DE3318487A1

DE3318487A1 - Entspannung von polymeren durch bestrahlung

Info

Publication number: DE3318487A1
Application number: DE3318487A
Authority: DE
Inventors: David C. 11510 Baldwin N.Y. Frisch; Wilhelm 11801 Hicksville N.Y. Weber
Original assignee: Kollmorgen Technologies Corp
Current assignee: Kollmorgen Technologies Corp
Priority date: 1982-05-21
Filing date: 1983-05-19
Publication date: 1983-11-24
Also published as: AT387184B; CH659428A5; ATA186183A; SE8302795D0; FR2527216B2; FR2527216A2; ZA823981B; JPS6412215B2; JPS58206635A; IT1172259B; IT8348340A0; NL8301814A; GB8313566D0; SE8302795L; GB2121058B; IL68639A0; GB2121058A; AU8577682A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, Gegen-τ stände aus einem extrudierten oder geformten Polymer mit einer Strahlung zu behandeln, um im Polymer auftretende Spannungen zu vermindern oder um das Polymer gegen durch Spannung auftretende Risse zu schützen. Im einzelnen beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren, um bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen ein polymeres Material sehr schnell zu entspannen oder vor dem Ausbilden von Spannungsrissen zu schützen.

Es ist bekannt, verschiedene Kunststoffe zu elektroplattieren, wie z.B. für Dekorationszwecke, indem sie mit starken ' Oxidationsmitteln, wie z.B. Chromsäure, chemisch vorbehandelt delt werden. Die hierfür geeigneten Kunststoffe umfassen Akryl_wnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Polyphenylen-Oxide (PPO), Polysulfone, Polyäthersulfone, Polycarbonate und Nylon. Einige dieser Kunststoffe widerstehen den üblichen Löttemperaturen von ca. 260⁰C nicht. So hat ABS z.B. bei Raumtemperatur nur.eine Bindungsstärke von 1 N mm und einen Erweichungspunkt, der bei 80 bis 100⁰C liegt. Eine gedruckte Schaltungsplatte aus -ABS ist folglich gegen die" zum Löten erforderliche Temperatur nicht beständig.

Die Verwendung von Thermoplasten als Basismaterial für ge- · druckte Schaltungen hat nur beschränkte Anwendung gefunden, da viele der preiswerteren Materialien den chemischen Belastungen der zur Herstellung gedruckter Schaltungen verwendeten Vorbehandlungs- und Plattierungsbäder nicht gewachsen sind. Häufig sind es auch nicht diese chemischen Prozesse selbst, sondern die Belastungen beim Anbringen der Bauteile, beim Löten und anschließendem Entfernen des überschüssigen .

Lötzinns durch Lösungsmittel sowie beim Reinigen mit Detergentien, die die Verwendung infrage kommender Materialien· ausschließen. Ein für gedruckte Schaltungen geeigneter Thermoplast sollte den bei deren Herstellung auftretenden chemischer Belastungen gewachsen,·mit vorhandenen Maschinen zu bearbeiten, zu löten und leicht zu reinigen sein, sowie ein brauchbaresDielektrikum darstellen. - ^;

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Viele extrudierte oder gegossene hochtemperaturbeständige thermoplastische Polymerfilme, -platten oder andere -gegen-stände müssen nach jedem mechanischen Behandlungsschritt entspannt werden. So können z.B. Bohrvorgänge, maschinelle ^: Bearbeitung und Kantenbeschneiden zur Folge haben, daß das Polymer Blasen bildet oder rissig wird.

Wegen der großen Bearbeitungsschwierigkeiten und des hohen j Preises hat auch die Verwendung von hochtemperaturbeständigen Thermoplasten wie z.B. mit Kupfer beschichteten PoIyätherimidplatten als Basismaterial für gedruckte Schaltungen keine weite Anwendung gefunden. ; Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Entspannen von extrudierten oder gegossenen Polymeren, wie z.B. von Gegenständen aus einem hochtempera- j turbeständigen thermoplastischem Material, das ein aroma- . ^: tisches Grundgerüst hat.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren anzubieten, um Gegenstände aus einem aromatischen Polyäther-Polymer zu entspannen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, bei dem das" Entspannen ohne Tempern des Polymers sowie ohne dessen Montage zwischen Stützplatten und ohne dessen physikalische Verformung möglich ist. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, nach dem Gegenstände entspannt werden, die eine auf ein Basismaterial laminierte oder geklebte Polymer-Oberfläche haben.

Weiters kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Basis- ; platte für gedruckte Schaltungen hergestellt werden, die aus einem Film, einer Folie oder einem Träger aus einem thermoplastischen Polymer von mindestens 75 μπι Dicke besteht. Weitere Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der Beschreibung hervor oder werden bei der praktischen Anwendung der vorliegenden 'Erfindung deutlich.

Die Formulierung "aromatische Polyätherpolymere." umfaßt im Rahmen dieser Erfindung thermoplastische Polymere, die durch

sich wiederholende Aromaten- und Äthereinheiten gekenn- . zeichnet sind, wie z.B. Polyätherimide und Polyätherätherketone.

Der Ausdruck "hochtemperaturbeständige thermoplastische Polymere" umfaßt Polymere mit aromatischem Grundgerüst, die sich bei der genannten Temperatur nicht verflüssigen. Das Polymer hat eine Hitzebeständigkeit von mindestens 170⁰C. Um das vorgenannte Ziel der Erfindung zu erreichen, wird zum Entspannnen eines ganz oder teilweise aus einem Polymer gefertigten Gegenstandes dieser einem Verfahren unterzogen, bei dem er mit elektromagnetischer Strahlung einer oder mehrerer Frequenzen im Mikrowellen-, Infrarot- oder Ultraviolett-Bereich behandelt wird, die von dem Gegenstand absorbiert werden kann. Durch diesen Vorgang werden die Spannungen abgebaut, wobei in dem zum Entspannen oder Stabilisieren des Polymers erforderlichen Zeitraum weder ein Erweichen noch ein Verflüssigen oder Verformen des Polymers eintritt.
Der Gegenstand kann aus einem hochtemperaturbeständigen thermoplastischen Polymer bestehen, das extrudiert oder gegossen sein kann und als Platte, Zuschnitt,Folie oder in irgendeiner anderen geometrischen Form vorliegen kann. Spannungsrisse im Material können vom Extrudieren, Gießen, Metallplattieren, von mechanischer Behandlung, vom Quellen oder Ätzen oder von einem der anderen chemischen, im folgenden beschriebenen Behandlungsschritte herrühren. Es hat sich herausgestellt, daß beim Entspannen von Polymeren durch Behandlung mit Infrarot-, UV- und/oder Mikrowellenstrahlen keine nennenswerte Wärmeentwicklung auftritt, die Wirkung der Behandlung also nicht auf einer solchen beruht. Da keine Wärmeentwicklung bei der erfindungsgemäßen .Entspannungsmethode auftritt, erfolgt weder ein Erweichen oder Verflüssigen noch eine physikalische Verformung des Polymers, weshalb das Verfahren ohne die Ver-Wendung von Stütz- und Haltevorrichtungen etc., wie sie in bekannten Verfahren angewendet werden müssen, durchgeführt werden kann.

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf verbesserte Herstellverfahren für Platinen, mit Metall beschichtete Isolierstoffplatten, gedruckte Schaltungen sowie auf gedruckte Schaltungen, die nach dem/den beschriebenen Verfahren hergestellt werden.

Das Polymer sollte eine Dicke von mindestens 75 \im und vorzugsweise höchstens 6.250 μπι haben.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein einfaches und preiswertes Verfahren zur Herstellung eines Isolierstoff-Basismaterials, das ein hochtemperaturbeständiges thermoplastisches Polymer, wie z.B. ein aromatisches Polyätherpolymer, beinhaltet und eine Oberfläche aufweist, die durch stromlose Metallabscheidung mit einer Schicht oder.einem Muster aus Metall versehen werden kann. Das Verfahren zum Herstellen der aus dem Polymer gefertigten Platine bzw. des Basismaterials schließt folgende Schritte ein:

(1) Behandeln des Polymerfilms, der -folie bzw. der -platte mit elektromagnetischer Strahlung in einem oder mehreren Frequenzbereich(en), die von dem genannten Material absorbiert werden kann und die geeignet ist, dieses zu entspannen, ohne daß eine wärmebedingte Erweichung oder Verflüssigung des Materials eintritt, und über einen ausreichend langen Zeitraum, um die zur Entspannung des Polymers erforderliche Energieaufnahme zu gewährleisten und es vor Rißbildung durch Spannungen zu schützen, wobei die elektromagnetische Strahlung aus dem Mikrowellen-, Infrarot- oder UV-Bereich ausgewählt wird;

(2) mechanische Behandlung des Polymerfilms, der -folie bzw. der -platte zum Herstellen von Löchern;

(3) Wiederholung der Bestrahlung nach dem vorgenannten und allen folgenden mechanischen Bearbeitungsschritten; (4) chemische Behandlung der Oberfläche des Polymerfilms, der -folie bzw. der -platte mit einem polaren Lösungsmittel, das geeignet ist, diese äußere Oberfläche anzuquellen;

(5) Behandeln der Okerflache des Polymerfilms, der -folie bzw. der -platte mit einer starken Oxidations-Lösung oder einem anderen Mittel oder mit Plasma bei einer Temperatur

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und über einen Zeitraum, die ausreichen, um die Oberfläche zur Verankerung von auf ihr stromlos und/oder galvanisch abzuscheidenden Metallschicht vorzubereiten. Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren zum Herstellen von Laminaten für gedruckte Schaltungsplatten. Dieses Verfahren schließt das Laminieren eines mit Strahlung behandelten Polymerfilms oder -platte gleichmäßiger Dicke von vorzugsweise mehr als 75 μη auf eine Platte aus verstärktem, wärmeaushärtbarem Material ein, wozu entweder eine Klebstoffschicht zwischen den beiden Schichten oder Druck und Temperatur oder beides zusammen angewendet werden kann; und weiters die Behandlung des Laminats, um auf mechanischem oder anderem Weg ein oder mehrere Löcher herzustellen, sowie die Behandlung des genannten Laminats mit elektromagnetischer Strahlung eines oder mehrerer Frequenzbereiche, s«--daß der Polymerfilm bzw. die -platte eine ausreichende Energiemenge zu ihrer Entspannung aufnehmen kann, um so gegen spannungsbedingte Rißbildung geschützt zu sein, ohne daß in der hierzu erforderlichen Zeit eine Verformung des Materials durch Erweichen oder Verflüssigen unter Einfluß von Wärme eintritt. Nach dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, Platten für gedruckte Mehrebenenschaltungen herzustellen, wobei diese Methode, ausgehend von einer Trägerplatte mit einem Schaltungsmuster auf mindestens einer Seite, die folgenden Schritte einschließt: (1) Laminieren eines hochtemperaturbeständigen thermoplastischen Polymerfilms oder -folie auf die metallbeschichtete Basismaterialoberfläche;

(2) Herstellen von einem oder mehreren Löchern im Laminat; (3) Behandlung des genannten Polymerfilms bzw. der -folie mit Infrarot oder UV-Strahlung in einem oder mehreren Frequenzbereichen, die von dem Polymer absorbiert werden kann bzw. können, um diesen zu entspannen, ohne daß dabei eine nennenswerte Erwärmung auftritt, die zur Verformung des Polymermaterials durch Erweichen oder Verflüssigen führen könnte; die Bestrahlung erfolgt über eine Zeitspanne, die

ausreicht, um den Polymerfilm bzw. die -folie gegen Rißbildung z.ij entspannen und/oder zu stabilisieren;

(4) Behandlung der Polymeroberfläche mit einem Lösungsmittel und einem Oxidationsmittel, um diese mikroporös und hydrophil zu machen;

(5) Wiederholung des genannten Bestrahlungsschrittes;

(6) Herstellen eines zweiten Schaltungsmusters durch Metallabscheidung auf der behandelten Oberfläche und in den Löchern.

In einer bevorzugten Ausführungsform sollte der thermoplastische Polymerfilm bzw. die -folie eine Stärke von mindestens 75 μπι aufweisen.

Das zweite Leiterzugmuster kann durch stromlose Abscheidung, auf die eine Elektroabscheidung folgen kann, aber nicht muß, oder nach einem anderen bekannten Verfahren hergestellt werden.

Aromatische Polyätherpolymere sind hochtemperaturbeständige thermoplastische Polymere, die ein aromatisches Grundgerüst haben und sich nach 5 Sekunden bei einer Temperatur von ca.

245°C nicht verflüssigen oder zersetzen.

Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verwendenden aromatischen Polyätherpolymere schließen Polyätherimide und Polyätherätherketone ein.
Es hat sich herausgestellt, daß Platten und Filme aus hoch-5 temperaturbeständigen Polymeren langwieriger Tempervorgänge bedürfen, um Spannungsrißbildung zu verhindern. So ist z.B. bekannt, das Polyätherimide nach dem Verkleben eine Temperzeit von 2 bis 4 Stunden bei 200⁰C erfordern. Des weiteren wurde festgestellt, daß Werkstoffe vom Typ der aromatischen Polyäther nach den mechanischen Fertigungsschritten und vor der stromlosen Metal!abscheidung getempert werden müssen, um Spannungsrißbildung durch das Lösungsmittel-bedingte Aufquellen und den Oxidationsvorgang zu vermeiden. Spannungen in den Polymerplatten treten auch beim Bohren nahe beieinander liegender Löcher auf, wie sie beispielsweise für moderne, hochintegrierte Schaltungen erforderlich sind, wo 7 bis 20 Löcher von 1 mm Durchmesser mit einem Abstand der LochZentren von 2,54 mm gebohrt werden.

PECT

Bei der Lösungsmittelbehandlung zum Quellen der Oberfläche tritt in der Polymerplatte Spannungskorrosion auf, die zu Sprüngen in der Platte oder zu deren Auseinanderbrechen führen kann. Zusätzliche Spannungen können dadurch verursacht werden, daß die Polymerkörper während des Quellens in Gestellen oder mit Klammern geaalten werden.Wird die vom Gießen oder von mechanischer Belastung herrührende Restspannung nicht vor dem Quellen beseitigt, beschleunigt die durch die Halterungen erzeugte zusätzliche Spannung die Spannungskorrosion.

Man hat festgestellt, daß die Spannungskorrosion bei dünnen Polyätherimidschichten von z.B. 0,4 mm wesentlich ausgeprägter ist als bei dickeren Schichten von z.B. 1,6 bis 3,2 mm. Dünne Schichten zerbrechen und zerreißen unter der Einwirkung der Spannungskorrosion wesentlich leichter als dickere. Eine andere Art der Spannungsrißbildung ist das Auftreten von feinen Oberflächenrissen, die sich erst nach dem Versehen der Oberfläche mit einer Metallschicht bemerkbar machen. Diese Risse zeigen sich erst in der Metallschicht und machen deren Verwendung als metallisch leitende Oberfläche unmöglich.

Wie bereits erwähnt, ist bei den Verfahren nach dem Stand der Technik ein zusätzlicher langwieriger Ausheizvorgang nach der maschinellen Bearbeitung des Werkstoffes und vor 5 dem für die anschließende Metallabscheidung notwendigen Ätzschritt erforderlich. Die Vorteile starrer, gegossener aromatischer Polyäther sind für die Anwender von großer Bedeutung, die strenge Anforderungen an die Hochfrequenzanwendung erfüllen müssen. In solchen Fällen ist der Werkstoff zwar ideal geeignet, erfordert jedoch die aufwendigen Ausheizvorgänge, um ihn verarbeiten zu können.

Nach der vorliegenden Erfindung erfolgt die Entspannung durch Bestrahlung und die Herstellung der Platinen und/oder Laminate in einem Verfahrensschritt. Man hat festgestellt, daß die erwähnten Polymerfilme, -folien, -laminate und -Schaltungsplatten stabilisiert werden können, wenn sie nur für Minuten oder noch kürzere Zeiträume elektromagne-

tischer Strahlung in einem oder mehreren geeigneten Frequenzbereichen ausgesetzt werden. Hierbei werden die nach dem Stand der Technik erforderlichen, bereits erwähnten, " mühsamen und zeitaufwendigen Ausheizvorgänge vermieden. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß extrudierte oder gegossene polymere Körper oder Werkstoffe, wie beispielsweise hochtemperaturbeständige Polymere, schnell entspannt oder gegen Spannungsrißbildung stabilisiert werden'können, ohne daß Verformungen oder Spannungseinschlüsse auftreten, was dadurch erreicht wird, daß das Polymer einer oder mehreren Mikrowellen-, UV- oder Infrarot-Frequenzen ausgesetzt wird, welche von diesem absorbiert werden und dessen Entspannung bewirken ohne eine nennenswerte Erweichung oder Verflüssigung des Polymers durch Erwärmung.

Das so behandelte Polymer ist entspannt und/oder stabilisiert, so daß es mit Löchern versehen und anschließend den verschiedenen Oxidations- und Quellmittel-Lösungen etc. ausgesetzt werden kann, ohne daß Spannungsrißbildung auftritt.

Neben dem sehr schnellen Entspannen und Stabilisieren des Polymers besteht ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß die Gefahr der Verformung der Werkstücke weitgehend ausgeschlossen ist. Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Werkstück aus aromatischem Polyätherpolymer Mikrowellenfrequenzen von mehr als 1.900 Megahertz, vorzugsweise solchen im Bereich von 10⁸ bis 10¹ Hertz, in einem Mikrowellenofen ausgesetzt,:um es zu entspannen. Anders als bei vorbekannten Verfahren verringert die Mikrowellenbehandlung Temperatur-bedingte Verformungen und macht die Verwendung von Metallplatten etc., wie sie beim Ausheizen zum Fixieren üblich und notwendig sind, überflüssig. Die Dauer der Mikrowellenbehandlung ist relativ kurz und liegt zwischen 1 und 60 Minuten, wobei 30 Minuten für eine Materialstärke von 1,6 mm typisch sind; sie ändert sich je nach Materialstärke. Nach der Mikrowellen'behandlung können die entspannten polymeren Werkstücke wei':er verarbeitet werden. Im Fall der Her-

Stellung von gedruckten Schaltungen"können die Löcher durch Bohren oder Stanzen hergestellt werden.

Eine Mikrowellenbehandlung nach der vorliegenden Erfindung kann auch an Stelle des in vorbekannten Verfahren verwendeten zweiten Temperns mit gleich guten Ergebnisseh angewendet werden. Das vorgefertigte Werkstück kann durch die Mikro wellenbestrahlung entspannt werden, wobei z.B, für eine 1,6 mm dicke Schicht eine Bestrahlungszeit von 30 Minuten erforderlich ist. Die erfindungsgemäße Behandlung macht dabei das Werkstück dimensionsstabil und widerstandsfähig gegen die nachfolgenden chemischen und zur Metallisierung erforderlichen Behandlungsschritte und verzichtete somit auf das vorbekannte langwierige Tempern. In einer ,anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Infrarotstrahlung, wie sie z.B. zum Aushärten von Masken bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen angewendet wird, zum Entspannen des polymeren Werkstoffes verwendet.
Zu diesem Zweck wird das Polymer einer Infrarotbehandlung in einem Infrarot-Durchlaufofen ausgesetzt. Wegen der kurzen Zeitdauer der erfindungsgemäßen Infrarotbestrahlung tritt, anders als bei den vorbekannten Ausheizverfahren, keine Verformung des Werkstückes auf und dieses muß nicht zwischen Metallplatten eingespannt werden. Bei Infrarot-Bestrahlung wird das Polymermaterial einer Bestrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 2,5 und 50 um, vorzugsweise zwischen 6 und 20 um, über einen Zeitraum von mindestens 35 Sekunden bei einem 1,6 mm dicken Polymermaterial ausgesetzt. Die Bestrahlungszeit richtet sich auch hier nach der Dicke des zu behandelnden Polymermaterials, wobei dickere Materialien längere Bestrahlungszeiten erfordern.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit UV bestrahlt.
Während die erfindungsgemäße Behandlung von hochtemperatur-5 beständigen thermoplastischen Polymeren im allgemeinen wahlweise Infrarot-, Ultraviolett- oder Mikrowellenstrahlung durchgeführt'werden kann, gibt es Ausnahmen hiervon.

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Gedruckte Schaltungsplatten werden z.B. nach dem sogenannten "Semi-Additiv"-Verfahren hergestellt. Die Isolierstoffplatte entsprechend der vorliegenden Erfindung wird zugeschnitten und mit Mikrowellen, Infrarot oder UV mit einer Wellenlänge bestrahlt, die von dem Polymer absorbiert werden kann. Dann werden in der Platte Löcher durch Bohren, Stanzen oder ähnliche Verfahren hergestellt. Alternativ können die Löcher auch bereits in der unbehandelten Platte vorhanden sein. Da eine solche vorgelochte Platte keinem mechanischen Lochungsvorgang unterzogen werden muß, muß sie folglich auch nicht vor einem solchen Verfahrensschritt entspannt werden. Nach dem Anbringen der Löcher wird-die Platte mit Mikrowellen-, Infrarot- oder UV-Strahlen geeigneter Frequenz bestrahlt, die von dem Polymer absorbiert werden kann.

Anschließend wird die Platte für die Metallisierung vorbehandelt, wie z.B. Tauchen in eine Dimethylformamid-Lösung für 3 bis 6 Minuten und anschließendem Ätzen bei 55 bis 6 5°C in einer starken Oxidationsmittel-Lösung für 3 Minuten. Durch diese Behandlungsschritte wird die vorher glänzende Oberfläche der .Platte matt und es bilden sich Stellen, die eine feste mechanische und/oder chemische Verankerung der anschließend abgeschiedenen Metallschicht gewährleisten.
Anschließend wird eine dünne Metallschicht stromlos auf der 5 Plattenoberfläche und auf den Lochwandungen abgeschieden und sodann auf die mit der Metallschicht versehene Platte das gewünschte Schaltungsmuster aufgedruckt, und zwar entweder nach dem Photoresist-Verfahren oder durch Aufbringen des Negativs des Schaltungsmusters im·Siebdruckverfahren. Das Schaltungsmuster wird dann galvanisch mit Kupfer oder Kupfer • und einem weiteren Metall bis zur gewünschten Schichtdicke verstärkt. Anschließend kann, wenn gewünscht, das Schaltungsmuster verzinnt werden..Dann wird der Abdecklack entfernt und die so freigelegte, dünne, stromlos abgeschiedene Metall-5 schicht durch Ätzen entfernt.

Nach der vorliegenden Erfindung kann das Basismaterial auch durchgehend katalytische Eigenschaften aufweisen, wenn närn-

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lieh z.B. bei der Herstellung des thermoplastischen Oberflächenfilms geeignete Materialien in diesen mit eingebaut werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die oben definierten Polymere als Basismaterial oder Laminat bezeichnet.

In einer Ausfuhrungsform der Erfindung können die mit einer thermoplastischen Oberflächenschicht entsprechend der Erfindung versehenen Trägermaterialien organische oder anorganische Werkstoffe wie z.B. Glas, Keramik, Porzellan, Harze, Papier, Stoffe etc. sein. Die für gedruckte Schaltungen verwendeten Trägermaterialien schließen wärmeaushärtbare Harze, thermoplastische Harze und Mischungen von diesen, sowie Glasfasermaterial, imprägniertes Papier etc. ein.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeich-, mangen, die. einige Ausführungsformen der Erfindung darstellen, näher erläutert.

In den Figuren 1 bis 3 sind Verfahren zum Herstellen von gedruckten Schaltungsplatten aus Isolierstoffmaterial entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung dargestellt. Fig. 1A zeigt das katalytische Basismaterial 10, bestehend aus einem aromatischen Polyätherpolymer wie z.B. Polyätherimid oder Polyätherätherketon. Das polymere Basismaterial ist für die stromlose Metallabscheidung sensibilisiert. Vor dem Bohren der Löcher-wird das Basismaterial 10 für 30 Minuten mit Mikrowellen mit einer Frequenz von mehr als 1.960 Megahertz bestrahlt.

In Fig. 1B ist das Basismaterial. 10 mit den Löchern 16 und 18 versehen.

30. Nach dem Herstellen der Löcher wird die Platte 10 wieder mit Mikrowellen bestrahlt, wie oben beschrieben, dann in ein Lösungsmittel getaucht und anschließend in einer Lösung aus 20 g/l CrO₃,' 500 mg/1 H₂SO₄ und 25 g/l NaF bei einer Tempe- ! ratur zwischen 45 und 65°C chemisch behandelt, um das katalytische Material freizulegen und die Oberfläche mikroporös und hydrophil zu machen (Fig. 1C).
Eine permanente Photoabdeckmaske 24 wird auf das Basismaterial

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10 aufgebracht und deckt diejenigen Bereiche ab, die nicht verkupfert werden sollen. (Fig. 1D).

Anschließend wird Kupfer nach allgemein bekannten Verfahren sowohl auf den Lochwandungen der Löcher 16 und 18 als auch auf den freiliegenden Teilen der Oberfläche stromlos abgeschieden, wodurch das Leiterzugmuster 22 entsteht.(Fig. 1E). In Fig. 1F ist eine Lötmaske 30 aufgebracht.

In den Figuren 2A bis 2E ist die Verwendung des Voll-Additiv-'Verfahrens zur Herstellung von gedruckten Schaltungsplatten dargestellt, wobei die Fig. 2A das aus einem Polyätherimid-Polymer bestehende Basismaterial 10 zeigt.

In Fig. 2B ist das Basismaterial 10 mit einem Loch 16 versehen. Bevor und nachdem das Loch 16 hergestellt wird, wird die Platte 10 mit Mikrowellen bestrahlt, je nach der Dicke des Materials und der verwendeten Frequenz für 1 bis 25 Minuten, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Dadurch wird das Basismaterial 10 entspannt,ohne daß nennenswerte Wärme entsteht, die zur Verformung des Polymers führen könnte. Das Basismaterial 10 und die Wandungen des Loches 16 werden, wie oben beschrieben,vorbehandelt und anschließend vollständig mit einem durch UV-Strahlung reduz,ierbaren Kupferkomplex 20 überzogen und getrocknet (Fig. 2C). Durch kurzen Projizieren oder Kontaktdruck wird mit UV-Licht ein Bild des Leiterzugmusters auf die so strahlungsempfindlieh gemachte Oberfläche gebracht. Anschließend werden die unbelichteten Bereiche der Schicht 20 abgewaschen und das Bild 22 wird durch kurzes Eintauchen in ein stromlos Kupfer abscheidendes Bad fixiert (Fig. 2D).
Das so gebildete Kupferleiterzugmuster einschließ-lich der Wandungen des Loches 16 wird durch stromlose Kupferabscheidung bis zur gewünschten Schichtdicke des Leiterzugmusters 28 verstärkt.

In den Figuren 3A bis 3F wird das Metall galvanisch abgeschieden, wobei in Fig. 3A wieder die aus Polyätherätherketon bestehende Basismaterialplatte .10 dargestellt ist. Sowohl vor als auch nach dem Herstellen der Löcher wird das Basismaterial 10 für 1 Minute oder kürzer mit Infrarot von

einer Wellenlänge zwischen 2,5 und 40 μΐη bestrahlt, um es ohne nennenswerte Wärmeentwicklung und folglich ohne Verformung oder Verflüssigung des Polymers zu entspannen. Die Dauer der Infrarotbestrahlung hängt von der Dicke des Basismaterials 10 ab. Das Basismaterial 10 wird dann für ca. 3 bis 6 Minuten in Dimethylformaid und für ca.. 3 Minuten bei 35 bis 70⁰C in einer starken Oxidationsmittel-Lösung oder einer stark oxidierenden Gasphase vorbehandelt. Dadurch wird die vorher glänzende Oberfläche des Basismaterials 10 matt und es bilden sich Stellen, die eine feste mechanische und/oder chemische Verankerung einer anschließend abgeschiedenen Metallschicht garantieren. Um das so vorbehandelte Basismaterial 10 für die stromlose Metallabscheidung zu sensibilisieren, wird es in eine Lösung, die das Reaktionsprodukt von SnCl- und PdCl₂ enthält, bei Raumtemperatur für 1 bis 3 Minuten getaucht. Während dieser Behandlung entstehen auf der gesamten Oberfläche einschließlich der (nicht dargestellten) Lochwandungen katalytisch aktive Keime 20 (Fig. 3B).

Nach einem bekannten Verfahren wird auf der gesamten Oberfläche einschließlich der (nicht dargestellten) Lochwandungen des Basismaterials 10 stromlos eine Metallschicht abgeschieden (Fig. 3C).
Nach dem Photoresist-Verfahren wird ein gewünschtes Leiterzugmuster auf die Metallschicht 22 gedruckt. Ein lichtempfindlicher Überzug 24 wird auf die gesamte Oberfläche des Basismaterials 10 aufgebracht und mit UV belichtet; es bildet sich eine Maske 26, die die dem herzustellenden Leiterzugmuster entsprechenden Bereiche frei läßt (Fig. 3D).

0 Das so hergestellte Leiterzugmuster wird galvanisch mit Kupfer 28 bis zum Erreichen der gewünschten Schichtdicke aufgebaut (Fig. 3E).

Die Schutzmaske wird sodann entfernt und die dann freiliegende dünne, stromlos abgeschiedene Kupferschicht abgeätzt (Fig. 3F).

A. k\£t

Die folgenden Beispiele zeigen einige Ausfürhungsformen der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 1

Eine extrudierte Polyätherätherketon-Folie von 1 mm Dicke wird wie folgt behandelt:

(1) - Es werden zwei Montagelöcher gebohrt, um die Folie während der Verarbeitung zu fixieren;

(2) - die Folie wird mit Mikrowellen von 2.450 Megahertz für 1 Minute im Mikrowellenofen bestrahlt;

(3) - die Folie wird für 3 bis 6 Minuten in ein Bad aus einer Dimethyl-Wasser-Mischung (spez. Dichte zwischen 0,955 und 0,965) getaucht;

(4) - die Folie wird in eine 1%ige wässrige

Lösung eines anionischen Benetzers getaucht, wie beispielsweise Nonylphenylpolyäthoxyphosphat, bei einer Temperatur von 35 bis 45⁰C für 5 bis 60 Sekunden;

(5) - die Folie wird in eine Lösung aus 100 ml/1 Phosphorsäure, 600 ml/1 Schwefelsäure und 0,05 % eines anionischen Perfluoroalkylsulfonats bei 55⁰C für 5 Minuten getaucht;

(6) - anschließend wird die Folie für 5 Minuten in einer Lösung aus 400 g/l CrO,, 250 ml/1 Schwefelsäure, 50 ml/1 Phosphorsäure und 0,5 g/l eines anionischem Perfluoroalkylsulfonats bei 7O⁰C behandelt und im Wasserbecken gespült;

(7) τ die Folie wird in eine Lösung aus 40 ml

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35%igem Wasserstoiff-Peroxyd und 10 ml 96%iger Schwefelsäure getaucht und in Wasser gespült;

(8) - die Folie wird mit einem alkalischen Reiniger behandelt und erneut in Wasser gespült;

(9) - die Folie wird nacheinander in eine Zinn(II) chlorid-Natriumchlorid-Lösung und eine Aktivatorlösung aus Zinn(II)chlorid und Palladium(II)chlorid getaucht, anschließend in Wasser gespült und in einer Beschleuniger-Lösung aus 5% Fluoroborsäure behandelt;

(10) - Kupfer wird bis zu.einer Schichtdicke von 2,5 μΐη stromlos abgeschieden;

(11) - die verkupferte Folie wird in Wasser gespült undbei125°C für 10 Minuten getrockent; So wird die in Fig. 3C dargestellte verkupferte extrudierte Folie hergestellt.

Auf der vorverkupferten Folie wurde galvanisch eine Kupferschicht bis zu einer Dicke von 3 5 μπι abgeschieden, deren Abzugsfestigkeit 2,6 N/mm betrug. Nach einem Lötbad-Aufschwimmtest bei 288⁰C für 20 Sekunden zeigte die Oberfläche weder Blasenbildung noch ein Ablösen der Kupferschicht.

Beispiel 2

Das Verfahren nach Beispiel 1 wird mit einer extrudierten Polyätherimid-Folie von 1,6 mm Dicke wiederholt. Die Abzugsfestigkeit betrug 1 N/mm und das Muster überstand einen Löt- bad-Aufschwimmtest bei 260⁰C für 10 Sekunden.

Beispiel 3

Aus Polyätherimid, das als Pigment 0,12 % Titandioxyd enthält, um die Platine undurchsichtig zu machen, werden Platten gegossen. Bei einigen Platten wurde dem Material 10 % Glasfaser-Füllstoff zugesetzt, während bei anderen Platinen neben dem Glasfaserfüllstoff noch zusätzlich ein Mineralfüllstoff zur Verstärkung des Basismaterials zugegeben wurde. Die gegossenen Basisplatten wurden entsprechend den im Beispiel 1 angegebenen Verfahrensschritten behandelt, wobei im Verfahrensschritt (6) die Einwirkungszeit auf 3 Minuten reduziert, wurde.

Entsprechend dem Verfahren nach P 25 30 415 wurde ein gedrucktes Schaltungsbild auf der Oberfläche angebracht, dessen Kupferleiterzüge eine Dicke von 3 5 um aufwiesen. Die Platten wurden 1 Stunde bei 160⁰C getrocknet. Die für die Abzugsfestigkeit gemessenen Werte sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Basismaterial- Abzugs-

Zusammensetzung festigkeit

Polyätherimid + 0,12% TiO₂ 1,75 N/mm Polyätherimid + 0,12% TiO₂

+ 10% Glasfaserfüllstoff 1,40 N/mm Polyätherimid + 0,12% TiO₂ + 10% Glasfaserfüllstoff

+ Mineralfüllstoff 1,20 N/mm

Beispiel 4

¹^ Auf einem extrudierten Polyätherimid wurde nach dem Semiadditiv-Verfahren eine gedruckte Schaltung hergestellt. Die Platte wurde zunächst auf die gewünschte Größe zugeschnitten, entsprechend der vorliegenden Erfindung entspannt und dann mit dem Lochmuster versehen. Danach wurde die Platte entsprechend den Verfahrensschritten (2) bis (11) aus Beispiel 1 behandelt. Nach dem Aufbringen einer dem Negativ des gewünschten Leiterzugmusters entsprechenden Galvanisiermaske nach einem der bekannten Druckverfahren wurde Kupfer bis zur gewünschten Dicke galvanisch abgeschieden auf den nicht abgedeckten Gebieten. Nach dem Entfernen der Maske wurde die freigelegte, dünne stromlos abgeschiedene Kupferschicht entfernt und so das gewünschte Leiterzugmuster einschließlich der Lochwandmetallisierung hergestellt. Die Abzugsfestigkeit der Kupferschicht betrug 1 N/mm.

Beispiel 5

Als Ausgangsmaterial diente ein beidseitig mit einer Kupferfolie von 35 um Dicke kaschiertes Epoxy-Glas-Laminat, auf dem zunächst in bekannter Weise nach der Druck- und Ätztechnik ein Leiterzugmuster hergestellt wurde.

Ein Polyätherimid-Kleber wurde durch Auflösen von Polyätherimid-Granulat in Methylenchlorid hergestellt und eine 75 um

dicke Polyätherimid-Folie mit diesem Kleber einseitig beschichtet und mit einem Rollen-Laminiergerät mit geheizten Silikon-GuKunirollen bei 75⁰C, einem Druck von 15 N/mm Plattenbreite und einer Durchlaufgeschwindigkeit von 20 mm/Min. auf die das Leiterzugmuster tragende Seite auflaminiert. Anschließend wurden die Löcher hergestellt, deren Wandungen in der fertigen Schaltplatte metallisiert sind, wobei sowohl vor dem Herstellen der Löcher als auch danach erfindungsgemäß das Laminat mit Infrarot mit einer Wellenlänge von 2,5 bis 40 um für 35 Sekunden in einem Infrarot-Reaktor bestrahlt wurde, um so die Polyätherimid-Folie zu entspannen. Anschließend wurde die Platte entsprechend Beispiel 1 behandelt und eine Mehrebenenschaltung hergestellt, wobei im Schritt (6) die Einwirkungszeit auf nur 2 Minuten reduziert wurde.

Leerseite

Claims

595-219 PATENTANWÄLTE MENKFL1PFENNIMG1FEI-Er HÄNZEL& MEINIG KURr'ÜRSTENDAMM 170 1000 BERLIN 15 . KOLLMORGEN TECHNOLOGIES CORPORATION Dallas, Texas, V.St.v.A. Entspannung von Polymeren durch Bestrahlung 15 Patentansprüche:

1. Verfahren nach DE 32 00 301.3-16 zum Entspannen

eines aus einem Polymer bestehenden Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Thermoplast ist und elektromagnetischer Strahlung aus dem Mikrowellen-, Infrarot- oder UV-Bereich derart aüsgesetzt wird, daß eine oder mehrere Frequenzen der Strahlung vom Thermoplast absorbiert wird bzw. werden und diesen gegen das Ausbilden von Spannungsrissen stabilisiert bzw. entspannt, ohne daß es zu einer wesentlichen Erwärmung und damit Erweichung des Thermoplasten kommt.

2. . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand durch Extrudieren oder im Gießverfahren aus einem Thermoplast mit aromatischem Grundgerüst hergestellt ist, dessen Verflüssigungs- bzw. Zer-5 Setzungstemperatur über 245⁰C liegt.

3. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß der Thermoplast aus aromatischen Polyäther-. polymeren ausgewählt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplast ein Polyätherimid oder ein Polyätherketon ist.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 zum Herstellen von Trägern für gedruckte Leiterzuganordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polymer-Film, eine Polymer-Tafel oder ein Polymer-Träger bestimmter Abmessungen, der aus einem Thermoplast mit aromatischem Gerüst besteht und sich bis zu einer Temperatur von 245⁰C weder verflüssigt noch zersetzt, einer elektromagnetischen Strahlung für einen Zeitraum ausgesetzt wird, der ausreicht, um den Thermoplast zu entspannen bzw. gegen das Auftreten von Spannungsrissen zu stabilisieren; daß anschließend der Thermoplast mit den gewünschten Lochungen versehen wird; daß hierauf die Behandlung mit elektromagnetischer Strahlung wiederholt wird; daß anschließend die Oberfläche des Thermoplast mit einem polaren Lösungsmittel und sodann mit einem starken Oxidationsmittel behandelt wird, um so die Oberfläche mikroporös und benetzbar und damit zur festen mechanischen und/oder chemischen Verankerung einer Metallschicht auf ihr geeignet zu machen.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 zum Herstellen eines Laminates für gedruckte Leiterplatten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Film oder eine Folie aus einem Polymer mit aromatischem Gerüst einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird; und daß der derart strahlungs- . behandelte Film bzw. die Folie auf einen Träger aufgebracht wird, so daß ein Laminat entsteht; und daß das Laminat mit einem gewünschten Lochmuster versehen wird; und daß anschließend der Film oder die Folie bzw. das Laminat wieder der StrahlungsbehandLung unterzogen wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Film bzw. die Folie eine Dicke von mindestens 75 μπι aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, ·

dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein gehärtetes j Kunstharz oder ein ein solches Kunstharz enthaltendes Laminat ist. .

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Folie bzw. der PiIm unter : Hitze- und Druckeinwirkung auflaminiert wird.

10. . Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, da-

durch gekennzeichnet, daß der Gegenstand bereits bei seiner Herstellung mit Lochungen und Durchbrüchen versehen wird.

11. ■ Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 zum Herstellen einer gedruckten Mehrebenen-Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein geeigneter Träger in bekannter Weise zumindest auf einer Seite mit einem Leiterzugmuster versehen wird; daß sodann dessen Oberfläche(n)' einschließlich des Leiterzugmusters durch Aufbringen eines Films bzw. einer Folie aus einem Thermoplast abgedeckt wird bzw. werden; daß dann ein Lochmuster hergestellt wird und anschließend das Laminat der elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird; daß danach die Oberfläche(n) mit einem Lösungsmittel und anschließend mit einem starken Oxidations« mittel oder in anderer bekannter Weise behandelt wird bzw. werden, um sie so für die feste Verankerung eines Metallbelages vorzubereiten; daß hierauf die Strahlungsbehandlung wiederholt wird; und daß anschließend die Oberfläche(n einschließlich der Lochwandungen mit einer Metallschicht versehen wird bzw. werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbelag die gesamte. Oberfläche

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bedeckt und anschließend in bekannter Weise in .ein Leiterzugmuster umgewandelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbelag in Form des gewünschten Leiterzugmusters aufgebracht wird.

14.. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Strahlung Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 2,5 und 40 um ist.

15. Verfahren nach einem .der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte vom Auflaminieren der Folie bis zum Herstellen des entsprechenden Leiterzugmusters entsprechend der gewünschten Anzahl von Ebenen wiederholt werden.