DE3527967A1

DE3527967A1 - Verfahren zur herstellung von leiterplatten

Info

Publication number: DE3527967A1
Application number: DE19853527967
Authority: DE
Inventors: Stauros Dr Rer Nat Smernos; Gerhard Dipl Ing Seibold; Hans Dr Rer Nat Volz
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1985-08-03
Filing date: 1985-08-03
Publication date: 1987-02-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her stellung von Leiterplatten mit durchkontaktierten Lö chern, bei dem eine Metallisierung durch Kathodenzer stäubung aufgebracht und anschließend verstärkt wird.

Aus der DE-PS 31 45 584 ist es bereits bekannt, Lei terplatten mit leitenden Schichten zu versehen, bei de nen auch die Wand von Bohrungen in dem Substrat mit einer leitfähigen Beschichtung versehen wird. In dieser Patentschrift ist dargelegt, daß es schwierig ist, bei der Beschichtung von Substraten mit leitenden Schichten auch leitende Überzüge an den Innenwänden der Lö cher des Substrats zu erzeugen. Die leitenden Schichten werden bei dem bekannten Verfahren durch Aufdruk ken einer elektrisch leitfähigen Paste erzeugt. Um eine leitfähige Beschichtung der Lochwände zu erzielen, wird mittels eines verformbaren Druckstempels die leit fähige Paste in die Bohrungen des Substrats einge drückt.

Man hat auch schon versucht, solche leitfähige Pasten dadurch in die Bohrungen des Substrats hineinzubrin gen, daß auf der nicht zu beschichtenden Seite des Sub strats ein Unterdruck erzeugt wird, wodurch die leitfähi ge Paste durch den Druck der umgebenden Atmosphäre in die Löcher hineingedrückt werden soll.

Abgesehen davon, daß diese Verfahren in der Praxis aufwendig sind, ist es auch schwierig, eine genügend niedrigviskose leitfähige Paste zu finden, die einerseits durch die oben genannten Verfahren in Löcher von eini gen Zehntel Millimetern Durchmesser hineingebracht werden kann, die aber anderseits nach dem Einbrennen Schichten von sehr guter Leitfähigkeit ergibt.

Aus der DE-PS 31 45 584 ist es weiter bekannt, auf isolierenden Substraten eine Metallisierung durch Ka thodenzerstäubung und anschließende galvanische Ver stärkung zu erzeugen. Das Aufbringen von Material durch Gleichstrom-Kathodenzerstäubung ist jedoch sehr langwierig. Außerdem ist es nach dieser Veröffent lichung erforderlich, zur Erzielung einer guten Haftung der Metallisierungsschicht in den Bohrungen deren Wände aufzurauhen.

In neuerer Zeit werden zur Herstellung von Leiter platten mit Email beschichtete Stahlsubstrate verwen det. Zur Herstellung von leitenden Schichten auf email lierten Stahlsubstraten wurden bisher leitende Pasten verwendet, die einen Anteil an Glas enthalten. Das Durchkontaktieren von Bohrungen ist jedoch dabei schwierig, wobei die Schwierigkeit mit der Anzahl der Bohrungen pro Flächeneinheit zunimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Her stellung von Leiterplatten mit durchkontaktierten Lö chern auf der Basis von emaillierten Stahlsubstraten an zugeben, bei dem die erhaltenen Metallschichten nicht nur gut auf dem Email haften, sondern mit dem es auch ohne weiteres möglich ist, die Innenwald von Löchern im Substrat in einfacher Weise mit einer leitenden Schicht zu überziehen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens gemäß der Erfindung können den Unteransprüchen entnom menwerden.

Gemäß der Erfindung werden mit Löcher versehene Stahlsubstrate, die auf der gesamten Oberfläche einen Emailüberzug haben, dadurch metallisiert, daß das Me tall durch Hochfrequenzzerstäubung in einem Edelgas mit einer Frequenz von mindestens 1 kHz beschichtet wird.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß mit die sem besonderen Verfahren sehr gut haftende Schichten auf der ganzen Emailschicht einschließlich der in den Löcherwänden befindlichen Schicht erhalten werden können.

Die Hochfrequenzzerstäubung wird vorzugsweise bei einem Druck von 0,5 bis 3 Pascal durchgeführt.

Für die Hochfrequenzzerstäubung eignen sich vor zugsweise Frequenzen von mehreren MHz. Als beson ders geeignet hat sich eine Frequenz von 13,56 MHz erwiesen.

Durch Hochfrequenzzerstäubung lassen sich in ver hältnismäßig kurzer Zeit genügend dicke, fest haftende Überzüge erhalten. Die Dicke der aufgestäubten Über züge beträgt vorzugsweise 0,5 bis 5 µm. Als bevorzug tes Schichtmaterial wird Kupfer verwendet.

Die durch Hochfrequenzzerstäubung erhaltene Schicht kann leicht weiter verstärkt werden, wozu vor zugsweise die stromlose Metallabscheidung verwendet wird.

Bei der Herstellung von Schichtstrukturen wird auf die, ggf. verstärkte, Metallisierungsschicht ein Muster aus einem Abdeckmaterial, das durch Hochfrequenz zerstäubung aufgebracht wird, erzeugt und die erhalte ne Schichtenanordnung einer Behandlung unterworfen, durch welche die nicht abgedeckten Teile der Metalli sierungsschicht entfernt werden.

Das durch Hochfrequenzzerstäubung aufgebrachte Abdeckmaterial haftet sehr gut auf der Metallisierungs schicht, so daß die abgedeckten Teile der Metallisie rungsschicht zuverlässig geschützt sind.

Als Abdeckmaterial kann beispielsweise ein Metall oxid, wie z. B. Titanoxid, aufgebracht werden, das durch Sputtern wesentlich schlechter abgetragen wird als das Schichtmaterial, wie z. B. Kupfer. Durch einen Sputter prozeß können dann die nicht abgedeckten Teile des Schichtmaterials entfernt werden.

Vorteilhafter ist es jedoch, die nicht benötigten Teile des Schichtmaterials durch einen chemischen Ätzvor gang zu entfernen. Das Abdeckmaterial muß dann resi stent gegen das Ätzmittel sein. Als besonders vorteilhaft hat sich eine dünne Abdeckschicht aus Gold erwiesen. Diese schützt das Schichtmaterial auch später vor Kor rosion und verbessert dessen Lötbarkeit.

Zur Erzeugung des Musters aus Abdeckmaterial wird zunächst auf der Metallisierungsschicht in an sich be kannter Weise ein Muster aus Fotolack erzeugt, wobei die Teile der Schicht mit Fotolack bedeckt sind, die später entfernt werden sollen.

Dann wird durch Hochfrequenzzerstäubung das Ab deckmaterial, z. B. Gold, aufgebracht. Das Abdeckmate rial liegt also teils auf der Fotolackschicht, teils direkt auf der Metallisierungsschicht, beispielsweise aus Kup fer.

Danach wird die Fotolackschicht entfernt und damit auch die auf dieser angeordneten Teile des Abdeckma terials.

Die freiliegenden Teile der Metallisierungsschicht werden nun mit einem der bekannten Ätzmittel ent fernt.

Auf diese Weise wird eine auf der Emailschicht gut haftende und gut lötfähige Metallisierungsschicht in Form eines Leitermusters erhalten und gleichzeitig wer den sehr gute Durchkontaktierungen an den emaillier ten Bohrungen erhalten.

Ausführungsbeispiel

Ein mit Bohrungen versehenes und mit einer Email schicht auf der ganzen Oberfläche überzogenes Stahl substrat wird zunächst gründlich gereinigt, was bei spielsweise in Alkohol durch Ultraschalleinwirkung ge schehen kann.

Dann wird das Substrat in einen Edelstahlrezipienten eingebracht, so daß es etwa parallel zu einem gegen überliegenden Kupfertarget von etwas größerer Flä chenausdehnung als das Substrat angeordnet ist. Der Rezipient enthält Argon mit einem Druck von etwa 0,5 Pascal. Die angelegte Spannung beträgt 1,2 Kilovolt, die Frequenz 13,56 MHz. Die Substratvorspannung be trägt etwa 10% der Hochfrequenz und 80 V Gleich spannung. Die Zerstäubungsleistung beträgt etwa 4,3 Watt pro cm². Unter diesen Bedingungen kann eine Kupferschicht mit einer Dicke von 5 µm innerhalb von einer Stunde erhalten werden. Es genügt aber auch, eine Schicht von 0,2 µm zu erzeugen und diese in geeigneter Weise zu verstärken. Vorzugsweise wird die Verstär kung durch stromlose Metallisierung vorgenommen.

Zur Herstellung eines Leiterbahnenmusters wird ein Fotolack oder eine entsprechende Fotolackfolie mit ei ner Dicke von etwa 1 µm aufgebracht und mit einem negativen Bild des Musters belichtet. Der unbelichtete Fotolack wird dann entfernt, so daß an diesen Stellen die Kupferschicht freiliegt. Die ganze Fläche, also das ver bliebene Fotolackmuster sowie die freigelegten Teile der Kupferschicht, wird dann durch Hochfrequenzzer stäubung in der oben beschriebenen Weise mit einer Goldschicht von 0,2 µm Dicke überzogen und danach das Fotolackmuster mit den darauf angeordneten Teilen der Goldschicht entfernt. Nun werden die nicht mit ei ner Goldschicht bedeckten Teile der Kupferschicht mit einem der bekannten Atzmittel entfernt, wobei die Goldschicht als Atzschutzmaske dient.

Infolge der sehr guten Haftung der Goldschicht auf der Kupferschicht wird dabei ein Leiterbahnmuster mit glatten Kanten erhalten. Die auf den Kupferbahnen ver bleibende Goldschicht dient als Korrosionsschutz und verbessert wesentlich deren Lötbarkeit.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit durchkontaktierten Löchern, bei dem eine Metalli sierung durch Kathodenzerstäubung aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein mit Email beschichtetes Stahlsubstrat verwen det wird und die Metallisierung durch Hochfre quenzzerstäubung in einem Edelgas mit einer Fre quenz von mindestens 1 kHz vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hochfrequenzzerstäubung bei ei nem Druck von 0,5 bis 3 Pascal durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hochfrequenzzerstäubung mit ei ner Frequenz von mehreren MHz durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hochfrequenzzerstäubung mit ei ner Frequenz von 13,56 MHz durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Hochfre quenzzerstäubung aufgebrachte Metallschicht mit tels stromloser Metallisierung verstärkt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallisierungs material Kupfer verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Metallisie rungsschicht ein Muster aus einem Abdeckmateri al, das durch Hochfrequenzzerstäubung aufge bracht wird, erzeugt wird, und die erhaltene Schich tenanordnung einer Behandlung unterworfen wird, durch welche nur die nicht abgedeckten Teile der Metallisierungsschicht entfernt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß auf der Metallisierungsschicht ein Muster aus Gold erzeugt und die Schichtenanord nung mit einem Ätzmittel behandelt wird, durch das die nicht mit Gold bedeckten Teile der Metalli sierungsschicht entfernt werden.