DE60020405T2

DE60020405T2 - Flüssigkristallpolymere für flexible schaltungen

Info

Publication number: DE60020405T2
Application number: DE60020405T
Authority: DE
Inventors: Rui Yang; Guoping Mao
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: ATE296336T1; CN1218015C; KR20030041961A; JP2004504439A; US6403211B1; WO2002006423A1; TW593633B; KR100780973B1; DE60020405D1; AU2001227246A1; EP1303575A1; CN1479773A; EP1303575B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Filme mit geringer Dielektrizitätskonstante, die zur Verwendung in flexiblen Schaltungsanwendungen geeignet sind, und insbesondere das chemische Ätzen von flexiblen Verbundwerkstoffen, die Flüssigkristallpolymer-(LCP)Filme aufweisen.
Allgemeiner Stand der Technik
Ein dicker Leiterbildfilm aus geätzten Kupfer oder gedruckten Polymer über einer Polymerfilmbasis kann als flexible Schaltung oder flexible gedruckte Verdrahtung bezeichnet werden. Wie der Name andeutet, können flexible Schaltungen bewegt, verbogen oder verdreht werden, ohne dass die Leiterbahnen beschädigt werden, um Konformität mit verschiedenen Formen und einzigartigen Bausteingrößen zu ermöglichen. Ursprünglich dafür entwickelt, voluminöse Kabelnetze zu ersetzen, stellen flexible Schaltungen häufig die einzige Lösung für die Miniaturisierung und Bewegung dar, die für derzeitige, auf dem neuesten Stand befindendliche elektronische Baugruppen benötigt werden. Dünn, leichtgewichtig und ideal für komplizierte Bauelemente reichen Ausgestaltungslösungen flexibler Schaltungen von einseitigen Leiterbahnen bis zu komplexen, mehrschichtigen dreidimensionalen Bausteinen.
Häufig verwendete dielektrische Filmbasismaterialien für flexible elektronische Baugruppen umfassen Polyimid, Polyesterterephthalat, Aramid mit statistischer Faserorientierung und Polyvinylchlorid. Veränderungen bei der Ausgestaltung elektronischer Geräte erzeugen den Bedarf an neuen Materialien mit Eigenschaften, die das elektrische Verhalten und die Verarbeitungsfähigkeiten der vorher aufgelisteten Substrate übertreffen. Zum Beispiel ermöglicht eine geringere Dielektrizitätskonstante eine schnellere Übertragung der elektrischen Signale, gutes thermisches Verhalten erleichtert das Kühlen für einen Baustein, eine höhere Glasübergangs- oder Schmelztemperatur verbessert das Verhalten des Bausteins bei höherer Temperatur und geringere Feuchtigkeitsaufnahme führt zu Signal- und Datenverarbeitung bei höheren und höheren Frequenzen.
Polyimidfilm ist ein häufig verwendetes Substrat für flexible Schaltungen, die die Anforderungen von komplexen, auf dem neuesten Stand befindlichen elektronischen Baugruppen erfüllen. Der Film weist ausgezeichnete Eigenschaften, wie thermische Stabilität, geringe Dielektrizitätskonstante, auf, stellt jedoch einen beschränkenden Faktor in Bezug auf weitere Steigerung der Geschwindigkeit oder Frequenz, bei der elektronische Komponenten funktionieren können, dar. Ein Haupthindernis für weiteren Fortschritt bei Verwendung von Polyimidfilm betrifft die Art und Weise, auf die Polyimid Feuchtigkeit zu Konzentrationen, die das Verhalten von Hochfrequenzgeräten beeinträchtigen, aufnimmt. Die Funktion bei höheren Frequenzen erfordert die Identifizierung oder Entwicklung von Substratmaterialien mit geringerer Neigung zur Feuchtigkeitsaufnahme.
Flüssigkristallpolymer-(LCP)Filme stellen geeignete Materialien als Substrate für flexible Schaltungen mit verbessertem Hochfrequenzverhalten dar. Sie weisen im Allgemeinen einen geringeren Dielektrizitätsverlust auf und nehmen weniger Feuchtigkeit auf als Polyimidfilme. Diese vorteilhaften Eigenschaften von Flüssigkristallpolymeren waren vorher bekannt, Schwierigkeiten bei der Verarbeitung verhinderten jedoch die Anwendung von Flüssigkristallpolymeren in komplexen elektronischen Baugruppen.
Die Entwicklung von multiaxialen, z.B. biaxialen, Filmverarbeitungsverfahren erweiterte die Verwendung von Flüssigkristallpolymerfilmen für flexible Schaltungsanwendungen. US-Patentschrift Nr. 4,975,312 beschreibt ein Leiterplattensubstrat, das aus einem multiaxial orientierten thermotropen Flüssigkristallpolymerfilm mit einem maßgeschneiderten thermischen Ausdehnungskoeffizienten in der X-Y-Richtung und einer Dicke von nicht mehr als etwa 100 μm hergestellt wurde. Materialien dieser Art bieten mehrere potentielle Vorteile gegenüber Polyimidfilmen als Flex-Schaltungssubstrate. Solche potentiellen Vorteile führten zur Verwendung von verfügbaren Verarbeitungsverfahren zur Produktion von einschichtigen oder mehrschichtigen Schaltungsstrukturen, die von einer oder mehreren Schichten eines Flüssigkristallfilmsubstrats getragen werden. Eine mehrschichtige flexible Schaltung ist eine Kombination aus drei oder mehr Schichten einseitiger oder doppelseitiger flexibler Schaltungen, die zusammenlaminiert und mit Hilfe von Bohren und Metallisieren bearbeitet werden, um metallisierte Durchgangslöcher zu bilden. Dies erzeugt Leiterbahnen zwischen den verschiedenen Schichten, ohne dass mehrfache Lötarbeitsgänge verwendet werden müssen.
Der Verweis auf Bohren zur Bildung von Durchgangslöchern reflektiert die Betonung physikalischer Methoden, wie mechanisches Bohren, Stanzen, Laserablation und Plasmabohren, für die Bildung von Vias und dazugehörigen Schaltungsmerkmalen in Flüssigkristallpolymerfilmen. Eine Alternative zu herkömmlichem Bohren und zugehörigen Verfahren zur Lochbildung in flexiblen Schaltungssubstraten wurde von Yamaichi Corporation als Y-FLEX^TM eingeführt. Y-FLEX^TM beschreibende Informationen stellen sie als eine flexible Leiterplatte mit Mikro-Vias dar, die LCP-Harzisolierungsmaterial verwendet und eine interne leitfähige Kontakthöcker-Schichtverbindung einsetzt.
Der Zusammenschluss von Y-FLEX^TM-Mehrschichtschaltungen erfolgt durch leitfähige Kontakthöcker, die durch isolierende LCP-Schichten dringen, ohne dass Durchgangslöcher notwendig sind.
Obwohl die verschiedenen oben zusammengefassten physikalischen Verfahren Löcher und dazugehörige geformte Hohlräume in LCP produzieren, gibt es keine Berichte über chemische Verfahren zur Produktion flexibler Schaltungen unter Verwendung von Flüssigkristallpolymersubstraten. Chemische Ätzmittellösungen für Polyimidsubstrate sind für die Produktion von polyimidbasierenden flexiblen Schaltungen bekannt. Wie in der europäischen Patentanmeldung Nr. EP 0832918 A1 gezeigt, gibt es jedoch keine einzige Ätzmittelzusammensetzung, die in der Lage ist, die Entwicklung von Schaltungsmerkmalen in allen Arten von Polyimid zu bewirken. Es hat den Anschein, dass die Auswahl der Ätzmittellösungen von den Materialien abhängt, die zur Herstellung eines bestimmten Polyimids verwendet werden. Wässrig entwickelbare Photoresists zersetzen sich auch unter dem starken Angriff der Ätzmittelzusammensetzungen, die in der veröffentlichten Anmeldung ( EP 0832918 ) beschrieben sind.
JP 10 168577 A steht in Zusammenhang mit einem Verfahren zur Herstellung von metallisierten Teilen, die hohe Wärmebeständigkeit aufweisen und in einem Hochtemperatur-Lötprozess kein Ablösen generieren.
EP-A-0614328 offenbart eine mehrschichtige Schaltungskomponente mit einer dreidimensionalen Schaltungsgruppe. Leitfähige Schaltungen werden auf der Seite des primären geformten Produkts, das aus thermoplastischem oder wärmehärtbarem Harz geformt ist, gebildet, die an einer sekundären Spritzgußform befestigt ist. Durchgangslöcher werden durch Bohren an bestimmten Stellen der Schaltungen der Schichten hergestellt.
Da sie geringere Löslichkeit als Polyimidfilme aufweisen, können Flüssigkristallpolymerfilme nicht effektiv unter Verwendung von chemischen In-line-Systemen und bekannten Ätzmittelzusammensetzungen verarbeitet werden. Es gibt keine Berichte über chemisches Ätzen von Flüssigkristallpolymerfilmen, um Durchgangslöcher zu bilden. Chemisches Ätzen zum Bilden von Durchgangslöchern ist vorteilhaft, da es zur Bildung von trägerlosen oder freitragenden Anschlussstrukturen führt, die nicht durch herkömmliche physikalische Verfahren produziert werden können.
Da einige Schritte des physikalischen Bohrens und dazugehöriger Prozesse gewöhnlich teure Ausrüstungen involvieren, die nicht Teil der Hauptproduktionsanlage für flexible Schaltungen sind, besteht ein Bedarf an einem kostengünstigeren Verfahren zur Produktion flexibler Schaltungen unter Verwendung von Flüssigkristallpolymersubstraten. Ein weiterer Vorteil wäre die Bereitstellung von flexiblen Schaltungen, die trägerlose Anschlüsse aufweisen.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren unter Verwendung einer chemischen Lösung auf wässriger Basis zum steuerbaren Ätzen von Durchgangslöchern und anderen dazugehörigen geformten Hohlräumen in Filmen, die Flüssigkristallpolymere (LCP) als flexible Schaltungssubstrate aufweisen, bereit. LCP-Filme können bei Geschwindigkeiten geätzt werden, die die übertreffen, die gegenwärtig mit Kapton-Polyimidfilmen erreichbar sind. Dies resultiert aus dem Anpassen der Zusammensetzung der chemischen Ätzlösung. Das neue Ätzmittel ermöglicht die alternative Verwendung von LCP-Film, um Polyimid als ein ätzbares Substrat zur Herstellung von Flex-Schaltungen, insbesondere Hochleistungs-Flex-Schaltungen, zu ersetzen. Chemisch geätzte flexible LCP-Schaltungen erfüllen die Anforderungen komplizierterer elektronischer Baugruppen und werden damit neue Chancen gerecht, die außerhalb der Fähigkeiten von Polyimid- und LCP-Film, der unter Verwendung von Bohren, Laserablation und dazugehörigen herkömmlichen physikalischen Verfahren verarbeitet wurden, bestehen.
Die hochalkalische Entwicklerlösung, die hierin als Ätzmittel bezeichnet wird, weist ein Alkalimetallsalz und einen Lösungsvermittler auf. Eine Lösung eines Alkalimetallsalzes allein kann als ein Ätzmittel für Polyimid verwendet werden, ist jedoch zum Entwickeln von LCP in Abwesenheit des Lösungsvermittlers nicht fähig. Der Lösungsvermittler ist typischerweise eine Aminverbindung, vorzugsweise ein Alkanolamin. Die Wirksamkeit eines Amins in einer Ätzmittellösung gemäß der vorliegenden Erfindung hängt von seiner Verwendung mit einem relativ engen Konzentrationsbereich von Alkalimetallsalzen ab, die ein Alkalimetallhydroxid, insbesondere Kaliumhydroxid, umfassen. Dies deutet darauf hin, dass zum Entwickeln von auf Flüssigkristallpolymeren basierenden Flex-Schaltungen ein Doppelmechanismus am Werke ist, d.h. das Amin fungiert als ein Lösungsvermittler für das LCP, jedoch vorzugsweise innerhalb eines begrenzten Konzentrationsbereiches von Alkalimetallsalz in wässriger Lösung. Die Entdeckung einer begrenzten Auswahl an Ätzmittellösungen ermöglicht die Herstellung von flexiblen gedruckten Schaltungen mit fein strukturierten Merkmalen, die vorher unter Verwendung gegenwärtiger Bohr-, Stanz- oder Laserablationsverfahren nicht erreichbar war. Die Verwendung von wässrigen Ätzmittellösungen und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung produzierte flexible Schaltungen, die trägerlose Anschlüsse (auch als freitragende Anschlüsse bekannt) und Vias mit gewinkelten Seitenwänden, die nicht unter Verwendung der vorher erwähnten physikalischen Verfahren erzielt werden können, aufweisen.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ätzen eines Leiterbildes in ein Flüssigkristallpolymer. Geeignete Verfahrenschritte umfassen: Bereitstellen eines Flüssigkristallpolymers; Auftragen einer Photoresistschicht auf das Flüssigkristallpolymer; Einwirkenlassen eines Strahlenbilds auf den Photoresist, um Teile des Photoresists, die der Strahlung ausgesetzt sind, zu vernetzen und Verwenden einer Entwicklerlösung, um unbelichteten Photoresist zu entfernen. Dies legt Teile des Flüssigkristallpolymers frei, die durch Kontakt bei einer Temperatur von etwa 50°C bis etwa 120°C mit einer Ätzmittelzusammensetzung, die eine Lösung von etwa 35 Gew.-% bis etwa 55 Gew.-% eines Alkalimetallsalzes in Wasser und von etwa 10 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% eines Lösungsvermittlers, der in der Lösung gelöst ist, aufweist, geätzt werden können. Die Ätzmittelzusammensetzung ätzt vorher nicht freigelegte Teile des Flüssigkristallpolymers, entweder durch Eintauchen in das Ätzmittel oder unter Verwendung von Sprühätzverfahren.
Wie hierin verwendet, beziehen sich alle Mengen, die als prozentuale Anteile enthalten sind, auf Gewichtsprozent einer bestimmten Komponente.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Filmsubstrat für flexible Schaltungen bereit, das in der Lage ist, bei höheren Frequenzen als gegenwärtig erhältliche Flex-Schaltungssubstrate, insbesondere Polyimidfilme wie KAPTON^TM und APICAL^TM, zu funktionieren. Die Erreichung von Leistung bei höheren Frequenzen als Antwort auf das Verlangen nach schnelleren elektronischen Bauelementen resultierte aus der allmählichen Entwicklung von Verfahren zum Verarbeiten von Flüssigkristallpolymeren, die früher einmal als relativ schwer zu bewältigen galten. Eine Verfahrensentwicklung, die in US-Patentschrift 4,975,312 beschrieben ist, stellte multiaxial (z.B, biaxial) orientierte thermotrope Polymerfilme aus im Handel erhältlichen Flüssigkristallpolymeren (LCP), die durch die Markennamen VECTRA^® (auf Naphthalen basierend, erhältlich von Hoechst Celanese Corp) und XYDAR^® (auf Biphenol basierend, erhältlich von Amoco Performance Products) gekennzeichnet sind, bereit. Multiaxial orientierte LCP-Filme dieser Art stellen geeignete Substrate für flexible gedruckte Schaltungen und Schaltungsverbindungen dar. Charakteristiken von LCP-Filmen umfassen elektrische Isolation, Feuchtigkeitsaufnahme unter 0,5% bei Sättigung, ein thermischer Ausdehnungskoeffizient, der dem des Kupfers, das für metallisierte Durchgangslöcher verwendet wird, nahe kommt, und eine Dielektrizitätskonstante, die 3,5 über den funktionellen Frequenzbereich von 1 kHz bis 45 GHz nicht überschreiten sollte.
Die Entwicklung von multiaxial orientierten LCP-Filmen, obwohl sie ein Filmsubstrat für flexible Schaltungen bereitstellt, unterlag Beschränkungen in Bezug auf Verfahren zur Bildung solcher flexibler Schaltungen. Eine wichtige Beschränkung war das Fehlen eines chemischen Ätzverfahrens zur Verwendung mit LCP. Ohne dieses Verfahren können komplexe Schaltungsstrukturen wie trägerlose, freitragende Anschlüsse oder Durchgangslöcher oder Vias mit gewinkelten Seitenwänden in einem Entwurf einer gedruckten Schaltung nicht enthalten sein.
Weiterentwicklungen gemäß der vorliegenden Erfindung stellen jetzt eine chemische Lösung auf wässriger Basis zum gesteuerten Ätzen von trägerlosen Anschlüssen, Durchgangslöchern mit gewinkelten Seitenwänden und anderen geformten Hohlräumen in Filmen, die multiaxial orientierte, thermotrope Flüssigkristallpolymere als flexible Schaltungssubstrate aufweisen, bereit. Nach der Bearbeitung durch chemisches Ätzen besitzen flexible Schaltungen unter Verwendung von LCP-Filmsubstraten alle Vorteile von ähnlich bearbeiteten Polyimidfilmen, mit den zusätzlichen Vorteilen der Funktion bei höheren Frequenzen zusammen mit, und aufgrund von, geringerer Feuchtigkeitsaufnahme.
Flexible Schaltungsstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung resultieren aus dem Ätzen eines LCP-Polymerfilms während des Kontakts des Films mit einem wässrigen alkalischen Ätzmittel bei einer Temperatur von 50°C (122°F) bis 120°C (248°F). Die Bildung von trägerlosen Anschlüssen, Durchgangslöchern und anderen Schaltungsmerkmalen in dem LCP-Film erfordert den Schutz von Teilen des polymeren Films unter Verwendung einer Maske aus einem photovernetzten, negativ wirkenden, wässrig verarbeitbaren Photoresist. Während des Ätzprozesses weist der Photoresist im Wesentlichen kein Quellen oder Delaminierung von dem LCP-Polymerfilm auf.
Negative Photoresists, die zur Verwendung mit Flüssigkristallpolymeren gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen negativ wirkende, wässrig entwickelbare Photopolymerzusammensetzungen wie die, die in den US-Patentschriften Nr. 3,469,982, 3,448,098, 3,867,153 und 3,526,504 offenbart sind. Solche Photoresists weisen mindestens eine Polymermatrix mit vernetzbaren Monomeren und einem Photoinitiator auf. Polymere, die typischerweise in Photoresists verwendet werden, umfassen Copolymere von Methylmethacrylat, Ethylacrylat und Acrylsäure, Copolymere von Styren und Maleinsäureanhydridisobutylester und desgleichen. Vernetzbare Monomere können Multiacrylate wie Trimethylolpropantriacrylat sein.
Im Handel erhältliche, wasserbasierende, z.B. natriumcarbonatentwickelbare, negativ wirkende Photoresists, die gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, umfassen Polymethylmethacrylate wie RISTON-Photoresistmaterialien, z.B. RISTON 4720, erhältlich von duPont de Nemours and Co. Andere nützliche Beispiele umfassen AP850, erhältlich von LeaRonal Inc., und PHOTEC HU350, erhältlich von Hitachi Chemical Co. Ltd. Photoresistzusammensetzungen mit dem Handelsnamen AQUAMER sind von Hercules Inc. erhältlich. Es gibt mehrere Reihen von AQUAMER-Photoresists, die die „SF"- und „CF"-Reihen umfassen, wobei SF120, SF125 und CF2,0 repräsentativ für diese Materialien sind.
Polyimidfilme können unter Verwendung von Lösungen von Kaliumhydroxid allein geätzt werden, wie in der im gemeinsamen Besitz befindlichen US-Patentschrift 5,227,008 beschrieben. Flüssigkristallpolymere werden jedoch von Kaliumhydroxid nicht angegriffen und erfordern hochalkalische wässrige Ätzmittellösungen gemäß der vorliegenden Erfindung, die wasserlösliche Salze von Alkalimetallen und Ammoniak in Kombination mit einem Lösungsvermittler für den LCP-Film aufweisen, Geeignete wasserlösliche Salze umfassen Kaliumhydroxid (KOH), Natriumhydroxid (NaOH), substituierte Ammoniumhydroxide, wie Tetramethylammoniumhydroxid und Ammoniumhydroxid. Basen mit geringer Wasserlöslichkeit wie Lithiumhydroxid, Aluminiumhydroxid und Calciumhydroxid sind in den Verfahren der Erfindung aufgrund von Lösungssättigung unterhalb nützlicher Konzentrationen nicht nützlich. Nützliche Konzentrationen der Ätzlösungen variieren in Abhängigkeit von der Dicke des zu ätzenden LCP-Films sowie der Art und Dicke des gewählten Photoresists. Typische nützliche Konzentrationen liegen im Bereich von 35 Gew.-% bis 55 Gew.-%, vorzugsweise von 40 Gew.-% bis 50 Gew.-% eines geeigneten Salzes und von 10 Gew.-% bis 35 Gew.-%, vorzugsweise von 15 Gew.-% bis 30 Gew.-% eines Lösungsvermittlers. Die Verwendung von KOH wird zum Produzieren einer hochalkalischen Lösung bevorzugt, da KOH-haltige Ätzmittel optimal geätzte Merkmale in der kürzesten Zeitspanne bereitstellen. Eine sehr bevorzugte Ausführungsform verwendet Kaliumhydroxid bei einer Konzentration von 43 Gew.-% bis 48 Gew.-%.
Lösungsvermittler für Ätzmittellösungen gemäß der vorliegenden Erfindung können aus Aminen, die Ethylenamin, Propylendiamin und desgleichen umfassen, und Alkanolaminen, wie Ethanolamin, Propanolamin und desgleichen, ausgewählt werden. Unter den Ätzbedingungen werden nicht maskierte Bereiche eines LCP-Filmsubstrats durch die Wirkung des Lösungsvermittlers in Gegenwart einer ausreichend konzentrierten wässrigen Lösung von z.B. einem Alkalimetallsalz löslich. Die Zeit, die zum Ätzen erforderlich ist, hängt von der Art und Dicke des zu ätzenden Films ab und beträgt typischerweise 30 Sekunden bis 10 Minuten. Bei Verwendung einer bevorzugten Ätzmittellösung aus konzentriertem KOH und Ethanolamin beträgt die Ätzzeit für einen 50 μm (2,0 mil) dicken LCP-Film 30 Sekunden bis 240 Sekunden. Die Ätzlösung befindet sich im Allgemeinen bei einer Temperatur von 50°C (122°F) bis 120°C (248°F), vorzugsweise von 70°C (160°F) bis 95°C (200°F).
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Veränderung der Kontur von Durchgangslöchern, Vias und Sacklöchern in Abhängigkeit von der Konzentration des Lösungsvermittlers in dem Ätzmittel und der Ätztemperatur. Eine Ätzmittellösung, die 10 Gew.-% bis 15 Gew.-% Ethanolamin enthält, stellt einen Durchgangslochwinkel von etwa 25° bis etwa 35° bereit, während eine Ethanolaminkonzentration von 15 Gew.-% bis 30 Gew.-% in der Ätzmittellösung einen Durchgangsloch-Seitenwandwinkel von etwa 35° bis etwa 45° bereitstellt. Der Seitenwandwinkel verändert sich auch derartig mit der Alkalimetallhydroxidkonzentration in der Ätzmittellösung, dass über den Konzentrationsbereich von 35 Gew.-% KOH bis 55 Gew.-% KOH sich der Winkel der Seitenwand von etwa 25° bis etwa 55° verändert. Modifizierung des Winkels der Seitenwand ist unter Verwendung von Bohren, Stanzen oder Laserablation nicht möglich. In diesen letzteren Fällen sind die Wände der Durchgangslöcher im Wesentlichen parallel.
Die Herstellung von flexiblen Schaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung weist den Schritt des Ätzens auf, der zusammen mit verschiedenen bekannten Vorätz- und Nachätzverfahren verwendet werden kann. Die Reihenfolge solcher Verfahren kann, wie für die bestimmte Anwendung gewünscht, variiert werden. Eine typische Reihenfolge der Schritte kann wie folgt beschrieben werden:
wässrig verarbeitbare Photoresists werden über beide Seiten eines Substrats mit einer Polymerfilmseite und einer Kupferseite (erhältlich von W. L. Gore and Assoc. aus Japan und Kuraray Corp. aus Japan) unter Verwendung von Standardlaminierverfahren laminiert. Typischerweise weist das Substrat eine Polymerfilmschicht von 25 μm bis 125 μm auf, wobei die Kupferschicht 1 μm bis 5 μm dick ist.
Die Dicke des Photoresist beträgt 25 μm bis 50 μm. Nach bildweisem Einwirkenlassen von Ultraviolettlicht oder desgleichen auf den Photoresist durch eine Maske auf beiden Seiten werden die belichteten Teile des Photoresists durch Vernetzen unlöslich. Der Resist wird dann durch Entfernung des unbelichteten Polymers mit einer verdünnten wässrigen Lösung, z.B. einer 0,5–1,5%igen Natriumcarbonatlösung, entwickelt, bis auf beiden Seiten des Laminats gewünschte Leiterbilder erhalten werden. Die Kupferseite des Laminats wird dann weiter zur gewünschten Dicke metallisiert. Chemisches Ätzen des LCP-Films wird dann durch Einbringen des Laminats in ein Ätzmittellösungsbad, wie vorher beschrieben, bei einer Temperatur von 50°C bis 120°C, um die Teile des LCP-Polymers, die nicht von dem vernetzten Resist bedeckt sind, wegzuätzen, fortgesetzt. Dies legt bestimmte Bereiche der ursprünglichen dünnen Kupferschicht frei. Der Resist wird dann von beiden Seiten des Laminats in einer 2–5%igen Lösung eines Alkalimetallhydroxids bei 25°C bis 80°C, vorzugsweise 25°C bis 60°C, abgelöst. Anschließend werden freigelegte Teile der ursprünglichen dünnen Kupferschicht unter Verwendung eines Ätzmittels, das den LCP-Film nicht beschädigt, z.B. PERMA-ETCH, erhältlich von Electrochemicals, Inc., geätzt.
In einem alternativen Verfahren, werden die wässrig verarbeitbaren Photoresists auf beide Seiten eines Substrats mit einer LCP-Filmseite und einer Kupferseite unter Verwendung von Standardlaminierverfahren laminiert. Das Substrat besteht aus einer 25 μm bis 125 μm dicken Polymerfilmschicht, wobei die Kupferschicht 9 μm bis 40 μm dick ist. Auf beiden Seiten wird dann durch eine geeignete Maske Ultraviolettlicht oder desgleichen auf den Photoresist einwirken gelassen, wobei die belichteten Teile des Resists vernetzt werden. Das Bild wird dann mit einer verdünnten wässrigen Lösung entwickelt, bis auf beiden Seiten des Laminats gewünschte Leiterbilder erhalten werden. Die Kupferschicht wird dann geätzt, um Schaltungen zu erhalten und Teile der Polymerschicht werden auf diese Weise freigelegt. Eine zusätzliche Schicht aus wässrigem Photoresist wird dann über den ersten Resist auf der Kupferseite laminiert und durch Flutbelichtung mit einer Strahlenquelle vernetzt, um die freigelegte Polymerfilmoberfläche (auf der Kupferseite) vor weiterem Ätzen zu schützen. Bereiche des Polymerfilms (auf der Filmseite), die nicht von dem vernetzten Resist bedeckt sind, werden dann mit der Ätzmittellösung, die ein Alkylimetallsalz und LCP- Lösungsvermittler enthält, bei einer Temperatur von 70°C bis 120°C geätzt und die Photoresists werden dann von beiden Seiten mit einer verdünnten basischen Lösung, wie vorher beschrieben, abgelöst.
Um fertige Produkte, wie flexible Schaltungen, Verbindungsklebebandfolien für „TAB"-(automatisches Folienbonden)Verfahren, Mikroflex-Schaltungen und desgleichen zu erzeugen, kann herkömmliche Verarbeitung verwendet werden, um mehrere Schichten und metallisierte Bereiche aus Kupfer mit Gold, Zinn oder Nickel für anschließende Lötverfahren und desgleichen, die für zuverlässige Bauelementverbindungen erforderlich sind, hinzuzufügen.
Die folgenden Beispiele sollen veranschaulichend sein und sind nicht dafür gedacht, den Umfang der Erfindung, der ausschließlich durch die Ansprüche zum Ausdruck gebracht wird, zu beschränken.
Experimentelles
Experimente wurden mit drei LCP-Materialien, beschrieben wie folgt, ausgeführt:
Film A – ein LCP/Kupfer-Laminat (W. L. Gore and Associates aus Japan).
Film B – ein LCP/Kupfer-Laminat K-CT (Kuraray Corporation aus Japan).
Film C – ein LCP/Kupfer-Laminat R-OC (Kuraray Corporation aus Japan).
Die Ätzgeschwindigkeit der Flüssigkristallpolymere wurde durch bestimmen der Zeit, die erforderlich war, um einen Film aus einem. ausgewählten Polymer in einer Ätzmittellösung zu lösen, abgeschätzt. Film A wurde ferner auf Ätzverhalten von Schaltungsmerkmalen unter Verwendung von resistbeschichtetem Film geprüft. Das Ätzmittellösungsverhalten wurde visuell unter Verwendung eines Ranglistenschemas eingeschätzt, wobei

1: = zufrieden stellendes Ätzen und Aussehen
3: = Grenzverhalten oder Angriff des Resists
5: = unbefriedigendes Verhalten

Ätzmittellösungen
Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzungen der Ätzmittellösungen 1–8, die gemäß der vorliegenden Erfindung zum effektiven Ätzen von Flüssigkristallpolymerfilmen geeignet sind, sowie die Zusammensetzungen C1–C6, die im Allgemeinen die Anforderungen an das Ätzen von Flüssigkristallfilmen nicht erfüllten.
Tabelle 1 – Ätzmittellösungszusammensetzungen 1–8 und C1–C6
Prüfbedingungen für die Löslichkeit von Flüssigkristallpolymerfilm in Ätzlösungen Proben von 50 μm (2,0 mil) dickem Flüssigkristallpolymerfilm, 1 cm × 1 cm Quadrat, wurden in Ätzmittellösungen, die in einem Ätzmittelbad enthalten waren, getaucht. Die Temperatur des Ätzmittels wurde bei 85°C gehalten und die Zeit für die Auflösung der Filmproben in den Ätzmittellösungen, die in Tabelle 1 gezeigt ist, aufgezeichnet. Zeiten, die 10 Minuten überschritten, wiesen auf schlechtes Ätzmittelverhalten hin. Obwohl einige Ätzmittelmischungen die Flüssigkristallpolymerproben schnell auflösten, verhielten sie sich nicht gut, wenn das Flüssigkristallpolymer mit einem wässrig entwickelbaren Filmresistmaterial beschichtet wurde (siehe Tabelle 2 Lösungen C1–C4).
Prüfbedingungen für resistbeschichteten Flüssigkristallpolymerfilm
Zwei Schichten aus 50 μm dicken wässrigen Resists, erhältlich von DuPont unter dem Handelsnamen RISTON^TM 4720, wurden mit beheizten Gummiwalzen auf ein flexibles Substrat, das aus 50 μm (2,0 mil) LCP-Film auf einer Seite und Kupfer auf der anderen Seite bestand, laminiert. Auf das Laminat wurde dann durch ein Photowerkzeug oder eine Maske auf jeder Seite Ultraviolett-(UV)Licht einwirken gelassen und das Laminat mit 0,75%iger wässriger Natriumcarbonatlösung auf beiden Seiten entwickelt, um die gewünschten Schaltungsbilder zu erhalten. Kupfer wurde dann auf der Kupferseite des Laminats zu einer Dicke von 35 μm aufgebracht. Die LCP-Seite wurde dann durch Eintauchen in ein Ätzmittelbad, das eine der in Tabelle 1 aufgelisteten Zusammensetzungen enthielt, geätzt. Die Temperatur des Ätzmittelbads wurde bei 85°C (185°F) geregelt. Der Resist wurde dann jeweils mit Wasser gewaschen und der Resist mit 2,5%iger KOH bei 25°C bis 85°C abgelöst. Der Zustand der geätzten Filme wurde eingeschätzt, um das Ätzmittelverhalten mit Film A, wie in Tabelle 2 aufgezeichnet, zu bestimmen.
Tabelle 2 – Lösung und Ätzzeiten für Film A
Tabelle 3 – Lösung und Ätzzeiten für Film B
Tabelle 4 – Lösung und Ätzzeiten für Film C
Eine flexible Schaltung, die einen Flüssigkristallpolymerfilm mit Durchgangslöchern und dazugehörigen geformten Hohlräumen, die darin bei erhöhter Temperatur unter Verwendung einer wässrigen Ätzmittellösung gebildet wurden, aufweist, ist hierin beschrieben worden. In Anbetracht der vorliegenden Offenbarung wird dem Fachmann bewusst sein, dass Veränderungen an den Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, gemacht werden können, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Ätzen eines Leiterbildes in ein Flüssigkristallpolymer, das die Schritte aufweist: Bereitstellen eines Flüssigkristallpolymers; Auftragen einer Photoresistschicht auf das Flüssigkristallpolymer; Einwirkenlassen eines Strahlenbilds auf den Photoresist, um die Teile des Photoresists, die der Strahlung ausgesetzt sind, zu vernetzen; Entfernen von unbelichtetem Photoresist unter Verwendung einer Entwicklerlösung, um Teile des Flüssigkristallpolymers freizulegen; und Kontaktieren des Flüssigkristallpolymers mit einer hochalkalischen Ätzmittelzusammensetzung, die eine Lösung von 35 Gew.-% bis 55 Gew.-% eines Alkalimetallsalzes in Wasser und 10 Gew.-% bis 35 Gew.-% eines Lösungsvermittlers, der in der Lösung gelöst ist, aufweist, um die Ätzmittelzusammensetzung zum Ätzen der Teile des Flüssigkristallpolymers bei einer Temperatur von 50°C bis 120°C bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Durchgangsloch durch Kontaktieren des Flüssigkristallpolymers mit der hochalkalischen Ätzmittelzusammensetzung für eine Zeitspanne von 30 Sekunden bis 10 Minuten gebildet wird.
Flexible Schaltung, die einen Flüssigkristallpolymerfilm mit Durchgangslöchern und dazugehörigen geformten Hohlräumen, die durch das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 erhältlich sind, aufweist.
Flexible Schaltung, die einen Flüssigkristallpolymerfilm mit Durchgangslöchern und dazugehörigen geformten Hohlräumen, die durch das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 erhältlich sind, aufweist, wobei die flexible Schaltung mindestens einen trägerlosen, freitragenden Anschluss aufweist.