Verfahren zur Herstellung von durch ontaktierten Leiterplat¬ ten oder Multilayern Process for producing printed circuit boards or multilayers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten Leiterplatten oder Multilayern, bei welchem die zur Kontaktierung der verschiedenen Schichten hergestellten Bohrlöcher mit folgenden Verfahrensschritten gereinigt werden:The invention relates to a method for producing plated-through circuit boards or multilayers, in which the boreholes produced for contacting the different layers are cleaned with the following method steps:
a) Quellen mit einer Behandlungsflüssigkeit;a) swelling with a treatment liquid;
b) Spülen;b) rinsing;
c) oxidative Behandlung mit einer Permanganatlösung.c) oxidative treatment with a permanganate solution.
Elektronische Leiterplatten, insbesondere aber sogenannte "Multilayer", weisen mehrere Lagen elektrisch leitender Strukturen auf. Damit diese ankontaktiert werden können, müssen die gesamten Leiterplatten bzw. Multilayer durchbohrt und die Mantelflächen der Bohrungen danach mit einer elek¬ trisch leitfähigen Schicht überzogen werden. Da an die Zuverlässigkeit derartiger Leiterplatten und Multilayer hohe Anforderungen gestellt werden, ist es selbstverständlich daß der Ankontaktierung der verschiedenen elektrisch lei¬ tenden Strukturen in den unterschiedlichen Schichten große Bedeutung zukommt. Dies setzt voraus, daß die Mantelflächen der Bohrlöcher, die bei der Einbringung der Bohrlöcher verschmutzt werden, insbesondere Harzverschmierungen auf¬ weisen, sorgfältig gereinigt werden.Electronic printed circuit boards, in particular so-called "multilayers", have several layers of electrically conductive structures. So that they can be contacted, the entire printed circuit boards or multilayer must be drilled through and the lateral surfaces of the bores then covered with an electrically conductive layer. Since high demands are placed on the reliability of such printed circuit boards and multilayers, it goes without saying that the contacting of the various electrically conductive structures in the different layers is of great importance. This presupposes that the lateral surfaces of the boreholes, which become soiled when the boreholes are drilled, in particular have resin smearings, are carefully cleaned.
Ein derartiges Reinigungsverfahren für die Mantelflächen der Bohrlöcher, auch "Desmearing"-Verfahren genannt, ist
in der DE-OS 36 38 630 beschrieben, von welcher die vorlie¬ gende Erfindung ausgeht. Die Reinigung beginnt hier mit einer Quellung, einer Behandlung der Leiterplatten bzw. Multilayer mit einer Behandlungsflüssigkeit, die im allge- meinen verschiedene organische Lösungsmittel enthält. Die Quellflüssigkeit wird danach in einem Spülvorgang entfernt. Die eigentliche Reinigung erfolgt dann durch eine oxidative Behandlung mit einer Permanganatlösung, wonach Überschüsse der Oxidationsflüssigkeit erneut wegge- spült werden. Es schließt sich eine sogenannte "Entgiftung" an, in welcher Braunstein, der sich in der oxidativen Behandlung gebildet hat, reduziert und entfernt wird. Es folgt eine erneute Spülung. Die so vorbehandelten Leiter¬ platten können dann in an und für sich bekannten, in der DE-OS 36 38 630 nicht weiter beschriebenen Verfahren an den Mantelflächen der Bohrlöcher metallisiert werden.Such a cleaning method for the lateral surfaces of the boreholes, also called "desmearing" method, is described in DE-OS 36 38 630, from which the present invention is based. Cleaning begins here with swelling, treatment of the printed circuit boards or multilayer with a treatment liquid which generally contains various organic solvents. The swelling liquid is then removed in a rinsing process. The actual cleaning is then carried out by an oxidative treatment with a permanganate solution, after which excess oxidizing liquid is washed away again. This is followed by a so-called "detoxification", in which brown stone, which has formed in the oxidative treatment, is reduced and removed. A new rinse follows. The printed circuit boards pretreated in this way can then be metallized on the lateral surfaces of the boreholes in methods known per se and not described further in DE-OS 36 38 630.
Durch das bloße Hintereinanderfügen der bekannten Verfahren zur Reinigung der Bohrlöcher sowie der Metallisierung der Mantelflächen entsteht eine große Vielzahl von Verfahrens¬ schritten, die viele Behandlungsflüssigkeiten und in der apparativen Verwirklichung viele einzelne Vorrichtungsmoduln erfordert.By simply joining the known processes for cleaning the boreholes and the metallization of the lateral surfaces, a large number of process steps are created which require many treatment fluids and many individual device modules in terms of implementation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art in möglichst kostengünstiger Weise durch Verfahrensschritte zu ergänzen, welche der Herstellung elektrisch leitender Schichten auf den Mantel¬ flächen der Bohrlöcher dienen.The object of the present invention is to supplement a method of the type mentioned at the outset as cost-effectively as possible with method steps which serve to produce electrically conductive layers on the lateral surfaces of the boreholes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß un¬ mittelbar an den Verfahrensschritt c anschließend ohne Zwischenschaltung eines Neutralisationsvorganges oder eines weiteren Konditionier- oder Quellvorganges ein Verfah- ren zur stromlosen Herstellung elektrisch leitender Schichten
auf den Mantelflächen der Bohrlöcher mit folgenden Verfah¬ rensschritten durchgeführt wird:This object is achieved according to the invention in that, immediately after process step c, a process for the currentless production of electrically conductive layers follows without the interposition of a neutralization process or a further conditioning or swelling process is carried out on the lateral surfaces of the boreholes with the following process steps:
d) oxidative Behandlung mit einer Permanganatlösung;d) oxidative treatment with a permanganate solution;
e) Spülen;e) rinsing;
f) Abscheiden einer Schicht organischer Monomere aus einer Lösung dieser Monomere;f) depositing a layer of organic monomers from a solution of these monomers;
g) Polymerisation der abgeschiedenen Monomere zu einer elektrisch leitfähigen Schicht.g) polymerization of the deposited monomers to form an electrically conductive layer.
Die Erfindung fußt auf der Erkenntnis, daß der "Desmearing"- Prozeß besonders günstig mit einem speziellen stromlosenThe invention is based on the knowledge that the "desmearing" process is particularly favorable with a special currentless one
Verfahren zur Herstellung der elektrisch leitfähigen Schich¬ ten auf den Mantelflächen der Bohrlöcher kombiniert werden kann: Dieses Verfahren ist an und für sich ebenfalls bekannt (DE-PS 38 06 884) . Allerdings ist es möglich, bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kombination der beidenProcess for producing the electrically conductive layers on the lateral surfaces of the boreholes can be combined: This process is also known per se (DE-PS 38 06 884). However, it is possible with the combination of the two proposed according to the invention
Verfahren einige von deren Einzelschritten "zu überspringen", also die Anzahl von Verfahrensschritten, in denen die Leiterplatten oder Multilayer mit einer Behandlungsflüssig- keit beaufschlagt werden müssen, sowie die zugehörigen Spülvorgänge, einzusparen. Insbesondere ist es bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise nicht mehr erforderlich, nach der oxidativen Behandlung im "Desmearing"-Verfahren eine "Entgiftung" , also eine Entfernung des sich bildenden Braunsteines, durchzuführen, da gerade dieser Braunstein bei der oxidativen Vorbehandlung vor dem Abscheiden der Monomere eine günstige Wirkung hat. Außerdem entfällt der zusätzliche Konditionier- oder Quellvorgang, welcher bei dem in der DE-PS 38 06 884 beschriebenen Verfahren zur stromlosen Abscheidung leitender Schichten auf den Mantel- flächen der Bohrlöcher noch erforderlich war.
Da die chemischen Vorgänge, die in der oxidativen Behand¬ lung des "Desmearing"-Prozesses ablaufen, nicht identisch mit denjenigen sind, die in der oxidativen Behandlung vor der stromlosen Abscheidung der elektrisch leitendenProcess "to skip" some of their individual steps, ie the number of process steps in which the circuit boards or multilayers have to be treated with a treatment liquid, as well as the associated rinsing processes, to be saved. In particular, in the procedure according to the invention, it is no longer necessary to carry out a "detoxification", ie a removal of the manganese dioxide which forms, after the oxidative treatment using the "desmearing" method, since this manganese dioxide in the oxidative pretreatment prior to the separation of the monomers has a beneficial effect. In addition, there is no additional conditioning or swelling process, which was still necessary in the process described in DE-PS 38 06 884 for the currentless deposition of conductive layers on the lateral surfaces of the boreholes. Since the chemical processes occurring in the oxidative treatmen ¬ development of the "desmearing" process, are not identical with those of the electrically conductive in the oxidative treatment prior to the electroless deposition
Schichten stattfinden, kann es sich empfehlen, beide oxida¬ tive Vorgänge in unterschiedlichen Bädern durchzuführen, die sich dann z.B. bezüglich des pH-Wertes aber auch bezüg¬ lich des Gehaltes an Braunstein unterscheiden können. Im allgemeinen ist es aber jedenfalls nicht erforderlich, die beiden Bäder, in denen mit Permanganatlösung gearbeitet wird, noch einmal durch eine Spülung voneinander zu trennen.Layers take place, it may be advisable to carry out both oxidative processes in different baths, which then e.g. be able to differentiate in terms of the pH value but also in terms of the content of manganese dioxide. In general, however, it is not necessary in any case to separate the two baths in which permanganate solution is used by rinsing.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist es in bestimmten Fällen, die durch Versuche ermittelt werden können, auch denkbar, die o.g. Verfahrensschritte c und d, also die Verfahrensschritte, in denen eine oxidative Behandlung mit Permanganatlösung durchgeführt wird, zu einem einzigen Verfahrensschritt zusammenzufassen.According to a special feature of the invention, it is also conceivable in certain cases that can be determined by tests, the above. Process steps c and d, that is to say the process steps in which an oxidative treatment with permanganate solution is carried out, are combined into a single process step.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigenAn embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing; show it
Figur 1: schematisch das aus der DE-OS 36 38 630 bekannte "Desmearing"-Verfahren;Figure 1: schematically the "Desmearing" process known from DE-OS 36 38 630;
Figur 2: schematisch das aus der DE-PS 38 06 884 bekannte Verfahren zur stromlosen Abscheidung elektrisch leitender Schichten auf den Mantelflächen der Bohrlöcher;Figure 2: schematically the method known from DE-PS 38 06 884 for the currentless deposition of electrically conductive layers on the lateral surfaces of the boreholes;
Figur 3: das erfindungsgemäße Verfahren unter teilweiser Verwendung von Verfahrensschritten der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Teilverfahren.
Zum besseren Verständnis der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen sei zunächst anhand Figur 1 kurz wiederholt, wie bei dem bekannten, in der DE-OS 36 38 630 beschriebenen Verfahren eine Reinigung der Bohrlöcher von durchkontaktier- ten Leiterplatten bzw. Multilayern erfolgt. Wegen Einzel¬ heiten des Verfahrens wird auf die genannte Druckschrift verwiesen.FIG. 3: the method according to the invention, partially using method steps of the sub-methods shown in FIGS. 1 and 2. For a better understanding of the measures proposed according to the invention, it is first briefly repeated with reference to FIG. 1, as in the known method described in DE-OS 36 38 630, the boreholes are cleaned of plated-through circuit boards or multilayers. For details of the method, reference is made to the publication mentioned.
Die Leiterplatten bzw. Multilayer sind vor dem in Figur 1 dargestellten Verfahrensabschnitt bereits mit Bohrlöchern versehen worden, welche der Ankontaktierung der in verschie¬ denen Schichten angeordneten elektrisch leitenden Strukturen dienen sollen. Bei der Einbringung dieser Bohrungen sind die Bohrwandungen verschmutzt worden; insbesondere haben sich HarzverSchmierungen oder auch lose Verunreinigungen angelagert. Zu deren Entfernung werden die Leiterplatten durch eine erste Behandlungsflüssigkeit (Verfahrensschritt 1) geführt, in welcher die Mantelflächen der Bohrungen aufgequollen werden. Dies geschieht mit einer Mischung verschiedener organischer Lösungsmittel in Natriumhydroxid. Nach einer Spülung (Verfahrensschritt 2) gelangen die Leiterplatten in ein oxidatives Behandlungsbad, vorzugs¬ weise ein Kaliumpermanganatbad (Verfahrensschritt 3) . Hier erfolgt die eigentliche Entfernung der Verunreinigungen an den Bohrlöchern. Bei den dabei ablaufenden chemischen Reaktionen bildet sich durch Reduktion des Kaliumpermanga- nates auch Braunstein, von dem man bisher grundsätzlich annahm, daß er zur erfolgreichen Metallisierung der Bohrungs- Mantelflächen wieder entfernt werden muß. Deshalb ist bei dem aus der DE-OS 36 38 630 bekannten Verfahren (Figur 1) nach einer weiteren Spülung (Verfahrensschritt 4) ein sogenannter "Entgiftungsprozeß" (Verfahrensschritt 5) vorgesehen. Zur "Entgiftung" (auch "Neutralisation" genannt) wird eine Behandlung mit einer Hydroxylammniumchlorid-Lösung durchgeführt. Nach einer erneuten Spülung (Verfahrensschritt
6) gelangen die Leiterplatten zu einer Station, in welcher die gereinigten Mantelflächen der Bohrlöcher in nicht näher bezeichneter Weise mit einer metallischen Schicht überzogen werden.Before the process section shown in FIG. 1, the printed circuit boards or multilayers have already been provided with boreholes which are intended to contact the electrically conductive structures arranged in different layers. When drilling these holes, the drill walls were contaminated; in particular, resin smearings or loose contaminants have accumulated. To remove them, the printed circuit boards are passed through a first treatment liquid (method step 1), in which the lateral surfaces of the bores are swollen. This is done with a mixture of different organic solvents in sodium hydroxide. After rinsing (process step 2), the printed circuit boards are placed in an oxidative treatment bath, preferably a potassium permanganate bath (process step 3). This is where the impurities are actually removed from the boreholes. In the course of the chemical reactions that take place, the reduction of the potassium permanganate also produces manganese dioxide, which until now has generally been assumed that it must be removed again in order to successfully metallize the surface of the borehole. Therefore, in the method known from DE-OS 36 38 630 (FIG. 1), after a further rinsing (method step 4), a so-called "detoxification process" (method step 5) is provided. For "detoxification" (also called "neutralization"), treatment with a hydroxylammnium chloride solution is carried out. After rinsing again (process step 6) the printed circuit boards arrive at a station in which the cleaned lateral surfaces of the boreholes are covered with a metallic layer in a manner not specified in any more detail.
Von den verschiedenen bekannten Verfahren, mit welchen elektrisch leitende Überzüge auf den Mantelflächen von Bohrlöchern hergestellt werden, hat sich die Erfindung zur Kombination mit dem in Figur 1 dargestellten Verfahren ein ganz bestimmtes herausgesucht, welches in der DE-PSOf the various known methods with which electrically conductive coatings are produced on the lateral surfaces of boreholes, the invention has selected a very specific one for combination with the method shown in FIG. 1, which is described in DE-PS
38 06 884 beschrieben ist und nachfolgend anhand der Figur 2 kurz erläutert wird. Wegen Einzelheiten wird erneut auf die zuletzt genannte Druckschrift Bezug genommen.38 06 884 is described and is briefly explained below with reference to FIG. 2. For details, reference is again made to the last-mentioned publication.
Die vorbehandelten Leiterplatten werden zunächst in einer organischen Lösung gequollen (richtiger wäre es wohl, von einer allgemeinen "Konditionierung" zu sprechen, da die relevanten Vorgänge im einzelnen nicht bekannt sind) . Dies ist der Verfahrensschritt 7 in Figur 2. Nach einer Spülung (Verfahrensschritt 8) gelangen die Leiterplatten in eine Permanganatlösung (Verfahrensschritt 9) , in welcher eine oxidative Vorbehandlung der nachfolgend zu beschichten¬ den Mantelflächen der Bohrlöcher stattfindet. Dabei hat sich herausgestellt, daß nicht eine vollständige Abwesen- heit von Fremdsubstanzen nach dem Durchlaufen dieses Schrit¬ tes sondern durchaus ein gewisser Rest an Braunstein, der bei der Reduktion der Permanganatlösung verbleibt, wünschenswert ist.The pretreated circuit boards are first swollen in an organic solution (it would be more correct to speak of a general "conditioning" since the relevant processes are not known in detail). This is process step 7 in FIG. 2. After rinsing (process step 8), the printed circuit boards enter a permanganate solution (process step 9), in which an oxidative pretreatment of the lateral surfaces of the boreholes to be coated takes place. It has been found that it is not desirable to have a complete absence of foreign substances after going through this step, but rather to have a certain amount of manganese dioxide which remains when the permanganate solution is reduced.
Die so vorbehandelten Leiterplatten werden gespült (Ver¬ fahrensschritt 10) und danach in eine Lösung organischer Monomere eingebracht (Verfahrensschritt 11) . Eine Schicht dieser organischen Monomere lagert sich dabei an den Mantel¬ flächen der Bohrlöcher an. Im nächsten, ohne Zwischenschal- tung einer Spülung durchgeführten Verfahrensschritt 12
werden dann diese Monomere auspolymerisiert, wobei sich eine elektrisch leitfähige Schicht bildet. In einem Deka¬ pier- und Spülmodul werden überschüssige Polymerisationspro¬ dukte und Reste der Behandlungsflüssigkeiten aus den Verfah- rensschritten 11 und 12 entfernt, wonach die Leiterplatten dem weiteren Aufbau der elektrisch leitenden Schichten, beispielsweise in einem Elektrolyseverfahren, zugeführt werden.The printed circuit boards pretreated in this way are rinsed (process step 10) and then introduced into a solution of organic monomers (process step 11). A layer of these organic monomers is deposited on the lateral surfaces of the boreholes. In the next process step 12, which is carried out without the interposition of a rinse these monomers are then polymerized out, forming an electrically conductive layer. Excess polymerization products and residues of the treatment liquids are removed from process steps 11 and 12 in a decap and rinsing module, after which the printed circuit boards are fed to the further construction of the electrically conductive layers, for example in an electrolysis process.
Die beschriebenen beiden Verfahren werden nunmehr erfin¬ dungsgemäß miteinander kombiniert, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. In Figur 3 sind diejenigen Verfahrens¬ schritte, welche aus den bekannten Verfahren nach den Figuren 1 und 2 übernommen wurden, mit denselben Bezugs- zeichen gekennzeichnet. Der Vergleich der Figur 3 mit den Figuren 1 und 2 macht deutlich, daß nicht alle Ver¬ fahrensschritte der bekannten Verfahren beim erfindungs¬ gemäßen Verfahren übernommen werden. Vielmehr entfallen aus Figur 1 der Entgiftungsvorgang 5 und der nachfolgende SpülVorgang 6. Aus dem in Figur 2 dargestellten Verfahren fallen der Konditionier- oder Quellvorgang 7 und der nach¬ folgende Spülvorgang 8 weg. Die Leiterplatten gelangen also aus dem Oxidationsbad 3 von Figur 1 direkt in das Oxidations- bad 9 von Figur 2. Die Einsparung von vier Verfahrensschrit- ten bedeutet nicht nur die Einsparung zweier Behandlungs¬ flüssigkeiten, die ggf. entsorgt werden müssen; in der apparativen Ausgestaltung bedeutet dies die Einsparung von vier Vorrichtungsmoduln, was eine erhebliche Kostenminderung bedeutet.The two methods described are now combined with one another according to the invention, as shown in FIG. 3. In FIG. 3, those method steps which have been adopted from the known methods according to FIGS. 1 and 2 are identified with the same reference symbols. The comparison of FIG. 3 with FIGS. 1 and 2 makes it clear that not all process steps of the known processes are adopted in the process according to the invention. Rather, the detoxification process 5 and the subsequent rinsing process 6 are omitted from FIG. 1. The conditioning or swelling process 7 and the subsequent rinsing process 8 are eliminated from the process shown in FIG. The printed circuit boards thus go from the oxidation bath 3 of FIG. 1 directly into the oxidation bath 9 of FIG. 2. The saving of four process steps means not only the saving of two treatment liquids which may have to be disposed of; in terms of apparatus, this means the saving of four device modules, which means a considerable reduction in costs.
Unter günstigen Bedingungen, die im Einzelfall durch wenige Versuche ermittelt werden können, lassen sich die Verfah¬ rensschritte 3 und 9 in Figur 3 auch, wie gestrichelt angedeutet, zu einem einzigen Verfahrensschritt zusammen- fassen. Hiermit ist selbstverständlich eine weitere Redu¬ zierung der Kosten verbunden.
Under favorable conditions, which can be determined in individual cases by a few tests, process steps 3 and 9 in FIG. 3 can also be combined into a single process step, as indicated by dashed lines. Of course, this is associated with a further reduction in costs.