DE68918210T2

DE68918210T2 - Selektive Lötmetallbildung auf Leiterplatten.

Info

Publication number: DE68918210T2
Application number: DE68918210T
Authority: DE
Inventors: Roy Karl Durnwirth; John Emanuel George; Kim Leslie Morton
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1988-09-26
Filing date: 1989-09-19
Publication date: 1995-02-02
Anticipated expiration: 2009-09-20
Also published as: EP0361752A2; EP0361752A3; DE68918210D1; US4978423A; CA1301952C; JPH069299B2; EP0361752B1; JPH02122692A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Herstellung gedruckter Schaltungsplatinen.
Bei einer typischen Herstellungsabfolge für eine Schaltungsplatine werden Kupferleiter über der Platine durch nichtgalvanische Abscheidung einer dünnen Kupferschicht, gefolgt von selektiver galvanischer Abscheidung einer dicken Kupferschicht in dem erwünschten leitfähigen Muster unter Verwendung eines Photoresists ausgebildet. Eine Lötmittelschicht wird üblicherweise gleichförmig über dem galvanisch beschichteten Kupfer aufgebracht, um als Ätzresist zu wirken. Nach der Entfernung der Abschnitte der nichtgalvanischen Kupferschicht und beliebiger darunterliegender Schichten, welche nicht durch die galvanisch abgeschiedene Schicht bedeckt sind, wird eine Trockenfilmlötmaske über der Struktur aufgebracht und die Platine ist fertig zur Befestigung von Halbleiterbaugruppen. Falls es erwünscht ist, in ausgewählten Bereichen Lötmittel zu haben, wird das Lötmittel durch Siebdruck aufgebracht.
Falls Lötmittel an ausgewählten Abschnitten des Kupferleiters erwünscht ist, sind heutige üblicherweise Siebdrucktechniken geeignet. Jedoch benötigen bestimmte Anwendungen sehr dichte Leiteranordnungen (d.h. typischerweise weniger als 625 um Abstand). Für derartige Abstände ist ein exakteres Verfahren zur selektiven Bereitstellung des Lötmittels an den Leitern erwünscht.
Aus der GB-A-2087157 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltungsplatine mit Kupferleitungen und Anschlüßflächen an wenigstens einer deren Oberflächen bekannt, bei welcher in ihrer letztlichen Form lediglich die Anschlußflächen mit Lötmittel beschichtet sind, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
a) Bereitstellen von Leitungswegen und Abschlußflächen, die sämtlich lötmittelbeschichtet sind an wenigstens einer Oberfläche,
b) Aufbringen eines Photoresists über wenigstens einer Oberfläche,
c) selektives Belichten des Photoresists mit Licht, um ein Ätzresist im Bereich jeder Anschlußfläche auszubilden,
d) Aufbringen eines chemischen Entwicklers, um den Photoresist mit der Ausnahme des Ätzresists in den Bereichen der Anschlußflächen zu entfernen,
e) chemisches Entfernen freigelegten Lötmittels von den Leitungswegen mit einem für Kupfer im wesentlichen inerten Entfernungsmittel,
f) chemisches Entfernen der Ätzresiste von den Bereichen der Flächen.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren wie in Anspruch 1 definiert bereitgestellt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatinen. Ein Muster leitfähigen Materials wird über einem isolierenden Substrat ausgebildet und eine Schicht aus Lötmittel wird über dem leitfähigen Muster abgeschieden. Gemäß der Erfindung wird, wie in Anspruch 1 definiert, eine Photoresistmaske, über der sich ergebenden Struktur so ausgebildet, daß Flächen von zu entfernendem Lötmittel freigelegt werden und diese freigelegten Flächen selektiv entfernt werden. Das durch die Lötmittelentfernung freigelegte leitfähige Material wird mit Bimsstein abgeschrubbt, während der Photoresist die verbleibenden Anteile des Lötmittels schützt.

Figurenbeschreibung

Diese und weitere Eigenschaften der Erfindung werden im Detail in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Abschnitt einer gedruckten Schaltungsplatine, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde,
Fig. 2 bis 10 Querschnittsdarstellungen eines Abschnitts der gedruckten Schaltungsplatine während verschiedener Stufen der Herstellung gemäß dem gleichen Ausführungsbeispiel.
Es wird darauf hingewiesen, daß zum Zwecke der Erläuterung diese Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 stellt einen Anteil einer gedruckten Schaltungsplatine dar, der zum Bonden einer Halbleiterbaugruppe bzw. eines Halbleiterbauteils (nicht dargestellt) geeignet ist. Es wird darauf hingewiesen, daß dieser Abschnitt lediglich zum Zwecke der Erläuterung dargestellt ist und die Platine viele Leitungsstrecken und Bauteile mehr umfassen würde. Die Platine 10 umfaßt einen Satz von Leitern, z.B. 21, die in enger Nähe zueinander ausgebildet sind. In diesem Beispiel ist der Abstand von Mitte zu Mitte (Pitch) 400 um und die Erfindung ist sehr nützlich, wenn der Pitch kleiner als 625 um ist. Die Leiter werden elektrisch mit den Halbleiterbaugruppen, die mittels Standardverfahren, wie z.B. automatisiertes Bandbonden (Tape Automated Bonding, TAB) befestigt werden, verbunden. Um diese Verbindung zu bewirken, werden Anschlußflächen für das Bonden 22 nahe dem Rand des Leiters ausgebildet, um die Bandelemente der Halbleiterbaugruppe an die Leiter zu bonden. Die Flächen für das Bonden 22 umfassen eine Schicht aus Lötmittel, die an den Leitern, wie nachstehend detaillierter beschrieben, ausgebildet sind.
Um das erfindungsgemäße Verfahren zu erläutern, zeigen die Fig. 2 bis 10 Querschnittsansichten der Linie 2-2' aus Fig. 1 eines Leiters während verschiedener Stufen der Herstellung. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird die Platine 10 zuerst vollständig mit einer dünnen Schicht 16 aus Kupfer, galvanisch ausgebildet, und eine dünne Schicht von Kupfer 11, durch nichtgalvanische Standardabscheidung ausgebildet, bedeckt. In diesem speziellen Beispiel ist die Kupferschicht 16 ungefähr 18 um dick und die obere Schicht 11 ist ungefähr 2,5 um dick.
Als nächstes wird, wie in Fig. 3 dargestellt, eine erste Photoresistschicht 12 über im wesentlichen der gesamten Oberfläche der Kupferschichten ausgebildet und dann mittels photolithographischer Standardtechniken für das Freilegen eines geeigneten Musters entwickelt. Der Photoresist ist typischerweise ein wässriger Resist, wie z.B. Dynachem HG, der auf die Schicht 11 zu einer Dicke von ungefähr 50 um laminiert wird. Die Struktur wird dann einer galvanischen Kupferbeschichtung so unterzogen, daß Kupferschichten, wie z.B. 13 auf den freiliegenden Flächen der nichtgalvanischen Kupferschicht 11 ausgebildet werden. Diese Kupferschicht, die das Leitungsmuster der letztlichen Schaltungsplatine definiert, ist ungefähr 25 bis 35 um dick und könnte im allgemeinen im Bereich von 25 bis 50 um liegen. Galvanische Standardbeschichtungstechniken wurden verwendet.
Im nächsten Schritt wird, wie in Fig. 4 dargestellt, eine Schicht 14 aus Lötmittel auf der Kupferschicht 13 galvanisch abgeschieden. Die dicke und Zusammensetzung dieser Lötmittelschicht wird vom speziellen Typ des für die Halbieiterbaugruppen verwendeten Bondings abhängen. Im falle von TAB-Bonden wurde herausgefunden, daß eine Dicke von wenigstens 7,5 um zum Erreichen einer geeigneten letztlichen rückgeschmolzenen Dicke der Lötschichten erwünscht ist. Das spezielle eingesetzte Lötmittel war ein Zinn-Blei-Lötmittel, bei welchem der Zinnbestandteil zwischen 55 und 80 Gewichtsprozent mit restlichem Blei betrug. Die Photoresistschicht 12 wurde dann unter Verwendung einer Lösung, die das Lötmittel nicht angriff, wie z.B. eine Äthanol-Amin-Lösung, im speziellen derjenigen von Inland Chemical Corporation unter der Bezeichnungsnummer 6055 vertriebenen Lösung, entfernt. Als nächstes wurden die Abschnitte der nichtgalvanischen Kupferschicht 11 und der Kupferschicht 16, die nicht von dem galvanischen Kupfer 13 bedeckt waren, und die Lötschicht 14 geätzt, um das Leitungsmuster für die Schaltungsplatine zu definieren. Dies führte zur Struktur aus Fig. 5. Ein typisches Ätzmittel ist ein nahezu pH-neutrales alkalisches Ätzmittel, wie z.B. Ultra Etch-Fine Line von der MacDermid Corporation.
Wie in Fig. 6 dargestellt, wurde dann eine Zweitphotoresistschicht 15 über der Platine und dem Leitungsmuster einschließlich der abgeschiedenen Lötmittelschicht 14 ausgebildet. Vor der Abscheidung wurde die Platine auf eine Temperatur so UV-aufgeheizt, daß die Oberfläche der Platine im Bereich von 38 bis 48ºC war. Die Anpassungsfähigkeit des Photoresists an die Strukturen auf der Platine und die gute Adhäsion der Lötmittelschicht sowie an die Platinenoberfläche sind extrem wichtig für die Sicherstellung einer gut definierten Lötmittelentfernung in den nachfolgenden Schritten. Vorzugsweise wird die Photoresistschicht mittels Vakuumlaminieren auf eine Dicke im Bereich von 75 bis 100 um abgeschieden, um diese Anforderungen zu erfüllen. In diesem Beispiel war der Resist Dynachem TA. Die Temperatur während des Laminierens lag im Bereich von 90 bis 100ºC und der Druck betrug 0,5 bis 0,8 Millibar während einer Zeit von 60 bis 70 Sekunden.
Als nächstes wurde, wie in Fig. 7 dargestellt, die Photoresist 15 entwickelt, um so darunterliegende Abschnitte der beschichteten Lötmittelschicht 14 freizulegen. Photolithographische Standardtechniken wurden verwendet. Jedoch ist Sorge zu tragen, daß kein Photoresistrückstand auf den freiliegenden Lötmittelabschnitten zurückgelassen wird, der das Lötmittelentfernen stört.
Nachdem die Photoresistschicht 15 vollständig entwickelt war, wie in Fig. 8 dargestellt, wurden die freigelegten Anteile der Lötschicht 14 selektiv entfernt, welches die Lötmittelabschnitte 22 zurückließ, die durch den Photoresist auf der Kupferschicht 13 geschützt waren. Das Lötmittel wurde unter Verwendung eines Ätzmittels mit Wasserstoffperoxyd, wie z.B. Enthone TL-143 geätzt, welches durch Sprühen während ungefähr 10 Sekunden aufgebracht wurde.
Es wurde herausgefunden, daß der Photoresist 15, gut an den geschützten Lötmittelabschnitten 22 sowie an der Oberfläche der Schaltungsplatine 10 während des chemischen Ablösens haftete, so daß die Lötmittelabschnitte gut definiert waren. In diesem speziellen Beispiel maßen die Abschnitte ungefähr 225 x 2500 um.
Im nächsten Schritt wurden die freigelegten Abschnitte der Kupferschicht 13 einem Bimsstein-Schrubben unterzogen, um die Kupferoberfläche zur Präparation der Lötmittelmaskenhaftung mikroaufzurauhen. Dies umfaßt grundsätzlich das Aufbringen einer Silikamischung mit Nylonbürsten auf die gesamte Struktur, um die Kupferoberflächen zu reinigen. Das spezifische Gewicht der Bimssteinmischung betrug 1,075 bis 1,125 gm/cm³. Die Reinigung wird üblicherweise während einer Dauer von ungefähr 5 Sekunden durchgeführt. Die Photoresistschicht 15 schützt die verbleibenden Lötmittelabschnitte 22 vor der abrasiven Wirkung des Silika und der Bürsten. somit ist es wichtig, daß die Photoresistschicht dem Schrubben widerstehen kann und an der Lötmittelschicht während dieses Reinigungsvorgangs anhaften kann.
Nach dem Reinigungsvorgang wurde der Photoresist entfernt, um die in Fig. 9 dargestellte Struktur zurückzulassen. Selbstverständlich muß der Resist ohne merkliche Schmälerung der zurückbleibenden Lötmittelabschnitte 22 entfernt werden. Zusätzlich ist es erwünscht, die Oxydation der freigelegten Kupferschichten 13 zu vermeiden, um Haftungsprobleme zu vermeiden, wenn eine Trockenfilmlötmaske später aufgebracht wird. Die spezielle eingesetzte Lösung für das Entfernen (Stripping-Lösung) war eine Äthanol-Amin-Lösung, die einen Inhibitor, einen Antioxydanz- und einen Chelator umfaßte, wie die von Inland Chemical unter der Bezeichnung 6055 vertriebene. Es wird darauf hingewiesen, daß andere Photoresists und Stripping-Lösungen in die erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar sind.
Bei nachfolgender Bearbeitung wurde ein kommerziell verfügbarer trockener Standardlötmaskenfilm 17 üblicherweise über der Struktur bis zu einer Dicke von ungefähr 75 um, wie in Fig. 10 dargestellt, vakuumlaminiert. Die Abschnitte der Maske über den Lötmittelabschnitten wurden dann durch einen wässrigen Standardentwickler, wie z.B. Natriumkarbonat, entfernt. Nach geeignetem Backen und UV-Aushärten wurden die Lötmittelabschnitte 22 durch Aussetzen der Struktur einer Infrarotquelle mit geeigneter Hitze rückgescbmolzen, bzw. geschmolzen, um das Schmelzen und Bedecken der Seitenwände der Kupferschichten 13, 11 und 16 durch das Lötmittel zu bewirken. Der Zweck der Lötmittelmaske besteht darin, das Lötmittel von den geschützten Bereichen des Kupfers während nachfolgendem Zusammenbau der Schaltung fernzuhalten. Die Platine ist danach bereit für das Befestigen der Halbleiterbaugruppen daran.
Es wird darauf hingewiesen, daß andere als die in dem vorstehend beschriebenen Material angegebenen Materialien in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar sind. Beispielsweise kann die Erfindung verwendet werden, um selektiv Lötmittel auf einem beliebigen Typ von Leiter auszubilden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatinen, umfassend die Schritte des

Ausbildens eines Musters aus leitfähigem Material (16, 11, 13) über einem isolierenden Substrat (10),

Abscheidens einer Schicht aus Lötmittel über dem Muster aus leitfähigem Material,

Abscheidens einer Photoresistmaskenschicht (15) durch Vakuumlaminieren über der sich ergebenden Struktur und Entwickeln der Schicht, um so Flächen von zu entfernendem Lotmittel freizulegen,

selektiven Entfernens der freigelegten Flächen des Lötmittels, um Anteile des leitfähigen Materials freizulegen, und

Schrubbens mit Bimsstein der Anteile des durch das selektive Entfernen des Lötmittels freigelegten leitfähigen Materials, während die Photoresistmaske das verbleibende Lötmittel schützt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das leitfähige Material (13) galvanisch abgeschiedenes Kupfer umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, in welchem die Dicke des Kupfers im Bereich von 25 bis 30 um liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das Lötmittel Zinn oder Blei umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Dicke des Lötmittels wenigstens 7,5 um beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Dicke des Photoresists im Bereich von 75 bis 100 um liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das Lötmittel durch Aufbringen einer Hydrogenperoxid enthaltenden Lösung entfernt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das Muster des leitfähigen Materials Streifen umfaßt die einen Abstand von weniger als 625 um haben.