DE69020796T2

DE69020796T2 - Direkt-Elektroplattieren von Durchgangslöchern.

Info

Publication number: DE69020796T2
Application number: DE69020796T
Authority: DE
Inventors: Bernd K Appel; Perminder Bindra; Robert D Edwards; James R Loomis; Joe M Park; Jonathan D Reid; Lisa J Smith; James R White
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1989-05-08
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: JPH0327587A; DE69020796D1; EP0398019B1; EP0398019A1; JPH0671140B2; US4969979A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Präparieren eines elektrisch nicht leitfähigen Substrates zum Elektroplattieren.
Spezieller bezieht sich diese Erfindung auf ein Verfahren zum Präparieren der Durchgangslöcher eines metallkaschierten, dielektrischen Laminates für direktes Elektroplattieren.
Die Verwendung von metallkaschierten, dielektrischen Laminaten als Leiterplatten ist bekannt. Metallkaschierte, dielektrische Laminate, wie sie für Leiterplatten verwendet werden, können eine oder mehr als eine nicht leitfähige Schicht abwechselnd mit einer darauf laminierten, leitfähigen, metallischen Schicht beinhalten. Um leitfähige Bahnen auf den Oberflächen des Dielektrikums zu erzeugen, können eine oder mehrere der leitfähigen metallischen Schichten chemisch geätzt werden, wobei Leitungen zurückbleiben, die durch Photolack geschützt sind, der nach Photolackbelichtung und -entwicklung zurückblieb, wie bei subtraktiven Verfahrensabläufen, oder es kann ein nichtkaschiertes Dielektrikum mit Linienstrukturen innerhalb von Linien plattiert werden, die in einem positivem Photolack belichtet und entwikkelt wurden, wie bei additiven Verfahrensabläufen, oder auf andere Weise strukturiert werden. Eine Anzahl dieser metallkaschierten oder strukturierten Laminate kann durch Wärme- und Druckeinwirkung verbunden werden, um ein Mehrfachlaminat zu bilden. Bei einer Leiterplatte ist es häufig notwendig oder wünschenswert, zwischen einer oder mehreren der metallischen Schichten eine elektrische Verbindung herzustellen. Dieses Ziel kann zum Beispiel durch Erzeugen von elektrisch leitfähigen Bahnen in Löchern erreicht werden, die sich durch die gesamte Struktur hindurch erstrecken, um äußere metallische Schichten miteinander zu verbinden, oder die sich lediglich teilweise durch die Struktur hindurch von einer äußeren metallischen Schicht zu einer beliebigen inneren metallischen Schicht erstrecken. Obwo'l die letzteren Löcher häufig als Kontaktlöcher, blinde Durchgangslöcher oder Durchgangslochdurchführungen bezeichnet werden, wird für die Zwecke dieser Offenbarung der Begriff "Durchgangslöcher" verwendet, um einen beliebigen Typ oder alle derartigen Typen von durchführenden Pfaden zu repräsentieren.
Bei Naßfertigung von Leiterplatten werden Durchgangslöcher gebohrt, vom Bohrrückstand gereinigt ("von Schmutz befreit"), wie zum Beispiel dadurch, daß sie einer Chromschwefelsäurelösung oder einem heißen alkalischen Reinigungsmittel ausgesetzt werden, sensibilisiert und in einer einstufigen oder zweistufigen Zinn/Palladium- oder einer anderen katalytischen Behandlung für nachfolgendes stromloses Kaschieren aktiviert. Stromloses Plattieren ist bekannt, und es gibt eine Anzahl von kommerziell erhältlichen Bädern und Systemen. Stromlose Deposition eines Metalles auf einen Nichtleiter wird auf der sensibilisierten und aktivierten Oberfläche begonnen und durch die Wirkung eines reduzierenden Agens in dem Kaschierungsbad anstatt durch elektrolytische Reduktion aufrechterhalten. Der Begriff stromlos wurde auch in Fällen verwendet, in denen die Deposition eines edleren Metalles auf ein weniger edles Metall das Ergebnis einer Austauschreaktion oder einer elektrochemischen Verschiebungsreaktion, basierend auf den relativen Positionen der Metalle in der elektrochemischen Spannungsreihe, ist, oder sogar in bezug auf ein beliebiges, nicht elektrolytisches Naßplattierungsverfahren.
Wenngleich weit verbreitet in Gebrauch, ist es bei stromlosen Lösungen häufig schwierig, die Deposition mit einer niedrigen Rate zu steuern, und sie geben Anlaß zu möglichen Betrachtungen bezüglich der Umwelt, wenn sie nicht sorgfältig genau untersucht werden. Im Eall einer stromlosen Deposition von Kupfer kann ein typisches Bad solche Materialien wie ein formaldehydreduzierendes Mittel und einen Ethylendiamintetraacetatkomplex zusammen mit Glanzzusatzmitteln und Spannungsminderern beinhalten, von denen jedes Entsorgungs- oder Regenerationsprobleme aufwerfen, eine spezielle Handhabung und Einrichtung erfordern und spezielle Sicherheitsvorsorgemaßnahmen für das Personal erfordern kann. Die Überwachung der Konzentration der verschiedenen Bestandteile des Bades und der verschiedenen Prozeßparameter ist komplex, ist aber für die Reproduzierbarkeit von Ergebnissen und zur Vermeidung einer spontanen, unkontrollierten Zersetzung des Bades für die stromlose Kaschierung notwendig. Die Verwendung einer stromlosen Deposition bringt außerdem eine Anzahl von zusätzlichen, teuren Prozeßschritten und Zwischenspülungen für die Fertigstellung einer Leiterkarte mit sich.
Da stromlose Deposition vergleichsweise langsam abläuft, wird sie auf der Leiterkarte normalerweise lediglich dazu verwendet, eine elektrisch kontinuierliche Oberfläche zu erzeugen, um einen nachfolgenden Aufbau einer Depositdicke durch den viel schnelleren Elektroplattierungsprozeß zu tragen.
Stromloses Plattieren in Durchgangslöcher hinein und nach folgendes Elektroplattieren derselben weisen die zusätzlichen Probleme hinsichtlich Eindringen des Bades durch das Loch hindurch und Vermeidung der Haftung von Blasen an den Wänden der Löcher mit daraus resultierenden Kaschierungsshohlräumen und Diskontinuitäten auf. Die Haftung von stromlosen Materialauflagen auf Nichtleitern ist ein weiterhin bestehendes Problem und wird noch immer untersucht, wenngleich viele Vorschläge zur Erzielung einer verbesserten Haftung von Metallen auf Leiterplatten und Durchgangslöchern auf dem Fachgebiet zu finden sind.
Auch Elektroplattieren ohne Durchlaufen der herkömmlichen stromlosen Schritte wurde auf dem Fachgebiet untersucht.
Das am 8. April 1986 für Michaelson erteilte US-Patent 4 581 301 zielt auf die Erzeugung einer leitfähigen Struktur auf vordefinierten Gebieten der Oberflächen eines Substrates ab. Lediglich diese vorgegebenen Gebiete und die Wände der Durchgangslöcher werden mit einer Kristallkeimschicht beschichtet, die leitfähige Partikel und ein Bindemittel beinhaltet, und dann elektroplattiert. Das Bindemittel wird weiter als ein Harzklebemittel angegeben, das bei einer erhöhten Temperatur zu härten ist und in dem die leitfähigen Partikel überall gleichmäßig verteilt sind. Diese Mischung wird durch Siebdruck in den Löchern angebracht.
Das Anbringen einer Harzbeschichtung in Lösung an einem Nichtleiter durch Siebdruck, Walzbeschichtung und dergleichen, das teilweise Härten des Harzes durch Wärme und dann das Vakuumoder stromlose Metallisieren mit einem letzten Härten durch Wärme in Vakuum ist in dem am 16. August 1966 für Sloan erteilten US-Patent 3 267 007 als ein Mittel zum Verbessern der Haftung des Metalles an dem Harz beschrieben. Durchgangslöcher werden in dem Sloan-Patent als Nebenfolge der Behandlung der restlichen Struktur der gleichen Behandlung unterworfen.
In dem am 28. Juli 1959 für Gitto erteilten US-Patent 2 897 409 wurde beschrieben, daß "die Verwendung von Graphit zur Erzeugung einer leitfähigen Basisoberfläche auf den freiliegenden Bereichen der in die Basisplatten eingestanzten Löcher zu einem äußerst mangelhaften Produkt führt, ... da es während der galvanischen Abscheidung eine beträchtliche Entfernung in das isolierende Element hineinwandert ...", was zu einer fehlerhaften Bindung mit dem kaschierten Metall und dem Harz führt. Daher verwendet Gitto anstatt Kohlenstoff bevorzugt Kupferpartikel oder auch Eisen-, Zink-, Nickel- oder Aluminiumpartikel in einer nicht diffundierbaren Metallpartikelschicht "um die freiliegenden Gebiete von Löchern herum", die in einer Mischung aus einem leicht flüchtigen Lösungsmittel und Lack angebracht und an Luft getrocknet wird. Die Maschengröße der Partikel ist entscheidend, und jeglicher Überschuß wird durch ein Tuch weggewischt. Die so präparierten Löcher werden direkt elektroplattiert.
Das am 27. November 1973 für Cross et al. erteilte US-Patent 3 775 176 beschreibt die galvanische Abscheidung auf ein ursprünglich nicht leitfähiges Substrat nach dem Anbringen einer thermoplastischen organischen Polymerschicht von etwa 2,54 um bis 5,08 um (0,1 mils bis 2,0 mils), in der wenigstens etwa 25 Volumenprozent aus 1 Mikrometer bis 10 Mikrometer großen metallischen Partikeln in einer mikroporösen Struktur wenigstens 1 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer tieffeinst verteilt sind. Cross gibt jedoch auch an, daß der galvanische Überzug stärker haftet, wenn ein "vorplattierter Überzug vom Typ mit chemischer Verschiebung" vor dem Elektroplattieren vorhanden ist (siehe Spalte 2, Zeilen 9 bis 36) . Dieses Patent zielt nicht speziell auf eine Behandlung von Durchgangslöchern in Leiterplatten ab, sondern auf die Oberflächen von nicht leitfähigen Substraten. Wie aus Beispiel 3 des Cross-Patentes ersichtlich, stellt die Porosität der organischen Vorbeschichtung ein Schlüsselelement bei der Erzielung einer guten Haftung dar.
Das am 12. Juni 1984 für Fritz erteilte US-Patent 4 454 168 beschreibt die Herstellung leitfähiger Schaltkreise durch Anbringen eines fluidisierten korpuskularen Metalles in "klebrige" Bildbereiche und Durchgangslöcher, wodurch eine Verschiebungsreaktion und die galvanische Abscheidung eines Metalls bereitgestellt werden. Die "klebrigen" und "nicht klebrigen" Harz-Bildbereiche sind entscheidend für die Erfindung (siehe Spalte 2, Zeilen 14 bis 16) . Eine Wärmebehandlung oder ein mechanisches Eindrücken der Partikel vor der Verschiebung verbessert die Haftung der galvanisch abgeschiedenen Metallschicht.
Das am 9. November 1971 für Lupinski erteilte US-Patent 3 619 382 beschreibt die Dispersion in einem elastomeren Bindemittel, das ein Oxid oder Hydroxid von Cadmium, Indium, Blei oder Zink enthält, die elektrochemisch zu Metall reduziert werden, wobei eine Bürstenkontaktkathode für ein nachfolgendes Elektroplattieren von Oberflächen einschließlich der inneren Oberfläche eines Rohres verwendet wird.
Das am 15. März 1978 für Sato erteilte US-Patent 4 193 849 zielt auf ein aus der Gasphase abgeschiedenes Metall als Basis für das nachfolgende Elektroplattieren einer Leiterkarte ab.
Das am 20. April 1982 für Schulz erteilte US-Patent 4 325 780 beschreibt ein herkömmliches subtraktives Naßprozeßmittel zum Metallisieren von Durchgangslöchern unter Verwendung eines Prozesses, der einen stromlosen Kaschierungsschritt vor dem Elektroplattieren beinhaltet.
Das am 5. April 1988 für Iwasa erteilte US-Patent 4 735 676 zielt auf die Verwendung einer Kupfermetallpaste zur Bereitstellung eines Schaltungsaufbaus auf einer Leiterkarte ab. Die Paste besteht aus 80 % bis 85 % Kupferpulver und 15 % bis 20 % synthetischem Harz, wobei optional Kohlenstoff enthalten ist, und sie wird dazu verwendet, Mehrfachlaminierungen aufzubauen, und wird gehärtet ("erwärmt, um hart zu werden"). Die Paste ist nicht dazu vorgesehen, die Aktivierung und das stromlose Plattieren innerhalb eines Durchgangsloches zu ersetzen.
Das am 1. September 1987 für Lyons et al. erteilte US-Patent 4 691 091 erwähnt die Verwendung eines sich bewegenden Laserstrahles zur Erzeugung elektrisch leitfähiger Kohlenstoffpfade auf einem polymeren Substrat, z.B. einer Leiterplatte, durch thermische Zersetzung des Materials entlang des Pfades des Lasers. Ein direktes Elektroplattieren der Kohlenstoffbahnen ist dann möglich. Das Vorhandensein von Füllmaterial in dem Polymer kann die Laserabsorption beeinflussen. Eine Behandlung von Durchgangslöchern ist nicht Teil dieses Prozesses.
Die am 24. Januar 1983 veröffentlichte japanische PUPA 58-12392 von Muramatsu erwähnt ebenfalls das Leitfähigmachen nicht leitfähiger Polymere entlang von Pfaden unter Verwendung einer Laserabrasterung. Das Vorhandensein von einigen Silber- und Kupferpartikeln innerhalb des Harzes verbessert das Resultat. Die erlaubte Menge des Metalldotierstoffes ist jedoch durch die Notwendigkeit beschränkt, daß das Polymer als ein Isolator wirken soll.
Das am 12. Januar 1988 für Cupta et al. erteilte US-Patent 4 718 993 beschreibt ein Verfahren für direktes Elektroplattieren von Durchgangslöchern und Leiterplatten, welches das Kontaktieren mit einer wässerigen alkalischen Silicatlösung, das Kontaktieren mit in einem Tensid dispergiertem Kohleschwarz, das Entfernen des flüssigen Anteils der Kohlenstoffdispersion und das Elektroplattieren beinhaltet.
Das am 9. Februar 1988 für Minten et al. erteilte US-Patent 4 724 005 beschreibt direktes Elektroplattieren auf einer Oberfläche, die mit einer Kohlenstoffdispersion in einer Tensidlösung behandelt wurde, wobei das Lösungsmittel entfernt wird.
Das am 11. November 1986 für Polakovic et al. erteilte US-Patent 4 622 108, ein Verbesserungspatent gegenüber US-Patent 4 724 005, beschreibt den zusätzlichen Schritt des Anwendens einer Vorbehandlungslösung, die eine wässerige Lösung aus alkalischem Hydroxid beinhaltet, wobei sie in der bevorzugten Ausführungsform außerdem Ethylenglykol und Monoethanolamin neben weiteren akzeptablen Tensiden beinhaltet.
Das am 8. November 1988 für Ando et al. erteilte US-Patent 4 783 243 erwähnt, daß ein polymeres Substrat durch Imprägnierung des Substrates mit einem metallischen Sulfid, z.B. Kupfersulfid in Polyamid, elektrisch ausreichend leitfähig für direktes Elektroplattieren gemacht wird. Es zeigt sich, daß dieses Patent für die Herstellung von laminierten Leiterplatten mit Durchgangslöchern nicht verwendbar ist, da nicht nur die Oberflächen elektrisch leitfähig würden, sondern es würden auch die dielektrischen Eigenschaften des polymeren Substrates nachteilig beeinflußt werden.
Das am 13. Dezember 1988 für Holtzman et al. erteilte US-Patent 4 790 912 erwähnt direktes Elektroplattieren auf den Oberflächen einer mit Photolack strukturierten Leiterplatte, einschließlich der Durchgangslöcher, durch elektrolytische Erzeugung von Wasserstoff an einer Katalysatoroberfläche aus einem protonischen Bad, gefolgt von der galvanischen Abscheidung von Metall aus dem gleichen Bad wie der Wasserstoff. Die wirksame Kombination des Wasserstoffes mit dem Katalysator wird durch das Vorhandensein von "Aktivatoren", wie Tensiden, auf dem Substrat vor der galvanischen Abscheidung des Metalls verbessert.
Trotz des vorhergehenden Materials bleibt der stromlose Verfahrensablauf eine übliche Prozedur bei der Herstellung von Leiterplatten und der Metallisierung der Wände von Durchgangslöchern.
Das am 19. November 1985 für Bupp et al. erteilte US-Patent 4 554 182 beschreibt die Verwendung eines "multifunktionalen kationischen Copolymers" als Vorläufer für stromloses Plattieren. Zwei der in den Beispielen in der vorliegenden Erfindung für direktes Elektroplattieren beschriebenen Polyelektrolyte sind derartige Copolymere.
Die am 6. Januar 1987 beziehungsweise am 20. Oktober 1987 für Lindsay erteilten US-Patente 4 634 619 und 4 701 350 erwähnen ebenfalls die Verwendung von Polyelektrolyten bei der Vorbehandlung von Nichtleitern vor einer stromlosen Deposition.
GB-A-2 123 036 beschreibt einen Prozeß, bei dem die Wände der Durchgangslöcher eines kupferkaschierten Substrates gereinigt und mit einer Lösung konditioniert werden, die Tenside beinhaltet, sowie nach einer Oberflächenbehandlung der Kaschierung mit einer Pd/Sn-Lösung geimpft und anschließend elektroplattiert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde dafür bereitgestellt, bestimmte Nachteile des Standes der Technik zu eliminieren. Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Naß-Verfahrensablauf für Durchgangslöcher von Laminaten ohne die Verwendung eines stromlosen oder eines anderen nicht-elektrolytischen Prozeßschrittes und ohne einen Schritt zum Härten zur Verfügung zu stellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Prozeßzeit zu reduzieren und die Prozedur der Bearbeitung von Durchgangslöchern zu vereinfachen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Oberfläche innerhalb eines Durchgangsloches bereitzustellen, die direkt mit Metall elektroplattiert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Mittels, um durchweg einen stark haftenden, im wesentlichen defektfreien galvanischen Überzug innerhalb eines jeden beliebigen Durchgangsloches einer Leiterkarte zu erzielen.
Diese und weitere Aufgaben werden durch das in Anspruch 1 offenbarte Verfahren erfüllt.
Ein Polyelektrolyt ist ein spezieller Typ eines oberflächenaktiven Agens. Er ist eine mehrfach geladene Substanz mit hohem Molekulargewicht, die in der Wasseraufbereitungsindustrie als ein Ausflockungsmittel Anwendung gefunden hat. Er wurde auch bei der Oberflächenbehandlung für eine stromlose Deposition verwendet (siehe die oben zitierten Patente von Lindsay und Bupp).
Der Prozeß der Erfindung wird bei der Präparation für direktes Elektroplattieren von Metall innerhalb der Durchgangslöcher und Durchgangslöcher angewendet, die sich in laminierte Leiterplatten hinein oder durch diese hindurch erstrecken. Die Haftung und Qualität des resultierenden Überzugs sind reproduzierbar ausgezeichnet, und die Tiefenwirkung ist überraschend verbessert. Die Tiefenwirkung ist ein Ausdruck, der beim Elektroplattieren zur Beschreibung der Fähigkeit eines Bades verwendet wird, einen gleichmäßigen Überzug sogar innerhalb von Vertiefungen und auf unregelmäßigen Formen im Vergleich zu flachen, freiliegenden Oberflächen zu liefern. Tiefenwirkung (in %) = (Metalldicke in der Mitte eines Durchgangsloches/Metalldicke am oberen Ende eines Durchgangsloches) x 100.
Ein Dielektrikum (z.B. ein gebohrtes Loch in einer Leiterkarte aus Epoxidglas) wird dadurch geimpft, daß zuerst die Oberfläche mit einem Tensid oder einem Polyelektrolyt konditioniert wird, gefolgt von einer Vielzahl von Verfahren zum Einbauen entweder eines edlen oder eines unedlen Metallkomplexes, eines Salzes oder eines Kolloides, die alle in ihre elektrisch leitende Form umgewandelt werden müssen. Der resultierende Film oder die resultierende Kristallkeimschicht beinhalten ein elektrisch leitendes Metall, das in ein ionisch leitendes Polyelektrolyt/Tensid-Netzwerk eingebettet ist. Wenn die Kupferoberflächen auf der Leiterkarte (PCB) für das elektrolytische Plattieren kathodisch gemacht werden, wandert das plattierte Kupfer von der Kupferfolie mittels eines Perkolationsmechanismus über die Kristallkeimschicht hinweg. Der durch das Polyelektrolyt/Tensid erzeugte Film stellt ein ionisch leitfähiges Netzwerk bereit, und das Kristallkeimmetall stellt elektrisch leitfähige Plätze zur Verfügung, an denen das plattierte Metall Keime bilden kann. Aufgrund der großen Anzahl von Nukleationsplätzen pflanzt sich das elektroplattierte Metall schnell über die Kristallkeimschicht hinweg fort, wodurch eine gleichmäßige Bedeckung bereitgestellt wird.
Demgemäß läuft das Verfahren der vorliegenden Erfindung in der folgenden Weise ab:
1. Bereitstellen einer Leiterkarte mit wenigstens einer nicht leitfähigen Schicht, auf die entweder auf einer oder auf beiden Seiten eine leitfähige Metallschicht laminiert ist, sowie Festlegen wenigstens eines Durchgangsloches, das sich wenigstens teilweise durch diese hindurch erstreckt.
2. Aussetzen der Durchgangslöcher einer verdünnten Lösung entweder eines kationischen oder eines anionischen Polyelektrolyt/Tensids, dann Spülen.
3. Kontaktieren des Polyelektrolyt/Tensids mit einer kolloidalen Suspension oder Lösung aus einem Material, das auf dem polyelektrolytischen Makromolekül adsorbiert und in der erforderlichen Weise chemisch behandelt wird, so daß die Oberfläche im wesentlichen elektrisch kontinuierlich gemacht wird.
4. Elektroplattieren innerhalb der Löcher bis zu der gewünschten Dicke.
Das sich aus dem obigen Prozeß ergebende Produkt besteht aus einem gehärteten harzartigen Material, das in Sandwichart zwischen leitfähigen Metallschichten positioniert ist, die strukturiert sein können oder auch nicht, wobei wenigstens zwei Metallschichten über wenigstens ein leitfähiges Durchgangsloch elektrisch verbunden sind. Für einen Fachmann ist es offensichtlich, daß dieses Produkt und dieser Prozeß auch dazu verwendet werden können, Durchgangslöcher leitfähig zu machen, die irgendwelche einer Anzahl gleichartiger, zusammenlaminierter Schichten mit einer von den zwei äußeren leitfähigen Schichten verbinden.
Die Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlicher werden.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein kaschiertes Durchgangsloch, das mit dem Prozeß von Beispiel 1 behandelt und mit 162 Am² (15 amps ft² (ASF)) während einer Zeitdauer elektroplattiert wurde, die ausreicht, um 40,6 um (1,6 mils) Kupfer auf der Oberfläche und 25,9 um + 4,3 (1,02 mils ± 0,7) im mittleren Bereich des Durchgangsloches zu erzeugen. Die Tiefenwirkung ist etwa gleich 64 Prozent. Die hellen Bereiche stellen Kupfer dar.
Fig. 2 ist ein blindes Kontaktloch, das mit dem Prozeß von Beispiel 1 behandelt und mit 700 Am² (65 ASF) elektroplattiert wurde.
Fig. 3 repräsentiert eine graphische Darstellung, welche die Kupferdicke in Abhängigkeit von den Gewichtsprozenten des Polyelektrolyten in der Vorbehandlungslösung zeigt. Diese Figur zeigt, daß die Verwendung eines Polyelektrolyten die Tiefenwirkung der Kupferdeposition auf den Wänden der Durchgangslöcher verbessert. Wenngleich die Konzentrationen der drei polyelektrolytischen Lösungen in Gewichtsprozent anstatt Molarität angegeben sind, zeigt die Figur, daß der Prozeß jenseits eines Minimums nicht direkt proportional zu der Konzentration des Polyelektrolyten in der Lösung ist. Die Werte für die Kupferdicke wurden in der Mitte repräsentativer Durchgangslöcher erhalten.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zielt auf das Präparieren von Durchgangslöchern in dielektrischen Schichten ab, insbesondere von jenen, die eine äußere leitfähige Schicht mit wenigstens einer weiteren leitfähigen Schicht in einer laminierten Leiterkarte verbinden. Die Präparation erfordert die Verwendung eines anionischen oder kationischen Polyelektrolyten oder von anderen Tensidlösungen, die mit den Wänden der Durchgangslöcher in Kontakt gebracht werden, die Adsorption von leitfähigem Material oder von leitfähigen Materialien an der Oberfläche des Polyelektrolyt-Makromoleküls und das Elektroplattieren der Durchgangslöcher.
Der Fachmann wird erkennen, daß jegliches Metall, das aus einer mit dem dielektrischen Material kompatiblen Lösung elektroplattiert werden kann, in dem Prozeß dieser Erfindung abgeschieden werden kann, wie Nickel, Gold, Palladium, Silber, bevorzugterweise Kupfer und jegliche Legierungen dieser Metalle, die elektrisch zusammen abgeschieden werden können. Geeignete Bäder sind von einer Anzahl von Liefereranten erhältlich.
In ähnlicher Weise wird es für einen Fachmann klar sein, daß der Prozeß der Erfindung und das daraus resultierende Produkt dazu verwendet werden können, Durchgangslöcher in einem beliebigen derjenigen dielektrischen Materialien herzustellen, die normalerweise für geeignet gehalten werden, für Leiterplatten oder Karten zu dienen, wie gefüllte Epoxide oder Polyimide, z.B. Kapton (ein eingetragenes Warenzeichen von E. I. DuPont de Nemours und Co., Inc.) oder Teflon (ein eingetragenes Warenzeichen von E. I. DuPont de Nemours und Co., Inc.) oder gefüllte Teflonmaterialien, wobei hierin Löcher durch ein beliebiges geeignetes Mittel, wie mechanisches oder Laserbohren, hergestellt wurden und, soweit erforderlich, eine herkömmliche Schmutzentfernung stattfindet.
Gemäß der hierin beschriebenen bevorzugten Ausführungsform wird speziell eine Leiterkarte dadurch gefertigt, daß zuerst jegliche notwendigen Durchgangslöcher durch eine dielektrische Schicht, die bevorzugt auf beiden Oberflächen mit einer Metallfolie, vorzugsweise einer Kupferfolie, kaschiert ist, gebohrt und von Schmutz befreit werden.
Die Polyelektrolyt- oder Tensid-Wasserlösung ist nicht mit anderen Bestandteilen gemischt. Die Lösung kann ziemlich verdünnt sein, wobei minimal ungefähr eine Monolage aus einem Polyelektrolyt oder einem anderen langkettigen Tensid an der dielektrischen Oberfläche erforderlich ist. Es wird erwartet, daß ein beliebiges großes kationisches oder anionisches Tensid- oder Polyelektrolyt-Tensid-Molekül mit hydrophoben Anteilen für eine Verbindung mit dem Dielektrikum und mit hydrophilen Anteilen für eine Verbindung mit den Partikeln, die für das Elektroplattieren leitfähig sein müssen, geeignet ist. Es wurde gezeigt, daß verschiedene Typen eines Tensids und Polyelektrolyts die direkte galvanische Abscheidung mit qualitativ ausgezeichneten, stark haftenden Filmen auf Nichtleiter möglich machen. Ein derartiger Polyelektrolyt, Reten 210, ein eingetragenes Warenzeichen von Hercules, Inc. of Wilmington, DE, und ein weiterer, Polytec 7M, ein eingetragenes Warenzeichen von W. R. Grace und Co., der von Tecna Corporation of Belleville, New Jersey geliefert wird, liegen in Pulverform vor und beinhalten ein Copolymer aus Acrylamid und Betamethacryloxyethyltrimethylammoniummethylsulfat mit einer Brookfield-Viskosität in einer 1%igen Lösung von 0,8 kgms&supmin;² bis 1,2 kgms&supmin;² (800 cps bis 1200 cps). FC95, das von Fiuorad erhalten wird, ist ein nichtionisches Kaliumperfluoralkylsulfonat-Nichtpolyelektrolyt-Tensid und ist ein Produkt von 3M, Minneapolis, MN.
Ein anionischer Polyelektrolyt, Percol 727, ein eingetragenes Warenzeichen von Allied Colloids, Ltd., beinhaltet eine Sulfonatfunktion mit einem Acrylsäuregerüst. Percol 763 ist ähnlich wie Reten 210 und Polytec 7M und ist kationisch.
Der Verfahrensablauf kann auf einen beliebigen geeigneten Schritt in dem Prozeß folgend gestoppt werden, und das Substrat kann getrocknet und für eine Wiederaufnahme des Verfahrensablaufes gelagert werden.
Die folgenden repräsentativen Beispiele werden lediglich angegeben, um die Erfindung vollständiger zu definieren, und sind nicht als Beschränkungen gedacht. Alle Prozentangaben sind Gewichtsprozent, wenn nicht anders angegeben, und alle Durchgangslöcher wurden vor dem Schritt 1 einer Schmutzentfernung unterzogen.

Beispiel 1 - Kolloidales Pd/Sn und kationischer Polyelektrolyt

Eine glasgefüllte, mit Epoxid imprägnierte Leiterkarte (PCB) mit wenigstens einem sich durch dieselbe hindurch erstreckenden Loch und mit zwei Hauptoberflächen, auf die jeweils ein galvanischer Überzug aus Kupfer laminiert wurde, wurde dem folgenden Prozeß unterworfen: (Die Zahlen in Klammern repräsentieren ungefähre Bereiche akzeptabler Zeitdauern, Temperaturen oder Konzentrationen). Schritt Prozeß Zeit (Min.) Temp. (ºC) Konzentration 1. K2 alkalisches Reinigungsmittel 2. Spülung mit deionisiertem Wasser (DI) 3. DI-Spülung wie vorliegend Raumtemp. (RT) 4. Reten 210 5. DI-Spülung 6. **Pd/Sn-Impfung 7. DI-Spülung 8. Eintauchen in Schwefelsäure 9. ***saure Kupfer-Elektroplattierung bei 161,5 Am bis 699,6 Am² (15 ASF bis 65 ASF) während einer ausreichenden Zeit, um die gewünschte Dicke zu erzielen. 10%ige Lösung (8-15)
* K2 ist ein Produkt der Pennwalt Corp., Philadelphia, PA. Es wird angenommen, daß es Natriummetasilicat und Natriumlaurylsulfat in einer Natriumhydroxidlösung beinhaltet.
** Eine Zusammensetzung und ein Verfahren zum Durchführen einer Pd/Sn-Impfung ist im US-Patent 4 478 883 beschrieben.
*** Eine saure Kupfer-Elektroplattierung, die hier bevorzugt verwendet wird, wird von Chemcut bezogen und wird mit Cupracid bezeichnet. Sie ist so zusammengesetzt, daß sie Kupfer(Il)-sulfat in einer Schwefelsäurelösung mit kleinen Mengen an Chloridionen, Glanzzusatz und Egalisierungsmittel enthält. In diesem Schritt ist jedes beliebige kommerziell erhältliche saure Kupfer-Elektroplattierungsbad einsetzbar. Für einen Fachmann ist es klar, daß das Elektroplattierungsbad nicht auf ein Kupfer-Elektroplattierungsbad beschränkt sein muß.

Beispiel 2 - Kationisch

Bei einer zweiten Karte wurde dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß in Beispiel 2 zwischen Schritt Nummer 5 und Schritt Nummer 6 ein Natriumpersulfat-Mikroätzvorgang wie folgt durchgeführt wurde:
5a. Natriumpersulfatlösung in einer Menge von 100 g/l (80-120) in 1 %/Vol. Schwefelsäure während 1,5 Min. bei RT.
5b. DI-Spülung während 2 Min. bei RT.
Das Persulfat-Ätzmittel durchdringt den Polyelektrolyten für eine Mikroätzung der Kupferoberfläche, während es den Polyelektrolyten auf dem dielektrischen Teil des Durchgangsloches unversehrt beläßt.

Beispiel 3 - Kationisch

Bei einer dritten Karte wurde dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß in Beispiel 3 der Polyelektrolyt Polytec 7M anstelle von Reten 210 eingesetzt wurde.

Beispiel 4 - Kationisch

Bei einer vierten Karte wurde dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt wie in Beispiel 2, mit der Ausnahme, daß in Beispiel 4 Polytec 7M anstelle von Reten 210 eingesetzt wurde.

Beispiel 5 - Kationisch

Bei einer fünften Karte wurde dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß in Beispiel 5 Percol 763 anstelle von Reten 210 eingesetzt wurde.

Beispiel 6 - Kationisch

Bei einer sechsten Karte wurde dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt wie in Beispiel 2, mit der Ausnahme, daß in Beispiel 6 Percol 763 anstelle von Reten 210 eingesetzt wurde.

Beispiel 7 - Anionisch

Bei einer siebten Karte wurde dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß in Beispiel 7 Percol 727 anstelle von Reten 210 eingesetzt wurde.

Beispiel 8 - Anionisch

Bei einer achten Karte wurde dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt wie in Beispiel 2, mit der Ausnahme, daß in Beispiel 8 Percol 727 anstelle von Reten 210 eingesetzt wurde.

Beispiel 9 - Kein Polyelektrolyt

Bei einer neunten Karte wurde dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß in Beispiel 9 die Schritte 4 und 5, die Schritte des Eintauchens in den Polyelektrolyten und des Spülens, weggelassen wurden.

Beispiel 10 - Kein Polyelektrolyt

Bei einer zehnten Karte wurde dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt wie in Beispiel 2, mit der Ausnahme, daß in Beispiel 10 die Schritte 4 und 5, die Schritte des Eintauchens in den Polyelektrolyten und des Spülens, weggelassen wurden.
Die Beispiele 1 bis 8 waren alle ähnlich hinsichtlich der Tiefenwirkung. Die Beispiele 9 und 10 waren weniger zufriedenstellend, sie ergaben eine ungefähr 40 % geringere Tiefenwirkung.

Beispiel 11 - Trocknen

Bei einer elften Karte wurde dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt, wie in Beispiel 1 gezeigt, mit der Ausnahme, daß die Karte zwischen Schritt 7 und Schritt 8, den Schritten der DI-Spülung und des Eintauchens in Schwefelsäure, getrocknet und gelagert wurde.
Dieser Trocknungsschritt wird bei einem Struktur-Elektroplattieren eingefügt, bei dem PCBS nach der Impfung für den Photolack-Verfahrensprozeß vor dem Schritt 9, dem Elektroplattierungsschritt, aus der Flucht kommen würden. Der Trocknungsschritt wurde nach den Schritten 6 und 7, der Impfung und der DI-Spülung, eingefügt. Man beachte die erhöhte Zeitdauer in Schritt 8, dem Eintauchen in Schwefelsäure, die notwendig ist, um die Kristallkeimschicht zu rehydrieren:
Schritt 7a - Trocknen der Karte während 15 Min. (10 bis 20) bei etwa 100 ºC in einem fleißluftgebläse.
Schritt 8 - Eintauchen in Schwefelsäure in einer 10 % /Vol.-Lösung während 15 Min. (2 bis 20) bei RT.

Beispiel 12 - Trocknen

Bei einer zwölften Karte wurde dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt, wie in Beispiel 2 gezeigt, mit der Ausnahme, daß die Karte getrocknet und in verdünnte Schwefelsäure eingetaucht wurde, wie in Beispiel 11 beschrieben.

Beispiel 13 - Kolloid aus unedlem Metall

Bei der dreizehnten Karte wurde dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt, wie in Beispiel 1 gezeigt, mit der Ausnahme, daß eine kolloidale Kupfer-lmpfung für die Pd/Sn-Impfung von Schritt #6 eingesetzt wurde. Die kolloidale Kupfer-Impfung wurde in voller Stärke verwendet, wobei sie wie folgt zusammengesetzt war:
Zu 500 ml Wasser, das 0,05 % FC95 Eluorkohlenstoff-Tensid enthält, werden 100 ml einer 0,53 M Zinndichloridlösung hinzugefügt. Dann werden 20 ml einer 2 M Kupfer(II)-chloridlösung zugesetzt. Daraufhin werden 100 ml einer 0,4 M Natriumthiosulfatlösung hinzugefügt. Die Mischung wurde während etwa 1 Stunde auf 45 ºC erwärmt, bis Kolloidbildung auftritt. Das Kolloid kann in voller Stärke verwendet und anstelle von Pd/Sn in Beispiel 1 eingesetzt werden.

Beispiel 14 - Nichtkolloidales Edelmetall

Bei einer vierzehnten Karte wurde der folgende Prozeßablauf verfolgt: Schritt Prozeß Zeit (Min.) Temp. Konzentration (Min.) alkalisches Reinigen DI-Spülung Polytec 7M PdCl&sub2;-Lösung 3 Natriumborhydrid + NaOH Eintauchen in Schwefelsäure
10. saures Kupfer- Elektroplattieren
Der gleiche Verfahrensablauf kann verwendet werden, wenn andere lösliche Salze oder Komplexe von Pd oder Pt, wie Platinchlorid oder Palladiumacetylacetonat, anstelle der PdCl&sub2;-Lösung von Schritt 5 eingesetzt werden. Die Konzentrationsbereiche und Prozeßzeiten für alle Schritte sind die gleichen.

Beispiel 15

Bei einer fünfzehnten Karte wird dem gleichen Verfahrensablauf gefolgt, wie in Beispiel 14 gezeigt, mit der Ausnahme, daß Schritt 5, die PdCl&sub2;-Lösung, durch eine Rutheniumchlorid(RuCl&sub3;)- Lösung von 1 g/l (0,1 g/l bis 10 g/l) während 3 Min. (1 Min. bis 5 Min.) ersetzt wurde und die Borhydrid-NaOH-Spülung, Schritt 7 von Beispiel 14, eliminiert und durch ein Eintauchen in einer Lösung mit 40 g/l NaOH während 2 Minuten (1 Min. bis 5 Min.) ersetzt wurde, um das Rutheniumchlorid in elektrisch leitfähiges RuOx umzuwandeln, wobei x ungefähr gleich 2 ist.

Beispiel 16 - Kohlenstoff

Es wurde ein Palladium-Zinn-Kolloid hergestellt, wie in Beispiel 1 beschrieben. Zu diesem Kolloid wurde Graphitpulver hinzugefügt (4 g/l). Eine gebohrte PCB wurde gemäß Beispiel 1 bearbeitet und führte zu einer Verminderung der Tiefenwirkung. Eine Steigerung wird erwartet, wenn Kohleschwarz anstelle von Graphit eingesetzt würde.
Wenngleich das gezeigt und beschrieben wurde, was gegenwärtig als die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung angesehen wird, ist es für einen Fachmann offensichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum direkten Elektroplattieren der Wände innerhalb eines Durchgangsloches in einem metallkaschierten dielektrischen Laminat, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet:

Bereitstellen wenigstens eines Durchgangsloches in dem metallkaschierten Laminat;

Reinigendes Entfernen jeglichen Bohrschmutzes;

Anwenden einer Tensidlösung, die ein ionisch leitfähiges Netzwerk bereitstellt, auf die Wände des Durchgangsloches;

Abspülen jeglichen überschüssigen Tensides, die ein ionisch leitfähiges Netzwerk bereitstellt;

Anwenden einer Lösung, die ein elektrisch leitfähiges, ein Metall enthaltendes Material bereitstellt, auf die mit dem Netzwerk versehene Wand des Durchgangsloches;

Abspülen jeglichen überschüssigen, elektrisch leitfähigen, ein Metall enthaltenden Materials von dem Loch; und

Elektroplattieren von Metall bis zu einer vorgegebenen Dikke auf die Wand des Durchgangsloches, die durch das elektrisch leitfähige, ein Metall enthaltende Material leitfähig gemacht wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das elektroplattierte Metall Kupfer beinhaltet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Tensid einen Polyelektrolyten beinhaltet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das elektrisch leitfähige, ein Metall enthaltende Material ein leitfähiges Kolloid beinhaltet.

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Polyelektrolyt aus einem kationischen und einem anionischen Polyelektrolyten ausgewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Polyelektrolyt ein Acrylsäuregerüst beinhaltet.

7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Polyelektrolyt eine Gruppe beinhaltet, die aus einer Sulfonsäuregruppe und einer Amingruppe ausgewählt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Typ des elektrisch leitfähigen, ein Metall enthaltenden Materiales Ruthenium(III)-chlorid beinhaltet, das in Puthenium(IV)-oxid umgewandelt wird, wobei das Verfahren des weiteren die Schritte des Spülens in einer Lösung, die ein Erdalkalihydroxid beinhaltet, und des Spülens in Wasser vor dem Elektroplattieren beinhaltet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das elektrisch leitfähige, ein Metall enthaltende Material ein lösliches Salz eines leitfähigen Metalles in Lösung beinhaltet, wobei das Verfahren direkt vor dem Elektroplattierungsschritt den zusätzlichen Schritt des Spülens der Wände des Durchgangsloches in einer Lösung einschließt, die ein reduzierendes Agens beinhaltet.

10. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das leitfähige Kolloid ein Kolloid beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Pd/Sn-Kolloid und Kupfer-Kolloid besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Pd/Sn-Kolloidlösung außerdem Kohleschwarz-Partikel beinhaltet.

12. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Polyelektrolyt ein Copolymer aus Acrylamid und Beta-methacryl-oxyethyltrimethylammoniummethylsulfat beinhaltet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das den zusätzlichen Schritt des Anwendens einer Mikroätzlösung, die Persulfat enthält, auf die Wände der Durchgangslöcher beinhaltet.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das den zusätzlichen Schritt des Trocknens der Seitenwand des Durchgangsloches nach dem Anwenden des Pd/Sn-Kolloides beinhaltet.