DE3689659T2

DE3689659T2 - Bildaufzeichnungsverfahren für gedruckte schaltungen.

Info

Publication number: DE3689659T2
Application number: DE3689659T
Authority: DE
Inventors: Paul E. Franklin Ma 02038 Grandmont; Harold Sharon Ma 02067 Lake
Original assignee: Foxboro Co
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1985-06-10
Filing date: 1986-12-17
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2006-12-18
Also published as: WO1988004797A1; DK457988A; US4666818A; EP0339020B1; JPH02501427A; DK170480B1; DK457988D0; KR940007800B1; DE3689659D1; EP0339020A1; NO883643L; NO883643D0; KR890700855A

Description

Diese Anmeldung bezieht sich auf die Parallelanmeldung Nr. 879123756.2 (veröffentlicht als Nr. 0337986) mit dem Titel "Multilayer Circuit Board Fabrication Process" auf den Namen des vorliegenden Anmelders, auf die im folgenden Bezug genommen wird.
Die Erfindung betrifft allgemein das Herstellen von gedruckten Leiterplatten für elektronische Bauteile und insbesondere Photobearbeitungstechniken für gedruckte Leiterplatten.
Die fortlaufende Integrierung und Verkleinerung der Bauteile für elektronische Schaltungen wurde eine wachsende Herausforderung bezüglich der Grenzen der Technik der gedruckten Leiterplatten über die vergangenen zwanzig Jahre. Gedruckte Schaltungsplatten oder Leiterplatten (PWB), wie derzeit eher bezeichnet wurden, kommt verschiedentlich eine Schlüsselrolle zu. Zum einen werden elektronische Bauteile, wie insbesondere kompakte integrierte Schaltungen, Widerstände etc. auf der Oberfläche einer ebenen, gewöhnlich soliden, kartenähnlichen Platte angeordnet oder getragen. Somit dient die PWB als Träger für die Bauteile. Zum zweiten bildet die PWB durch chemisches Ätzen oder auf die Oberfläche der Platte aufgalvanisierte Leitermuster die gewünschten elektronischen Verbindungen zwischen den Bauteilen. Darüber hinaus kann die PWB einen als Wärmesenke dienenden Metallbereich aufweisen.
Leitermuster werden gewöhnlich durch Photoätzen einer auf Epoxy-Fiberglassubstrat aufgebrachten Kupferfolie gebildet. Eine Photolackschicht wird auf die Kupferfolie aufgetragen und durch Einwirkung durch eine Maske projizierten ultravioletten (UV) Lichts bemustert, die oft als "Druckvorlage" bezeichnet wird. Die auf dem Photolack belichteten Bereiche werden polymerisiert. Die nicht polymerisierten Bereiche werden durch eine chemische Lösung entfernt, die die Kupferbereiche und das gewünschte Leitermuster unter der schützenden Schicht des verbliebenen polymerisierten, gehärteten Photolacks zurückläßt. Das freiliegende Kupfer wird dann weggeätzt und der verbliebene Photolack wird chemisch entfernt, um das daraus entstehende Leitungsmuster freizulegen. Alternativ kann der Photolack zum Ausbilden von Kanälen für stromloses Aufbringen von Leitermustern bemustert werden. Es bestehen auf alle Fälle eine Reihe von Abwandlungen dieses Verfahrens, jedoch bei allen wird die Photobemusterung der Photolackschicht benötigt.
Mit der Zunahme der Anwendung integrierter Schaltungen hat die höhere Dichte der Verbindungsanschlüsse für Inputs und Outputs (I/O) zu doppelseitigen PWBs geführt, bei denen zusätzliche Verbindungen hergestellt wurden, so daß Leitermuster auf der anderen Seite der Platte benutzt werden.
Zusammen mit der Zunahme der Schaltungsintegrierung hat die Oberflächenmontiertechnologie (SMT) die Verdichtung der elektronischen Schaltungen beschleunigt. Oberflächenmontierbauelemente (SMD) werden direkt auf die Oberfläche der PWB aufgebracht und durch Dampfphasen-, Infrarot (IR)- oder andere Techniken verlötet. SMT revolutioniert die elektronische Herstellungsindustrie durch Verringerung der Zusammenbaukosten um etwa 50%, Steigern der Bauteildichte um mehr als 40% und Erhöhen der Zuverlässigkeit. Die Anordnung von Anschlüssen auf SMDs besitzt eine höhere Dichte oder feineren Abstand als die auf herkömmlichen Bauteilen. Da jeder Anschluß nach wie vor ordnungsgemäß elektrisch mit dem entsprechenden Leiter auf der Platte verbunden sein muß, wird für die Abbildungsgenauigkeit der SMDs hohe Auflösung für die PWB Leiterlinien benötigt. In der Tat wurden SMD Schaltungen so dicht, daß Doppelseitenplatten nicht alle benötigten elektrischen Verbindungen aufnehmen können. Somit rückten vielschichtige PWBs in den Mittelpunkt des Interesses; eine Reihe im Wettbewerb zueinander stehende Technologien sind in Entwicklung. Diese Technologien, die auf Stapeln oder Schichten von Leitermustern beruhen, benötigen
Zwischenschichtpaßgenauigkeit zusätzlich zu der exakten Linienbreite und dem exakten Abstand der Leitermuster in einer gegebenen Schicht. Die Herstellung sehr feiner Linien in der Größenordnung von 3 bis 5 Milliinch abbildungsgenau über vier oder mehr Schichten tief ist sehr schwierig.
Um den größtmöglichen Vorteil aus den durch die sich ergebenden SMT zur Verfügung gestellten Vorzüge zu ziehen, müssen neue Fabrikationsverfahren für die Herstellung von Substraten und Platten entwickelt werden. In der Vergangenheit bestand eines der Problemgebiete in der Herstellung von PWBs in der Erzeugung und Verwendung der Druckvorlagen zum Bemustern der Photolackschichten. Die Verwendung photographischer Filme oder Glasplatten hat inherente Schwierigkeiten bezüglich Stabilität, Abbildungsgenauigkeit, Transport und Lagerung.
Die Vermeidung von Druckvorlagen beim Plattenherstellungsverfahren war lange Zeit ein Industrieziel, wodurch die Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-UV-Laserplottern gefördert wurde. Viele Maschinen sind derzeit verfügbar; alle sind sehr teuer und in einer frühen Entwicklungsphase. Diese Maschinen bemustern die UV empfindlichen Photolacke direkt ohne Druckvorlage. Leitermuster werden durch computerunterstützte Planung (CAD) entworfen, das die Koordinaten und Dimensionen aller Pfade digitalisiert und sie in Steuersignale für einen UV Laser x-y Plotter umwandelt. Zusätzlich zu ihren hohen Kosten besitzen diese Systeme eine Reihe Einschränkungen, die bei feinlinigen, hochdichten Arbeitsvorlagen deutlich werden. Dazu zählt grundsätzlich, daß die UV empfindlichen Photolacke Materialien mit geringen Kontrasten sind, die einen hohen Belichtungsenergiewert benötigen. Als eine Folge ist die Linienkantenauflösung begrenzt. Um hohe Plotgeschwindigkeiten zu erreichen, arbeiten diese Systeme alle in einem Rasterabtastmodus. Rasterabtasten führt zu bemerkenswerten Kantenungenauigkeiten, die beim Plotten von gewinkelten Linien besonders deutlich werden. Die Begrenzungen der Genauigkeit und der minimalen Linienbreite sind kennzeichnend für diese Rasterplotsysteme. Ein anderer Problembereich in derzeitigen Systemen ist die kurze Lebenserwartung der Laserquelle. Ein weiteres Problem mit dem direkt vom CAD ausgehenden UV-Plotten der photobearbeitbaren Schicht liegt darin, daß es keine Überprüfung vor der Polymerisation ermöglicht. Wenn ein Fehler im Plot gemacht wird, wird der Fehler automatisch in die UV empfindliche Schicht eingebaut. Im Fall eines Photolacks kann die Platte nur durch Entfernen der gesamten Photolackschicht und erneutem Säubern und Erhitzen der feuchtigkeitsfreien Platte wiedergewonnen werden. Im Fall einer UV geplotteten Lötmaske führt eine Störung im Muster dazu, daß die gesamte Panele weggeworfen werden muß.
Aus IBM Technical Disclosure Bulletins Vol. 12, Nr. 12, Mai 1970, Seite 2159 und Vol. 13, Nr. 7, Dezember 1970, Seite 2078 ist bekannt, eine in situ gebildete photographische Maske auf einer gedruckten Leiterplatte zum Bemustern einer Schicht aus Photolack auf einer Platte durch nachfolgende ultraviolette Bestrahlung zu benutzen. Jedoch, obwohl diese Technik einige der zuvor erwähnten Probleme löst, ist sie durch die Notwendigkeit spezieller Schichtaufbringungsverfahren unflexibel, und Fehler in der Maske können nicht korrigiert werden.
Die vorliegende Erfindung bietet ein verbessertes Bemusterungsverfahren an. Gemäß eines erfindungsgemäßen Aspekts wird ein Verfahren zum Bemustern einer photobearbeitbaren Schicht auf einem Substrat zur Verfügung gestellt, bei dem ein mit einem Photolack überzogenes Substrat mit einer oberen Schicht eines photobearbeitbaren Materials, das empfindlich in einem ersten Bereich darauf gerichteter Energie ist, und einer photographisch abbildenden Schicht über der photobearbeitbaren Schicht vorgesehen wird, wobei die abbildende Schicht empfindlich in einem zweiten Bereich darauf gerichteter Energie ist, die abbildende Schicht selektiv mit Energie im zweiten Bereich, aber nicht im ersten Bereich, gemäß eines verlangten Musters bestrahlt wird, so daß die abbildende Schicht aktiviert wird, im wesentlichen ohne die darunter liegende Schicht aus dem photobearbeitbaren Material zu beeinflussen, die abbildende Schicht auf dem Substrat entwickelt wird, die photobearbeitbare Schicht mit Energie im ersten Bereich durch das Bild hindurch bestrahlt wird, das in der abbildenden Schicht als eine in situ Maske entwickelt wurde, und die photobearbeitbare Schicht bearbeitet wird, gekennzeichnet durch die Schritte: Vorsehen eines laminierten, nicht belichteten, nicht entwickelten photographisch abbildenden Films als abbildende Schicht, Laminieren des Films auf das Substrat über die photobearbeitbare Schicht, so daß er danach von selbst vom Substrat ablösbar ist, Bilden einer digitalen Darstellung des verlangten Musters, selektives Belichten des Films auf dem Substrat mit einem automatischen Plotter, der durch digitale Darstellung gesteuert wird, um einen Strahl der Energie im zweiten Bereich auszugeben, und Belichten der photobearbeitbaren Schicht unter Verwendung von Energien im ersten Bereich, im wesentlichen einheitlich über das Substrat verteilt und anschließendes Ablösen des Films von dem im wesentlichen unversehrten Substrat. Gemäß eines weiteren erfindungsgemäßen Aspekts wird bei einem Verfahren zum Bemustern einer photobearbeitbaren Schicht auf einem Substrat ein mit einem Photolack überzogenes Substrat mit einer oberen Schicht aus photobearbeitbarem Material, das empfindlich in einem ersten Bereich darauf gerichteter Energie ist, und einer photographisch abbildenden Schicht über der photobearbeitbaren Schicht vorgesehen, wobei die abbildende Schicht empfindlich in einem zweiten Bereich darauf gerichteter Energie ist, wird die abbildende Schicht selektiv mit Energien im zweiten Bereich, aber nicht im ersten Bereich gemäß eines verlangten Musters belichtet, so daß die abbildende Schicht aktiviert wird, im wesentlichen ohne die darunter liegende Schicht aus photobearbeitbarem Material zu beeinflussen, wird die abbildende Schicht auf dem Substrat entwickelt, wird die photobearbeitbare Schicht mit Energie im ersten Bereich durch das Bild hindurch belichtet, das in der abbildenden Schicht als eine in situ Maske entwickelt würde, und wird die photobearbeitbare Schicht bearbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die photobearbeitbare Schicht und die abbildende Schicht durch Zusammenlaminieren der Schicht des photobearbeitbaren Materials mit einem nicht belichteten, nicht entwickelten, photographisch abbildenden Film als abbildender Schicht, um einen Verbundkörper zu bilden, und durch Aufbringen des Verbundkörpers auf die Anordnung mit oben befindlicher dünner Schicht gebildet wird, daß eine digitale Darstellung des verlangten Musters hergestellt wird, daß das selektive Belichten des Films auf dem Substrat mit einem automatischen Photoplotter, gesteuert durch die digitale Darstellung, durchgeführt wird, um einen Energiestrahl im zweiten Bereich auszugeben, daß das Belichten der photobearbeitbaren Schicht unter Verwendung von Energie im ersten Bereich, im wesentlichen gleichmäßig über das Substrat verteilt, durchgeführt wird und daß anschließend der Film vom im wesentlichen unversehrten Substrat entfernt wird.
Auf diese Weise sind die im Plattenherstellungsverfahren zu handhabenden separaten Originaldruckvorlagen unnötig, obwohl die Kantenauflösungsprobleme der UV Plotter vermieden sind. Extrem feines Linienbemustern mit minimaler Zwischenschichtfehlabbildungsgenauigkeit ist bei geringen Kosten und hoher Geschwindigkeit unter Einsatz einer insgesamt zuverlässigeren Ausrüstung verfügbar. Es ist nun möglich, eine stark vereinfachte Vorrichtung zum Herstellen von Substrat/- Platten zur Verfügung zu stellen, die direkt durch ein CAD Layout betrieben wird. Das Verfahren nutzt bevorzugt einen sehr dünnen, photoempfindlichen, abziehbaren, sehr kontrastreichen Film, der direkt auf ein Substrat, das mit der photobearbeitbaren Schicht überzogen ist, laminiert wird. Alternativ sind die photobearbeitbare Schicht und der Film ursprünglich zusammenlaminiert und als ein Verbundkörper auf das Substrat aufgebracht. Die resultierende Anordnung kann an Ort und Stelle durch einen CAD mit einem herkömmlichen Niederenergieweißlichtplotter belichtet werden, der die darunter liegende Photolackschicht nicht wesentlich polymerisiert. Nach Belichten kann die Filmschicht durch herkömmliche chemische Filmentwicklungsverfahren oder ein weiteres für Filme geeignetes Verfahren entwickelt werden. Die Entwicklung darf den darunter liegenden Photolack nicht beeinträchtigen. Die entstehende Schichtabbildung mit hohem Kontrast bildet eine in situ Maske, insbesondere für die darauffolgende einheitliche UV Flutbelichtung des darunter liegenden Photolacks. Nach der UV Belichtung wird der Film durch Ablösen vom Substrat entfernt. Die weitere Verarbeitung des Substrats kann durch herkömmliche Vorrichtungen erfolgen. Das Verfahren kann für viele Schichten wiederholt werden, ohne daß Abbildungsgenauigkeitsfehler, die durch Handhaben von separaten Originaldruckvorlagen hervorgerufen werden, wiederholt werden. Das System kann gleichfalls einen Rasterscanplotter einsetzen. Ein octogonaler Lichtfleck erzeugt geradkantige Linien bei 45º oder 90º zur Abtastrichtung. Durch die Verwendung eines Films mit hohem Kontrast ist Licht geringer Intensität ausreichend für die Belichtung, was im Gegensatz zur direkten UV Bemusterung des darunter liegenden Photolacks zu extrem feiner Auflösung führt. Es ist daher möglich, die Vorteile des CAD betriebenen Plotters mit direkter Musterbildung auf der Platte zu verbinden, wobei ein schärferes Muster aufgrund der Anwendung von Weißlichtplotten mit hohem Kontrast und geringer Energie erhalten wird. Darüber hinaus ist die gewünschte sichtbare Abbildung auf dem entwickelten Film vollständig vor der UV Belichtung überprüfbar und kann, falls notwendig, ausgebessert werden. Wenn die Abbildung annehmbar ist, kann der Film abgezogen werden und kann ein unbelichteter Film aufgetragen werden. Das System kann gleichfalls zum Bemustern von Lötmasken oder Dauertrockenfilmisolierungsschichten und ähnlichem, so wie für Photolacke verwendet werden.
Die Erfindung wird nun durch ein Beispiel anhand der Zeichnungen beschrieben:
Fig. 1A-1G sind schematische Querschnittsansichten einer gedruckten Leiterplatte (PWB), die einer Reihe von Schritten zum Bemustern des Photolacks direkt vom CAD mittels einer subtraktiven Ätzmustertechnik unterzogen wird;
Fig. 2 zeigt eine schematische Funktionsdarstellung eines Systems zum Vorlaminieren des Photolacks zusammen mit dem photographischen Film, bevor dieses als ein Verbundkörper auf ein Substrat aufgebracht wird;
Fig. 3 zeigt eine schematische Funktionsdarstellung eines Systems zum Aufbringen des photographischen Films auf ein mit Photolack beschichtetes Substrat;
Fig. 4A-4F zeigen schematische Querschnittansichten einer Leiterplatte, die Permanenttrockenschichtbemusterung in einer Reihe von Schritten unterzogen wird;
Fig. 5A-5F zeigen schematische Querschnittansichten einer Bemusterungssequenz durch ein herkömmliches Bemusterungsverfahren;
Fig. 6A-6B zeigen schematische Darstellungen eines Rasterscanphotoplotters mit gleichseitigem octogonalen Lichtfleck;
Fig. 7A-7B zeigen schematische Darstellungen eines Rasterscanphotoplotters mit nicht gleichseitigem octogonalen Lichtfleck.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Wie in Fig. 1A gezeigt, wird die Ausgestaltung eines Leitermusters für eine Schicht eines PWB auf CAD 10 vorgenommen. Die PWB kann jede Größe bis zu einem typischen Maximum von 18 bis 24 Inch besitzen. Die Koordinaten des Musters werden digitalisiert und in eine kompatible digitale Form als Steuereingabe zu einem x-y Plotter 12, beispielsweise ein Gerber Modell 35, übertragen. Diese gewöhnlich für die Herstellung von Originaldruckvorlagen verwendeten Plotter besitzen einen Bewegungstisch (nicht gezeigt), auf dem der Film aufgebracht wird. Der Tisch ist dazu in der Lage, sich gleichzeitig in x- und y-Richtung mittels getrennter x- und y-Schrittmotoren und Verschiebungsspindeln in Längsrichtung zu bewegen. Der Plotkopf besteht aus einer Weißlichtquelle 14 mit einer Anzahl wählbarer Öffnungen und im vorliegenden Fall mit einem Gelbfilter 16, um die unerwünschten UV Bestandteile zu entfernen. Der Plotter befindet sich in einem dunklen Raum und der Lichtstrahl 18 bewegt sich relativ zum Film, wobei er ein Linienmuster mit gewöhnlich sich ändernden Breiten auf den Film schreibt.
Wie in Fig. 1A gezeigt, ist das Substrat 20 beispielsweise eine Epoxyfiberglaslage, das die eine einheitliche Schicht aus Metall, beispielsweise Kupfer 22, trägt. Eine UV lichtempfindliche Photolackschicht 24 wird auf die Kupferschicht 22 aufgebracht. Eine dünne Lage eines photographischen dünnen Films 26 auf der Streifenbasis liegt über dem Photolack 24. Der Film 26 ist bevorzugt ein viertel oder ein halbes Milliinch dick.
Die Verbundstruktur 30 der Fig. 1A kann auf viele verschiedene Weisen hergestellt werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, können der Photolack 24 und der Film 26 durch Heißrollen bei 32 zur Bildung eines zweischichtigen Verbundkörpers 34 laminiert werden, der dann bei 36 auf das unbeschichtete Substrat 38 rollaminiert wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, kann der photographische Film 26 alternativ direkt auf ein mit Photolack beschichtetes Substrat rollaminiert werden.
In beiden Fällen wird die entstehende Struktur 30 auf dem Bewegungstisch (nicht gezeigt) des Plotters 12 angeordnet, und der Film 26 wird durch den Strahl 18 belichtet.
Einmal belichtet, wird der Film 26 durch herkömmliche chemische photographische Entwicklungsverfahren entwickelt (Fig. 1B), beispielsweise durch Eintauchen der gesamten Struktur 30 in die notwendige Bäderabfolge in einer Dunkelkammer. Die Abbildung 42 entwickelt sich in der oberen Emulsionsschicht des Films 26.
Der Film 26 kann eine dünne Silberschicht auf Streifenbasis sein. Ein geeigneter dünner Negativ- oder Positivfilm ist bei der 3-M Company erhältlich. Die chemische Entwicklung des Films beeinflußt die Unversehrtheit der im einzelnen verwendeten darunter liegenden Photolackschichten, insbesondere von semiwäßrigen oder Lösungsmittelphotolacken nicht.
Ein möglicherweise hervorragend geeigneter Film für die erfindungsgemäße Verwendung ist ein Trockensilberabbildungsfilm. Dieser gleichfalls bei der 3-M Company erhältliche Film ist gegenüber weißem Licht photoempfindlich und besitzt relativ starken Kontrast, bedarf jedoch keiner Chemikalien zur Entwicklung des Bildes. Das Bild wird durch Erwärmen des Films entweder bei erhöhter Temperatur über kurze Zeit oder bei vergleichsweise moderaten Temperaturen über einen längeren Zeitraum entwickelt. Aufgrund dieser Eigenschaft besitzt der Trockensilberfilm sehr geringe Archivierungseigenschaften, da er sogar bei moderat erhöhten Temperaturen nach gewisser Zeit verschleiert wird. Dieser Film kann jedoch für die vorliegende Erfindung ideal sein, da er mit der Emulsionsseite nach unten in Berührung mit dem Substrat, beispielsweise dem Photolack oder der Lötmaske, aufgebracht werden kann. Dadurch, daß die Emulsionsseite direkt gegen die photobearbeitbare Schicht angeordnet wird, können die Eigenschaften der in situ Maske verstärkt werden, da die UV Strahlen nicht nach der Maske durch das die Emulsion tragende Filmsubstratmaterial gehen müssen. Mit anderen Worten wird die UV Strahlung durch das Filmbild in der Emulsion unmittelbar vor dem Eintritt in die UV empfindliche Schicht maskiert. Ein möglicher Nachteil des Trockensilberfilms in diesem Verfahren ist, daß er einen geringeren Kontrast als die durch herkömmliche Chemie entwickelte Film auf Streifenbasis besitzt. Zusätzlich kann er nicht leicht retuschiert werden, während der entwickelte Trockensilberfilm auf der Platte vor der UV Belichtung überprüfbar ist.
Nachdem das Bild 42 im Film 26 fixiert ist, wird die Struktur 30 durch eine UV Flutlampe 44 belichtet, wie in Fig. 1C gezeigt. Die dunklen Bereiche 42 des Bildes auf dem Film 26 absorbieren das ultraviolette Licht und schirmen den darunter liegenden Photolack ab. Wo der Film 26 transparent bleibt, dringt jedoch das ultraviolette Licht in die Photolackschicht 24 ein und polymerisiert die darunter liegenden Bereiche 46. In der Praxis wird die Verwendung eines kurzen UV Energieimpulses von einer Blitzlampe als wünschenswert angesehen, um eine einheitlichere Polymerisation zu erzielen.
Nachdem die Platte von der UV Belichtungsapparatur 44 entfernt wurde, wird im nächsten Schritt der Film 26 abgelöst, wie in Fig. 1D gezeigt. Sobald der Film 26 entfernt ist, liegt der bemusterte Photolack 24 offen. Der übrige Teil der Substratbehandlung wird wie bisher durchgeführt (Photolackentwicklung, Ätzen oder Metallisieren, etc.). Wie beispielsweise in Fig. 1E, 1F und 1G gezeigt, können die nichtpolymerisierten Bereiche des Photolacks 24 durch chemische Einwirkung, die lediglich die polymerisierten Bereiche 46 über den ausgewählten Bereichen der Kupferschicht 22 zurückläßt, entfernt werden. Als nächstes wird das Kupfer geätzt, um Kupferleitermuster 48 zu bilden, und die polymerisierten Bereiche des Photolacks 46 werden chemisch entfernt, wobei sie die durch die ursprüngliche CAD Planung bezeichneten Kupferleitermuster 48 zurücklassen, wie in Fig. 1G gezeigt.
Die vorliegende Erfindung ist gleichfalls auf die Herstellung von Lötmasken und Isolierungsschichten anwendbar. Wie in Fig. 4A-4E gezeigt, wird ein mit Kupferfolie plattiertes Substrat 20' auf Epoxyfiberglas oder anderem geeignetem Material durch eine herkömmliche Technik oder die in Fig. 1A-1G gezeigten Techniken bemustert. Das Leiterfolienmuster 50 ist in Fig. 4A abgebildet. Ein Verbundkörper 52 aus einem Silberfilm 26 auf Streifenbasis und ein permanenttrockener Film (PDF) 54, gemäß Fig. 2 werden zusammenrollaminiert und direkt auf das das Leitermuster 50 tragende Substrat 20' aufgegeben. Alternativ kann das PDF 54 zuerst zum Bilden eines beschichteten Substrats aufgebracht werden, worauf der Film 26 anschließend gemäß Fig. 3 aufgetragen wird.
Wie in Fig. 4C gezeigt, wird die vom Verbundkörper bedeckte Struktur den gleichen Schritten, wie in Fig. 1A, 1B, 1C und 1D unterzogen. Die in der Emulsionsschicht des Films 26 ausgebildete, direkt vom CAD geplottete Abbildung 55 schirmt die darunter liegenden Bereiche der PDF über dem Leiterfolienmuster 50 ab und dient als eine in situ Maske. In Fig. 4D werden die unbelichteten, unpolymerisierten Bereiche der PDF über dem Leitermuster 50 chemisch entfernt, wobei sie die polymerisierte, gehärtete PDF isolierende Schicht 60 zurücklassen.
Die freigesetzten Metallstellen in Fig. 4D können mit Lot durch Eintauchen in ein geschmolzenes Lotbad beschichtet werden, um die ausgehöhlten Kanäle oder Öffnungen in der isolierenden Schicht 60 mit Lot 62 aufzufüllen (Fig. 4E). Um eine egalisierte Oberfläche zu erhalten, wird die obere Schicht der Struktur mit einem Heißluftmesser behandelt, das die Oberfläche des Lots 62 wieder aufschmilzt. Das Ergebnis ist eine glatte Oberfläche, die zum Anbringen der SMDs bereit ist. In der Praxis wird die Lotpaste durch Siebdruck auf die Oberfläche der Struktur in Fig. 4E aufgebracht, werden die SMDs montiert und wird die Struktur in einem Dampfphasenverfahren erwärmt, um beispielsweise elektrische Verbindungen zwischen den Leitern der Platte und den SMDs zu bilden.
Wie in Fig. 4F gezeigt, kann alternativ die PDF als ein Zwischenschichtisolator in vielschichtigen Strukturen des in unserer zuvor erwähnten, anhängigen Multischicht-Anmeldung offenbarten Typs eingesetzt werden. Das Kupferfolienmuster 50 der Fig. 4D bildet katalytische Stellen für stromloses Metallisieren. Die in der PDF isolierenden Schicht 60 gebildeten Kanäle werden stromlos metallisiert, um feste Kupferleiter 64 herzustellen (Fig. 4F). Die darauffolgenden Schichten würden dann oben auf die in Fig. 4F gezeigte Struktur aufgegeben, um eine vielschichtige Schaltung aufzubauen.
Ein Musterplatierungsverfahren ist in Fig. 5A-5F dargestellt, das die erfindungsgemäße direkt vom CAD ausgehende in situ Photomaskentechnik einsetzt. Wie in Fig. 5A gezeigt, trägt ein Substrat 20 eine obere Schicht aus Folie 22, eine Photolackschicht 24 und einen ein Bild entwickelnden Film 26. Die Anordnung stimmt mit der in Fig. 1A dargestellten überein, mit dem Unterschied, daß, wenn ein Negativphotolack verwendet wird, der Film bevorzugt ein Negativfilm auf Streifenbasis statt, eines Positivfilms, wie in Fig. 1A abgebildet, ist.
Die Filmschicht wird belichtet (geplottet) und auf der Platte entwickelt, um gemäß Fig. 5B das Bild 70 herzustellen. Die Platte wird anschließend durch eine UV Quelle belichtet, um die ungeschützten Bereiche der Photolackschicht 24 zu polymerisieren. Wie in Fig. 5B gezeigt, wird der Film 26, nachdem er seinen Zweck erfüllt hat, abgelöst und weggeworfen. Anschließend wird der unpolymerisierte Photolack in Fig. 5C entfernt, wobei er Bereiche gehärteten Photolacks 72 über der gleichförmigen Schicht aus Kupfer 22 zurückläßt.
Da die Kupferschicht unversehrt ist, kann Galvanisieren eingesetzt werden. Löcher (nicht gezeigt) werden gemeinsam mit den Kupferkanälen galvanisiert, die durch den Photolack belichtet sind. Die durch Photolack 72 bedeckten Bereiche werden nicht durch das Galvanisieren betroffen. Dieses ist vorteilhaft, da ausschließlich das Leitermuster (und Löcher) galvanisiert werden, so daß kein überflüssiges galvanisiertes Kupfer entfernt werden muß.
Wie in Fig. 5D abgebildet, wird, nachdem die Kupferleiter 22' aufgalvanisiert wurden, eine Beschichtung 74 aus Zinnlot auf die Oberfläche des Kupferleiters 22' in einem geeigneten Bad galvanisiert. Die Zinnlotbeschichtung 74 überdeckt das gewünschte Leitermuster. Nach Entfernen des gehärteten, polymerisierten Photolacks 72 gemäß Fig. 5E, wird die Struktur in ein Ätzbad gestellt. Die Zinnlotbeschichtung 74 wirkt als Abdeckung gegenüber dem Kupferätzmittel. Als Ergebnis wird die Kupferfolienschicht 22 überall mit der Ausnahme dort, wo das Muster mit Zinnlot galvanisiert wurde, entfernt, um somit das gewünschte zinnplattierte Kupfermuster gemäß Fig. 5F zurückzulassen. Gemäß des abschließenden Schritts der Zeichnung (Fig. 5F) wird die Struktur durch IR Strahlung oder Heißölbehandlung erwärmt, um die Zinnlotschicht 74 über den geätzten Kanten 76 (Fig. 5F) des Kupfermusters aufzuschmelzen.
Die Vorteile des direkten CAD Photoplottens auf eine in situ Silberfilmmaske sind vielfach. Insbesondere ergibt eine sehr dünne, kontrastreiche in situ Filmmaske eine hochauflösende Bemusterungsmöglichkeit, die der durch direktes CAD- UV-Plotten auf den Photolack weit überlegen ist. Direktes CAD Belichten kann mit herkömmlichen kostengünstigen Weißlichtphotoplotten, im Gegensatz zu den teuren komplexen UV Plottsystemen mit Hochenergie-UV-Lasern, die häufig ersetzt werden müssen, durchgeführt werden. Darüber hinaus ist hochkontrastreiches Weißlichtplotten UV-Plotten überlegen, da ein lichtempfindlicher Film höheren Kontrast bei geringeren Energiewerten zeigt.
Die photogeplottete in situ Maske stellt die Grundlage für hochpräzise Zwischenschichtabbildungsgenauigkeit und vielschichtig gedruckte Leiterplatten zur Verfügung. Die Filmbelichtung ist überprüfbar und stabil gegenüber voriger Photolackbelichtung.
Die Überprüfbarkeit stellt einen besonders wichtigen Vorteil gegenüber dem UV Plotten dar. Ein Fehler oder ein Artifakt in dem UV polymerisierten Muster kann nicht einfach durch Schneiden entfernt werden. Vielmehr muß der Photolack abgelöst und nach Säubern und Trocknen der Platte wieder aufgetragen werden, oder die Platte muß einfach verworfen werden. Beim Herstellen stromlos galvanisierter vielschichtiger Platten gemäß des in der zuvor genannten anhängigen Anmeldung offenbarten Verfahrens sind die Folgen des Fehlplottens der UV empfindlichen PDF Schichten durchaus ernstzunehmen. Durch Einsatz des vorliegenden Verfahrens kann jedoch der auf der Platte entwickelte Film leicht auf durch eine Plottstörung, Haar, Staub etc. hervorgerufene Artifakte überprüft werden. In vielen Fällen kann anstelle des Ablösens des alten Films und des Auflösens eines neuen Films die in situ Photomaske durch einen UV opaken Füllfederhalter oder durch Herausschneiden kleiner Bereiche der fälschlich belichteten Emulsion mit einem exakten Messer retuschiert werden. Falls notwendig, kann in jedem Fall die schlechte Maske schnell abgelöst werden, um es mit einem neuen Filmstück erneut zu versuchen. Der wichtige Unterschied liegt darin, daß die UV empfindliche Schicht unversehrt bleibt, sogar, wenn die Platte direkt aus dem CAD Layout geplottet wird.
Das System kann weiterhin einem Hochgeschwindigkeitsrasterscansystem zu Herstellungszwecken angepaßt werden, ohne irgendeine der Einschränkungen einer herkömmlichen Laserausrüstung. Eine denkbare Weißlichtquelle ist eine Xenonstroboskoplampe mit kollimiertem Strahl.
Die Verwendung einer octogonalen Öffnung für den Rasterscanstrahl beseitigt jede Kantenungenauigkeit sowohl bei 45 und 90º Linien, als auch bei 0º Linien, d. h. parallel zur Abtastrichtung. Wie in Fig. 6A und 6B dargestellt, kann ein Rasterscanplotter mit einer einfachen Weißlichtquelle mit einer octogonalen Öffnung, bevorzugt in Form einer Schablone, ausgerüstet sein. Der octogonale Lichtfleck wird auf die Emulsion im Film fokussiert. In Fig. 6A verläuft die Abtastrichtung wie abgebildet entlang der y-Achse und das Objektiv zieht oder bildet eine Linie in die x-Richtung. Um dieses zu erreichen, wird die Stroboskoplampe präzise an der richtigen y-Koordinate getriggert (y&sub1; in Fig. 6A), um ein Octagon 90 auf dem Film während des ersten Scans zu belichten. Im nächsten Scan blitzt die Stroboskoplampe wieder in der Stellung y&sub1;, um ein zweites Octagonbild 92 wie dargestellt zu belichten. Der Abstand zwischen den Scans beträgt etwa ein drittel der Breite des aufgezeigten Octagons, so daß beispielsweise die Seiten 90a und 92a ausgerichtet sind und sich berühren oder gerade überlappen. Nach aufeinanderfolgenden Scans plotten die entstehenden gestaffelten, überlappenden Octagons eine Linie mit gut gezeichneten, geraden Kanten. Zusätzlich führen die in Fig. 6B gezeigten Diagonallinien in 45º Winkeln gleichfalls zu Mustern mit geraden Kanten 94a, 96a, die durch Octagonlichtflecke mittels aufeinanderfolgenden Scans in y-Richtung mit einem Abstand von einem Drittel der Lichtfleckbreite gebildet wurden.
Da die in Fig. 6A und 6B gezeigten Octagons gleichseitige oder regelmäßige Octagons sind, ist der Grad der Überlappung der Seiten bei 90º Wegen größer als bei 45º Wegen (Fig. 6B). Dieser Effekt kann durch Einsatz relativ zur Abtastrichtung diagonal verlaufender Seiten mit gleicher Länge beseitigt werden, die ein Verhältnis von ca. 2 zu den in Fig. 7A und 7B gezeigten orthogonalen Seiten besitzen. Bei dieser Gestaltung wird das Octagon gleichmäßig in Drittel geteilt, so daß die Überlappung beim Herstellen diagonaler oder orthogonaler Linien gleich sein wird. Wenn jedoch die Breite der Orthogonallinie drei Einheiten beträgt, wird die von einer diagonalen Linie herrührende Breite 2,828 Einheiten betragen. Diese Breite kann jedoch angeglichen werden, indem die Vergrößerung gewechselt wird, beispielsweise falls der Rasterplotter ein automatisches Zoomobjektiv besitzt, oder durch genaue Einstellung der Belichtungsdauer, damit das Licht ein in y-Richtung leicht vergrößertes Octagon ausleuchten kann, um dessen verringerte diagonale Breite beim Erstellen diagonaler Linien auszugleichen.
Bestehende Rastersysteme einschließlich der vorangegangenen Verfeinerungen und das in situ Silberdünnfilmmaskensystem ergeben ein praktisches, hochqualitatives Substratverarbeitungsverfahren mit Produktionsgeschwindigkeiten, die in der Realität an 5 Sekunden pro Plot heranreichen.
Das in situ Maskensystem kann einen Film auf Streifenbasis des negativen oder positiven Typs verwenden. Da die meisten der heutzutage verwendeten erhältlichen Photolacke negativ arbeiten, ist ein Film auf Streifenbasis des positiven Typs für Subtraktivverfahren bevorzugt. Der Film auf Streifenbasis des negativen Typs wird in gleicher Weise verwendet werden, wenn die Platten durch ein in Fig. 5A-5F gezeigtes Mustergalvanisierungsverfahren mit negativ arbeitendem Photolack hergestellt würden.
Die vorangegangene Beschreibung des in situ Filmmasken- PWB-Systems dient der Erläuterung und ist nicht einschränkend. Beispielsweise können, obwohl die obigen Beispiele nur einseitige Platten zeigen, doppelseitige Platten hergestellt werden, indem das gleiche Verfahren gleichzeitig oder in Folge auf beide Seiten eines Substrats angewandt wird. Viele Abwandlungen und Zusätze zu den hierin beschriebenen Schritten und Materialien sind innerhalb des erfindungsgemäßen Umfangs möglich.

Claims

1. Verfahren zum Bemustern einer photobearbeitbaren Schicht auf einem Substrat, bei dem ein mit einem Photolack überzogenes Substrat mit einer oberen Schicht eines photobearbeitbaren Materials, das empfindlich in einem ersten Bereich darauf gerichteter Energie ist, und einer photographisch abbildenden Schicht über der photobearbeitbaren Schicht vorgesehen wird, wobei die abbildende Schicht empfindlich in einem zweiten Bereich darauf gerichteter Energie ist, die abbildende Schicht selektiv mit Energie im zweiten Bereich, aber nicht im ersten Bereich, gemäß eines verlangten Musters bestrahlt wird, so daß die abbildende Schicht aktiviert wird, im wesentlichen ohne die darunterliegende Schicht aus dem photobearbeitbaren Material zu beeinflussen, die abbildenden Schicht auf dem Substrat entwickelt wird, die photobearbeitbaren Schicht mit Energie im ersten Bereich durch das Bild hindurch bestrahlt wird, das in der abbildenden Schicht als eine in situ Maske entwickelt wurde, und die photobearbeitbare Schicht bearbeitet wird, gekennzeichnet durch die Schritte: Vorsehen eines laminierten, nicht belichteten, nicht entwickelten photographisch abbildenden Films als abbildende Schicht, Laminieren des Films auf das Substrat über die photobearbeitbare Schicht, so daß er danach von selbst vom Substrat ablösbar ist, Bilden einer digitalen Darstellung des verlangten Musters, selektives Belichten des Films auf dem Substrat mit einem automatischen Plotter, der durch die digitale Darstellung gesteuert wird, um einen Strahl der Energie im zweiten Bereich auszugeben, und Belichten der photobearbeitbaren Schicht unter Verwendung von Energie im ersten Bereich, im wesentlichen einheitlich über das Substrat verteilt, und anschließendes Ablösen des Films von dem im wesentlichen unversehrten Substrat.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Entfernens des Films durch Ablösen des Films vom Substrat erreicht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeiten der photobearbeitbaren Schicht nach Belichten durch chemisches Entfernen der entweder belichteten oder nicht belichteten Teile der photobearbeitbaren Schicht erreicht wird.

4. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich aktinische UV- Strahlung einschließt und der zweite Bereich im wesentlichen aktinische Strahlung ausschließt.

5. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das verlangte Muster ein Leitermuster für eine gedruckte Leiterplatte einschließt.

6. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Film eine Emulsion neben der photobearbeitbaren Schicht aufweist.

7. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Film eine trockene Silberemulsion aufweist.

8. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Film eine wärmeentwickelbare Emulsion aufweist.

9. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß nach Entwickeln des Films und vor Belichten der photobearbeitbaren Schicht das im Film gebildete Bild auf Fehler untersucht wird und falls ein Fehler gefunden wird, der fehlerhafte Film vom Substrat abgelöst und weggeworfen wird, woraufhin die vorangegangenen Schritte mit dem gleichen Substrat wiederholt werden.

10. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Laminieren des Films durch Roll-Laminieren des Films auf das mit Fotolack überzogene Substrat angeführt wird.

11. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch den Schritt des nicht wiederverwendbaren Wegwerfens des abgelösten Films nach der Verwendung als in situ Maske.

12. Verfahren zum Bemustern einer photobearbeitbaren Schicht auf einem Substrat, bei dem ein mit einem Fotolack überzogenes Substrat mit einer oberen Schicht aus photobearbeitbarem Material, das empfindlich in einem ersten Bereich darauf gerichteter Energie ist, und einer photographisch abbildenden Schicht über der photobearbeitbaren Schicht vorgesehen wird, wobei die abbildende Schicht empfindlich in einem zweiten Bereich darauf gerichteter Energie ist, die abbildenden Schicht selektiv mit Energie im zweiten Bereich, aber nicht im ersten Bereich gemäß eines verlangten Musters belichtet wird, so daß die abbildende Schicht aktiviert wird, im wesentlichen ohne die darunterliegenden Schicht aus photobearbeitbarem Material zu beeinflussen, die abbildenden Schicht auf dem Substrat entwickelt wird, die photobearbeitbaren Schicht mit Energie im ersten Bereich durch das Bild hindurch belichtet wird, das in der abbildenden Schicht als eine in situ Maske entwickelt würde, und die photobearbeitbare Schicht bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die photobearbeitbare Schicht und die abbildende Schicht durch Zusammenlaminieren der Schicht des photobearbeitbaren Materials mit einem nicht belichteten, nicht entwickelter photographisch abbildenden Film als abbildende Schicht, um einen Verbundkörper zu bilden, und durch Aufbringen des Verbundkörpers auf die Struktur mit dem darauf befindlichen Film gebildet werden, daß eine digitale Darstellung des verlangten Musters hergestellt wird, daß das selektive Belichten des Films auf dem Substrat mit einem automatischen Photoplotter, gesteuert durch die digitale Darstellung, durchgeführt wird, um einen Energiestrahl im zweiten Bereich auszugeben, daß das Belichten der photobearbeitbaren Schicht unter Verwendung von Energie im ersten Bereich, im wesentlichen gleichmäßig über das Substrat verteilt, durchgeführt wird und daß anschließend der Film vom im wesentlichen unversehrten Substrat entfernt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Entfernens des Films durch Ablösen des Films vom Substrat erreicht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeiten der photobearbeitbaren Schicht nach Belichten durch chemisches Entfernen von entweder belichteten oder nicht belichteten Teilen der photobearbeitbaren Schicht erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich aktinische Strahlung einschließt und der zweite Bereich aktinische Strahlung im wesentlichen ausschließt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das verlangte Muster ein Leitermuster für eine gedruckte Leiterplatte ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Film eine Emulsion neben der photobearbeitbaren Schicht enthält.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Film eine trockene Silberemulsion aufweist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Film eine wärmeentwickelbare Emulsion aufweist.