CH645495A5 - Verfahren zur herstellung von kupferleitern auf einem isolierenden traeger. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kupferleitern auf einem isolierenden Träger, insbesondere zur Herstellung von gedruckten Schaltungen.
Verfahren zur Herstellung von Metallmustern auf geeigneten Unterlagen vermittels Strahlungseinwirkung sind bereits bekannt (DE-PS 17 97 223, DE-PS 22 30 980, DE-AS 22 38 002).
Diese Verfahren haben in der Regel den Nachteil, dass das Metall auch auf den nichtbelichteten Stellen mehr oder weniger stark abgeschieden wird, was die derart hergestellten Leiterplatten praktisch wertlos macht.
Es ist zwar andererseits ein Verfahren bekannt geworden, das durch bestimmte Zusätze die nicht selektive Metallablagerung unterdrücken soll, doch ist auch dieses Verfahren insbesondere bei der Verwendung von Kupferkeimen unbefriedigend (DE-AS 22 24 471).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens, das die Herstellung von Metallmustern auf photochemischem Wege unter völliger Vermeidung unerwünschter Metallabscheidungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfxndungsgemäss durch ein Verfahren der eingangs bezeichnéten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist,
dass der Träger nach geeigneter Vorbehandlung mit organischen Lösungsmitteln und Beizung mit Chromschwefelsäure mit einem netzmittelfreien Fotosensibilisator in Mischung mit einem reduzierbaren Metallsalz und in Gegenwart eines Reduktionsmittels behandelt wird,
dass der so behandelte Träger entsprechend dem gewünschten Muster einer Strahlungsquelle ausgesetzt wird,
dass dann nach Spülung der Trägeroberflächen die aus dem Metallsalz gebildeten Metallkeime durch Einwirkung einer wässrigen Palladium-Salz-Lösung gegen Palladium ausgetauscht werden,
dass die Palladiumkeime darauf mit einem stromlos metallabscheidenden Nickel- oder Nickel-Kobalt-Bad behandelt und hierdurch zu einer Schicht verdichtet werden,
dass die gebildete Metallschicht anschliessend mit einer wässrigen Lösung behandelt wird, die eine.n Komplexbildner für Kupfer-(I)-Ionen enthält,
dass dann mittels eines stromlosen Kupferbades Kupferleiter gewünschter Dicke abgeschieden werden.
Besondere Ausführungsformen dieses Verfahrens bestehen darin, dass als Fotosensibilisator 2,6-antrachinondisul-fonsaures Alkalisalz verwendet wird, dass der Fotosensibilisator in Mischung mit einem Kupfersalz und Sorbitol angewendet wird, dass als Strahlungsquelle eine Quecksilberdampflampe mit gebündeltem Licht verwendet wird, dass als Paladiumsalzlösung eine schwefelsaure Palladiumsulfat-Lösung verwendet wird, dass ein stromloses metallabscheidendes Nickelbad enthaltend ein Nickelsalz, ein Zitrat und ein Alkalihypophosphit verwendet wird, dass ein stromloses metallabscheidendes Nickel-Kobalt-Bad, enthaltend ein Nikkeisalz, ein Kobaltsalz, ein Zitrat und ein Alkalihypophosphit, verwendet wird, dass eine wässrige Lösung enthaltend ein Alkalicyanid als Komplexbildner für Kupfer-(I)--Ionen verwendet wird, und dass ein stromloses Verkupferungsbad enthaltend ein Alkalicyanid und ein Alkaliselenocyanat als Stabilisatoren verwendet wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich in überraschender Weise für die Herstellung von Metallmustern auf isolierenden Trägerstoffen, ohne dass es zu unerwünschten Metallabscheidungen kommt. Dieses Verfahren hat ausserdem den ausserordentlichen technischen Vorteil, die Abschei-dung von Feinstleiterbahnen für gedruckte Schaltungen in einer Breite von etwa 50 (xm zu ermöglichen, während die konventionellen Verfahren bestenfalls Leiterbahnen mit Breiten von etwa 200 um erzeugen können.
Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt darüber hinaus die Abscheidung derartiger Bahnen bis auf den gegenseitigen Abstand von nur einer Leiterbahnbreite, was bisher nicht abzuschätzende technische Möglichkeiten eröffnet.
Als für das erfindungsgemässe Verfahren geeignete isolierende Trägerstoffe sind zum Beispiel zu nennen glasfaserverstärktes Epoxidharz und Phenolharzhartpapier, jeweils beschichtet mit einem geeigneten Haft vermittler.
Die Vorbehandlung dieser Trägerstoffe kann in an sich
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bekannter Weise erfolgen, zum Beispiel durch Behandlung mit geeigneten organischen Lösungsmitteln und Beizung mit Chromschwefelsäure mit zwischen- und nachgeschalteten Spüloperationen.
Für die Wirkung des Fotosensibilisators ist, wie gefunden wurde, von wesentlicher Bedeutung, dass dieser in Abwesenheit von oberflächenaktiven Stoffen, insbesondere Netzmitteln, angewendet wird, was besonders überraschend ist, da derartige Sensibilisatoren üblicherweise gemeinsam mit Netzmittel-Zusätzen zum Einsatz kommen.
Als Fotosensibilisatoren eignen sich Ferri-Salze, zum Beispiel Ferrizitrat, Dichromate, zum Beispiel Kaliumdichromat, Anthrachinon-Derivate u.a., insbesondere 2,6-anthrachinon-disulfonsaures Alkalisalz.
Es versteht sich, dass der gewünschte Sensibilisator gemeinsam mit einem reduzierbaren Metallsalz, zum Beispiel einem Kupfer-, Nickel-, Kobalt- oder Eisensalz oder deren Mischungen und in Gegenwart eines Reduktionsmittels für diese Metallsalze, vorzugsweise ein Alkohol oder Polyol, insbesondere Sorbit, zur Anwendung kommt.
Für die Nachbehandlung des belichteten Sensibilisators wird im allgemeinen eine wässrige Palladiumsalzlösung in Konzentrationen von 50 mg Palladium/Liter verwendet, und zwar vorzugsweise eine schwefelsaure Palladiumsulfat-Lösung.
Diese Behandlung bewirkt die Vermehrung der durch die Belichtung gebildeten Metallkeime, die anschliessend mit einem chemischen Nickel- oder Nickel-Kobalt-Bad verdichtet werden, wozu sich vorzugsweise Bäder auf Basis von Nickel-und/oder Kobaltsalzen und Zitraten, wie Alkalizitrate, sowie Alkalihypophosphiten, wie Natriumhypophosphit, als Reduktionsmittel eignen.
Als Komplexbildner für das bei den vorangegangenen Verfahrensschritten entstehende schwerlösliche Kupfer-(I)-Salz, meist Kupfer-(I)-Bromid, lassen sich alle hierfür geeigneten Komplexbildner, vorzugsweise jedoch ein Alkalicyanid, zum Beispiel Natriumcyanid, in Konzentrationen von etwa 1 g/Liter in alkalischer Lösung verwenden.
Die Verstärkung der Metallmuster erfolgt dann mittels eines stromlosen Verkupferungsbades auf Basis von Kupfersalzen, Reduktionsmitteln, Basen und Komplexbildnern, das als Stabilisatoren ein anorganisches Cyanid und eine Selenverbindung enthält.
Als Cyanid eignet sich insbesondere ein Alkalicyanid, zum Beispiel Natriumcyanid, in Konzentrationen von 15 bis 30 mg/Liter.
Geeignete Selenverbindungen sind die organischen, anorganischen und organisch-anorganischen Mono- und Disele-nide und hiervon insbesondere die Alkaliselenocyanate, wie Kaliumselenocyanat, die in geringen Konzentrationen von insbesondere 0,1-0,2 mg/Liter verwendet werden können.
Für die Verfahrensdurchführung hat es sich als besonders zweckmässig erwiesen, wenn die zwischen den einzelnen Behandlungen jeweils erforderlichen Spülprozesse mittels Wasser unter Einblasung von Luft durchgeführt werden.
Als Strahlungsquelle wird zweckmässigerweise eine Quecksilberdampflampe verwendet, deren Bündelung eine unbegrenzte Fläche stationär und gleichmässig ausleuchtet. Es empfiehlt sich hierbei, zur Vermeidung von Überhitzungen des eingesetzten Bildnegativs eine Kobaltglasscheibe zwischen dem Objekt und der Strahlungsquelle anzubringen.
Das folgende Beispiel dient zur Erläuterung der Erfindung.
Beispiel
Eine mit Haftvermittler auf Basis von Nitrilkautschuk Epoxydharz beschichtete Leiterplatte (glasfaserverstärktes Epoxydharz) wird in an sich bekannter Weise chemisch und/ oder mechanisch vom Bohrmehl befreit und dann 1 Minute in ein Lösungsmittelgemisch aus Dimethylformamid-Isopro-panol (1:1) getaucht. Danach wird 15 Sekunden unter Lufteinblasung mit Wasser gespült. Nunmehr erfolgt die Beizung in einer Beize bestehend aus Chrom-Schwefelsäure der Zusammensetzung
300 ml konz. H2SO4/Liter
100 g CrCb/Liter bei 50°C. Die Beizung ist nach 6 Minuten abgeschlossen.
Anschliessend wird 15 Sekunden mit Wasser gespült und danach mit einer schwefelsauren Eisen(II)-sulfatlösung 5 Minuten bei Raumtemperatur behandelt. Dann wird die Leiterplatte 5 Minuten mit Wasser gespült, 2 Minuten mit einer verdünnten Schwefelsäure behandelt und nochmals 5 Minuten mit Wasser gespült. Es folgt eine Neutralisation mit 5%iger Natronlauge bei 50 °C, wonach mit Wasser gespült wird.
Zur Sensibilisierungsvorbereitung wird die Leiterplatte dann 5 Minuten bei 20 bis 25 °C in einen Fotosensibilisator getaucht, der folgende Zusammensetzung auf 1 Liter Wasser hat:
120 g/Liter Sorbitol
16 g/Liter 2,6-anthrachinondisulfonsaures Natrium 8 g/Liter Kupferazetat 0,5 g/Liter Kupferbromid 5 ml/Liter Fluorborsäure 50%ig 0,4 g/Liter Polymethoxycellulose
Auf einer geeigneten Walzenbeschichtungsapparatur wird dann optimal mit diesem Fotosensibilisator nachbeschichtet, wobei gleichzeitig die Bohrlöcher vom Überschuss an Fotosensibilisator befreit werden. Anschliessend wird bei 100 °C 20 Minuten getrocknet.
Die gebohrte Platte wird mit einer Negativmaske des gewünschten Schaltbildes abgedeckt. Die Maske wird fest durch Unterdruck auf die gebohrte Leiterplatte gepresst. Dann erfolgt die etwa 2 Minuten dauernde Belichtung mit UV-Licht. Der innige Verbund von Maske mit Leiterplatte bewirkt, dass ohne Streulicht nur an den belichteten Stellen ein bereits deutlich wahrnehmbares Abbild des Leiterzugmusters entsteht.
Die Bohrlochwandungen sind gleichermassen aktiviert. Die sichtbaren Leiterzüge, wie auch die Beläge der Bohrlochinnenwandungen bestehen aus fein verteiltem Kupfer. Diese Keime werden durch Einwirkung einer wässrigen Lösung der Zusammensetzung
50 mg Pd/Liter (als PdS04)
25 ml konz. HîSCh/Liter bei Raumtemperatur gegen Palladium ausgetauscht. Dem darauffolgenden Spülen mit Wasser und verdünnter Schwefelsäurelösung folgt eine 2minütige Behandlung mit einem wässrigen chemischen Nickelbad folgender Zusammensetzung:
25 g/Liter NÌSO4 • 7 H2O
26 g/Liter NaH2PO: • H2O
70 g/Liter Trinatriumcitrat
38 g/Liter Na2B40- • 10 H2O bei einem pH-Wert von 8,5-9,0 und einer Temperatur von 50°C.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
645 495
4
Darauf wird die Nickelschicht durch Behandlung mit einer wässrigen Lösung der Zusammensetzung
1 g/Liter NaCN 1 g/Liter NaOH
aktiviert und nach Spülen mit Wasser 20 Stunden mit einem wässrigen chemischen Kupferbad (durchschnittliche Abschei-dungsgeschwindigkeit 1,5 .um/Stunde) der folgenden Zusammensetzung behandelt:
10 g CuS04 - 5 HzO/Liter 36 g Äthylendiamintetraessigsäure/Liter 20 g NaOH/Liter 4 ml Formaldehyd 37%ig 5 25 mg NaCN/Liter 0,1 mg KSeCN/Liter
Man erhält ein Leiterbild hoher Auflösung bis zu 50 p.m Breite und Abstand der Leiterzüge mit einer Schichtdicke von 10 etwa 30 (im. Das Kupfer zeichnet sich durch Feinkristallini-tät, Duktilität und eine Haftfestigkeit von mindestens 40 Newton/Zoll aus.
G
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von Kupferleitern auf einem isolierenden Träger auf photochemischem Wege, insbesondere zur Herstellung von gedruckten Schaltungen, dadurch gekennzeichnet,
dass der Träger nach geeigneter Vorbehandlung mit organischen Lösungsmitteln und Beizung mit Chromschwefelsäure mit einem netzmittelfreien Fotosensibilisator in Mischung mit einem reduzierbaren Metallsalz und in Gegenwart eines Reduktionsmittels behandelt wird,
dass der so behandelte Träger entsprechend dem gewünschten Muster einer Strahlungsquelle ausgesetzt wird,
dass dann nach Spülung der Trägeroberflächen die aus dem Metallsalz gebildeten Metallkeime durch Einwirkung einer wässrigen Palladium-Salz-Lösung gegen Palladium ausgetauscht werden,
dass die Palladiumkeime darauf mit einem stromlos metallabscheidenden Nickel- oder Nickel-Kobalt-Bad behandelt und hierdurch zu einer Schicht verdichtet werden,
dass die gebildete Metallschicht anschliessend mit einer wässrigen Lösung behandelt wird, die einen Komplexbildner für Kupfer-(I)-Ionen enthält,
dass dann mittels eines stromlosen Kupferbades Kupferleiter gewünschter Dicke abgeschieden werden.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fotosensibilisator 2,6-anthrachinondisulfonsaures Alkalisalz verwendet wird.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren gemäss den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fotosensibilisator in Mischung mit einem Kupfersalz und Sorbitol angewendet wird.
4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquelle eine Quecksilberdampflampe mit gebündeltem Licht verwendet wird.
5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Palladiumsalzlösung eine schwefelsaure Palladium-sulfat-Lösung verwendet wird.
6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromlos metallabscheidendes Nickelbad, enthaltend ein Nickelsalz, ein Zitrat und ein Alkalihypophosphit, verwendet wird.
7. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromlos metallabscheidendes Nickel-Kobalt-Bad, enthaltend ein Nickelsalz, ein Kobaltsalz, ein Zitrat und ein Alkalihypophosphit, verwendet wird.
8. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässrige Lösung enthaltend ein Alkalicyanid als Komplexbildner für Kupfer-(I)-Ionen verwendet wird.
9. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das stromlose Verkupferungsbad mit einem anorganischen Cyanid und einer Selenverbindung stabilisiert ist.
10. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromloses Verkupferungsbad enthaltend ein Alkalicyanid und ein Alkaliselenocyanat als Stabilisatoren verwendet wird.
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