DE3885295T2 - SCHALTUNGSPLATTENMATERIAL UND ELEKTROPLATTIERUNGSBAD FüR SEINE HERSTELLUNG. - Google Patents

SCHALTUNGSPLATTENMATERIAL UND ELEKTROPLATTIERUNGSBAD FüR SEINE HERSTELLUNG.

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DE3885295T2
DE3885295T2 DE88908520T DE3885295T DE3885295T2 DE 3885295 T2 DE3885295 T2 DE 3885295T2 DE 88908520 T DE88908520 T DE 88908520T DE 3885295 T DE3885295 T DE 3885295T DE 3885295 T2 DE3885295 T2 DE 3885295T2
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft
  • Schaltungsplattenmaterial und das Verfahren zur Herstellung dieses Schaltungsplattenmaterials. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Schaltungsplattenmaterial mit einem ungewöhnlich hohen Widerstand und ein galvanisches Bad, welches zum Gebrauch bei der Herstellung dieses Schaltungsplattenmaterials mit einem hohen Widerstand geeignet ist.
    • 2. Stand der Technik
  • Verfahren zur Bildung von Schaltungsplattenmaterial sind in dem US-Patent Nr. 2.662.957 an Eisler; dem US-Patent Nr. 3.691.007 an Pavlou; und dem US-Patent Nr. 3.808.576 an Castonguay et al beschrieben. Außerdem wird ein verbessertes Schaltungsplattenmaterial im Dokument US-A-4 808 967 beschrieben, das am 29. Mai 1985 von James Rice eingereicht wurde und auf die Ohmega Technologies, Inc. übertragen worden ist.
  • Typischerweise umfaßt ein Material für gedruckte Schaltungsplatten eine isolierende Trägerschicht und eine äußere Schicht aus leitfähigem Material. Alternativ umfaßt das Material für gedruckte Schaltungsplatten eine isolierende Trägerschicht, eine oder mehrere Schichten aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Material und eine äußere Schicht aus einem leitfähigen Material. Das Ausgangsmaterial für gedruckte Schaltungsplatten wird durch selektives Entfernen unerwünschter Schichten von Schichten aus leitfähigem Material bzw. von einen elektrischen Widerstand bildenden Schichten in gedruckte Schaltungsplatten umgewandelt.
  • Im US-Patent Nr. 2.662.957 werden einen elektrischen Widerstand bildende Schichten offenbart, die Mangan und Kupfer, bestimmte Kupfer/Mangan/Nickel-Legierungen, Kupfer/Nickel-Legierungen, Nickel/Silber-Legierungen, Kupfer/Silizium-Legierungen, Kupfer/Nickel/Chrom-Legierungen, Chrom/Nickel-Legierungen und Chrom/Nickel/Eisen-Legierungen umfassen. Außerdem beschreibt das US-Patent Nr. 2.662.957 ein allgemeines Verfahren zur Herstellung des Ausgangsmaterials für gedruckte Schaltungsplatten und von daraus gebildeten gedruckten Schaltungsplatten.
  • Das US-Patent Nr. 3.691.007 beschreibt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Material für gedruckte Schaltungsplatten. Insbesondere gehört zu diesem Verfahren das Vorbeschichten einer leitfähigen Metallfolie mit einer poröspolymeren Membran und das galvanische Abscheiden einer einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht auf das leitfähige Metall durch mikroskopisch kleine Löcher in der polymeren Membran. Die polymere Membran wird dann mit einem Lösungsmittel entfernt und die sich ergebende Bimetallfolie an eine Trägerschicht laminiert. Das Verfahren führt zu Ergebnissen, die von Platte zu Platte reproduzierbar sind und ermöglicht, daß alle Widerstände auf einer Platte innerhalb enger Toleranzen gefertigt werden.
  • Das US-Patent Nr. 3.808.576 beschreibt ein Material für gedruckte Schaltungsplatten, das eine isolierende Trägerschicht und ein einen elektrischen Widerstand bildendes Material, welches mit der Trägerschicht verklebt wird, und eine Schicht aus hochgradig leitfähigem Material umfaßt, welche an der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht haftet. Die einen elektrischen Widerstand bildende Schicht umfaßt galvanisch abgeschiedenen Nickel für sich oder galvanisch abgeschiedenen Nickel zusammen mit bis zu 30 Gewichtsprozent Phosphor. Außerdem beschreibt das US-Patent Nr. 3.808.576 ein neues Ätzverfahren für die Entfernung der obenerwähnten mit einem Widerstand behafteten Materialien ohne die Entfernung von Kupfer, welches die Verwendung von Eisen(III)-sulfat und Schwefelsäure in waßriger Lösung umfaßt. Das US-Patent Nr. 3.878.006 offenbart ein verbessertes Ätzmittel zur Entfernung des mit einem Widerstand behafteten Materials ohne die Enfernung von Kupfer durch die Verwendung von Kupfer(II)-sulfat.
  • Das Dokument US-A-4 808 967 schließlich beschreibt ein verbessertes Schaltungsplattenmaterial, das eine Trägerschicht, zumindest eine Schicht aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Material und eine Schicht aus einem leitfähigen Material umfaßt, die an der Schicht aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Material haftet. Die Schicht aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Material umfaßt eine galvanisch abgeschiedene Nickel/Phosphor- Zusammensetzung, in der zumindest die etwa 10 oberen Atomschichten der Schicht aus einem elektrischen Material keinen Schwefel enthalten. Die in der angegebenen Anmeldung beschriebene Schicht aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Material wird aus einem galvanischen Bad gebildet, das im wesentlichen keine Sulfationen enthält. Außerdem beschreibt die angegebene Patentanmeldung ein galvanisches Bad, das im wesentlichen keine Sulfat- bzw. Chloridionen enthält und das eine Schicht aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Material erzeugt, die im wesentlichen ununterbrochen ist, keine Vertiefungen enthält und eine verbesserte Abziehfestigkeit, eine verbesserte Widerstandsänderung mit der Zeit, einen verbesserten Widerstands-Temperaturkoeffizienten und verbessertes Stromrauschen besitzt.
  • Die Patentschrift Nr. DE-A-3 321 900 offenbart ein Schaltungsplattensubstrat, welches eine elektrisch isolierende Schicht, eine einen Widerstand bildende Schicht und eine Schicht aus einem hochgradig leitfähigen Material einschließt. Die einen elektrischen Widerstand bildende Schicht schließt eine nickelhaltige Legierung ein und weist einen hohen Schichtwiderstandswert auf. Die einen Widerstand bildende Schicht wird galvanisch auf eine aktivierte leitfähige Schicht abgeschieden.
  • Obgleich es sich gezeigt hat, daß aus bisherigen Schaltungsplattenmaterialien und daraus gebildeten Schaltungsplatten nützliche Produkte hervorgehen, ist es doch wünschenswert, bestimmte Aspekte des Ausgangsmaterials für Schaltungsplatten zu verbessern und die Art der Produkte, die daraus hergestellt werden können, zu erweitern. Auf dieses Ziel und auf andere ist die vorliegende Erfindung ausgerichtet.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die wie in Anspruch 1 definierte vorliegende Erfindung ein Schaltungsplattenmaterial, das eine Trägerschicht umfaßt mit einer an einer ihrer Oberflächen haftenden einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht mit einer an einer ihrer Oberflächen haftenden leitfähigen Schicht. Die einen elektrischen Widerstand bildende Schicht des Schaltungsplattenmaterials der vorliegenden Erfindung besitzt eine Resistivität von mehr als etwa 500 Ohm pro Quadrat.
  • Das Schaltungsplattenmaterial der vorliegenden Erfindung wird durch das wie in Anspruch 8 definierte Verfahren dadurch gebildet, daß die leitfähige Schicht aktiviert wird, um eine galvanische Abscheidung der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht auf die leitfähige Schicht derart zu ermöglichen, daß die einen elektrischen Widerstand bildende Schicht eine Resistivität von mehr als etwa 500 Ohm pro Quadrat besitzt. Das Aktivieren der leitfähigen Schicht wird dadurch erreicht, daß die leitfähige Schicht mit einem Aktivierungsmittel behandelt wird, welches auf der Oberfläche der leitfähigen Schicht einen chemischen Komplex bildet, der ohne Begrenzung Benzotriazol bzw. Elektrolytchromat einschließt.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die wie in Anspruch 22 definierte vorliegende Erfindung den Gebrauch eines galvanischen Bades, das zur Verwendung bei Umgebungstemperaturen geeignet ist und das besonders gut angepaßt ist für einen Gebrauch bei der reproduzierbaren Bildung einer einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht mit einer Resistivität von mehr als etwa 500 Ohm pro Quadrat. Das galvanische Bad der vorliegenden Erfindung umfaßt Nickelhypophosphit in einer Konzentration von mindestens etwa einer Molarität (M/1) von 0,25.
  • Es hat sich gezeigt, daß das galvanische Bad der vorliegenden Erfindung ein Schaltungsplattenmaterial mit neuen Herstellungseigenschaften erzeugt. Beispielsweise können die einen elektrischen Widerstand bildende Schicht und die leitfähige Schicht in einem einzigen Ätzschritt unter Verwendung eines bekannten Kupferätzmittels selektiv von der Trägerschicht entfernt werden.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Die folgende Beschreibung repräsentiert die beste zur Zeit in Betracht gezogene Art und Weise, die Erfindung auszuführen. Diese Beschreibung erfolgt zum Zwecke der Darstellung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung und ist nicht in einem begrenzenden Sinn zu verstehen. Der Rahmen der Erfindung läßt sich am besten anhand der beigefügten Ansprüche bestimmen.
  • Gemäß einem Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Schaltungsplattenmaterial mit einem elektrischen Widerstand von mehr als etwa 500 Ohm pro Quadrat und auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Materials. Im allgemeinen besitzt das Schaltungsplattenmaterial der vorliegenden Erfindung drei Schichten: eine Trägerschicht, eine einen elektrischen Widerstand bildende Schicht und eine leitfähige Schicht. Zwar sind drei Schichten typisch, jedoch liegen mehr als drei Schichten innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltungsplattenmaterial, das eine einen elektrischen Widerstand bildende Schicht mit einem Widerstand von inehr als etwa 500 Ohm pro Quadrat besitzt. Bekannte einen elektrischen Widerstand bildende Schichten besitzen im allgemeinen einen Widerstand von etwa 5 bis etwa 200 Ohm pro Quadrat.
  • Fachleuten ist es bekannt, daß der Widerstand der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht eines Schaltungsplattenmaterials sowohl von der Dicke der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht als auch von der Resistivität des darin verwendeten Materials abhängt. Mit einer Abnahme der Dicke der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht steigt der Widerstand dieser Schicht. Dieser Effekt kann durch die Verwendung eines Materials mit einer vergleichsweise höheren Resistivität verstärkt werden. Nichtsdestotrotz ist die Anmelderin der Auffassung, daß Schaltungsplatten nach dem Stand der Technik den hohen Widerstand des Schaltungsplattenmaterials der vorliegenden Erfindung nicht erreicht haben.
  • Verfahren nach dem Stand der Technik zum Bilden von Schaltungsplattenmaterial sind unbefriedigend zur Herstellung einer Schicht aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Material mit einer Kombination aus Resistivität und Schichtdicke, die eine einen großen Widerstand bildende Schicht erzeugt und doch ausreichende konstruktive Festigkeit besitzt, um der mit der Formung in erwunschte Schaltungsplatten verbundenen Belastung zu widerstehen.
  • Die Anmelderin hat herausgefunden, daß es durch die Verwendung einer leitfähigen Schicht, die mit einem Aktivierungsmittel behandelt wurde, um die Oberfläche der leitfähigen Schicht zu aktivieren, möglich ist, an der aktivierten leitfähigen Schicht haftende einen elektrischen Widerstand bildende Schichten herzustellen, die dünn sind und einen Widerstand von mehr als etwa 500 Ohm pro Quadrat besitzen und die auch die nötige konstruktive Intaktheit besitzen, um mehrfachen Ätzvorgängen zu widerstehen.
  • Fachleuten ist es bekannt, daß Schaltungsplattenmaterialien im allgemeinen dadurch hergestellt werden, daß eine einen elektrischen Widerstand bildende Schicht auf eine leitfähige Schicht galvanisch abgeschieden wird und nachfolgend diese Zweischichtenstruktur haftend an einer Trägerschicht angebracht wird.
  • Das Aktivierungsmittel der vorliegenden Erfindung kann entweder so wirken, daß es die Haftung zwischen der leitfähigen Schicht und der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht erhöht, oder so, daß es eine Disproportionierung des galvanisch abgeschiedenen Materials erzwingt und dadurch die Resistivität der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht ändert. Wenn die Haftung zwischen der leitfähigen Schicht und der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht erhöht ist, könnten dünnere Schichten des einen elektrischen Widerstand bildenden Materials auf die leitfähige Schicht galvanisch abgeschieden werden und doch während eines Ätzvorgangs den wünschenswerten Grad konstruktiver Intaktheit beibehalten. Wenn man die Disproportionierung des galvanisch abgeschiedenen Materials erzwingt, um ein Material mit einer höheren Resistivität abzuscheiden, sollte eine daraus gebildete Schaltungsplatte einen größeren Widerstand besitzen.
  • Zu geeigneten Aktivierungsmitteln zählen jegliche Mittel, die dazu in der Lage sind, die beschriebene Funktion der Aktivierung der Oberfläche der leitfähigen Schicht so auszuführen, daß eine einen elektrischen Widerstand bildende Schicht mit einem Widerstand von mehr als etwa 500 Ohm pro Quadrat auf die leitfähige Schicht galvanisch abgeschieden und unter Beibehaltung der nötigen konstruktiven Intaktheit nachfolgenden Ätzvorgängen ausgesetzt werden kann.
  • Beispiele geeigneter Aktivierungsmittel sind Benzotriazol, Tolyltriazol, Mercaptobenzothiazol, Chromate, Mischungen davon und ähnliche Zusammensetzungen, die dazu in der Lage sind, auf der Oberfläche der leitfähigen Schicht einen chemischen Komplex zu bilden, z.B. durch Chemisorption.
  • Das die Oberfläche aktivierende Mittel wird in einer Menge und auf eine Art und Weise auf die leitfähige Schicht aufgebracht, die dafür ausreichen, das gewünschte Ziel zu erreichen. Ein Beispiel eines Verfahrens, das für die Aufbringung des Aktivierungsmittels auf die leitfähige Schicht geeignet ist, besteht darin, eine wäßrige Lösung des Aktivierungsmittels (wie zum Beispiel Benzotriazol) zu bilden und die leitfähige Schicht mit der wäßrigen Lösung zu überziehen bzw. sie darin einzutauchen.
  • In einigen Fällen ist es wünschenswert, die Schicht aus leitfähigem Material vorzubehandeln, um vor der Aufbringung des Aktivierungmittels eine saubere Oberfläche zu gewährleisten. Ein bevorzugtes Verfahren, das zum Ausführen dieses Vorbehandlungs-Säuberungsvorgangs geeignet ist, besteht darin, die leitfähige Schicht vor der Aktivierung in Salzsäurelösung (50 Volumenprozent HCl) einzutauchen.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem das Aktivierungsmittel Benzotriazol ist, hat es sich als wünschenswert erwiesen, eine wäßrige Benzotriazollösung herzustellen mit etwa 50 bis etwa 1500 ppm, wünschenswert etwa 100 bis etwa 1000 ppm und günstigerweise etwa 500 bis etwa 1000 ppm Benzotriazol. Die leitfähige Schicht wird dann zumindest auf einer Seite mit der Benzotriazollösung überzogen. Die Anmelderin hat herausgefunden, daß dies zweckmäßigerweise dadurch erreicht werden kann, daß die leitfähige Schicht in die Benzotriazollösung eingetaucht wird.
  • Wenn das Aktivierungsmittel in einer wäßrigen Lösung im Umfang von etwa 1000 ppm vorhandenes Benzotriazol umfaßt und die leitfähige Schicht aus Kupfermetall besteht, hat es sich zur Herstellung des Schaltungsplattenmaterials der vorliegenden Erfindung als ausreichend erwiesen, die Benzotriazollösung die Oberfläche der leitfähigen Schicht über eine Zeitdauer von etwa 30 Sekunden vollständig benetzen zu lassen.
  • Nach der Aktivierung der leitfähigen Schicht durch das Aktivierungsmittel der vorliegenden Erfindung wird die Schicht aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Material gemäß nach dem Stand der Technik bekannter Verfahren darauf abgeschieden. Zwar ist die Ahmelderin der Auffassung, daß Verfahren zur galvanischen Abscheidung auf die Schicht aus einem leitfähigen Material der Schicht aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Material nach dem Stand der Technik im allgemeinen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, jedoch hat die Anmelderin herausgefunden, daß ein besonders bevorzugtes Schaltungsplattenmaterial mittels des Gebrauchs eines neuen galvanischen Bades hergestellt werden kann.
  • Zur Abscheidung mit Widerstand behafteter Uberzüge verwendete galvanische Bäder arbeiten typischerweise bei einer deutlich höheren Temperatur als Raumtemperatur, d.h. bei einer Temperatur von über 38ºC (100ºF). Tatsächlich arbeiten die meisten der bisher dafür verwendeten Bäder, Überzüge aus mit Widerstand behafteten Legierungen abzuscheiden, bei einer Temperatur von 65ºC (150ºF) bis etwa 100ºC (212ºF). Bei bekannten Verfahren ist die Dicke der galvanisch abgeschiedenen einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht, die auf die leitfähige Schicht abgeschieden ist, eine Funktion der Galvanisierleistung, die wiederum eine Funktion der Temperatur ist. Das heißt, daß mit steigender Temperatur des galvanischen Bades die Galvanisierleistung ansteigt, wodurch eine Abnahme des sich ergebenden Schichtwiderstandes hervorgerufen wird. Aufgrund der Schwierigkeit der Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Temperaturprofils während des Galvanisiervorgangs ist es wünschenswert, ein galvanisches Bad herzustellen, das relativ unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen ist. Die Anmelderin hat ein solches galvanisches Bad entwickelt.
  • Das galvanische Bad der vorliegenden Erfindung umfaßt eine wäßrige Hypophosphitionen-Lösung, insbesondere mit aus Nickelhypophosphit (Ni(H&sub2;PO&sub2;)&sub2;) gebildeten Hypophosphitionen. Nickelhypophosphit wird leicht durch die Umsetzung von Nickelcarbonat (NiCO&sub3;) mit Hypophosphorsaure (H&sub3;PO&sub2;) hergestellt. Das heißt, daß für eine galvanische Abscheidung einer einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht aus Nickel/Phosphor auf eine leitfähige Schicht geeignetes Nickelhypophosphit dadurch hergestellt wird, daß mit einer begrenzten Menge an Wasser eine wäßrige Lösung aus etwa einem halben Mol Nickelcarbonat und einem Mol Hypophosphorsäure gebildet wird, wodurch ein kristallines Reaktionsprodukt erzeugt wird, das sich bei Verdünnung mit Wasser auf eine Konzentration von etwa 0.67 Mol pro Liter vollständig auflöst. Die Anmelderin glaubt, ohne zu beabsichtigen, die vorliegende Erfindung zu begrenzen, daß die Reaktion gemäß der folgenden Formel abläuft:
  • NiCO&sub3; + 2H&sub3;PO&sub2; = Ni(H&sub2;PO)&sub2; + CO&sub2; + H&sub2;O
  • Alternativ kann ein galvanisches Bad, das aus Nickelhypophosphit gebildete Hypophosphitionen enthält, durch die Umsetzung von Nickelchlorid (NiCl&sub2;) mit Natriumhypophosphit (NaH&sub2;PO&sub2;) hergestellt werden. Es wird angenommen, daß die Reaktionsgleichung wie folgt ist:
  • NiCl&sub2; + 2NaH&sub2;PO&sub2; = Ni(H&sub2;PO&sub2;) + 2NaCl
  • Nichtsdestotrotz wird vorzugsweise ein aus Nickelcarbonat und Hypophosphorsäure mit Nickelhypophosphit als einem Reaktionsprodukt gebildetes galvanisches Bad verwendet, da die Reaktion Kohlendioxid und Wasser als Nebenprodukte erzeugt; wohingegen ein aus von Nickelchlorid und Natriumhypophosphit erzeugtem Nickelhypophosphit gebildetes galvanisches Bad oft Natriumchlorid als ein Nebenprodukt erzeugt, welches entfernt werden muß, um einen unerwünschten in einem kontinuierlichen Vorgang mit der Zeit erfolgenden Konzentrationsanstieg zu verhindern.
  • Es hat sich gezeigt, daß ein galvanisches Bad, welches aus Nickelhypophospit gebildete Hypophosphitionen umfaßt, bei Temperaturen von etwa 20º bis 50ºC betriebsfähig ist. Häufig ist es wünschenswert, die Bäder der vorliegenden Erfindung bei Raumtemperatur (20º bis 25ºC) zu betreiben. Solche Bäder sind praktisch temperaturunempfindlich. Außerdem hat es sich gezeigt, daß ein solches galvanisches Bad für den Gebrauch in der vorliegenden Erfindung besonders wirksam dafür ist, eine Schicht aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Nickel/Phosphor-Material auf eine aktivierte leitfähige Schicht galvanisch abzuscheiden. Die bevorzugte Schicht aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Nickel/Phosphor- Material umfaßt etwa 10-50 Gewichtsprozent Phosphor, am meisten bevorzugt 30-50 Gewichtsprozent Phosphor.
  • Wie oben dargelegt, kann das Aktivierungsmittel dazu dienen, die Disproportionierung des auf die leitfähige Schicht galvanisch abgeschiedenen Materials als eine einen elektrischen Widerstand bildende Schicht zu erzwingen. Bei Verwendung des Nickelhypophosphitbades kann das Aktivierungsmittel zum Beispiel erzwingen, daß eine höhere Phosphorkonzentration auf die leitfähige Schicht abgeschieden wird. Das heißt, wenn das Nickelhypophosphitbad Nickel/Phosphor (85/15 Gewichtsprozent) auf eine nichtaktivierte leitfähige Schicht abscheidet, dann kann dasselbe Bad Nickel/Phosphor (50/50) auf eine aktivierte leitfähige Schicht abscheiden.
  • Da ein Nickel/Phosphor-(50/50)-Material eine größere Resistivität als ein Nickel/Phosphor-(85/15)-Material besitzt, kann der größere Widerstand des Schaltungsplattenmaterials der vorliegenden Erfindung auf diese Art und Weise erreicht werden. Wahrscheinlich wirkt das Aktivierungsmittel in einigen Fällen so, daß es eine dünnere Niederschlagung von Material mit höherer Resistivität, welches durch disproportionierte galvanische Abscheidung gebildet wird, ermöglicht.
  • Die Anmelderin hat überraschend herausgefunden, daß gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Schaltungsplattenmaterialien bestimmte physikalische Eigenschaften besitzen, die sie von Schaltungsplattenmaterialien gemäß dem Stand der Technik unterscheiden und sie in eine für die Verwendung wünschenswertere Form bringen. Insbesondere ist bei Schaltungsplattenmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung lediglich ein zweistufiger Ätzvorgang erforderlich, um Schaltungsplatten daraus herzustellen.
  • In der Vergangenheit wurde Ausgangsmaterial für Schaltungsplatten mithilfe eines komplizierten Verfahrens in Schaltungsplatten umgewandelt. Im einzelnen wurde die Oberfläche der leitfähigen Schicht des Materials mit einem Photoresistmittel beschichtet, das durch ein Photonegativ belichtet wurde, welches die vereinigten Leiter- und Widerstandsmuster enthielt. Das belichtete Photoresist wurde entwickelt, mit dem Ergebnis, daß das zusammengesetzte Widerstands/Leiter-Muster geschützt war. Das belichtete Kupfer wurde mit einem üblichen Kupferätzmittel geätzt. Das Schaltungsplattenmaterial wurde in Wasser gespült und in ein zweites selektives Ätzmittel eingetaucht, bis die belichtete Widerstandsschicht entfernt war. Das restliche Photoresist wurde abgezogen und die Tafel wurde erneut mit einem Photoresist beschichtet und belichtet, um das Leitermuster zu schützen. Das belichtete Photoresist wurde entwickelt und die Tafel wurde in einem selektiven Ätzmittel geätzt, bis das freiliegende Kupfer entfernt war. Das Schaltungsplattenmaterial wurde erneut gespült, das restliche Photoresist wurde abgezogen, und die Platte wurde getrocknet. An dieser Stelle waren die leitfähigen und die mit einem Widerstand behafteten Elemente definiert und standen in elektrischem Kontakt untereinander.
  • Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, beinhalten bekannte Verfahren zur Umwandlung von Material für gedruckte Schaltungsplatten in gedruckte Schaltungsplatten drei getrennte Ätzvorgänge.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind bei Schaltungsplattenmaterialien nur zwei getrennte Ätzschritte erforderlich, um das Schaltungsplattenmaterial in gebrauchsfertige Schaltungsplatten umzuwandeln. Im einzelnen wird das Schaltungsplattenmaterial der vorliegenden Erfindung auf der leitfähigen Schicht mit einem Photoresist beschichtet, das dann durch ein Photonegativ belichtet wird, welches die vereinigten Leiter- und Widerstandsmuster enthält. Das belichtete Photoresist wird entwickelt, mit dem Ergebnis, daß das zusammengesetzte Widerstands/Leiter-Muster geschützt ist. Mithilfe eines einzigen Ätzvorgangs werden die belichtete leitfähige Schicht und die darunter befindliche einen elektrischen Widerstand bildende Schicht entfernt. Als dasjenige Ätzmittel, das dafür verwendet wird, sowohl die leitfähige Schicht als auch die einen elektrischen Widerstand bildende Schicht zu entfernen, ist das gleiche Ätzmittel geeignet, das normalerweise dafür verwendet wird, lediglich die Schicht aus einem leitfähigen Material zu entfernen. Da die Schicht aus einem leitfähigen Material herkömmlich Kupfer umfaßt, werden übliche Kupferätzmittel zweckmäßig dafür verwendet, sowohl die Schicht aus einem leitfähigen Material als auch die Schicht der vorliegenden Erfindung aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Material zu entfernen.
  • Nach diesem ersten Ätzschritt wird das restliche Photoresist abgezogen und die Tafel wird erneut mit einem Photoresist beschichtet und belichtet, um das Leitermuster zu schützen. Das belichtete Photoresist wird entwickelt und die Tafel wird in einen selektiven Ätzmittel geätzt, das für eine Entfernung der Schicht aus einem leitfähigen Material geeignet ist, bis die leitfähige Schicht entfernt ist. Fachleute werden die bedeutenden Herstellungsvorteile erkennen, die durch die Ausschaltung des getrennten Ätzschrittes zur Entfernung der Schicht aus einem einen elektrischen Widerstand bildenden Material erreicht werden können.
  • Beispielhaft für übliche Kupferätzmittel zur Verwendung bei der Entfernung sowohl der leitfähigen Schicht als auch der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht sind die in der Industrie gemeinhin eingesetzten Mittel einschließlich alkalischer und acider Ätzmittel, wie zum Beispiel Persulfate, schwefelsaures Peroxid und Ätzmittel auf Chloridbasis, wie zum Beispiel Eisen(III)-chlorid und Kupfer(II)-chlorid. Das bevorzugte übliche Kupferätzmittel ist Kupfer(II)-chlorid. Das bevorzugte selektive Ätzmittel zur Entfernung von Kupfer aus der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht ist Chromsäure.
  • Materialien, die zur Verwendung als die leitfähige Schicht geeignet sind, sind Fachleuten bekannt. Das bevorzugte Material zur Verwendung als die leitfähige Schicht ist Kupfer oder eine Kupferlegierung.
  • Ähnlich sind Fachleuten Materialien bekannt, die zur Verwendung als die Trägerschicht geeignet sind. Die Trägerschicht sollte im allgemeinen nichtleitend sein. Beispiele für Materialien, die dafür geeignet sind, als Trägerschichten verwendet zu werden, sind organische polymere Materialien, verstärkte Epoxidharze und andere verstärkte polymere Verbundstoffe.
  • Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung illustrieren und sind nicht so zu interpretieren, daß sie die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen und der Beschreibung dargelegt ist, beschränken.
    • BEISPIELE
  • In den folgenden Beispielen wird ein diskontinuierliches Verfahren eingesetzt, wobei die Galvanisierzelle gleich bleibt. In der Galvanisierzelle wird zur Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Badzusammensetzung durch eine Umlaufpumpe für eine leichte Turbulenz gesorgt. Bei der verwendeten Kathode handelt es sich um 28,35 g (eine Unze) galvanisch abgeschiedener Kupferfolie, die auf der matten Seite galvanisch behandelt ist. Die glänzende bzw. die Trommelseite der Folie wird von einer gummibeschichteten Trägerbefestigung überdeckt. Die Größe der Kathode beträgt 292 mm (11,5 inch) mal 362 mm (14,25 inch). Die Anode besteht aus platinplattiertem Niob, bei einem Verhältnis von Anode zu Kathode von 1,3:1. Bevor die Kupferfolie in die Galvanisierzelle gelangt, wird sie für eine Minute in eine wäßrige Salzsäurelösung (gleiches Volumen) eingetaucht. Dann wird die Kupferfolie für dreißig Sekunden durch eine aktivierende Lösung geführt, welche eine wäßrige Benzotriazollösung umfaßt, bevor sie durch die Galvanisierzelle gelangt. Die Trägerschicht ist ein verstärktes Epoxidharz.
    • BEISPIEL 1
  • Es wird ein Galvanisierbad gebildet, welches 0,5 Mol pro Liter Nickelhypophosphit umfaßt. Das Galvanisierbad wird hergestellt, indem 20 Mol Nickelcarbonat (2508 Gramm basischen Nickelcarbonats, NiCO&sub3; 2Ni(OH)&sub2; 4H&sub2;O, Molgew. 376,24) mit 40 Mol Hypophosphorsäure (8,6 Liter 50%iges H&sub3;PO&sub2; bei 9,3 M/l, verdünnt mit einem gleichen Volumen an Wasser) reagiert wird und nachfolgend das Reaktionsprodukt auf 40 Liter verdünnt wird. Die Temperatur des Galvanisierbades beträgt nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur 23ºC, die Stromstärke beträgt 10 Ampere, und die Verweildauer im Galvanisierbad beträgt 30 Sekunden. Der Widerstand des galvanisch behandelten Materials wird in Tabelle 1 als eine Funktion der Benzotriazolkonzentration dargestellt, die von 0 bis auf 100 ppm variiert wird. Tabelle 1 Benzotriazolkonzentration, ppm Resistivität RS, Ohm pro Quadrat
  • Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, steht der Widerstand des galvanisch behandelten Materials in unmittelbarer Beziehung zur Konzentration des Benzotriazols.
    • BEISPIEL 2
  • Die Vorgehensweise aus Beispiel 1 wird wiederholt unter Verwendung des gleichen Galvanisierbades wie dem in Beispiel 1 verwendeten, einer Benzotriazolkonzentration von 1000 ppm, einer Verweildauer im Galvanisierbad von 30 Sekunden und einer Galvanisierbadtemperatur von 26ºC. Die Stromstärke wird jedoch zwischen etwa 5 Ampere und 20 Ampere variiert. Die Wirkung der Variierung der Stromstärke auf den Widerstand ist in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 I, AMPERE RS, OHM/QUADRAT DICKE, Å I = Stromstärke in Ampere Rs = Schichtresistivitat, Ohm pro Quadrat Å = Dicke in Ångstrom, mittels Röntgenfluoreszens ermittelt
  • Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, fällt mit steigender Stromstärke der Widerstand des sich ergebenden abgeschiedenen Materials ab.
    • BEISPIEL 3
  • Die Vorgehensweise aus Beispiel 2 wird wiederholt unter Verwendung der gleichen Bedingungen, abgesehen von der Verwendung von Benzotriazol (0 ppm). Die Wirkung der Stromstärke auf den Widerstand ist in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3 I, AMPERE RS, OHM/QUADRAT I = Stromstärke in Ampere Rs = Schichtresistivitat, Ohm pro Quadrat
  • Ein Vergleich der Tabellen 2 und 3 zeigt die Wirkung einer Vorbehandlung mit einem Oberflächen-Aktivierungsmittel. Zum Beispiel erzeugt eine Vorbehandlung mit Benzotriazol (1000 ppm) bei einer höheren Stromdichte (20 Ampere) eine Schichtresistivität von 105; ohne die Vorbehandlung wird eine Schichtresistivität von 24,5 erzeugt. Das Verhältnis der Resistivitäten ist somit etwa 4:1 (105:24,5). Bei einer niedrigeren Stromdichte (5 Ampere) erzeugt eine Vorbehandlung mit Benzotriazol (1000 ppm) eine Schichtresistivität von 443.485; ohne die Vorbehandlung wird eine Schicht mit einer Resistivität von 420 erzeugt. Bei einer niedrigen Stromdichte ist das Verhältnis der Resistivitäten somit etwa 1000:1.
  • Das Bad der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, mit einem Widerstand behaftete dünne Schichten mit Resistivitäten von etwa 10 Ohm/Quadrat bis etwa 1 Megaohm/Quadrat (1.000.000 Ohm/Quadrat) zu erzeugen.

Claims (24)

1. Schaltungsplattenmaterial, das folgendes umfaßt: eine Trägerschicht;
mindestens eine einen elektrischen Widerstand bildende Schicht, die an der Trägerschicht haftet, wobei die einen Widerstand bildende Schicht eine Nickel-Phosphor- Zusammensetzung und einen elektrischen Widerstand von mindestens 500 Ohm pro Quadrat besitzt; und
eine leitfähige Schicht, die an der einen Widerstand bildenden Schicht haftet; worin auf die leitfähige Schicht ein Aktivierungsmittel aufgetragen worden ist, das auf der Oberfläche der leitfähigen Schicht einen chemischen Komplex gebildet hat, bevor die einen Widerstand bildende Schicht auf die leitfähige Schicht aufgebracht wurde.
2. Schaltungsplattenmaterial von Anspruch 1, worin die einen Wiederstand bildende Schicht einen elektrischen Widerstand von mindestens 1000 Ohm pro Quadrat besitzt.
3. Schaltungsplattemnaterial nach Anspruch 1 oder 2, worin sowohl die einen elektrischen Widerstand bildende Schicht als auch die leitfähige Schicht durch ein einziges Kupferätzmittel entfernbar sind.
4. Schaltungsplattenmaterial nach Anspruch 3, worin die leitfähige Schicht Kupfermetall umfaßt.
5. Schaltungsplattenmaterial nach Anspruch 3 oder 4, worin die einen elektrischen Widerstand bildende Schicht von ungefähr 10 bis ungefähr 50 Gew.-% Phosphor umfaßt.
6. Schaltungsplattenmaterial nach Anspruch 3, 4 oder 5, worin das Kupferätzmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Eisen(III)-chlorid, Kupfer(II)-chlorid, schwefelsaurem Peroxid, Persulfaten und ammoniakhaltigen alkalischen Ätzmitteln besteht.
7. Schaltungsplattenmaterial nach Anspruch 6, worin das Kupferätzmittel Chromsäure ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsplattenmaterials, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Bereitstellung einer leitfähigen Schicht;
Aktivieren der leitfähigen Schicht mit einem Aktivierungsmittel, das auf der Oberfläche der leitfähigen Schicht einen chemischen Komplex bildet;
galvanisches Abscheiden einer einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht auf die aktivierte leitfähige Schicht; und
Haften der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht an einer Trägerschicht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, worin die leitfähige Schicht Kupfermetall umfaßt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, worin die leitfähige Schicht durch Kontaktieren der leitfähigen Schicht mit einer Verbindung aktiviert wird, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Benzotriazol, Tolyltriazol, Mercaptobenzothiazol, Chromat und Mischungen davon besteht.
11. Verfahren nach Anspruch 10, worin die leitfähige Schicht durch Kontaktieren der leitfähigen Schicht mit Benzotriazol aktiviert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, worin die leitfähige Schicht durch Eintauchen der leitfähigen Schicht in eine wäßrige Benzotriazollösung aktiviert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, worin das Benzotriazol in der wäßrigen Lösung in einer Konzentration von ungefähr 100 bis ungefähr 1000 ppm vorliegt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, worin die einen elektrischen Widerstand bildende Schicht aus einem galvanischen Bad, das mindestens 0,5 Mol pro Liter Hypophosphitionen umfaßt, auf die aktivierte leitfähige Schicht galvanisch abgeschieden wird.
15. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, worin die leitfähige Schicht durch Kontaktieren der leitfähigen Schicht mit einer Azollösung aktiviert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, worin die einen elektrischen Widerstand bildende Schicht von ungefähr 10 bis ungefahr 50 Gew.-% Phosphor umfaßt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, worin die einen elektrischen Widerstand bildende Schicht ungefähr 30 bis ungefähr 50 Gew.-% Phosphor umfaßt.
18. Verfahren nach Anspruch 9, worin die einen elektrischen Widerstand bildende Schicht, die an der Trägerschicht haftet, zu einem vorbestimmten Muster geformt ist; und
die leitfähige Schicht, die an der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht haftet, zu einem vorbestimmten Muster geformt ist;
worin die vorbestimmten Muster durch selektives Entfernen von Abschnitten der leitfähigen Schicht und der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht in einem einzigen Ätzschritt mit einem Kupferätzmittel geformt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, worin das Kupferätzmittel aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Eisen(III)-chlorid, Kupfer(II)-chlorid, schwefelsaurem Peroxid, Persulfaten und ammoniakhaltigen alkalischen Ätzmitteln besteht.
20. Verfahren nach Anspruch 18, worin das Kupferätzmittel Chromsäure ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, worin eine Nickel-Phosphor-Zusammensetzung in einem Bad mit mindestens 0,25 M Nickelhypophosphit zur Bildung der einen elektrischen Widerstand bildenden Schicht auf die leitfähige Schicht galvanisch abgeschieden wird.
22. Gebrauch eines galvanischen Bades im Verfahren von Anspruch 8, das mindestens ungefähr 0,25 Mol pro Liter Nickelhypophosphit umfaßt, worin das galvanische Bad zur Bildung erwünschter galvanischer Metallabscheidungen bei Temperaturen im Bereich von ungefähr 20 bis 50ºC in der Lage ist.
23. Gebrauch eines galvanischen Bades nach Anspruch 22, worin das Nickelhypophosphit durch die Umsetzung von Nickelcarbonat und Hypophosphorsäure gebildet wird.
24. Gebrauch eines galvanischen Bades nach Anspruch 22, worin das Nickelhypophosphit durch die Umsetzung von Nickelchlorid und Natriumhypophosphit gebildet wird.
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