DE4428237C1 - Verfahren zur selektiven Vorbehandlung von Galvanisiergut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das beim elektrolytischen und außen­ stromlosen Galvanisieren von Behandlungsgut in der Vorbehandlung Anwendung findet. Die zu galvanisierenden Flächen haben unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten. Ein Teil der Flächen ist gut leitend, der andere Teil ist schlecht leitend bis nichtleitend. Das Verfahren dient zur Verbesserung der Haftung der Galvanisierschicht auf der gut leitenden, im allgemeinen metallischen Grund­ schicht des Behandlungsgutes. Verwendung findet es vorzugsweise in der Leiterplattentechnik. Nachfolgend wird die Erfindung für diesen Anwendungsfall beschrieben. Sie eignet sich jedoch auch für anderes Behandlungsgut mit anderen Grundwerkstoffen und anderen zu galvanisierenden Metallen.

Leiterplatten bestehen im Ausgangszustand vor dem Galvanisieren an den beiden Oberflächen aus einer Basiskupferschicht. Sie sind also elektrisch gut leitend. Sie enthalten Löcher, die in der Galvanoanlage durchzukontaktieren sind. Die Leiterplatten werden in mehreren Prozessen gereinigt und vorbehandelt. Es folgt ein Prozeß zur Erzeugung einer Leitschicht auf dem nicht oder schlecht leitenden Material. Eine Variante dieses Gesamtverfahrens arbeitet mit außenstromlosen Metallisierungsbädern, andere sind unter der Bezeichnung Direktmetallisierung bekannt. Es dient vorzugsweise zur Durchkontaktierung von doppelseitig kaschierten Leiterplatten, Leiterfolien oder Mehrlagenleiterplatten. Die Behandlung erfolgt in mehreren Teilprozessen wie nachfolgend kurz beschrieben.

Die Bohrlochwandungen, die einen Hohlzylinder bilden, sind nach dem Bohren elektrisch nichtleitend. Bei Mehrlagenschaltungen sind diese Hohlzylinder durch Innenlagenankontaktierungen unterbrochen, jedoch im Gesamtdurchgang ebenfalls nichtleitend. Die Leiterplatte wird zunächst in einem chemischen Ätzreiniger gereinigt und gespült. Anschließend wird sie für den Metallisierungsprozeß vorbereitet. Dies geschieht in einem Konditionierungsbad, kurz Konditionierer genannt. Hier wird ein erster sehr dünner Film, der als Haftvermittler für die später aufzubringende Schicht dient, allseitig, also auch auf den Kupferober­ flächen der Leiterplatte haftfest aufgetragen. Der herstellerspezifische Haftver­ mittler ist elektrisch nichtleitend und doch entscheidend für die Qualität der Bohrlochmetallisierung. Diese Metallisierung beginnt im nächsten Prozeßschritt, dem Bad, zur Adsorption von leitfähigen und/oder katalytisch aktiven Stoffen. Hierzu werden Partikel, wie zum Beispiel aus Palladium oder Graphit an dem aufkonditionierten dünnen Haftvermittlerfilm angelagert. Anschließend erfolgt gegebenenfalls eine außenstromlose Metallisierung. Damit wird jeder Bohrloch- Hohlzylinder elektrisch leitfähig. Somit hat er auch eine elektrische Verbindung zu den Kupferoberflächen der Leiterplatte. Die so metallisierte Leiterplatte wird anschließend elektrolytisch verkupfert. Dabei werden alle Flächen metallisiert, das heißt auch die bereits mit Kupfer beschichteten Oberflächen werden weiter verstärkt. Bei üblichen Leiterplatten werden im allgemeinen 0,03 mm Kupfer abgeschieden.

Der Konditionierer muß eine Belegung unterschiedlichster Leiterplattenwerkstoffe wie Epoxidharz, Phenolharz, Polyimid und Teflon ermöglichen. Dies erfordert aufall diesen Materialien eine sehr gute Haftung. Auf den beiden Kupferober­ flächen der Leiterplatte bereitet das Aufziehen dieses Konditionierers später jedoch Probleme dahingehend, daß die Haftung zwischen dem Basiskupfer und dem darauf elektrolytisch abgeschiedenen Kupfer unzureichend ist. Der Mangel bei der Kupferhaftung wird nach dem Stand der Technik in einem zusätzlichen Prozeßschritt behoben oder in zulässige Größenordnungen gebracht. Hierzu ist es notwendig, entweder die Kupferoberflächen der Leiterplatte nach dem Auftrag des Konditionierers in einem Ätzschritt zum Beispiel mit Peroxiden zu reinigen. Neben den höheren Kosten durch zusätzlichen Einsatz von Chemikalien wird durch diesen Schritt oft auch die Haftvermittlerschicht auf den nichtleitenden Oberflächen beschädigt und damit die Qualität der nachfolgenden Metallisierung herabgesetzt. Oder die fertige Leiterplatte muß mehrere Stunden bei Temperatu­ ren bis zu 140°C getempert werden. Dabei verändert sich die kristalline Struktur der auf die leitfähigen Partikel elektrisch aufgebrachten Kupferschicht derart, daß die Haftung beider Schichten verbessert wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der große Zeit- und Energieaufwand. Ferner kann nicht ausge­ schlossen werden, daß trotzdem Qualitätsmängel bestehen bleiben. Problematisch ist dabei, daß die Kupferhaftungsfehler nur durch einen zerstörenden Test der Leiterplatte festgestellt werden können. Dies verursacht zusätzliche Kosten.

Aufgabe der Erfindung ist es, für Behandlungsgut mit unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten an der Oberfläche und bei Anwendung bekannter Galvanisierprozesse ein Verfahren anzugeben, das bei gleichbleibend guter Haftung der metallischen Schicht auf den ursprünglich nicht leitenden Ober­ flächen auch eine Haftfestigkeit auf dem Grundmetall des Behandlungsgutes erzielt, die nahezu so groß ist, wie sie zwischen elektrolytisch aufgebrachten metallischen Schichten auf nur metallischen Werkstücken bekannt ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine elektrische Polarisierung der leitenden Oberflächen des Behandlungsgutes im Konditionierer derart, daß ein selektives Aufziehen des ersten dünnen Haftvermittlerfilmes auf die nichtleitenden und somit auch nicht polarisierten Oberflächen erfolgt. Die leitenden Oberflächen des Behandlungsgutes bleiben infolge der Polarisierung nahezu frei von diesem Film.

Erreicht wird die Selektivität bei Leiterplatten durch Nutzung der beiden Zustände auf den zu galvanisierenden Flächen: Der Bohrloch-Hohlzylinder ist elektrisch nichtleitend und die Oberflächen sind leitend. Diese leitenden Oberflächen benötigen keine Belegung mit einem leitfähigen Stoff und somit auch nicht den haftfesten ersten Haftvermittlerfilm aus dem Konditionierer.

Untersuchungen ergaben, daß gerade dieser Film verantwortlich ist für die Kupfer-Kupferhaftungsmängel. Erfindungsgemäß wird die Leiterplatte im Konditionierer an der Oberfläche elektrisch kontaktiert und mit Polarisierungs­ strom beaufschlagt. Ein Gleichrichter kann beide Leiterplattenseiten mit Polarisierungsstrom versorgen. Bei Verwendung von zwei Gleichrichtern kann je Seite der Strom individuell eingestellt werden. Im Konditionierer befinden sich beidseitig und im Abstand zur Leiterplatte Elektrodenbleche, die ebenfalls mit dem oder den Gleichrichter(n) verbunden sind. Die wirksame Substanz des Haftvermittlers ist im Konditionierungsbad positiv geladen. Die beiden Leiterplattenoberflächen werden deshalb mit dem Pluspol der Gleichrichter verbunden. Diese anodische Polarisierung bewirkt ein Abstoßen der Substanz von den beiden Leiterplattenoberflächen. Damit erfolgt die Anlagerung des Haftvermittlers nur an den nicht polarisierten Flächen. Dies sind die Bohrloch- Hohlzylinder. Der Haftvermittler wird hier unverändert gut aufgezogen. Die Polarität der Polarisierung kann den Vorbehandlungsbädern auch individuell angepaßt werden. Ist die Leiterplatte kathodisch geschaltet, so tritt bei angemessen hoher Stromdichte eine Gasbildung an der Leiterplattenoberfläche auf. Das Gas verhindert ebenfalls, daß sich an den elektrisch leitfähigen Oberflächen haftfeste Schichten ablagern können. Auch Kombinationen von kathodischer und anodischer Polarität sind möglich.

Besteht die Vorbehandlung zur Konditionierung der Leiterplatten aus mehreren Prozessen, so kann die Polarisierung in jedem dieser Prozeßschritte individuell erfolgen. Insbesondere ist dies dann vorteilhaft, wenn in diesen weiteren Prozeßschritten ebenfalls haftfeste Schichten auf die Leiterplatten aufgezogen werden.

Es hat sich gezeigt, daß zur Erzielung der Selektivität und bei anodischer Polarisierung der Leiterplatten niedrige Stromdichten und somit niedrige Badströme ausreichend sind. Die technische Ausführung der Polarisierung der leitfähigen Oberfläche kann in der technischen Ausführung durch Anwendung eines bestimmten Stromes, wobei sich eine entsprechende Spannung einstellt, erreicht werden. Die Leiterplatten können in vertikal arbeitenden Galvano­ anlagen in bekannter Weise über den Warenträger elektrisch leitend verbunden werden. Bei horizontal arbeitenden Durchlaufanlagen eignen sich elektrisch leitfähige Walzen zur Kontaktierung der zu behandelnden Leiterplatten. Die Stromdichten liegen unter 1 A pro dm². Zur Vermeidung eines zu starken Angriffes auf die Oberflächen ist es zweckmäßig, den Polarisierungsstrom in Abhängigkeit von der Oberfläche des Behandlungsgutes einzustellen. Die Einwirkdauer entspricht der Behandlungszeit im Konditionierer. Es ist auch möglich, beim Konditionieren die Polarisierung der Leiterplatten nur zeitweilig vorzunehmen. Für die Elektroden kommen chemisch resistente Werkstoffe wie Titan oder Edelstahl in Frage.

Die konditionierte Leiterplatte wird im Bad zur Adsorption von leitfähigen Stoffen allseitig mit Partikeln belegt. Die selektiv konditionierten Flächen werden wesentlich dichter belegt, was zu der erwünschten guten elektrischen Leitfähigkeit führt. Dies wiederum ist Voraussetzung für die anschließende elektrolytische Beschichtung. An den infolge der Polarisierung nicht kon­ ditionierten beiden Oberflächen der Leiterplatte lagern sich wenig bis keine Partikel dieses Bades an. Dies trägt zur guten Haftfestigkeit der Galvanisier­ schicht auf der metallischen Grundschicht bei.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet auch Anwendung in der Vorbehandlung zu anderen galvanischen Prozessen. Beispiele hierfür sind das chemische Metallisieren von Metallen und Kunststoffteilen. Besondere Bedeutung hat hier die chemische Vernickelung. Die Anwendung des Verfahrens hat keinen negativen Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften der galvanisch abgeschie­ denen Schichten sowohl auf den leitfähigen Basisschichten wie auch auf den nichtleitenden Flächen. Die Haftungsprobleme der abgeschiedenen Schichten auf den leitfähigen Grundschichten werden jedoch wirksam behoben.

Claims (5)

1. Verfahren zur Vorbehandlung von zu galvanisierendem Behandlungsgut mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit an den zu beschichtenden Flächen, die vor dem Galvanisieren in einem Prozeß behandelt werden, der Leitfähigkeit auf den nicht oder schlecht leitenden Teilen der Oberfläche erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer sehr großen Haftfestigkeit der Galvanisierschicht auf dem Grundmetall das Behandlungsgut mindestens in einem der Prozeßschritte vor einem Bad zur Adsorption von leitfähigen und/oder katalytisch aktiven Stoffen durch Anschluß an eine Stromquelle elektrisch so polarisiert wird, daß selektiv die elektrisch gut leitenden Behandlungsoberflächen nicht oder nicht wesentlich mit Stoffen beschichtet werden, die allein oder im Zusammenwirken mit weiteren Stoffen aus anderen Prozeßschritten die Galvanisierschichthaftung auf dem Grundmetall ungünstig beeinflussen, während die ursprünglich elektrisch schlecht oder nicht leitenden Oberflächen von der Polarisierung unbeeinflußt mit den verfahrensspezifischen Stoffen beschichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das zu galvanisierenden Behandlungsgut anodisch oder zumindest zeitlich überwiegend anodisch polarisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das zu galvanisierende Behandlungsgut kathodisch polarisiert wird, so daß eine Ablagerung von Substanzen durch Gasbildung vermieden wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisierung während der Behandlungszeit zur Vermeidung eines zu starken Angriffes auf die Oberflächen nur zeitweise erfolgt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisierungsstromstarke zur Vermeidung eines zu starken Angriffes auf die Oberfläche in Abhängigkeit von der Größe der Oberfläche gewählt wird.