PL88649B1 - Activation of insulating circuit board - prior to copper plating, using DMSO, DMF or pyrrolidone in alcohol[FR2223935A1] - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki wstepnej przy aktywowaniu powierzchni plytek izo¬ lacyjnych w celu nalozenia metalu na podloza plytkowe z obwodami drukowanymi, a zwlaszcza nakladania metalu na zwyklych plytkach izolacyj¬ nych.

Przy produkcji róznych przyrzadów telekomuni¬ kacyjnych i przesylowych, w technice maszyn ma¬ tematycznych, w przemysle przyrzadów, itd., sto¬ suje sie obecnie niezliczone ilosci podlozy plytko¬ wych z polaczeniami i obwodami drukowanymi.

Dotychczas wytwarza sie je dwoma podstawowy¬ mi sposobami rózniacymi sie zasadniczo od siebie, mianowicie sposobem addytywnym lub subtraktyw- nym. W praktyce realizuje sie wielka liczbe od¬ mian obydwu podstawowych sposobów.

Sposoby subtraktywne opieraja sie na tej zasa¬ dzie, ze zgodnie z ukladem polaczen zbedna miedz usuwa sie przez wytrawienie z plytki izolacyjnej pokrytej warstewka miedzi, przy czym pozostawio¬ ny wzór tworzy zadany ksztalt polaczen. Poza wy¬ sokimi kosztami sposób ten wykazuje szereg dal¬ szych wad. Mianowicie przy wytrawianiu wylacz¬ nie górna powierzchnia warstewki miedzi zabezpie¬ czona jest ochronna warstewka izolacyjna nanie¬ siona uprzednio zgodnie z ukladem polaczen. Za¬ tem zainicjowane trawienie postepuje wglab war¬ stewki ochronnej tak dlugo, az w koncu czesc paska folii, która pozostaje jako przewodnik i znaj¬ duje sie bezposrednio na plytce izolacyjnej, staje sie wezsza niz czesc powierzchniowa, to jest prze¬ krój dzialajacy faktycznie jako przewodnik bedzie mniejszy niz iloczyn szerokosci powierzchni i gru¬ bosci folii.

Zjawisko takie nazywa sie podtrawieniem i jest szkodliwe nie tylko z powodu zmniejszenia prze¬ kroju, lecz takze dlatego, ze krawedzie pozostalego paska folii nie moga byc ostre i odpowiadac zada¬ nemu wzorowi. Innym skutkiem tego podwójnego efektu jest niemoznosc wytworzenia takim sposo¬ bem obwodów o drobnym wzorze oraz elementów obwodu z wezszymi granicami tolerancji, a tym samym otrzymac obwody o indukcyjnosci i pojem¬ nosci z odpowiednia dokladnoscia.

Wada tego sposobu jest takze to, ze zuzyte roz¬ twory trawiace, nieprzydatne do dalszego stosowa¬ nia, jako materialy trujace musza byc unicestwio¬ ne, co jest zadaniem trudnym. Oznacza to oczywis¬ cie zwiekszenie kosztów, co nalezy wziac pod uwa¬ ge. Z uwagi na swoja waznosc nalezy wspomniec o zanieczyszczajacej naturze popluczyn, gdyz zwie¬ ksza to nieodlacznie trudnosci obróbki scieków.

W sposobach addytywnych polaczenia drukowa¬ ne wytwarza sie bezposrednio na izolacyjnym po¬ dlozu plytkowym. Najtrudniejszym i najbardziej problematycznym zadaniem jest znalezienie tu ta¬ kiego sposobu przyczepiania pasków miedziowych tworzacych wzór polaczen, do powierzchni plyty izolacyjnej, aby uzyskac mozliwie najwieksza przy¬ czepnosc mechaniczna oraz odpornosc na efekty 88 649S8649 cieplne (to jest na efekt cieplny cynowej kapieli lutowniczej lub kolby lutowniczej o temperaturze przynajmniej 250°C).

Nalezy zauwazyc, ze wymaganie to jest ogólne dla kazdego typu podloza plytkowego z polaczenia¬ mi drukowanymi, niezaleznie od sposobu stosowa¬ nego przy ich wytwarzaniu. W kazdym razie sto¬ sujac dostepne doskonale kleje latwo jest obecnie sporzadzic plytki izolacyjne pokryte folia i stoso¬ wane w sposobach subtraktywnych, tak aby folia miedziowa przylegala wlasciwie do plytki izolacyj¬ nej, zarówno z punktu widzenia naprezen mecha¬ nicznych, jak i efektów cieplnych. W przeciwien¬ stwie do tego, zgodnie z podstawowymi zasadami, klejów nie mozna stosowac w sposobach addytyw- nych i jest to przyczyna wszystkich wyzej wspom¬ nianych trudnosci.

Zgodnie ze sposobami addytywhymi, paski mie¬ dziane o z góry zadanej grubosci koncowej polaczen drukowanych osadza sie w kapieli elektrolitycznej.

Do tego celu izolacyjne podloze plytkowe musi byc odpowiednio wstepnie przygotowane, z jednej stro¬ ny w celu uzyskania warstwy osadzanej miedzi odpowiadajacej polaczeniom (to jest wzorowi po-* laczen), a z drugiej strony w celu uzyskania po¬ wloki miedziowej o przyczepnosci odpowiadajacej wspomnianym wymaganiom.

Istnieje kilka wariantów wymaganej w sposobie addytywnym obróbki wstepnej. Wykazuja one sze¬ reg zalet i wad zmuszajac wytwórców do rozwia¬ zan kompromisowych. Zatem zwykle stosowanymi sposobami powlekana powierzchnie, pokryta u- przednio lakierem polepszajacym przyczepnosc po¬ krywa sie chemicznie miedzia w celu elektroli¬ tycznego osadzenia folii metalowej, albo w po¬ wierzchnie plastiku wbudowuje sie krystaliczne zarodki metalu, albo powierzchnie plastikowego podloza plytkowego specznia sie przy uzyciu pew¬ nych rozpuszczalników organicznych. Z wymienio¬ nych sposobów, nalozenia lakieru polepszajacego przyczepnosc jest raczej operacja pracochlonna i nadto zwiazana z wiekszymi kosztami materia¬ lowymi niz zwykle.

Krystaliczne zarodki metalu (do tego celu sto¬ suje sie przewaznie kosztowny pallad) mozna wbu¬ dowac w plytke izolacyjna tylko ze specjalnych materialów. Sposób ten jest wiec zbyt kosztowny w porównaniu z innymi sposobami postepowania.

Zatem zarówno z technicznego, jak i ekonomicz¬ nego punkt widzenia, trzeci sposób czyli specznia¬ nie rozpuszczalnikami organicznymi wydaje sie byc najbardziej obiecujacy przy obróbce wstepnej ply¬ tek izolacyjnych, jakkolwiek z pewnych wzgledów jest równiez niekorzystny.

Na przyklad niemieckie zgloszenie nr 2105845 opi¬ suje sposób, w którym do produkcji polaczen dru¬ kowanych trzeba stosowac tkanine szklana nasy¬ cona zywica epoksydowa, przy czym w celu uzys¬ kania odpowiedniej przyczepnosci powierzchnia tkaniny musi byc pokryta oddzielna warstwa zy¬ wicy epoksydowej o grubosci 50—100 ^im. Jako srodki speczniajace stosuje sie sulfotlenki, amidy lub pochodne pirolidonu. Wedlug innego podobnego niemieckiego zgloszenia nr 2113244, do wytworze¬ nia polaczen drukowanych na plytkach izolacyj¬ nych tej samej jakosci, co i plytki wspomniane wyzej, jako srodek speczniajacy stosuje sie miesza¬ nine tych samych zwiazków organicznych.

W celu przeksztalcenia warstwy powierzchnio- s wej plytki izolacyjnej w material o wlasciwosciach jonowymiennych, to jest odpowiedni do zwiazania jonów metalu, plytka izolacyjna musi byc poddana obróbce srodkiem powierzchniowo-czynnym. We¬ dlug obydwu wyzej opisanych sposobów operacja sklada sie ze zbyt wielu etapów i nie moze byc ekonomicznie wykorzystana w warunkach przemy¬ slowych. W tych procesach, po specznieniu po¬ wierzchni plytki poddaje sie ja obróbce kwasem chromowym w zwykly sposób, stosowany w elek- trolitycznym powlekaniu plastików. Z kolei w celu uzyskania na specznionej powierzchni plytki wzoru metalicznego odpowiadajacego polaczeniom druko¬ wanym, plytke aktywuje sie i sposobami chemicz¬ nymi pokrywa warstwa metalu (zwykle warstwa miedzi).

Celem wynalazku jest podanie prostego sposobu wytwarzania polaczen drukowanych na zwyczaj¬ nych handlowych plytkach epoksydowych, bez sto¬ sowania jakichkolwiek specjalnych plytek izolacyj- nych.

Wynalazek obejmuje proces obróbki wstepnej przy sporzadzaniu polaczen drukowanych na epo¬ ksydowych plytkach izolacyjnych, w celu zaktywo- wania powierzchni plytek izolacyjnych w kapieli skladajacej sie z mieszaniny rozpuszczalnika orga¬ nicznego i alkoholu zawierajacego l-s-3, ewentual¬ nie 4 atomy, wegla, i/lub diolu lub triolu, przy czym plytki izolacyjne moczy sie w kapieli co naj¬ mniej w ciagu 5 minut, trawi w znany sposób kwa- sem chromowym, uczula palladem, aktywuje, po¬ krywa miedzia sposobem chemicznym, a nastepnie pokrywa elektrolitycznie warstwa miedzi.

Wynalazek opiera sie na odkryciu, ze mieszanina pewnych rozpuszczalników organicznych, takich jak 4o sulfotlenki, amidy lub pochodne pirolidonu, a z nich odpowiednio zwlaszcza sulfotlenek dwumety- lowy, dwumetyloformamid lub metylopirolidon, z alkoholami zdolne sa do odwracalnego rozerwa¬ nia polimerycznych lancuchów zywic epoksydo- 45 wych oraz, ze w wyniku tego efektu powierzchnia plytki epoksydowej zanurzonej w mieszaninie roz¬ puszczalnika i alkoholu aktywuje sie. Po chemicz¬ nym pokryciu miedzia oraz nalozeniu warstwy miedzi droga elektrolizy, na takiej plytce izolacyj- so nej mozna wytworzyc doskonale przylegajaca i wy¬ soce cieploodporna powloke metalu.

W sposobie wedlug wynalazku z powodzeniem mozna stosowac zwykle handlowe plytki epoksydo¬ we i zbedne staje sie uzycie plytek epoksydowych 55 specjalnego typu lub pokrytych specjalnymi po¬ wlokami. Do przygotowania kapieli z aktywatorem powierzchni, sluzacej do obróbki wstepnej, jeden z wyzej wspomnianych rozpuszczalników organicz¬ nych miesza sie z jednym z róznych alifatycznych to alkoholi, dioli lub trioli albo ich kombinacji, ta¬ kich jak metanol, etanol, butanol, propanol, izopro- panol, glikol etylenowy lub nawet gliceryna.

Jako przyklady wykonania sposobu wedlug wy¬ nalazku opisano kilka wariantów jego realizacji. 6B Jako materialy wyjsciowe sluzyly plytki epoksy-88*49 6 elektrolitycznie miedzia w kapieli zawierajacej 200 g/l siarczanu miedziowego i 50 g/l kwasu siar¬ kowego.

Kapiel sklada sie przez caly czas z roztworów s wodnych.

Czas ekspozycji musi byc tak dobrany, aby kon¬ cowa warstewka miedzi posiadala calkowita gru¬ bosc 30 nm.

Warstewka miedzi wytworzona w ten sposób po¬ lo siadala przyczepnosc zmierzona wyzej podana me¬ toda badania 2,2 kG i zadowalajaca odpornosc cieplna. ; Przyklad II. Kapiel aktywujaca powierzchnia zawierala 50% dwumetyloformamidu i 50% etano- 16 lu. Przyczepnosc wynosila 3,3 kG i zadowalajaca odpornosc cieplna.

Przyklad III. Kapiel aktywujaca powierzchnia zawierala 20% N-metylopirolidonu i 80% butano¬ lu. Przyczepnosc wynosila 1,8 kG i zadowalajaca M odpornosc cieplna.

Przyklad IV. Kapiel aktywujaca powierzchnia zawierala 50% sulfotlenku dwumetylowego i 50% izopropanolu. Przyczepnosc wynosila 3,5 kG i za¬ dowalajaca odpornosc cieplna. ss Przyklad V. Kapiel aktywujaca powierzchni*; zawierala 50% dwumetyloformamidu i 50% glikolu.

Przyczepnosc wynosila 4 kG i zadowalajaca odpor¬ nosc cieplna.

-Przyklad VI. Kapiel aktywujaca powierzchnia *o zawierala 80% dwumetyloformamidu, 20% glice¬ ryny. Przyczepnosc wynosila 3,1 kG i zadowalajaca odpornosc cieplna.

Przyklad VII. Kapiel aktywujaca powierzch¬ nie zawierala 50% dwumetyloformamidu, 20% gli- ceryny i 30% etanolu. Przyczepnosc wynosila 3,5 kG i zadowalajaca odpornosc cieplna.

Jako badanie kontrolne, plytki izolacyjne tej sa¬ mej jakosci moczono odpowiednio w czystych roz¬ puszczalnikach i w czystych alkoholach w celu 40 wstepnej obróbki plytek i zaktywowania ich po¬ wierzchni. Nastepnie pokryto je metalem i powle¬ kano galwanicznie w sposób podany w przykladzie I. Nalozone elektrolitycznie warstewki miedzi po¬ siadaly nieznaczna przyczepnosc (mogly byc wy- 45 tarte) i nie spelnialy wymagan odnosnie odpornos¬ ci cieplnej. '5 dowe, utwardfcórie kwasem i wzmocnione tkanina szklana, o wymiarach 50 mm X 50 mm X 1,5 mm.

Podane dale} przyklady wykonania sposobu róz¬ nia sie miedzy soba tylko skladem mieszaniny ak¬ tywujacej powierzchnie (tj. mieszaniny rozpuszczal¬ nika organicznego i alkoholu). Powierzchnie plytki izolacyjnej aktywuje sie mieszaninami o róznym skladzie i w nieznacznie rózniacy sie sposób. Za¬ tem uzyskane w poszczegóftijfcch przykladach po¬ wloki metalu nalozone elektrolitycznie przylegaja do powierzchni plytki izolacyjnej z rózna sila, przekraczajaca w znacznym stopniu, nawet dla po¬ wloki o najnizszej przyczepnosci wartosc wyma¬ gana w praktyce.

Przyczepnosc nalozonej elektrolitycznie warstew¬ ki metalu badano metoda Jackveta, to jest mierzo¬ no sile w kG potrzebna do oderwania paska me¬ talu o szerokosci 20 mm. Do okreslenia odpornosci cieplnej plytke izolacyjna pokryta elektrolitycznie metalem umieszczono warstewka metalu skiero¬ wana w dól na powierzchni lazni metalowej o tem¬ peraturze 250°C, skladajacej sie z 60% cyny i 40% olowiu to jest stopu lutowniczego cynowo-olowio- wego, na 5 sekund, a nastepnie zdjeto i pozosta¬ wiono do chlodzenia do temperatury pokojowej.

Jest to konwencjonalna próba wytrzymalosci ciep¬ lnej zlaczy lutowniczych. Badana plytka nadaje sie do uzycia, jezeli warstewka metalu nigdzie nie zluszcza sie lub nie oddziela od plytki.

W róznych przykladach wykonania sposobu we¬ dlug wynalazku jedyna róznica polega na skladzie kapieli aktywujacej powierzchnie. Zatem po pier¬ wszym przykladzie w dalszych podane beda jedy¬ nie nowe sklady z pominieciem innych etapów procesu, poniewaz sa takie same jak w przykla¬ dzie I, chociaz wyniki badan przyczepnosci zosta¬ na takze opisane.

Badania odpornosci cieplnej w odniesieniu do poszczególnych skladników w mieszaninach akty¬ wujacych powierzchnie nie zawsze sa przeprowa¬ dzane, przy czym przedstawiamy tu sklady, które okazaly sie optymalne. W opisie pierwszego wa¬ riantu sposobu, stosowane poszczególne etapy ope¬ racyjne oraz sklad kapieli podane beda w kolej¬ nosci ich stosowania.

Przyklad I. Plytke izolacyjna zanurza sie na przynajmniej 5 minut, w temperaturze pokojowej do mieszaniny 90% sulfotlenku dwumetylowego i 10% metanolu, przy czym zbedne jest trzymanie plytki dluzej niz 30 minut. Jest to etap aktywowa¬ nia powierzchni.

Nastepnie trawi sie je kwasem chromowym w ciagu 5 minut w kapieli o temperaturze 40°C, za¬ wierajacej 300 g/l kwasu chromowego i 425 g/l kwasu siarkowego, po czym splukuje sie mozliwie biezaca woda, uczula w roztworze koloidalnego pal¬ ladu, splukuje sie mozliwie biezaca woda, aktywu¬ je w 5% roztworze kwasu nadchlorowego i splu¬ kuje mozliwie biezaca woda.

Pokrywanie miedzia sposobem chemicznym prze¬ prowadza sie w ciagu 20 minut, w temperaturze pokojowej w kapieli zawierajacej 5 g/l siarczanu miedziowego, 20 g/l wodorotlenku sodowego, 50 g/l kwasu fluoroborowego i 20 g/l paraformaldehydu, splukuje sie mozliwie biezaca woda i pokrywa sie

Claims (8)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób obróbki wstepnej przy aktywowaniu powierzchni plytek izolacyjnych w celu nalozenia metalu na podloza plytkowe z obwodami drukowa¬ nymi, na epoksydowych plytkach izolacyjnych, znamienny tym, ze plytki izolacyjne zanurza sie w kapieli przygotowanej z mieszaniny sulfotlenku dwumetylowego lub dwumetyloformamidu lub me- tylopirolidonu z alkoholem o 1, 2 lub 3, a co naj¬ wyzej 4 atomach wegla, i/lub diolu i/lub triolu, i utrzymuje sie je w tej kapieli w ciagu co naj¬ mniej 5 minut.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ie plytki zanurza sie w kapieli przygotowanej z mie¬ szaniny 75—95% sulfotlenku dwumetylowego i 25— 5% metanolu. io 15 20 25 10 35 40 45 50 55 6088 649

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze plytki zanurza sie w kapieli przygotowanej z mie¬ szaniny 40—60% dwumetyloformamidu i 60—40% etanolu.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze plytki zanurza sie w kapieli przygotowanej z mie¬ szaniny 10—30% N-metylopirolidonu i 90—70% bu¬ tanolu.

5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze plytki zanurza sie w kapieli przygotowanej z mie¬ szaniny 40—60% sulfotlenku dwumetylowego i 60— 40% izopropanolu. 10 S

6. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze plytki zanurza sie w kapieli przygotowanej z mie¬ szaniny 40—60% dwumetyloformamidu i 60—40% glikolu.

7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze plytki zanurza sie w kapieli przygotowanej z mie¬ szaniny 70—90% dwumetyloformamidu i 30—10% gliceryny.

8. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze plytki zanurza sie w kapieli przygotowanej z mie¬ szaniny 40—60% dwumetyloformamidu, 30—10% gliceryny i 15—45% etanolu. Cena 10 zl WDL, Zam. 3313. 120