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Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von gedruckten
Schaltungen und insbesondere auf die Verbesserung von solchen
Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen, die
elektrophoretisch niedergeschlagene organische Schutzlacke oder
Resiste im Herstellungsablauf anwenden.
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Bei der Herstellung gedruckter Schaltungen ist es bekannt,
organische Schutzlacke oder Resiste im Herstellungsablauf
anzuwenden. Beispielsweise werden organische Resiste oftmals
in einem vorbestimmten Muster über einem mit Kupfer
abgedeckten dielektrischen Substrat vorgesehen, um als
selektives Plattierungsresist zu dienen, wobei ein nachfolgender
Metallisierungsschritt nur diejenigen Kupferbereiche, die
nicht durch das Resistmaterial abgedeckt sind, selektiv
weitermetallisiert. Ebenso ist die Verwendung von organischen
Resisten in einem vorbestimmten Muster bei einem mit Kupfer
abgedeckten dieelektrischen Substrat bekannt, welches als
selektives Ätzresist dient, wobei ein nachfolgender
Metallätzschritt nur diejenigen Kupferbereiche, die nicht durch das
Resistmaterial abgedeckt sind, selektiv abätzt.
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Das gewünschte Muster des organischen Resists kann durch
selektive Anwendung der Resistzusammensetzung auf die
Kupferoberfläche durch eine geeignet gemusterte Maske oder durch
Lichtbildtechniken erzielt werden. Im letzteren Fall wird die
fotoaktive Resistzusammensetzung als eine Schicht auf die
Kupferoberfläche aufgebracht und wird sodann bildweise der
aktivierenden Strahlung geeigneter wellenlänge durch eine
Maske hindurch ausgesetzt. In Abhängigkeit von der Art der
fotoaktiven Zusammensetzung, d.h. ob sie positiv oder negativ
arbeitet, ergibt die nachfolgende Entwicklung der
Zusammensetzung das Zurücklassen eines Musters des organischen
Resists auf der Kupferoberfläche,je nachdem, entsprechend dem
Negativ oder Positiv des belichteten Musters.
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Es ist ferner bekannt, als organische Resiste
Zusammensetzungen zu verwenden, die elektrophoretisch aufleitende
Oberflächen (d.h.Kupfer) aufgebracht werden können. Diese
Resistzusammensetzungen können fotoaktiv oder nicht fotoaktiv sein.
Für die ersteren wird elektrophoretische Aufbringung
angewendet, um eine Schicht der Zusammensetzung auf der
Kupferoberfläche vorzusehen, wonach eine bildweise Belichtung und
Entwicklung zu dem gewünschten organischen Resistmuster
führt. Für die letzteren ist die fragliche Oberfläche bereits
in einem Muster von leitenden und nicht leitenden Oberflächen
vorhanden (wie es der Fall ist, wenn eine Kupferoberfläche
vorher mit einem Plattierungsresist selektiv gemustert wurde,
das vorübergehend an seiner Stelle verbleibt), und das
elektrophoretische Aufbringen des Resists führt in seiner
selektiven Anwendung nur zu freiliegenden leitenden Oberflächen.
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Es gibt einen ausgedehnten Stand der Technik zu
elektrophoretisch aufbringbaren organischen Beschichtungen.
Elektrophoretisch aufgebrachte organische Beschichtungen werden seit
langem von der Kraftfahrzeugindustrie verwendet, um
ausgewählte Metallbereiche während des Bemalens von Metallplatten
und dergl. zu maskieren. Zu den frühesten Bezugnahmen auf die
Verwendung von elektrophoretisch aufgebrachten organischen
Beschichtungen auf dem Gebiet der gedruckten Schaltungen
gehört das UdSSR-Erfinderzertifikat Nr.293 312,
veröffentlicht am 10.Mai 1971, worin elektrophoretisch aufgebrachte
organische Zusammensetzungen als Ätzresiste bei der
Herstellung einer gedruckten Schaltung verwendet werden. Wie dort
beschrieben, wird ein erstes Plattierungsresistmuster auf
einem mit einer Durchbrüche enthaltenden Kupferfolie
abgedeckten
Substrat vorgesehen, gefolgt von der Metallisierung
der Durchbrüche und anderer, nicht durch das
Plattierungsresist geschützter Kupferbereiche. Mittels elektrophoretischer
Aufbringung wird sodann ein organisches Resist selektiv über
die freiliegenden Kupferbereiche aufgebracht, um dort als ein
Ätzresist zu dienen. Das Plattierungsresist wird sodann
entfernt, das darunterliegende Kupfer bis zur
Substratoberfläche heruntergeätzt und sodann das Ätzresist entfernt, um
das gewünschte Muster der Kupferschaltung zu erhalten.
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Weitere auf die Verwendung von elektrophoretisch
aufgebrachten organischen Resisten bei der Herstellung von gedruckten
Schaltungen gerichtete Patente umfassen das Britische Patent
1 194 826, veröffentlicht am 10.Juni 1970 (Verwendung einer
Maske für das selektive Elektroplattieren oder Ätzen von
Metalloberflächen); die Franzosische Patentanmeldung 2 422
732 (Verwendung als Maske beim selektiven Goldplattieren von
elektrischen Kontakten); das US-Patent Nr. 3 892 646 von
Lazzarini et al (elektrophoretische Aufbringung von
Polymerbeschichtung auf ausgewählte Abschnitte von elektrischen
Verbindungskontakten, welche bei der endgültigen
Zusammenfügung als elektrische Isolationsbereiche dient); das US-Patent
Nr. 4 592 816 von Emmons et al (fotoempfindliche
Polymerzusammensetzungen, die durch Elektrophorese aufbringbar sind,
für die Verwendung als Resiste bei der Herstellung gedruckter
Schaltungen); das US-Patent Nr. 4 746 399 von Demmer et al
(Verwendung von ungehärtetem elektrophoretisch aufgebrachtem
Harz als ein Ätzresist über freiliegende Kupferbereiche einer
mit einem Plattierungsresist gemusterten Kupferoberfläche);
das US-Patent Nr. 4 751 172 von Rodriguez et al (im
wesentlichen wie bei den vorgenannten Druckschriften einschließlich
der Verwendung belichteter und entwickelter fotoempfindlicher
elektrophoretisch aufgebrachter Beschichtung als
Plattierungsresist und Verwendung unterschiedlich lösbarer
elektrophoretisch aufbringbarer Beschichtung als Ätzresist über
nicht durch das Plattierungsresist abgedeckte
Kupferbereiche); sowie das US-Patent Nr.4 861 438 von Banks et al
(Verwendung von besonderem elektrophoretisch aufgebrachtem Harz
als Resist bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen.
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Die obigen Druckschriften und insbesondere die ausgedehnte
Diskussion von verschiedenen Arten von Polymerharzen in einer
Anzahl derselben, welche durch Elektrophorese aufgebracht
werden können (z.B.kationische Polymere, die auf die
Oberfläche eines negativ geladenen Substrats aufbringbar sind
(Kataphorese) und anionische Polymere, die auf die Oberfläche
eines positiv geladenen Substrats aufgebracht werden
(Anaphorese)), werden hiermit in Bezug genommen.
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Die Verwendung von elektrophoretisch aufbringbaren Harzen als
Resiste bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen ergibt
eine Anzahl von Vorteilen für den Hersteller. Durch ihre
Natur sind sie geeignet für selektives Aufbringen nur auf die
freiliegenden leitenden Oberflächen eines bereits in leitende
und nicht leitende Oberflächen gemusterten Substrats und
ergeben so ein einfaches Mittel für den Hersteller, Harz
selektiv aufzubringen, das z.B. als Ätzresist für
darunterliegende Kupferbereiche in der Herstellungsabfolge dient.
Auch wenn die Eigenschaft des selektiven Aufbringens nicht
gefordert ist, wenn z.B. das Harz ein fotoaktives Harz ist,
das einfach als Schicht aufgebracht und sodann in einem
Muster belichtet und entwickelt werden kann, ergibt die
elektrophoretische Aufbringung ein einfaches Mittel (anstelle
einer Walzenbeschichtung, Vorhangbeschichtung usw.) zum
Aufbringen der Harzschicht und insbesondere für die Erzeugung
des Harzes als sehr dünne Schicht (z.B. in einer Dicke von
5,1 bis 12,7 µm bzw. 0,2 bis 0,5 mils), die geeignet ist,
wenn sehr feine Schaltungslinien erwünscht sind.
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Trotz der möglichen Vorteile des elektrophoretischen Aufbrin
gens von Resisten auf Kupferoberflächen bei der Herstellung
von gedruckten Schaltungen tritt eine Anzahl von
Schwierigkeiten in der Praxis im Hinblick auf die Gleichförmigkeit des
so aufgebrachten Resists und als Folge solcher
Ungleichförmigkeit die Unfähigkeit auf, funktionell zufriedenstellende
Resiste zu erhalten.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis dieser
Probleme und ihrer Ursachen in dieser Hinsicht, und sie ist
gerichtet auf verbesserte Verfahren zur überwindung dieser
Nachteile.
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Die Erfindung schafft daher ein Verfahren zur Herstellung
einer gedruckten Schaltung, bei welchem ein organisches Harz
elektrophoretisch auf einer Kupferoberfläche niedergeschlagen
wird, um als Resist in dem Verfahren zu dienen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kupferoberfläche mit einer
vereinheitlichenden/passivierenden Deckschicht versehen wird, die
eine Phosphatumwandlungsschicht ist, und daß sodann ein
organisches Harz elektrophoretisch über die
vereinheitlichende/passivierende Deckschicht aufgebracht wird.
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Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, daß für alle Situationen im
Verlauf der Herstellung einer gedruckten Schaltung, wobei ein
organisches Harz elektrophoretisch auf eine Kupferoberfläche
aufzubringen ist, um als ein Resist zu dienen, ein
wesentlicher Vorteil erzielt wird, wenn die Kupferoberfläche vorher
mit einer vereinheitlichenden/passivierenden Beschichtung
versehen wird, die eine Phosphatumwandlungsschicht ist, über
der sodann das organische Harz elektrophoretisch aufgebracht
wird.
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Wie bemerkt, ist das erfindungsgemäße Verfahren auf alle
solche Situationen im Verlauf der Herstellung von gedruckten
Schaltungen anwendbar, in welchen ein organisches Harz über
eine Kupferoberfläche durch Elektrophorese aufzubringen ist,
um als ein Resist zu dienen. Es gibt zwar eine große Anzahl
von verschiedenen Verfahren für die Herstellung von
gedruckten Schaltungen unter Verwendung von Resisten über
Kupferoberflächen, es werden aber im folgenden nur wenige
beispielhafte Verfahren als Zeichen für die Breite des verbesserten
Verfahrens diskutiert.
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Bei der Herstellung von gedruckten Schaltungsplatten, welche
keine metallisierten Durchbrüche enthalten, wie es allgemein
bei der Herstellung der Innenschichtschaltungen für die
spätere Verwendung bei der Herstellung von gedruckten
Mehrschichtschaltungen der Fall ist, ist das Ausgangsmaterial ein
dielektrisches Substratmaterial mit einer darauf befindlichen
Beschichtung von Kupfer (normalerweise in Form einer
Kupferfolienabdeckung, die an der dielektrischen Substratoberfläche
gebunden ist). Das gewünschte Muster der leitenden Schaltung
wird durch Anwendung von Lichtbild- und Ätzverfahren
angebracht. Im Zusammenhang der elektrophoretischen Aufbringung
wird sodann eine elektrophoretisch aufbringbare,
lichtbildnerisch bearbeitbare organische Harzzusammensetzung als eine
Schicht über der Kupferoberfläche durch Elektrophorese
aufgebracht. Die Schicht wird sodann belichtet und entwickelt, um
ein Resist in dem Muster der gewünschten Schaltung zu
erhalten. Sodann wird die Platte einem Kupferätzverfahren
unterworfen, wodurch alles nicht durch das Ätzresist geschützte
Kupfer bis auf die Substratoberfläche abgeätzt wird. Beim
Entfernen des Ätzresists verbleibt Kupfer im gewünschten
Muster.
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Bei den bekannten Verfahren dieser Art werden die
Kupferoberflächen, auf welche die Fotoresistschicht aufzubringen ist,
vorher behandelt, um vor der elektrophoretischen Aufbringung
Verunreinigungen von denselben zu entfernen, z.B. durch
Reinigen zur Beseitigung organischer Verunreinigungen,
chemisches
Mikroätzen und/oder mechanisches Scheuern zur
Entfernung von anorganischen Verunreingigungen, wie Oxiden, und
andere ähnliche Verfahren. Es hat sich gezeigt, daß bei
diesen bekannten Elektrophoreseverfahren die so aufgebrachte
Schicht von elektrophoretisch aufbringbarem Fotoresist
oftmals keine gleichförmige Dicke besitzt, manchmal sogar in dem
Ausmaß, daß es Nadelstichfehler enthält. Es wird theoretisch
angenommen, daß diese Ungleichförmigkeit auf der Tatsache
beruht, daß die gereinigte Kupferoberfläche thermodynamisch
höchst instabil ist und daher einer schnellen und
ungleichförmigen Oberflächenoxidation ausgesetzt ist, bevor die
Resistschicht elektrophoretisch auf dieselbe aufgebracht
werden kann. Infolgedessen ist die Oberfläche, auf welche die
Resistschicht aufgebracht wird, weder physikalisch
gleichförmig noch in ihrer Leitfähigkeit/ihrem spezifischen Widerstand
gleichförmig, und die darauf aufgebrachte Resistschicht ist
dementsprechend ebenfalls nicht gleichförmig in Dicke und
Eigenschaften. In dieser besonderen Situation, d.h. wenn
lichtempfindliches elektrophoretisch aufgebrachtes Harz als
Ätzresist verwendet wird, entstehen wenigstens zwei
nachteilige Folgen dieser Ungleichförmigkeit der Harzschicht. Als
erstes können Probleme in der Zeit und/oder den Bedingungen
auftreten, die zur Erzielung der bildweisen Belichtung und
Entwicklung notwendig sind, welche für den Erhalt des
gewünschten Ätzresistmusters erforderlich sind. Als zweites
kann bezüglich des so erzeugten Ätzresists seine
Ungleichförmigkeit in bestimmten Bereichen desselben einen
unzureichenden Schutz für die darunterliegenden Kupferflächen während
des Kupferätzvorgangs ergeben (insbesondere, wenn die
Ungleichförmigkeit Nadelstichfehler hervorruft oder umfaßt);
ein unerwünschtes Ätzen von Kupferbereichen kann natürlich zu
Öffnungen, Kurzschlüssen und anderen Fehlern führen.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren und im Zusammenhang des
obigen Herstellungsverfahrens werden die Kupferoberflächen,
auf welche die mit einem Bild belichtbare Harzschicht
elektrophoretisch aufzubringen ist, mit einer
vereinheitlichenden/passivierenden Schicht vor dem elektrophoretischen
Aufbringen von organischem Harz auf dieselbe beschichtet. Diese
Ausbildung der vereinheitlichenden und passivierenden
Beschichtung oder Schicht auf der Kupferoberfläche kann in
kontrollierter Weise durchgeführt werden, um eine im
wesentlichen gleichförmige Oberfläche zu erhalten. Außer dem
Passivieren der Kupferoberflächen, um jegliche zufällige
ungleichförmige Oxidation vor dem elektrophoretischen Aufbringen des
Harzes zu verhindern, bietet die
vereinheitlichende/passivierende Beschichtung dem elektrophoretisch aufgebrachten Harz
eine Oberfläche, die sowohl physikalisch als auch bezüglich
ihrer Leitfähigkeit/ihres spezifischen Widerstandes
gleichförmig ist und so dem elektrophoretisch aufgebrachten Harz
ermöglicht, selbst als eine im wesentlichen gleichförmige
Schicht ohne wesentliche Fehler aufgebracht zu werden und so
die oben erläuterten Probleme bei nicht gleichförmiger
Harzaufbringung zu vermeiden.
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Nach dem Anbringen der Harzschicht durch Elektrophorese auf
die vereinheitlichende und passivierende Schicht über der
Kupferoberfläche sowie dem Belichten und Entwickeln, werden
sodann die nicht durch das Resist geschützten Kupferbereiche
bis auf die Substratoberfläche weggeätzt. In Abhängigkeit von
der Natur der vereinheitlichenden/passivierenden Beschichtung
und dem angewendeten Kupferätzmittel kann es notwendig sein
oder nicht, eine erste Ätzung der belichteten
vereinheitlichenden/passivierenden Beschichtung durchzuführen, gefolgt
von dem Ätzen des darunterliegenden metallischen Kupfers.
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Aus dem Voranstehenden läßt sich leicht einsehen, daß das
erfindungsgemäße Verfahren, d.h. Ausbildung einer
vereinheitlichenden und passivierenden Beschichtung auf
Kupferoberflächen, über welche ein Resist elektrophoretisch aufgebracht
wird, auf eine beliebige Anzahl von Herstellungsverfahren für
gedruckte Schaltungen anwendbar ist, welche Resiste entweder
als Plattierungs- und/oder Ätzresiste verwenden, und ob das
Resist ein solches ist, das durch Fotobelichtung erzeugt wird
oder nicht.
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Als weiteres Beispiel in dieser Hinsicht ist die Erfindung
auch auf Verfahren zum Herstellen von gedruckten Schaltungen
anwendbar, welche metallisierte Durchbrüche enthalten, z.B.
für doppelseitig bedruckte Schaltungen; gedruckte
Mehrschichtschaltungen; sowie Innenschichtschaltungen für solche
gedruckten Mehrschichtschaltungen, die begrabene Durchbrüche
aufweisen sollen. Bei einem typischen Verfahren dieser Art
für eine doppelseitige Schaltung oder für eine Innenschicht
mit Durchbrüchen weist das mit Kupfer überzogene Dielektrikum
in dasselbe gebohrte Durchbrüche auf, und die Durchbrüche
sind metallisiert, z.B. durch stromlosen Kupferniederschlag.
Die stromlos mit Kupfer plattierten Durchbrüche und
Plattenoberflächen können in der Kupferdicke mittels weiterer
stromloser, oder, mehr typisch, elektrolytisches
Kupferniederschlagen aufgebaut werden. Zu diesem Zweck wird die Platte
mit einem Bild belichtet, um ein Muster von
Plattierungsresist darauf auszubilden (d.h. im Negativ der gewünschten
Schaltungsbereiche) vor dem zusätzlichen Plattieren, um das
Plattieren von Kupferbereichen zu vermeiden, welche unter
Umständen weggeätzt werden. Im Zusammenhang mit der
vorliegenden Erfindung kann das so angewendete Resist, wenn
gewünscht, ein mit einem Bild belichtbares elektrophoretisch
aufbringbares Resist sein, das als eine Schicht auf die
stromlos erzeugten Kupferoberflächen aufgebracht und sodann
bildweise belichtet und entwickelt wird. Indem zuerst auf den
stromlos erzeugten Kupferoberflächen eine vereinheitlichende
und passivierende Schicht gemäß der Erfindung erzeugt wird,
ist die Harzschicht elektrophoretisch aufbringbar als eine
Schicht mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke und
gleichförmigen
Eigenschaften, wobei gleichzeitig der Vorteil der
Gleichförmigkeit bei der Bildbelichtung und Entwicklung
erzielt wird.
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Unabhängig von dem als Plattierungsresist verwendeten Resist
(d.h. elektrophoretisch aufbringbar; trockener Film;
flüssiges Fotoresist) müssen die Bereiche unter dem Resist sodann
geätzt werden ohne Wegätzen der aufgebauten Kupferbereiche,
welche die Kupferschaltung bilden sollen. Zu diesem Zweck
sind elektrophoretisch aufbringbare organische Ätzresiste
ideal geeignet, da sie selektiv auf die aufgebauten
Kupferbereiche aufgebracht werden können und nicht über das
Plattierungsresist, weitgehend in der gleichen Weise wie es bei
den elektroplattierten Zinn- und/oder Blei-Ätzresisten
möglich ist, die gemäß dem Stand der Technik angewendet werden.
Offensichtlich muß für diesen Zweck das elektrophoretisch
aufbringbare organische Resist nicht mit einem Bild
belichtbar sein. Erfindungsgemäß werden die aufgebauten
Kupferbereiche zuerst mit einer vereinheitlichenden und passivierenden
Beschichtung versehen, bevor das Ätzresist elektrophoretisch
darüber aufgebracht wird, wobei auf diese Weise das
Aufbringen eines Resists von gleichförmiger Dicke und gleichmäßigen
Eigenschaften und im wesentlichen ohne alle Nadelstichfehler
möglich ist. Das Resist dient in dieser Weise gut zum Schutz
des aufgebauten Kupfers vor dem Ätzen
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Nach dem elektrophoretischen Aufbringen von Ätzresist wird
das Plattierungsresist entfernt und das darunterliegende
Kupfer bis auf die Substratoberfläche heruntergeätzt. Sodann
kann das Ätzresist entfernt werden, wobei das gewünschte
Oberflächenmuster der aufgebauten Kupferschaltung verbleibt.
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Die Beschichtung oder Schicht, die auf den Kupferoberflächen
vor dem Aufbringen eines elektrophoretisch aufbringbaren
organischen Harzes durch Elektrophorese vorgesehen wird, wird
hier als vereinheitlichende/passivierende Beschichtung oder
Schicht bezeichnet.
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Die vereinheitlichende/passivierende Beschichtung oder
Schicht muß eine Anzahl von funktionellen Eigenschaften
besitzen, um bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen
gemäß der Erfindung wirksam zu sein. Ein Erfordernis besteht
darin, daß die Beschichtung von einer Art ist (und allgemein
von einer Dicke), welche die darunterliegende
Kupferoberfläche passiviert, d.h. im wesentlichen eine Oxidation dieser
Oberfläche verhindert. In dieser Hinsicht ist es ersichtlich,
daß die Beschichtung selbst gegen Oxidation in Luft beständig
sein muß, da sie sonst dazu neigen würde, tatsächlich die
Ungleichförmigkeit zu entwickeln (durch zufällige
ungleichförmige Oxidation), die in der Oberfläche ausgeschaltet werden
soll, auf der das elektrophoretisch aufbringbare Harz
aufgebracht werden soll. Eine andere Art, diese Kriterien
auszudrücken, besteht darin, daß die
vereinheitlichende/passivierende Beschichtung zu einer im wesentlichen thermodynamisch
stabilen Oberfläche führt, auf die das organische Harz
elektrophoretisch aufgebracht werden kann.
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Ein weiteres Erfordernis der Beschichtung besteht darin, daß
sie zu einer im wesentlichen gleichförmigen Oberfläche führt,
auf die das elektrophoretisch aufbringbare Harz aufgebracht
werden soll. Die angestrebte Gleichförmigkeit ist sowohl eine
physikalische Gleichförmigkeit (d.h. eine im wesentlichen
ebene Oberfläche) als auch eine Gleichförmigkeit in der
Leitfähigkeit/im spezifischen Widerstand der Oberfläche, auf
die das Harz elektrophoretisch aufgebracht wird. Infolge der
Natur des elektrophoretischen Aufbringvorgangs neigen
leitende Oberflächen, die uneben sind und/oder ungleichförmige
Leitfähigkeit/ungleichförmigen spezifischen Widerstand
besitzen, nicht nur zum Aufbringen des Harzes in einer
ungleichmäßigen Weise oder mit ungleichförmiger Dicke, sondern
können in der so aufgebrachten Harzschicht auch dazu führen,
daß sie in der Zusammensetzung und/oder Mikrostruktur
ungleichförmig ist. Alle diese Ungleichförmigkeiten der
Harzschicht können wiederum zu Unterschieden zwischen
verschiedenen Bereichen des Harzes in ihrem Ansprechen für die
Belichtung und Entwicklung (für belichtbare Harze), in dem von
ihnen gebotenen Schutz für die darunterliegenden
Metalloberflächen während der nachfolgenden Verarbeitung
(z.B.Kupferätzung), und in anderen ähnlichen Hinsichten führen.
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Ein weiteres Erfordernis der
vereinheitlichenden/passivierenden Beschichtung besteht darin, daß sie mit dem
elektrophoretisch aufbringbaren Harz kompatibel ist in dem Sinne, daß sie
seine elektrophoretische Aufbringung auf die fraglichen
Metallflächen nicht stört und die Harzzusammensetzung nicht
irgendwie nachteilig verändert. Noch ein weiteres Erfordernis
besteht natürlich darin, daß die
vereinheitlichende/passivierende Beschichtung mit den gesamten
Bearbeitungserfordernissen der gedruckten Schaltung kompatibel ist. Beispielsweise
muß die Beschichtung wenigstens von der Schaltung entf embar
sein, wenn es notwendig ist, Metall bis auf die
Substratoberfläche als Teil des Herstellungsverfahrens der Schaltung
abzuätzen.
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Wenn man es im Hinblick auf das elektrophoretisch
aufgebrachte Harz formuliert, ist die vereinheitlichende/passivierende
Beschichtung einfach eine, die das elektrophoretische
Aufbringen des Harzes als eine Schicht ermöglicht, welche im
wesentlichen gleichförmig ist in Bezug auf auf ihre Dicke,
Zusammensetzung und Mikrostruktur.
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Allgemein gesprochen liegt die
vereinheitlichende/passivierende Beschichtung vorzugsweise in Art einer
Umwandlungsbeschichtung der Kupferoberfläche vor, d.h. einer Beschichtung,
welche aus der Kupfermetalloberfläche herausgelöste
Kupferionen
enhält oder eingebaut hat. Am meisten werden in dieser
Hinsicht Phosphatumwandlungsschichten bevorzugt.
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Die vereinheitlichende/passivierende Beschichtung, die auf
Kupferoberflächen (seien sie nun Kupferfolie oder stromlos
aufgebrachtes Kupfer oder elektrolytisch aufgebrachtes
Kupfer) vor dem elektrophoretischen Aufbringen des Resists über
derselben vorgesehen wird, ist eine
Phosphatumwandlungsbeschichtung. Das Anbringen einer
Phosphatumwandlungsbeschichtung auf einer metallischen Substratoberfläche, wie den
erfindungsgemäßen Kupferoberflächen, ist ein in der
Metalloberflächentechnik bekanntes Verfahren. Die
Phospatbeschichtungen sind insofern Umwandlungsbeschichtungen, daß sie an
Ort und Stelle auf der Metalloberfläche gebildet werden und
aus der Metalloberfläche herausgelöste Metallionen aufnehmen.
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Zusammensetzungen und Verfahren zur Erzeugung von
Phosphatumwandlungsbeschichtungen sind bekannt und werden daher hier
nicht im einzelnen behandelt. Normalerweise umfaßt das
Verfahren ein Kontaktieren der metallischen (hier
Kupfer)-Oberfläche mit einer phosphatierenden Zusammensetzung durch ein
Eintauch- oder Sprühverfahren über Zeitspannen zwischen etwa
Sekunden bis etwa 5 bis 6 Minuten oder mehr in
Abhängigkeit von der Dicke der herzustellenden Beschichtung und der
verwendeten Phospatierungszusammensetzung. Eine typische
Kontaktzeit für die Erzeugung einer
Phosphatumwandlungsschicht der erforderlichen Dicke auf Kupfer für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung liegt in der Größenordnung von 1
bis etwa 5 Minuten. Die Zusammensetzungstemperatur liegt
allgemein im Bereich von 15ºC bis 93ºC (60ºF bis 200ºF), was
wiederum von der Dicke der gewünschten Beschichtung, der
Phospatierungszusammensetzung und der gewünschten Kontaktzeit
abhängt. Typische Temperaturen für die Verwendung bei der
vorliegenden Erfindung liegen zwischen etwa 49ºC und etwa
71ºC (120ºF und 160ºF).
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Die Phosphatierungszusammensetzungen können saure oder
alkalische wäßrige Lösungen sein, die Phosphorsäure und/oder
Metallphosphate und/oder andere Quellen von Metallen
enthalten, wie Zink, Eisen, Natrium, Ammonium-Ionen, Mangan und
dergl., und sie enthalten normalerweise auch verschiedene
Beschleuniger zum Beschleunigen der Umwandlungsreaktionen,
wie Nitrite, Nitrate, Chlorate, Peroxide und dergl. Wie
bemerkt, gibt es im Stand der Technik eine Vielzahl von
Zusammensetzungen zur Erzeugung von
Phosphatumwandlungsschichten. Das einzige Kriterium von Wichtigkeit bei dieser
Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die
Kupferoberflächen, auf welche ein elektrophoretisch aufbringbares
organisches Harz durch Elektrophorese aufgebracht werden
soll, vorher mit einer stabilen Phosphatumwandlungsschicht
versehen wird, welche gegen eine willkürliche ungleichförmige
Oxidation in Luft schützt und dem aufgebrachten Harz eine
Oberfläche bietet, die physikalisch gleichförmig und auch in
ihren Leitfähigkeits-/spezifischen Widerstands-Eigenschaften
gleichförmig ist.
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Die mit der Phosphatierungszusammensetzung kontaktierten
Kupferoberflächen werden normalerweise vor diesem Kontakt
gereinigt, um Verunreinigungen von den Oberflächen zu
entfernen, wie organische Substanzen, Oxide und dergl., mittels
Reinigungslösungen, Kupfer-Mikro-Atzmittel (z.B.
Peroxid/Schwefelsäurelösungen) und, weniger bevorzugt, mittels
mechanischer Schrubb- oder Abreibverfahren. Sodann sollten die
Kupferoberflächen gespult und danach sobald wie möglich mit
der Phosphatierungslösung kontaktiert werden.
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Nach der Bildung der vereinheitlichenden/passivierenden
Schicht wird das ganze Substrat normalerweise mit Wasser
gespült, bevor organisches Resistmaterial elektrophoretisch
auf die behandelten Kupferoberflächen aufgebracht wird.
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Während es im allgemeinen eine gute Praxis ist, lange
Haltezeiten zwischen der Bildung der
vereinheitlichenden/passivierenden Beschichtung und der Aufbringung des Resists zu
vermeiden, ist es ein besonderer Vorteil der vorliegenden
Erfindung, daß, da die vereinheitlichende/passivierende
Beschichtung zur Passivierung der Kupferoberflächen gegen weitere
willkürliche Oxidbildung in Luft dient und sie selbst in
dieser Hinsicht stabil ist, das Bearbeitungsfenster zwischen
der gesteuerten Ausbildung der
vereinheitlichenden/passivierenden Beschichtung und dem Zeitpunkt, zu dem das Resist
aufgebracht werden muß, stark vergrößert wird.
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Die elektrophoretische Aufbringung von Resist auf die
Kupferoberflächen (mit der darauf befindlichen
vereinheitlichenden/passivierenden Schicht) kann mit irgendeinem geeigneten
elektrophoretisch aufbringbaren organischen Harz und unter
irgendwelchen geeigneten bekannten Aufbringbedingungen
durchgeführt werden. Wie bereits bemerkt, kann in Abhängigkeit von
der Herstellungsabfolge der gedruckten Schaltung die
elektrophoretische Aufbringung so erfolgen, daß eine Schicht eines
photoaktiven Harzes aufgebracht wird (welches sodann
belichtet und entwickelt wird, um das gewünschte Resistmuster für
die Verwendung als Plattierungs- oder Ätzresist zu erzeugen)
oder daß selektiv und direkt Harz aufgebracht wird (z.B. als
Ätzresist) über die leitenden Oberflächen einer Platte, die
ein vorhandenes Muster von leitenden und nichtleitenden
Oberflächen aufweist.
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Im allgemeinen wird die elektrophoretische Aufbringung in
einer Zelle durchgeführt, welche eine Lösung oder Emulsion
des organischen Harzes enthält, und normalerweise dienen die
Kupferoberflächen, auf welchen die Schicht der
vereinheitlichenden/passivierenden Beschichtung ausgebildet worden ist,
als die Kathode in der Zelle (positiv geladenes organisches
Harz). Die Temperatur, bei welcher das elektrophoretische
Aufbringen durchgeführt wird, liegt im allgemeinen zwischen
etwa 21ºC und etwa 38ºC (70ºF und 100ºF) und die Spannung
liegt normalerweise im Bereich von etwa 20 bis etwa 300 Volt.
Das elektrophoretische Aufbringen des Harzes wird
fortgesetzt, bis die gewünschte Dicke des Harzes erreicht ist. Im
allgemeinen liegt die Dicke in der Größenordnung von etwa 5
bis etwa 51 µm (0,2 bis 2,0 mus) in Abhängigkeit von der
Harzart (z.B.zum Plattieren oder Ätzen) und der Art der
behandelten Schaltung, aber es kann jede optimale und
gewünschte Dicke angewendet werden.
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Wie bereits bemerkt, ist das erfindungsgemäße Verfahren immer
anwendbar, wenn ein organisches Harz auf eine
Kupferoberfläche aufgebracht werden soll, um als Resist im Verlauf der
Herstellung einer gedruckten Schaltung zu dienen. Die
vorhergehende Erzeugung einer vereinheitlichenden/passivierenden
Schicht auf der Kupferoberfläche ermöglicht, daß das Harz
selbst als in Dicke und Eigenschaften gleichförmige Schicht
aufgebracht werden kann. Dies hat einen beträchtlichen
Vorteil in der Wirksamkeit des so aufgebrachten Resists (z.B.
gleichförmige Beständigkeit gegen das Ätzen, im wesentlichen
Abwesenheit von Nadelstichfehlern oder kleinen Löchern) und
ergibt für lichtempfindliche Harze einen Vorteil im
Belichtungs- und Entwicklungsverfahren.
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Die Erfindung wird im folgenden Beispiel weiter erläutert
und dargestellt.
BEISPIEL
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Ein Laminat mit einem verstärkten Epoxyharzkern und abgedeckt
mit einer Kupferfolie wird in der folgenden Weise bearbeitet:
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1. Die Folienoberflächen werden von organischen
Verunreinigungen durch Spülen mit einem handelsüblichen
Reinigungsmittel
[Metex T-103; MacDermid, Inc.] für 3 Minuten bei
einer Temperatur von etwa 60 ºC - 71 C (140ºF - 160ºF)
gereinigt, gefolgt von Wasserspülung.
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2. Die Folienoberflächen werden sodann in einer
Peroxid-/Schwefel-Lösung [MACuPREP ETCH G-5; MacDermid, Inc.]
für etwa 2 Minuten bei einer Temperatur von etwa 27ºC (80ºF)
mikrogeätzt (wodurch die Entfernung von etwa 1,3 pm bzw. 50
µinches Kupfer bewirkt wird), gefolgt von Wasserspülung.
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3. Die Platte wird sodann in eine Phosphorsäure
enthaltende Phosphatierungslösung [Phosphotex 4511; McDermid, Inc.]
für etwa 3 Minuten bei einer Temperatur von etwa 66ºC (150ºF)
eingetaucht, um auf den Oberflächen der Kupferfolie eine
Phospatumwandlungsbeschichtung zu erzeugen, gefolgt von
Wasserspülung.
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4. Eine 10,2 µm (0,4 mil) dicke Schicht von
lichtempfindlichem organischen Harz [Electro-Image 1000; PPG
Industries] wird sodann auf die
Phosphatumwandlungsschicht-Oberfläche unter Anwendung einer Belastung mit annähernd 200 Volt
für etwa 30 Sekunden kataphoretisch aufgebracht. Nach dem
Trocknen wird die Harzschicht mit einer aktivierenden
Strahlung bildmäßig belichtet und entwickelt, um ein
ätzbeständiges Muster des Harzes zu erzeugen.
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5. Diejenigen phosphatbeschichteten Kupferoberflächen,
die nicht durch das Resistmuster geschützt sind, werden bis
auf die dieelektrische Schicht bei Verwendung eines
ammoniakalischen Atzmittels [ULTRA ETCH 50; McDermid, Inc.]
weggeätzt, gefolgt von dem Strippen des Resists sowie Spülen und
Trocknen des Laminats.
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Bei Anwendung der obigen Abfolge wurde ein Laminat von 15,2
cm x 15,2 cm (6 inch x 6 inch) durch die ersten beiden
Schritte bearbeitet und sodann lediglich die Hälfte des
Laminats in die Phosphatierungslösung von Schritt 3.
eingetaucht. Obwohl sofortige visuelle Inspektion der Platte
keinen visuell unterscheidbaren Unterschied zwischen der
phosphatierten und der nichtphosphatierten Hälfte zeigte,
begann die nichtbehandelte Hälfte der Platte, visuell
anschaulich eine willkürliche ungleichförmige Oxidation nach
dem Stehen an Luft für einige Minuten zu zeigen, während die
behandelte Hälfte hell und rosa blieb. Mach einer halben
Stunde Stehen an Luft blieb die behandelte Hälfte hell und
rosa, während die unbehandelte Hälfte sich noch weiter
oxidiert hatte (blau-grüne Farbe).
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Unter Verwendung eines weiteren 15,2 cm x 15,2 cm (6 inch x 6
inch) großen Laminats, das wie oben bearbeitet war (nur eine
Hälfte des Laminats mit einer Phosphatumwandlungsschicht
versehen), wurde sodann das ganze Laminat bearbeitet, wie es
in den Schritten 4. und 5. beschrieben ist. Der Teil des
elektrophoretisch aufgebrachten Harzes über der behandelten
Hälfte des Laminats war glatt und glänzend und zeigte keinen
Anschein von Nadelstichfehlern oder Löchern, während der Teil
des Harzes über der unbehandelten Hälfte visuell sichtbar
Oberflächenunregelmäßigkeiten hatte. Nach Belichtung,
Entwicklung und Ätzung zeigte die Laminathälfte, die mit einer
Phosphatumwandlungsschicht über dem Kupfer vor dem Aufbringen
des Resists versehen war, offensichtlich keine unerwünschte
Ätzung, während die andere Hälfte des Laminats Ätzfehler in
der Schaltung zeigte.
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Die gleiche allgemeine Verfahrensabfolge wird für das
elektrophoretische Aufbringen einer photoaktiven organischen
Harzschicht angewendet, die als Plattierresist dient (nach
Belichtung/Entwicklung), z.B. für die Herstellung von
gedruckten Schaltungen (einschließlich Innenschichten), welche
Durchbrüche enthalten. In gleicher Weise wird das Verfahren
für das elektrophoretische Aufbringen eines Ätzresists für
Schaltungen angewendet, die bereits ein Muster von
freihegendem Kupfer und Plattierungsresist enthalten. Z.B. weist in
einer gedruckten Mehrschichtschaltung die ausgehärtete
Mehrschicht-Zusammensetzung (die aus abwechselnden Schaltungs-
Innenschichten und Harzsubstratschichten besteht und deren
nach außen weisende Oberflächen mit Kupferfolie abgedeckt
sind) in dieselbe gebohrte Durchbrüche auf, welche sodann dem
typischen Entschmutzen und/oder Zurückätzen, dem Aufbereiten
der Durchbrüche und einer katalytischen Aktivierung für die
stromlose Kupfermetallisierung der Durchbruchoberflächen
unterworfen werden (gleichzeitig wird stromlos aufgebrachtes
Kupfer über der Kupferfolienbeschichtung erzeugt). Ein
Fotoresist (z.B.trockener Film) wird sodann angewendet, um die
Oberflächen im Negativ des eventuell gewünschten Musters der
Schaltungsleitungen, Pads, Stege und dergl. zu mustern, d.h.
das Resist dient als Plattierungsresist. Weiteres Kupfer
(normalerweise elektrolytisch) wird sodann über die
freihegenden Kupferbereiche plattiert (d.h. solche, die nicht vom
Plattierungsresist abgedeckt sind). Nach diesem Plattieren
werden die aufgebauten Kupferoberfichen behandelt, um auf
denselben die vereinheitlichende/passivierende Schicht gemäß
der Erfindung vorzusehen, und ein ätzbeständiges Harz wird
sodann elektrophoretisch darüber aufgebracht (das Aufbringen
erfolgt selektiv auf die leitend beschichteten
Kupferoberflächen mittels des elektrophoretischen Verfahrens und gemäß der
Natur des Harzresists). Das Plattierungsresist wird sodann
selektiv entfernt (es ist in einem Medium strippbar, das das
elektrophoretisch aufgebrachte Ätzresist nicht strippt), und
das Kupfer (und seine vereinheitlichende/passivierende
Beschichtung) darunter wird bis auf die Substratoberfläche
abgeätzt. Sodann wird das Ätzresist entfernt und läßt so das
gewünschte Schaltungsmuster zurück, und die Platte wird
sodann weiterbearbeitet (mit wahlweise zuerst Entfernung der
vereinheitlichenden/passivierenden Schicht), um bestimmte
Bereiche gegen Lötmittel zu maskieren und Lötmittel auf
anderen Bereichen vorzusehen.
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Bei einem Verfahren der genannten Art ist ersichtlich und für
den Fachmann verständlich, daß die für die verschiedenen
Resistmaterialien getroffene Auswahl durch funktionelle
Überlegungen in Beziehung auf den jeweiligen Verfahrensablauf
diktiert wird. Beispielsweise wird, wie bereits erwähnt, das
als Plattierungsresist in einem Verfahren der erwähnten Art
dienende Resist so gewählt, daß es in einem Medium strippbar
ist, welches nicht gleichzeitig das elektrophoretisch
aufgebrachte Ätzresist strippt. So wird auch bei einem Verfahren
der vorgenannten Art, bei welchem eine
vereinheitlichende/passivierende Beschichtung auf aufgebauten Kupferoberflächen
vorgesehen wird, bevor das Ätzresist elektrophoretisch
darüber aufgebracht wird, jedoch während sich das
Plattierungsresist noch an Ort und Stelle befindet, das
Plattierungsresist so gewählt, daß es sich während der Bildung der
vereinheitlichenden/passivierenden Schicht später nicht auflöst
oder gestrippt wird.
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Es wird bemerkt, daß es bei der Herstellung von gedruckten
Schaltungen nicht ungewöhnlich ist, daß Kupferoberflächen mit
Schutzschichten zwischen verschiedenen Verfahrensstufen
versehen werden. Beispielsweise werden die einseitig oder
doppelseitig mit Kupferfolie überzogenen dielektrischen
Substrate, die oftmals als Ausgangsmaterial zur Bildung von
Innenschichten oder Außenschichten von Schaltungen verwendet
werden, oftmals vom Hersteller mit einer darüber befindlichen,
Beschlag verhindernden Beschichtung geliefert. Allgemein
besitzt diese Beschlag verhindernde Beschichtung organische
Natur (und liegt somit nicht innerhalb des Bereichs der
erfindungsgemäßen vereinheitlichenden/passivierenden
Beschichtungen). Darüber hinaus besteht bei solchen Beschlag
verhindernden Beschichtungen unabhängig von ihrer Natur nicht
die Absicht, einen vollständigen Schutz gegen Oxidation der
Kupferoberfläche in Luft zu erreichen, und sie tun dies auch
selten, und ferner ist es weder beabsichtigt noch
erforderlich, daß sie irgendeinen wesentlichen Grad von
Gleichförmigkeit in der Dicke und/oder Leitfähigkeit/im spezifischen
Widerstand besitzen sollen oder besitzen. Bei der praktischen
Durchführung der Erfindung sind solche Beschichtungen nicht
als vereinheitlichende/passivierende Beschichtungen wirksam
und organisches Harz kann nicht elektrophoretisch darüber
aufgebracht werden, um die gewünschte Gleichförmigkeit in
Dicke und Eigenschaften im aufgebrachten Harz zu erzielen.
Tatsächlich gehören in der Praxis der Erfindung
Beschichtungen dieser Art zu den Verunreinigungen, die von der
Kupferfolienoberfläche entfernt werden, bevor auf dieselbe die
vereinheitlichende/passivierende Beschichtung aufgebracht wird.
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Das gleiche gilt für beschlagverhinderungs-ähnliche
Beschichtungen, die manchmal auf Kupferoberflächen im Verlauf der
Herstellung gedruckter Schaltungen aufgebracht werden, um
wenigstens einen gewissen Grad von Beschlagschutz zu
erreichen, wenn die Schaltung an Luft steht und einen nächsten
Bearbeitungsschritt erwartet (z.B. zwischen der Zeit der
stromlosen Kupferaufbringung in einer Plattierungsanlage und
dem Transport der Schaltung zu einer entfernten Stelle, an
der die Belichtung des Resists stattfinden kann).
Beschichtungen dieser Art können in gleicher Weise nicht als
vereinheitlichende/passivierende Beschichtungen gemäß der Erfindung
aus den bereits angegebenen Gründen wirken.