DE2854385A1 - Gedruckte schaltung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Gedruckte schaltung und verfahren zu deren herstellung

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DE2854385A1 DE19782854385 DE2854385A DE2854385A1 DE 2854385 A1 DE2854385 A1 DE 2854385A1 DE 19782854385 DE19782854385 DE 19782854385 DE 2854385 A DE2854385 A DE 2854385A DE 2854385 A1 DE2854385 A1 DE 2854385A1
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Description

P r e h
Elektrofeinmechanische Werke
Jakob Preh Nachf. GmbH & Co.
Schweinfurter Straße $
8740 Bad Neustadt/Saale , den 12.12.1978
18/78 Pt.
Bsch/Gü
Gedruckte Schaltung und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung geht aus von einer gedruckten Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In der Praxis gibt es bereits eine Vielzahl von Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen. Weit verbreitet ist das sogenannte Subtraktiv-Verfahren, nach dem Leiterplatten einseitig als auch zweiseitig mit Durchkontaktierungslöchern hergestellt werden. Man geht hier von einer ein- oder doppelseitig kaschierten Leiterplatte aus, die mit einem Photo-Resistmaterial in einem vorgegebenen Muster beschichtet wurde. Freiliegende Metallflächen werden dann weggeätzt, wobei das gewünschte Leitungsmuster übrig bleibt. Die Lochwandungen werden mit Palladiumkeimen besetzt, auf denen anschließend durch eine chemische Verkupferung die leitende Verbindung von der Oberseite zu der Unterseite hergestellt wird. Diese dünne Kupferschicht muß auf galvanischem Wege mit sehr duktilen Kupferüberzügen verstärkt werden. Hierbei wird das Kupfer nicht nur an den Lochwandungen sondern auch auf den Leiterbahnen abgeschieden. Die Leiterbahnen müssen für den anschließenden Ätzvorgang mit einem Ätzresist abgedeckt werden. Bei der anschließenden Ätzung wird der Siebdrucklack entfernt und die freistehenden Kupferflächen mit Ätzlösungen abgeätzt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in dem großen Zeitaufwand aufgrund der zahlreichen Arbeits-
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vorgänge. Außerdem ist eine große Menge Kupfer in den Ätzlösungen enthalten, die entweder nicht mehr weiter verwendet oder die einer teueren Regenerierung unterworfen werden. Außerdem tritt das Problem der Unterätzung auf. Man hat deshalb schon bald versucht, neue Technologien in die Praxis e inzufuhr en.
Beim Additiv-Verfahren wird z.B. ein Kleber auf eine Leiterplatte aufgebracht, der zur Erzielung einer genügend großen Haftfestigkeit gegenüber der Kupferbeschichtung und der Leiterplatte einer chemischen Beizbehandlung unterzogen wird. Anschließend wird die Leiterplatte in üblicher Weise aktiviert und darauffolgend chemisch verkupfert. Danach wird in bekannter Weise ein Negativbild in Sieb- oder Photodruck hergestellt. Durch anschließend galvanische Verkupferung kann die gewünschte Leiterbahnstärke erreicht werden. Die folgenden Arbeitsschritte entsprechen denen des Subtraktiv-Verfahrens. Zur Erzielung einer noch besseren Haftfestigkeit ist es oftmals erforderlich, die mit dem Kleber beschichtete Leiterplatte entsprechend aufzurauhen.
Es gehört heute zur einschlägigen Technik, Metallmuster bzw. Leiterbahnen mittels des Verfahrens der stromlosen Metallabscheidung auf einem isolierenden Substrat aufzubringen. Hierzu muß die Substratoberfläche aktiviert werden. Ein generelles Verfahren zur Aktivierung besteht darin, das Substrat mit zwei Lösungen in Kontakt zu bringen. Zunächst wird das Substrat mit einer saueren wäßrigen Lösung eines Reduktionsmittels in Kontakt gebracht. Anschließend erfolgt eine Spülung mit Wasser. Daraufhin wird das Substrat mit einer zweiten Lösung eines aktivierenden Metallsalzes in verdünnter Salzsäure behandelt. Das an der Substratoberfläche absorbierte Reduktionsmittel reduziert die Ionen des aktivierenden Metalls auf der
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Substratoberfläche, wodurch aktive Zentren entstehen, an denen das chemisch abgeschiedene Metall haftet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die auf diese Weise aufgebrachten Metallüberzüge, z.B. KupferÜberzüge, nicht genügend fest an der Substratoberfläche haften. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei der zweistufigen Aktivierung das Substrat nach der Aktivierung vor Durchführung der weiteren Behänd lungs stuf en auf andere Träger übergeführt werden muß, um eine Verunreinigung der Aktivatorlösung durch Einschleppen und eine rasche Zerstörung des Metallabscheidungsbades zu vermeiden. Darüberhinaüs bereitet die Herstellung von Durchkontakt ierungslocherη Schwierigkeiten.
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte bekannt, auf der durch stromloses Metallisieren elektrischleitfähige Flächen und Leiterbahnen aufgebracht sind. Die Leiterplatte besteht aus einer Phenolharz- oder Epoxidharzpreßmasse, die neben Kupfer-I-oxid noch einen anorganischen Füllstoff enthält, welcher durch eine Behandlung mit Säuren oder Laugen angelöst werden kann. Als geeignete Füllstoffe können Metalloxide und/oder Siliziumdioxid in Frage kommen, die sowohl durch Naßfällung als auch auf pyrogenem Wege gewonnen werden. Weiterhin kommen synthetisch gewonnene Alkali- und/oder Erdalkali- und/oder Alumo-Silikate in Betracht. Die Füllstoffe werden der Pressmasse in Mengen von vorzugsweise 20 bis kO Gew.% zugesetzt. Nach dem Herstellen der Preßplatten wird die Oberfläche in einem konventionellen alkalischen Entfettungsbad entfettet und anschließend die Preßplatte mit warmer Natronlauge behandelt. Anschließend erfolgt eine Behandlung mit Schwefelsäure, um das Kupfer-I-oxid teilweise in Kupfer überzuführen. In einem chemischen Verkupferungsbad erfolgt eine dünne Verkupferung. Bei den so präparierten Platten wird an den gewünschten
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Stellen durch Abdeckung der übrigen Flächen mit einem Schutzlack die gewünschten Stellen galvanisch verstärkt. Anschließend wird der Schutzlack entfernt und die nicht verstärkte dünne Kupferschicht weggeätzt. Während die Mischung aus Phenolharzpressmasse und Kupfer-I-oxid eine geringe Haftfestigkeit aufweist, liegen die Werte für die Mischung aus einer Phenolharzpressmasse, Kupfer-I-oxid und dem Füllstoff, der z.B. naßgefällte Kieselsäure sein kann, höher. Nachteilig ist hierbei, daß dieses Verfahren nur für eine stromlose Metallisierung an der Oberfläche, nicht jedoch an Durchkontaktierungslöchern angewendet wird. Ferner erweist sich die Verwendung von duroplastischen Kunststoffen als allgemein nachteilig, da in dieser Veröffentlichung beschrieben ist, daß zwar Leiterbahnen auf der Leiterplattenoberfläche aufgebracht werden können, nicht jedoch Widerstandsschichten, die bei höheren Temperaturen ausgehärtet werden müssen. Außerdem ist die Verarbeitung der duroplastischen Kunststoffe im Preßverfahren relativ umständlich und daher kostenungünstig.
Es ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffkörpers bekannt, auf dem eine Metallschicht aufgebracht wird. Der Kunststoffkörper besteht aus einem Epoxiharz oder Polyesterharz, dem in nicht ausgehärtetem Zustand ein fein verteiltes Katalysatorsalz, bestehend aus den Salzen von Metallen der achten Gruppe oder der Gruppe IB des Periodischen Systems, beigemengt ist. Das Katalysatorsalz, das insbesondere an der Oberfläche des Kunststoffkörpers in höherer Konzentration angereichert ist als in den zwischenliegenden Schichten, wird während der Aushärtung des Kunststoffes aktiviert und zu Metall reduziert. Dem Kunststoff ist noch Füllstoff in Pulverform, bestehend aus Weinsäure, Zitronensäure oder Essigsäure etc., beigemengt. Die Oberfläche des Kunststoffkörperβ wird nach mindestens einer
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teilweisen Aushärtung mechanisch oder chemisch abgetragen, bis die Pulverkörner teilweise frei sind und durch ein Lösungsmittel herausgelöst sind. Die zu Metall reduzierten Metallsalzpulverkörner initiieren nachfolgend eine weitere chemische Metallreduktion während der autokatalytischen Metallabscheidung. Nachteilig ist hierbei, daß im Metallisierungsbad ein laufendes nichtkontrollierbares Herauslösen der Metallsalze erfolgt. Offensichtlich ist dieses Verfahren auch nur zur Metallisierung einer Oberfläche, nicht jedoch von Durchkontaktierungslöehern geeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gedruckte Schaltung nach der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu deren Herstellung zu finden, bei der die aus einem laicht zu verarbeitenden Trägermaterial bestehende Leiterplatte Leiterbahnen mit erhöhter Haftfestigkeit besitzt, wobei die Leiterplatte auch noch für die Aufbringung von Widerstandsschichten geeignet sein soll.
Diese Aufgabe wird durch eine Ausbildung entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Vorteilhaft ist, daß bei der Herstellung der Leiterplatte gleich die Durchkontaktierungslöcher mit hergestellt werden können. Somit entfallen die sonst erforderlichen zusätzlichen Arbeitsgänge zur Herstellung der Durchkontaktierungslöcher und zu deren Metallisierung. Dadurch, daß die Katalysatorteilchen in dem Trägermaterial homogen verteilt sind, werden'im Zuge der Metallisierung sämtliche freiliegenden aktivierten Flächen und insbesondere auch die Durchkontaktierungslöcher metallisiert. Weitere Vorteile gegenüber dem
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Stand der Technik bietet die Erfindung in der möglichen einfachen Nutzung der dritten Dimension, d.h. die Möglichkeit bei der Herstellung der Leiterplatte z.B. im Spritzgußverfahren neben der ebenen Platte gleich Erhebungen anzuspritzen, die als Montagehilfe für Bauelemente oder sonstige Befestigungsmittel dienen. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von hochtemperaturbeständigen Thermoplastkunststoffen liegt darin, daß deren Wasseraufnahme, was bei der Metallisierung in chemischen Bädern wichtig ist, sehr gering ist. Durch die feste Verankerung der Katalysatorteilchen im Trägermaterial übersteigt die Haftfestigkeit der erfindungsgemäß aufgebrachten Leiterbahnen die Haftfestigkeit, die sonst bei bekannten, stromlos aufgebrachten Metallschichten erreicht wird. Werte von 150 N/12 mm und mehr können erreicht werden.
Als Trägermaterial wird ein hochtemperaturbeständiger Thermoplastkunststoff verwendet, wie z.B. Polyphenylenoxid, PoIyphenylensulfid, Polyimid oder Polyäthersulfon. Diesem möglichst homogen beigemengt sind mit 20 bis 80, vorzugsweise kO bis 70 Gew.?i Katalysatorteilchen, die aus Kupfer, Eisen und/oder deren Verbindungen bestehen. Diese Katalysatorteilchen sind ganz oder teilweise von einem Stoff mit Haftvermittlereigenschaften umhüllt. Ein solcher Stoff kann ein Silikonharz, ein organofunktionelles Silan oder ein Silanester sein. Im Falle der Verwendung eines Silikonharzes, wird dieses mit 0,5 bis 10, vorzugsweise 0,5 his 2,0 Qew.% bezogen auf die Mischung Trägermaterial/Katalysatorteilchen der Mischung beigefügt.
Die Leiterplatte wird nun nach folgendem Verfahren hergestellt.
Zunächst werden in einem Lösungsmittel,· das z.B. Toluol sein kann, die Katalysatorteilchen dispergiert. Anschließend gibt man diese in dem Lösungsmittel dispergierten
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Katalysatorteilchen in einen Rotationsverdampfer. Hinzugegeben wird noch der Stoff mit Haftvermittlereigenschaften in der obenangegebenen Menge. Im Rotationsverdampfer wird das Lösungsmittel durch Erhitzen im Vakuum verdampft. Man erhält so die Katalysatorteilchen, die ganz oder teilweise von dem Stoff mit Haftvermittlereigenschaften umhüllt sind. Anschließend werden die Katalysatorteilchen dem Trägermaterial zur Erstellung eines Dryblends zugemischt. Um eine möglichst homogene Verteilung zu erhalten, erfolgt die Mischung in einem Extrusionsprozeß. Als Granulat wird die Mischung ausgestoßen. Das Granulat kann in einem Spritzgußverfahren, im Preßverfahren oder im Extrusionsverfahren zu einer Leiterplatte weiterverarbeitet werden. Hierbei werden gleichzeitig die Durchkontaktierungslöcher hergestellt. Außerdem können im Bedarfsfall gleich einstückig Erhebungen mit angespritzt werden. Diese können als Sockel, Seitenwänden, Schnapphaken, Montagehilfen für Bauelemente und dgl. dienen.
Die so erhaltene Leiterplatte kann nun zur Herstellung einer gedruckten Schaltung mit Durchkontaktierungslöcher verwendet werden. Im Prinzip bieten sich drei Verfahrensvorgänge an:
a) Das ganzflächige Metallisieren der Trägerplatte mit einer nachfolgenden Herausätzung der mit Ätzresist nicht abgedeckten Flächen, die in an sich bekannter Weise vorgenommen wird.
b) Selektive Metallisierung der durch Siebdruck mit einem Maskierungslack vorab nicht abgedeckten Trägerplattenflächen.
c) Selektive Metallisierung der durch Belichtung mit aktinischein Licht aus einer Photoresistmaske freigelegten Trägerplattenflächen.
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Das Verfahren nach c) bietet sich besonders dann an, wenn bei der Leiterplatte die dritte Dimension in Form der Erhebungen ausgenutzt wird, da die Leiterbahnen dann auch über diese Erhebungen hinweggeführt werden können.
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Claims (12)

285438 P r e h Elektrofeinmechanische Werke Jakob Preh Nachf. GmbH & Co. Schweinfurter Straße 5 87^0 Bad Neustadt/Saale , den 12.12.1978 18/78 Pt. Bsch/Qü Gedruckte Schaltung und Verfahren zu deren Herstellung /1. !Gedruckte Schaltung —1.1 mit einer Leiterplatte aus Kunststoff bestehend
1.1.1 aus einem Trägermaterial und
1.1.2 aus im Trägermaterial verteilten Teilchen von Katalysatoren zur Sensibilierung der Leiterplatte für die stromlose Metallabseheidung,
1.2 mit in der Leiterplatte vorhandenen Durchkontaktierungslöchern,
1.3 mit auf der Oberfläche der Leiterplatte und in den Lochwandungen durch stromlose Metallabscheidung gebildeten Flächen bzw. Leiterbahnen,
dadurch gekennzeichnet,
l,k daß das Trägermaterial aus einem hochtemperaturbeständigen Thermoplastkunststoff besteht und
1.5 daß dem Trägermaterial Katalysatorteilchen in gleichmäßiger Verteilung beigemengt sind, die ganz oder teilweise von einem Stoff mit Haftvermittlereigenschaften umhüllt sind.
2. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
2.1 daß der Thermoplastkunststoff Polyphenylenoxid, PoIyphenylensulfid, Polyimid oder Polyethersulfon ist.
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3. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
3.1 daß die Katalysatoren Kupfer, Eisen und/oder deren Verbindungen sind, die mit 20 bis 8o, vorzugsweise kO bis 70 6ew.9i, der Mischung beigemengt sind.
4. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
k.l daß der Stoff mit Haftvermittlereigenschaften ein Silikonharz ist, das mit o,5 bis 10, vorzugsweise 0,5 bis 2,0 Qev.%, bezogen auf die Mischung Trägermaterial/Katalysator der Mischung beigefügt ist.
5. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
5.1 daß der Stoff mit Haftvermittlereigenschaften ein organofunktionelles Silan oder ein Silanester ist.
6. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
6.1 daß den in einem Lösungsmittel dispergierten Katalysatorteilchen in einem Rotationsverdampfer der Stoff mit Haftvermittlereigenschaften zugesetzt wird, wobei das Lösungsmittel durch Erhitzen im Vakuum verdampft.
7. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, 7.1 daß das Lösungsmittel z.B. Toluol ist.
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8. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
8.1 daß aus dem Trägermaterial und den vom Stoff mit Haftvermittlereigenschaften umhüllten Katalysator teilchen in pulverförmiger Phase ein Dryblend her gestellt wird, das zu Granulat verarbeitet wird.
9· Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
9.1 daß das Dryblend in einem Extrusionsprozeß homogenisiert und granulatformig ausgestoßen wird.
10. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung nach Anspruch 9j
dadurch gekennzeichnet,
10.1 daß das in Granulat verwandelte Gesamtgemisch im Spritzgußverfahren, im Preßverfahren oder im Extrusionsverfahren zu einer Leiterplatte weiterver arbeitet wird.
11. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
11.1 daß gleüizeitig mit der Herstellung der Leiter platte die Durchkontaktierungslöcher hergestellt werden.
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12. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
12.1 daß die als ebene Platte hergestellte Leiterplatte einstückig angeformte Erhebungen in Form von Sockeln, Seitenwänden, Schnapphaken, Montagehilfen für Bauelemente und dgl. aufweist.
030025/0436
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