DE2655997A1

DE2655997A1 - Verfahren zur herstellung von schaltkarten mit gedruckten leiterzuegen

Info

Publication number: DE2655997A1
Application number: DE19762655997
Authority: DE
Inventors: Joseph George Cutillo; Kenneth James Varker
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-01-21
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1977-07-28
Also published as: JPS5290069A

Description

Verfahren zur Herstellung von Schaltkarten mit gedruckten Leiter-
zügen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schaltkarten mit gedruckten Leiterzügen und insbesondere auf ein verbessertes Verfahren zum additiven Plattieren der Leiterzüge.
Schaltkarten mit gedruckten Leiterzügen wurden traditionell hergestellt unter Verwendung eines subtraktiven Verfahrens, bei dem eine Kupferfolie auf ein geeignetes Substrat auflaminiert wurde, ein Photolack auf die Kupferfolie aufgebracht wurde, der belichtet und entwickelt wurde, um das gewünschte Muster der Leiterzüge zu erzeugen, worauf das unerwünschte Kupfer von der Oberfläche der Karte weggeätzt wurde und das gewünschte Leiterzugsmuster übrig blieb. Dieses Verfahren arbeitet ganz zufriedenstellend, solange die Breite der geätzten Kupferleitungen bedeutend größer als die Dicke des auf die Schaltkarte auflaminierten Kupfermaterials war. Der Grund dafür besteht darin, daß bei dem das Muster der Leiterzüge definierenden Ätzvorgang das Ätzmittel nicht nur nach unten, sondern auch nach den Seiten hin ätzt. Wenn daher die Breite eines Leiterzuges kleiner wird und sich sehr dicht der Dicke der Kupferfolie auf der Oberfläche der Schaltkarte nähert, wird das seitliche Unterschneiden, daß dem subtraktiven Verfahren innewohnt, ein ernsthafter Nachteil und begrenzt in der Tat die minimale Breite, die zuverlässig mit dem subtraktiven Verfahren erzeugt werden kann.
Wenn beispielsweise bei einem subtraktiven Verfahren eine 50 p dicke Kupferfolie benutzt wird, und die seitlich gerichtete Erosion der nach unten gerichteten sich nähert, dann tritt aufgrund der seitlich gerichteten Erosion ein 50 P betragendes Unterschneiden auf jeder Seite eines gedruckten Leiterzuges auf. Um daher auf der Oberfläche der Schaltkarte Leiterzüge zu erzeugen, deren Breite sich dem Wert 100 p nähert, ist es notwendig in dem Photolackbild die während des Ätzens auftretenden Breitenverluste zu kompensieren und die resultierenden Leiterzüge besitzen einen trapezförmigen Querschnitt.
Mit dem Aufkommen zunehmender Bedürfnisse nach einer Technologie für dünne Leiterzüge wurden eine Reihe von additiven Plattierungsverfahren bei den Versuch entwickelt, die oben beschriebene Begrenzung des subtraktiven Verfahrens zu überwinden. Das Hauptproblem jedoch, dem man bei der Implementierung der verschiedenen additiven Verfahren begegnete, besteht darin eine feste, zuverlässige Bindung zwischen den additiv plattierten Leiterzügen und dem Substrat der Schaltkarte herzustellen. Bei der Benutzung eines subtraktiven Verfahrens ist das kein Problem, da die aus dem Laminieren der Kupferfolie auf das die Schaltkarte bildende Substrat resultierende Bindung eine sehr starke Bindung ist.
Ein Verfahren zur Verbesserung der Adhäsion zwischen den additiv plattierten Leiterzügen und dem Substrat ist in dem US-Patent 3 808 028 beschrieben, Dieses Patent lehrt die Verwendung einer Lösung, um die Oberfläche des Substrates aufzuquellen und anschließend die Oberfläche mit einer Säure zu ätzen, um eine rauhe Oberfläche zu erhalten und eine bessere Bindung zwischen der Oberfläche der Schaltkarte und einem nachfolgend additiv plattierten Metall zu erleichtern. Während dieses Verfahren zugegebenermaßen für die gewünschte Haftung zwischen den additiv plattierten Leiterzügen und der Schaltkarte sorgt, ist es ein relativ zeitaufwendiges Verfahren und erfordert eine große Kapitalinvestition.
Es bestehen auch ernsthafte Fragen hinsichtlich der dem Verfahren eigenen Zuverlässigkeit und seiner Wiederholbarkeit. Darüberhinaus erfordern die in dem Verfahren benutzten Chemikalien wegen der ihnen innewohnenden gefährlichen Eigenschaften eine sorgfältige Behandlung und Kontrolle.
Ein anderes Verfahren zur Erhöhung der Haftung von additiv plattierten Leiterzügen ist in dem US-Patent 28 042 beschrieben. Gemäß diesem Patent wird zunächst eine Kupferfolie auf das Substrat auflaminiert und anschließend das gesamte Kupfermaterial von dem Substrat in einem Ätzbad entfernt. Im nächsten Schritt wird eine sehr dünne Kupfer- oder Nickelschicht abgeschieden, gewöhnlich auf der gesamten Oberfläche des Substrates, beispielsweise durch stromloses Plattieren. Danach werden die gewünschten Leiterzüge auf die dünne Metallschicht auf der Oberfläche der Schaltkarte additiv aufplattiert und in einem letzten Schritt wird die gesamte Schaltkarte kurzzeitig geätzt, um die anfängliche, kontinuierliche dünne und stromlos abgeschiedene Metallschicht zu entfernen. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß es viele zusätzliche Verfahrensschritte mit der ihnen innewohnenden Notwendigkeit nach zusätzlicher Verarbeitungszeit erfordert als auch eine ganz wesentliche zusätzliche Kapitalinvestition für die Ausführung des Verfahrens. Darüberhinaus ist die Zuverlässigkeit und die Wiederholbarkeit des Verfahrens fraglich, besonders dann, wenn eine hohe Auflösung und eine gute Haftung gefordert werden.
Noch ein anderes Verfahren für das Anheften einer dünnen Kupfer folie ist ein Verfahren, bei dem eine zweifache Schicht, von der die eine abgestreift wird, verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird zuerst eine dünne Kupferschicht auf einer dicken Kupferschicht befestigt. Dann werden die beiden Schichten auf das Substrat auflaminiert, wobei die dünne Kupferschicht die Substratoberfläche berührt. Die dicke, äußere Kupferschicht wird abgezogen und die dünne Kupferschicht haftet an dem Substrat. Jedoch ist dieses Verfahren sehr kostspielig wegen der Kosten für die sehr dicke Kupferschicht, die als Träger für die dünne Kupferschicht dient. Außerdem kann die dünne Kupferschicht brechen oder sonstwie beschädigt werden, wenn keine Sorgfalt bei dem Entfernen der dicken Kupferschicht angewandt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren für das additive Plattieren gedruckter Leiterzüge auf der Oberfläche von Schaltkarten anzugeben, das die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Leiter züge gelöst, das durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist: a) Verbinden einer dicken Folie aus elektrisch leitendem Material mit wenigstens einer Seite des Substrates, b) chemisches Ätzen dieser Folie auf eine minimale Dicke, c) additives Plattieren eines metallischen Leiters auf die geätzte Folie aus elektrisch leitendem Material, um das Muster der gedruckten Leiterzüge zu definieren und d) Ätzen der gesamten Oberfläche der Schaltkarte, um alle die Teile der Metallfolie, die nicht durch den metallischen Leiter bedeckt sind, zu entfernen.
Im folgenden wird die Erfindung durch die genauere Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert, von denen zeigen: Fign. 1a bis lg ein Flußdiagramm der hauptsächlichen Verfahrensschritte für die Herstellung der Schaltkarten mit gedruckten Leiterzügen gemäß der Erfindung, Fign, 2a bis 2g vertikale Schnittansichten der Entwicklung der Schaltkarte mit gedruckten Leiterzügen während diese die verschiedenen Verfahrensschritte des in Fig. 1 dargestellten Verfahrens durchläuft.
Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in dem Laminieren einer Kupferschicht 13 auf das Substrat 15 unter Verwendung üblicher Laminierungsverfahren. Das Kupfer kann beispielsweise eine Dicke von 35 p besitzen. Das Substrat kann aus Epoxyglas bestehen und seine Dicke wird bestimmt durch die Forderungen an die Schaltkarte. Im nächsten Schritt wird die gesamte Kupferschicht bis auf eine Dicke von weniger als 17 p und vorzugsweise bis auf eine Dicke von 7,5 + 5 p abgeätzt. Nachdem die gleichmäßig dünne Kupferschicht 13' erzeugt wurde, kann es erwünscht sein, irgendwelche Löcher für Durchverbindungen zu erzeugen, die für die endgültige Schaltungskonfiguration benötigt werden. Diese sind in den Zeichnungen nicht dargestellt, können aber durch Bohren, Stanzen oder irgendein anderes der bekannten Verfahren erzeugt werden. Wenn Löcher für Durchverbindungen vorgesehen werden müssen, werden sie nach ihrer Bildung in geeigneter Weise gereinigt und behandelt, um sie für das Plattieren vorzubereiten und ein Metall wie z.B. Nickel oder Kupfer wird stromlos in den Löchern abgeschieden.
Als nächstes wird, wie in den Fign. lc und 2c dargestellt ist, ein geeigneter Photolack 17 auf die gesamte Oberfläche der Schaltkarte aufgebracht, das gewünschte Leiterzugsmuster belichtet, der Photolack entwickelt und der unbenutzte Photolack von der Schaltkarte abgewaschen wie das in den Fign. ld und 2d dargestellt ist. Dadurch bleiben in dem Photolack 17 Lücken 19, 21 und 23 zurück, die die gewünschte endgültige Konfiguration der Leiterzüge darstellen. Dann wird durch Benutzung eines additiven Plattierungsverfahrens eine Kupferschicht auf der Oberfläche der Schaltkarte mit den Leiterzügen 25, 27 und 29 nach Fig. 2e gebildet, die die Lücken 19, 21 und 23 der Fig. 2d ausfüllt. Nachdem additiven Plattieren der Leiterzüge wird der restliche Photolack 17 von der Schaltkarte entfernt und es bleiben die Leiterzüge 25, 27 und 29 übrig, die auf der dünnen Kupferschicht 13 auf der Oberfläche 15 der Schaltkarte haften, wie das in Fig. 2f dargestellt ist.
Als letzter Schritt in dem Verfahren wird die gesamte Oberfläche der Schaltkarte kurzzeitig geätzt wie das in Fig. 2g dargestellt ist, um alle unerwünschten Teile der Kupferschicht 13' zu entfernen.
Daher sind die einzigen Teile der ursprünglichen dünnen Kupferschicht, die zurückbleiben, diejenigen Teile unter den Leiterzügen 25, 27 und 29.
Es kann erwünscht sein, die durch additives Plattieren hergestellten Leiterzüge vor dem Entfernen des restlichen Photolacks von der Oberfläche der Schaltkarte und vor dem kurzzeitigen Ätzen der gesamten Oberfläche der Schaltkarte mit einem Schutzüberzug zu versehen. Dies ist besonders dann erwünscht, wenn Leiterzüge mit hoher Auflösung entwickelt werden.
Bei Benutzung des beschriebenen Verfahrens gibt es wenig Unterschneiden der Leiterzüge, da im Verhältnis zu der gewünschten Leiterzugsbreite nur ein kleiner Betrag von Kupfer weggeätzt wird.
Dies erlaubt in einer zuverlässigen Art die Bildung sehr dünner Leiterzüge auf der Oberfläche einer Schaltkarte.
Beispiel 1 Die hauptsächlichen Schritte bei der Herstellung einer einseitig mit Leiterzügen versehenen Schaltkarte sind in dem Flußdiagramm der Fig. 1 dargestellt. Eine Kupferfolie 13 mit einer Dicke von etwa 35 p wird auf das Substrat 15 auflaminiert. Das erhaltene zusammengesetzte Gebilde wird in ein Bad einer Kupferchloridlösung gelegt, die die Oberfläche der Kupferschicht angreift. Es bleibt in dem Bad, bis die Dicke der Kupferschicht auf etwa 8 u reduziert ist. Die Kupferchloridlösung mit dem Kupfer darin wird aufbewahrt, um verarbeitet zu werden und eine Kupferlösung zu ergeben, die beim nachfolgenden additiven Plattieren benutzt wird.
Als nächstes wird das erwünschte Leiterzugsmuster auf der Oberfläche der verminderten Kupferschicht aufgebaut in der Form eines belichteten und entwickelten Photolackmusters, das Lücken aufweist, wo die Leiterzüge zu plattieren sind. Dann wird das Leiterzugsmuster plattiert durch Abscheiden von Kupfer in den definierten Bereichen, worauf der restliche Photolack entfernt wird. Darauf wird die gesamte Oberfläche der Schaltkarte kurzzeitig in einer Lösung von Natriumpersulfat geätzt, um die restlichen ungeschützten Teile der verkleinerten Kupferschicht zu entfernen.
Beispiel 2 Bei einem modifizierten Verfahren, daß dem nach Beispiel 1 ähnlich ist, werden Kupferfolien auf beide Seiten des Substrates aufgebracht. Nachdem die Kupferfolien in der Kupferchloridlösung verringert wurden, werden Durchverbindungslöcher zwischen den beiden Oberflächen erzeugt, die Löcher werden gereinigt und bekeimt und eine dünne stromlose Plattierung wird in den Durchverbindungslöchern vorgesehen. Danach erfolgt das additive Plattieren wie in Beispiel 1.
Beispiel 3 Bei einem gegenüber den Verfahren nach den Beispielen 1 und 2 modifizierten Verfahren werden vor dem Entfernen des restlichen Photolacks vor dem kurzzeitigen Ätzen die additiv plattierten Oberflächen der Leiterzüge mit einer im Tauchverfahren aufgebrachten Zinnschicht bedeckt, um diese Oberflächen während des kurzzeitigen Ätzens mit der Natriumpersulfatlösung zu schützen. Nach dem kurzzeitigen Ätzen kann das im Tauchverfahren aufgebrachte Zinn mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden.
Andere Modifikationen und Änderungen die beispielsweise durch Entwurfsüberlegungen oder durch Bevorzugen bestimmter Materialien diktiert sind, können von Fachleuten leicht durchgeführt werden.
Bei dem anfänglichen Ätzen der Kupferfolie kann Eisenchlorid, Ammoniumpersulfat, Natriumpersulfat oder irgendein anderes handelsübliches Ätzmittel, das das Substrat nicht angreift, anstelle von Kupferchlorid verwendet werden. Bei dem kurzzeitigen Ätzschritt kann eine Ammoniumpersulfatlösung anstelle einer Natriumpersulfatlösung verwendet werden. Einige der Photolacke, die für die Verwendung in dem Verfahren gemäß der Erfindung gut geeignet sind, ist die Gruppe der Photolacke, die als mit additiven Verfahren verträglich bekannt sind. Im allgemeinen müssen die verschiedenen in dem Verfahren benutzten Materialien und Lösungen so gewählt werden, daß sie in dem Ausmaß verträglich sind, das erforderlich ist, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
Während das beschriebene Verfahren zur Herstellung von Schaltkarten mit gedruckten Leiterzügen besonders vorteilhaft ist, besitzt es auch eine genügende Wirtschaftlichkeit, um breitere Leiterzüge zu erzeugen, die üblicherweise mittels eines subtraktiven Verfahrens hergestellt werden. Daher braucht ein Hersteller nicht zwei getrennte Produktionslinien für breite und dünne Leiterzüge aufrechtzuerhalten, Wenn beispielsweise verhältnismäßig breite Leiterzüge von mäßiger Dicke erwünscht sind, können sie vorteilhaft und wirtschaftlich erzeugt werden gemäß einem großen Teil der Verfahrensschritte des gleichen Prozesses, der zur Erzeugung sehr dünner gedruckter Leiterzüge benutzt wird. Als ein Beispiel für die Erzeugung von Schaltkarten mit dicken Leiterzügen gemäß der Erfindung, kann das Verringern der auf laminierten Kupferfolie entfallen. Die restlichen Verfahrensschritte werden jedoch angewandt, um ein Muster sehr dicker Leiterzüge zu erzeugen. Natürlich muß die Breite der Leiterzüge ausreichend sein, um eine gute Haftung auch bei dem resultierenden Unterschneiden aufrechtzuerhalten, das auftritt, wenn das Kupfer von der Oberfläche der Schaltkarte entfernt wird.
Ein weiterer und sehr erwünschter Aspekt der Erfindung besteht darin, daß das beim Einbringen der Kupferfolie in die Kupferchloridlösung weggeätzte Kupfer wiedergewonnen werden kann und in dem additiven Plattierungsbad verwendet werden kann, das anschließend folgt. Dies verbessert natürlich sehr wesentlich die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, indem es die beträchtliche Verwendung mäßig teurer Kupferfolien erlaubt.
L e e r s e i t e

Claims

PATENTANSPRUCHE 1. 5 Verfahren zur Herstellung gedruckter teiterzüge, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Verbinden einer dicken Folie aus elektrisch leitendem Material mit wenigstens einer Seite des Substrates, b) chemisches Ätzen dieser Folie auf eine minimale Dicke, c) additives Plattieren eines metallischen Leiters auf die geätzte Folie aus elektrisch leitendem Material, um das Muster der gedruckten Leiterzüge zu definieren und d) Ätzen der gesamten Oberfläche der Schaltkarte, um alle die Teile der Metallfolie, die nicht durch den metallischen Leiter bedeckt sind, zu entfernen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie aus Kupfer besteht und eine Dicke von etwa 35 p aufweist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie bis auf eine Dicke von 2,5 bis 12,5 P chemisch abgeätzt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das additiv aufplattierte Metall vor der letzten Oberflächenätzung durch Tauchen mit einem Photolack versehen wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Tauchen aufgebrachte Photolack nach dem letzten Oberflächenätzvorgang von dem additiv aufplattierten Metall entfernt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn#-zeichnet, daß das aufplattierte Metall Kupfer ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie, die zumindest auf einer Seite des Substrates befestigt ist, durch Laminieren mit dem Substrat verbunden wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das additive Plattieren folgende Verfahrensschritte umfaßt: Aufbringen eines trockenen Photoresistmaterials auf die Oberfläche der elektrisch leitenden Folie, Belichten und Entwickeln des Musters der gedruckten Leiterzüge in dem Photoresist und stromlose Kupferplattierung in dem Muster der gedruckten Leiterzüge, das in dem Photoresistmaterial entwickelt wurde.
9. Verfahren zur Herstellung gedruckter Leiterzüge auf einem Substrat, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Laminieren von Folien aus elektrisch leitendem Material auf beide Seiten des Substrates, chemisches Ätzen der Folien aus elektrisch leitendem Material auf eine Dicke von weniger als 18 Erzeugen von Durchverbindungslöchern in dem Substrat zwischen den Folien aus elektrisch leitendem Material, Reinigen und Bekeimen der Durchverbindungslöcher, Additives Plattieren eines metallischen Leiters auf die Folien aus elektrisch leitendem Material, um die gedruckten Leiterzüge zu definieren und Ätzen der Oberflächen der Schaltkarte mit elektrischen Leiterzügen, um alle nicht mit dem metallischen Leiter bedeckten Teile der Folien aus elektrisch leitendem Material zu entfernen.