DE3538937A1 - Verfahren zum herstellen von metallkaschiertem thermoplastischem traegermaterial und daraus hergestellte gedruckte schaltungen - Google Patents

Verfahren zum herstellen von metallkaschiertem thermoplastischem traegermaterial und daraus hergestellte gedruckte schaltungen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Laminats durch Verpressen einer Metallfolie mit einer thermoplastischen Folie oder Platte bei einer zuvor festgelegten Temperatur sowie aus diesem Laminat hergestellte Gegenstände.
Hochtemperatur-beständige, technische Thermoplaste wie Polysulfone, Polyäthersulfone, Polyarylsulfone und PoIyätherimide haben ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften. Es wurden viele Verfahren zum Herstellen von gedruckten Leiterzügen auf solchen Materialien vorgeschlagen. Nach dem Additiv- und dem Semi-Additiv-Verfahren wurden auf mit einem Verfahren zur Haftverbesserung behandelten, nicht metallkaschierten Oberflächen solcher Thermoplaste gedruckte elektrische Schaltungsmuster hergestellt.
Über 90% aller gedruckten Schaltungen werden jedoch derzeit nach dem Subtraktiv-Verfahren hergestellt, d.h., durch Ätzen einer auf ein Trägermaterial aufkaschierten Kupferfolie.
Hersteller von gedruckten Schaltungen nach dem Subtraktiv-Verfahren verfügen in der Regel nicht über Anlagen, die eine Fertigung von Schaltungsplatten nach dem Additiv-Verfahren ermöglichen.
Seit 1975 wird von den Herstellern gedruckter Leiterplatten versucht, Hochtemperatur-Thermoplaste als Trägermaterial zu verwenden. Vgl. z.B. Modern Plastics, Juni 75, S. 52-54 "New Day Dawns for Circuit Boards". Große Stückzahlen konnten nach dem dort beschriebenen Verfahren nie erreicht werden, da kein geeignetes, kupferkaschiertes, Hochtemperatur-Thermoplast auf dem Markt war.
Naegle, IPC-TP-319, The Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits, April 1980, beschreibt in "Polysulfone: Its Microwave Properties" zwei Arten von kupferkaschierten Polysulfonen, In einem Fall ist das Kupfer direkt mit der Polysulfonoberflache verbunden. Es wird allerdings nirgends beschrieben, wie die Haftung zustande kommt. Im zweiten Fall wird eine Zwischenschicht, ein sogenannter pre-preg aus Epoxy-imprägniertem Glas-
fasermaterial, verwendet. Die Haftfestigkeit der Metallfolie auf der Unterlage ist im zweiten Fall zwar wesentlich besser, dafür sind aber alle anderen Eigenschaften des Trägers wesentlich schlechter. Das Material war nur für kurze Zeit im Handel und wurde dann wieder vom Markt genommen.
In "Polyetherimide: A New High Performance Polymer for Printed Circuit Applications", Okt. 1982 Treffen der American Society for Electroplated Plastics, beschreibt der Autor, Going, die Herstellung von Trägermaterial aus kupferkaschiertem Polyätherimid. Dort wird vorgeschlagen, die Kupferfolie mit dem Polyätherimid-Träger durch Verpressen bei Temperaturen zwischen 260 und 2880C und einem Druck von 3,5 MPa oder weniger zu verbinden. Das so hergestellte Trägermaterial war nicht vollkommen zufriedenstellend: aufgrund von Spannungen und wegen des Fließens des Harzes beim Verpressen neigt das Material bei der Weiterverarbeitung zum Verwerfen und weist Schwankungen in der Materialstärke auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Herstellen von metallkaschiertem, thermoplastischem Basismaterial.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, metallische Muster auf thermoplastischen Substraten nach den Subtraktiv-Verfahren herzustellen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von gedruckten Leiterzugmustern auf derartigen Trägerplatten mit einer elektrizitäts-Konstante zwischen 3 und 4. Nach dem Verfahren nach der Erfindung können gedruckte Schaltungen für den Hochfrequenz- und den Mikrowellen-Bereich hergestellt werden.
Diese Aufgaben werden durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche angegebenen Merkmale gelöst. Als "Hochtemperatur-Thermoplast-Polymere" werden solche Polymere bezeichnet, die ein aromatisches Grundgerüst enthalten, das sich beim Lötvorgang für 5 Sekunden bei 245°C weder verflüssigt noch zersetzt.
Als "Formbeständigkeits-Temperatur" wird die Temperatur bezeichnet, bei der unter einer Last von 1.82 MPa eine Verbiegung des Polymers einsetzt.
Fig. 1 ist ein schematisches Flußdiagramm der Verfahrensschritte zum Herstellen des metallkaschierten Trägermaterials sowie einer gedruckten Schaltung auf diesem Material.
Fig. 2A bis 2G ist die Seitenansicht im Querschnitt eines erfindungsgemäß hergestellten Laminats während der einzelnen Verfahrensschritte beim Herstellen einer gedruckten Schaltung nach der Erfindung.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird die Konzentration der vom polymeren Material absorbierten flüchtigen Bestandteile mit einem Siedepunkt von unter 2450C vor dem Laminieren reduziert, vorzugsweise auf weniger als 1 %. Die flüchtigen Bestandteile können von Feuchtigkeit oder Lösungsmitteln stammen, die von dem thermoplastischen Material absorbiert wurden; sie können durch Erhitzen entfernt werden. Hierzu wird das Material für mindestens 30 Minuten auf 1000C erwärmt. Zum Entfernen der Feuchtigkeit wird das Polymermaterial für einen längeren Zeitraum, mindestens für 2, besser für 3 Wochen bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von unter 50% gelagert. Es können auch beide Verfahren, Erwärmung und Lagerung bei entsprechender Luftfeuchtigkeit, miteinander kombibiniert werden. Dauer und Temperatur beim Erwärmen sowie die Lagerzeit richten sich nach der Stärke des Trägermaterials.
Vorzugsweise werden die flüchtigen Bestandteile durch Erwärmen des thermoplastischen Polymers auf 1000C bis 165°C, vorzugsweise auf weniger als 1300C für mindestens 30 Minuten, und vorzugsweise für 2 bis 24 Stunden, entfernt. Niedertemperatur-Thermoplaste mit einer Formbeständigkeits-Temperatur von unter 1100C werden zum Entfernen der flüchtigen Bestandteile auf eine Temperatur zwischen etwa 650C und der Formbeständigkeits-Temperatur erwärmt.
mm j —
Der Laminiervorgang erfolgt bei einem Druck von 1 bis 10 MPa7 und vorzugsweise von 3 bis 7 MPa, und bei einer Temperatur zwischen 20C und 450C,und vorzugsweise 150C bis 350C über der GIasumwandlungs-Temperatur des thermoplastischen Materials. Die Dauer des Laminiervorgangs liegt zwischen 1 und 60 Minuten, und vorzugsweise zwischen 3 und 30 Minuten; das Verpressen kann nach jedem bekannten, dafür geeigneten Verfahren erfolgen. Nach dem Verpressen ist das Material flach (nicht verworfen) und gleichmäßig dick. Beim Herstellen eines metallischen Musters, beispielsweise eines Schaltungsmusters, durch Ätzen der Metallschicht kann das Material springen, rissig werden oder sich verwerfen. Erfindungsgemäß wird deshalb nach dem Verpressen und vor dem Herstellen des metallischen Musters das mit dem Metall kaschierte Material durch Erwärmen entspannt, und zwar vorzugsweise direkt im Anschluß an das Verpressen. Hierzu wird das Material, vorzugsweise als Stapel, in eine Flachpresse gebracht und bei nur leichtem Druck und einer Temperatur, die nahe, aber unterhalb der Formbeständigkeits-Temperatur des Polymers liegt, entspannt.
Anschließend wurde die Haftfestigkeit der Kupferfolie auf dem thermoplastischen Polymer gemessen; die Werte sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
25
TABELLE 1
Thermoplastisches Polymer Haftfestigkeit (kg/mm) Polysulfon 0,09 - 0,13
Polyäthersulfon 0,09 - 0,13
Polyätherimid 0,14-0,25
Das erfindungsgemäße Verfahren wird am Beispiel einer gedruckten Schaltung beschrieben, die nach dem Subtraktiv-Verfahren hergestellt wird.
Zunächst wird ein positives Bild des Schaltungsmusters aus einem ätzresistenten Lack auf die Metallkaschierung aufgedruckt und das Schaltungsmuster durch Ätzen des freiliegenden Metalls hergestellt.
— ft —
Bei Mehrebenen-Schaltungen, die durch Löcher verbunden sind, werden die Lochwandungen vorzugsweise vor dem Ätzen metallisiert.
Anders als bei den meisten Verfahren zum Herstellen von Schaltungen nach der Subtraktiv-Technik auf herkömmlichen Basismaterialien wird bei thermoplastischen Polymeren vor dem Metallisieren der Lochinnenwände meistens ein Schritt zur Verbesserung der Haftfestigkeit durchgeführt, da ohne eine solche Maßnahme sich die Haftung der Metallisierung auf der Lochinnenwand meistens als ungenügend erweist. Die Metallschicht zeigt Blasen und Risse und löst sich in manchen Fällen von der Lochwand ab. Die Haftverbesserung wird nach bekannten Verfahren durchgeführt, wie z.B. mechanisches Aufrauhen, Gas- oder Plasma-Ätzen, oder durch Ätzen mit starken Säuren oder alkalischen oxidierenden Lösungen.
Geeignete Metalle für die Metallfolien sind u.a. Kupfer, Nickel, Aluminium, Silber, Gold, die Metalle aus der Platingruppe sowie Legierungen der genannten Metalle. Die Dicke der Metallschicht ist nicht kritisch und kann zwischen 5 um und 5 mm liegen.
Für gedruckte Schaltungsplatten wird als Metall meistens Kupfer verwendet. Die Oberfläche des Kupfers sollte vor dem Laminieren einem Verfahren zur Haftverbesserung unterzogen werden. Das gleiche gilt für andere Metalloberflächen, die zu Oberflächenoxidation neigen, wie beispielsweise Messing oder Zink.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ebenfalls zum Herstellen eines Laminates aus mehreren, sich abwechselnden Schichten aus Metall und thermoplastischem Polymer; so können beispielsweise Trägerplatten mit einer verstärkenden Kernlage hergestellt werden. Kupferkaschierte thermoplastische Polymere mit einem Metallkern eignen sich gut als Vielebenen-Schaltungen mit Metallkern.
Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich zum Laminieren von Metallfolien oder -platten auf Hoch- und Niedertemperatur Thermoplasten.
Für gedruckte Schaltungen werden Hochtemperatur-Thermoplaste bevorzugt; geeignete Niedertemperatur-Thermoplaste sind Polymethakryle und Akrylonitrilbutadiensysten-Copolymere. Die Dicke der polymeren Substrate kann zwischen 0,7 mm und 7 mm liegen. Für gedruckte Schaltungen sind Stärken von 1,5 mm bis 1,6 mm geeignet, für flexible gedruckte Schaltungen wird eine Materialstärke zwischen 0,13 und 0,25 mm verwendet. Metallfolien oder -platten weisen häufig innere Spannungen auf, die beim Herstellen entstehen können. Beispielsweise finden sich innere Spannungen bei Metallfolien, die durch galvanische Metallabscheidung hergestellt sind. Werden thermoplastische Polymerfolien mit einer Dicke von 0,7 mm oder mehr verwendet, so wird die Wirkung dieser inneren Spannung weitgehend reduziert.
Bei den Arbeiten, die zu der Erfindung führten, wurde jedoch festgestellt, daß (1) wenn der thermoplastische Polymerfilm weniger als 0,7 mm dick ist, oder (2) wenn eine dünne Polymerfolie mit weniger als 0,5 mm Dicke, wie sie für flexible Schaltungen verwendet werden, nach dem hier beschriebenen Verfahren zum Kaschieren von dickeren Polymerfolien mit Metall behandelt wird, sich nach dem Herstellen des Schaltungsmusters der Träger wirft, aufrollt oder verzerrt. Diese Erscheinungen beruhen (1) auf inneren Spannungen der durch galvanisches Abscheiden erzeugten Metallschicht und (2) auf den unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten von Metallfolie und thermoplastischem Material. Versuche, diese unerwünschten Erscheinungen durch Tempern nach dem Laminieren oder durch entgegengesetztes Aufrollen des Laminates zu reduzieren, erwiesen sich als unwirksam oder zeigten nur sehr geringe Verbesserungen.
Es konnte festgestellt werden, daß die beschriebenen unerwünschten Erscheinungen wie Verwerfen, Aufrollen oder Verzerren der Schaltungsmuster entweder stark eingeschränkt oder sogar vollkommen eliminiert werden können, wenn die folgenden Maßnahmen einzeln oder gemeinsam durch-
geführt werden: Einmal wurde zum Beispiel eine Metallfolie oder -platte geringer Dicke, wie beispielsweise 0,017 mm oder weniger, verwendet. Es konnte festgestellt werden, daß die Stärke der Metallkaschierung nicht nur die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungs-Koeffizienten der Metallfolie und des Thermoplastträgers reduziert, sondern ebenfalls im Laminat vorhandene Spannungen. Das Verhältnis von Metallfoliendicke zur Dicke der thermoplastischen Folie sollte so gewählt werden, daß die durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten sowie inneren Spannungen verursachten Erscheinungen wie Verwerfen, Aufrollen oder Verzerren nur mimumal sind. Für das im Handel erhältliche, durch galvanische Abscheidung hergestellte Metallfolienmaterial und Hochtemperatur-Thermoplastfolien mit einer Dicke von weniger als 0,7 mm eignet sich besonders ein Verhältnis der Materialschichtdicken von 0,03 oder darunter.
Bei einer anderen Technik wird eine getemperte Metallfolie mit einer Dicke von 0,035 mm in einem Verhältnis von 0,1 verwendet, um so Verwerfungen aufgrund innerer Spannungen bei einer Thermoplastfolie von weniger als 0,7 mm Dicke nach Möglichkeit zu vermeiden. Für Mehrebenen-Platten und/oder flexible Schaltungen werden ebenfalls getemperte Kupferfolien einer Stärke von 0,035 mm zum Kaschieren bevorzugt. Wird nachträglich Metall aufplattiert, so kann eine noch dünnere, weniger als 0,017 mm starke Cu-Folie verwendet werden.
Die für das Verfahren nach der Erfindung am besten geeigneten thermoplastischen Polymere sind u.a. Polysulfone, Polyäthersulfone, Polyarylsulfone und Polyätherimide, denen je nach Anwendung Füllstoffe zugegeben werden können. Das Flußdiagramm aus Fig. 1 zeigt die Verfahrensschritte zum Herstellen von zweiseitigen gedruckten Schaltungs-r platten mit durchplattierten Lochverbindungen entsprechend der Erfindung. Als Ausgangsmaterial dienen extrudierte Folien aus amorphem thermoplastischem Harz mit 1,6 mm Dicke, wie sie in vielen Bereichen verwendet werden.
Da, wie beschrieben, auch flexible Schaltungen nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellt werden können, ist es selbstverständlich, daß es sich weder auf die genannte Folienstärke noch auf extrudiertes Folienmaterial beschränkt.
Im ersten Verfahrensschritt werden die extrudierten thermoplastischen Polymerfolien vor dem Verpressen getrocknet, wobei die Temperatur zwischen 1000C und einer Temperatur nahe der Formbeständigkeits-Temperatur (Tg) des Polymers liegen kann und vorzugsweise weniger als 1650C beträgt. Werden die Folien einzeln getrocknet, so ist die Trocknungszeit sehr kurz. Es ist aber praktisch, die Folien stapelweise zu trocknen, wobei dann die Trocknungszeit 2 oder mehr Stunden beträgt. Es hat sich als praktisch erwiesen, Folienstapel über Nacht bei 1250C zu trocknen. Die Oberflächen des verwendeten thermoplastischen Polymers sind in der Regel hydrophob, nicht in Wasser löslich und weisen eine geringe Wasserabsorption auf. Es ist allgemein bekannt, daß Thermoplast-Granulat vor dem Extrudieren oder Gießen getrocknet werden muß. Aus Thermoplast-Polymeren extrudierte oder gegossene Gegenstände sind in der Regel nur gering hygroskopisch. Gegenstände aus PoIysulfonen können bis zu 0,7%, aus Polyäthersulfonen bis zu 1,65% und aus Polyätherimiden bis zu 1,25% Wasser absorbieren. Werden derartige Thermoplaste beidseitig mit einer Metallfolie kaschiert, so ist das Aussehen des Laminats zunächst sehr gut. Später und besonders, wenn das Laminat höheren Temperaturen,wie etwa beim Löten, von 2300C bis 2900C ausgesetzt wird, bilden sich zwischen dem Polymer 0 und der aufkaschierten Metallfolie Blasen.
Überraschenderweise kann diese Blasenbildung durch den zuvor beschriebenen Trocknungsschritt bei relativ niedrigen Temperaturen vollständig vermieden werden. Eine andere Möglichkeit hierzu ist die Lagerung bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als 50%. Das heißt, daß der Trocknungsschritt nur dann erforderlich ist, wenn
die relative Luftfeuchtigkeit während der Lagerung über 50% liegt.
Im zweiten Verfahrensschritt entsprechend Fig. 1 wird die getrocknete Polymerfolie mit einer Kupferfolie verpreßt. Die Laminier-Temperatur liegt über der Glasumwandlungs-Temperatur (Tg) des amorphen thermoplastischen PoIymermaterials. Für die.verschiedenen Thermoplaste ge-· eignete Laminier-Temperaturen sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 2
10
Thermo plastisches Tg (0C) min Laminiertemperatur (0C) 235
Polymer 215 vorzugsweise max. 245
Polysulfon 190 220 225 260
Polyätherimid 215 230 230 260
Polyarylsulfon 220 235 245
Polyäthersulfon 230 245
Eine extrudierte Folie aus thermoplastischem Polymer soll beidseitig mit einer Kupferfolie versehen werden. Hierzu werden Wärme und Druck bei geschlossener Laminierpresse zugeführt. Die Temperatur wird vorzugsweise an der Oberfläche des thermoplastischen Materials gemessen. Nach dem Erreichen der erforderlichen Temperatur werden diese und der Druck für mindestens eine, vorzugsweise 3 Minuten beibehalten, um ein fest verpreßtes Laminat zu erhalten. Der Laminierdruck ist nicht kritisch und kann in bestimmten Grenzen variiert werden; er sollte hoch genug sein, um einen intimen Kontakt zwischen Polymer- und Kupferfolien herzustellen, und niedrig genug, um Schwankungen der Materialstärke zu vermeiden, die durch Auspressen von Polymermaterial an den Rändern der Platte entstehen können.
Nach dem Laminieren werden an den Rändern der Platte etwa 10 bis 20 mm weggeschnitten.
Im dritten Verfahrensschritt nach Fig. 1 wird die kupferkaschierte Platte zur Beseitigung von durch das Verpressen entstandenen Spannungen ausgeheizt. Hierzu wird das Laminat einer Temperatur ausgesetzt, die zwischen der Formbeständigkeits-Temperatur des Polymers und maximal 500C darunter, und vorzugsweise 40C bis 100C darunterliegt. Die Behandlung muß so lange dauern, bis sichergestellt ist,
daß beim nachfolgenden Ätzen und den weiteren Verfahrensschritten zum Herstellen einer gedruckten Schaltung aus diesem Material weder Risse noch Sprünge und auch keine Verwerfungen auftreten. Die Dauer der Entspannungsbehandlung hängt von dem Polymer, dem Füllstoff und der gewählten Temperatur ab. Die geeignete Dauer kann anhand von Versuchen ermittel werden, bei denen auf Material, das unterschiedlich lange entspannt wurde, durch Ätzen Schaltungsmuster hergestellt werden. Eine Dauer von 4 Stunden hat sich zum Entspannen von Laminaten bei den in Tabelle 3 angegebenen Temperaturen bewährt.
Tabelle 3 Trägermaterial Temperatur (0C)
Polysulfon 170
Polyätherimid 195
Polyäthersulfon 200
Im Schritt 4 von Fig. 1 werden im kupferkaschierten Basismaterial Löcher zum Herstellen von durchplattierten Lochverbindungen hergestellt.
Im Schritt 5 werden die Lochwandungen einem Verfahren zur Haftverbesserung einer auf diesen stromlos abzuscheidenden Metallschicht unterzogen. Ein zu diesem Zweck bekanntes Verfahren ist das sogenannte Quell- und Ätz-Verfahren.
Hierzu werden die Lochwandungen mit einem Lösungsmittel, wie beispielsweise mit Isopropanol verdünntes Dimethylformamid, behandelt, um deren Oberfläche zum Quellen zu bringen. Anschließend werden die Wandungen mit einer oxidierenden Lösung, wie Chromsäure oder einer alkalischen Permanganat-Lösung,behandelt. Die oxidierende Lösung wird so gewählt, daß ein Anätzen der auflaminierten Kupferfolie vermieden wird. Für die meisten Metalle eignet sich eine wässrige Lösung von Chromsäure (400 bis 900 g/l) bei einer Temperatur von 230C bis 6O0C; oder eine Kaliumpermanganat-Lösung (40 bis 60 g/l) mit einem pH Wert zwischen 12 und 13.5 und einer Temperatur von 4O0C bis 6O0C.
Selbstverständlich können auch mechanische Aufrauhverfahren verwendet werden wie Sandstrahlen, Flüssigkeitsoder Dampf-Honen mit einer Schmirgel- oder Bimsstein-Aufschlämmung. Mit den genannten Verfahren sollen für die feste Verankerung von stromlos abgeschiedenen Metallschichten geeignete Oberflächen erzeugt werden. Im 6. Verfahrensschritt von Fig. 1 werden die Lochwandungen nach einem der bekannten Verfahren metallisiert, die die Aktivierung mit einem Palladium-Zinn-Aktivator und die stromlose Metallabscheidung auf den so vorbereiteten Lochwandungen einschließen. Falls gewünscht, können die Lochwandungen auch mit einer bekannten Nicht-Edelmetall-Lösung aktiviert werden.
Soll die Schaltung nach dem Oberflächen-Galvanisier-Verfahren hergestellt werden, so werden die Lochwandungen im gleichen Verfahrensschritt vollständig, d.h. bis zu einer Stärke von 25 μΐη, metallisiert.
Im Verfahrensschritt 7 wird das Abbild des Schaltungsmusters mit einem Widerstandslack auf das Laminat ge- druckt. Geeignete Druckverfahren schließen Sieb- und Fotodruck ein und sind allgemein bekannt. Da die meisten der geeigneten Polymere in organischen Lösungsmitteln löslich sind, wird vorzugsweise ein wasserlöslicher Maskenlack verwendet; derartige Widerstandslacke sind ebenfalls allgemein bekannt.
Der unter 7 beschriebene Verfahrensschritt ist nur dann erforderlich, wenn die Stärke der im Schritt 6 abgeschiedenen Lochwandmetallisierung nicht ausreicht. Im folgenden Verfahrensschritt wird die Schaltung nach allgemein bekannten Verfahren weiterbearbeitet. Hierzu gehört das Ätzen der zwischen den Leiterzügen freiliegenden Kupferschicht.
Nach dem Entfernen der nicht dem Leiterzugmuster entsprechenden Bereiche der Kupferschicht wird die Haftfestigkeit der Leiterzüge, und insbesondere die der kurzen Leiterzüge, verbessert, indem die nicht vom Kupfer bedeckten Bereiche mit einem Lösungsmittel behandelt werden, das die
dort freiliegende Polymeroberfläche anlöst. Dadurch wird erreicht, daß das Basismaterial bis an die Längskanten der Leiterzüge fließt und an diesen haftet. Durch anschließendes schnelles Verdampfen des Lösungsmittels wird verhindert, daß das Harz bis auf die Oberfläche der Leiterzüge fließt. So werden die Leiterzüge auch seitlich verankert.
Die Dauer der Behandlung der polymeren Oberfläche mit dem Lösungsmittel muß ausreichen, um diese zu solvatisieren; sie muß aber kurz genug sein, damit keine Spannungsrisse entstehen oder das Solvat auf die Oberfläche der Leiterzüge gelangt. Die geeignete erforderliche Zeitdauer liegt zwischen 1 Sekunde und 1 Minute und richtet sich nach der Beschaffenheit des Lösungsmittels sowie nach der Art des verwendeten polymeren Materials.
Besonders geeignet sind starke Lösungsmittel für Polymere in geeigneten Verdünnern wie z.B. Kohlenwasserstoffe, aliphatische Alkohole und Wasser. Sofort nach der Behandlung mit dem Lösungsmittel wird die Oberfläche schnell getrocknet, um das Lösungsmittel zu verdampfen, wobei sich die dafür erforderliche Temperatur sowohl nach dem Polymer als auch nach dem verwendeten Lösungsmittel richtet und zwischen Zimmertemperatur und 2000C, und vorzugsweise zwischen Zimmertemperatur und 125°C liegt.
Zum Solvatisieren können entweder flüssige Lösungsmittel wie Ketone, Ester, aromatische oder aprotische Lösungsmittel oder Lösungsmittel-Dämpfe verwendet werden. Besonders eignen sich neben den Dämpfen der o.a. Lösungsmittel auch die von Halogenwasserstoffen, deren Siedetemperaturen unter der Formbeständigkeits-Temperatur des Polymers liegen.
Sofort nach der Lösungsmittelbehandlung soll die Trägerplatte getrocknet werden. Hierfür eignen sich Heißluftöfen oder Infrarot/Heißluftöfen oder Kombinationen der beiden Systeme. Das Solvatisieren bewirkt das Fließen der polymeren Oberflächenschicht seitlich gegen die Leiterzüge, die Anwendung von Wärme zum Trocknen der Oberfläche
verbessert die Fließeigenschaften. Die Trockungs-Temperatur liegt zwischen 600C und 2000C.
Eine zu große Zeitspanne zwischen dem Solvatisieren und dem Trocknen bewirkt eine Schleierbildung auf der Oberfläche. Wird nach dem Verfahren nach der Erfindung vorgegangen, so ist die Oberfläche anschließend glatt und sogar durchsichtig oder durchscheinend, fall sie keinen Füllstoff enthält. Sie hat wieder ihr ursprüngliches Aussehen
Bei Thermoplasten, die einen gefärbten Füllstoff enthalten, stellt sich die ursprüngliche Farbe wieder ein. Die letzten Verfahrensschritte zum Herstellen einer gedruckten Schaltungsplatte erfolgen unter Schritt 11. Die Fig. 2A zeigt eine Isolierstoffplatte 10 mit einer beidseitigen Kupferkaschierung 12. Die Platte 10 besteht aus einem Sulfonpolymer.
In der Fig. 2B weist die Platte 10 die Löcher 14 und 16 auf.
Wie in Fig. 2C gezeigt, wird auf der Platte 10 und den Innenwandungen der Löcher 14 und 16 in einer dünnen Schicht 18 stromlose Kupfer abgeschieden und diese mit einer Negativ-Abdeckmaske 20 des Schaltungsmusters bedruckt.
In Fig. 2D wird die stromlos abgeschiedene Kupferschicht 18 durch eine elektrolytisch abgeschiedene Kupferschicht 22 verstärkt und diese mit einer Zinn-Bleischicht 24 versehen.
In Fig. 2E wurde die Abdeckmaske 20 entfernt und so die Kupferschicht 12 freigelegt, die im nächsten Schritt weggeätzt wird.
In Fig. 2F wurde die freiliegende Kupferschicht 12 durch Eintauchen in eine Ätzlösung abgelöst und so das gewünschte Leiterzugmuster hergestellt.
Fig. 2G zeigt die Platte 10, nachdem diese in eine Mischung aus 80% Dimethylformamid und 20% Isopropanol getaucht wurde. Nach dem Solvatisieren wurde das Lösungsmittel schnell verdampft. Durch diese Behandlung ist die Oberflächen-
schicht 26 der Sulfonpolymer-Platte 10 bis an die seitlichen Kanten der Kupferleiterzüge 12 und 22 geflossen und haftet an diesen.
BEISPIEL
Sechs Polyätherimid-Folien unterschiedlicher Stärke und in einer Größe von 450 χ 600 mm wurden über Nacht bei 125°C getrocknet und auf beide Seiten Kupferfolien unterschiedlicher Stärke auflaminiert. Der Laminiervorgang erfolgte bei einer Temperatur von 2300C und einem Druck von 4,3 MPa und dauerte 10 Minuten. Die so hergestellten Laminate wurden für 4 Stunden bei 1950C entspannt. Nach dem Druck- und Ätz-Verfahren wurde ein Schaltbild hergestellt. Wie in Tabelle 4 dargestellt, waren die Schaltplatten, bei denen das Verhältnis der Folienstärken unter 0,03 lag, anschließend vollkommen eben, während diejenigen, bei denen das Verhältnis über 0,04 lag, Verzerrungen des Musters aufwiesen.
Tabelle Galvanisch abgeschiedene Kupferfolie
Muster
Folien- Stärke der Poly- Verhältnis stärke ätherimidbasis Cu-Folie/ mm mils mm Basismat. Aussehen
A 0,005 0 ,015 0,380 0,013 flach
B 0,017 0 ,015 0,380 0,045 verzerrt
C 0,035 0 ,015 0,380 0,092 verzerrt
D 0,017 0 ,030 0,760 0,022 praktisch
flach
E 0,035 0 ,030 0,760 0,046 verzerrt
F 0,035 0 ,045 1,140 0,030 flach
- Leerseite -

Claims (11)

at οκτ. KOLLMORGEN TECHNOLOGIES CORPORATION Dallas, Texas 76201, USA Verfahren zum Herstellen von metallkaschiertem thermopl^ischem Trägermaterial und daraus hergestellte gedruckte Schaltungen Patentansprüche:
1. " Verfahren zum Herstellen von Laminaten aus metallkaschierten, thermoplastischen Polymeren durch Einwirkung von Druck und Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermoplastischer Polymerfilm bzw. eine solche Platte, deren Gehalt an absorbierten, flüchtigen Bestandteilen mit einem Siedepunkt unter 2450C weniger als 0,1% beträgt, auf einer oder beiden Seiten mit einer Metallfolie bzw. einer solchen Platte bei einer Temperatur, die 2°C bis 45°C über des Glasumwandlungs-Temperatur (Tg) liegt, zu einem fest verbundenen Laminat verpreßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur 5°C bis 35°C über Tg liegt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verpreßvorgang zwischen 1 und 60 Minuten dauert.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Polymerfilm bzw. die Platte zunächst für mindestens 30 Minuten auf eine Temperatur von unter 1650C, und vorzugsweise zwischen 1000C und 15O0C erwärmt wird, um den Gehalt an flüchtigen Bestandteilen mit einem Siedepunkt unter 2450C auf weniger als 0,1% zu reduzieren.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat vor dem Verpressen bei einer Temperatür, die von 500C unter Tg bis zu dessen Wert reicht, entspannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymer aus der Gruppe der Polysulfone, Polyäthersulfone, Polyarylsulfone, Polyätherimide, Polymethylmethacrylate und Acrylnitril-butadienstyren-Copolymere ausgewählt ist.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastische Folie bzw. die Platte eine Dicke von 0,1 mm bis 7 mm, und vorzugsweise von 0,7 bis 5 mm, aufweist.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6,.dadurch
gekennzeichnet, daß die Metallfolie bzw. -platte eine Dicke von 5 μπι bis 5 mm aufweist.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßdruck beim Verpressen 1 bis 10 MPa, und vorzugsweise 3 bis 7 MPa beträgt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Polymerfilm bzw. die Platte und/oder die Metallfolie oder -platte vor dem Verpressen einer Behandlung zur Verbesserung der Haftfestigkeit unterzogen wird bzw. werden.
11. Verfahren zum Herstellen von gedruckten Schaltungen auf kupferkaschiertem Basismaterial mit einem thermoplastischen Polymerträger nach den Ansprüchen T bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ausbilden der Leiterzüge durch Ätzen die Oberfläche einem Lösungsmittel ausgesetzt wird, das das Trägermaterial zumindest teilweise anlöst, so daß die Oberflächenschicht solvatisiert wird und seitlich gegen die.Leiterzüge fließt, und daß anschließend sofort das Lösungsmittel verdampft wird bei einer Temperatur, bei der sich das Lösungsmittel schnell verflüchtigt, um so die Leiterzüge auch seitlich auf der Unterlage sicher zu verankern.
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