstandsschichten können Mischungen aui caprolaktam-blokkierten Polyurethan mit Silikonharzen und/oder Acetalharzen und/oder Vinylchlorid-Vinylacetatcopolymerisaten und/oder gesättigte Polyester Verwendung finden. Ferner können die Bindemittel ein caprolaktam-blokkiertes Addukt civs Isoporondiisocyanates und einem hydroxylgruppenhaltigen Gxyester·- sein. Zur Verbesserung des Temperaturkoeffizienten kann eine Mischung aus Melaminformaldehyd-Alkydhar und/oder einem J5 Epoxyharz dem Bindemittel beigemengt werden. Beträgt das Cewichtsverhältnis etwa 1 :1, so wird ein TK-Wert +500 ppm/" C erreicht Wird die Zusammensetzung in Richtung zu einem größeren Anteil des Melaminformaldehyd-Alkydharzes und/oder des Epoxyharzesters verschoben, so können TK-Werte 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 leitfähigen feuerfesten Teilchen im Bindemittel. Diese Teilchen sind mit pyrolytischem Kohlenstoff umhüllt und bestehen aus Aluminiumphosphat, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Eisenkarbid, Zinnoxid, Bleioxid, Chrom-Ill-Oxid, Talkum, Ferrit und/oder Basalt Als leitfähige Teilchen können auch zusätzlich Ruß 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 M 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 das Füllstoffmaterial 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 G -uppen 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 Kupfurs, wie Kupfer-I-Oxid oder Kupfersulfat sind jedoch ganz besonders als Katalysatoren für die Kupfermetallisierung geeignet Vorzugsweise wird eine Bekeimung der Füllstoffmaterialien durchgeführt in dem die Füllstoffteilchen mit einer Kupfer-I-Chlorid-Lösung getränkt werden und das an der Füllstoffteilchenoberfläche absorbierte Kupfer-I-Chlorid durch z. B. NaOH-Einwirkung in das praktisch in Wasser unlösliche Kupfer-1-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 Ω · 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:

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, vernikkelt, verzinnt, versilbert oder vergoldet werden, so daß., da diese Schichten niederohmiger als die Widerstandsschicht sind, lötbare Leiterbahnen entstehen. So haben die Stellen bzw. Bereich 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 Widerslandswertcs können dem Bindemittel noch zusätzliche Teilchen der Größe < 15μηι bestehend aus Molybdän, Nickel, Blei, Silber, Gold und/oder deren Mischungen beigemengt werden.

Claims

Patentansprüche;

1. Gedruckte Schaltung mit in bestimmten flächenhaften Mustern auf ein nichtleitendes Substrat aufgebrachten, elektrisch leitenden und lötbaren Leiterbahnen, wobei die unter den Leiterbahnen liegende Schicht als Haftvermittler dient und aus einem organischen Bindemittel mit einem feinkörnigen Zuschlagstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß diese Haftvetmittlerschicht eine Widerstandsschicht ist, bei der der Zuschlagstoff aus den Widerstandswert bestimmenden feuerfesten und bis 1 bis 50Gew.-% mit pyrolytischem Kohlenstoff umhüllten Teilchen der Größe < 20μπι und aus für die chemische Metallabscheidung wirksamen Katalysatoren besteht.

Z Gedruckte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bindemittel zusätzlich Ruß oder Graphit vorhanden ist

3. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel eine Mischung aus caproiaktam-biockierten Poiyurethan mit Silikonharzen und/oder Acetalharzen und/oder Vinylchlorid-Vinylacetatcopolymerisaten und/oder gesättigten Polyester ist

4. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel ein caprolaktam-biockiertes Addukt des Isoporondiisocyanates und einem hydroxylgruppenhaltigen Oxyesters ist

5. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel eine Mischung aus caproiaktam-biockierten Polyurethan mit Silikonharzen und/oder Acetatharzen und/oder Vinylchlorid-Vinylacetatcopolymerisaten und/oder gesättigte Polyester und einer Mischung aus einem Melaminformaldehyd-Alkydharz und/ oder einem Epoxyharzester ist.

6. Gedruckte Schaltung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel ein caprolaktam-blockiertes Addukt des Isoporondiisocyanates und einem hydroxylgruppenhaltigen Oxyesters und einer Mischung aus einem Melaminformaldehyd-Alkydharz und/oder einem Epoxyharzester ist.

7. Gedruckte Schaltung nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit pyrolytischem Kohlenstoff umhüllten feuerfesten Teilchen aus Aluminiumphosphat. Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Eisenkarbid, Zinnoxid. Bleioxid, Chrom-Ill-Oxid, Talkum, Ferrit und/oder Basalt bestehen.

8. Gedruckte Schaltung nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoren Teilchen aus Metallen "der Metallverbindungen der Kupfer und/oder der Platingruppe sind.

9. Gedruckte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit pyrolytischem Kohlenstoff umhüllten feuerfesten Teilchen mit den Katalysatoren bekeimt sind.

.10. Gedruckte Schaltung nach einem der Ansprüche I bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen aus stromlos und/oder galvanisch arbeitenden Bädern verkupfert, vernickelt, verzinnt. versilbert oder vergoldet sind, wobei die Bereiche des Substrats, die als Widerstände vorgesehen sind, mit einem gegenüber der Metallisierung resistcn Lack maskiert sind.

i 1. Gedruckte Schaltung nach einem der Ansprüche I bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche des Substrats, die für die Leiterbahnen und die Widerstände vorgesehen sind, mit einer Metallisierung versehen sind, daß anschließend die Bereiche, die für die Leiterbahnen vorgesehen sind, mit einem ätzresistenten Lack maskiert werden und daß die Metallisierung in den Bereichen, die für die

ίο Widerstände vorgesehen sind, entfernt wird.

12. Gedruckte Schaltung 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

is Teilchen der Größe < 15μηι beigemengt sind.