IT9067307A1 - Metodo per fabbricare piastrine per circuiti stampati - Google Patents
Metodo per fabbricare piastrine per circuiti stampatiInfo
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Description
DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale avente per titolo:
METODO PER FABBRICARE PIASTRINE PER CIRCUITI STAMPATI
RIASSUNTO
Metodo per fabbricare piastrine per circuiti stampati nel quale la resistenza di superfici catalizzate non conduttrici nei confronti di soluzioni usate negli stadi di lavorazione, ad esempio adoperato per rimuovere un rivestimento isolante ricoprente i fori passanti e le linee desiderate del circuito, viene migliorata trattando la superficie catalizzata con un acceleratore onde attivare il catalizzatore, quindi agendo sulla superficie accelerata con un riducente e infine procedendo alla cottura.
DESCRIZIONE
Le piastrine per circuiti stampati sono manufatti industriali ben conosciuti e utilizzati per un'ampia varietà di applicazioni elettroniche sia di uso commerciale che destinate ai consumatori, come ad esempio in accessori, radio, macchine, etc. Fondamentalmente, la piastrina contiene un disegno di circuito sotto forma di materiale elettricamente conduttore "stampato" sulla piastrina. Le piastrine dotate di circuiti su ciascuna faccia sono interconnesse elettricamente tra determinate aree sulle facce opposte per mezzo di fori passanti, perforati o punzonati nella configurazione desiderata, e _le pareti sono ri vestite con un materiale elettricamente conduttore.
Vi sono in sostanza due metodi per preparare piastrine per circuiti stampati (PCB), definiti rispettivamente metodo "sottrattivo" e metodo "additivo". Entrambi i metodi sono ben noti e descritti nel brevetto USA n. A.233.344, essendo detto brevetto qui incorporato per riferimento. Sostanzialmente, nel si sterna additivo, la piastrina iniziale è costituita di materiale plastico senza alcuna lamina metallica e il circuito metallico viene costruito sul substrato non-conduttore nel disegno voluto. In uno dei metodi sottrattivi, le due facce di un substrato non-conduttore, ad esempio fibra di vetro legata con re sina epossidica, possiedono una placcatura o un laminato metal Ileo aderente, per lo più rame. Fori vengono praticati attraverso la piastrina con laminato di rame in modo da esporre il materiale plastico. Questa viene poi sbavata, pulita per via chimica e risciacquata. La piastrina a questo punto viene trat tata placcando i fori passanti per contatto con una soluzione acida diluita, immersa in un catalizzatore, in generale un catalizzatore acido palladio-stagno, allo scopo di attivare il materiale plastico per una deposizione mediante riduzione, risciacquata in acqua, trattata con un acceleratore per attivare il metallo catalizzatore, nuovamente risciacquata e immersa in un bagno di deposizione per riduzione cosi da placcare tutte le superfici catalizzate della piastrina, ivi compresa la formazione di un rivestimento conduttore sul lato interno del foro passante per collegare elettricamente le due facce metalliche (rame). Sulle zone di rame non volute nel disegno del circuito si applica quindi un rivestimento isolante. La piastrina viene poi pulita, sottoposta a galvanostegia con rame e rivestita con Sn/Pb. Il rivestimento isolante è quindi rimosso con una soluzione appropriata (un solvente o una soluzione alcalina) in modo da esporre la lamina sottostante e il rame deposto per via riduttiva e il rame viene infine rimosso mediante attacco chimico, così da fornire il circuito desiderato.
Indipendentemente dal metodo di fabbricazione delle piastrine per circuiti stampati, le zone non-conduttrici del substrato devono essere attivate prima della metallizzazione vuoi per mezzo di una placcatura elettrolitica vuoi mediante deposizione per riduzione. Sfortunatamente non è possibile in commercio trattare soltanto le zone non-conduttrici della piastrina; di conseguenza, la piastrina viene immersa tutta intera o tuffata nei bagni di trattamento, inclusi la soluzione di catalizzatore e il bagno di deposizione per riduzione.
Onde ovviare all'evidente spreco di rame e ad altri problemi associati con i procedimenti della tecnica precedente, metodi messi a punto più di recente prevedono una deposizione per riduzione alla fine del procedimento di fabbricazione delle piastrine per circuiti stampati. Questi metodi tipicamente catalizzano dapprima il pannello perforato e quindi utilizzano un rivestimento isolante (sul genere del film secco) sopra il disegno desiderato del circuito, incluso il ricoprimento dei fori passanti, attaccando in seguito il rame non desiderato con cloruro di rame o cloruro ferrico ammoniacale. Il rivestimento isolante viene quindi rimosso e la piastrina è sottoposta a deposizione per riduzione, risultando placcate esclusivamente le linee del circuito e i fori passanti.
L'impiego di un rivestimento isolante solubile in un solvente organico di norma non presenta problemi, ma purtroppo l'asportazione del rivestimento isolante per mezzo, ad esempio, di soluzioni alcaline, rimuove.il catalizzatore dai fori passanti rendendo inefficace la placcatura. Questo problema è particolarmente grave quando si faccia ricorso ad un rivestimento isolante solubile in acqua e quindi preferibile dal punto di vista ambientale, in quanto la soluzione di KOH abitualmente adottata per l'asportazione rimuove facilmente il catalizzatore assorbito sulla parete dei fori passanti.
Costituisce uno scopo della presente invenzione fornire un metodo per il trattamento di un substrato catalizzato non-conduttore allo scopo di migliorarne la resistenza nei confronti delle composizioni usate nel procedimento di placcatura. Un ulteriore scopo della presente invenzione consiste nel fornire un metodo efficiente ed efficace per preparare una piastrina per circuiti stampati contenente fori passanti. Un altro scopo della presente invenzione consiste nel fornire piastrine per circuiti stampati preparate in base al nuovo metodo secondo l'invenzione. Questi e altri scopi della presente invenzione diverranno evidenti grazie alla seguente descrizione dettagliata.
Sommario dell'Invenzione
Si è ora scoperto che la resistenza di substrati catalizzati non-conduttori nei confronti delle composizioni usate nei procedimenti di placcatura e, in particolare, delle composizioni usate per rimuovere i rivestimenti isolanti, ad esempio soluzioni di KOH, può essere migliorata ponendo a contatto il substrato catalizzato con un acceleratore, trattando il substrato accelerato con un agente riducente e quindi cuocendo il substrato trattato.
Per quanto riguarda la preparazione di piastrine per circuiti stampati dotate di fori passanti che debbano essere placcati, un metodo comprende la pulitura e il pretrattamento di una piastrina perforata rivestita di una lamina di rame, seguito da:
(a) catalizzare la piastrina, compresi i fori passanti, mediante immersione della piastrina in una composizione catalitica, ad esempio un convenzionale catalizzatore acido palladio-stagno;
(b) accelerare la piastrina catalizzata; A (c) trattare la piastrina accelerata mediante immersione
della piastrina in una composizione riducente;
(d) cuocere la piastrina ridotta riscaldandola ad una temperatura sufficientemente elevata;
(e) applicare un rivestimento isolante sulla configurazione di circuito desiderata e rivestire i fori passanti;
(f) attaccare chimicamente il rame esposto]
(g) rimuovere il rivestimento isolante per mezzo di un solvente opportuno;
(h) sottoporre a deposizione per riduzione la piastrina, compresi i fori passanti, immergendo la piastrina trattata in un'adatta soluzione di deposizione per riduzione.
Descrizione delle realizzazioni preferite
Qualsiasi adatto substrato di plastica e/o plastica rinforzata può essere trattato con il metodo dell'invenzione, ad esempio acrilonitrile-butadiene-stirene, polistirene, policarbonato, etc. Per motivi di convenienza, la seguente descrizione sarà orientata sui substrati di resina epossidica laminati di rame, che rappresentano la sostanza plastica di uso più comune nell'industria delle piastrine per circuiti stampati.
I procedimenti pre-catalitici per la preparazione del substrato a fori passanti, o per qualsiasi substrato di materiale plastico, possono variare entro ampi limiti in relazione al ma nufatto da produrre. In generale, il substrato rivestito di ra me verrà sbavato, pulito chimicamente e risciacquato. Ad esempio, il pannello può essere trattato con un detergente per cin que minuti ad una temperatura compresa tra 60 e 70°C. Esempio di questi detergenti è l'ENPLATE PC-475, venduto dalla Enthone, Incorporated, West Haven, Connecticut, contenendo detto detergente tensioattivi cationici e non-ionici. Dopo aver risciacquato con acqua, la piastrina viene immersa in una soluzione di corrosione per rame, ad esempio l'ENPLATE AD-485, che è del tipo a perossisolfato, per 1-2 minuti a una temperatura compresa tra 20 e 25°C. La piastrina è quindi risciacquata con acqua e immersa in H SO4 al 10% per due minuti a una temperatura compresa tra 20 e 25°C.
Dopo la perforazione, il substrato può essere usato talquale ovvero trattato con rigonfianti organici e ossidanti quali acido cromico, acido solforico, soluzioni di permanganato e simili, onde migliorate l'adesione della placcatura. Questi trattamenti sono illustrati nel brevetto USA n. 4.592.852, qui incorporato per riferimento.
Quando i l substrato è pronto per la catal isi , esso viene immerso nella composizione catalitica e il catalizzatore è adsorbito sulla superficie del substrato, come è ben noto nella tecnica. Si può usare qualsiasi catalizzatore idoneo e, quando la superficie del substrato è catalizzata usando una qualsiasi delle soluzioni di catalizzatore costituite da un misto di cloruro di stagno e cloruro di palladio e reperibili sul mercato, varie quantità di stagno e palladio sono adsorbite sulla superficie del substrato in relazione alla concentrazione e alla temperatura del catalizzatore, al tempo trascorso a contatto col catalizzatore e al trattamento di precondizionamento del substrato resinoso. Di solito un aumento di temperatura, un tempo d'immersione maggiore e una concentrazione più elevata della soluzione di catalizzatore tendono a lasciare una maggior quantità di catalizzatore sulla superficie del substrato di resina. Esiste una quantità minima di catalizzatore necessaria sulla superficie del substrato allo scopo di dare appropriato inizio alla deposizione per riduzione, e questa quantità minima di solito si consegue con facilità immergendo il substrato nella soluzione di catalizzatore Sn/Pd nel rispetto dell'insieme dei parametri specificati dai fornitori delle soluzioni di catalizzatori commerciali. Esempi di catalizzatore sono illustrati nel brevetto USA n. 3.011.920, qui incorporato per riferimento.
In generale, una composizione catalitica acida commerciale contenente 100-250 mg/1 di palladio e 3-10 g/1 di stagno verrà usata ad una tipica temperatura di circa 20-40°C e un tempo d'immersione compreso tra 30 e 15 minuti. Un catalizzatore commerciale è l'ENPLATE ACTIVATOR-444, venduto dalla Enthone.
il substrato catalizzato dovrebbe poi essere di norma trattato con un acceleratore o post-attivatore per migliorare la fase di placcatura, facendo poi seguire una deposizione per riduzione. E' a questo punto dopo la catalisi che il substrato catalizzato viene messo a contatto con un acceleratore e, dopo l'accelerazione, il substrato accelerato è trattato con un agente riducente, facendo seguire una cottura per costituire una superficie catalizzata che possiede una maggiore resistenza a ulteriori composizioni di trattamento, come il KOH usato nella fabbricazione di piastrine per circuiti stampati allo scopo di. rimuovere il rivestimento isolante. Un acceleratore .preferito è una composizione acida di ad esempio-l'ENPLATE. PA-493 Venduto. dalla Enthone, Incorporateti. Gli acceleratori includono ENPLATE PA 1889, una composizione acida a base di acido fluo borico, e una composizione, a.base alcalina. In generale, un acceleratore attiva il catalizzatore; esempi di acceleratori adatti includono acidi diluiti quali acido perclorico, acido fosforico, e sostanze alcaline quali NaOH, carbonato di sodio, etc.
Può essere adottato qualsiasi agente riducente opportuno, come ad esempio amminoborani alchilici e boroidruri di metalli alcalini. Il dimetilamminoborano (DMAB), e in particolare il boroidruro di sodio sono particolarmente preferiti per via della loro dimostrata efficacia. In linea di massima, la superficie catalizzata e accelerata viene posta a contatto con l'agente riducente ad una temperatura approssimativamente compresa tra 15 e 50°C per 1-10 minuti. Nel caso del DMAB, una con centrazione di 5-20 g/1 e un pH regolato ad un valore compreso all'incirca tra 7 e 14, ad esempio 11, con limiti di temperatura pari a 21-44°C per 5-15 minuti, si sono dimostrati in grado di dare eccellenti risultati nel trattamento di piastrine epos sidiche catalizzate con un catalizzatore commerciale stagnopalladio e accelerate con un acceleratore acido a temperatura ambiente per 3-5 minuti. Nel caso del boroidruro di sodio, la concentrazione preferita è circa 1-5 g/1 ad una temperatura di 20-30°C per 3-8 minuti.
Il substrato catalizzato trattato viene quindi riscaldato ad una temperatura sino al punto di rammollimento del substrato, vale a dire di preferenza compresa tra circa 60 e 150°C e più preferibilmente tra 130 e 150°C, per un periodo sino a, ad esempio, 60 minuti.
Dopo aver trattato il substrato catalizzato secondo l'invenzione, la preparazione della piastrina per circuiti stampati viene proseguita ricorrendo ad una qualsiasi delle tecniche conosciute.
Secondo una realizzazione, dopo aver applicato un rivestimento isolante staccabile costituito da un film secco sul circuito desiderato e rivestito di fori passanti, il rame non desiderato viene corroso usando cloruro rameico ammoniacale, cloruro ferrico ammoniacale, etc. Si rimuove poi il rivestimento isolante usando una soluzione acquosa di KOH. Esempi di questo rivestimento isolante sono il RISTON 3800 e il RIST0N 4200, venduti dalla DuPont. La soluzione di KOH è in generale una soluzione di KOH al 2-2,5* in peso e la piastrina viene trattata mediante spruzzo o immersione nella soluzione per circa 30 secondi-2 minuti ad una temperatura compresa tra 50 e 60°C.
Dopo aver rimosso il rivestimento isolante, la piastrina è pronta per la deposizione per riduzione usando una delle ben note composizioni di placcatura. Composizioni esemplificative si possono rintracciare nei brevetti USA n. 3.698.940 e 3.976.816. La piastrina placcata può quindi essere preparata per l'impiego con qualsiasi altro metodo noto.
Onde illustrare ulteriormente la presente invenzione vengono proposti gli esempi che seguono.
Si preparono per la placcatura una serie di pannelli di piastrine per circuiti stampati epossidiche perforate rivestite con rame su ambo le facce, di dimensioni pari a 18 pollici x 24 pollici (45 x 60 cm) usando il procedimento seguente;
<C>;
S oluzione acquosa alcalina-solvente (etere glicolico) per condizionare il substrato.
S oluzione di permanganato alcalino con pH 13-14.
Soluzione di neutralizzatore contenente un agente riducente di tipo amminico.
Soluzione di pre-immersione di NaCl-CHl.
ESEMPIO I
Si lavorarono un certo numero dei suddetti pannelli attraverso le fasi seguenti:
(1) immersione nell'acceleratore ENPLATE PA-493 a temperatura ambiente per 4 minuti;
(2) immersione in una soluzione 10 g/1 di OMAB (dimetilamminoborano) (pH 11) per 5 minuti a temperatura ambiente; (3) essiccamento;
(4) riscaldamento per 30-40 minuti a 132°C;
(3) raffreddamento a temperatura ambiente;
(6) immersione in una soluzione di KOH al 2,25% in peso per 1 minuto a 60% (onde simulare lo stadio di asportazione del rivestimento isolante);
Composizione detergente di tensioattivo non-ionico.
Soluzione di solfato di rame per deposizione per riduzione contenente 1-2 g/1 di rame complessato con acido etilendiamminotetraacetico usando formaldeide come agente riducente e utilizzando un pH di.circa 12,5.
La placcatura ricopriva sostanzialmente i fori passanti.
ESEMPIO II
Si ripetè l'esempio I, salvo il fatto che la fase con DMAB venne sostituita usando una soluzione 2 g/1 NaBH4 per 5 minuti a temperatura ambiente. La placcatura ricopriva sostanzialmente i fori.
ESEMPIO DI CONFRONTO I
Si ripetè l'esempio II, salvo il fatto che si omise la fase di post-attivazione (1). La metallizzazione dei fori era incompleta.
ESEMPIO DI CONFRONTO II
Si ripeterono gli esempi I e II, salvo il fatto che non si effettuò la fase riducente (2). La metallizzazione dei fori era incompleta.
Il medesimo esperimento senza fase riducente (2) e fase riscaldante (A ) diede una metallizzazione incompleta dei fori.
ESEMPIO DI CONFRONTO III
Si ripetè l'esempio I, salvo il fatto che si omise la fase (1) - immersione nell'ENPLATE PA-493 per la post-attivazione. La metallizzazione dei fori risultò incompleta.
Analogamente, si ripetè l’esempio 1, omettendo però la fase (1) e la fase di riscaldamento (4). la metallizzazione dei fori risultò incompleta.
ESEMPIO DI CONFRONTO IV
Si ripetè l'esempio I, salvo il fatto che si omisero sia la fase (1) di post-attivazione che la fase (2) di riduzione. Si ottennero soltanto tracce di placcatura. Analogamente, omettendo anche la fase di riscaldamento (4) si ottennero solo tracce di placcatura.
Risulterà evidente che molte modificazioni e cambiamenti dei numerosi aspetti descritti possono essere effettuati senza discostarsi dallo spirito e dalla portata dell'invenzione. E' perciò chiaro che la descrizione precedente ha pura funzione illustrativa dell'invenzione e non intende in alcun modo limitarla.
Rivendicazioni
1. Metodo per trattare superflci plastiche catalizzate per deposizione per riduzione, caratterizzato dal fatto che comprende il trattamento della superficie catalizzata con un acceleratore, il trattamento della superficie accelerata con un agente riducente e il riscaldamento della superficie trattata per un tempo opportuno ad una temperatura elevata prima della deposizione per riduzione.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'agente riducente è scelto dal gruppo comprendente alchilamminoborani e boroidruri di metalli alcalini.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal
Claims (9)
- (1) e la fase di riscaldamento (4). la metallizzazione dei fori risultò incompleta. ESEMPIO DI CONFRONTO IV Si ripetè l'esempio I, salvo il fatto che si omisero sia la fase (1) di post-attivazione che la fase (2) di riduzione. Si ottennero soltanto tracce di placcatura. Analogamente, omettendo anche la fase di riscaldamento (4) si ottennero solo tracce di placcatura. Risulterà evidente che molte modificazioni e cambiamenti dei numerosi aspetti descritti possono essere effettuati senza discostarsi dallo spirito e dalla portata dell'invenzione. E' perciò chiaro che la descrizione precedente ha pura funzione illustrativa dell'invenzione e non intende in alcun modo limitarla. Rivendicazioni 1. Metodo per trattare superflci plastiche catalizzate per deposizione per riduzione, caratterizzato dal fatto che comprende il trattamento della superficie catalizzata con un acceleratore, il trattamento della superficie accelerata con un agente riducente e il riscaldamento della superficie trattata per un tempo opportuno ad una temperatura elevata prima della deposizione per riduzione.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'agente riducente è scelto dal gruppo comprendente alchilamminoborani e boroidruri di metalli alcalini.
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la superficie plastica è catalizzata usando un catalizzatore acido palladio-stagno. k.
- Metodo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l’agente riducente è scelto dal gruppo comprendente DMAB e boroidruro di sodio.
- 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l’acceleratore è una soluzione acida.
- 6. Metodo per la preparazione di una piastrina per circuiti stampati da un substrato laminato di rame contenente fori passanti, caratterizzato dal fatto che comprende: (a) catalizzare la piastrina, compresi i fori passanti, mediante immersione della piastrina in una composizione di catalizzatore; (b) accelerare la piastrina catalizzata; (c) trattare la piastrina accelerata mediante immersione della piastrina in una composizione riducente; (d) cuocere la piastrina ridotta per un tempo efficace ad una temperatura elevata; (e) applicare un rivestimento isolante sulla configurazione di circuito desiderata e rivestire 1 fori passanti; (f) attaccare chimicamente il rame esposto; (g) rimuovere il rivestimento isolante per mezzo di un opportuno solvente (h) sottoporre a deposizione per riduzione la piastrina, compresi i fori passanti, immergendo la piastrina trattata in un'adatta soluzione di deposizione per riduzione. (
- 7) Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il catalizzatore è una composizione acida palladiostagno.
- 8. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la composizione riducente è scelta jial gruppo comprendente DMAB e boroidruro di sodio.
- 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che la composizione riducente è una soluzione acquosa 10 g/1 di DMAB avente un pH pari a circa 11.
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