Verfahren zur Vorbereitung elektrissh isolierender Materialien, insbesondere Formkörper, für das stromlose Metallisieren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung elektrisch isolierender Materialien, insbesondere Formkörper, für das stromlose Metallisieren, wie Epoxyharze oder Gemische aus Äthylenglycolmonoäthyl- äthylacetat, Epoxydharz, Phenolharze und Acrylnitrilbutadienharz, ferner von Photolacken und Druckpasten.
Me gemäss dem Verfahren vorbereiteten Produkte eignen sich vor allem zur Herstellung gedruckter Schaltungen im allgemeinen, insbesondere für die Fertigung von Zwei- und Mehrschichtleiterplatten mit metallisierten Lochwandungen.
Entsprechend dem Stand der Technik werden gedruckte Schaltungen mit metallisierten Lochwandungen dergestalt hergestellt, dass die mit den Löchern versehene Basismaterialplatte sensibilisiert, d.h. nacheinander mit wässerigen Lösungen von Zinn(II)-chlorid und einer Edelmetallsalzlösung behandelt wird, um dann in einem stromlos arbeitenden Metallisierungsbad mit einem Me tallüberzug versehen zu werden. Es ist auch bekannt, Sensibilisierungslösungen zu benützen, welche Zinnsalz und Edelmetallionen enthalten.
Solche Sensibilisierungsverfahren haben bedeutende Nachteile. So ist beispielsweise eine Benetzung von hydrophoben Isolierstoffoberflächen mit wässerigen Lö- sungen nicht möglich. Für den Fall, dass derartige Sensibilisierungsverfahren für Materialien benützt werden, die freie Metalloberflächen aufweisen, ist es nachteilig, dass die Haftfestigkeit der auf der Metalloberfläche aufgebrachten stromlosen Metallschicht nur sehr gering ist. Dies ist auf die im Sensibilisierungsverfahren entstehende Zwischenschicht auf der Metalloberfläche zurück- zuführen.
Die Erfindung bezweckt nun die Behebung dieser Schwierigkeiten insofern als das bisher übliche Sensibilisierungsverfahren entfallen soll und Materialien geschaffen werden sollen, die nicht nur an ihrer Oberfläche sondern durchgehend in ihrer gesamten Masse auf die Metallabscheidung ohne Stromzufuhr von aussen katalytisch wirken.
Es wurde nun gefunden, dass dieses Ziel durch Einverleibung von organometallischen Verbindungen in die genannten Materialien erreicht werden kann.
Es ist bekannt, Kunststoffen Organometallverbindun- gen einzuverleiben, doch ist der Zweck dieser Massnahme ganz allgemein die Stabilisierung des Kunststoffes gegen Licht und Wärme und die Organometallverbindun- gen werden hierfür unter Berücksichtigung des Verwenw dungszwecks ausgewählt.
Demgegenüber ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien mit einer Organometallverbindung eines oder mehrerer Metalle der Gruppen IB und VIII des Periodensystems behandelt, z.B. imprägniert oder getränkt werden.
Vorzugsweise werden organometallische Verbindungen von Gold, Silber, Palladium, Platin, Iridium, Kupfer oder Rhodium verwendet. Nach einem anderen Merkmal der Erfindung verwendet man als organometallische Verbindung eine Chelatverbindung eines Metalls der Gruppen IB und VIII mit einer der folgenden Verbindungsgruppen: Amine, Polyamine, Amide, Polyamide, Amid-Amin-Verbindungen und Polyamid-Amin-Verbin- dungen. So werden beispielsweise Epoxydharze mittels einer derartigen Chelatverbindung ausgehärtet.
Man kann auch eine organometallische Verbindung verwenden, die das Metall in einer koordinativen Bindung enthält.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die organometallische Ver- bindung dem zu katalysierenden Material in einer Menge von 0,001 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mischung, einverleibt wird.
Erfindungsgemäss verwendbare organometallische Verbindungen sind: Metallchelate, Metallcarboxylverbin- dungen, Metallalkyle und Metallester der Metalle der Gruppe IB und VIII sowie Verbindungen dieser Metalle mit Olefinen.
Es ist vorteilhaft, Verbindungen bzw. Komplexe zu verwenden, die ein hohes Molekulargewicht und einen vergleichsweise geringen Anteil an Metall aufweisen, wodurch hohe Wirtschaftlichkeit erzielt wird.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäss behandelten katalytischen Isolierstoffe gegeniiber den bisher unter Anwendung tiblicher Sensibilisierungsverfahren hergestellten Produkte ist die wesentlich einfachere Verarbeitung der erstgenannten Materialien.
Die erfindungsgemäss verwendeten organometallischen Verbindungen können entweder als solche zur Herstellung von katalytisch wirksamen Formkörpern bzw. Spritz- und Pressharzen sowie Haftvermittlern, Druckfarben und Photolacken oder andererseits zusammen mit Trägersubstanzen eingesetzt werden. Beispielsweise Lönnen phrase, feine Partikel durch Imprägnieren mit oder Adsorption von derartigen organometallischen Verbindungen in katalytisch wirkende Füllstoffe überge- führt werden.
Ebenso ist es auch möglich, poröse Formkörper als solche durch Einwirken der organometallischen Verbindungen zu katalysieren. Schliesslich können die organometallischen Verbindungen auch in entsprechenden Stoffen gelöst bzw. mit Lösungsmitteln gestreckt oder direkt als katalytische Zusätze einem Grundmaterial, beispielsweise einem organischen oder anorganischen Isolierstoff oder Isolierstoffgemisch, beigemischt werden.
Geeignete Streckmittel sind: Carbonsäuren, Alkohole, Ketone, Ester, Sulfoxyde, Amine, Amide, Acylhalogenide, Polyamine, Polyamide, Amid-Amin-Verbindungen und Polyamid-Amin-Verbindungen. Ebenso sind heterocyclische, Stickstoff enthaltende Verbindungen, wie Pyrrol, Pyrrolidone, Piperidin, Pyridine und dgl., schwefelhaltige organische Verbindungen, wie Dimethylsulfoxyde, halogenierte Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Methy lenchlorid und dgl., Äther und Ester, geeignet.
Ferner haben sich als geeignet erwiesen: substituierte und unsubstituierte Kohlenwasserstoffe der Alkan-, Alken- und Alkinreihe, substituierte und unsubstituierte aromatische Verbindungen und dgl.
Von den organischen Kunststoffen bzw. Harzen sind als Streckmittel oder Ldsungsmittel für die organometallischen Verbindungen besonders warmhärtbare und thermoplastische Stoffe geeignet.
Besonders fir die Herstellung von Gegenständen mit festhaftenden Metallbeschichtungen, beispielsweise für gedruckte Leiterplatten, ist es zweckmässig, wenn das die organometallische Verbindung enthaltende Isoliermaterial ein Harz bzw. einen Kunststoff, der als Haftvermittler dient und Flexibilität gibt, insbesondere in Kombination mit einem warmhärtbaren Kunststoff, enthält.
Geeignete Haftvermittler sind soiche, welche polare Gruppen wie Nitrile, Epoxyd-, Acetal- und Hydroxylgruppen angelagert haben. Solche Haftvermittlerharze copolymerisieren mit den warmhärtbaren Harzen und plastifizieren dieselben und bewirken durch ihre polaren Gruppen gute Hafteigenschaften.
Die vorstehend genannten organischen Verbindungen können auch direkt mit den Metallen der Gruppen IB und VIII umgesetzt werden, um so die organometallischen Verbindungen bzw. Komplexe zu bilden.
Die Herstellung von organometallischen Verbindungen als solche ist an sich bekannt und bedarf daher keiner Beschreibung.
Zu den gemäss der Erfindung durch organometallische Verbindungen katalysierbaren Stoffen gehören nicht nur organische Materialien sondern auch anorganische Materialien wie Tonerde, keramische Stoffe, Ferrite, Carborundum, Glas, Glimmer, Steatit und dgl.
Besonders bevorzugte organometallische Verbindungen sind solche mit koordinativen Bindungen zwischen den Metallen der Gruppen IB und VIII und Olefinen die nachfolgend als Metallolefine bezeichnet werden, wobei dieser Ausdruck im Sinne der Ausftihrungen im Abschnitt 15 (Seiten 487 bis 508) von chemistry of the Coordination Compounds von John C. Bailar, Reinhold Publishing Corp., 1956 verstanden sei. Bei einer Ausfüh- rungsform der Erfindung konnen die organometallischen Verbindungen gleichzeitig als Härter oder Beschleuniger für Kunstharze dienen, welche zur Herstellung von katalysierten Materialien und Gegenständen ben utzt werden.
Beispielsweise kann hierfür im Falle eines Epoxydharzes ein Metallamin-Chelat verwendet werden, in welchem der Aminostickstoff durch das Metall koordinativ gebunden ist. In gleicher Weise kbnnen Metallamine und Polyamide, Metallpolyamine sowie Metallaminoamide und dgl. eingesetzt werden.
Metallamin-Chelate können durch Reaktion eines Polyamins mit einem anorganischen oder organischen Metallsalz oder Metall der Gruppen IB oder VIII gebildet werden. Werden diese Epoxyden zugesetzt,so sind die aktiven Wasserstoffatome der Aminogruppen in bezug auf die reaktionsfähigen Epoxydgruppen durch das Metall bei Zimmertemperatur unwirksam gemacht; wird hingegen Wärme oder ein geeignetes polares Lö- sungsmittel wie Wasser, Alkohol und dgl. zugesetzt, so wird eine Anzahl aktiver Wasserstoffe der Anunogrup pen frei und diese reagieren mit einer Anzahl von Epoxydgruppen, wodurch Vernetzung und Aushärtung eintritt. Die Aminmetallsalzkomplex-Polyepoxydverbin- dung besitzt ausgezeichnete katalytische Eigenschaften und ist stabil.
Sie weist ausgezeichnete Lösungsmittelbe- stlndigkeit auf, ist mechanisch und thermisch wider standsfähig und kann beispielsweise in die Form von Filmen von ausgezeichneter Flexibilität gebracht werden.
Schon mit einer sehr geringen Menge an Metall wird ausgezeichnete Haftung von darauf abgeschiedenen Metallniederschlägen erzielt. Polyamine, welche geeignet sind, um mit metallorganischen Salzen zu reagieren und einen Chelatkomplex zu bilden, sind jene, welche an sich fähig sind durch aktive Wasserstoffatome der verschiedenen Aminogruppen mit Epoxydgruppen zu reagieren.
Solche Polyamine enthalten zwei oder mehr Aminostickstoffatome, die bevorzugt an ein Kohlenstoffatom einer aliphatischen Verbindunggebunden sind. Beispiele sind Äthylendiamine, Propylendiamine, Diäthylentri- amen. Dipropylentriamin u. lid here Amine. Handelsiibli- che Amingemische kdnnen gleichfalls erfolgreich eingesetzt werden. Wie vorher ausgeführt, kdnnen Metallaminverbindungen ausgehend von organischen und von anorganischen Metallsalzen hergestellt werden. Als besonders geeignet haben sich beispielsweise auch Polyamine wie Diäthylentriaminkomplexe mit Metallchloriden und Metallazetaten erwiesen.
Das Verhältnis von Chelat und Polyepoxyd kann in einem weiten Bereich variiert werden. In den meisten Fallen wird das Verhältnis von aktiven Amingruppen zu Epoxydgruppen etwa 0,8 zu 1 bis 1,2 zu 1 sein.
Weitere geeignete organometallische Verbindungen sind Carbonyle der Metalle der Gruppen IB oder VIII, Metallakyle wie Metalldiisobutyl, -triisobutyl, -triäthyl und -ditoluyl, ebenso organometallische Hydride wie Diäthylhydrid und Metalldimethylhydrid, ferner Arylmetallcarbonyle wie Benzolmetalltricarbonyl und dgl., und Carbonylmetallhalogenverbindungen wie Metallcarbonylbromide, -chloride usw.
Werden gemäss der Erfindung organometallische Verbindungen mit Photolacken gemischt, so zeigen die aus diesen Photolacken hergestellten Lichtdrucke ausgezeichnete katalytische Eigenschaften. Die Verarbeitung solcher Photolacke geschicht in üblicher Weise: zunächst wird die zu bedruckende Fläche mit dem katalysierten Photolack beschichtet. Dann wird das gewünschte Druckbild belichtet und der Photolack in üblicher Weise entwickelt, wodurch erreicht wird, dass der Photolack je nach seiner Art entweder nur an den belichteten oder nur an den nicht von Licht getroffenen Stellen auf der Oberfläche haften bleibt.
Wird anschliessend die so vorbereitete Fläche einem stromlos metallisierenden Bad ausgesetzt, so entsteht eine Metallschicht, die dem belichteten Muster entspricht.
In gleicher Weise können den organometallischen Verbindungen nach einer weiteren Ausgestaltung Druckfarben beigegeben bzw. in diesen aufgelöst oder diesen in Form eines katalysierten Füllstoffes beigemischt werden.
Diese Druckfarben können dann in bekannter Weise, beispielsweise im Siebdruck, auf eine Oberfläche aufgebracht werden. Zweckmässigerweise werden die Druckfarben mit einem nach der Erfindung katalysierten Haftvermittler versehen, um so eine ausserordentlich hohe Haftung eines auf ihnen abgeschiedenen Metallniederschlages sicherzustellen.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern:
Beispiel 1
Zunächst wurde die folgende, Haftvermittlereigen- schaften aufweisende Mischung hergestellt: Äthylenglycolmonoäthylätheracetat 600 g/Liter Epoxydharz (Handelsbez. ERL 2256) 110 Acrylnitrilbutadien (Handelsbezeichnung Hycar 1312 20 , > Phenolharz (Handelsbez. SP 100) 20 Phenolharz (Handelsbez. SP 126) 20 Phenolharz (Handelsbez.
SP 6600) 20 Acrylnitril-Butadien 144 " Siliciumdioxyd 50 > y Netzmittel (Handelsbez. Igepal 430 ) 17,5
Hierauf wurde eine organometallische Verbindung durch Mischen aus
Diallylphthalat 10 g
Palladiumchlorid 0,2 g tertiärem Butylperbenzoat 0,2 g und Erwärmen während 3 Minutenauf 185 C hergestellt. Nach dem Erkalten wurde die so gebildete organometallische Verbindung in einer Menge der Haftvermittlerharzmischung beigefügt, dass die fertige Mischung 0,2 Gew.-% Palladium enthielt.
Die erhaltene Mischung zeigte ausgezeichnete katalytische Eigenschaften.
Beispiel 2
Folgende organometallische Verbindung wurde hergestellt:
400 g Epoxydharz
70 g Dimethylformamid und 1,5 g tertiäres Butylperbenzoat wurden gemischt u. auf 50 C erwärmt; dann wurden langsam 8 g Palladiumchlorid zugesetzt u. die Temperatur langsam auf 130 C gesteigert. Nach 15 Minuten bei dieser Temperatur liess man die derart erhaltene Verbindung erkalten.
Werden 0,2 Gew.-% dieser organometallischen Verbindung einem Epoxydharz zugesetzt, so ergibt sich ein Epoxydharz, das ausgezeichnete katalytische Eigenschaften aufweist. Wird beispielsweise daraus ein Gegenstand hergestellt, und dieser mit Löchern versehen, und einem stromlos arbeitenden Bad ausgesetzt, so entsteht ein festhaftender Metallbelag auch auf allen der Badflüssig- keit ausgesetzten Lochwandungen.
Beispiel 3
Ein Metallchelat entsteht, wenn man 1 g Palladiumchlorid in 30 Milliliter Triäthyltetramin einbringt. Dieses Chelat dient als Härter für Epoxydharze. Beispielsweise kann zu 16,5 g eines Epoxydharzes das Chelat in einer Menge von 2,5 g zugesetzt werden. Das ausgehärtete Epoxydharz zeigt wieder ausgezeichnete katalytische Eigenschaften.
Werden die organometallischen Verbindungen zum Imprägnieren von Papier, Holz, Cìlasfasergeweben und anderen porösen Materialien oder solchen, an die eine adsorptive Bindung erfolgt, benützt, so ergeben sich katalytische Isolierstoffe. In gleicher Weise können durch Behandeln von Tonerden und anderen Füllstoffen katalysierte Füllstoffe hergestellt werden. Diese können ihrerseits organischen oder und anorganischen Stoffen zugesetzt werden, um denselben katalytische Eigenschaften zu verleihen. Aus derart vorbereiteten Stoffen können durch Giessen, Pressen und auf andere bekannte Weise Gegen stände beliebiger Form angefertigt werden, welche durch und durch katalytisch wirksam sind.
Wird ein solcher Gegenstand beispielsweise mit einer öffnung versehen und deren Wandung einem stromlos Metall abscheidenden Bad ausgesetzt, so bildet sich auf der Wandung ein fest haftender Metallüberzug.
Die mit organometallischen Verbindungen katalysierten Isolierstoffe können beispielsweise zur einfachen Anfertigung von metallisierten Kunststoffgegenständen dienen. Hierzu kann beispielsweise ein Kern aus nicht katalysiertem Kunststoff mit einer Deckschicht aus einem katalysierten, zweckmässigerweise Haftverrnittler- eigenschaften aufweisenden Kunststoff versehen werden.
Soll nur ein Teil der Oberfläche metallisiert werden, so kann entweder nur jener Teil mit der katalysierten Deckschicht versehen werden oder aber es kann die ganze Oberfläche überzogen und eine Abdeckmaske aufgebracht werden, welche lediglich die zu metallisierenden Flächen frei lässt. Werden mit einem Füllstoff katalysierte Kunstharze zum Herstellen von Gegenstän- den benützt, so ergibt sich zumeist eine harzreiche und füllstoffarrne Oberflächenschicht. Um diese stromlos zu metallisieren,
muss man daher entweder die Oberflächen schicht durch Ätzmittel oder mechanisches Bearbeiten aufreissen oder mit einer zweckmässigerweise Haftvermittlereigenschaften aufweisenden katalytischen Deckschicht versehen. Soll nur ein Teil der Oberflächs metallisiert werden, so wird die übrige Oberfläche abgedeckt.
Erfindungsgemäss katalysierte Isolierstoffe eignen sich besonders gut als Ausgangsmaterialien für die Fertigung von gedruckten Leiterplatten, insbesondere von solchen mehreren Leiterzugebenen, und von solchen, die Vffnungen mit metallisierten Wandungen, sogenannte durchmetallisierte Löcher aufweisen. Bei einer Ausfüh- rungsform wird die Oberfläche einer beliebigen Isolierstoffunterlage mit einem Aufdruck versehen, der dem gewünschten Leitermuster entspricht und aus katalysierter Druckfarbe bzw. katalysiertem Photolack besteht.
Es ist auch möglich, die ganze Oberfläche mit einer kastalysierten Schicht zu versehen und die nicht dem gewünschten Leitermuster entsprechenden Teile vor der stromlosen Metallisierung abzudecken.
In einer weiteren Ausgestaltung kann von beliebigen, beispielsweise aus Metall bestehenden Unterlagen ausgegangen werden. Diese können zunächst mit Löchern versehen und anschliessend, beispielsweise im Wirbelsinterverfahren, mit einem erfindungsgemiss katalysierten Kunstharzpulver iiberzogen werden. Die sich bildende Schicht bedeckt die ganze Oberfläche einschliesslich von Lochwandungen. Sie ist katalytisch und weist Isoliereigenschaften auf.
Wird dann der Gegenstand bzw. die Platte mit einer Maske versehen, beispielsweise bedruckt, die lediglich die dem gewünschten Leiterzugmuster einschliesslich Lochwandungen entsprechenden Flächen frei lässt, und hierauf einem Bad zur stromlosen Metallisierung ausgesetzt, so bildet sich eine fest haftende Metallschicht aus, die das gewünschte Leitermuster bildet und zwar einschliesslich von durchmetallisierten Lochverbindungen von einer zur anderen Plattenseite.
Besonders vorteilhaft für die Herstellung von Leiterplatten sind jedoch Schichtpressstoffe, beispielsweise auf Phenolharz- oder Epoxydharzbasis, die in erfindungsgemässer Weise durch Zusatz von organometallischen Verbindungen katalysiert sind.
Die Oberfläche eines solchen plattenförmigen Basismaterials für die Leiterplattenherstellung kann mit einer Deckschicht versehen werden, die aus einem katalysierten Haftvermittler besteht. In einer anderen Ausgestaltung kann das Basismaterial mit einer in der Regel dünnen Metallschicht versehen werden, die entweder in tiblicher Weise durch Aufkaschieren von Metallfolie oder aber durch stromlose Metallabscheidung direkt auf der Isolierstoffoberfläche hergestellt wird.
Bei Verwendung eines eine dünne Metallkaschierung aufweisenden katalytischen Basismaterials kann so ver faliren werden, dass zunächst die Oberfläche mit einer negativen Maske bedruckt und entsprechend dem Schaltschema geloclit wird.
Anschliessend wird die Platte in ein stromlos Metall abscheidendes Bad gebracht, um einen Metallniederschlag in den nichtabgedeckten Bereichen der Oberfläche sowie auf den Locliwandungen zu erzeugen. Die Platte wird entweder so lange in dem Bad belassen, bis der Metallniederschlag eine ausreichende Stärke erreicht hat.
oder es wird im stromlos arbeitenden Bad nur ein dünner Metallniederschlag erzeugt und anschliessend dieser galvanisch verstirkt. Hernach wird die Maske entfernt und schliesslich in einem iitzbad die ursprüngliche dünne Metallfolie weWggeätzt.
Alternativ wird eine Platte aus katalytischem Grundmaterial mit katalytisch wirksamen Oberflächen, die vorzugsweise durch Verwendung eines katalytisch wirksamen Klebers. wie hierin beschrieben, hergestellt wurden, auf einer oder mehreren Oberflächen mit einer negativen Maske bedruckt, wonach die Lecher an den vorgesehenen Stellen gebohrt oder gestanzt werden. Die Platte wird dann in ein stromlos arbeitendes Metallabscheidungsbad gebracht und an den nicht durch die Maske abgedeckten Stellen sowie im Inneren der Löcher wird ein Metallniederschlag erzeugt.
Bei einem weiteren Verfahren wird eine Platte aus katalytischem Material mit nichtkatalytischen Oberflä- chen verwendet. Mit einer katalytisch wirksamen Druckfarbe, die entweder durch Zusatz von katalytisch wirksamem Füllstoff zu normaler Siebdruckfarbe oder zu einer lichtempfindlichen Druckfarbe hergestellt wird, wird das Schaltschema aufgedruckt. Nach dem Bohren oder Stanzen der Lecher und Schlitze wird die Platte in ein stromlos arbeitendes Metallabscheidungsbad gebracht.
Es ist selbstverständlich, dass, wenn im vorangehenden von Metallüberzügen und -niederschlägen gesprochen wird, hier jedes der bekannten leitfähigen Metalle in Frage kommt wie beispielsweise Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Rhodium, Aluminium und dgl., sowie deren Mischungen und Legierungen.
Zur Metallisierung von Plasten wird zum Unterschied von der Herstellung gedruckter Schaltungen ein verhält- nismässig billiges, nicht katalytisches Material verwendet, das auf den zu metallisierenden Oberflächen mit einem katalytischen Überzug versehen wird. Um die katalytische Wirkung dieses Überzugs noch zu verstärken, kann die Oberfläche mit einer oxydierenden Azure aufgerauht werden. Hierfiir eignet sich besonders Chromschwefel säure. Durch eine derartige Behandlung werden Poren in dar Oberfläche und dadurch ein besserer Kontakt zum katalytischen Füllstoff geschaffen. Darüber hinaus wirkt sich die Porositlt der Oberfläche günstig auf die Haftfestigkeit der aufgebrachten Metallschicht aus.
Vorteilhafterweise wird in beiden Fallen zur Verbesserung der Haftung der Metallschicht eine Zwischenschicht aus katalysiertem Haftvermittler vorgesehen.
Sollen Mehrebenen-Leiterplatten hergestellt werden, so kann vorteilhafterweise zum Verbinden der einzelnen in icher Weise auf katalysiertem, erfindungsgemässem Basismaterial angefertigten Lagen eine katalysierte Klebschicht benutzt werden. Diese kann z.B. aus einem dünnen plattenförmigen Material aus glasgewebeverstärktem Epoxydharz bestehen, das in erfindungsgemäs- ser Weise katalysiert wurde und sich im nicht voll gehärteten Zustand (dem sog. B-Zustand) befindet. Werden die einzelnen Leiterplatten-Lagen unter Zwischenlegen dieses Materials aufeinandergeschichtet und sodann in üblicher Weise durch Pressen unter Wärme zu einer mechanisch stabilen Platte vereinigt, so entsteht ein Halbfabrikat, das durch und durch aus katalysiertem Material besteht.
Werden an den hierfiir bestimmten Stellen Löcher hergestellt und die so vorbereitete Platte einem stromlos metallisierenden Bade ausgesetzt, so entsteht ein fest haftender Wandüberzug auf den Wänden dieser Löcher, der die Verbindung zu den Leitern verschiedener Ebenen sowie zwischen entsprechenden Leitern herstellt.
Fig. 1 zeigt ein plattenförmiges Basismaterial für die Herstellung von Leiterplatten. Hierbei ist 10 ein in erfindungsgemässer Weise katalysierter Isolierstoff, beispielsweise ein Epoxydmaterial, das eine organometallische Verbindung gelöst enthält oder mit einem mit einer solchen Verbindung behandelten Filler versehen ist. Im Beispiel der Fig. 1 sind die katalysierten Füllerpartikel mit 12 bezeichnet. 14 ist eine dünne Metallschicht.
Besteht diese aus einer beispielsweise elektrolytisch hergestellten und aufkaschierten Folie, so bestehen bezüglich der minimalen Dicke Grenzen sowohl wegen der Schwierigkeit des Handhabens zu dinner Folien als auch wegen deren starker Löchrigkeit. Benutzt man hingegen eine direkt auf dem katalysierten Basismaterial aufgebaute, stromlos abgeschiedene Metallschicht, so kann diese gegebenenfalls ausserordentlich diinn bemessen werden.
Allgemein wird die Dicke der Metallauflage zwischen 0,05 und 200 betragen, wobei Schichten mit einer Dicke von weniger als 10 F wiederum in der Regel durch stromlose Metallisierung hergestellt sein werden.
Fig. 2 zeigt ein ähnliches Material jedoch mit einer Metallauflage auf beiden Seiten. Hierbei sind die gleichen Bezeichnungen wie in Fig. 1 benutzt.
Zweckmässigerweise wird zur Haftvermittlung zwischen der Metallfolie und dem Isolierstoff, beispielsweise einem katalysierten, modifizierten Phenolharz eine katalysierte Haftvermittlungsschicht vorgesehen. Die Fig. 3 und 4 zeigen die den Fig. 1 und 2 entsprechenden Materialien jedoch unter Zwischenschaltung einer solchen Schicht, die mit 18 bezeichnet ist.
Wie bereits ausgeführt, genugt ein relativ geringer Prozentsatz der katalysierenden Verbindung im Isolierstoff, um in dessen Inneren ausgezeichnete katalytische Eigenschaften sicherzustellen. Wird die katalysierende Verbindung in Form eines katalytischen Fillers zugesetzt, so kommt es jedoch beim Pressvorgang zu einer harzreichen Isolierstoffoberschicht, welche arm an Filler ist.
Die Oberfläche weist dann nur geringe katalytische Wirksamkeit auf. Durch das Aufbringen der katalysierten Zwischenschicht wird dem abgeholfen.
In anderen Fallen kann dies vermieden werden, indem man die harzreiche Oberschicht vermittels mechanischer oder chemischer Mittel aufschliesst. Dies kann beispielsweise mit Schwefel-, Salpeter- und Chromsäure oder Gemischen aus diesen oder durch Sandstrahlen erreicht werden.
Fig. 5 zeigt die einzelnen Verfahrensschritte zum Herstellen einer Leiterplatte, welche auf einer Seite ein Leitermuster trägt und mit Löchern versehen ist, deren Wandungen metallisiert sind.
Fig. 5A stellt das Ausgangsmaterial aus katalysiertem Isolierstoff 10 und Kupferauflage 14 dar.
Fig. SB zeigt im Querschnitt das gleiche Material nach dem Aufdruck einer Abdeckmaske 20, welche lediglich jene Teile der Oberfläche unbedeckt lässt, die den gewünschten Leiterztigen entsprechen.
Fig. 5C stellt den Querschnitt nach Anbringen der Löcher dar. Hierbei ist das dargestellte Loch mit 22 bezeichnet, die Wandung des Loches 22 hingegen mit 30.
Fig. 5D ist ein Querschnitt der Platte, nachdem eine stromlos hergestellte Metallschicht aufgebaut worden ist.
Diese entsteht auf allen Flächen, die auf die stromlose Abscheidung katalytisch wirken, also sowohl auf der nicht bedeckten Oberfläche und einen Teil der Lochwandung bildenden Stirnfläche der Folie 14 als auch auf der aus katalysiertem Isolierstoff bestehenden restlichen Wandung 30. Diese Metallschicht ist auf der Oberfläche mit 26 und auf der Lochwandung mit 24 bezeichnet.
Fig. SE zeigt die Platte nach dem Entfernen der Maskenschicht 20 und 5F, nachdem die Metallschicht 14 in den Gebieten 34 in üblicher Weise, beispielsweise durch Ätzen entfernt worden ist.
Geht man von einem Basismaterial aus, dessen Metallbeispielsweise Kupferauflage aus einer dünnen, stromlos hergestellten Schicht von beispielsweise einigen Mikron Dicke besteht, so kann diese in den mit 34 bezeichneten Gebieten leicht weggeätzt werden, ohne dass dadurch die Auflage auf der Lochwandung unzulässig geschwächt wu'rde.
Besteht 14 aus einer relativ dicken Folie, so muss zweckmässigerweise die Metalloberfiache an den nicht zu ätzenden Gebieten in bekannter Weise, beispielsweise durch einen Abdecklack oder vermittels eines stromlos oder galvanisch aufgebrachten überzuges aus einem gegenüber dem Ätzmittel resistenten Metall vor dem Ätzen geschtitzt werden.
Unter Umständen kann auch lediglich eine dtinne Teilschicht von 24 und 26 stromlos und der Rest derselben im galvanischen Verfahren aufgebaut werden.
Das Aufbringen von weiteren Metallschichten kann auch aus anderen Gründen, beispielsweise zum Schutz gegen atmosphärische Einwirkungen und dgl. erfolgen.
Die in Fig. 5 beschriebene Verfahrensweise kann auch zum Herstellen von Leiterplatten mit Leiterzugen auf beiden Seiten benutzt werden. Hierzu geht man von einem Basismaterial nach Fig. 2 aus, und Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch das fertige Produkt. Hierbei bedeutet 54 das Leitermuster der einen und 52 jenes der anderen Seite.
Fig. 8 entspricht Fig. 5 und Fig. 7 der Fig. 6 mit dem Unterschied, dass bei 8 von dem Basismaterial nach Fig. 3 und für Fig. 7 von dem Basismaterial der Fig. 4 ausgegangen wurde.
Ein beispielsweises Verfahren zum Herstellen von Mehrebenenleiterplatten ist in Fig. 9 dargestellt. Hierbei ist in Fig. 9 ein Querschnitt durch die benutzten Basismaterialien dargestellt. Das plattenförmige Material 600 besteht durch und durch aus katalysiertem Kunststoff.
Das Material 500 hingegen besteht aus dem katalysierten Isolierstoff 100 mit einer katalytisch wirksamen Oberflä- che 101 und einer Metallschicht 104 auf der anderen Oberfläche.
Zunächst wird auf dem Basismaterial 500 durch übliche Druck- und Ätztechnik das Leitermuster aus der Folie 104 hergestellt. Sodann wird die so vorbereitete Platte 500 mit einer gleich grossen Platte 600 zu einem einheitlichen Plattenmaterial verpresst und mit einer Bohrung versehen, die mit 110 bezeichnet ist. Wird sodann die Oberfläche 101 geschützt und die Oberfläche von 600 mit einer dem Negativ eines weiteren, gewiinschten Leitermusters versehen, so dass nur die diesem entsprechenden Oberflächen unmaskiert bleiben, und wird die so vorbereitete Platte einem stromlos arbeitenden Bade ausgesetzt, so bildet sich eine Metallschicht, die auf der Wandung der Lecher 110 mit 112 und auf der Platten-Oberfläche mit 108 bezeichnet ist.
Fig. 9A zeigt einen Querschnitt durch eine solche Leiterplatte.
Wird auch die Oberfläche 101 nicht zur Gänze, sondern nur entsprechend dem Negativ einer dritten gewünschten Leiteranordnung abgedeckt und im übrigen in gleicher Weise verfahren, so entsteht eine Leiterplatte mit den Leiterzügen 104. 108 und 109 in drei verschiedenen Ebenen und der zu Verbindungszwecken dienenden Metallschicht 112 auf der Wandung von 110.
Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass sowohl bei Ein- als auch bei Mehrebenenschaltungen auf dem Basismaterial nach der Erfindung die Leiterzüge sowohl nach dem additiven als auch nach dem Ätz-Verfahren hergestellt werden können.
Fig. 10 bis 16 stellt eine Anzahl von erfindungsge mässen Basismaterialien im Querschnitt dar.
Fig. 10 ist ein Querschnitt durch ein Basismaterial bestehend aus dem katalysierten Isolierstoff 10, dessen eine Seite mit einer nicht katalytischen Oberfläche 11 versehen ist.
Fig. 11 zeigt ein gleichartiges Material, das jedoch auf beiden Seiten mit einer nichtkatalytischen Deckschicht 11 versehen ist.
Fig. 12 hingegen ist das Material von Fig. 10, dessen andere Seite mit einer Metallschicht 14 versehen ist.
Fig. 13 ist das Material von Fig. 12, wobei jedoch zwischen der Metallschicht 14 und der Oberfläche von 10 eine Zwischenschicht aus einem katalysierten Haftvermittler angeordnet ist. Dieser ist mit 18 bezeichnet.
Fig. 14 ist die Platte von Fig. 10, deren andere Ober- fläche jedoch mit einer Deckschicht aus katalysiertem Haftvermittler ausgeriistet wurde.
Fig. 15 zeigt das gleiche Material jedoch ohne nichtkatalytischer Abdeckschicht 11, und
Fig. 16 dieses Material, jedoch auf beiden Seiten mit der katalysierten Haftvermittlerschicht 18 ausgertistet.
Die nichtkatalytischen Oberflächen der Beispiele kön- nen auf verschiedene Weise hergestellt werden. Einmal kann man dafür sorgen, dass bei Isolierstoffen, die mit katalysierenden Fiillern versehen sind, die Oberfläche praktisch nur aus dem nicht katalytischen Harz besteht.
Hierzu ist es erforderlich, die Menge an Fiiller relativ gering zu halten. Soll aus anderem Grunde, beispielsweise um besonders hohe katalytische Aktivität zu erzielen, jedoch mit einem hohen Füllerzusatz gearbeitet werden oder besteht der Isolierstoff aus einem selbst katalysierten Harz, so wird man zweckmässigerweise eine nicht katalytische Abdeckschicht aufbringen. Dies kann beispielsweise von dem Verpressen durch Auflegen eines mit dem nicht katalysierten Harz getränkten Deckbogens geschehen.
Die in Fig. 15 und 16 dargestellten Platten sind besonders zur Anfertigung von Mehrebenenschaltungen geeignet.
Fig. 17 stellt wiederum das Ausgangsmaterial dar.
Hierbei besteht die Platte 501 aus dem katalysierten Isolierstoff 100 mit der katalysierten Haftvermittlerschicht 18 und der Kupferschicht 104 und die Platte 502 aus dem katalysierten Isolierstoff 106, der beidseitig mit einer Deckschicht aus katalysiertem Haftvermittler 18 ausgerustet ist.
Fig. 17A stellt einen Querschnitt durch eine Zweiebenenschaltung dar, die, wie bereits für 9 beschrieben, aus den Platten 501 und 502 hergestellt wurde. Hierbei bedeutet 104 das Leitermuster einer Ebene, die eingebettet ist, und 150 das der zweiten Leiterzugebene, 110 ein Loch und 112 die Wandmetallisierung. 112 und 150 sind hierbei durch stromlose Abscheidung hergestellt.
Fig. 17B zeigt die gleiche Anordnung für eine 3 Ebenenschaltung mit den dritten Leiterzügen 151.
Fig. 18 stellt eine weitere Variante zur Herstellung von Mehrebenen-Leitplatten dar.
Fig. 1 8A ist das Ausgangsmaterial bestehend aus dem katalysierten Isolierstoff 10 und der Kupferschicht 14.
In Fig. 18B ist eine Querschnittsansicht dargestellt, die sich beim Aufdrucken einer Atzmaske im Photodruck ergibt. Tierbei ist 15 die Photolackschicht und 16 die Belichtungsvorlage.
Fig. 1 8C stellt den Zustand nach dem Entwickeln des Photolacks dar, wobei 15 die;itzmaske ist.
Fig. 1 8D ist ein Querschnitt nach durchgeführtem Atzen.
Fig. 1 8E ist die gleiche Platte nach dem Entfernen der;itzmaske 15.
Wie in Fig. 18F dargestellt, wird anschliessend die ganze Oberfläche einschliesslich der Leiterzüge 14 mit einer Abdeckschicht aus katalysiertem Isolierstoff versehen. Diese ist mit 9 bezeichnet.