DE4113261A1 - Verfahren zum aufbringen einer basiskupferschicht auf glasfaserverstaerktem oder keramikpulvergefuelltem teflonsubstrat und verfahren zur herstellung sehr feiner leiterbahnstrukturen darauf - Google Patents

Description

Ein häufig verwendetes Substrat zum Aufbau von Schaltungen mit Leitungen und/oder mit Leitungsbauteilen, die einen definier­ ten Wellenwiderstand, d. h. also definierte Abmessungen auf­ weisen, ist der Kunststoff Teflon. Wegen der besseren mechani­ schen Eigenschaften und der höheren Dielektrizitätskonstanten wird dabei vor allem glasfaserverstärktes oder keramikpulver­ gefülltes Teflon verwendet. Dieses Material wird hauptsächlich mit einer beidseitigen Kupferkaschierung angeboten und deshalb fast ausschließlich mittels der Fotoätztechnologie bearbeitet.

Bei diesem bisher üblichen Verfahren werden die Leitungen und/oder die Leitungsbauteile direkt aus der Kupferkaschierung geätzt, wobei an Stellen, an denen Metall auf dem Substrat bleiben soll, Fotolack das Abätzen verhindert. Diese Vorge­ hensweise ist zwar recht einfach und auch billig, führt jedoch zu erheblichen Schwankungen der Abmessungen der geätzten Strukturen, so daß nur bei Leiterbreiten und Leiterabständen, die größer als etwa 100 µm sind, die erforderlichen Toleranzen eingehalten werden können.

Nachteilig bei kupferkaschiertem Teflonsubstrat ist auch, daß einerseits die Kupferkaschierung, über die Gesamtfläche gese­ hen, Dickenschwankungen unterliegt und andererseits die Dicke dieser Kaschierung so groß ist, daß beim Ätzvorgang ein Unter­ ätzen der Leiterbahnen stattfindet.

Um diese Probleme zu umgehen, ist es bei nicht kaschierten Materialien möglich, eine dünne Basiskupferschicht chemisch abzuscheiden. Diese Abscheidung läßt sich sehr präzise durch­ führen. Die Basiskupferschicht wird dann teilweise mit Fotolack abgedeckt und an Stellen ohne Fotolack galvanisch verstärkt. Die so erhaltene Leiterbahnstruktur wird an­ schließend mit einer galvanisch aufgebrachten Schutzschicht aus nur Nickel oder Nickel und Gold überzogen, so daß beim nach dem Entfernen des Fotolacks stattfindenden Ätzen der Basiskupferschicht die Leiterbahnstruktur nicht angegriffen wird.

Bei diesem Verfahren muß zum chemischen Abscheiden der Basis­ kupferschicht auf dem reinen Substratmaterial ein Katalysator verwendet werden. Dazu dient üblicherweise eine Palladium ent­ haltende Lösung, in die das Substrat getaucht wird. Beim spä­ teren Eintauchen des Substrats in eine kupferhaltige Lösung scheidet sich das Kupfer an den Palladiumkeimen ab. Auf diese Weise entsteht eine dünne und homogene Basiskupferschicht.

Nach dem galvanischen Aufbau der Leiterstruktur auf der Basis­ kupferschicht muß die Basiskupferschicht wieder weggeätzt wer­ den. Es ist jedoch sehr schwierig, die Palladiumschicht wieder zu entfernen. Wird sie nicht entfernt, führt es dazu, daß bei sehr engen Leiterbahnabständen aufgrund der nicht exakt zu definierenden Dicke der Palladiumschicht Kurzschlüsse auftre­ ten können. Wird die Palladiumschicht mittels eines starken Ätzbades entfernt, kommt es auch bei diesem Verfahren zu Unterätzungen an den Leiterbahnen.

Es ist zwar ein Verfahren zum chemischen Abscheiden von Kupfer mit einem auf Kupferkolloid basierenden Katalysator bekannt, jedoch sind dort die Badparameter, wie beispielsweise Tempe­ ratur und Komponentengehalte, auf das Beschichten von Seiten­ wänden von Durchkontaktierungen in kupferkaschierten Leiter­ platten abgestimmt.

Die Anwendung dieses bekannten Verfahrens auf ein Substrat aus glasfaserverstärktem oder keramikpulvergefülltem Teflon, bei dem die Kupferkaschierung weggeätzt wurde, führt allerdings zu Blasenbildung oder fleckenweisen Fehlstellen in der Basis­ kupferschicht.

Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, ein Verfahren zur ganzflächigen stromlosen Beschichtung von Substraten aus glasfaserverstärktem oder keramikpulvergefülltem, kupfer­ kaschierten Teflon mit einer dünnen Kupferschicht anzugeben, so daß darauf die Herstellung von Leiterbahnstrukturen mit Abständen und Breiten, die kleiner als 50 µm sind, mittels eines galvanischen Leiterbahnaufbaus möglich ist. Außerdem soll im Falle, daß als Ätzresist nur eine sehr dünne Nickel­ schicht galvanisch abgeschieden wurde, nach dem Ätzen der Basiskupferschicht noch Nickel und Gold chemisch abgeschieden werden können.

Erfindungsgemäß wird das Problem durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst, bei dem zuerst die Kupferkaschierung des Teflonsubstrats in einem ammoniak-alkalischen Ätzbad entfernt wird. Ein saures Ätzbad würde den Oberflächenhaft­ film auf dem Teflon zerstören, so daß bei der anschließenden Weiterbehandlung keine haftfeste Abscheidung des Katalysators für stromlos abzuscheidendes Kupfer mehr stattfinden kann.

Nach dem Ätzen der Kupferkaschierung wird das Substrat mit einem alkalischen Reinigungsmittel gereinigt, um es für die anschließende Oberflächenbekeimung mit kolloidal gebundenem Kupfer zur Initiierung der eigentlichen Kupferabscheidung vorzubereiten. Die sonst übliche Bekeimung in sauren Palla­ diumbädern und Zinn ist nicht möglich, da eine Palladium­ schicht nach der Ätzung der chemisch abgeschiedenen Basis­ kupferschicht nur sehr schwierig zu entfernen wäre, und somit bei einer anschließenden Veredelung der Leiterstruktur mit chemisch abgeschiedenem Nickel zu einer Totalbeschichtung der ganzen Substratoberfläche führen würde, da die Palladiumkeime auch katalysierend für chemisch abzuscheidendes Nickel wirken.

Nach der Bekeimung der Substratoberfläche mit kolloidal gebun­ denem Kupfer wird in einem dünnabscheidenden Kupferbad, initiiert durch den Katalysator, die Basiskupferschicht mit einer Dicke von 0,3 µm bis 0,7 µm, vorzugsweise von 0,4 µm bis 0,6 µm, abgeschieden. Diese Schicht ist nur unter definierten Bedingungen einwandfrei aufzubringen. Abweichungen von diesen Bedingungen führen zu Blasenbildung oder fleckenweise auftre­ tenden Fehlstellen. Die geringe Schichtdicke erlaubt nach dem galvanischen Aufbau der Leiterstruktur eine schnelle und ein­ deutige Ätzung der Basiskupferschicht ohne die Gefahr einer Unterätzung der eigentlichen Strukturelemente. Hierdurch wird die Herstellung sehr feiner Strukturen, wie z. B. Fingerkoppler und Spulen, bis ca. 20 µm bis 30 µm Leiterbreite und Leiterabstand möglich.

Das Substrat mit der Basiskupferschicht wird abschließend bei einer Temperatur von 140°C bis 180°C während einer Dauer von mindestens 30 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre getrocknet und getempert.

Zwischen den Verfahrensschritten wird das Substrat gespült, um ein Verschleppen der einzelnen Badinhalte zu vermeiden und so­ mit eine Verunreinigung der Bäder zu vermindern.

Die Baddimensionierung und Badbelastbarkeit bei diesem Verfah­ ren erlauben die Anwendung der Korbtechnik, wodurch eine hohe zeitliche Durchsatzrate und somit eine hohe Wirtschaftlichkeit erzielt wird.

Der erfindungsgemäße Verfahrensablauf soll nun anhand eines Beispiels mit Hilfe einer Tabelle verdeutlicht werden:

Zum Reinigen wird der alkalische Reiniger "PC 325" der Fa. Lea Ronal verwendet.

Der Katalysator "Catalyst M" der Fa. Lea Ronal wird dabei in einer Konzentration von 320 bis 350 (Optimum 350) ml/l bei einem pH-Wert von 3,5 ±0,2 verwendet.

Das Kupferbad "Ronadep 25" der Firma Lea Ronal enthält 3 ±0,3 (Opt. 3) g/l Kupfer, 16-18 (Opt. 18) g/l Natriumhydroxyd und 16 bis 18 (Opt. 18) ml/l 37%ige Formaldehyd-Lösung.

Mit Hilfe der folgenden Liste soll beispielhaft der Gesamtab­ lauf der Schaltungsherstellung auf glasfaserverstärktem oder keramikpulvergefülltem Teflon dargestellt werden:

• 1. Ätzen der Kupferkaschierung und Aufbringen einer Basis­ kupferschicht gemäß einem Verfahren nach obiger Tabelle,
• 2. Fotolithographie,
• 3. Aufbau der Struktur mit galvanisch abgeschiedenem Kupfer (5-12 µm),
• 4. Galvanisches Abscheiden einer Nickelschicht (2 µm),
• 5. Galvanisches Abscheiden einer Goldschicht (1 µm),
• 6. Entschichten des Fotolacks,
• 7. Ätzen der chemischen Basiskupferschicht.

Bei diesem Verfahrensablauf wirken die Nickel- und die Gold­ schicht sowohl als Schutzschicht beim Ätzen der chemischen Basiskupferschicht als auch als Veredlungsschicht für die Leiterstruktur. Für den Fall, daß eine Veredelung der Leiter­ struktur durch chemisches Abscheiden von Nickel und Gold er­ folgen soll, wird beispielsweise folgender Verfahrensablauf gewählt:

• 1. Ätzen der Kupferkaschierung und Aufbringen einer Basis­ kupferschicht gemäß einem Verfahren nach obiger Tabelle,
• 2. Fotolithographie,
• 3. Aufbau der Struktur mit galvanisch abgeschiedenem Kupfer (5-12 µm),
• 4. Galvanisches Abscheiden einer Nickelschicht (0,2 µm),
• 5. Entschichten des Fotolacks,
• 6. Ätzen der chemischen Basiskupferschicht,
• 7. Chemisches Abscheiden einer Nickelschicht (2 µm),
• 8. Chemisches Abscheiden einer Goldschicht (0.2 µm).

Die galvanisch abgeschiedene Nickelschicht ist bei diesem Ver­ fahren nötig, um die Leiterstruktur beim Ätzen der Basis­ kupferschicht zu schützen.

Claims (9)

1. Verfahren zur ganzflächigen, stromlosen Beschichtung von Substraten aus glasfaserverstärktem oder keramikpulvergefüll­ tem, kupferkaschiertem Teflon mit einer dünnen Kupferschicht mit folgenden Verfahrensschritten:

• - Entfernen der Kupferkaschierung in einem ammoniak-alkalischen Ätzbad,
• - Reinigen des Substrats bei einer Temperatur von 60°C bis 80°C mit einem alkalischen Reinigungsmittel,
• - Katalysieren des Substrats bei einer Temperatur von 30°C bis 32°C während einer Dauer von 12 bis 14 Minuten mit einem auf Kupferkolloid basierenden Katalysator, der in einer Konzen­ tration von 320 bis 350 ml/l bei einem pH-Wert von 3,5 ±0,2 verwendet wird,
• - chemisches Verkupfern des Substrats bei einer Temperatur von 220 ±1°C während einer Dauer von 18 bis 20 Minuten, wobei ein Kupferbad mit 3 ±0,3 g/l Kupfer, 16 bis 19 g/l Natrium­ hydroxid und 16 bis 18 ml/l 37%iger Formaldehydlösung ver­ wendet wird,
• - Trocknen und Tempern des Substrats bei einer Temperatur von 140°C bis 180°C während einer Dauer von mindestens 30 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre, wobei zwischen den Verfahrensschritten jeweils ein Spülen des Substrates erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reinigen des Substrats vorzugsweise bei 60°C bis 62°C erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Trocknen und Tempern des Substrats vorzugsweise bei einer Temperatur von 150° ±5°C erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Spülen des Substrats jeweils bei Raumtemperatur und während einer Dauer von 4 bis 5 Minuten, vorzugsweise in Form der Tauchspü­ lung in sogenanntem Überlauf-Fließspülen, erfolgt.

5. Verfahren zum Aufbringen sehr feiner Leiterstrukturen auf einem Substrat aus glasfaserverstärktem oder keramikpulverge­ fülltem, kupferkaschiertem Teflon mit folgenden Verfahrens­ schritten:

• - Aufbringen einer Basiskupferschicht mittels eines Verfah­ rens nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
• - Beschichten der Basiskupferschicht mit einer Fotolackstruk­ tur mittels eines bekannten Fotolitographieverfahrens,
• - Aufbau der Leiterbahnstruktur durch galvanisches Abscheiden von Kupfer an den nicht von Fotolack abgedeckten Stellen der Basiskupferschicht,
• - Aufbringen einer Schutzbeschichtung durch galvanisches Ab­ scheiden von Nickel oder Nickel und Gold,
• - Entschichten des Fotolacks,
• - Ätzen der chemischen Basiskupferschicht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei nach dem Ätzen der Basis­ kupferschicht die Leiterstrukturen mittels chemisch abgeschie­ dener Schichten aus zuerst Nickel und dann Gold veredelt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei Leiter­ bahnbreiten und/oder Leiterbahnabstände, die kleiner als 50 µm sind, erzielt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die chemisch abgeschiedene Kupferschicht eine Dicke von 0,3 bis 0,7 µm aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die chemisch abgeschiedene Kupferschicht eine Dicke von 0,4 bis 0,6 µm aufweist.