DE2932536A1 - Verfahren zur herstellung von gedruckten schaltungen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von gedruckten schaltungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen unter Verwendung von kupferkaschiertem Basismaterial, das in üblicher Weise nach dem Bohren bzw. Stanzen gebürstet, entfettet, angeätzt, aktiviert und reduziert wird.
Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen sind bereits bekannt, doch sind diese mit gewissen Nachteilen behaftet.
Ein Nachteil der sogenannten Subtraktivtechnik besteht zum Beispiel darin, daß große Mengen der Kaschierung des Basismaterials nach dem Aufbau des Leiterbildes entfernt werden müssen. Gleichzeitig erfolgt die Unterätzung der Leiterzüge mit all den bekannten Schädigungen, die um so gravierender sind und prozentual um so rascher anwachsen, je schmaler die Leiterbahnbreiten bzw. -abstände sind. Diese Erscheinungen stehen daher einer weiteren Miniaturisierung im Rahmen der Subtraktivtechnik entgegen.
Ein Nachteil der sogenannten Additivtechnik besteht andererseits darin, daß haftvermittlerbeschichtetes Basismaterial verwendet werden muß. Der Haftvermittler ist nach dem chemischen Aufschluß und der Aktivierung die Grundlage für das selektiv aufgebrachte, chemisch abgeschiedene Kupfer und weist nach der Naßbehandlung gegenüber Epoxidharz deutlich schlechtere, elektrische Kenndaten auf, wodurch der Auslegung miniaturisierter Schaltungen ebenfalls enge Grenzen gezogen werden.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, daß zum Aufbau der Leiterzüge und der leitenden Verbindung zwischen diesen Leiterzügen und den Bohrlöchern erhebliche Mengen an Kupferbadlösung benötigt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Zurverfügungstellung eines Verfahrens, das unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren die Herstellung von gedruckten Schaltungen mit feinsten Leiterzügen auf engstem Raum mit optimalen elektrischen Kenndaten unter Verwendung geringster Mengen an Kupferbadlösung ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der oben bezeichneten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das derart vorbereitete Basismaterial mit einer
Ätzschutzschicht, vorzugsweise im Positivverfahren, zweckmäßigerweise unter Verwendung einer alkalilöslichen Siebdruckfarbe, bedruckt wird, welche die gewünschten Leiterzüge abdeckt, worauf zunächst die Kupferkaschierung abgeätzt und dann die Ätzschutzschicht mittels eines Lösungsmittels unter Freilegung der Leiterzüge entfernt wird, daß man anschließend entweder zunächst die Lackschicht aufbringt, welche die Bohrungen und Lötaugen freiläßt, die dann zur Herstellung einer leitenden Verbindung zwischen den Leiterzügen und Bohrungen durch Einwirken eines chemischen Kupferbades verkupfert und darauf gewünschtenfalls mit einer Blei-Zinn-Legierung versehen werden, oder daß man zunächst die gesamte Oberfläche durch Einwirken eines chemischen Kupferbades verkupfert, dann die Lackschicht unter Freilassung der Bohrungen und Lötaugen aufbringt und diese darauf gewünschtenfalls mit einer Blei-Zinn-Legierung versieht.
Bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens bestehen darin,
daß die Kupferkaschierung mittels einer sauren Ätzlösung, zweckmäßigerweise einer sauren Ammoniumpersulfat-Lösung oder einer alkalischen Ätzlösung, zweckmäßigerweise einer ammoniakalischen Lösung von Natriumchlorit, abgeätzt wird,
daß die Ätzschutzschicht mittels einer 3 bis 5%igen Natronlauge oder eines organischen Lösungsmittels, zweckmäßigerweise Methylenchlorid, entfernt wird,
daß als Lack ein Lötstoplack verwendet wird,
daß ein stabilisiertes chemisches Kupferbad verwendet wird,
daß ein chemisches Kupferbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Kupfersalz, einen Komplexbildner, Formaldehyd sowie ein Alkalicyanid und gegebenenfalls eine Selenverbindung als Stabilisatoren, verwendet wird und
daß die Blei-Zinn-Legierung in Form einer Schmelze durch Einwirkung von hocherhitzter Luft oder durch reduktive Abscheidung aus einem chemischen Zinnbad aufgebracht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in herausragender Weise die Herstellung qualitativ hochwertiger miniaturisierter Schaltungen, insbesondere im Positivdruck. Hierbei entstehen Feinleiterzüge in einer Güte, die sonst nur bei Anwendung des Fotodrucks erreichbar ist. Das Verfahren hat außerdem den großen Vorteil, ausgehend von kupferkaschiertem Basismaterial, die Herstellung von Feinstleiterbahnen in einer Breite von unter 100 µm mit den besten Isolations- und Oberflächenwiderstandswerten zu ermöglichen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die Einsparung von chemischer Kupferbadlösung, was von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung ist.
Von herausragender technischer Bedeutung ist außerdem, daß im Gegensatz zu der Additivtechnik auf kleberbeschichtetes bzw. kernkatalysiertes Basismaterial verzichtet werden kann, wodurch die hohen Anforderungen an die Kleberbeschichtung und
das oxydative Aufschließen der Kleberschicht mittels Chromschwefelsäure entfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt sich damit als besonders umweltfreundlich dar.
Als geeignetes Basismaterial ist beispielsweise Phenolharzhartpapier, Epoxidharzpapier und insbesondere glasfaserverstärktes Epoxidharz zu nennen.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt beispielsweise derart, indem nach dem Bohren bzw. Stanzen die Platten in üblicher Weise gebohrt bzw. gestanzt und gebürstet werden, worauf eine alkalische Entfettung angeschlossen wird. Anschließend ätzt man die Oberfläche etwas an, etwa 5 mµ, was durch Einwirkung von etwa 10%iger Natriumpersulfatlösung bei 28 - 32°C erfolgen kann. Nach dem Dekapieren z.B. mit 10%iger Schwefelsäure wird dann mittels eines Aktivators, vorzugsweise mit einer wäßrigen alkalischen Lösung eines Palladiumkomplexes, insbesondere von Palladiumsulfat mit 2-Aminopyridin, aktiviert, wobei speziell in den Bohrlochwandungen auf eine hohe Belegungsdichte zu achten ist, um eine Aktivierung auch nach der später folgenden Ätzung zu gewährleisten.
Darauf wird durch die Einwirkung eines Reduktionsmittels, z.B. Natriumdiäthylaminboran, reduziert und in üblicher Weise nachbehandelt.
Das gewünschte Schaltbild wird darauf erfindungsgemäß in Sieb- oder Fotodruck positiv aufgetragen, was mittels einer Ätzschutzschicht - zweckmäßigerweise einer alkalilöslichen Siebdruckfarbe - erfolgt, welche die Leiterzüge abdeckt, wonach zunächst die Kupferkaschierung abgeätzt wird, was durch Einwirkung entweder einer sauren Ätzlösung, z.B. einer sauren Ammoniumpersulfatlösung, oder einer alkalischen Ätzlösung, z.B. einer ammoniakalischen Natriumchloritlösung, erfolgen kann. Dabei ist auf eine anschließende optimale Spülung der Bohr- bzw. Stanzlöcher zu achten.
Nach der Entfernung der Ätzschutzschicht mittels eines Lösungsmittels, z.B. mittels einer 3 bis 5%igen Natronlauge oder eines organischen Lösungsmittels, wie Methylenchlorid, wird dann anschließend erfindungsgemäß entweder zunächst eine Lackschicht aufgebracht, welche die Bohrlöcher freiläßt, wozu sich insbesondere ein Lötstoplack eignet, der als Maskendruck aufgetragen wird. Darauf wird nach üblicher alkalischer Entfettung die chemische Metallabscheidung in den Bohrungen mit einer Schichtdicke von vorzugsweise 15 bis 25 mµ Kupfer durchgeführt, was vorteilhafterweise durch Verwendung eines stabilisierten chemischen Kupferbades erfolgt, das vorzugsweise als wesentliche Bestandteile ein Kupfersalz, einen Komplexbildner, Formaldehyd sowie ein Alkalicyanid und gegebenenfalls eine Selenverbindung als Stabilisatoren enthält.
Die abschließende partielle Auftragung einer Blei-Zinn-Legierung, zweckmäßigerweise im Heißluftverfahren durch Einwirkung von hocherhitzter Luft, garantiert ein rein eutektisches Lot, das sogar nach beschleunigter Alterung einwandfrei lötbar ist.
Nach einer erfindungsgemäßen Verfahrensalternative wird nach der Entfernung der Ätzschutzschicht die gesamte Oberfläche durch Einwirkung des oben beschriebenen chemischen Kupferbades verkupfert, dann der Lötstoplack unter Freilassung der Bohrungen aufgebracht und abschließend - sofern gewünscht - die genannte Heißluftverzinnung durchgeführt.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich in hervorragender Weise ein chemisches Kupferbad der oben beschriebenen Zusammensetzung. Als Alkalicyanid ist hierfür insbesondere Natriumcyanid in Konzentrationen von 15 bis 30 mg/Liter zu nennen.
Geeignete Selenverbindungen sind die organischen, anorganischen und organisch-anorganischen Mono- und Diselenide und hiervon insbesondere die Alkaliselenocyanate, wie Kaliumselenocyanat, die in Konzentrationen von vorzugsweise 0,1 bis 0,3 mg/Liter Badflüssigkeit verwendet werden.
Das folgende Beispiel dient zur Erläuterung der Erfindung.
BEISPIEL
Eine doppelseitig kupferkaschierte Basisplatte aus glasfaserverstärktem Epoxidharz wird in üblicher Weise gebohrt, mechanisch gereinigt (entgratet) und alkalisch bei etwa 80°C und einer Behandlungsdauer von etwa 7 Minuten entfettet. Anschließend wird die Platte durch Einwirkung einer 10%igen Natriumpersulfatlösung bei einer Temperatur von etwa 28 bis 32°C innerhalb von 3 Minuten leicht angeätzt (etwa 5 mµ). Dann wird mit Schwefelsäure mit einem Gehalt von 10 Gew.% bei Raumtemperatur dekapiert und darauf mit einer wäßrigen alkalischen Lösung von Palladiumsulfat in 2-Aminopyriden aktiviert, worauf als Reduktionsmittel Natriumdiäthylaminofuran zur Einwirkung gebracht wird, dann gespült und getrocknet.
Der Leiterbilddruck erfolgt dann im Positivverfahren durch Siebdruck mittels einer alkalilöslichen Siebdruckfarbe. Der Druck kann auch durch Fotoverfahren erfolgen, wobei vorteilhafterweise ein alkalilöslicher Flüssigresist angewendet werden kann. Anschließend wird das Kupfer abgeätzt, was durch Einwirkung einer sauren Ätzlösung, wie einer sauren Ammoniumpersulfatlösung, oder einer alkalischen Ätzlösung, wie einer ammoniakalischen Lösung von Natriumchlorid, erfolgen kann.
Die Entfernung der Siebdruckfarbe wird dann durch Behandlung mit einem Lösungsmittel, wie einer 3 bis 5%igen Natronlauge oder Methylenchlorid, durchgeführt, worauf intensiv nachgespült und getrocknet wird. Darauf wird eine Lötstopmaske aufgetragen und anschließend alkalisch entfettet. Die Verkupferung der Bohrungen wird anschließend mittels eines stabilisierten chemischen Kupferbades der folgenden Zusammensetzung durchgeführt:
10 g/l Kupfersulfat CuSO[tief]4 x 5 H[tief]2O
30 g/l Äthylendiamintetraessigsäure
20 g/l Natriumhydroxid NaOH
0,025 g/l Natriumcyanid NaCN
0,001 g/l Kaliumselenocyanat KSeCN
4 ml Formaldehyd 37%ig.
Die Kupferabscheidung erfolgt bei einer Temperatur von 65°C und einer Behandlungsdauer von 20 Stunden mit einer durchschnittlichen Abscheidungsgeschwindigkeit von 1,5 um/Stunde. Gewünschtenfalls wird dann abschließend eine selektive Heißluftverzinnung durchgeführt (sogenanntes HOT-AIR-LEVELLING-Verfahren).
Alternativ kann der Lötstoplack auch erst nach der Verkupferung aufgetragen werden, worauf abschließend - sofern ge-
wünscht - eine selektive Heißluftverzinnung durchgeführt wird.
Es entstehen Leiterzüge in einer Schichtdicke von etwa 30 um mit elektrischen Kenndaten von mindestens 1 x 10[hoch]12großes Omega.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen unter Verwendung von kupferkaschiertem Basismaterial, das in üblicher Weise nach dem Bohren bzw. Stanzen, gebürstet, entfettet, angeätzt, aktiviert und reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das derart vorbereitete Basismaterial mit einer Ätzschutzschicht, vorzugsweise im Positivverfahren, zweckmäßigerweise unter Verwendung einer alkalilöslichen Siebdruckfarbe, bedruckt wird, welche die gewünschten Leiterzüge abdeckt, worauf zunächst die Kupferkaschierung abgeätzt und dann die Ätzschutzschicht mittels eines Lösungsmittels unter Freilegung der Leiterzüge entfernt wird, daß man anschließend entweder zunächst die Lackschicht aufbringt, welche die Bohrungen und Lötaugen freiläßt, die dann zur Herstellung einer leitenden Verbindung zwischen den Leiterzügen und Bohrungen durch Einwirken eines chemischen Kupferbades verkupfert und darauf gewünschtenfalls mit einer Blei-Zinn-Legierung versehen werden, oder daß man zunächst die gesamte Oberfläche durch Einwirken eines chemischen Kupferbades verkupfert, dann die Lackschicht unter Freilassung der Bohrungen und Lötaugen aufbringt und diese darauf gewünschtenfalls mit einer Blei-Zinn-Legierung versieht.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferkaschierung mittels einer sauren Ätzlösung zweckmäßigerweise einer sauren Ammoniumpersulfatlösung oder einer alkalischen Ätzlösung, zweckmäßigerweise einer ammoniakalischen Lösung von Natriumchlorit, abgeätzt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzschutzschicht mittels einer 3 bis 5%igen Natronlauge oder eines organischen Lösungsmittels, zweckmäßigerweise Methylenchlorid, entfernt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lack ein Lötstoplack verwendet wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein stabilisiertes chemisches Kupferbad verwendet wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein chemisches Kupferbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Kupfersalz, einen Komplexbildner, Formaldehyd sowie ein Alkalicyanid und gegebenenfalls eine Selenverbindung als Stabilisatoren, verwendet wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blei-Zinn-Legierung in Form einer Schmelze durch Einwirkung von hocherhitzter Luft oder durch reduktive Abscheidung aus einem chemischen Zinnbad aufgebracht wird.
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