DE19540122C2 - Verfahren zur stromlosen Metallisierung und seine Anwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur stromlosen Metallisierung und seiner Anwendung.

Ein Verfahren um selektiv eine Leiterplatte zu metallisieren ist in der US-PS 5,162,144 beschrieben. Das Verfahren wird in Verbindung mit einer dielektrischen beschichteten aufeinander­ folgenden bearbeiteten Leiterplatte verwendet, wie in der US-PS 5,260,170 beschrieben. Das Leiterplattenverfahren erfordert die aufeinanderfolgende Abscheidung und phototechnische Bildung von Öffnungen in zwei Photolacken. Der erste Photolack, genannt Photolack A, wird mit einem Material gefüllt, welches im fol­ genden als Füllstoff bezeichnet wird, welcher, wenn er akti­ viert wird, das stromlose Metallabscheiden aus wässerigen Lö­ sungen mit einem Metall fördert, der zweite Photolack, genannt Photolack B, enthält keinen Füllstoff. Wenn jeder Photolack, nacheinander, photochemisch strukturiert wird, der Photolack A über dem Photolack B, definieren die Öffnungen, die in dem Pho­ tolack B erzeugt werden Bereiche, die als "Kanäle" bezeichnet werden; aufeinanderliegende Öffnungen, die in dem Photolack A und in dem Photolack B erzeugt sind, definieren tiefere Berei­ che, die als "Schächte" bezeichnet werden und sich zu einer un­ teren Metallschicht öffnen. Wenn diese Struktur einem Verfahren unterworfen wird, welches die in oder an der Oberfläche des Photolacks A enthaltenen Teilchen modifiziert oder aktiviert, können die Kanäle und Schächte mit einem stromlos aufgebrachten Metall beschichtet werden, um metallische Strukturen, wie Kon­ taktflächen, Durchführungen und Leiterbahnen zu bilden.

Unter heutigen Produktionsbedingungen ist die Verringerung der Durchsatzrate kritisch. Nachdem die Teilchen auf der Leiter­ platte aktiviert sind, erfolgte die stromlose Metallabschei­ dung. Das stromlose Metallabscheiden wird normalerweise durch eine Initiationszeit charakterisiert, welche der Zeit ent­ spricht, die zwischen Eintauchen in das Bad zur stromlosen Ab­ scheidung und Beginn der Metallisierung vergeht. Hochaktivierte Bäder zur stromlosen Abscheidung weisen eine kurze Initiations­ zeit auf, können jedoch zu einem fehlerhaften Metallisieren führen. Eine stabilere Badchemie führt zu längeren Initiations­ zeiten. Weiterhin fand man heraus, daß längere Initiationszei­ ten zu einer körnigeren Abscheidung mit weniger Initiation und adhäsiven Bereichen führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem es möglich wird, die Initiationszeit zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, welches folgende Schritte aufweist:

• a) Bereitstellen eines dielektrischen Substrates, dessen Oberfläche diskrete Bereiche von Kupferoxid aufweist,
• b) Reduktion der Kupferoxidbereiche durch Behandlung mit einer Boranat-Lösung,
• c) Spülen der Oberfläche mit entionisiertem Wasser,
• d) Behandlung der Kupferbereiche aufweisenden Oberfläche zum Schutz vor Oxidation mit einer Edelmetallionen enthaltenden Lösung zur Bildung einer Edelmetallschicht,
• e) Abspülen der überschüssigen, Edelmetallionen enthaltenden Lösung und
• f) Einbringen des Vorbehandelten Substrates in ein Bad zur stromlosen Metallisierung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bei der Herstellung einer dielektrischen beschichteten aufein­ anderfolgend verarbeiteten Leiterplatte werden Leiterbahnen, Durchführungen und Kontaktflächen photochemisch in den Photo­ lacken definiert. Diese Verfahren legt den Photolack A frei bzw. belichtet diesen, wenn eine Leiter, Durchführung oder Kon­ taktfläche notwendig sind. Anschließend werden die kleinen Me­ talloxidteilchen in der Oberfläche des Photolacks a freigelegt. Die Leiterplatte wird anschließend in eine reduzierte Lösung eingetaucht oder mit dieser bespritzt, wodurch kleine katalyti­ sche Inseln um die Metalloxidteilchen herum erzeugt werden. Diese Inseln weisen eine dünne Schicht eines aktiven Metalls auf. Zum Beispiel handelt es sich in einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform bei den Metalloxidteilchen um Cu₂0. Nachdem sie der reduzierten Lösung ausgesetzt wurden, bilden sich dünne Insel­ schichten aus CuH, Cu° oder CuBH_x. Anschließend wird die Platte in ein Bad zur stromlosen Abscheidung eingeführt und eine Bil­ dung festen Kupfers findet an den Positionen, an denen kataly­ tische Inseln in einer ausreichenden Menge vorhanden sind, statt.

Die Initiationszeit des stabilen Bades zur stromlosen Abschei­ dung kann 15 Minuten dauern. Um die Initiationszeit weiter zu verringern, wird ein weiterer Schritt des Eintauchens oder Be­ sprühens der Leiterplatte mit einer Edelmetallsalzlösung durch­ geführt, bevor die Leiterplatte stromlos metallisiert wird. Dies führt zu einer Metallaustauschreaktion, bei welcher das Kupfer durch das Edelmetall ersetzt wird. Der Austausch tritt nur in einer dünnen Schicht auf der Oberfläche des Kupfers auf.

Diese Edelmetallschicht ist katalytisch und schützt die kataly­ tischen Inseln auf Basis von Kupfer vor Oxidation. Da keine Oxide entfernt werden müssen, kann das Bad zur stromlosen Ab­ scheidung fast sofort mit dem Metallisieren beginnen. Die Kup­ feroxide treten sogar auf, wenn die Platte unmittelbar in das Bad zur stromlosen Abscheidung eingeführt wird, erhöhen sich jedoch mit jeder Verzögerung. Da die Edelmetallbehandlung die Aktivität der erzeugten katalytischen Filme aufrechterhält, ist die Steuerung des katalytischen Filmwachstums entscheidend um das selektive Metallisieren beizubehalten. Das Wachstum des ka­ talytischen Films, kann durch Manipulieren der Reduktionslö­ sungskonzentration und der Reduktionsdauer gesteuert werden.

Beispiele

1. Proben einer Zweischichtigen dielektrischen aufeinanderfol­ gend bearbeiteten Leiterplatte wurden gemäß US-PS 5,260,170 hergestellt. Die Proben wurden in einer 1,0 Mol Borohydrid, 0,25 Mol EDTA-Lösung fünf Minuten reduziert. Die Proben wurden anschließend mit entionisiertem Wasser gespült. Eine Probe wur­ de anschließend in eine ionische Palladiumlösung 10 Sekunden eingetaucht. Währenddessen wurde die zweite Probe getrocknet und beiseite gelegt. Nach dem Eintauchen in Palladiumlösung wurde die erste Probe mit entionisierten Wasser abgespült. Bei­ de Proben wurden anschließend in ein Bad zur stromlosen Verkup­ ferung zwei Minuten eingetaucht. Die Proben wurde unter einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet.

Die zweite Probe zeigte nur eine vereinzelte Metallisierung, während die erste Probe kontinuierlich metallisiert war.

2. Eine zweite Probe mit einer zweischichtigen dielektrischen, aufeinanderfolgend bearbeiteten Leiterplatte wurde gemäß US-PS 5,260,170 hergestellt. Die Probe wurde der ionischen Palladiumlö­ sung zehn Sekunden ausgesetzt. Anschließend wurde die Probe in entionisierten Wasser gespült und in ein handelsübliches Bad zur stromlosen Verkupferung 2 Minuten eingetaucht. Die Probe wurde unter einem Rasterelektronenmikroskop beobachtet. Die Probe zeigte das keine Metallisierung auftrat. Erhöhte Metalli­ sierung liegt nicht an der Adsorption des ionischen Palladium an dem Photolack der Probe.

Zusammenfassend stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Veringerung der Initiationszeit, zur Erhöhung der Dichte der adäsiven Bereiche und der Verringerung der Teilchengröße der mit Kupfer metallisierten Leiterbahnen, Kontaktflächen und Durchführungen auf einer Leiterplatte zur Verfügung.

Claims (4)

1. Verfahren zur stromlosen Metallisierung mit den aufeinander folgenden Schritten:

• a) Bereitstellen eines dielektrischen Substrates, dessen Oberfläche diskrete Bereiche von Kupferoxid aufweist,
• b) Reduktion der Kupferoxidbereiche durch Behandlung mit einer Boranat-Lösung,
• c) Spülen der Oberfläche mit entionisiertem Wasser,
• d) Behandlung der Kupferbereiche aufweisenden Oberfläche zum Schutz vor Oxidation mit einer Edelmetallionen enthaltenden Lösung zur Bildung einer Edelmetallschicht,
• e) Abspülen der überschüssigen, Edelmetallionen enthaltenden Lösung und
• f) Einbringen des vorbehandelten Substrates in ein Bad zur stromlosen Metallisierung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in Schritt (d) mit Tauchen der Oberfläche in die Edelmetallionen enthaltende Lösung durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in Schritt (d) mit Aufsprühen der Edelmetallionen enthaltende Lösung auf die Oberfläche durchgeführt wird.

4. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 auf die Herstellung von Leiterplatten.