DE3700912A1

DE3700912A1 - Verfahren zum herstellen elektrischer schaltkreise auf grundplatten

Info

Publication number: DE3700912A1
Application number: DE19873700912
Authority: DE
Inventors: Yamahiro Iwasa
Original assignee: Asahi Chemical Research Laboratory Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Research Laboratory Co Ltd
Priority date: 1986-01-14
Filing date: 1987-01-14
Publication date: 1987-08-06
Also published as: US4724040A; KR870007645A; KR900003158B1; NL8700053A; FR2593015A1; FR2593015B1; DE3700912C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Schaltkreise auf einer Grundplatte oder einem Substrat und bezieht sich insbesondere auf ein Ver fahren, mit dem auf einer Grundplatte ein Widerstands schaltkreis geschaffen wird. Für das Verfahren wird eine neu entwickelte, elektrisch leitfähige Kupferpaste ver wendet, die besonders geeignet ist zur Metallplattierung und dazu benutzt wird, an einer Seite der Grundplatte zweilagige Schaltungen aus ersten, unteren und zweiten, oberen Schaltkreisen zu schaffen. Darauf wird dann eine bedruckbare Widerstandspaste aufgetragen, um auf den zweiten, oberen Schaltkreisen den dünnstmöglichen Wider standsschaltkreis zu bilden.

Bisher ist es allgemein üblich, einen Widerstandsschalt kreis auf einer kupferbeschichteten, gedruckten Grund platte zu bilden. Hierbei wird ein Widerstand in Form einer Leitung oder eines Plättchens an einem kupferbe schichteten Schaltkreis angelötet. Das fertige Produkt ist deshalb voluminös und teuer, da es so viele Verarbei tungsschritte einschließlich der Kosten für den Wider stand erfordert. Außerdem ergibt sich bei dem bekannten Verfahren eine niedrige Ladungsdichte der gedruckten Grundplatte, und es ist schwierig, das Gewicht des Pro duktes und die Anzahl der Verfahrensschritte zu seiner Herstellung zu verringern. Da auch ein Lötvorgang nötig ist, kommt es häufig zu Fehlausrichtungen von Leitungen und falschem Einsetzen von Widerständen.

Für die Schaffung ziemlich komplexer Schaltkreise auf einer kupferbeschichteten Grundplatte ist es außerdem nö tig, die einzelnen Schaltkreise elektrisch miteinander zu verbinden. Da es bisher nicht möglich ist, Schaltkreise aus mehr als zwei Schichten auf einer Seite der gedruckten Grundplatte auszubilden, mußten derartige Schaltungen geteilt und an beiden Seiten der Grundplatte geätzt und anschließend durch Durchgangslöcher durch die Dicke der Grundplatte hindurch elektrisch miteinander verbunden werden.

Bei diesem bekannten Verfahren ist es also nötig, auf bei den Seiten der Grundplatte einen Kupferbelag vorzusehen, diese Kupferbeläge längs der gewünschten Schaltkreise zu ätzen und dann durch die Grundplatte hindurch mittels einer besonderen Vorrichtung, beispielsweise einer nume risch gesteuerten Vorrichtung Löcher anzubringen. Das er höht die Herstellungskosten, wobei auch noch die Mate rialkosten und die einzelnen Verfahrensschritte zu be rücksichtigen sind, so daß die Leistungsfähigkeit bei der Herstellung gering ist.

Um das herkömmliche Verfahren zu verbessern und elek trisch leitfähige Schaltkreise aus mehr als zwei Schich ten an einer Seite der Grundplatte mit geringeren Kosten wirksamer vorsehen zu können, muß eine elektrisch leitfä hige Kupferpaste benutzt werden, die eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit besitzt, zur Metallplattierung, insbesondere für eine Kupferauflage geeignet ist und au ßerdem zu geringen Kosten zur Verfügung steht.

Im Gegensatz zu einem Edelmetall, wie Silber oxidiert die herkömmliche, elektrisch leitfähige Kupferpaste leicht bei der zum Hartmachen der Paste nötigen Wärme. Durch das Oxidieren von Kupferpulver in der Paste erhöht sich der elektrische Widerstand, während das Lötvermögen abnimmt. Wegen dieser Mängel ist die herkömmliche, elek trisch leitfähige Kupferpaste praktisch nutzlos. Außer dem muß die Oberfläche der hart gemachten elektrisch leitfähigen Kupferpaste mittels eines Katalysators akti viert werden, um das Kupferpulver aus der Harzpaste bloß zulegen, damit das dann freiliegende Kupferpulver als Bindemittel wirken kann, d. h. eine Vielzahl von Kernen für das anschließende Metallplattieren zur Verfügung stellt. Bei Verwendung der herkömmlichen, elektrisch leitfähigen Paste sind also viele Verfahrensschritte nötig.

Aus der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 55-42460 geht ein Verfahren hervor, bei dem als dielektrischer Überzug ein ausgesprochen dielektrisches Resistmaterial aus Polybutadien und eine Klebstoffpaste, beispielsweise aus 20% Phenolharz, 63% Kupferpulver und 17% eines Lö sungsmittels für die Bildung gewünschter Schaltkreise benutzt wird. Die haftende Paste wird durch ein nicht elektrolytisches Plattierverfahren bis zu einer Dicke von 20 µm ausgebildet, und dann wird die plattierte Kle bepaste mit Kupfer überzogen, um elektrisch leitfähige Schaltkreise in mehr als zwei Schichten auf einer Seite einer Grundplatte zu erzeugen. Dies spezielle Verfahren ist allerdings nie in großtechnischem Maßstab benutzt worden. Die Anmelderin befaßt sich seit Jahren mit der Entwicklung neuer elektrisch leitfähiger Kupferpasten, um die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und hat bereits neue elektrisch leitfähige Kupferpasten zur industriellen Verwendung zur Verfügung gestellt. Dazu gehören die Kupferpasten ACP-020, ACP-030 und ACP-007P der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. Die elektrisch leitfähige Kupferpaste ACP-020 besteht im we sentlichen aus 80 Gew.% Kupferpulver und 20 Gew.% Kunst harz und hat eine ganz ausgezeichnete elektrische Leit fahigkeit, jedoch eine etwas weniger günstige Löteigen schaft. Die elektrisch leitfähige Kupferpaste ACP-030 besteht im wesentlichen aus 85 Gew.% Kupferpulver und 15 Gew.% Kunstharz und hat eine etwas geringere elektri sche Leitfähigkeit als das Produkt ACP-020, hingegen eine ausgezeichnete Löteigenschaft. Die elektrisch leit fähige Kupferpaste ACP-007P hingegen ist eine Verbesse rung der Paste ACP-030 und kann ohne Verwendung eines Katalysators zur Metallplattierung, beispielsweise einer chemischen Kupferplattierung benutzt werden. Diese Kup ferpaste hat eine ausgezeichnete Metallplattiereigenschaft.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der Nach teile des Standes der Technik ein Verfahren anzubieten, bei dem die neu entwickelte, elektrisch leitfähige Kupfer paste von besonders guter Metallplattiereigenschaft zur Ausbildung elektrisch leitfähiger Schaltkreise in mehr als zwei Schichten an einer Seite einer kupferbeschichte ten Grundplatte benutzt wird.

Auf dem Kupferbelag der Grundplatte wird zunächst ein Schaltkreis in einer ersten Schicht gebildet, anschlie ßend wird die genannte elektrisch leitfähige Kupferpaste mit der ausgezeichneten Metallplattiereigenschaft auf denjenigen Teilen der Schaltkreise der ersten Schicht aufgetragen, die mit Schaltkreisen einer zweiten Schicht verbunden werden sollen, welche auf den Schaltkreisen der ersten Schicht auszubilden sind. Anschließend wird die elektrisch leitfähige Paste erwärmt, damit sie hart wird, und danach wird die elektrisch leitfähige Kupferpaste mit einer Metallplattierung überzogen, um die elektrische Leitfähigkeit der Kupferpaste bis auf die des Kupferbe lages zu erhöhen. So entstehen die Schaltkreise der zwei ten Schicht auf den Schaltkreisen der ersten Schicht. Da mit wird eine zweilagige Schaltungsplatte geschaffen, deren Eigenschaften etwa der herkömmlichen zweiseitigen Schaltungsplatte mit durchgehenden Löchern gleichwertig sind, obwohl an Material und Verarbeitungsschritten etwa nur halb so viel nötig ist wie beim Stand der Technik. Eine teuere, numerisch gesteuerte Bohrmaschine wird über haupt nicht benötigt, und das Verarbeitungsverfahren ist im Vergleich zum Stand der Technik erheblich vereinfacht. Infolgedessen kann das fertige Erzeugnis etwa mit den halben Kosten zur Verfügung gestellt werden, die zur Her stellung des bekannten Erzeugnisses aufgebracht werden müssen.

Mit der Erfindung soll auch eine Widerstandsschaltung auf den Schaltkreisen der zweiten Schicht geschaffen wer den. Hierzu wird auf denjenigen Teilen der Schaltkreise der zweiten Schicht, die nicht elektrisch miteinander verbunden sind, eine elektrisch leitfähige Paste mit der genannten ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit aufgetragen und anschließend erwärmt, damit sie hart wird. Hierdurch entstehen zwei Anschlüsse, die anschlie ßend mit einer Widerstandspaste von vorherbestimmtem Wi derstandswert überzogen werden. Danach wird die Wider standspaste erwärmt, um sie zu härten, so daß auf den Schaltkreisen der zweiten Schicht ein Widerstandsschalt kreis entsteht. Auf diese Weise erübrigt sich der her kömmliche Vorgang der Befestigung des Widerstandes an der Grundplatte, und es wird ein außerordentlich flacher Widerstandsschaltkreis geboten. Abgesehen von der Zuver lässigkeit des Fertigproduktes, welches ein geringes Ge wicht haben kann, wird auch wegen der geringeren Anzahl benötigter Verfahrensschritte die leitende Dichte der Grundplatte erhöht. Das Fertigprodukt kann außerdem mit geringeren Kosten hergestellt werden, ohne daß eine Fehl anordnung von Leitungen oder ein falsches Einsetzen des Widerstands wie beim herkömmlichen Verfahren überhaupt möglich ist.

Das genannte spezielle Verfahren zum Herstellen des Wi derstandsschaltkreises auf einer Grundplatte unter Aus bildung einer Vielzahl erster elektrisch leitfähiger Schaltkreise eines ersten Schichtbelages auf der Grund platte und mindestens eines zweiten elektrisch leitfähi gen Schaltkreises eines zweiten Schichtbelages auf den ersten elektrisch leitfähigen Schaltkreisen soll so abge wandelt werden, daß zwischen den ersten und zweiten elek trisch leitfähigen Schaltkreisen ein Elektrizitätsspei cherschaltkreis geschaffen wird.

Kurz zusammengefaßt weist die Erfindung folgende Schritte auf: an einer Seite einer Grundplatte wird ein Kupferbe lag befestigt; der Kupferbelag wird geätzt, um auf ihm eine Vielzahl erster, elektrisch leitfähiger Schaltkreise eines ersten Schichtbelages zu bilden; diese eine Seite der Grundplatte wird außer in Bereichen, die mit weiteren Schaltkreisen elektrisch verbunden werden sollen, welche auf den ersten elektrisch leitfähigen Schaltkreisen des ersten Schichtbelags zu bilden sind, mit einem gegen Plattieren beständigen Resistmaterial überzogen; der er ste elektrisch leitfähige Schaltkreis des ersten Schicht belages wird mit einer zur Metallplattierung geeigneten, elektrisch leitfähigen Kupferpaste so überzogen, daß der erste elektrisch leitfähige Schaltkreis des ersten Schichtbelages in mindestens zwei Bereiche unterteilt wer den kann, die elektrisch voneinander zu isolieren sind; die Grundplatte wird zum Härten erhitzt; die Grundplatte wird gesäubert; die Grundplatte wird in eine Metallplat tierlösung eingetaucht, um auf der Oberseite der elek trisch leitfähigen Kupferpaste eine Metallplattierschicht zu erzeugen, um dadurch die zweiten elektrisch leitfähi gen Schaltkreise eines zweiten Schichtbelages zu bilden, die aus der Metallplattierschicht und der elektrisch leitfähigen Kupferpaste bestehen; auf einen Teil jedes der elektrisch isolierten Bereiche der zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise des zweiten Schichtbelages wird eine elektrisch leitfähige Paste aufgetragen; die Grund platte wird erhitzt, um die elektrisch leitfähige Paste zur Schaffung von zwei elektrischen Anschlüssen zu härten; auf einen Teil, der sich zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen erstreckt, wird eine Paste aufgetragen, die einen vorherbestimmten elektrischen Widerstandswert hat; die Grundplatte wird erhitzt, um die elektrische Wider standspaste zu härten, damit zwischen den beiden elek trisch gegeneinander isolierten Bereichen der zweiten elektrisch leitfähigen Schaltkreise des zweiten Schichtbe lages ein Widerstandsschaltkreis gebildet wird.

Die Erfindung weist gemäß einem anderen Aspekt folgende Schritte auf: an einer Seite einer Grundplatte wird ein Kupferbelag befestigt; der Kupferbelag wird geätzt, um darauf eine Vielzahl erster, elektrisch leitfähiger Schaltkreise eines ersten Schichtbelages auszubilden; diese eine Seite der Grundplatte wird mit einem gegen Plattieren beständigen Resistmaterial außer in denjenigen Bereichen überzogen, die mit einem weiteren Schaltkreis elektrisch verbunden werden sollen, der auf den ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreisen des ersten Schicht belages auszubilden ist; auf eine Seite der Grundplatte wird eine elektrisch leitfähige Kupferpaste, die für eine Metallplattierung geeignet ist, so aufgetragen, daß min destens zwei der ersten elektrisch leitfähigen Schalt kreise elektrisch miteinander verbunden werden können; die Grundplatte wird erhitzt, um sie zu härten; die Grundplatte wird gesäubert; die Grundplatte wird in eine Metallplattierlösung eingetaucht, um auf der Oberseite der elektrisch leitfähigen Paste eine Metallauflageschicht zu erzeugen, damit mindestens ein zweiter, elektrisch leitfähiger Schaltkreis eines zweiten Schichtbelages ge bildet wird, der aus der Metallauflageschicht und der elektrisch leitfähigen Kupferpaste besteht; derjenige Teil der ersten elektrisch leitfähigen Schaltkreise, der ohne Uberzug mit der elektrisch leitfähigen Kupferpaste blieb, oder ein Teil des zweiten elektrisch leitfähigen Schaltkreises wird mit einer dielektrischen Paste überzo gen, die die Eigenschaft hat, Elektrizität zu speichern; die Grundplatte wird erhitzt, um die dielektrische Paste hart werden zu lassen; die fragliche Seite der Grundplat te wird mit einer elektrisch leitfähigen Paste so über zogen, daß sich die Paste zwischen der dielektrischen Pa ste und einem der ersten, elektrisch leitfähigen Schalt kreise oder dem zweiten elektrisch leitfähigen Schalt kreis erstreckt; die Grundplatte wird erhitzt, um die elektrisch leitfähige Paste zu härten, damit auf der Grund platte ein Elektrizitätsspeicherschaltkreis gebildet wird.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungs beispiele näher erläutert, ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 9 dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine kupferbeschichtete Grundplatte in senkrech tem Schnitt;

Fig. 2 die Grundplatte gemäß Fig. 1 mit einem Überzug aus einem ätzbeständigen Resistmaterial;

Fig. 3 die Grundplatte gemäß Fig. 2 mit durch Ätzen ge bildeten ersten elektrisch leitfähigen Schalt kreisen;

Fig. 4 die Grundplatte gemäß Fig. 3, die mit einem plat tierbeständigen Resistmaterial überzogen ist;

Fig. 5 die Grundplatte gemäß Fig. 4, die mit einer elek trisch leitfähigen Kupferpaste überzogen ist;

Fig. 6 die Grundplatte gemäß Fig. 5, die durch nicht elektrolytisches Plattieren mit zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreisen versehen ist;

Fig. 7 die Grundplatte gemäß Fig. 6, die mit elektri schen Anschlüssen aus einer elektrisch leitfähigen Paste versehen ist;

Fig. 8 die Grundplatte gemäß Fig. 7 mit einem Wider standsschaltkreis aus einer Widerstandspaste;

Fig. 9 die Grundplatte mit einem die ganze Oberseite be deckenden Überzug als Abschluß der Verfahrens schritte zum Herstellen der Grundplatte.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 10 bis 18 gezeigt, und zwar zeigt:

Fig. 10 eine kupferbeschichtete Grundplatte in senkrech tem Schnitt;

Fig. 11 die Grundplatte gemäß Fig. 10, die mit einem ätz beständigen Resistmaterial überzogen ist;

Fig. 12 die Grundplatte gemäß Fig. 11, die durch Ätzen mit ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreisen versehen ist;

Fig. 13 die Grundplatte gemäß Fig. 12, die mit einem plat tierbeständigen Resistmaterial überzogen ist;

Fig. 14 die Grundplatte gemäß Fig. 13, die mit einer elek trisch leitfähigen Kupferpaste überzogen ist;

Fig. 15 die Grundplatte gemäß Fig. 14, die durch chemi sches Kupferplattieren mit einem zweiten elektrisch leitfähigen Schaltkreis versehen ist;

Fig. 16 die Grundplatte gemäß Fig. 15, die mit einer di elektrischen Paste überzogen ist;

Fig. 17 die Grundplatte gemäß Fig. 16, die mit einer elek trisch leitfähigen Paste zur Schaffung eines elek trisch speichernden Schaltkreises überzogen ist;

Fig. 18 die Grundplatte gemäß Fig. 17 mit einem die ganze Oberseite bedeckenden Überzug zum Abschluß der Verfahrensschritte zum Herstellen der Grundplatte.

Wie Fig. 1 zeigt, ist an einer Grundplatte 1, beispiels weise aus einem Polymerisat an einer Seite ein Kupferbelag 8 befestigt, so daß sich ein kupferbeschichtetes Substrat 3 ergibt. Auf den Kupferbelag 8 ist außer in Bereichen 3 a, in denen keine ersten elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 1 gebildet sind, wie in Fig. 3 gezeigt, ein ätzbeständi ges Resistmaterial 7 aufgetragen, welches anschließend zum Härten erwärmt wird. Das Resistmaterial 7 wird geätzt, damit eine Vielzahl erster elektrisch leitfähiger Schalt kreise C 1 eines ersten Schichtbelages aus dem Kupferbelag 8 entsteht, der, wie Fig. 3 zeigt, in den Bereichen 3 a entfernt ist. Anschließend wird, wie Fig. 4 zeigt, die Grundplatte 1 außer in den Bereichen der ersten, elek trisch leitfähigen Schaltkreise C 1, die mit weiteren Schaltkreisen elektrisch verbunden werden müssen, ein plattierbeständiges Resistmaterial 6, beispielsweise das Produkt CR-2001 der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. aufgetragen. Die genannten zweiten elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 2 sind auf den ersten elek trisch leitfähigen Schaltkreisen auszubilden (wie in Fig. 6 gezeigt). Um das Resistmaterial 6 zu härten, wird das Substrat 3 ca. 30 Minuten lang auf eine Temperatur von ca. 150°C erwärmt.

Anschließend wird durch Siebdruck auf die ersten, elek trisch leitfähigen Schaltkreise C 1 eine elektrisch leit fähige Kupferpaste 9 aufgetragen, beispielsweise das Pro dukt ACP-007P der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. Das Bedrucken erfolgt so, daß die Schaltkreise in mindestens zwei Bereiche unterteilt werden, die elek trisch voneinander isoliert sind, wie Fig. 5 zeigt. An schließend erfolgt zum Härten eine Erwärmung auf ca. 150°C während 30 bis 60 Minuten.

Danach wird das kupferbeschichtete Substrat 3 einer Be handlung zur Vorbereitung des nächsten Plattierverfahrens unterzogen. Hierzu wird das Substrat 3 etwa einige Minu ten mit einer Wasserlösung gesäubert, die 4-5 Gew.% Ätz natron (NaOH) enthält, und danach wird die Oberfläche wiederum einige Minuten mit einer Wasserlösung behandelt, die 5-10 Gew.% Salzsäure (HCl) enthält. Dadurch werden die Kupferteilchen aus dem Bindemittel der elektrisch leitfähigen Kupferpaste 9 freigelegt, so daß sie Kerne für die nächste Kupferplattierbehandlung bieten. Es sei noch darauf hingewiesen, daß kein Katalysator nötig ist, was unter Umständen bei einem nichtelektrolytischen Plat tieren der Fall ist.

Das kupferbeschichtete Substrat 3 wird anschließend in ein chemisches Kupferplattierbad eingetaucht, um die Ober fläche der elektrisch leitfähigen Kupferpaste 9 chemisch mit Kupferbelag zu versehen, d. h. die in Fig. 6 gezeigte Kupferauflage 10 zu bilden. So entstehen zweite elek trisch leitfähige Schaltkreise C 2 eines zweiten Schicht belages, die mit den ersten, elektrisch leitfähigen Schalt kreisen C 1 des ersten Schichtbelages elektrisch verbunden sind. Das Bad zur chemischen Kupferplattierung hat einen pH-Wert von 11-13 und eine Temperatur von 65-75°C, die Dicke der Kupferauflage beträgt mehr als 5 µm, die Ge schwindigkeit, mit der sich die Plattierung ansammelt, beträgt ca. 1,5-3 µm/Std.

Damit sind die zweiten elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 2 auf einer Seite des kupferbeschichteten Substrats 3 aus der elektrisch leitfähigen Kupferpaste 9 und der Kup ferauflage 10 gebildet. Danach werden, wie Fig. 7 zeigt, die elektrisch isolierten Bereiche der zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise mit einer elektrisch leitfähigen Paste 19, z. B. einer Silberpaste überzogen, um zwei elektrische Anschlüsse 20 zu bilden. Danach erfolgt wie derum eine Wärmebehandlung zum Härten. Wie Fig. 8 zeigt, wird dann der Bereich zwischen den beiden Anschlüssen 20 der zweiten elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 2 mit einer elektrischen Widerstand aufweisenden Paste 14 mit vorherbestimmtem Widerstandswert überzogen, und wiederum erfolgt eine Wärmebehandlung, damit die Paste hart wird. So entsteht ein Widerstandsschaltkreis 13 zwischen den elektrisch isolierten Bereichen der zweiten elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 2.

Abschließend wird, wie Fig. 9 zeigt, ein äußerer Überzug 11, beispielsweise ein gegen Plattieren beständiges Pro dukt CR-2001 der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. über die ganze verarbeitete Seite des kupferbeschich teten Substrats 3 aufgetragen und zum Hartwerden erwärmt. Damit ist eine gedruckte Schaltungsplatte 12 fertig.

Statt der Kupferauflage kann gemäß der Erfindung auf der elektrisch leitfähigen Kupferpaste 9 eine Plattierung aus einem Edelmetall, wie Silber oder Gold vorgesehen werden. Ferner können die ersten und zweiten elektrisch leitfähi gen Schaltkreise C 1, C 2 auch auf dem Überzug 11 ausgebil det werden, der anstelle des Kupferbelages 8 auf einer Seite der Grundplatte 1 als Überzug vorgesehen ist. In der hier beschriebenen Weise können auf einer Seite der Grundplatte gemäß der Erfindung Schaltkreise aus mehr als drei Schichten gebildet werden.

Die elektrisch leitfähige Kupferpaste soll ebenso wie die einen elektrischen Widerstand aufweisende Paste und die gegen Plattieren beständige Paste, die alle erfindungsge mäß benutzt werden, näher erläutert werden.

Hinsichtlich der Paste ACP-007P der Asahi Chemical Re search Laboratory Co., Ltd., die als Beispiel einer insbesondere zur Kupferplattierung geeigneten, elektrisch leitfähigen Kupferpaste genannt ist, ist allgemein be kannt, daß Kupfer leicht oxidiert, insbesondere wenn es in Form von Pulverpartikeln vorliegt, deren bloße, äußere Oberfläche vergrößert ist. Im Gegensatz zu der nichtoxi dierbaren Paste aus Edelmetallen ist es deshalb nötig, eine Paste mit solchen Bestandteilen zu schaffen, daß der oxidierte Film der Kupferpulverteilchen entfernt und das erneute Oxidieren der Kupferpartikel vermieden wird. Um eine leicht zu benutzende und ohne weiteres an einem Ba sismaterial zu befestigende, elektrisch leitfähige Kupfer paste zu erhalten, ist es wichtig, bei der Wahl das Basis material, an dem sie befestigt werden soll, zu berücksich tigen und die Bestandteile, wie Kupferpulver, Bindemittel, Sonderzusatz (z. B. Anthrazen, Anthrazenkarbonsäure, Anthradin, Anthranilsäure), Dispergiermittel und Lösungs mittel sorgfältig zu wählen und ordnungsgemäß zu vermischen.

Die Kupferteilchen haben je nach ihrem Herstellungsverfah ren unterschiedliche Gestalt. Bei dem elektrolytischen Verfahren werden Kupferteilchen in großer Reinheit nieder geschlagen und auch in verzweigter Gestalt. Beim Reduk tionsverfahren, bei dem Oxide durch ein Reduktionsgas re duziert werden, entstehen die Kupferteilchen in schwamm artiger und poröser Gestalt.

Die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zu verwendende elektrisch leitfähige Kupferpaste muß folgen de Eigenschaften haben:

1) Sie muß durch Siebdruck zur Bildung feiner Muster leicht auftragbar sein.
2) Sie muß an der Grundplatte fest anbringbar sein.
3) Sie muß gegen die hohe Temperatur eines Alkalibades beim chemischen Kupferplattieren beständig sein.
4) Sie muß an der Kupferplattierung fest anbringbar sein.
5) Ihre Viskosität muß im Verlauf der Zeit unveränder lich sein, damit sie stabil bedruckbar ist.

Um die vorstehend genannten Erfordernisse zu erfüllen, muß die elektrisch leitfähige Kupferpaste Kupferteilchen von großer Reinheit in verzweigter Gestalt, wie sie bei der Elektrolyse niedergeschlagen werden, und/oder von po röser, schwammiger Gestalt enthalten, wie sie aus Metall oxiden reduziert werden. Die Kupferteilchen können zu Flocken weiterverarbeitet werden.

Um den Gehalt an Kupferteilchen in der Paste zu erhöhen, müssen außerdem Kupferteilchen unterschiedlicher Größen und Gestalten zu maximaler Dichte geschüttet werden.

Hinsichtlich des Bindemittels der elektrisch leitfähigen Kupferpaste ist zu sagen, daß es als Träger für sehr viele Kupferteilchen und gleichzeitig als wirksamer Haftstoff an der Grundplatte dienen muß. Außerdem muß das Bindemit tel gegenüber dem Alkalibad bei der chemischen Kupfer plattierung beständig sein.

Es hat sich gezeigt, daß die beste elektrisch leitfähige Kupferpaste erhalten wurde, wenn sie Epoxyharz mit einem großen Gehalt an Kupferteilchen enthielt, wobei die Nie derschlagsrate bei der Plattierung und außerdem das Haft vermögen des plattierten Films erhöht wird.

Die auf der elektrisch leitfähigen Kupferpaste ACP-007P niedergeschlagene Kupferauflage ist rötlich braun und pastenartig und hat eine Viskosität von 300-500 Pas bei einer Temperatur von 25°C. Das Haftvermögen an einer kupferbeschichteten Grundplatte und einer Grundplatte aus Harz ist durch einen Klebebandversuch bestätigt worden. Außerdem ist das Haftvermögen an der elektrisch leitfähi gen Paste durch den Klebebandversuch bestätigt worden. Die Löteigenschaft beträgt mehr als 96% hinsichtlich der Ausdehnungsrate und mehr als 3,0 kg hinsichtlich der Zug kraft (3×3 mm²).

Die einzelnen Bestandteile der elektrisch leitfähigen Kupferpaste und deren Leitvermögen sind im einzelnen von der Anmelderin in ihren japanischen Patentanmeldungen 55-6609 (Offenlegungsnummer 56-103260) (entsprechend US-PS 4 353 816) und 60-216041 (entsprechend US Patentan meldung 06/895716) offenbart und deshalb hier nicht näher beschrieben.

Als elektrische Widerstandspaste wird eine Paste benutzt, die ein gereinigtes Pulver aus Kohlenstoff oder Graphit oder dgl. von großer Reinheit als elektrisch leitfähiges Element und ein hitzehärtbares Harz, wie Epoxy-, Phenol-, Melamin- oder Acrylharz oder dgl. als Bindemittel ent hält und außerdem ein Lösungsmittel, welches bei hoher Temperatur langsam verdampft und zum Modifizieren der Viskosität dient.

Die Bestandteile der elektrischen Widerstandspaste müssen alle eine bestimmte Eigenschaft haben. Als funktionelles Pulver müssen die Partikel beispielsweise fein und gleich förmig sein und eine große Reinheit und hohe Qualität auf weisen. Ferner dürfen die Teilchen nur einen geringen Un terschied im elektrischen Widerstandswert haben und müs sen mit dem Harz verträglich sein, mit dem sie vermischt werden sollen.

Hinsichtlich der Eigenschaft des Polymerisats sollte die Paste vorzugsweise ohne weiteres mit den Partikeln lös lich sein und keinen Film bilden, wenn sie längere Zeit bei normaler Temperatur aufbewahrt wird. Ferner darf die Paste bei normaler Temperatur nicht hart werden, hinge gen rasch härten, wenn sie erhitzt wird. Das Volumen der hart gewordenen Paste darf sich nicht ändern, und die Paste muß leicht flexibel sein und sich leicht an der Grundplatte anheften lassen. Ferner muß die Paste gegen über Wärme und Feuchtigkeit beständig sein und ohne wei teres an einem Vor- oder Grundauftrag ebenso wie an einem Außenauftrag haften.

Hinsichtlich der Eigenschaft des Lösungsmittels ist zu sagen, daß die Paste bei den aufeinanderfolgenden Be druckvorgängen stabilisiert sein muß, d. h. daß sie die Drucke nicht ausfüllen und den Emulsionsfilm nicht ver schlechtern darf. Außerdem muß die Verdampfungsgeschwin digkeit der Paste bei normaler Temperatur langsam sein und die Paste darf nicht leicht Wasser absorbieren und keine abrupten Änderungen ihrer Viskosität bei Temperatu ren von ±10°C erfahren. Schließlich darf sie weder bei normaler Temperatur noch im Dampf bei der Erwärmung Gift enthalten und/oder einen Reizgeruch verströmen.

Die vorstehend genannten Erfordernisse werden von einer von der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. entwickelten, einen elektrischen Widerstand aufweisenden Paste, beispielsweise der Paste mit der Bezeichnung TU-1K voll erfüllt. In dieser elektrischen Widerstandspa ste wird ein sehr stark stabilisierter Widerstand auf rechterhalten, d. h. die Schwankung des Widerstandes liegt nur bei ca. 0,5% bei den Löttemperaturen von 240°C und 260°C. Außerdem absorbiert diese Paste nicht rasch Wärme und spricht nicht auf Wärme an, bis die Löt temperatur erreicht ist, was tatsächlich eine Kurve einer Wärmedifferenzanalyse anzeigt. Die Volumenschwankung des Widerstands ist deshalb extrem gering.

Als Resistmaterial zum Abweisen einer Plattierung wird gemäß der Erfindung beispielsweise das Resistmaterial CR-2001 der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. benutzt. Das Resistmaterial wird auf einen ersten Schalt kreis aufgetragen, der nicht mit einem zweiten, auf dem ersten auszubildenden Schaltkreis elektrisch verbunden ist. Deshalb muß das Resistmaterial nicht nur isolierend wirken sondern auch gegen Alkali beständig sein. Das Re sistmaterial ist tatsächlich so entwickelt worden, daß es den sauren Charakter mehr als 4 Stunden lang in einem Alkalibad von 70°C und einem pH-Wert von 12 aufrechter hält, was dem chemischen Kupferplattierbad entspricht.

Ähnlich wie die elektrisch leitfähige Kupferpaste ACP-007P enthält das Resistmaterial als Hauptbestandteil ein Epoxy harz und wird durch ein Polyestersieb der Siebfeinheit 180 mesh (0,080 mm) aufgedruckt und dann zum Härten ca. 30 Minuten bei einer Temperatur von 150° erwärmt. Der auf gedruckte Film hat vorzugsweise eine Dicke von 15-30 µm und ist gegen Chemikalien und Spannungen beständig. Seine Haupteigenschaften lassen sich wie folgt beschreiben: das Resistmaterial haftet ohne weiteres an der Basis, auf die es aufgetragen wird und an einem Kupferbelag. Ferner ver schlechtert es sich nicht, wenn es lange Zeit in ein Alka libad mit einem pH-Wert von 12 eingetaucht wird. Das Re sistmaterial ist für die praktische Verwendung ziemlich sicher, weil der verwendete Härter ein wenig giftiges Al kali ist. Das Resistmaterial wird durch Siebdruck aufge tragen und enthält einen Härter von 10 g, gemischt mit dem Hauptbestandteil von 100 g. Hart wird das Material in einer gegebenen Zeit von 15-30 Minuten bei einer Tempera tur von 150-200°C.

Das plattierbeständige Resistmaterial ist grün im Zustand von Tinte und hat ein Haftvermögen (quer geschnitten) von 100/100 auf einem Kupferbelag, eine Oberflächenhärte von mehr als 8 H bei Messung mit einem Bleistift, eine Lö sungsbeständigkeit (in Trichloräthylen) von mehr als 15 Sekunden, eine Beständigkeit gegen Löthitze (260°C) von mehr als 5 Zyklen, einen Widerstandswert der Oberflächen isolierung von mehr als 5×10¹³ Ω, einen Volumenwider standswert von 1×10¹⁴ Ωcm, eine Beständigkeit gegen Spannung (15 µm) von mehr als 3,5 kV sowie eine dielek trische Tangente (1 MHz) von weniger als 0,03.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Er findung kann so abgewandelt werden, daß auf der Grund platte statt des Widerstandsschaltkreises ein Elektrizi tätsspeicherschaltkreis ausgebildet wird.

Fig. 10 zeigt eine Grundplatte 10 A aus einem Polymerisat, an deren einer Seite ein Kupferbelag befestigt ist, wo durch ein kupferbeschichtetes Substrat 30 geschaffen ist.

In den Fig. 11 und 12 ist erkennbar, daß der Kupferbelag 80 außer in Bereichen 30 a, in denen keine ersten, elek trisch leitfähigen Schaltkreise C 10 ausgebildet werden, mit einem ätzbeständigen Resistmaterial 70 überzogen ist. Danach wird das Substrat 30 zum Härten erwärmt. Anschlie ßend wird das Substrat 30 geätzt, um darauf eine Vielzahl erster, elektrisch leitfähiger Schaltkreise C 10 in einem ersten Schichtbelag des Kupferbelags 80 auszubilden, der in den Bereichen 30 a entfernt ist.

Anschließend wird, wie aus Fig. 13 und 14 hervorgeht, ein plattierbeständiges Resistmaterial 60, beispielsweise das Produkt CR-2001 der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. auf die Grundplatte 10 außer in Bereichen der ersten elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 10 aufgetragen, die mit einem weiteren Schaltkreis elektrisch verbunden werden sollen, beispielsweise einem zweiten elektrisch leitfähi gen Schaltkreis C 20, wie er in Fig. 15 gezeigt und auf den ersten elektrisch leitfähigen Schaltkreisen C 10 auszubil den ist. Danach wird das Substrat 30 ca. 30 Minuten lang auf eine Temperatur von ca. 150°C erwärmt, damit das ge gen Plattieren beständige Resistmaterial 60 hart wird. An schließend wird eine elektrisch leitfähige Kupferpaste 90, z. B. das Produkt ACP-007P der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. durch Siebdruck auf das Substrat 30 so aufgetragen, daß mindestens zwei der ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 10 miteinander elektrisch ver bunden werden. Anschließend wird das Substrat 30 zum Här ten der Kupferpaste 90 30-60 Minuten lang auf eine Tempe ratur von ca. 150°C erwärmt.

In diesem Zustand wird das Substrat 30 einer Behandlung zur Vorbereitung des nächsten Plattiervorganges unterwor fen. Hierzu wird das Substrat 30 etwa einige Minuten lang mit einer Wasserlösung gesäubert, die 4-5 Gew.% Ätznatron (NaOH) enthält. Anschließend erfolgt eine Oberflächenbe handlung während einiger Minuten mit einer Wasserlösung, die 5-10 Gew.% Salzsäure (HCl) enthält. Dadurch werden die Kupferpulverteilchen aus dem Bindemittel der elek trisch leitfähigen Kupferpaste 90 bloß gelegt und bieten die Kerne für den nächsten Kupferplattiervorgang. Es sei noch darauf hingewiesen, daß hier kein Katalysator nötig ist, was bei einem nichtelektrolytischen Plattiervorgang der Fall sein kann.

Anschließend wird das Substrat 30 in ein chemisches Kup ferplattierbad eingetaucht, um die Oberfläche der elek trisch leitfähigen Kupferpaste 90 mit einem Kupferbelag zu versehen und dadurch die Kupferauflage 100 zu bilden, wie Fig. 15 zeigt. Es wird also ein zweiter elektrisch leitfähiger Schaltkreis C 20 einer zweiten Beschichtungs lage auf den beiden ersten elektrisch leitfähigen Schalt kreisen C 10 so gebildet, daß der zweite Schaltkreis C 20 mit den beiden ersten Schaltkreisen C 10 elektrisch ver bunden ist. Das chemische Kupferplattierbad hat einen pH- Wert von 11-13 und eine Temperatur von 65-75°C, die Dicke der Kupferauflage beträgt mehr als 5 µm und die Ge schwindigkeit, mit der sich die Plattierung ansammelt, ca. 1,5-3 µm/Std.

Danach wird, wie Fig. 16 und 17 zeigen, der erste, elek trisch leitfähige Schaltkreis C 10, der nicht mit elek trisch leitfähiger Kupferpaste 90 beschichtet wurde, mit einer dielektrischen Paste 180 überzogen, die die Eigen schaft hat, Elektrizität zu speichern. Anschließend wird das Substrat 30 zum Härten der dielektrischen Paste er wärmt. Danach wird eine elektrisch leitfähige Paste 190, z. B. eine Silberpaste auf einen Bereich aufgetragen, der sich zwischen dem zweiten Schaltkreis C 20 und dem ersten Schaltkreis C 10 erstreckt und auf den die dielektrische Paste 180 aufgetragen wurde. Auf diese Weise wird die Paste 180 mit dem zweiten Schaltkreis C 20 und dem ersten Schaltkreis C 10 verbunden. Danach wird das Substrat 30 zum Härten der elektrisch leitfähigen Paste 190 erwärmt. Auf diese Weise wird zwischen dem ersten elektrisch leit fähigen Schaltkreis C 10 des ersten Schichtbelags und dem zweiten elektrisch leitfähigen Schaltkreis des zweiten Schichtbelags an einer Seite des kupferplattierten Sub strats 30 ein Elektrizitätsspeicherschaltkreis 160 gebildet.

Zuletzt wird, wie Fig. 18 zeigt, ein Überzug 110, bei spielsweise ein plattierbeständiges Resistmaterial CR-2001 der Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. auf eine Seite des Substrats 30 so aufgetragen, daß es die ersten elektrisch leitfähigen Schaltkreise C 10, den zweiten elektrisch leitfähigen Schaltkreis C 20 und den Elektrizitätsspeicherschaltkreis 160 überdeckt. An schließend erfolgt eine Erwärmung auf ca. 150°C während ca. 30 Minuten, um den Überzug 110 hart werden zu lassen. So können mehrschichtige Schaltkreise aus ersten und zweiten Schaltkreisen und einem Elektrizität speichern den Schaltkreis ohne weiteres an einer Seite einer Grundplatte durch entsprechende Kombination subtraktiver und additiver Verfahren gemäß der Erfindung geschaffen werden.

Es liegt auf der Hand, daß auf dem Überzug 110 gemäß Fig. 18 ein weiterer oder mehrere weitere Schaltkreise gebildet werden können, um an einer Seite der Grundplatte noch mehr Schaltungen zu akkumulieren.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen elektrischer Schalt kreise auf einer Grundplatte, dadurch gekennzeichnet, daß

a) an einer Seite der Grundplatte ein Kupferbelag befe stigt wird;
b) der Kupferbelag so geätzt wird, daß auf ihm eine Viel zahl erster, elektrisch leitfähiger Schaltkreise eines ersten Schichtbelags gebildet wird;
c) die eine Seite der Grundplatte mit einem plattierbe ständigen Resistmaterial außer in Bereichen überzogen wird, die mit weiteren Schaltkreisen elektrisch verbunden werden sollen, welche auf den ersten, elektrisch leitfä higen Schaltkreisen des ersten Schichtbelags zu bilden sind;
d) eine elektrisch leitfähige Kupferpaste, die für eine Metallplattierung geeignet ist, auf die eine Seite der Grundplatte so aufgetragen wird, daß die ersten, elek trisch leitfähigen Schaltkreise des ersten Schichtbelags in mindestens zwei Bereiche unterteilt werden können, die elektrisch voneinander isolierbar sind;
e) die Grundplatte zum Härten erwärmt wird;
f) die Grundplatte gesäubert wird;
g) die Grundplatte in eine Metallplattierlösung einge taucht wird, wodurch auf der Oberfläche der elektrisch leitfähigen Kupferpaste eine Metallplattierschicht gebil det wird, wodurch zweite elektrisch leitfähige Schalt kreise aus mindestens zwei elektrisch isolierten Berei chen eines zweiten Schichtbelags gebildet werden, die aus der Metallplattierschicht und der elektrisch leitfähi gen Kupferpaste bestehen;
h) ein Teil jedes der elektrisch isolierten Bereiche der zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise des zweiten Schichtbelags mit einer elektrisch leitfähigen Paste über zogen wird;
i) die Grundplatte zum Härten der elektrisch leitfähigen Paste zur Schaffung eines Paares elektrischer Anschlüsse erwärmt wird;
j) eine einen elektrischen Widerstand aufweisende Paste mit vorherbestimmtem Widerstandswert auf einen Teil auf getragen wird, der sich zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen erstreckt; und
k) die Grundplatte zum Härten der elektrischen Wider standspaste erwärmt wird, wobei ein Widerstandsschalt kreis zwischen den beiden elektrisch isolierten Bereichen der zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise des zwei ten Schichtbelags gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte aus einem Polymerisat hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallplat tieren ein chemisches Kupferplattieren durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der min destens zwei elektrisch isolierten Bereiche der ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise mindestens zwei elek trisch miteinander verbundene Schaltkreise aufweist, und daß der andere der mindestens zwei elektrisch isolierten Bereiche der ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise mindestens einen Schaltkreis aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der min destens zwei elektrisch isolierten Bereiche der zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise mindestens zwei elek trisch miteinander verbundene Schaltkreise aufweist, und daß der andere der mindestens zwei elektrisch isolierten Bereiche der zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise mindestens einen Schaltkreis aufweist.

6. Verfahren zum Herstellen elektrischer Schalt kreise auf einer Grundplatte, dadurch gekennzeichnet, daß

a) an einer Seite der Grundplatte ein Kupferbelag befe stigt wird;
b) der Kupferbelag so geätzt wird, daß auf ihm eine Viel zahl erster, elektrisch leitfähiger Schaltkreise eines ersten Schichtbelags gebildet wird;
c) die eine Seite der Grundplatte mit einem plattierbe ständigen Resistmaterial außer in Bereichen überzogen wird, die mit einem anderen Schaltkreis elektrisch ver bunden werden sollen, welcher auf den ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreisen des ersten Schichtbelags zu bilden ist;
d) eine elektrisch leitfähige Kupferpaste, die für eine Metallplattierung geeignet ist, auf die eine Seite der Grundplatte so aufgetragen wird, daß mindestens zwei der ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise elektrisch verbunden werden;
e) die Grundplatte zum Härten erwärmt wird;
f) die Grundplatte gesäubert wird;
g) die Grundplatte in eine Metallplattierlösung einge taucht wird, wobei die Oberseite der elektrisch leitfähi gen Paste mit einer Metallplattierschicht versehen und mindestens ein zweiter elektrisch leitfähiger Schaltkreis eines zweiten Schichtbelags gebildet wird, der aus der Metallplattierschicht und der elektrisch leitfähigen Kup ferpaste besteht;
h) der Rest der ersten, elektrisch leitfähigen Schalt kreise, der nicht mit der elektrisch leitfähigen Kupfer paste überzogen wurde, oder ein Teil des zweiten, elek trisch leitfähigen Schaltkreises mit einer dielektrischen Paste beschichtet wird, die die Eigenschaft hat, Elektri zität zu speichern;
i) die Grundplatte zum Härten der dielektrischen Paste erwärmt wird;
j) die eine Seite der Grundplatte mit einer elektrisch leitfähigen Paste so beschichtet wird, daß die elektrisch leitfähige Paste sich zwischen der dielektrischen Paste und einem der ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise oder dem zweiten, elektrisch leitfähigen Schaltkreis er streckt; und
k) die Grundplatte zum Härten der elektrisch leitfähigen Paste erwärmt wird, wodurch auf der Grundplatte ein Elek trizitätsspeicherschaltkreis gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplat te aus einem Polymerisat hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall plattieren ein chemisches Kupferplattieren durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der andere der ersten, elektrisch leitfähigen Schaltkreise mindestens einen Schaltkreis aufweist.