CH658563A5 - Verfahren zur herstellung von gedruckten schaltungen. - Google Patents

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CH658563A5
CH658563A5 CH3804/80A CH380480A CH658563A5 CH 658563 A5 CH658563 A5 CH 658563A5 CH 3804/80 A CH3804/80 A CH 3804/80A CH 380480 A CH380480 A CH 380480A CH 658563 A5 CH658563 A5 CH 658563A5
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Hans-Juergen Dr Ehrich
Hartmut Mahlkow
Joachim Wolff
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen unter Verwendung von kupferkaschiertem Basismaterial, das gebohrt, gereinigt, aktiviert, gegebenenfalls reduziert und nachbehandelt wird, wobei die Aufbringung des Schaltbildes gegebenenfalls nach Abdeckung der nicht gewünschten Gebiete mittels eines Resists durch Sieb- oder Fotodruck erfolgt.
Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen sind bereits bekannt, doch sind diese mit gewissen Nachteilen 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 Leiterzüge mit all den bekannten Schädigungen, die um so gravierender sind und prozentual um so rascher anwachsen, je schmaler die Bahnen ausgelegt bzw. aneinander gerückt werden. 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.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens, das unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren die Herstellung von gedruckten Schaltungen mit feinsten Leitern auf engstem Raum mit optimalen elektrischen Kenndaten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren unter Verwendung von kupferkaschiertem Basismaterial, das gebohrt, gereinigt, aktiviert, gegebenenfalls reduziert und nachbehandelt wird, wobei die Aufbringung des Schaltbildes, gegebenenfalls nach Abdeckung der nicht gewünschten Gebiete mittels eines Resists, durch Sieb- oder Fotodruck erfolgt, gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das derart vorbehandelte Basismaterial durch Behandlung mit einem chemischen Nickel-, Kobalt- oder Nickel-Kobalt-Bad mit einer Nickel-, Kobalt- oder Nickel-Kobalt-Schicht überzogen wird, dass dann der allfällige Resist entfernt wird, worauf man entweder — sofern mittels des Resists alle nicht zum Leiterbild gehörenden Gebiete abgedeckt wurden —
a) das freigelegte Kupfer abätzt, das Schaltbild darauf negativ mittels eines Lötstoplackes unter Freilassung der Lötaugen und Bohrungen bedeckt, dass diese nicht bedeckten Augen und Bohrungen dann durch Behandlung mit einem chemischen Kupferbad mit einer Kupferschicht versehen werden, worauf auf die derart verkupferten Lötaugen und Bohrungen gegebenenfalls noch eine Blei-Zinn-Legierung aufgetragen wird, oder worauf man — sofern mittels des Resists alle Gebiete mit Ausnahme der Lötaugen und Bohrungen abgedeckt wurden oder gegebenenfalls kein Resist aufgetragen wurde —
b) das Schaltbild positiv mittels eines Resists aufträgt, darauf das Kupfer abätzt und den Resist entfernt, dann das Schaltbild unter Freilassung der Lötaugen und Bohrungen mittels eines Lötstoplackes abdeckt, die nicht bedeckten Augen und Bohrungen anschliessend mit einem chemischen Kupferbad mit einer Kupferschicht versieht, worauf auf die derart verkupferten Augen und Bohrungen gegebenenfalls noch eine Blei-Zinn-Legierung aufgetragen wird.
Besondere Ausführungsformen dieses Verfahrens bestehen darin,
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dass als Basismaterial ein glasfaserverstärktes Epoxidharz verwendet wird,
dass ein chemisches Nickelbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Nickelsalz, ein Zitrat und ein Alkalihypophos-phit, verwendet wird,
dass ein chemisches Nickelband, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Nickelsalz, ein Alkalidiphosphat, ein Alkalihy-drogenphosphat und Hydrazin oder eines seiner Derivate, verwendet wird,
dass ein chemisches Kobaltbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Kobaltsalz, ein Zitrat und ein Alkalihypophos-phit, verwendet wird,
dass ein chemisches Kobaltbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Kobaltsalz, ein Alkalidiphosphat, ein Alkalihy-drogenphosphat und Hydrazin oder eines seiner Derivate, verwendet wird,
dass ein chemisches Nickel-Kobalt-Bad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Nickelsalz, ein Kobaltsalz, ein Zitrat und ein Alkalihypophosphit, verwendet wird,
dass die Nickel-, Kobalt- oder Nickel-Kobalt-Schicht in einer Stärke von 0,1 bis 1,5 um, vorzugsweise von 0,3 bis 0,8 Um, aufgetragen wird,
dass ein stabilisiertes chemisches Kupferbad verwendet wird,
dass ein chemisches Kupferbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Kupfersalz, einen Komplexbildner, Formaldehydsäure, ein Alkalicyanid und gegebenenfalls eine Selenverbindung als Stabilisatoren, verwendet wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht in bisher nicht erreichter Weise die Herstellung qualitativ hochwertiger miniaturisierter Schaltungen. Das Verfahren hat ausserdem den grossen Vorteil, ausgehend von kupferkaschiertem Basismaterial, die Herstellung von Feinstleiterbahnen in einer Breite von unter 100 um mit besten Isolations- und Oberflächenwiderstandswer-ten zu ermöglichen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die Einsparung von Kupfer, einem wertvollen Rohstoff.
Als geeignetes Basismaterial ist beispielsweise Phenolharzhartpapier, Epoxidharzpapier und insbesondere glasfaserverstärktes Epoxidharz zu nennen.
Dieses kann in üblicher Weise gebohrt, gereinigt und in einem der üblichen Aktivatorsysteme aktiviert werden, gegebenenfalls reduziert und nachbehandelt. Anschliessend wird in der Regel in an sich bekannter Weise gespült und getrocknet.
Das Schaltbild wird im Sieb- oder Fotodruck negativ oder positiv aufgetragen.
Möglich ist auch die Auftragung des Lötbildes (Lötaugen und Bohrlöcher) durch einen Sieb- oder Fotodruck negativ.
Die Metallisierung erfolgt in einem chemischen Bad 0,1 bis 1,5 um mit einer Nickel-, Kobalt- oder Nickel-Kobalt-Schicht, die entweder das ganze Schaltbild oder nur die Lötaugen und Bohrlöcher bedeckt. Diese Schichten können chemisch und/oder galvanisch in einem üblichen Bad vorverkupfert werden. Nach dem Ablösen des zuvor aufgetragenen Resists, dessen Entfernung in an sich bekannter Weise durch Einwirkung eines organischen Lösungsmittesl, wie zum Beispiel Methylenchlorid, erfolgt, wird das freigelegte Kupfer in üblicher Weise abgeätzt, während das unter der Nickel-, Kobalt- oder Nik-kel-Kobalt-Schicht befindliche Kupfer ebenso wie die Metallschicht selbst überraschenderweise insbesondere bei der Anwendung alkalischer Ätzmedien unangegriffen bleiben. Als Resist dient zweckmässigerweise ein üblicher Fotolack oder Fotofilm. In vielen Fällen wird das entwickelte Schaltbild negativ durch Lötstoplackdruck abgedeckt und die freigebliebenen Lötaugen und Bohrlöcher chemisch verkupfert.
Als Kupferbad lässt sich vorzugsweise ein stabilisiertes chemisches Kupferbad verwenden und zwar enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Kupfersalz, einen Komplexbildner, Formaldehyd, ein Alkalicyanid und gegebenenfalls eine Selenverbindung als Stabilisatoren.
Als Alkalicyanid eignet sich hierfür insbesondere Natrium-cyanid in Konzentrationen von 15 bis 30 mg/Liter, s Geeignete Selenverbindungen sind die organischen, anorganischen und organisch-anorganischen Mono- und Diselenide und hiervon insbesondere die Alkaliselenocyanate, wie Kalium-selenocyanat, die in geringen Konzentrationen von insbesondere 0,1 bis 0,3 mg/Liter verwendet werden.
io Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1
Eine übliche doppelseitig kupferkaschierte Basisplatte aus i5 glasfaserverstärktem Epoxidharz wird in üblicher Weise gebohrt, gebürstet und unter Verwendung einer stabilisierten schwefelsauren Lösung von Wasserstoffperoxid geätzt und gereinigt. Anschliessend wird die derart vorbehandelte Platte mit einem Aktivator auf Basis von zum Beispiel Palladiumchlorid, 20 Zinnchlorid und Salzsäure aktiviert und darauf mit 30ff/oiger Fluoroborsäure haftfixiert. Sodann werden alle nicht zum Leiterbild gehörenden Gebiete mittels eines Resists abgedeckt, das heisst negativ bedruckt und die entstehenden Verunreinigungen entfernt.
25 Erfindungsgemäss lässt man nun ein chemisches Nickelbad folgender Zusammensetzung einwirken.
28 g/1 Nickelsulfat NiS04 • 7 H20
20 g/1 Natriumhyphophosphit NaH2P02 • H2O
30 20 g/1 Natriumborat Na2B407 • 10 H2O
75 g/1 Trinatriumcitrat Na3C4H3C)6 ■ 2 H2O
Die Behandlung erfolgt bei einem pH-Wert von 9,0 bei 50°C und einer Dauer von 30 Minuten. Die Schichtdicke be-35 trägt etwa 1,5 |im.
Anschliessend wird der Resist zum Beispiel unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels, wie Methylenchlorid, entfernt und das freigelegte Kupfer mittels einer sauren Ätzlösung, zum Beispiel einer sauren Ammoniumpersulfat-Lösung, 40 oder einer alkalischen Ätzlösung, zum Beispiel einer ammonia-kalischen Lösung von Natriumchlorit, abgeätzt.
Hierauf erfolgt die Auftragung einer Lötmaske unter Verwendung eines Lötstoplackes, zum Beispiel auf Basis von Epoxidharz mit Polyisocyanaten und Aminen als Härter, welche 45 das Schaltbild wiederum negativ bedeckt jedoch die Lötaugen und Bohrungen freilässt.
Die Lötaugen und Bohrungen werden dann durch Behandlung mit einem chemischen Kupferbad der folgenden Zusammensetzung verkupfert.
50
10 g/1 Kupfersulfat CUSO4 • 5 H2O
30 g/1 Äthylendiamintetraessigsäure 20 g/1 Natriumhydroxid NaOH 0,025 g/1 Natriumcyanid NaCN 55 0,001 g/1 Kaliumselenocyanat KSeCN 4 ml Formaldehyd 3 7% ig
Die Verkupferung erfolgt bei einer Temperatur von 65°C und einer Behandlungsdauer von 20 Stunden mit einer durch-60 schnittlichen Abscheidungsgeschwindigkeit von 1,5 um/
Stunde.
Es entsteht ein Leiterbild mit Leiterzügen in einer Schichtdicke von etwa 30 p.m.
Gewünschtenfalls kann die Kupferschicht auf Lötaugen und 65 Bohrlochwandungen durch Heissluftverzinnung, das heisst Auftragung einer flüssigen Blei-Zinn-Legierung, geschützt werden.
Die gedruckte Schaltung ist damit zur anschliessenden Bestückung und Verlötung fertig.
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Beispiel 2
Eine übliche doppelseitig kupferkaschierte Basisplatte aus glasfaserverstärktem Epoxidharz wird in üblicher Weise gebohrt, gebürstet und unter Verwendung einer stabilisierten schwefelsauren Lösung von Wasserstoffperoxid geätzt und gereinigt. Anschliessend wird die derart vorbehandelte Platte mit einem Aktivator auf Basis von zum Beispiel Palladiumchlorid, Zinnchlorid und Salzsäure aktiviert und darauf mit 30%iger Fluoroborsäure haftfixiert. Sodann werden alle Gebiete mit Ausnahme der Lötaugen und Bohrungen mittels eines Resists abgedeckt, das heisst negativ bedruckt und die entstandenen Verunreinigungen entfernt.
Erfindungsgemäss lässt man nun ein chemisches Nickelbad folgender Zusammensetzung einwirken.
15 g/1 Nickelsulfat NiS04 • 7 H20
20 g/1 Hydrazin-Hydrat N2H2 • H2O 80%ig
80 g/1 Natriumdiphosphat Na4P2C>7 • 10 H2O
30 g/1 Kaliumhydrogenphosphat K2HPO4
Die Behandlung erfolgt bei einem pH-Wert von 11,5 bei 60° C und einer Dauer von 30 Minuten. Die Schichtdicke beträgt 1 (j.m.
Anschliessend wird der Resist zum Beispiel unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels, wie Methylenchlorid, entfernt.
Darauf druckt man das Schaltbild positiv unter Verwendung eines Resists, ätzt dann das Kupfer wie im Beispiel 1 ab, entfernt ebenso wie dort angegeben denResist, deckt nunmehr das Schaltbild mittels eines Lötstoplackes unter Freilassung der Lötaugen und Bohrungen ab, verkupfert diese unter Verwendung des im Beispiel 1 beschriebenen chemischen Kupferbades und schützt die Lötaugen und Bohrlochwandungen gewünsch-tenfalls durch Heissluftverzinnung mit einer Blei-Zinn-Schicht.
Es entsteht ein Leiterbild mit optimalen elektrischen Kenndaten von mindestens 1 • 1012 £2.
Beispiel 3
Eine übliche Basisplatte aus doppelseitig kupferkaschiertem glasfaserverstärktem Epoxidharz wird in üblicher Weise gebohrt und mittels einer stabilisierten schwefelsauren Lösung von Wasserstoffperoxid geätzt und gereinigt. Dann wird die Platte durch Behandlung mit einer wässrigen alkalischen Lösung eines Palladiumkomplexes, wie zum Beispiel Palladiumsulfat in 2-Aminopyridin, aktiviert, der anschliessend durch Einwirkung eines Reduktionsmittels, wie zum Beispiel Natrium-diäthylaminoboran, reduziert wird.
Es folgt eine chemische Vernickelung der Plattenoberfläche und der Bohrlochwandungen durch Einwirkung eines chemischen Nickelbades mit folgender Zusammensetzung:
20 g/1 Nickelsulfat NiS04 • 7 H2O 20 g/1 Natriumhypophosphit NaHPC>2 • H2O
30 g/1 Bernsteinsäure HOOC(CH2>2 • COOH
20 g/1 Natriumborat Na2B407 • 10 H2O
Die Behandlung wird bei einem pH-Wert von 8,5 und einer Temperatur von 35°C 5 Minuten lang durchgeführt. Die erreichte Schichtdicke beträgt 0,2 um.
Darauf wird die Oberfläche wie im Beispiel 2 beschrieben positiv mit dem Schaltbild bedruckt, die Kupferkaschierung abgeätzt, der Resist entfernt, mit Lötstoplack unter Freilassung der Lötaugen und Bohrungen negativ gedruckt, chemisch verkupfert und gewünschtenfalls eine Zinn-Blei-Schicht aufgebracht. Auch hierbei entsteht eine gedruckte Schaltung mit optimalen elektrischen Kenndaten von mindestens 1 • 1012 £2.
Beispiel 4
Eine übliche Basisplatte aus doppelseitig kupferkaschiertem glasfaserverstärktem Epoxidharz wird in üblicher Weise gebohrt und mittels einer stabilisierten schwefelsauren Lösung von Wasserstoffperoxid geätzt und gereinigt. Dann wird die Platte durch Behandlung mit einer wässrigen alkalischen Lösung eines Palladiumkomplexes, wie zum Beispiel Palladiumsulfat in 2-Aminopyridin, aktiviert, der anschliessend durch Einwirkung eines Reduktionsmittels, wie zum Beispiel Natrium-diäthylaminoboran, reduziert wird.
Es folgt eine chemische Abscheidung von Kobalt auf der Plattenoberfläche und der Bohrlochwandung durch Einwirkung eines chemischen Kobaltbades mit folgender Zusammensetzung:
20 g/1 Kobaltsulfat CoS04 • 6 H2o
20 g/1 Natriumhypophosphit NaHP02 • H2O
30 g/1 Bernsteinsäure HOOC(CH2)2 • COOH
20 g/1 Natriumborat Na2B4Ü7 • 10 H2O
Die Behandlung wird bei einem pH-Wert von 8,5 und einer Temperatur von 35°C 5 Minuten lang durchgeführt. Die erreichte Schichtdicke beträgt 0,2 um.
Darauf wird die Oberfläche wie im Beispiel 2 beschrieben positiv mit dem Schaltbild bedruckt, die Kupferkaschierung abgeätzt, der Resist entfernt, mit Lötstoplack unter Freilassung der Lötaugen und Bohrungen negativ gedruckt, chemisch verkupfert und gewünschtenfalls eine Zinn-Blei-Schicht aufgebracht. Auch hierbei entsteht eine gedruckte Schaltung mit optimalen elektrischen Kenndaten von mindestens 1 • 1012 £2.
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5
10
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V

Claims (10)

  1. 658 563
    2
    PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen unter Verwendung von kupferkaschiertem Basismaterial, das gebohrt, gereinigt, aktiviert, gegebenenfalls reduziert und nachbehandelt wird, wobei die Aufbringung des Schaltbildes, gegebenenfalls nach Abdeckung der nicht gewünschten Gebiete mittels eines Resists, durch Sieb- oder Fotodruck erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das derart vorbehandelte Basismaterial durch Behandlung mit einem chemischen Nickel-, Kobalt- oder Nickel-Kobalt-Bad mit einer Nickel-, Kobalt- oder Nickel-Kobalt-Schicht überzogen wird, dass dann der allfällige Resist entfernt wird, worauf man entweder — sofern mittels des Resists alle nicht zum Leiterbild gehörenden Gebiete abgedeckt wurden —
    a) das freigelegte Kupfer abätzt, das Schaltbild darauf negativ mittels eines Lötstoplackes unter Freilassung der Lötaugen und Bohrungen bedeckt, dass diese nicht bedeckten Augen und Bohrungen dann durch Behandlung mit einem chemischen Kupferbad mit einer Kupferschicht versehen werden, worauf auf die derart verkupferten Lötaugen und Bohrungen gegebenenfalls noch eine Blei-Zinn-Legierung aufgetragen wird, oder worauf man — sofern mittels des Resists alle Gebiete mit Ausnahme der Lötaugen und Bohrungen abgedeckt wurden oder gegebenenfalls kein Resist aufgetragen wurde —
    b) das Schaltbild positiv mittels eines Resists aufträgt, darauf das Kupfer abätzt und den Resist entfernt, dann das Schaltbild unter Freilassung der Lötaugen und Bohrungen mittels eines Lötstoplackes abdeckt, die nicht bedeckten Augen und Bohrungen anschliessend mit einem chemischen Kupferbad mit einer Kupferschicht versieht, worauf auf die derart verkupferten Augen und Bohrungen gegebenenfalls noch eine Blei-Zinn-Legierung aufgetragen wird.
  2. 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Basismaterial ein glasfaserverstärktes Epoxidharz verwendet wird.
  3. 3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein chemisches Nickelbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Nickelsalz, ein Zitrat und ein Alkalihypophos-phit, verwendet wird.
  4. 4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein chemisches Nickelbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Nickelsalz, ein Alkalidiphosphat, ein Alkalihy-drogenphosphat und Hydrazin oder eines seiner Derivate, verwendet wird.
  5. 5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein chemisches Kobaltbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Kobaltsalz, ein Zitrat und ein Alkalihypophos-phit, verwendet wird.
  6. 6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein chemisches Kobaltbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Kobaltsalz, ein Alkalidiphosphat, ein Alkalihy-drogenphosphat und Hydrazin oder eines seiner Derivate, verwendet wird.
  7. 7. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein chemisches Nickel-Kobalt-Bad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Nickelsalz, ein Kobaltsalz, ein Zitrat und ein Alkalihypophosphit, verwendet wird.
  8. 8. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-, Kobalt- oder Nickel-Kobalt-Schicht in einer Stärke von 0,1 bis 1,5 (im, vorzugsweise 0,3 bis 0,8 um, aufgetragen wird.
  9. 9. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein stabilisiertes chemisches Kupferbad verwendet wird.
  10. 10. Verfahren gemäss Anspruch 9, 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.
CH3804/80A 1979-05-21 1980-05-14 Verfahren zur herstellung von gedruckten schaltungen. CH658563A5 (de)

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