CH647372A5

CH647372A5 - Verfahren zur herstellung von gedruckten schaltungen.

Info

Publication number: CH647372A5
Application number: CH5489/80A
Authority: CH
Inventors: Claus-Werner Ruff
Original assignee: Schering Ag
Priority date: 1979-08-09
Filing date: 1980-07-17
Publication date: 1985-01-15
Also published as: IT8023530A0; GB2057774B; SE454476B; JPS5629395A; NL8003939A; DE2932536A1; IE801669L; GB2057774A; SE8005443L; CA1152226A; IE49971B1; FR2463569A1; IT1131716B; FR2463569B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen unter Verwendung von kupferka- 55 schiertem Basismaterial, das nach dem Bohren bzw. Stanzen gebürstet, entfettet, angeätzt, chemisch aktiviert und reduziert wird.

Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen sind bereits bekannt, doch sind diese mit gewissen Nachteilen 60 behaftet.

Ein Nachteil der sogenannten Subtraktivtechnik besteht zum Beispiel darin, dass grosse Mengen der Kaschierung des Basismaterials nach dem Aufbau des Leiterbildes entfernt werden müssen. Gleichzeitig erfolgt die Unterätzung der Lei- 65 terzüge mit all den bekannten Schädigungen, die um so gravierender sind und prozentual tun so rascher anwachsen, je schmaler die Leiterbahnbreiten bzw. -abstände sind. Diese

Erscheinungen stehen daher einer weiteren Miniaturisierung im Rahmen der Subtraktivtechnik entgegen.

Ein Nachteil der sogenannten Additivtechnik besteht andererseits darin, dass haftvermittlerbeschichtetes Basismaterial verwendet werden muss. Der Haftvermittler ist nach dem chemischen Aufschluss und der Aktivierung die Grundlage für das selektiv aufgebrachte, chemisch abgeschiedene Kupfer und weist nach der Nassbehandlung gegenüber Epoxidharz deutlich schlechtere, elektrische Kenndaten auf, wodurch der Auslegung miniaturisierter Schaltungen ebenfalls enge Grenzen gezogen werden.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, dass zum Aufbau der Leiterzüge und der leitenden Verbindung zwischen diesen Leiterzügen und den Bohrlöchern erhebliche Mengen an Kupferbadlösung benötigt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Zurverfügungstellung eines Verfahrens, das unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren die Herstellung von gedruckten Schaltungen mit feinsten Leiterzügen auf engstem Raum mit optimalen elektrischen Kenndaten unter Verwendung geringster Mengen an Kupferbadlösung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren der oben bezeichneten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das derart vorbereitete Basismaterial mit einer Ätzschutzschicht bedruckt wird, welche die gewünschten Leiterzüge abdeckt, worauf zunächst die Kupferkaschierung abgeätzt und dann die Ätzschutzschicht mittels eines Lösungsmittels unter Freilegung der Leiterzüge entfernt wird, dass man anschliessend entweder zunächst die Lackschicht aufbringt, welche die Bohrungen und Lötaugen freilässt, die dann zur Herstellung einer leitenden Verbindung zwischen den Leiterzügen und Bohrungen durch Einwirken eines chemischen Kupferbades verkupfert werden, oder dass man zunächst die gesamte Oberfläche durch Einwirken eines chemischen Kupferbades verkupfert und dann die Lackschicht unter Freilassung der Bohrungen und Lötaugen aufbringt. Dabei kann das Basismaterial mit der Ätzschutzschicht im Positivverfahren bedruckt werden. Die Bohrungen und Lötaugen können zudem nach dem Verkupfern mit einer Blei-Zinn-Legierung versehen werden.

Bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens bestehen darin, dass die Kupferkaschierung mittels einer sauren Ätzlösung, zweckmässigerweise einer sauren Ammoniumper-sulfat-Lösung oder einer alkalischen Ätzlösung, zweckmässigerweise einer ammoniakalischen Lösung von Natriumchlorid, abgeätzt wird, dass die Ätzschutzschicht mittels einer 3 bis 5%igen Natronlauge oder eines organischen Lösungsmittels, zweckmässigerweise Methylenchlorid, entfernt wird,

dass als Lack ein Lötstoplack verwendet wird, dass ein stabilisiertes chemisches Kupferbad verwendet wird, dass ein chemisches Kupferbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Kupfersalz, einen Komplexbildner, Formaldehyd sowie ein Alkalicyanid und gegebenenfalls eine Selenverbindung als Stabilisatoren verwendet wird und dass die Blei-Zinn-Legierung in Form einer Schmelze durch Einwirkung von hocherhitzter Luft oder durch reduktive Abscheidung aus einem chemischen Zinnbad aufgebracht wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann in herausragender Weise die Herstellung qualitativ hochwertiger miniaturisierter Schaltungen, insbesondere im Positivdruck ermöglichen. Hierbei können Feinleiterzüge in einer Güte entstehen, die sonst nur bei Anwendung des Fotodrucks erreichbar ist. Das Verfahren hat ausserdem den grossen Vorteil, ausgehend von kupferkaschiertem Basismaterial, die Herstellung von Feinstleiterbahnen in einer Breite von unter 100 um mit den besten Isolations- und Oberflächenwiderstandswerten zu ermöglichen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die Einsparung von

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chemischer Kupferbadlösung, was von besonderer Wirtschaft- Für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfah-

licher Bedeutung ist. rens eignet sich in hervorragender Weise ein chemisches Kup-

Von herausragender technischer Bedeutung ist ausser- ferbad der oben beschriebenen Zusammensetzung. Als Al-

dem, dass im Gegensatz zu der Additivtechnik auf kleberbe- kalicyanid ist hierfür insbesondere Natriumcyanid in Kon-

schichtetes bzw. kernkatalysiertes Basismaterial verzichtet 5 zentrationen von 15 bis 30 mg/Liter zu nennen.

werden kann, wodurch die hohen Anforderungen an die Kle- Geeignete Selenverbindungen sind die organischen, anor-berbeschichtung und das oxydative Aufschliessen der Kleber- ganischen und organisch-anorganischen Mono- und Diseleni-

schicht mittels Chromschwefelsäure entfallen. Das erfin- de und hiervon insbesondere die Alkaliselenocyanate, wie dungsgemässe Verfahren stellt sich damit als besonders um- Kaliumselenocyanat, die in Konzentrationen von vorzugs-

weltfreundlich dar. io weise 0,1 bis 0,3 mg/Liter Badflüssigkeit verwendet werden.

Als geeignetes Basismaterial ist beispielsweise Phenol- Das folgende Beispiel dient zur Erläuterung der Er-

harzhartpapier, Epoxidharzpapier und insbesondere glasfa- findung.

serverstärktes Epoxidharz zu nennen.

Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt beispielsweise derart, indem nach dem Bohren bzw. 15 Beispiel

Stanzen die Platten in üblicher Weise gebohrt bzw. gestanzt Eine doppelseitig kupferkaschierte Basisplatte aus glasfa-

und gebürstet werden, worauf eine alkalische Entfettung an- serverstärktem Epoxidharz wird in üblicher Weise gebohrt,

geschlossen wird. Anschliessend ätzt man die Oberfläche et- mechanisch gereinigt (entgratet) und alkalisch bei etwa 80 °C was an, etwa 5 mjx, was durch Einwirkung von etwa 10%-iger und einer Behandlungsdauer von etwa 7 Minuten entfettet.

Natriumpersulfatlösung bei 28-32 °C erfolgen kann. Nach 20 Anschliessend wird die Platte durch Einwirkung einer 10%-

dem Dekapieren z.B. mit 10%iger Schwefelsäure wird dann igen Natriumpersulfatlösung bei einer Temperatur von etwa mittels eines Aktivators, vorzugsweise mit einer wässrigen 28 bis 32 °C innerhalb von 3 Minuten leicht angeätzt (etwa alkalischen Lösung eines Palladiumkomplexes, insbesondere 5 mjx). Dann wird mit Schwefelsäure mit einem Gehalt von von Palladiumsulfat mit 2-Aminopyridin, aktiviert, wobei 10 Gew.-% bei Raumtemperatur dekapiert und darauf mit ei-

speziell in den Bohrlochwandungen auf eine hohe Belegungs- 25 ner wässrigen alkalischen Lösung von Palladiumsulfat in 2-dichte zu achten ist, um eine Aktivierung auch nach der später Aminopyriden aktiviert, worauf als Reduktionsmittel Natri-

folgenden Ätzung zu gewährleisten. umdiäthylaminofuran zur Einwirkung gebracht wird, dann

Darauf wird durch die Einwirkung eines Reduktionsmit- gespült und getrocknet.

tels, z.B. Natriumdiäthylaminboran, reduziert und in übli- Der Leiterbilddruck erfolgt dann im Positivverfahren eher Weise nachbehandelt. 30 durch Siebdruck mittels einer alkalilöslichen Siebdruckfarbe.

Das gewünschte Schaltbild wird darauf vorteilhaft in Der Druck kann auch durch Fotoverfahren erfolgen, wobei

Sieb- oder Fotodruck positiv aufgetragen, was mittels einer vorteilhafterweise ein alkalilöslicher Flüssigresist angewendet

Ätzschutzschicht - zweckmässigerweise einer alkalilöslichen werden kann. Anschliessend wird das Kupfer abgeätzt, was

Siebdruckfarbe - erfolgt, welche die Leiterzüge abdeckt, wo- durch Einwirkung einer sauren Ätzlösung, wie einer sauren nach zunächst die Kupferkaschierung abgeätzt wird, was 35 Ammoniumpersulfatlösung, oder einer alkalischen Ätzlö-

durch Einwirkung entweder einer sauren Ätzlösung, z.B. ei- sung, wie einer ammoniakalischen Lösung von Natriumchlo-

ner sauren Ammoniumpersulfatlösung, oder einer alkali- rid, erfolgen kann.

sehen Ätzlösung, z.B. einer ammoniakalischen Natriumchlo- Die Entfernung der Siebdruckfarbe wird dann durch Be-

ridlösung, erfolgen kann. Dabei ist auf eine anschliessende handlung mit einem Lösungsmittel, wie einer 3 bis 5%igen optimale Spülung der Bohr- bzw. Stanzlöcher zu achten. 40 Natronlauge oder Methylenchlorid, durchgeführt, worauf in-

Nach der Entfernung der Ätzschutzschicht mittels eines tensiv nachgespült und getrocknet wird. Darauf wird eine

Lösungsmittels, z.B. mittels einer 3 bis 5%-igen Natronlauge Lötstopmaske aufgetragen und anschliessend alkalisch ent-

oder eines organischen Lösungsmittels, wie Methylenchlorid, fettet. Die Verkupferung der Bohrungen wird anschliessend wird dann anschliessend erfindungsgemäss entweder zunächst mittels eines stabilisierten chemischen Kupferbades der fol-eine Lackschicht aufgebracht, welche die Bohrlöcher freilässt, 45 genden Zusammensetzung durchgeführt:

wozu sich insbesondere ein Lötstoplack eignet, der als Maskendruck aufgetragen wird. Darauf kann nach üblicher al- 10 g/1 Kupfersulfat CuSO • H20 kalischer Entfettung die chemische Metallabscheidung in den 30 g/1 Äthylendiamintetraessigsäure Bohrungen mit einer Schichtdicke von vorzugsweise 15 bis 20 g/1 Natriumhydroxid NaOH 25 mn Kupfer durchgeführt werden, was vorteilhafterweise so 0,025 g/1 Natriumcyanid NaCN durch Verwendung eines stabilisierten chemischen Kupferba- 0,001 g/1 Kaliumselenocyanat KSeCN des erfolgt, das vorzugsweise als wesentliche Bestandteile ein 4 ml Formaldehyd 37%ig.

Kupfersalz, einen Komplexbildner, Formaldehyd sowie ein

Alkalicyanid und gegebenenfalls eine Selenverbindung als Die Kupferabscheidung erfolgt bei einer Temperatur von

Stabilisatoren enthält. 55 65 °C und einer Behandlungsdauer von 20 Stunden mit einer

Die abschliessende partielle Auftragung einer Blei-Zinn- durchschnittlichen Abscheidungsgeschwindigkeit von

Legierung, zweckmässigerweise im Heissluftverfahren durch 1,5 um/Stunde. Gewünschtenfalls wird dann abschliessend ei-

Einwirkung von hocherhitzter Luft, garantiert ein rein eutek- ne selektive Heissluftverzinnung durchgeführt (sogenanntes tisches Lot, das sogar nach beschleunigter Alterung einwand- HOT-AIR-LEVELLING-Verfahren).

frei lötbar ist. 60 Alternativ kann der Lötstoplack auch erst nach der Ver-

Nach einer Verfahrensalternative wird nach der Entfer- kupferung aufgetragen werden, worauf abschliessend - sofern nung der Ätzschutzschicht die gesamte Oberfläche durch Ein- gewünscht - eine selektive Heissluftverzinnung durchgeführt

Wirkung des oben beschriebenen chemischen Kupferbades wird.

verkupfert, dann der Lötstoplack unter Freilassung der Boh- Es entstehen Leiterzüge in einer Schichtdicke von etwa rungen aufgebracht und abschliessend - sofern gewünscht - 65 30 um mit elektrischen Kenndaten von mindestens 1 • IO12 Q. die genannte Heissluftverzinnung durchgeführt.

C

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen unter Verwendung von kupferkaschiertem Basismaterial, das nach dem Bohren bzw. Stanzen gebürstet, entfettet, angeätzt, chemisch aktiviert und reduziert wird, dadurch gekennzeich- 5 net, dass das derart vorbereitete Basismaterial mit einer Ätzschutzschicht bedruckt wird, welche die gewünschten Leiterzüge abdeckt, worauf zunächst die Kupferkaschierung abgeätzt und dann die Ätzschutzschicht mittels eines Lösungsmittels unter Freilegung der Leiterzüge entfernt wird, dass man 10 anschliessend entweder zunächst die Lackschicht aufbringt, welche die Bohrungen und Lötaugen freilässt, die dann zur Herstellung einer leitenden Verbindung zwischen den Leiterzügen und Bohrungen durch Einwirken eines chemischen Kupferbades verkupfert werden, oder dass man zunächst die 15 gesamte Oberfläche durch Einwirken eines chemischen Kupferbades verkupfert und dann die Lackschicht unter Freilassung der Bohrungen und Lötaugen aufbringt.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferkaschierung mittels einer sauren Ätzlö- 2o sung zweckmässigerweise einer sauren Ammoniumpersulfatlösung oder einer alkalischen Ätzlösung, zweckmässigerweise einer ammoniakalischen Lösung von Natriumchlorit, abgeätzt wird.
3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeich- 25 net, dass die Ätzschutzschicht mittels einer 3 bis 5%igen Natronlauge oder eines organischen Lösungsmittels, zweckmässigerweise Methylenchlorid, entfernt wird.
4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lack ein Lötstoplack verwendet wird.
5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein stabilisiertes chemisches Kupferbad verwendet wird.
6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein chemisches Kupferbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Kupfersalz, einen Komplexbildner, Formaldehyd sowie ein Alkalicyanid und gegebenenfalls eine Selenverbindung als Stabilisatoren, verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das Basismaterial mit Ätzschutzschicht im Positiwerfah- 40 ren bedruckt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Bohrungen und Lötaugen nach dem Verkupfern mit einer Blei-Zinn-Legierung versehen werden.
9. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeich- 45 net, dass die Blei-Zinn-Legierung in Form einer Schmelze durch Einwirkung von hocherhitzter Luft oder durch redukti-ve Abscheidung aus einem chemischen Blei-Zinnbad aufgebracht wird.

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