DE3412502A1

DE3412502A1 - Verfahren zur herstellung von leiterplatten

Info

Publication number: DE3412502A1
Application number: DE19843412502
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. 8031 Gilching Krieger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-04-03
Filing date: 1984-04-03
Publication date: 1985-10-10

Description

Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Zur Verbesserung der Lötbarkeit werden Leiterplatten häufig mit verzinnten Leiterbahnen hergestellt. Die Herstellung erfolgt dabei so, daß zunächst eine mechanische Bearbeitung der Leiterplatten vorgenommen wird, die auch das Bohren der Durchkontaktierungen und das Entgraten - beispielsweise durch Bürsten - der Bohrungen einschließt. Bei einem üblicherweise angewendeten Verfahren erfolgt nach den mechanischen Arbeitsgängen das Durchkontaktieren der Bohrungen, wobei zunächst chemisch eine Kupferschicht von etwa 1 Dicke und daran anschließend elektrolytisch eine Kupferschicht von etwa 10 pm Dicke abgeschieden wird, es kann auch in einem chemischen Arbeitsgang eine Kupferschicht von 5 jim Dicke abgeschieden werden. Nach dem Bürsten der abgeschiedenen Schichten erfolgt eine Maskierung, wobei mittels Siebdruck oder fotolithografischer Verfahren eine Maske auf der Leiterplatte abgeschieden wird, die die Leiterbahnen und die Durchkontaktierungen freiläßt. Die freiliegenden Leiterbahnen und die Durchkontaktierungen werden anschließend elektrolytisch um eine Kupferschicht von ca. 25-30 pm IA#lm Dicke verstärkt, auf die eine Zinn-Bleischicht von etwa 10-15#m Dicke aufgebracht wird. Nach dem Ablösen (strippen) des Lacks erfolgt das Abätzen der Kupferschichten mit einer Ätzflüssigkeit, die zwar Kupfer, aber nicht Lötzinn angreift. Durch Erhitzen muß abschließend ein Umschmelzen der Lötzinnschicht vorgenommen werden, da sonst abbrechende Zinnflitter die Funktion der Leiterplatte gefährden. Erforderlichenfalls kann auch ein Lötstcpplack aufgedruckt werden, bevor die Endmechanik und die Prüfung vorgenommen wird.
Bei einem als Zinnstripp-Verfahren bekannten Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten und von Mehrlagenleiterplatten mit beloteten Durchkontaktierungen schließt sich an die dem vorgenannten Verfahren entsprechende mechanische Behandlung mit Bohren und Ent graten ebenfalls ein chemisches oder chemisch-elektrolytisches Durchkontaktieran der Bohrungen mit Bürsten und anschließender Maskierung an.
Ebenfalls wird wie beim vorgenannten Verfahren das Kupfer der Leiterbahnen und der Durchkontaktierungen verstärkt. Abweichend vom ersten Verfahren wird nur eine vergleichsweise dünne (5/com) Zinnschicht galvanisch aufgebracht, danach der Lack abgelöst und das freiliegende Kupfer abgeätzt. Anschließend wird das Zinn abgelöst, das also lediglich als Ätzreserve bei der Kupferätzung diente. Die nach dem Zinnstrippen freiliegenden Kupferschichten werden mit einer schwarzen Kupferoxyidschicht als Haftvermittler versehen (ebonolisieren) und daraufhin die Oberflächenteile, die nicht verzinnt werden sollen, mit einem Lötstopplack bedruckt. Nach dem Ablösen der Kupferoxydschicht von den freiliegenden Stellen erfolgt ein Heißverzinnen der freiliegenden Kupferschicht, an das sich eine mechanische Endbehandlung sowie das Prüfen anschließen kann.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten und von Mehrlagenleiterplatten mit beloteten Durchkontaktierungen ist unter der Bezeichnung ~tenting-Verfahren" bekannt. Bei diesem Verfahren wird ebenso wie bei den vorstehend geschilderten Verfahren zunächst eine mechanische Vorbehandlung vorgenommen , die das Bohren und Entgraten der Durchbohrungen einschließt, ebenso wird ein Durchkontaktieren durch die Bohrungen durch chemisches und galvanisches Abscheiden von Kupfer mit anschließendem Bürsten vorgenommen. Bei dem anschließenden Maskierungsprozeß wird eine lichtempfindliche Folie verwendet, dabei die Leiterplatten abgedeckt und die Löcher überdeckt bzw. überzeltet. Dadurch sind beim anschließenden Kuwerätzen die Durchkontaktierungen geschützt. Nach dem Ätzen erfolgt das Ablösen der Fotofolie und das Erzeugen einer Kupferoxidschicht als Haftvermittler, auf die Lötstopplack aufgebracht wird. Falls sichergestellt ist, daß der Lötstopplack auch auf den Leiterbahnen gut haftet, kann auf die Kupferoxidschicht als Haftvermittler verzichtet werden, sonst läßt sich diese vor dem anschließenden Heißverzinnen an den von Lötstopplack freiliegenden Stellen beispielsweise mittels verdünnter Salzsäure entfernen. Nach dem Heißverzinnen der freiliegenden Kupferstellen erfolgt üblicherweise eine Endmechanik und die Prüfung der erzeugten Leiterplatte.
Bei den geschilderten Verfahren zur Leiterplattenherstellung ergibt sich eine ungleichmäßige Verzinnung, wobei sich besonders an den Kanten der Lötaugen sehr wenig Lot befindet. Ursache dafür ist die Oberflächenspannung des flüssigen Lotes, da bei dem geschilderten Verfahren entweder durch das Umschmelzen oder durch das Heißverzinnen das Lot in flüssiger Phase vorliegt.
Zusätzlich wird im Bereiche der dünnen Lotschichten eine Diffusionsschicht gebildet, die die Lötbarkeit weiter herabsetzt. Auf der anderen Seite ergibt sich durch die Oberflächenspannung des flüssigen Lotes eine Lotanhäufig im Inneren von Durchbohrungen, durch das die Einhaltung von Lochtoleranzen sehr erschwert wird.
Wegen der Gefahr abbrechender Lotteilchen kann beim eingangs geschilderten Verfahren wird das Lot durch Heißverzinnen aufgebracht, so daß dort die flüssige Phase nicht umgangen werden kann, außerdem wird durch die Verfahrensschritte Zinnstrippen;aufbringen und schließlich wieder entfernen; einer Kupf eroxids chichtl, auch Kupfer aus den Durchbohrungen entfernt und dadurch das Auftreten sogenannter Ausbläser beim späteren Löten begünstigt.
Beim dritten geschilderten Verfahren wird das Kupfer der Kaschierung der Leiterplatte und das für die Durchkontaktierung benötigte ganzflächig aufgebrachte Kupfer weggeätzt, so daß es sich um ein vergleichsweise unökonomisches Verfahren handelt. Außerdem ist dieses Verfahren wegen des Heißverzinnens und auch wegen des überzeltens der Durchkontaktierungen kritisch, da bei einem ungenügenden Uberzelten beim Ätzvorgang das Kupfer auch aus den Durchkontaktierungen entfernt wird.
Die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung besteht also darin, Leiterplatten herzustellen, deren Lötbarkeit auch nach längerer Lagerzeit über zwei Jahre gewährleistet ist und bei deren Herstellung problematische Verfahrensschritte wie Zinnstrippen, Lotumschmelzen, Heißverzinnen und das Aufbringen und Entfernen einer Kupferoxydschicht als Haftvermittler eliminiert werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren entsprechend dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. Beim erfindungsgemäßen Verfahren tritt in vorteilhafter Weise keine flüssige Lotphase auf, nach dem Abscheiden des Lotes erfolgen auch keine längeren Ätzprozesse, die die abgeschiedene Lotschicht beeinträchtigen könnten.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
In der Zeichnung sind in den Figuren 1 bis 6 einzelne Verfahrensschritte bei der Herstellung von Leiterplatten dargestellt, die Darstellung beschränkt sich dabei auf eine Leiterplattenseite.
Die ersten Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen dem Verfahren nach dem Stande der Technik, es wird also ebenfalls zunächst eine mechanische Vorbehandlung vorgenommen, in deren Verlauf auch die Löcher für die späteren Durchkontaktierungen gebohrt und diese entgratet werden.
Die Figur 1 zeigt eine derart behandelte Leiterplatte, die aus einer Isolierschichtplatte 1 und einer Kupferkaschierung 2 besteht und in die ein Loch für eine spätere Durchkontaktierung DK eingebracht ist.
Im Anschluß an die mechanischen Bearbeitungen der Leiterplatte verfolgt eine Maskierung der Kupferkaschierung mittels Siebdruck oder auf fotografischem Wege, wobei die späteren Leiterbahnen, die Lötaugen und die Meßpunkte abgedeckt werden.
In der Fig. 2 ist eine derartige Leiterplatte dargestellt, die auf der Kupferkaschierung 2 Lackflächen 3 enthält.
In der Fig. 3 ist die Leiterplatte nach dem Kupferätzen dargestellt, außerdem sind bereits die Lackreste 3 entfernt. Die Leiterplatte enthält nunmehr ein Leiterbild, jedoch kein Kupfer in der Durchkontaktierung.
In einem anschließenden Verfahrensschritt wird deshalb Kupfer auf chemischem Wege mit einer Dicke zwischen 1 und 4 pm ganzflächig auf der Leiterplatte und auch in den Bohrungen abgeschieden. Diese Schicht ist in der Fig. 4 mit 4 bezeichnet. Auf dieser Schicht wird an den Stellen, an denen sich Lötaugen, Meßpunkte oder Durchbohrungen befinden, eine zweite Maskierung 5 aufgebracht, die wie dib erste Maskierung mittels Siebdruck oder auf fotografischem Wege erzeugt wird. Die zweite Maskierung 5 dient nicht als Ätzreserve, sondern als Maske beim galvanischen Verstärken der freiliegenden Kupferschichten um etwa 30 #m Dicke. Auf diese Kupferschichten wird anschließend ebenfalls auf galvanischem Wege eine etwa 1O,#m dicke Zinn oder Zinn-Blei-Lotschicht 7 abgeschieden. In der Fig. 5 ist die Leiterplatte in diesem Verfahrensstadium dargestellt, die Kupferschicht 6 und die Lotschicht 7 werden dabei auch in der Durchkontaktierung aufgebaut. Anschließend wird der Lack entsprechend der zweiten Maskierung 5 abgelöst und die dünne Kupferschicht 4, die zur Kontaktierunge der Lötaugen und Meßpunkte für die galvanische Kupferabschaltung diente, entfernt. Es ergibt sich die Leiterplatte entsprechend der Fig. 6, auf die gegebenenfalls noch Lötstopplack aufgebracht werden kann und die der mechanischen Endbearbeitung der der Prüfung unterworfen wird. Die abgeschiedenen Lotschichten werden dabei keiner Wärmebehandlung unterworfen, da im Anschluß an die Abscheidung des Lotes nur eine vergleichsweise dünne Kupferschicht, nämlich die Schicht 4 mit einer Dicke zwischen 1 und 4 Mm abgeätzt wird, dem steht die Notwendigkeit gegenüber, beim erfindungsgemäßen Verfahren einen zweiten Maskierungsprozeß einzusetzen.
6 Patentansprückæ 6 Figuren

Claims

Patentans#rüche 1. Verfahren zur Herstellung von verzinnten Durchkontaktierungen enthaltende Leiterplatten, bei dem wenigstens einseitig kupferkaschierte Leiterplatten zunächst mechanisch bearbeitet, mit Bohrungen versehen und diese entgratet werden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verfahrensschritte, die sich aneinander anschließen und auf wenigstens einer Leiterplattenseite vorgenommen werden: auf einer mit einer Kupferkaschierung (2) bedeckten Seite der Isolierstoffplatte (1) wird in einem ersten Maskierungsprozeß mittels Siebdruck oder fotografischer Verfahren eine erste Maske (3) aufgebracht, die diejenigen Stellen der Kupferkaschierung (2) abdeckt, an denen Leiterbahnen, Lötaugen oder Meßpunkte entstehen sollen, die Leiterplatte wird einem Ätzprozeß unterworfen, durch den die Kupferkaschierung (2) an den nicht maskierten Stellen abgeätzt wird, die erste Maskierung (3) wird abgelöst (gestrippt), die Leiterplatte und die Bohrungen werden mit einer vergleichsweise dünnen Kupferschicht (4) auf chemischem Wege ganzflächig bedeckt, die Leiterplatte wird mit einer zweiten Maskierung (5) mittels Siebdruck oder auf fotografischem Wege bedeckt, wobei Lötaugen, Bohrungen und Meßpunkte freibleiben, die freiliegenden Teile der Leiterplatte werden mit einer vergleichsweise dicken Kupferschicht (6) insbesondere auf galvanischem Wege bedeckt, auf die vergleichsweise dicke Kupferschicht wird eine Zinn- oder Zinnbleischicht (7) mittlerer Dicke insbesondere auf galvanischem Wege aufgebracht, die zweite Maskierungsschicht (5) wird abgelöst, so daß die auf chemischem Wege ganzflächig aufgebrachte vergleichsweise dünne Kupferschicht (4) freiliegt und die vergleichsweise dünne Kupferschicht (4) wird abgeätzt.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die vergleichsweise dünne chemisch abgeschiedene Kupferschicht (4) eine Dicke im Bereiche von 1 bis 4 aufweist.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die vergleichsweise dicke galvanisch abgeschiedene Kuperschicht (6) eine Dicke von etwa 30 Mm aufweist.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lotschicht (7) eine Dicke im Bereiche von etwa 10 tm aufweist.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß abschließend ein Lötstopplack aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß auf dem freiliegenden Kupfer Zinn, Zinn Blei eine andere gut lötfähige Schicht aufgebracht wird.