DE3525342A1 - Plattierungsverfahren fuer ein verdrahtungssubstrat mit durchgangsloechern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Plattierungsverfahren für ein Verdrahtungssubstrat, insbesondere auf ein solches mit sehr klei­ nen Durchgangslöchern, in denen gleichförmige Plattierungsschich­ ten geformt werden können.

Um den ständig steigenden Bedarf für die elektronische Industrie zu erfüllen, wurde das gedruckte Verdrahtungssubstrat neuerdings kompakt, mit großer Dichte bepackt bzw. belegt und höchst zuver­ lässig entsprechend einer elektronischen Ausrüstung großer Ge­ schwindigkeit, großer Leistungsfähigkeit und großer Zuverlässig­ keit. Im einzelnen wurden eine einseitig kupferplattierte Schicht­ platte, eine beidseitig kupferplattierte Schichtplatte, eine beid­ seitig kupferplattierte Schichtplatte mit Durchgangslöchern und ein technischer Übergang von derartig zweidimensionalen Verdrah­ tungen zu stereoskopen dreidimensionalen Verdrahtungen entwickelt, wie eine mehrschichtige gedruckte Verdrahtungsplatte. In diesem Fall ist die Durchgangsloch-Verbindung gewöhnlich für eine lei­ tende Verbindung zwischen den Schichten geeignet, und zwar nicht nur bei der beidseitig kupferplattierten Schichtplatte, sondern auch bei dem gedruckten mehrschichtigen Verdrahtungssubstrat.

Allgemein werden das elektrolose Plattieren (chemische Plattieren) und das Elektroplattieren zum Durchführen der Durchgangsloch-Plat­ tierung des oben genannten Verdrahtungssubstrats benutzt.

Beispielsweise das Kupferplattieren erläuternd wird das Verdrah­ tungssubstrat mit Durchgangslöchern in ein elektroloses Plattie­ rungsbad getaucht, das Kupfersulfat als Metallquelle und Formalin als Reduktionsmittel enthält, um hierdurch eine chemische Kupfer- Plattierungsschicht an der Innenfläche eines jeden Durchgangs­ lochs zu formen. Auch wird das Verdrahtungssubstrat in ein Elek­ troplattierungsbad getaucht, das eine Kupfersulfat-Lösung auf­ weist, und als Kathode dem Kupfer-Elektropattieren unterworfen, um hierdurch die Kupfer-Elektroplattierungsschicht auf der chemi­ schen Kupferplattierung zu formen und den Plattierungsvorgang zu beenden.

Herkömmlich wird bei dem genannten elektrolosen Plattieren und/ oder beim Elektroplattieren die Verdrahtungsplatte bloß in das Plattierungsbad oder dergleichen eingetaucht und seitlich ge­ schwenkt, wobei kein gleichmäßiger Flüssigkeitsstrom in die Durch­ gangslöcher entstehen kann. Insbesondere führt das seitliche Schwenken der Verdrahtungsplatte stattdessen oft dazu, daß die plattierte Schicht eine größere Dicke erhält, wodurch der Mangel entsteht, daß eine Veränderung der Dickenverteilung der Plattie­ rungsschicht an der Innenfläche eines jeden Durchgangslochs ent­ stehen kann, wodurch eine vollständig gleichförmige Elektroabla­ gerung behindert wird. Um diesen Mangel auszuschalten, wurde das Rühren für das Plattierungsbad unter Verwendung von Luftschäumen praktisch verwendet, wobei die Plattierungsflüssigkeit weniger in die Durchgangslöcher fließt und die Elektroplattierung auf Durch­ gangslöcher mit einem Durchmesser von etwa 0,6 mm oder mehr be­ schränkt ist. Somit kann nicht gesagt werden, daß das erwünschte Ziel erreicht wurde. Von dem Durchgangsloch-Substrat wurde bisher insbesondere eine Bepackung mit großer Dichte gefordert, und die Durchgangslöcher wurden im Durchmesser kleiner, so daß mit Zunah­ me der axialen Länge die Dickenverteilung der Plattierungsschicht, wie bei der mehrschichtig gedruckten Schaltungsplatte, stärker variiert, wodurch die herkömmliche Plattierungsmethode lediglich zu größeren technischen Schwierigkeiten führte.

Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, für ein Verdrahtungssubstratmit Durchgangslöchern eine Plattierungsmetho­ de zu finden, mit der eine gleichförmige Dickenverteilung der Plattierungsschicht an der Innenfläche eines jeden Durchgangs­ lochs erreicht werden kann.

Ein zweites Ziel der Erfindung besteht darin, für ein Verdrah­ tungssubstrat mit Durchgangslöchern eine Plattierungsmethode zu schaffen, mit der sich vom Gesichtspunkt der Plattierung her kom­ pakte und sehr dicht bepackte Durchgangsloch-Verdrahtungssubstra­ te erzielen lassen.

Zum Erreichen dieser Ziele zeichnet sich ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs aufgeführten Merkmale aus. Weitere Merkmale erge­ ben sich aus den Unteransprüchen.

Demnach sieht das erfindungsgemäße Plattierungsverfahren für das Verdrahtungssubstrat mit Durchgangslöchern eine Differenz im Flüs­ sigkeitsdruck des Plattierungsbades an beiden Seiten des Verdrah­ tungssubstrates vor, so daß die Metallplattierung in den Durch­ gangslöchern aufgebracht wird, während die Plattierungsflüssigkeit von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite des Plattierungs­ bades fließt.

Das erfindungsgemäße Plattierungsverfahren für das Verdrahtungs­ substrat mit Durchgangslöchern wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - in einer Übersicht den Vorgang eines Verfahrens zum Plattieren von Durchgangslöchern,

Fig. 2 - in einer baulichen Ansicht ein Plattierungsbad zum Durchführen des erfindungsgemäßen Plattierungsverfah­ rens und

Fig. 3 - in einer baulichen Ansicht ein modifiziertes Beispiel des Plattierungsbades zum Durchführen der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Beispiel eines Plattierungsverfahrens für ein Verdrahtungssubstrat mit Durchgangslöchern dargestellt. Fig. 1 (a) zeigt eine beiderseitig oberflächenbeschichtete Schichtplatte mit einem Substrat 1 aus Epoxidharz- oder Phenolharz-Material und einer Kupferfolie 2, die etwa 35 µ dick und an beiden Oberflächen des Substrats 1 befestigt ist. Fig. 1(b) zeigt ein Verfahren zum Abdecken des Verdrahtungsabschnitts mit einem durch Schirmdrucken von Epoxi-Farbe (epoxy series ink) produzierten Widerstandsfilm 4, wodurch durch Ätzen ein Verdrahtungsmuster gemäß Fig. 1(c) erzielt wird. Danach wird gemäß Fig. 1(d) ein Durchgangsloch 5 gebohrt, und auf die Oberfläche des Substrats wird bis auf das Durchgangsloch 5 mit dem Schirmdrucken (screen printing) eine lei­ tende Farbschicht 6 als leitender dünner Film aufgedruckt. Eine säurefeste und alkalifeste Farbschicht 7 wird auf die Farbschicht 6 aufgebracht, wodurch der gesamte Verdrahtungsabschnitt bis auf die Durchgangsloch-Bereiche gemäß Fig. 1(e) abgedeckt wird. In diesem Fall kann statt der Farbschichten 6 und 7 ein ultraviolett­ empfindlicher Film oder dergleichen benutzt werden, um hierdurch die Maskenschicht durch Fotoätzen zu bilden. Außerdem wird eine wasserfeste Farbe ausgewählt, die bei einem erforderlichen Spülen nicht ausfließt und als eine Mischung von beispielsweise modifi­ ziertem Phenolharz, Epoxidharz, Kohlenstoffpulver, Harz der Fich­ tenharz- bzw. Kiefernharz- bzw. Kolophonium-Reihe (rosin series resin), Verdünner oder Alkohol-Reihen-Harz und Pigment benutzt werden kann. Das Material der auf die leitende Schicht 6 aufge­ brachten säurefesten oder alkalifesten Schicht 7 wird in Abhän­ gigkeit von dem pH-Wert der Plattierungsflüssigkeit gewählt.

Nach der Farbabdeckung beginnt der elektrolose (electroless) Plat­ tierungsprozeß (Prozeß 5) für die Durchgangslöcher 5, wobei eine zu benutzende Flüssigkeit Kupfersulfat als metallisches Salz und Formalin als ein Reduktionsmittel enthält und durch einen chemi­ schen Plattierungsmechanismus einen dünnen Kupferfilm 8 mit etwa einigen µ als Substrat-Metall ablagert. Bei diesem Verfahren wird zusätzlich natürlich die Vorbehandlung der Oberflächenaktivierung durch Verwendung einer Palladium-Lösung durchgeführt. Danach wird die bei dem Prozeß (e) aufgedruckte leitende Farbschicht 6 als die Kathode einem Elektroplattierungsvorgang (g) überführt. Da die leitende Farbschicht 6 bei dem Prozeß (g) alle Oberflächen des Substrats 3 bis auf die Durchgangslöcher 5 abdeckt, ist der dünne Kupferfilm 8 an den Innenflächen aller Durchgangslöcher 5 leitend zu der leitenden Farbschicht 6. Demnach wird das Elektroplattieren während einer passenden Zeit angewendet, um eine plattierte Kup­ ferschicht 9 vorbestimmter Dicke (etwa 35 µ) an dem Bereich zu bilden, mit Ausnahme der Substrat-Oberfläche, die mit der säure­ festen oder alkalifesten Farbschicht 7 bedeckt ist, mit anderen Worten nur auf dem durch das elektrolose Plattieren gebildeten dünnen Kupferfilm 8. Nachdem diese leitenden Durchgangslöcher fer­ tiggestellt sind, werden die leitende Farbschicht 6 und die bei dem Prozeß (e) aufgebrachte säurefeste oder alkalifeste Schicht 7 durch ein passendes Lösungsmittel entfernt, so daß ein Verdrah­ tungssubstrat 10 erzielt wird, das das vorbestimmte Verdrahtungs­ muster und fertiggestellte Durchgangslöcher aufweist, wie es in einer Verfahrensstufe (h) dargestellt ist.

Die Fig. 2 und 3 sind bauliche Ansichten eines Plattierungsba­ des, das in dem elektrolosen Plattierungsprozeß (5) und dem Elek­ troplattierungsprozeß (g) des Hauptteils der Erfindung benutzt wird.

In Fig. 2 ist 11 ein Elektroden-Behälter, in dem Kupferpol-Plat­ ten 12 a und 12 b als die Anode und eine substratabstützende Iso­ lierplatte 14 angeordnet sind, um zwei seitliche Plattierungsbä­ der 13 a und 13 b voneinander zu trennen, die entsprechende Plat­ tierungsflüssigkeiten enthalten. Eine rechtwinklige Öffnung 15 ist am Zentrum der substratabstützenden Isolierplatte 14 vorgese­ hen, und ein Verdrahtungssubstrat 16 ist von Greifern bzw. Klem­ men 17 in der Öffnung 15 vertikal gehalten. Fig. 2 zeigt das Kupfer-Elektroplattieren, wobei das Substrat 16 mit einem Minus­ anschluß an einer Versorgungsquelle 18 elektrisch leitend verbun­ den ist, und zwar über einen Leitungsdraht (nicht dargestellt) in dem Greifer 17 sowie der Isolierplatte 14. Die Kupferpol-Platten 12 a und 12 b sind mit einer Anode der Versorgungsquelle 18 verbun­ den.

Eine Pumpe P ist am Boden eines jeden Plattierungsbades 13 a oder 13 b angeordnet. Sie läßt die Plattierungsflüssigkeit in Pfeilrich­ tung r von dem Plattierungsbad 13 a zu dem Bad 13 b strömen. Dem­ nach ist das Flüssigkeitsniveau 19 b in dem Plattierungsbad 13 b hö­ her als das Niveau 19 a in dem Plattierungsbad 13 a, um hierdurch an beiden Seiten des Substrats einen unterschiedlichen Flüssig­ keitsdruck zu erzeugen. Als Folge hiervon strömt die Plattierungs­ flüssigkeit durch die Durchgangslöcher 16 a. Dementsprechend wird die Plattierungsflüssigkeit in jedem Durchgangsloch 16 a ständig durch frische Flüssigkeit ausgetauscht bzw. gewechselt, wodurch eine gleichförmige Dicke der Plattierungsschicht entsteht und der Film strikt auf die innere Oberfläche eines jeden Durchgangslochs abgelagert wird.

Wenn die Pumpe P in der vorbestimmten einen Richtung betrieben wird, fließt die Plattierungsflüssigkeit nur in der Pfeilrichtung s. Wenn die Pumpe jedoch in entgegengesetzten Richtungen betrieben wird, strömt die Plattierungsflüssigkeit in jedem Durchgangsloch nach links und rechts, wodurch die Realisierung der seitlichen Symmetrierung von hydrodynamischen Mechanismen der Plattierungs­ flüssigkeit um die Oberfläche des Substrats ermöglicht wird, und eine Verbesserung bezüglich einer weiteren Gleichförmigkeit der Dicke der Plattierungsschicht und der Elektrodenposition.

Wenn, die Kupfer-Elektroplattierung in Fig. 2 erläuternd, das elektrolose Kupferplattieren durchgeführt wird, werden die Kupfer­ elektroden 12 a und 12 b sowie die Gleichstrom-Versorgungsquelle 18 entfernt, so daß die Plattierungsflüssigkeit nur durch eine elek­ trolose Plattierungsflüssigkeit ersetzt werden muß. Auch wird die Plattierungsflüssigkeit durch dieselbe Pumpe wie die oben erwähnte bewegt, wodurch die gleichförmige elektrolose Kupfer-Plattierungs­ schicht an dem Durchgangsloch gebildet werden kann, um hierdurch die Gleichförmigkeitsgenauigkeit für die nachfolgende Kupfer-Elek­ troplattierung zu verbessern.

Fig. 3 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung, wo­ bei die Fig. 2 entsprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen belegt sind und bei der Erläuterung entfallen, so daß nur die not­ wendigen Teile beschrieben werden. In Fig. 3 ist C eine hydrauli­ sche Steuervorrichtung einer Art Drucksteuersystem, und Kolben 20 a, 20 b sind an den Flüssigkeitspegeln in den Plattierungsbädern 13 a und 13 b angeordnet, um von der hydraulischen Steuervorrichtung C einer Drucksteuerung unterworfen zu werden. Wenn beispielsweise der Kolben 20 a gedrückt wird, und nicht der Kolben 20 b (oder wenn die Druckkraft klein ist), wird der Flüssigkeitsdruck im Plattie­ rungsbad 13 a größer als derjenige im Plattierungsbad 13 b, so daß die Plattierungsflüssigkeit durch die Durchgangslöcher 16 a in Pfeilrichtung t strömt. Wenn die hydraulische Steuervorrichtung C abwechselnd die Kolben 20 a und 20 b drückt, strömt die Flüssigkeit in den Durchgangslöchern 16 a in abwechselnden Richtungen. Wenn die Plattierungsflüssigkeit wie erwähnt strömt, erfolgt das elektrolo­ se Plattieren (chemische Plattieren) oder das Elektroplattieren so wie in Fig. 2, wodurch eine gleichförmige Plattierungsfilm-Dicke erzielt wird.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsfor­ men beschränkt. Es sind auch von der Pumpe und der Drucksteuervor­ richtung abweichende Mechanismen verwendbar, die für einen Unter­ schied des Flüssigkeitspegels an beiden Seiten des Verdrahtungs­ substrats sorgen, so daß die Plattierungsflüssigkeit in den Durch­ gangslöchern strömt.

Wie es aus der obigen detaillierten Beschreibung ersichtlich ist, sieht die vorliegende Erfindung eine Differenz zwischen den Flüs­ sigkeitsdrücken der Plattierungsbäder an beiden Seiten des Ver­ drahtungssubstrates vor, so daß jedes Durchgangsloch dem Metall­ plattieren unterworfen wird, während die Plattierungsflüssigkeit in jedem Durchgangsloch strömt. Dadurch kann die Dickenverteilung der Plattierungsschicht an der Innenfläche eines jeden Durchgangs­ lochs gleichförmig sein, was dazu führt, daß das Substrat für die Durchgangslöcher das Erfordernis erfüllen kann, kompakt und hoch­ dicht bepackt zu sein, um hierdurch die Durchgangslöcher stabil und höchst zuverlässig zu machen.

In den Zeichnungen sind 13 a, 13 b Plattierungsbäder, 16 ein Ver­ drahtungssubstrat, 16 a ein Durchgangsloch, P eine Pumpe und C eine Drucksteuervorrichtung.

Claims (5)

1. Plattierungsverfahren für ein in ein Plattierungsbad eintau­ chendes Verdrahtungssubstrat mit Durchgangslöchern, in denen eine metallische Plattierung aufgebracht wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Plattierungsbäder an beiden Seiten des Ver­ drahtungssubstrates mit verschiedenen Flüssigkeitsdrücken ver­ sehen werden, so daß die Durchgangslöcher darin einer Metall­ plattierung unterworfen werden, während eine Plattierungsflüs­ sigkeit in den Durchgangslöchern strömt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattierungsbäder an beiden Seiten des Verdrahtungssubstrates mit abwechselnden Flüssigkeitsdrücken versehen werden, damit die Plattierungsflüssigkeit in den Durchgangslöchern an dem Verdrahtungssubstrat in entgegengesetzten Richtungen strömen kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitspegel der Plattierungsbäder an beiden Seiten des Verdrahtungssubstrates unterschiedlich hoch gemacht werden, um hierdurch eine Differenz zwischen den Flüssigkeitsdrücken der Plattierungsbäder an beiden Seiten des Verdrahtungssubstra­ tes zu erzeugen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe benutzt wird, um das Plattierungsbad von einer Sei­ te zur anderen Seite des Verdrahtungssubstrates zu pumpen, so daß die Plattierungsbäder an beiden Seiten des Verdrahtungssub­ strates unterschiedliche Flüssigkeitspegel haben.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drucksteuervorrichtung an dem Flüssigkeitspegel eines je­ den der Plattierungsbäder an beiden Seiten des Verdrahtungssub­ strates angeordnet wird, so daß unterschiedlich große Druck­ kräfte gegen die Flüssigkeitspegel wirken, um hierdurch unter­ schiedliche Flüssigkeitsdrücke zwischen den Plattierungsbädern an beiden Seiten des Verdrahtungssubstrates zu erzeugen.