DE1206976B - Verfahren zum Herstellen gedruckter Schaltungen nach der Aufbaumethode - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIb

Deutsche Kl.: 21c-2/34

S87402VIIId/21c
19. September 1963
16. Dezember 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen gedruckter Schaltungen nach der Aufbaumethode. Sie befaßt sich insbesondere mit dem Problem der Abdeckung der Leiterbahnen während des Wegätzens der Metallgrundschicht.

Die Aufbaumethode besteht darin, daß auf einen mit einer Metallgrundschicht, z.B. einer Kupferschicht versehenen Isolierstoffkörper eine Schablone aufgeklebt wird, die die Teile der Metallgrundschicht, an denen Leitungsbahnen entstehen sollen, nicht abdeckt (Negativschablone); Schablonen in diesem Sinne sind nur einmal verwendbare Folien oder Platten oder durch Siebdrucken oder Spritzen aufgetragene Abdeckungen aus einem Material, das in organischen Lösungsmitteln löslich ist. Durch galvanische Abscheidung von Kupfer oder anderen geeigneten Metallen an den von der Schablone nicht abgedeckten Stellen werden die Leitungsbahnen erzeugt; nach dem Entfernen der Schablone werden die unerwünschten Teile, nämlich die nicht galvanisch verstärkten Bereiche der Metallgrundschicht weggeätzt. λ

Derartige Verfahren sind in der Technik der gedruckten Schaltungen bekannt. Es wird dabei beispielsweise von mit Kupferfolien kaschierten Isolierstoffplatten ausgegangen. Die Kupferfolie wird durch Bindemittel an der Isolierstoffträgerplatte verankert, wobei vielfach zusätzlich die kaschierte Trägerplatte zur Erhöhung der Haftfestigkeit der Kupferfolie am Isoliermaterial hohen Preßdrücken ausgesetzt wird.

Es ist andererseits bereits bekannt, an Stelle der kupferkaschierten Isolierstoffträgerplatte eine Isolierstoffträgerplatte zu verwenden, die durch stromlose, d. h. chemische Verfahren oder Spritzverfahren mit einer dünnen leitfähigen Grundschicht versehen wurde. Diese dünne leitfähige Schicht hat, wie auch die Kupferfolie, die Aufgabe, alle Bereiche, die galvanisch verstärkt werden sollen, elektrisch miteinander zu verbinden. Bei den Spritzverfahren hat man als leitfähiges Material Silber oder Graphit verwendet, während man bei den stromlosen chemischen Verfahren die Grundschichten aus Nickel-Phosphor-Legierungen, aber auch aus Silber oder Kupfer hergestellt hat.

Ein älterer Vorschlag gibt ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen von gedruckten Schaltungen nach der Aufbaumethode an. Bei diesem Verfahren wird wenigstens eine Kleberschicht, vorzugsweise zwei Kleberschichten auf einen aufgerauhten, unkaschierten Isolierstoffträger aufgebracht; die Kleberschicht wird dann mit Zinn und Palladium

Verfahren zum Herstellen gedruckter Schaltungen nach der Aufbaumethode

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Dr. Joachim Kleffner,
Dr. Wilhelm Armbrüster, München

voraktiviert; durch Auftragen einer höchstens 0,5 μΐη starken Kupfergrundschicht mittels stromloser chemischer Verkupferung der gesamten Oberfläche wird eine Metallauflage gebildet, wobei eventuelle Bohrungen in der Trägerplatte ebenfalls verkupfert werden; die sehr dünne Kupfergrundschicht wird dann galvanisch verdichtet und gegebenenfalls auf 1 bis 2 μΐη galvanisch verstärkt; die so hergestellte Kupferschicht bildet die Metallgrundschicht, auf die die Negativschablone aufgebracht wird, wonach dann die Leitungszüge im Bereich der nicht abgedeckten Teile durch galvanische Verstärkung hergestellt werden und wonach weiterhin die Negativschablone entfernt und die nicht gewünschten Teile der Kupfergrundschicht weggeätzt werden. Das Wegätzen der unerwünschten Teile der Kupfergrundschicht kann z. B. in einfacher Weise nach der Differenzmethode hergestellt werden, wonach nach Entfernen der Negativschablone die gesamte Platte einer Ätzflüssigkeit, z. B. Eisen(III)-chloridlösung, ausgesetzt wird, wobei sowohl die Leiterbahnen, aber insbesondere die dünne Kupfergrundschicht geätzt werden, und zwar solchermaßen, daß die unerwünschten Teile entfernt und die Leiterbahnen nur geringfügig, eben nur um die Stärke der Kupfergrundschicht, in ihrer Stärke verringert werden. Dieses Verfahren der Differenz-So methode ist aber nur für gedruckte Schaltungen geeignet, bei denen die Leiterbahnen sehr dick sind und bei denen keine hohen Forderungen an Genauig-

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keiten der Widerstandswerte der Leiterbahnen gestellt werden.

Werden die Leiterbahnen nach dem Verfahren des älteren Vorschlages vor dem Entfernen der Negativschablone mit Gold bedeckt, so kann die Negativschablone ohne weiteres entfernt werden, und auch die unerwünschten Teile der Kupfergrundschicht können in einfacher Weise mit Eisen(III)-chlorid-Iösung weggeätzt werden. Nun bedeutet aber das Auftragen einer Goldauflage auf die Leitungsbahnen einerseits, daß eine weitere Galvanisierung erforderlich ist, und andererseits, daß zusätzlich hierzu durch das edle Material die Kosten für die Herstellung der gedruckten Schaltung erhöht werden. Gleiches gilt für Auflagen aus Rhodium.

Bei den im älteren Vorschlag weiterhin erwähnten Auflagen aus Silber oder aus Zinn, wobei auch Auflagen aus Zinn-Blei-Legierungen denkbar sind, tritt eine andere Schwierigkeit auf, die darin besteht, daß solche Auflagen nicht einer Eisen(III)-chloridätzflüssigkeit ausgesetzt werden können, weil die Auflage durch Chlorangriff ihre Lötbarkeit verlieren, weshalb bei solchen Auflagen das Entfernen der unerwünschten Teile der Kupfergrundschicht in Chromschwefelsäure erfolgen muß.

Wenn man von der Differenzmethode, die oben beschrieben ist und die wenig befriedigende Ergebnisse liefert, absieht, so muß bei jedem der oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen nach der Aufbaumethode während des Wegätzens der unerwünschten Teile der Metallgrundschicht ein Schutz der Leiterbahnen gegen den Angriff des Ätzmittels erfolgen. Man könnte hierbei daran denken, die Leiterbahnen mit einer Positivschablone abzudecken, z.B. nachdem die Negativschablone entfernt wurde. Diese Handhabung bereitet aber Schwierigkeiten insofern, als dabei dafür gesorgt werden muß, daß die Positivschablone mit sehr großer Präzision auch tatsächlich alle Leiterbahnen und nur diese bedeckt. Weiterhin besteht die Gefahr, daß die Positivschablone des Ätzvorganges von den Leiterbahnen abblättert.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, hier eine wesentliche Vereinfachung zu schaffen, indem ein Verfahren angegeben wird, das es gestattet, die Abdeckschwierigkeiten mühelos zu lösen.

Bei dem Verfahren zum Herstellen gedruckter Schaltungen nach der Aufbaumethode wird ein Isolierstoffträger zunächst mit einer Metallgrundschicht und diese dann mit einer Negativschablone aus in organischen Lösungsmitteln löslichem Material versehen, die an den Stellen der aufzubauenden Leiterbahnen die Metallgrundschicht frei läßt, worauf diese freien Stellen zur Erzeugung der Leiterbahnen mit Metall verstärkt werden, dann die Schablone von der Metallgrundschicht und hierauf die überflüssigen Metallgrundschichtteile entfernt werden. Erfindungsgemäß ist dieses Verfahren zur Lösung der gestellten Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erzeugen der Leiterbahnen sowohl diese als auch die Negativschablone mit einer Schutzschicht aus einem Material bedeckt werden, das gegen die die Negativschablone auflösenden Lösungsmittel resistent ist und an den Leiterbahnen haftet, und daß danach die Negativschablone weggelöst wird, wobei die auf den Schablonenbereichen befindliche Schutzschicht unterwandert und damit abgehoben wird, während sie auf den Leiterbahnen bestehenbleibt und wonach dann die überflüssige Metallgrundschicht nach an sich bekannten Verfahren entfernt wird. Für die Negativschablone wird vorzugsweise ein siebdruckfähiges Material, wie z. B. Drucklacke auf der Basis von mit Kolophonium modifiziertem Standöl (ein ausschließlich durch Hitzeanwendung eingedicktes trocknendes Öl, wie z, B. Leinölstandöl) verwendet, das in Trichloräthylen und/oder in Testbenzin, Benzin oder aliphatischen Kohlenwasserstoffen löslich ist, während für die Schutzschicht Material, wie z. B. Schellack, verwendet wird, das gegen diese Lösungsmittel resistent, aber gegebenenfalls selbst in anderen Lösungsmitteln, wie z. B. in Äthanol, löslich ist und aufgespritzt, aufgedruckt oder aufgestrichen wird.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung beim Verfahren des älteren Vorschlages. Hierbei wird die Negativschablone in einer Stärke von 5 bis 30 μΐη auf eine etwa 0,5 bis 2 μΐη starke, durch stromlose Verkupferung und galvanische Verdichtung auf dem mit wenigstens einem Kleber versehenen Isolierstoffträgerkörper hergestellte Kupfergrundschicht aufgetragen, und die bis zu einer Särke von etwa 30 μΐη erzeugten Leitungsbahnen und die Negativschablone werden mit einer 5 bis 15 μΐη starken Schutzschicht, z. B. aus Schellack, bedeckt, wobei zum Einleiten der Auflösung und zur Unterwanderung der Schutzschicht Teile der Schablone frei gelassen werden oder die Schutzschicht an diesen Stellen vor dem Auflösen der Schablone geöffnet wird.

Da die Schutzschicht auf den Leiterbahnen nach dem Weglösen der Negativschablone verbleibt, können diese auch mit Silber oder Zinn-Blei-Legierung bedeckt sein, wobei das Wegätzen der unerwünschten Teile der Metallgrundschicht, vorzugsweise der Kupfergrundschicht, trotzdem in dem sehr einfachen Ätzmittel »Eisen(III)-chloridlösung« erfolgen kann.

Hierdurch wird ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung deutlich, denn das Ätzen in der nur mit großer Vorsicht handzuhabenden Chromschwefelsäure entfällt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil tritt ein, wenn blanke, d. h. ohne jede Veredelung oder Abdeckung vorliegende Kupferschichten mit der Schutzschicht nach der Erfindung versehen werden; in diesem Fall bleibt nämlich das Kupfer lötfähig, weil es sich nicht mit einer die Lötfähigkeit beeinträchtigenden Oxydhaut überzieht.

Ein weiterer Vorteil ist durch den Wegfall der Vergoldung gegeben, d. h. daß ätzfeste und teure Edelgalvanisierungen entfallen können, wobei die Güte der Leitungsbahnen nicht beeinträchtigt wird. Darüber hinaus ist man bei der Herstellung von sehr billigen gedruckten Schaltungen nicht mehr auf die Methode der Differenzätzung angewiesen, die ohnehin wenig spezifisch und zuverlässig ist, weil sie keine blanke Oberfläche liefert und Risse in den Leitungsbahnen entstehen können.

Nicht zuletzt sei darauf hingewiesen, daß das Verfahren nach der Erfindung besonders einfach durchzuführen ist. Dies geht aus der nun folgenden Beschreibung der Figuren hervor, die lediglich als Beispiele aufzufassen sind.

F i g. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Schaltungsplatte mit gedruckten Leitungsbahnen;

F i g. 2 bis 7 zeigen die einzelnen Schritte, die bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung notwendig sind;

F i g. 8 zeigt einen Ausschnitt aus einer Schaltungsplatte für ein Meßgerät, und

F i g. 9 zeigt einen Schnitt längs der Linie IX-IX in Fig. 8.

In F i g. 1 ist mit 1 die Isolierstoffplatte, beispielsweise aus Hartfasermaterial, und mit 2 sind Leitungsbahnen bezeichnet, die sich auf der Isolierstoffplatte 1 befinden und mit dieser festhaftend verbunden sind. Die Fig. 2 bis 7 stellen den Herstellungsgang der gedruckten Schaltung nach F i g. 1 im Schnitt I-I dar. Hierzu zeigt F i g. 2, daß auf eine Isolierstoffträgerplatte 1 zunächst eine Kleberschicht 3 aufgetragen ist. Auf diese Kleberschicht 3 ist die Metallgrundschicht 4 aufgetragen und mit den Negativschablonenteilen 5 abgedeckt. Die Leiterbahn 2 ist durch Verstärkung der Metallgrundschicht 4 entstanden.

Gemäß F i g. 3 ist die Anordnung nach F i g. 2 mit der Schutzschicht 6 versehen, die sowohl die Negativschablonenteile 5 als auch die Leiterbahn 2 bedeckt.

In F i g. 4 ist die Isolierstoffplatte 1 mit der Kleberschicht 3 und der Metallgrundschicht 4 sowie der Leiterbahn 2 und der Schutzschicht 6 gezeigt, und zwar nach dem Entfernen der Negativschablonenteile und der darüber befindlichen Schutzschichtteile. An dieser Stelle sei gesagt, daß es überraschend ist, daß die Schutzschicht 6 beim Auflösen der Negativschablone 5 nicht auch von der Leiterbahn 2 abgehoben wird. Dies ist vermutlich deshalb nicht der Fall, weil die Negativschablone beim Auflösen aufquillt und dabei die Schutzschicht 6 rissig wird und beim weiteren Auflösen gewissermaßen weggespült wird. Da aber die Schutzschicht an den Leiterbahnen haftet, wird sie dort nicht in der Weise beansprucht, wie in den Bereichen, die über der Negativschablone liegen. Die Schutzschicht reißt deshalb, wie bei allen Probestücken festgestellt wurde, stets kantengenau an den Leiterbahnen ab, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist.

F i g. 5 zeigt die Schaltplatte nach dem Wegätzen der Metallgrundschicht 4 an den von Leitungsbahnen freien Bereichen, so daß nur noch die Kleberschicht 3 an diesen Stellen frei liegt. In F i g. 6 sind auch die überflüssigen Kleberschichtteile entfernt. In dieser Form ist die gedruckte Schaltungsplatte in der Regel verwendbar. Wird Schellack als Schutzschichtmaterial verwendet, so bietet das den Vorteil, daß die Leitungsbahnen, z.B. aus Kupfer, lötfähig bleiben (keine Oxydhautbildung), die Schellackschicht erst beim Löten zerstört wird und dann nur den Lötstellenbereich freigibt. Die übrigen Leiterbahnoberflächen bleiben nach wie vor mit der Schutzschicht 6 abgedeckt. Es ist aber auch möglich, die Schutzschicht, z. B. Schellack, der in Äthanol löslich ist, zu entfernen, wie dies in F i g. 7 gezeigt ist.

F i g. 8 zeigt eine Isolierstoffplatte 7 mit den Leiterbahnen 8, 9, 10, 11, 12 und 13, die in kalottenförmige Kreissegmente übergehen, welche um einen metallischen Mittelkreis 14 angeordnet sind. Derartige Anordnungen der gedruckten Schaltungen sind z. B. bei Meßgeräten üblich, wobei der Metallring 14, der ebenfalls nach den Methoden der gedruckten Schaltung hergestellt wurde, als Schleifunterlage für ein Schaltelement gilt.

In F i g. 9 ist ein Schnitt entlang der Linie IX-IX der F i g. 8 gezeigt. Hier ist die Isolierstoffplatte 7 ebenfalls mit einer Kleberschicht 15 und einer Metallgrundschicht 16 versehen. Die Negativschablonenteile 17 befinden sich sowohl zwischen den Leiterbahnen als auch zwischen den äußeren Leiterbahnen und dem Rand. Im Mittelteil 18 des Metallringes 14 würde das Lösungsmittel zum Ablösen der Negativschablonenteile keinen Zugang finden. Zu diesem Zweck ist über dem Mittelteil in der Schutzschicht eine öffnung 20 frei gelassen, damit das Lösungsmittel dort durchtreten kann. Auch in den Randbereichen 21 und 22 ist die Schutzschicht nicht aufgetragen, damit an diesen Stellen die Auflösung der Negativschablone beginnen kann. Es ist aber auch möglich, die Schutzschicht an diesen Bereichen 20, 21, 22 und nötigenfalls an weiteren Stellen erst vor dem Auflösen der Schablone mit einem Kratzwerkzeug lediglich zu öffnen. In jedem Fall wird die Platte gemäß Fig. 9 wie bei den Fig. 2 bis 7 beschrieben behandelt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen gedruckter Schaltungen nach der Aufbaumethode, bei dem ein Isolierstoffträgerkörper zunächst mit einer Metallgrundschicht und dann diese mit einer Negativschablone aus in organischen Lösungsmitteln löslichem Material versehen wird, die an den Stellen der aufzubauenden Leiterbahnen die Metallgrundschicht frei läßt, worauf diese freien Stellen zur Erzeugung der Leiterbahnen mit Metall verstärkt werden, dann die Schablone von der Metallgrundschicht und hierauf die überflüssigen Metallgrundschichtteile entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erzeugen der Leiterbahnen sowohl diese als auch die Negativschablone mit einer Schutzschicht aus einem Material bedeckt werden, das an den Leiterbahnen haftet und gegen die die Negativschablone auflösenden Lösungsmittel resistent ist, und daß danach die Negativschablone weggelöst wird, wobei die auf den Schablonenbereichen befindliche Schutzschicht unterwandert und damit abgehoben wird, während sie auf den Leiterbahnen bestehenbleibt, wonach dann die überflüssige Metallgrundschicht nach an sich bekannten Verfahren entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Negativschablone ein siebdruckfähiges Material, wie z.B. Drucklacke auf der Basis von mit Kolophonium modifiziertem Standöl, verwendet wird, das in Trichloräthylen und/oder Benzin bzw. aliphatischen Kohlenwasserstoffen löslich ist und für die Schutzschicht Material, wie z. B. Schellack, verwendet wird, das gegen diese Lösungsmittel resistent ist und aufgespritzt, aufgedruckt oder aufgestrichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Negativschablone in einer Stärke von 5 bis 30 μΐη auf eine etwa 0,5 bis 2 μηι starke, durch stromlose Verkupferung und galvanische Verdichtung auf dem mit wenigstens einem Kleber versehenen Isolierstoffträgerkörper hergestellte Kupfergrundschicht aufgetragen wird und daß die bis zu einer Stärke von etwa 30 μΐη erzeugten Leitungsbahnen und die Negativschablone mit einer 5 bis 15 μπα starken Schutzschicht bedeckt werden, wobei zum Einleiten der Auflösung der Schablone und zur Unterwanderung der Schutzschicht Teile der Schablone frei gelassen werden oder die Schutzschicht

an diesen Stellen vor dem Auflösen der Schablone geöffnet wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht erst aufgetragen wird, nachdem £

die Leitungsbahnen mit Silber oder Zinn-Blei-Legierungen bedeckt wurden.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2728 693.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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