DE3541427C2

DE3541427C2 -

Info

Publication number: DE3541427C2
Application number: DE3541427A
Authority: DE
Inventors: David Wyckoff Newark Del. Us Williston
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1984-11-27
Filing date: 1985-11-23
Publication date: 1988-09-01
Also published as: DE3541427A1; JPS61143740A; US4631111A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung durch bildweises Belichten eines zwei Schichten umfassenden licht empfindlichen Elements durch eine dichrome Maske hin durch.

Platinen mit gedruckten Schaltungen aus mehreren Schichten werden hergestellt unter Verwendung licht empfindlicher Filme und zusätzlicher Plattierungsver fahren, wie sie in den US-PS 40 54 479 und 40 54 483 beschrieben sind. In diesen Verfahren werden die leitenden Verbindungen zwischen den Schichten dadurch herge stellt, daß Löcher vorgebohrt werden und diese Löcher dann auf die Muster der gedruckten Schaltungen ausge richtet werden. Derartige Arbeitsweisen des Vorbohrens unterliegen Beschränkungen, die durch die zwangsläufigen Ungenauigkeiten der Ausrichtung auf die gedruckten Schaltungen vorgegeben sind, wo die Leitungen der Schaltungen nicht in dichten Abständen zueinander ver laufen.

Die US-PS 41 57 407 beschreibt ein Verfahren zur Her stellung gedruckter Schaltungen mit elektrischen Zwischenverbindungen ohne Bohren oder Stanzen der benötigten Löcher und ohne Anwendung des zeitraubenden Verfahrens der chemischen Katalysierung der Löcher. Aus mehreren Schichten bestehende Schaltungen können mittels dieses Verfahrens bereitgestellt werden, die eine hohe Packungsdichte mit vielen Überkreuzungspunkten und Zwischenverbindungen aufweisen. Wenngleich das Verfahren der US-PS 41 57 407 zur Herstellung mehrschichtiger Schaltungen effektiv arbeitet, erfordert es im praktischen Einsatz viele wiederholende Schritte, darunter zweifache Ausrichtung des Bildes und Belichtung mittels aktinischer Strahlung, zweifaches Aufbringen von fein teiligem Metall einschließlich des Anbringens der Durch gangslöcher, zweifache Anwendung von Wärme und zweifaches Entfernen überschüssiger Metall-Teilchen, z. B. durch Waschen mit Wasser und anschließendes Trocknen.

Die US-PS 44 69 777 beschreibt ein Verfahren zur Her stellung von zweischichtigen, gedruckten Schaltungen mit leitenden Verbindungen, wobei mindestens eine Schicht einer photoadhäsiven Zusammenstellung auf einen Schichtträger aufgebracht wird und das Muster einer elektrisch leitenden Schaltung trägt. Die bildmäßige Belichtung erfolgt durch ein Schaltbild hindurch, das Zonen mit drei verschiedenen optischen Dichten auf weist, nämlich Null, Grau und Opak. Nicht belichtete Teile der lichtempfindlichen Schicht werden mittels eines Lösungsmittels ausgewaschen. Danach wird fein verteiltes Metall, Legierung oder Plattierungskatalysator aufgebracht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger gedruckter Schaltungen mittels einer vereinfachten Arbeitsweise verfügbar zu machen, bei dem jeweils nur ein einziger Schritt der bildweisen Belichtung und der Tonung stattfinden, wobei es nicht notwendig ist, durch getonte Bereiche hindurch zu be lichten.

Die beigefügten Zeichnungen Fig. 1A, 1B, 1C, 1D und 1E, die einen sachlichen Teil der vorliegenden Offenbarung bilden, zeigen Querschnitte einer einfachen, aus zwei Schichten bestehenden gedruckten Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Fertigungs stadien.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung verfügbar gemacht, bei dem

(a) auf einen Schichtträger eine erste dauerhafte klebrige lichtempfindliche Schicht, die durch Strahlung längerer Wellenlängen härtbar ist und darauf eine zweite lichtempfindliche Schicht, die durch Strahlung kürzerer Wellenlänge härtbar ist, aufge bracht werden,
(b) die lichtempfindlichen Schichten bildmäßig durch eine Maske oder Maskenkombination belichtet werden, die in einigen Bildbereichen nur längerwelliges Licht durchlassen, so daß nur die erste Schicht gehärtet wird und in anderen Bildbereichen auch kurzwelliges Licht durchlassen, so daß beide Schichten gehärtet werden;
(c) die ungehärteten Bereiche der beiden Schichten mittels eines Lösungsmittels entfernt werden,
(d) ein feinteiliges Metall, eine Legierung oder ein Plattierungs-Katalysator-Material auf die unbe deckten klebrigen Bereiche der ersten Schicht auf gebracht wird und
(e) das metallisierte oder katalysierte Bild zur Bildung einer elektrisch leitenden Schaltung plattiert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, z. B. zweier Schaltungsmuster mit elektrischen Verbindungen zwischen diesen, weist wenig stens die folgenden Schritte auf:

(a) Auftragen zweier im Folgenden näher beschriebener lichtempfindlicher Schichten auf einen Schichtträger oder eine Schicht, der/die ein elektrisch leit fähiges Muster trägt, wobei die zweite Schicht für kurze Wellenlängen aktinischer Strahlung, UV-Strahlung, empfindlich ist und die erste Schicht klebrig ist und für längere Wellenlängen aktinischer Strahlung als die erste Schicht, z. B. sichtbares Licht, empfindlich ist;
(b) Belichten der lichtempfindlichen Schichten mittels sichtbaren Lichts und ultravioletter Strahlung durch eine dichrome Maske, die schwarze Bereiche, gelbe Bereiche und klare Bereiche enthält;
(c) Entfernen der ungehärteten Bereiche durch Ent wickeln mit einem Lösungsmittel für die ungehärteten Bereiche;
(d) Auftragen eines Metalls, einer Legierung oder eines Plattierungs-Katalysator-Materials auf die klebrigen Bereiche; und
(e) Plattieren des metallisierten oder katalysierten Bildes zur Bildung eines elektrisch leitfähigen Schaltungsmusters, das mit dem darunterliegenden Schaltungsmuster verbunden ist.

Nach dem Schritt (d) kann überschüssiges Metall, Legie rungs- und Plattierungs-Katalysator-Material, das an anderen Bereichen als den klebrigen Bereichen der ersten lichtempfindlichen Schicht und insbesondere an den gehärteten Bereichen der zweiten lichtempfindlichen oder Oberflächen-Schicht haftet, physikalisch entfernt werden, z. B. durch Bürsten, Fräsen, Aufspritzen von Wasser etc., ohne die getonten klebrigen Bereiche zu beein flussen, die sich unter der Oberfläche der zweiten lichtgehärteten Schicht befinden. Nach dem Plattieren des Bildes (Schritt (e)) kann die Schaltung gewünsch tenfalls so gebürstet oder poliert werden, daß die Schaltung in der zweiten Schicht nicht beschädigt wird.

Eine Platine mit gedruckten Schaltungen aus mehreren Schichten mit leitfähigen Zwischenverbindungen kann aus einer gedruckten Schaltung, die einen Weg und eine Schaltungsschicht enthält und nach den oben beschriebenen Schritten (a) bis (e) und einem, mehreren oder sämtlichen der wahlweisen Schritte hergestellt wurde, in der Weise hergestellt werden, daß das in Schritt (e) neu plattierte Schaltungsmuster wenigstens einmal für den nachfolgenden Verfahrensschritt (a) eingesetzt wird.

Der in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Schicht träger für die gedruckte Schaltung kann ein beliebiges Material aus der Vielzahl von Folien, Platten, Platten aus synthetischen Harzen, laminierten Platten aus syn thetischen Harzen oder Verbundstoffen etc. sein, die die erforderlichen elektrischen und mechanischen Eigen schaften, chemische Beständigkeit, Wärmebeständigkeit etc. aufweisen. Zu Beispielen für Harze zählen Phenol- Formaldehyd-, Epoxy- und Melamin-Harze etc. Glasplatten und Keramik oder mit Keramik überzogene Metallplatten sind ebenfalls brauchbar. Der Schichtträger kann auch aus Papier, Karton, Fasermaterial einschließlich Glasgewebe, hölzernem flächigen Material oder Phenol harz-Laminat auf Papier-Basis bestehen, wobei eine Papier-Grundlage ohne Harz besonders brauchbar ist für die Herstellung gedruckter Schaltungen mit niedrigen Kosten. Metall-Folien können verwendet werden unter der Voraussetzung, daß das an ihnen haftende Material als Isoliersperrschicht zwischen dem aus der Metallfolie bestehenden Träger und der aufgebauten metallisierten Schaltung wirkt. Ebenfalls verwendbar sind selbst tragende lichtempfindliche Elemente, wie sie in der US-PS 40 54 479 offenbart sind. Eine gedruckte Schaltung, die Leitungen in dichten Abständen enthalten kann, liegt darauf vor. Die gedruckte Schaltung kann mittels in der Fachwelt bekannter Standard-Arbeitsweisen hergestellt werden, z. B. durch Ätzen von Kupfer auf der Substrat- Oberfläche oder durch andere Methoden wie denjenigen, die in der US-PS 42 34 626 beschrieben sind.

Zur Bildung der gedruckten Schaltungen mit leitfähigen Zwischenverbindungen tragenden Platinen gemäß der Erfindung werden zwei lichtempfindliche Schichten auf die gedruckte Schaltungsoberfläche aufgetragen. Im allge meinen erfolgt dies durch Laminierung der beiden Schichten auf die gedruckte Schaltungsoberfläche oder den Schichtträger in einem Laminierungsschritt in einem Temperatur-Bereich von 90°C bis 125°C, vorzugsweise von 104°C bis 110°C. Die Laminierung kann auch bewerkstelligt werden durch zwei aufeinanderfolgende Laminierungen, wobei die erste klebrige lichtempfindliche Schicht auf den Schichtträger oder die Schaltungsoberfläche laminiert wird und nachfolgend die zweite lichtempfind liche Schicht auf die erste lichtempfindliche Schicht laminiert wird. Die Laminierung in zwei Schritten wird weniger bevorzugt, in erster Linie deshalb, weil zwei Schritte benötigt werden. Noch weniger bevorzugt wird das Aufbringen der lichtempfindlichen Schichten als Flüssigkeiten, z. B. als Lösung, Suspension etc. mittels üblicher Arbeitsweisen, z. B. Tauchbeschichtung, Spinn beschichtung, Rakelbeschichtung, Sprühen etc.

Der oben angeführte Arbeitsgang der Laminierung kann mittels eines geeigneten, in der Fachwelt bekannten Verfahrens erfolgen, z. B. einem der Verfahren, die in den US-PS 34 69 982, 39 84 244 und 41 27 436 be schrieben sind, auf die hier verwiesen wird.

Die Dicke der ersten lichtempfindlichen Schicht liegt im trockenen Zustand im Bereich von 0,038 bis 0,051 mm und die Dicke der zweiten lichtempfindlichen Schicht liegt im trockenen Zustand im Bereich von 0,013 bis 0,019 mm. Wiewohl beide Schichten lichtempfindlich sind und übliche Bestandteile für solche Schichten enthalten, z. B. monomere Verbindungen, Bindemittel, Photo initiatoren sowie andere bekannte Zusatzstoffe, ist die erste Schicht, d. h. eine, der Oberflächen der gedruckten Schaltung benachbarte Schicht, klebrig und bleibt klebrig. Die zweite Schicht, auch wenn sie in ihrem ursprünglichen Zustand bis zu einem gewissen Grade weich und klebrig sein kann, ist zumindest im belichteten Zustand hart und nicht-klebrig. Die erste klebrige Schicht ist empfindlich für sichtbares Licht und ent hält aus diesem Grunde wenigstens einen Sensibilisator, der Licht in dem Spektralbereich von 400 bis 520 nm, vorzugsweise von 460 bis 480 nm, absorbiert, sowie ein klebriges Material oder ein klebrigmachendes Material, um die Klebrigkeit zu erzeugen. Klebrigmachende Harze, vorzugsweise Polyterpen-Harze, eignen sich dafür, die erste Schicht mit dauerhafter Klebrigkeit auszustatten. Gummen oder andere Klassen klebrig machender Materialien, die Fachleuten bekannt sind, können ebenfalls eingesetzt werden. Die zweite Schicht, die für ultraviolette Strahlung empfindlich und gegenüber sichtbarem Licht relativ unempfindlich ist, enthält wenigstens eine Verbindung, die in dem ultra violetten Bereich des Spektrums empfindlich ist. Die zweite lichtempfindliche Schicht ist typischerweise eine konventionelle Photoresist-Formulierung wie die jenigen, die in der US-PS 34 69 982 offenbart sind. Die erste klebrige lichtempfindliche Schicht ist typischer weise eine photopolymerisierbare Zusammensetzung, die ein elastomeres Bindemittel wie diejenigen, die in der US-PS 44 11 980 offenbart sind, ein klebrigmachendes Mittel und/oder überschüssige Weichmacher enthalten.

Die lichtempfindlichen Schichten werden hergestellt durch Vermischen der Bestandteile in einem geeigneten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, z. B. Methylen chlorid, Methylethylketon, Ethyl-Cellosolve® etc. Alkohole, z. B. Methanol, Ethanol etc., können in der Lösungsmittel-Kombination vorhanden sein. Die Klebrig macher und Sensibilisatoren können anschließend zu den anderen Bestandteilen hinzugefügt werden, und die Zusammensetzung wird gründlich durchgemischt, z. B. wie dies in dem nachstehenden Beispiel 1 beschrieben ist. Die Zusammensetzung wird dann mit Hilfe von Standard- Beschichtungstechniken, z. B. einer Rakel oder einem Spinnbeschichter etc. auf eine Trägerfolie, z. B. aus Polyethylenterephthalat oder einer anderen Kunststoff- Folie, aufgetragen. Die Folie wird anschließend getrocknet, im allgemeinen bei höherer Temperatur von 45°C bis 95°C, vorzugsweise bei 50°C bis 55°C. Eine Polyethylen-Deckfolie oder eine andere bekannte Deck folie wird auf die freie Oberfläche im allgemeinen bei Raumtemperatur auflaminiert, wodurch ein lichtempfind liches Element gebildet wird. Sowohl die Deckfolie als auch die Trägerfolie sind ohne Beschädigung des licht empfindlichen Elements entfernbar. Beim Gebrauch wird die Deckfolie von dem klebrigen Element entfernt, und das Element wird auf einen Schichtträger oder eine Schaltung auf einer gedruckten Schaltungsplatine laminiert. Dann wird die Trägerfolie entfernt, und das zweite lichtempfindliche Element, von dem die Träger folie entfernt wurde, wird auf die klebrige lichtempfind liche Schicht laminiert. Wie oben erwähnt wurde, kann ein Zweischichten-Element hergestellt werden, und deshalb wird nur ein Laminierungsschritt benötigt.

Sobald die lichtempfindlichen Schichten auf der Ober fläche der Schaltungsplatine vorhanden sind, werden die Schichten der bildweisen Belichtung durch eine dichrome oder zweifarbige (Schwarz/Gelb) Maske von einer Quelle für ultraviolette Strahlung sowie sichtbares Licht aus gesetzt. Die schwarzen Bereiche der Maske weise eine hinreichende optische Dichte auf, so daß sie für jegliche solche Strahlung undurchlässig sind. Die klaren Bereiche der dichromen Maske sind transparent sowohl für die ultraviolette Strahlung als auch für das sicht bare Licht. Die dichrome Maske kann mit Hilfe von Standard-Verfahren der Farbentwicklung hergestellt werden, etwa derjenigen zur Herstellung substraktiver Farbfilme. Die Farbentwicklung geeigneter Filme ist beschrieben in "The Theory of the Photographic Process", 4. Auflage, Kapitel 12, herausgegeben von T.H. James, The Macmillan Company, New York 1977, N.Y. (U.S.A.).

Bei der Belichtung wird die erste lichtempfindliche Schicht polymerisiert, ausgenommen diejenigen Bereiche, wo die Strahlung durch ein schwarzes oder gelbes Bild maskiert wird. Weniger bevorzugt kann die Schicht auch durch ein schwarz/klares Muster, das Schicht-zu- Schicht-Zwischenverbindungen einschließt, vermittels eines Filters und danach durch ein schwarz/klares Zwischenverbindungs-Schaltungs-Muster mittels ungefilterten Lichts belichtet werden. Geeignete UV-Strahlungsquellen sind in den US-PS 27 60 863, 36 49 268 und 41 57 407 offenbart, worauf hier verwiesen wird. Zur Belichtung mit sichtbarem Licht ist ein Vacuum Printer mit einer Lampe mit vergrößertem Bereich besonders geeignet. Andere Quellen, die die interessierenden Wellenlängen 360 nm und 400 bis 520 nm emittieren, können benutzt werden.

Nach der bildmäßigen Belichtung werden die ungehärteten Bereiche der zweiten und der ersten lichtempfindlichen Schicht mit einem geeigneten Lösungsmittel für die verwendeten lichtempfindlichen Zusammensetzungen entfernt. 1,1,1-Trichloroethylen ist das bevorzugte Lösungsmittel. Zusätzliche Lösungsmittel können zur Modifizierung der Belichtungszeit oder der Veränderung der Entwicklungs breite zugegeben werden, z. B. Isopropanol, Ethanol, Methanol, Carbitol®, Cellosolve® oder Heptan. Andere Lösungsmittel sind Fachleuten bekannt. Die Entfernung der nicht gehärteten Teile der lichtempfindlichen Schichten erfolgt nach bekannten Arbeitstechniken, z. B. in einer Entwicklungsapparatur, Auftreffen des Lösungs mittels etc., in manchen Fällen unterstützt durch leichte mechanische Einwirkung. Die den schwarzen Flächen der Photomaske entsprechenden ungehärteten Bereiche beider Schichten werden entfernt und bilden Löcher oder die Bereiche, in denen die Wege gebildet werden. Die den gelben Flächen der Photomaske entsprechenden ungehärteten Bereiche der oberen lichtempfindlichen Schicht werden ebenfalls entfernt, wodurch Rillen ent stehen, in denen die Schaltungsleitungen gebildet werden. Kein lichtgehärtetes Material wird von den Bereichen entfernt, die den klaren Bereichen der Maske ent sprechen.

Metall-Teilchen, Legierungs-Teilchen oder Plattierungs- Katalysator werden auf die durch den Entwicklungs schritt gebildeten klebrigen Bereiche sowie auf die nicht-klebrigen Bereiche aufgebracht. Wo das lichtempfind liche Material bis hinunter zu dem die Schaltung tragenden Schichtträger entfernt wird (schwarze Bereiche der Maske) sind die Kanten der ersten lichtempfind lichen Schicht klebrig. Wo allein das lichtempfindliche Material in der zweiten lichtempfindlichen Schicht ent fernt wird, werden Flächen der klebrigen lichtempfind lichen Schicht freigelegt (gelbe Bereiche der Maske). Die Metall-Teilchen, die Legierungs-Teilchen oder der Plattierungs-Katalysator haften an den klebrigen Bereichen, haften jedoch nicht an den lichtgehärteten Bereichen der zweiten Schicht (klare Bereiche der Maske).

Die geeigneten Teilchen, die anschließend stromlos plattiert oder gelötet werden können, wie in der Fachwelt bekannt ist, umfassen Kupfer, Zinn, Blei, Lot, Mischungen aus Kupfer und Lot, Kupfer-Zinn-Legierung, Zinn- Blei-Legierung, Aluminium, Gold, Silber; Metalloxide wie Titanoxid, Kupferoxid etc. Ebenfalls geeignet sind mit Metall beschichtete Teilchen, z. B. mit Silber beschichtetes Glas. Die Teilchen haben einen mittleren Durchmesser von 0,5 bis 250 µm, vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 1 bis 25 µm. Kupfer-Pulver wird bevorzugt.

Die Teilchen können mit Hilfe bekannter Verfahren auf gebracht werden, darunter - jedoch nicht auf diese beschränkt - die in den US-PS 30 60 024, 36 49 268 und 40 69 791 beschriebenen Tonungsverfahren. Es ist auch möglich, die Teilchen mit Hilfe eines Fließbettes aus Teilchen aufzutragen, wie dies von Peiffer und Woodruff in Research Disclosure, June 1977, Nr. 15882, beschrieben ist. Erforderlichenfalls wird ein Überschuß an Metall-, Legierungs- oder Plattierungs-Katalysator- Teilchen von den nicht-haftenden Bildbereichen ent fernt. Geeignete mechanische und andere Mittel hierfür sind in den oben genannten US-PS und der Research Disclosure beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird.

Arbeitsweisen für das stromlose Plattieren sind Fach leuten bekannt, z. B. aus der US-PS 40 54 483, auf die verwiesen wird. Bäder zum stromlosen Plattieren sind im Handel erhältlich. Es kann sein, daß solche Bäder modifiziert werden müssen, um sicherzu stellen, daß das Metall tragende biegsame Element eine hinreichend lange Zeitspanne in dem Bad verbleibt, z. B. 1 bis 6 h, vorzugsweise 1 bis 4 h. Für das strom lose Plattieren geeignete Lösungen sind in der US-PS 30 95 309, insbesondere in Beispiel 2, beschrieben. Die Temperatur des Bades für das stromlose Plattieren kann im Bereich von 43°C bis 85°C liegen und beträgt vor zugsweise 53°C. Es kann erwünscht sein, nach dem Plattieren die Schaltungsschicht zu bürsten oder zu polieren, um Schmutz oder Abscheidungen von den dielektrischen Bereichen zu entfernen und eine glatte gleich mäßige Oberfläche für die Laminierung einer nachfolgenden Schaltungsschicht zu erzeugen, ohne die Unversehrtheit der metallisierten Schaltungsleitungen zu stören.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird in dem nachfolgenden Beispiel 1 beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung zwei- oder mehrschichtiger gedruckter Schaltungen mit elektrischen Zwischenverbindungen ohne das Bohren oder Stanzen der benötigten Löcher und ohne die chemische Katalysierung der Durchgangslöcher, die zeit raubend ist. Das Verfahren ist einfacher als diejenigen, die zur Zeit allgemein angewandt werden, und macht Wiederholungsschritte bei der Herstellung einer einzigen leitfähigen Schicht entbehrlich. Das Verfahren ist auch brauchbar mit Belichtungen durch zwei unterschied liche Schwarz- und Klar-Photomasken hindurch, wenngleich letztere Arbeitsweise weniger bevorzugt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hängt die bild mäßige Klebrig-Entwicklung nicht von Unterschieden in der Klebrigkeit ab, die durch Polymerisation lichtempfind licher Schichten entwickelt wurden, sondern von der dauerhaften Klebrigkeit der Zusammensetzung der ersten lichtempfindlichen Schicht und der nicht-klebrigen Beschaffenheit der belichteten zweiten lichtempfindlichen Schicht. Die relative Löslichkeit der zwei lichtempfind lichen Schichten in dem Entwickler-Lösungsmittel ist bestimmt durch das bildmäßige Lichthärten. Die nachfolgende Entwicklung bestimmt, ob klebrige Bereiche, nicht- klebrige Bereiche oder der Schichtträger oder die Schaltung freigelegt werden und für das Tonen der klebrigen Bereiche aufnahmebereit sind. Da die Klebrigkeit unab hängig von der Lichthärtung ist, können erwünschte Eigenschaften, etwa die Haftung durch Warmhärten, in die dielektrischen Schichten eingearbeitet werden, ohne daß das Photosystem beeinflußt oder verändert wird. Im Gegensatz zu bekannten Arbeitsweisen des Tonen-Plattierens wird die Geometrie der plattierten Wege und Schal tungsleitungen eher durch die photo-definierte Gestalt der Rillen und Leitungsweg-Löcher als durch die Größe und Plazierung der Toner-Teilchen bestimmt. Aus diesem Grunde können größere Teilchen verwendet werden, ohne daß die Schärfe der Linien der Schaltungsleitungen beeinflußt wird, wodurch die Plattierung vereinfacht und die Menge der auf Nicht-Schaltungsbereiche aufgebrachten Teilchen verringert wird.

Andere Vorteile der mittels des Verfahrens der vorlie genden Erfindung über Schaltungen durch Aufbringen von Metall-Teilchen auf deren Oberfläche hergestellten Schaltungen sind:

1. Die Haftung der Schaltungsleitungen ist derjenigen von auf der Oberfläche befestigten zusätzlichen Schaltungen überlegen, da das Metall oder andere Teilchen innerhalb der dielektrischen Schicht abgelagert und mechanisch auf diese aufgetragen sind.
2. Es entfällt ein kumulativer Aufbau von Schaltungs dicken mit dem Hinzufügen zu der Schaltung, da die Schaltungsleitungen sich in den dielektrischen Schichten befinden, und der Schicht-zu-Schicht- Abstand der Schaltungsleitungen kann präzise dadurch gesteuert werden, daß die Dicke der dielek trischen Schicht gesteuert wird. Die Laminierung auf eine glatte Oberfläche verbessert die Haftung und verringert einen Einschluß von Luftblasen oder andere Defekte in der laminierten Schicht.
3. Die Schaltungslinien verbreitern sich nicht während des Plattierens, da der Plattierungsvorgang begrenzt ist. Weiterhin gibt es eine starke Ver minderung in bezug auf die Anzahl von Kurzschlüssen, da die Plattierung durch die Wände der Schaltung begrenzt wird. Schärfere Schaltungsleitungen mit höheren Bildverhältnissen und einer größeren Stromtransportkapazität als derjeniger ober flächenplattierter Leitungen der gleichen Breite können erhalten werden. Dies hat die Herstellung von Schaltungen mit höherer Auflösung mit mehr Vorrichtungen pro Einheitsfläche der Schaltung zur Folge.

Beispiele

Die folgenden Beispiele, in denen Teile und Prozent sätze sich auf das Gewicht beziehen, erläutern die Erfindung. Die Werte von n (Zahlenmittel des Molekular gewichts) und w (Gewichtsmittel des Molekulargewichts) für die Polymeren werden mittels Gelpermeationschroma tographie unter Verwendung polymeren Standards bestimmt, wie Fachleuten bekannt ist.

Beispiel 1

Ein zweischichtiger dichromer dielektrischer Film wird wie folgt hergestellt:

Die folgenden Bestandteile werden, wie nachstehend auf geführt, miteinander vermischt zur Herstellung einer Zusammensetzung zur Bildung der ersten lichtempfindlichen Schicht des Films, die für sichtbares Licht empfindlich ist.

Erste lichtempfindliche Schicht

BestandteilMenge (Teile)

(A)
Bis(2-o-chlorophenyl-4,5-diphenylimidazol 0,477 Tri-(p-N,N-Dimethylaminophenyl)methan 0,026 Tri(2-Methyl-4-N,N-diethylaminophenyl)-methan 0,038 Grün-Pigment¹) 0,031 Benzotriazol 0,052 Styrol-Copolymer²) 1,55 Triethylenglycol-dimethacrylat 3,40 Di-(3-acryloxy-2-hydroxypropyl)-ether von Bisphenol A 3,40 Benzophenon 1,026 N-Phenylglycin 0,120 Methylenchlorid22,210 Methanol 1,168

(B)
Polystyrol-polyisopren-polystyrol- 5,974 Block-Copolymer, Kraton® 1107,
Shell Chemical Co., Polymers
Division, Houston, Texas (U.S.A.)
Methylenchlorid23,933

(C)
Polymethylmethacrylat (34)/Acrylnitril (8)/ 5,974 Butadien (16)/Styrol (42)-Interpolymer
Methylenchlorid23,933 Wingtack Plus® Polyterpene Tackifying Resin, 4,787 Goodyear Chemical Co., Akron, Ohio (U.S.A.)
Polymerer Sensibilisator³) 1,915

¹) Victoria-Grün, C.I. Pigment Green 18 (Pigment 30%), in der Walzenmühle vermischt mit Methyl methacrylat (34)/Acrylnitril (8)/Butadien (16)/- Styrol (42)-Interpolymer;
²) α-Methylstyrol/Vinyltoluol-Harz (Erweichungspunkt 100°C; Brechungsindex 1,583; Viskosität bei 25°C für eine 65-proz. Lösung in Toluol 1,6 bis 1,9 P);
³) Terpolymer aus Methylacrylat, Methylmethacrylat und einem Farbstoff, enthaltend in statistischer Ver teilung 11,4% Methacrylat, 82,9% Methyl methacrylat und 5,7% Farbstoff, mit der Formel

worin w 181 000 und n 22 000 ist.

Zur Herstellung von 100 g Lösung:

Man bereitet die Lösungen (A), (B) und (C) wie oben bezeichnet durch Auflösen der zu lösenden Stoffe in den Lösungsmitteln unter Rühren. Man setzt das klebrig machende Harz und den polymeren Sensibilisator zu und dreht 16 h auf einer Rüttelmaschine in einer Flasche von 113,4 g, die zu einem Drittel mit Kugeln aus nichtrostendem Stahl mit einem Durchmesser von ca. 3,18 mm gefüllt ist. Die vermischte Zusammen setzung wird auf einen Polyethylenterephthalat-Film mit einer Dicke von 0,0025 mm, der auf der beschichteten Seite mit Trennmittel behandelt worden war, mittels einer Rakel von 0,33 mm mit einer Geschwindigkeit von 1,83 m/min aufgetragen und bei 49°C getrocknet, wodurch eine trockene Schicht mit einer Dicke von 0,038 mm gebildet wird. Eine Polyethylenterephthalat-Deckfolie mit einer darauf aufgebrachten Trennschicht aus Polydimethylsiloxan, wodurch der Überzug trocken ein Überzugsgewicht von etwa 125 mg/dm² erhielt, wurde auf die lichtempfindliche Schicht unter 2,76 bar (2,81 kg/cm²) und bei Raumtemperatur laminiert.

Die folgenden Bestandteile werden, wie nachstehend auf geführt, miteinander vermischt zur Herstellung einer Zusammensetzung zur Bildung der zweiten lichtempfindlichen Schicht des Films, die für ultraviolette Strahlung empfindlich ist.

Zweite lichtempfindliche Schicht

BestandteileMenge (Teile)

Methylmethacrylat-Polymer der Formel -[CH₂-C(CH₃)COOCH₃]_n, 8,038 in der n 400 ist;
mit einer logarithmischen Viskositätszahl von 0,20 bis 0,22
für eine Lösung von 0,25 g in 50 ml Chloroform bei 25°C,
einer Brookfield-Viskosität von 700 bis 1400 bei 25°C
für eine Lösung in Toluol, die 37,5 Gew.-% enthält;
Dichte 1,19 g/cm³.
Methylmethacrylat-Polymer der obigen Formel, worin w etwa 200 000 ist; 6,493 mit einer logarithmischen Viskositätszahl von 1,25 bis 1,50
bestimmt unter den gleichen Bedingungen wie bei dem obigen Polymer,
einer Brookfield-Viskosität von 900 bis 1850
unter den gleichen Bedingungen wie bei dem obigen Polymer,
mit der Ausnahme, daß die Lösung 17,5 Gew.-% enthält;
Dichte 1,20 g/cm³.
Trimethylolpropan-trimethacrylat 8,012 4-Morpholinobenzophenon 0,141 Tri-(2-methyl-4-N,N-diethylaminophenyl)methan 0,088 Leukokristallviolett 0,026 Grün-Pigment der ersten lichtempfindlichen Schicht 0,011 Dioctylphthalat 2,387 Triethylenglycoldiacetat 1,188 4,4′-Dichlorobenzophenon 1,105 N-Phenylglycin 0,141 Methylenchlorid66,517 Methanol 5,839

Zur Herstellung von 100 g Lösung:

Man löst die Bestandteile in dem Mischlösungsmittel durch 16 h Drehen auf einer Rüttelmaschine in einer Flasche von 113,4 g, die zu einem Drittel mit Kugeln aus nichtrostendem Stahl mit einem Durchmesser von ca. 3,18 mm gefüllt ist. Die vermischte Zusammensetzung wird auf einen Polyethylentere phthalat-Film mit einer Dicke von 0,0025 mm mittels einer Rakel von 0,10 mm mit einer Geschwindigkeit von 1,83 m/min auf getragen, behandelt und bei 120°C getrocknet, wodurch eine trockene Schicht mit einer Dicke von 0,013 mm gebildet wird. Eine Polyethylen-Deckfolie wird auf die lichtempfindliche Schicht unter 2,76 bar (2,81 kg/cm²) und bei 77°C Walzentemperatur laminiert.

Die Deckfolie auf der ersten lichtempfindlichen Schicht wird entfernt, und die Schicht wird auf einen Schicht träger laminiert, der aus einem Material bestehen kann, das die erforderlichen mechanischen Eigenschaften und einen angemessenen elektrischen Widerstand besitzt, z. B. eine Schaltungsplatine aus Phenolharz, eine Schaltungsplatine aus Epoxy-Harz etc. Alternativ kann die erste lichtempfindliche Schicht auf eine vorher herge stellte Schaltungs-Schicht mit Durchgängen und Schaltungsleitungen laminiert werden, die nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren oder nach anderen Verfahren her gestellt worden sein kann, beispielsweise durch Druck- oder Ätz-Verfahren, in denen ein Resist auf ein Kupfer blech aufgebracht wird und das unerwünschte Kupfer durch chemisches Ätzen entfernt wird, durch zusätzliche Verfahren, in denen Kupfer oder ein Katalysator bild mäßig aufgebracht wird und stromlos plattiert wird, wodurch eine Schaltung gebildet wird, oder durch Druck verfahren, in denen eine leitfähige Druckfarbe durch Siebdruck etc. aufgetragen wird. Die Polyethylentere phthalat-Folie wird dann entfernt, und nach dem Ent fernen der Deckfolie von der zweiten lichtempfindlichen Schicht wird diese Schicht bei etwa 20°C auf die erste Schicht laminiert. Das Laminat ist in Fig. 1A darge stellt, in der der (eine gedruckte Schaltung tragende) Schichtträger, die erste lichtempfindliche Schicht bzw. die zweite lichtempfindliche Schicht mit 1, 2 bzw. 3 bezeichnet sind. Eine Photomaske (4 in Fig. 1B) mit klaren (5 in Fig. 1B), undurchlässigen (6 in Fig. 1B) und gelben (7 in Fig. 1B) Bildbereichen, die dielektrischen Bereichen, Durchgangswegen und Schaltungsbereichen in der gewünschten Schaltung entsprechen, wird auf die zweite lichtempfindliche Schicht plaziert, und der zweischichtige Film wird der Schaltung einer Lichtquelle für Ultraviolett-Strahlung und sichtbarem Licht ausgesetzt. Der Film wird mit etwa 100 Licht-Einheiten belichtet, wobei ein Lichtenergie- Integrator benutzt wird. Der Wert kann von Drucker zu Drucker schwanken. Nach dem Entfernen der Photo maske werden die ungehärteten Bereiche des Films durch Sprühen mit 1,1,1-Trichloroethylen-Lösungsmittel ent fernt. Nach der Entfernung der ungehärteten Bereiche enthalten die dielektrischen Schichten Bereiche, in denen die zwei Schichten vollständig entfernt sind (wo Leitungswege erzeugt werden), Bereiche, in denen nur die obere Schicht entfernt ist (wo Schaltungsleitungen erzeugt werden), und Bereiche, wo beide Schichten intakt sind (Nicht-Schaltungsflächen). Dies ist in Fig. 1C veran schaulicht, in der ein (Leitungs-)Weg als 8 bezeichnet ist. Auf die klebrigen Bereiche wird Kupfer-Pulver (9 in Fig. 1D) mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 1 µm aufgebracht, indem man das Pulver über die Ober fläche rieseln läßt. Das Kupfer-Pulver fällt in die Rillen und Leitungslöcher, wobei es die klebrige Unter seite der Schaltungsleitungen und Kanten der Leitungs weg-Löcher überzieht, wie dies in Fig. 1D dargestellt ist. Die getonte Oberfläche wird entfettet durch Waschen mit warmer Seifenlösung mit einem pH von etwa 9, gefolgt von Spülen mit warmem Wasser, und das getonte Element wird abkühlen gelassen. Das getonte Element wird 15 s in eine 1-proz. Schwefelsäure-Lösung getaucht und dann jeweils 30 s in einem Wasser-Behälter und in einem Behälter mit destilliertem Wasser abgespült. Das gespülte getonte Element wird sofort in ein Kupfer- Bad zum stromlosen Plattieren gegeben und 2 h in diesem Plattierungsbad belassen. Nach dem stromlosen Plattieren wird die Schaltungsschicht (10 in Fig. 1E) gebürstet oder poliert, um etwaigen Schmutz oder Ablagerungen zu ent fernen und eine glatte gleichmäßige Oberfläche für die nächste Schaltungsschicht - falls eine solche zur Anwendung kommt - zu bereiten, ohne die Unversehrtheit der Kupferleitungen in den Schaltungsrillen zu stören. Dies ist in Fig. 1E veranschaulicht. Eine brauchbare zweischichtige gedruckte Schaltung wird durch Verbinden der ursprünglichen gedruckten Schaltung auf dem Substrat mit der neuen Schaltung erhalten.

Beispiel 2

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch mit der Abweichung, daß an Stelle des Einsatzes der Photomaske mit klaren, undurchlässigen und gelben Bildbereichen der dielek trische Film zwei Belichtungen durch zwei verschiedene schwarze und klare Masken unterworfen wird. Nach dem Laminieren auf einen Schichtträger oder auf eine vorher hergestellte Schaltungsschicht wird der Film durch eine Maske mit schwarzen und klaren Bildbereichen belichtet, in dem die Leitungswege maskiert sind. Der Film wird der Einstrahlung von etwa 50 Einheiten sichtbarem Licht (etwa 2,3 min) unter Verwendung eines Printers mit einer Lampe mit ausgedehntem Bereich, die zwischen Gerät und Maske mit einem Filter versehen ist, ausgesetzt. Die zweite Belichtung erfolgt durch ultraviolette und sicht bare Belichtung unter Verwendung des gleichen Printers, wie er im Vorstehenden beschrieben wurde, jedoch ohne das Filter, durch eine Maske mit schwarzen und klaren Bildbereichen, worin die Leitungswege und die Schaltungsleitungen maskiert sind. Die zweite Maske wird in Ausrichtung mit der ersten Maske angeordnet. Die nach dem Entwickeln, Tonen mit Kupfer-Pulver und stromlosen Plattieren entsprechend der Beschreibung in Beispiel 1 erhaltene zweischichtige gedruckte Schaltung ist der in Beispiel 1 beschriebenen ähnlich.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, bei dem

(a) auf einen Schichtträger eine erste dauerhaft klebrige lichtempfindliche Schicht, die durch Strahlung längerer Wellenlängen härtbar ist und darauf eine zweite lichtempfindliche Schicht, die durch Strahlung kürzerer Wellenlängen härtbar ist, aufge bracht werden;
(b) die lichtempfindlichen Schichten bildmäßig durch eine Maske oder Maskenkombination belichtet werden, die in einigen Bildbereichen nur längerwelliges Licht durchlassen, so daß nur die erste Schicht gehärtet wird und in anderen Bildbereichen auch kurzwelliges Licht durchlassen, so daß beide Schichten gehärtet werden;
(c) die ungehärteten Bereiche der beiden Schichten mittels eines Lösungsmittels entfernt werden;
(d) ein feinteiliges Metall, eine Legierung oder ein Plattierungs-Katalysator-Material auf die unbe deckten klebrigen Bereiche der ersten Schicht auf gebracht wird und
(e) das metallisierte oder katalysierte Bild zur Bildung einer elektrisch leitenden Schaltung plattiert wird.

2. Verfahren zur Herstellung einer mehrere Schichten umfassenden gedruckten Schaltung mit leitenden Verbin dungen zwischen den Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß eine gedruckte Schaltung nach Anspruch 1 herge stellt wird und nach Beendigung des Schrittes (e) die Schritte (a) bis (e) wenigstens einmal wiederholt werden, wobei das in Schritt (e) neu plattierte Schaltungs muster für den nachfolgenden Schritt (a) eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten lichtempfindlichen Schicht ein polymerer Sensibilisator eingesetzt wird, der Licht in dem Spektralgebiet von 400 bis 520 nm absorbiert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei lichtempfindlichen Schichten auf den Schicht träger durch Laminieren bei Temperaturen von 90°C bis 125°C aufgebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei lichtempfindlichen Schichten auf den Schicht träger in einem Laminierungsschritt aufgebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei lichtempfindlichen Schichten in zwei aufeinander folgenden Laminierungen aufgebracht werden, wobei die erste Schicht auf den Schichtträger und die zweite Schicht auf die erste Schicht laminiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Schichten mittels Strahlung durch eine dichrome Maske belichtet werden, die schwarze und gelbe Muster aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit sichtbarem Licht und ultravioletter Strahlung belichtet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein feinteiliges Metall aus Metallteilchen mit einem mittleren Durchmesser von 0,5 bis 25 µm verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallteilchen Kupfer verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Auftragen des Metalls, der Legierung oder des Plattierungs-Katalysators ein etwa vorhandener Über schuß von den nicht-klebrigen Bildbereichen entfernt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Plattieren die Schaltung gebürstet oder poliert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten lichtempfindlichen Schicht ein Zusatz stoff eingesetzt wird, der sie dauerhaft klebrig macht.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als klebrig machender Zusatzstoff ein Polyterpen-Harz eingesetzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der klebrig machende Zusatzstoff aus der Gruppe der Gummen ausgewählt ist.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Belichten der Schichten mittels aktinischer Strahlung durch eine Maskenkombination eine Verbund-Belichtung der Schichten ist, die nacheinander und in genauer Ausrichtung durch zwei schwarze/klare Photomasken hin durch erfolgt, wobei die Belichtung durch die eine Photomaske mittels sichtbarer Strahlung und die Belichtung durch die zweite Photomaske mittels ultravioletter und sichtbarer Strahlung erfolgt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtung durch die eine Photomaske mittels sicht baren Lichtes durch eine gefilterte Strahlung erfolgt und die Belichtung durch die zweite Photomaske mittels der ungefilterten Strahlung erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Belichtung durch eine Photomaske mit Bildbe reichen erfolgt, in denen Wege maskiert sind, und die zweite Belichtung durch eine Photomaske mit Bildbereichen erfolgt, in denen die Wege und Schaltungsleitungen maskiert sind.