DE2061382B2

DE2061382B2 - Verfahren zur herstellung von schaltkreisen

Info

Publication number: DE2061382B2
Application number: DE19702061382
Authority: DE
Inventors: Gerald Eugene Levittown Pa Shanefield Daniel Jay Princeton N J Crosby, (V St A)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1969-12-15
Filing date: 1970-12-14
Publication date: 1972-06-15
Also published as: GB1329287A; BE760142A; DE2061382A1; FR2073739A5; NL7017966A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schaltkreisen durch Aufbringen einer leitfähigen Zwischenschicht auf eine nichtleitende Unterlage, Ausbilden eines Schaltkreismuster auf vorbestimmten Flächenbereichen der Zwischenschicht und Entfernen der übriggebliebenen Flächenbereiche der Zwischenschicht durch Ätzen.

Bei der üblichen Herstellung eines aus dünnem oder dickem Film bestehenden Schaltkreismuste rs kann die Bindung des letzteren an eine geeignete Unterlage dadurch erleichtert werden, daß zunächst eine dünne, kontinuierliche Zwischenschicht eines ersten Materials und danach eine dickere, zweite Schicht in Form des gewünschten Schaltkreismusters auf vorbestimmte Teile der Zwischenschicht aufgebracht wird, wie beispielsweise in der USA.-Patentschrift 3 306 830 oder der deutschen Patentschrift 1 269 695 beschrieben ist. Die unbeschichteten Bereiche der Zwischenschicht werden anschließend von der Unterlage abgeätzt. Das Schaltkreismuster wird durch die zurückbleibenden, darunterliegenden Bereiche der Zwischenschicht an die Unterlage gebunden und bildet den fertigen Schaltkreis.

Bei Anwendung der vorstehend beschriebenen Technik dient die Zwischenschicht dazu, das Schaltkreismuster fest an die Unterlage zu binden und gestattet es, sofern die Zwischenschicht leitend ist, das Schaltkreismuster durch Elektroplattierung auf die Unterlage aufzubringen. Diese Verfahrensart steht in Gegensatz zu der ebenfalls bekannten Technik der direkten Aufbringung, bei welcher ein Überzug direkt auf die Unterlage aufgebracht und dann durch Atzen das Schaltkreismuster gebildet wird.

Die Verwendung einer Zwischenschicht bringt bestimmte Vorteile gegenüber der direkten Aufbringung mit sich. Bei der direkten Aufbringung muß das Material, welches das Schaltkreismuster bildet, erstens chemisch inert gegenüber der Unterlage sein, so daß bei der Anwedung keine Reaktion zwischen beiden Materialien auftritt, zweitens muß es physikalisch derart kompatibel bzw. verträglich mit der Unterlage sein, damit eine Bindung zwischen beiden erreicht wird, und drittens muß es von der Unterlage abgeätzt werden können, wenn das gewünschte Schaltkreismuster durch Ätzen erzeugt wird. Darüberhinaus

muß dieses Material die für die Bildung eines Schaltkreismusters erforderlichen elektrischen Eigenschaften besitzen. Schließlich ist es, da die Unterlage aus nichtleitendem Material besteht, nicht möglich, das Schaltkreismuster durch Elektroplattieriing direkt auf die Unterlage aufzubringen, sofern man nicht Techniken der nichtelektrischen Aufbringung anwendet.

Wird andererseits eine Zwischenschicht angewandt, so ist es möglich, das Schaltkreismuster direkt durch Elektroplattierung aufzubringen, sofern man nur eine leitende Zwischenschicht anwendet. Auch braucht die Zwischenschicht nur in bezug auf die Unterlage und das Schaltkreismuster zum Zwecke der Erzeugung einer festen Bindung an die Unterlage und das Schaltkieismuster chemisch inert und von der Unterlage abätzbar sein. Es ist nicht erforderlich, daß die Zwischenschicht die für das Schaltkreismuster zwingend erforderlichen elektrischen Eigenschaften besitzt oder diesbezüglich auch nur leitend ist, es sei denn, daß es erwünscht ist, das Schaltkreismuster durch Elektroplattierung aufzubringen.

Auf diese Weise bestehen die wesentlichen Vorteile der Anwendung einer Zwischenschicht darin, daß erstens die elektrischen Eigenschaften des für die Zwischenschicht verwendeten Metalls weniger kritisch sind, als die Eigenschaften des für das Schaltkreismuster erforderlichen Materials, und daß zweitens eine größere Anzahl von Metallen für das Schaltkreismuster angewandt werden kann als bei der direkten Aufbringung des Schaltkreismusters auf die Unterlage möglich ist.

Es wurde jedoch festgestellt, daß bei der Verwendung einer Zwischenschicht in Verbindung mit bestimmten nichtleitenden Unterlagen, insbesondere keramischer Art, ein zweifaches Problem auftritt. Bestimmte Metalle, beispielsweise Palladium, ergeben zwar, wenn sie als Zwischenschicht benutzt werden, eine feste Bindung an die Unterlage, können jedoch nicht ohne nachteilige Beschädigung des Schaltkreismusters von der Unterlage abgeätzt werden. Wenn beispielsweise auf eine keramische Unterlage, z. B. aus Aluminiumoxyd, eine kontinuierliche Palladiumschicht aufgebracht wird, erhält man eine ausgezeichnete Bindung. Nachdem jedoch ein Schaltkreismuster, ζ. B. aus Kupfer, auf diese Zwischenschicht aufgebracht worden ist, lassen sich die frei gebliebenen Bereiche der Palladiumschicht nicht von der Unterlage abätzen, ohne daß die Kupferschicht nachteilig beschädigt oder gar zerstört wird.

Andererseits gibt es zwar eine ganze Reihe anderer Metalle, wie z. B. Gold, die ohne nachteilige Beschädigung des Schaltkreismusters von der keramischen Unterlage abgeätzt werden können, die aber keine dauerhafte, feste Bindung mit der Unterlage eingehen. Wenn z. B. in üblicher Weise eine kontinuierliche Goldschicht auf eine keramische Unterlage aufgebracht wird, wird zwar anfänglich eine befriedigende Bindung erreicht, und nach Aufbringen des aus Kupfer bestehenden Schaltkreismusters kann auch das nicht vom Kupfer bedeckte Gold von der Unterlage abgeätzt werden, ohne daß eine Beschädigung des Schaltkreismusters auftritt. Wenn jedoch der fertiggestellte Schaltkreis verwendet wird, blättert das Gold in kurzer Zeit von der Unterlage ab, wodurch die elektrischen Eigenschaften des Schaltkreises nachteilig beeinflußt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltkreismusters auf einer Unterlage sowie ein entsprechendes Erzeugnis zu schaffen, bei dem eine feste Bindung des Schaltkreismusters an die Unterlage erreicht wird. Dabei soll die verwendete Zwischenschicht ohne nachteilige Beschädigung des Schaltkreismusters von der Unterlage abätzbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Unterlage eine aus einem fest an der Unterlage haftenden und normaler Weise schwierig

»ο zu ätzenden Metall bestehende diskontinuierliche Schicht und über diese eine aus einem relativ leicht ätzbaren Metall bestehende kontinuierliche Schicht aufgebracht wird.

Im Sinne der Erfindung soll unter einer gegen Ätzung widerstandsfähigen Schicht eine solche Schicht verstanden werden, die äußerst schwierig ätzbar ist, ohne daß eine nachteilige Beschädigung des Schaltkreismusters eintritt. Mit anderen Worten bedeutet das, daß eine gegen Ätzung widerstandsfähige Schicht

ao eine derartig harte Ätzbehandlung erfordert, daß eine ernsthafte Beschädigung des Schaltkreismusters auftritt. Umgekehrt ist eine »ätzbare« Schicht im Sinne der Erfindung eine solche Schicht, die ohne nachteilige Beschädigung des Schaltkreismusters geätzt bzw.

as abgeätzt werden kann. Mit anderen Worten bedeutet das, daß eine ätzbare Schicht mit Hilfe eines Ätzmittels oder Ätzverfahrens abgeätzt werden kann, welches keine nachteilige Beschädigung des Schaltkreismusters hervorruft. Es gibt viele Materialien, die einer der beiden Gruppen zugerechnet werden können; nach der vorstehend gegebenen Difinition erscheint es jedoch nicht erforderlich, diese Materialien im einzelnen aufzuzählen, vielmehr dürfte es genügen, wenn im Rahmen der nachstehenden Beschreibung eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung die Anwendung von Palladium als gegen Ätzung widerstandsfähigem Material und von Gold als ätzbarem Material empfohlen wird. Auf Grund der obigen Definitionen ist es für den Fach-

mann ohne weiteres möglich, auch andere Materialien anzuwenden, da es geeignete weitere Materialien mit entsprechenden Eigenschaften gibt, die zu einer der beiden obengenannten Gruppen gehören. Auch sei darauf hingewiesen, daß ein Material als gegen Ät-

zung widerstandsfähig selbst dann eingestuft werden kann, wenn es mit einem milden Ätzmittel ätzbar ist, und daß ein Material sebst dann als ätzbar betrachtet werden kann, wenn es nur durch ein starkes Ätzmittel abgeätzt werden kann. Wenn beispielsweise das durch

ein mildes Ätzmittel abätzbare Material eine Ätzzeit erfordert, die zu einer nachteiligen Beschädigung des Schaltkreismusters führt, dann ist dieses Material als gegen Ätzung widerstandsfähig anzusehen. Wenn andererseits dasjenige Material, das nur mit einem

starken Ätzmittel abgeätzt werden kann, eine sehr kurze Ätzzeit erfordert, die nicht zur Herbeiführung einer nachteiligen Beschädigung des Schaltkreismusters führt, dann ist dieses Material als ätzbar einzustufen.

Der Grund für die Ätzbarkeit der obenerwähnten zusammengesetzten Zwischenschicht liegt in der Diskontinuität der ersten, aus gegen Ätzung widerstandsfähigem Metall bestehenden Metallschicht, die auf die Unterlage aufgebracht worden ist. Diese diskontinuierliche Schicht besteht aus einer Reihe von diskreten Inseln, welche durch frei liegende Teile der darunterliegenden Unterlage voneinander getrennt sind. Diese diskontinuierliche Schicht ist weiterhin durch einen

relativ hohen elektrischen Widerstand charakterisiert. Beispielsweise beträgt der Flächenwiderstand der Schicht mehr als hundert Ohm pro Quadrat (spezifischer Flächenwiderstand). Es wurde überraschenderweise gefunden, daß eine derartige diskontinuierliche Schicht aus einem normalerweise gegen Ätzung widerstandsfähigen Material auf einer keramischen Unterlage ebenso leicht von der Unterlage ätzbar ist, wie ein ätzbares Material, obwohl diese diskontinuierliche Schicht eine feste Bindung ergibt.

Ein in der Praxis gangbarer Weg zur Unterscheidung zwischen einer diskontinuierlichen und einer kontinuierlichen Schicht eines gegen Ätzung widerstandsfähigen Materials besteht in der Messung des Flächenwiderstandes. Im allgemeinen liegt eine kontinuierliche Schicht vor, wenn der Flächenwiderstand gleich oder kleiner als hundert Ohm pro Quadrat beträgt, und eine derartige Schicht ist, wie gefunden wurde, gegen Ätzung widerstandsfähig. Wenn jedoch der Flächenwiderstand größer als hundert Ohm pro Quadrat ist, dann liegt im allgemeinen eine ätzbare Schicht vor.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine diskontinuierliche Palladiumschicht auf eine nichtleitende keramische Unterlage, beispielsweise Al₀O₃ aufgebracht, indem die Unterlage in eine geeignete Palladiumsalzlösung eingetaucht wird. Daraufhin wird eine kontinuierliche Goldschicht auf die Palladiumschicht aufgebracht, und die auf diese Weise erzeugte Struktur wird dann gebrannt, um das Gold und das Palladium auf die Unterlage aufzusintern. Im Ergebnis erhält man auf diese Weise eine zusammengesetzte Zwischenschicht, die aus Gold und Palladium besteht und fest an die keramische Unterlage gebunden ist. Danach wird ein Schaltkreismuster, beispielsweise aus Kupfer auf vorgewählte bzw. -bestimmte Bereiche der Goldschicht aufgebracht, und daraufhin werden die frei liegenden oder nicht beschichteten Bereiche der Goldschicht und der darunterliegenden diskontinuierlichen Palladiumsehielu von der Unterlage abgeätzt, wodurch man die endgültige Struktur erhält.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die F i g. 1 bis 9 der Zeichnung an Hand besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 bis 3 Kurvendarstellungen zur Veranschaulichung der Änderung (1) des elektrischen Flächenwiderstandes eines Palladiumüberzugs auf einer Aluminiumoxydunterlage, (2) der Haftung des Palladiumüberzugs auf der Unterlage und (3) der zum Abätzen des Palladiumüberzugs von der Unterlage erforderlichen Zeit, wobei jede dieser Änderungen als Funktion derjenigen Zeit dargestellt ist, während der die Unterlage zum Zwecke der Bildung des Überzugs in eine Palladiumlösung eingetaucht worden ist,

Fig. 4 ein Verfahrensschema, das ein Ausführungsbeispiel einer Kombination erfindungsgemäßer Verfahrensschritte veranschaulicht,

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Erzeugnisses, das mit einem Verfahren nach der Erfindung hergestellt worden ist, und zwar in einem frühen Herstellungsstadium,

F i g. 6 eine der F i g. 5 entsprechende Ansicht, die sin späteres Herstellungsstadium eines durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Erzeugnisses veranschaulicht,

Fig.7 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes der F i g. 6, mit der ein noch späteres Stadium des Herstellungsverfahrens veranschaulicht wird,

F i g. 8 eine der F i g. 7 entsprechende Ansicht eines demgegenüber noch späteren Stadiums des Herstellungsverfahrens und

F i g. 9 eine der F i g. 6 entsprechende Ansicht, welche ein fertiges Erzeugnis gemäß der Erfindung darstellt.

ίο Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches für die Herstellung von Schaltkreismustern zum Zwecke der Anwendung in gedruckten Schaltkreisen od. dgl. geeignet ist, wird das herzustellende Schaltkreismuster auf einer Zwischenschicht ausgebildet, die erstens fest an die darunterliegende Unterlage (beispielsweise aus Aluminiumoxyd) gebunden und zweitens von dieser Unterlage leicht abätzbar ist. Eine solche Zwischenschicht, welche die beiden Erfordernisse der Bindungsfähigkeit und Ätzbarkeit erfüllt, ist

zo ein zusammengesetzter Film, der aus einer dünnen, diskontinuierlichen »ersten Schicht« eines gegen Ätzung widerstandsfähigen Materials (z. B. Palladium) und einer dickeren, kontinuierlichen »zweiten Schicht« eines ätzbaren zweiten Materials (beispiels-

weise Gold) besteht.

In den F i g. 1 bis 3 der Zeichnung sind bestimmte bemerkenswerte Eigenschaften veranschaulicht, mit deren Hilfe es möglich ist, eine gewünschte diskontinuierliche, auf eine Unterlage aufgebrachte Palladiumschicht von einer kontinuierlichen, auf der Unterlage befindlichen Palladiumschicht zu unterscheiden. Die in den Kurvendarstellungen der F i g. 1 bis 3 zusammengefaßten Daten wurden durch Verwendung einer 0,01^0/oigen wäßrigen Lösung von PaI-

ladiumchlorid bei Raumtemperatur erhalten. Die Unterlagen wurden zunächst sensibilisiert, indem sie während drei Minuten in eine 3°/oige wäßrige Stannochloridlösung eingetaucht wurden. Durch Auswertung der in den Fig. 1 bis 3 enthaltenen Daten ist es möglich, geeignete Bereiche von Eintauchzeiten zu bestimmen, mit denen die Erfordernisse der vorliegenden Erfindung erfüllt werden. Es ist für den Fachmann erkennbar, daß sich das für die Aufbringung einer diskontinuierlichen Palladiumschicht auf einer Unterlage erforderliche Eintauchintervall mit dem bestimmten gelösten Stoff, der Konzentration der Lösung, der Temperatur, der Unterlage usw. ändert. Es wurde jedoch gefunden, daß die Messung des Fiächenwiderstandes der Palladiumschicht eine genaue

Beurteilung ermöglicht, ob die Palladiumschicht kontinuierlich oder diskontinuierlich ist. Eine derartige Messung des Flächenwiderstandes kann vorteilhaft dazu verwendet werden, die Eintauchzeit auf das richtige Intervall, welches für einen bestimmten ge-

lösten Stoff, eine bestimmte Lösungskonzentration, eine vorgegebene Temperatur, eine bestimmte Unterlage usw. zutrifft, einzustellen.

Die in Fi g. 1 gezeigte Kurve stellt den elektrischen Flächenwiderstand einer Palladiumschicht auf einer typischen Reihe von Aluminiumoxyd-Unterlagen dar, die in die O,Ol°/oige wäßrige Palladiumchloridlösung während unterschiedlicher Zeitdauern zum Zwecke der Bildung einer Zwischenschicht eingetaucht worden sind. Wie man aus dieser Kurve entnehmen kann, besitzen die Schichten, welche auf Unterlagen gebildet worden sind, die während 3Vs Minuten in die Lösung eingetaucht worden sind, Flächenwiderstandswerte von mehr als ein Megohm pro Quadrat. Wenn

die Unterlagen während 4 Minuten in die Lösung eingetaucht worden sind, ergeben sich Schichten mit einem viel niedrigerem Flächenwiderstand, der ungefähr bei 0,1 Megohm pro Quadrat liegt. Der Flächenwiderstand von Filmen, die auf Unterlagen aufgebracht worden sind, welche während 5 Minuten oder länger eingetaucht wurden, beträgt weniger als 0,0001 Megohm pro Quadrat. Es wird angenommen, daß die Palladiumschicht kontinuierlich wird, wenn ein Flächenwiderstand von 0,0001 Megohm oder weniger erreicht ist. Im Unterschied hiervon besitzt eine unbedeckte Unterlage aus Aluminiumoxyd normalerweise einen Widerstand von mehr als ein Megohm pro Quadrat.

F i g. 2 zeigt die Haftfähigkeitseigenschaften einer zusammengesetzten Zwischenschicht auf einer Aluminiumoxydunterlage. Die zusammengesetzte Zwischenschicht umfaßt eine untenliegende erste Schicht aus Palladium (die durch Eintauchen einer Reihe von Unterlagen in unterschiedlichen Zeitintervallen in der obenerwähnten Art aufgebracht wurde) und eine obenliegende zweite Schicht aus Gold, die ungefähr 2500 Angström dick ist und im wesentlichen in der in der USA.-Patentschrift 3 207 838 beschriebenen Art aufgebracht wurde. Die Haftfähigkeit ist definiert durch diejenige Kraft, die erforderlich ist, um die zusammengesetzte Zwischenschicht von der Unterlage abzuziehen.

Die in F i g. 2 dargestellte Kurve zeigt, daß die Kraft zum Wegziehen der zusammengesetzten Zwischenschicht von der Unterlage bei Eintauchzeiten für die Unterlage von 2 Minuten oder weniger eine relativ geringe Größe besitzt (z. B. ungefähr 21 bis 32 Kilogramm pro cm²). Bei Eintauchzeiten von mehr als 2 Minuten wächst die zum Wegziehen erforderliche Kraft merklich bis zu ungefähr 56 Kilogramm pro cm² bei 2Vs Minuten Eintauchzeit. Wie die Kurve erkennen läßt, bleibt diese maximale Kraft für Eintauchzeiten bis zu 5 Minuten im wesentlichen konstant. Für die erfindungsgemäßen Zwecke ist eine feste Bindung der zusammengesetzten Zwischenschicht erreicht, wenn die zum Wegziehen der zusammengesetzten Zwischenschicht von der Unterlage erforderliche Kraft 32 Kilogramm pro cm² übersteigt.

Die Kurve gemäß F i g. 3 veranschaulicht die Ätzzeit, die für die Entfernung einer zusammengesetzten Zwischenschicht von einer Unterlage erforderlich ist, welche in die Palladiumchloridlösung mit unterschiedlichen Zeitintervallen zum Zwecke der Bildung des Palladiumbestandteils der zusammengesetzten Zwischenschicht eingetaucht worden ist. Die Goldschicht war ungefähr 2500 Angström dick. Wie aus der Darstellung zu entnehmen ist, bleibt die für Eintauchzeiten bis zu 3 Minuten erforderliche Ätzzeit, die ausreicht, um die zusammengesetzte Zwischenschicht unter Verwendung einer üblichen Ätzflüssigkeit (beispielsweise einer 73,6%igen wäßrigen Lösung von Kaliumtrijodid) von der Unterlage abzuätzen, beinahe konstant und beträgt ungefähr 30 Sekunden. Die Ätzzeit wächst für ein 4minutiges Eintauchen auf 45 Sekunden an, dieser Anstieg setzt sich in steilem Verlauf fort, so daß sich eine Ätzzeit von 2 Minuten ergibt, wenn die Eintauchzeit auf 5 Minuten angestiegen ist. Für Eintauchzeiten, die größer als 5 Minuten oder mehr sind, kann der zusammengesetzte Film nicht von der Unterlage abgeätzt werden, ohne daß das Schaltkreismuster in nachteiliger Weise zerstört wird.

Aus den F i g. 1 bis 3 ist ersichtlich, daß eine für die Zwecke der Erfindung geeignete Palladiumschicht (die daher sehr gute Haftfestigkeitseigenschaften besitzt und ätzbar ist) in der Weise hergestellt werden kann, daß man eine Aluminiumoxydunterlage während einer Zeitdauer von mehr als 2 Minuten jedoch weniger als 5 Minuten in die 0,01°/oige wäßrige Palladiumchloridlösung eintaucht. Es wurde gefunden, daß ein Zeitintervall von 2¹It bis 3Va Minuten besonders geeignet ist.

Wenn man unterschiedliche Parameter bei der Aufbringung des Palladiums benutzt (beispielsweise unterschiedliche Palladiumsalzlösungen, unterschiedliche Lösungskonzentrationen, unterschiedliche Temperaturen usw.), läßt sich das erforderliche Eintauchintervall in einfacher Weise durch Vergleich unterschiedlicher Eintauchzeiten mit dem dabei jeweils entstehenden Flächenwiderstand der Aluminiumoxydunterlage bestimmen. Da der Flächenwiderstand der Aluminiumoxydunterlage normalerweise oberhalb von 1 Megohm pro Quadrat liegt, kann die kürzeste Eintauchzeit des erforderlichen EintauchintervalJs derjenigen Stelle gleichgesetzt werden, die unmittelbar vor der Aufbringung von so viel Palladium liegt,

as das gerade ausreicht, um einen Beginn der Herabsetzung des Flächenwiderstandes der Aluminiumoxydunterlage zu bewirken. Die längste Eintauchzeit des erforderlichen Eintauchintervalls kann demjenigen Punkt gleichgesetzt werden, an dem so viel Palladium aufgebracht wird, daß der Flächenwiderstand der Unterlage auf 100 Ohm pro Quadrat herabgesetzt ist. Die bevorzugte Eintauchzeit kann so gewählt werden, daß das aufgebrachte Palladium den Flächenwiderstand auf ungefähr 1 Megohm pro Quadrat ernied-"gt-

In F i g. 4 ist ein Verfahrensschema dargestellt, mit dem eine bevorzugte Folge von Verfahrensschritten gemäß der Erfindung zur Verarbeitung einer Unterlage (die zu Erläuterungszwecken aus Aluminiumoxyd besteht) dargestellt ist, wie sie bei der Herstellung eines Schaltkreismusters anwendbar sind.

Die Unterlage wird anfangs sensibilisiert, beispielsweise durch Eintauchen in eine 3°/oige wäßrige Lösung von Stannochlorid. Die Unterlage wird dann in eine geeignete wäßrige Lösung von Palladiumchlorid eingetaucht, und zwar während einer zur Bildung einer diskontinuierlichen Palladiumbeschichtung geeigneten Zeitdauer, beispielsweise während einer Zeitdauer von mehr als 2, jedoch weniger als 5 Minuten in eine O,Ol°/oige wäßrige Lösung von Palladiumchlorid eingetaucht Die beschichtete Unterlage wird dann abgespült und getrocknet An dieser Stelle des Verfahrens besitzt die Unterlage 11, wie in Fig. 5 veranschaulicht ist, eine diskontinuierliche Palladiummetallschicht 12, d. h., sie weist eine Vielzahl von diskreten Palladiuminseln auf.

Nachdem die diskontinuierliche Palladiumschicht 12 auf die Unterlage aufgebracht worden ist, wird eine 1000 bis 5000 Angström dicke kontinuierliche Goldschicht in irgendeiner geeigneten Art über die diskontinuierliche Palladiumschicht 12 aufgebracht (Fig. 4). Das entstandene Erzeugnis wird dann gesintert, um die in Fig. 6 dargestellte einheitliche Struktur auszubilden, in der die Unterlage mit einer darüberliegenden zusammengesetzten Zwischenschicht versehen ist, die aus einer Palladiumschicht 12 und einer Goldschicht 13 besteht und fest an die Unterlage gebunden ist.

209 525/504

9 10

Daraufhin wird ein Plattierungsdeckmittel, wie nem Mercaptan zur Herstellung von Goldresinat zur

z. B. eine Photoschutzmasse oder eine durch Sieb- Reaktion gebracht. Für jede Unterlage wurden

druck aufgebrachte Schutzmasse 14 angewandt und 20 Gramm des Resinats in dem nachstehenden

zu einem Muster ausgebildet, wie in F i g. 7 darge- Lösungsmittel gemäß dem Verfahren nach der USA.-

stellt ist. 5 Patentschrift 3 207 838 gelöst:

Dann wird ein Schaltkreismuster 16 (beispielsweise

aus Kupfer, F i g. 8) mit Hilfe irgendeiner geeigneten Nitrotoluen 20 Gramm

Technik, wie beispielsweise durch Elektroplattierung Methylsalicylat 12 Gramm

auf die zusammengesetzte Zwischenschicht aufge- Anethol ... ... 7 Gramm

bracht Das so erhaltene Erzeugnis weist ein oben- io Benzylalkohol''.'.['.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 10 Gramm
liegendes Schaltkreismuster aus Kupfer auf, welches

an die darunterliegende zusammengesetzte Gold-Pal- Die auf diese Weise erhaltene Flüssigkeit wurde als

ladium-Zwischenschicht gebunden ist, sowie unbe- Beschichtungsmittel (beispielsweise durch Bemalung)

schichtete oder frei liegende Bereiche der zusammen- auf die gesamte Oberfläche der palladiumbehandelten

gesetzten Zwischenschicht, die nicht von dem Schalt- 15 Unterlage aufgebracht. Diese beschichtete Unterlage

kreismuster bedeckt sind. wurde danach bei einer Temperatur im Bereich von

Das Plattierungsdeckmittel wird daraufhin mit 420 bis 670° C während 15 Minuten entsprechend

Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels entfernt. dem Verfahren des McCormack-Patents gebrannt

Danach wird das Erzeugnis in eine übliche Ätz- bzw. erhitzt. Der dabei entstandene Goldfilm besaß

lösung eingetaucht, beispielsweise in eine 73,6%ige 20 eine Dicke im Bereich von 1000 bis 5000 Angström,

wäßrige Lösung von Kaliumtrijodid, um die unbe- Jede Goldschicht wurde mit einer Photodeckmasse

schichteten oder frei liegenden Bereiche der zusam- in üblicher Weise beschichtet. Die Photodeckmasse

mengesv.tzten Zwischenschicht von der Unterlage ab- wurde dann durch eine geeignete Maske in einem

zuätzen. Wegen der besonderen Art der diskontinu- Belichtungsmesser belichtet, welchem dem Negativ

ierlichen Palladiumschicht der erfindungsgemäßen 25 des gewünschten Musters entsprach, und daraufhin

Zwischenschicht läßt sich der unbeschichtete oder entwickelt.

frei liegende Teil der zusammengesetzten Zwischen- Dann wurde Kupfermetall durch Elektroplattie-

schicht von der Unterlage abätzen, ohne daß eine rung auf die frei liegenden Bereiche der Goldschicht

nachteilige Beschädigung der aus Kupfer bestehenden in üblicher Weise mit einem wäßrigen Bad von Kup-

Schaltkreismuster auftritt. 30 ferpyrosulfat (Cu₂P₂O₇) und Ammoniumhydroxyd

Der vollständige, in F i g. 9 gezeigte, zusammenge- (NH₄OH) aufgebracht. Die Elektroplattierung wurde setzte Leiter ist eine schichtartige, festhaftend gebun- so lange fortgesetzt, bis der Kupferfilm eine Dicke dene Struktur, die in Aufeinanderfolge die nächste- von 2,5 · 10~³ cm erreicht hatte,
hend aufgeführten Bestandteile umfaßt: (1) die kera- Die Photodeckschicht wurde dann durch Anwenmische Unterlage 11, (2) die gemusterte zusammen- 35 dung einer üblichen Abstreiferlösung gelöst, so daß gesetzte Zwischenschicht, welche die diskontinuier- ein frei liegendes, aus Kupfer bestehendes Schaltkreisliche Palladiumschicht 12 und die darüberliegende muster und die an die Unterlage gebundene, zusam-Goldschicht 13 umfaßt, und (3) das aus Kupfer be- mengesetzte Gold-Palladium-Zwischenschicht zurückstehende Schaltkreismuster 16, das durch die zusam- blieben.

mengesetzte Zwischenschicht festhaftend an die 40 Der auf diese Weise erhaltene Gegenstand wurde

Unterlage gebunden ist. dann in die folgende konzentrierte Ätzlösung ein-

Zur weiteren Erläuterung der mit dem erfindungs- getaucht und bei ungefähr 30° C während einer zwigemäßen Verfahren gegenüber der üblichen Technik sehen 15 und 30 Sekunden liegenden Zeitdauer geerreichbaren Vorteile bzw. Eigenschaften werden schüttelt, gerührt oder in ähnlicher Weise behandelt: nachstehend einige besonders bevorzugte Ausfüh- 45

rungsbeispiele wiedergegeben, auf welche die Erfin- J°d 165 Gramm

dung jedoch nicht beschrankt ist. Kaliumjod (KJ) 113 Gramm

Wasser 100 Gramm

Beispiel 1 _go Beim Herausnehmen des zusammengesetzten

Gegenstandes aus der Lösung zeigte eine nähere

Eine Reihe von keramischen Unterlagen, die aus Untersuchung, daß diejenigen Bereiche, in denen der

96°/o Aluminiumoxyd bestanden und Abmessungen haftende Film direkt der Lösung ausgesetzt gewesen

von 2,5 · 2,5 · 0,064 cm besaßen, wurden durch Ein- war, nun als unbedecktes Aluminiumoxyd erschienen,

tauchen in eine 3°/oige Stannochloridlösung (SnCl₂) 55 da der aus Gold und darunterliegendem Palladium

bei Raumtemperatur während 3 Minuten sensibili- bestehende Film durch die Ätzung entfernt worden

siert. Jede Unterlage wurde in Wasser abgespült und war. In den übrigen Bereichen, in denen das darüber-

danach bei Raumtemperatur während weiterer 3 Mi- liegende Kupfer der Ätzlösung ausgesetzt gewesen

nuten in eine 0,01%ige wäßrige Lösung von Palla- war, ließ sich keine nachteilige Beschädigung des

diumchlorid (PdCl₂) zum Zwecke des Aufbringens 60 Schaltkreismusters feststellen, und das aus Kupfer

der erforderlichen" diskontinuierlichen Palladium- bestehende Schaltkreismuster sowie die darunter-

schicht eingetaucht. Jede Unterlage wurde daraufhin liegende Gold-Palladium-Zwischenschicht blieben an

wieder in Wasser abgespült und in Luft getrocknet. die Unterlage gebunden.

Als nächstes wurde eine kontinuierliche Gold- Das Kupfermuster war über die aus Gold und schicht auf jede diskontinuierliche Palladiumschicht 65 Palladium bestehende zusammengesetzte Zwischenin der in der USA.-Patentschrift 3 207 838 beschrie- schicht fest an die Unterlage gebunden und konnte benen Weise aufgebracht. Bei diesem Verfahren mit einer Kraft von 49 Kilogramm pro cm² Kupferwurde wäßriges Goldchlorid (AuCl₃) mit alphaphi- fläche nicht von der Unterlage weggezogen werden.

Beispiel 2

Die Verfahrensschritte nach Beispiel 1 wurden mit der Abänderung durchgeführt, daß an Stelle der im wesentlichen aus Aluminiumoxyd bestehenden Unterlage eine hauptsächlich aus Forsterit bestehende keramische Unterlage verwendet wurde.

Nach Abschluß des Verfahrens war es nicht möglich, das entstandene Muster mit einer Kraft von 49 Kilogramm pro cm² Kupferfläche von der Forsteritfläche wegzuziehen.

Beispiel 3

Der Verfahrensablauf nach Beispiel 1 wurde mit der Abwandlung durchgeführt, daß an Stelle der Kupferplattierung zum Zwecke der Herstellung eines leitfälligen Musters auf der Unterlage eine Nickelplattierung angewandt und hierbei eine Nickelschicht von 2,5 · 10~³ cm Dicke erzeugt wurde.

An Stelle der im Beispiel 1 verwendeten Ätzlösung wurde zum Eintauchen der mit Nickel plattierten Unterlage eine üblicherweise als Königswasser bekannte Ätzlösung verwendet:

Konzentrierte Salzsäure (HCL) 3 Volumteile

Konzentrierte Salpetersäure (HNO₃) .. 1 Volumteil

Nach Abschluß des Verfahrens war es nicht möglich, das Nickelmuster mittels einer Kraft von 56 Kilogramm pro cm² der Nickelfläche von der Unterlage wegzuziehen.

Beispiel 4

Es wurde wiederum der Verfahrensablauf nach Beispiel 1 ausgeführt, jedoch der Palladium-Behand-

lungsschritt innerhalb des Verfahrensablaufes weggelassen.

Diesmal konnte das Kupfermuster mit einer Kraft von 21 Kilogramm pro cm² der Kupferfläche von der 5 Oberfläche der Unterlage weggezogen werden.

Beispiel 5

Der Verfahrensablauf nach Beispiel 1 wurde wiederum durchgeführt, wobei jedoch die Aufbringung der Goldschicht weggelassen wurde.

Das Kupfennuster konnte daraufhin nicht durch Elektroplattierung auf die Unterlage aufgebracht werden, weil der Palladiumniederschlag nichtleitend war.

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß die Goldschicht oder eine andere leitfähige Schicht auf einer diskontinuierlichen Palladiumschicht oder einer anderen fest anhaftenden Schicht notwendig ist, wenn das Schaltkreismuster durch Techniken der Elektroplattierung aufgebracht werden soll, es sei denn, daß eine nichteletrische Plattierung angewandt wird.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung die Verbesserung der Bindung zwischen einem Metallfilm und einer Unterlage durch Anwendung einer Zwischenschicht, welche eine feste Bindung an die Unterlage bewirkt. Die Neigung einer derartigen Zwischenschicht, sich nur äußerst schwierig, wenn Überhaupi ohne nachteilige Beschädigung des Metallfilms abätzen zu lassen, wird durch Anwendung einei diskontinuierlichen Zwischenschicht beseitigt. Hierbei wird das Aufbringen des Metallfilms durch Elektroplattierung erleichtert, indem ein kontinuierliche] leitfähiger Überzug auf die diskontinuierliche Zwi schenschicht aufgebracht wird, der zusammen mi dieser ohne nachteilige Beschädigung des Metall films abätzbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schaltkreisen durch Aufbringen einer leitfähigen Zwischenschicht auf eine nichtleitende Unterlage, Ausbilden eines Schaltkreismusters auf vorbestimmten Flächenbereichen der Zwischenschicht und Entfernen der übriggebliebenen Flächenbereiche der Zwischenschicht durch Ätzen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Unterlage eine, aus einem fest an der Unterlage haftendem und normalerweise schwierig zu ätzendem Metall bestehende diskontinuierliche Schicht und über diese eine, aus einem relativ leicht ätzbarem Metall bestehende kontinuierliche Schicht aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine keramische Unterlage verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiumoxyd als keramische Unterlage verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische, vorzugsweise aus Aluminiumoxyd bestehende Unterlage vor dem Aufbringen der Zwischenschicht durch Eintauchen, in eine 3°/oige wäßrige Lösung von Stannochloricl sensibilisiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Palladium als diskontinuierliche Schicht verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die diskontinuierliche Palladiumschicht durch Eintauchen der keramischen Unterlage in, eine Palladiumsalzlösung erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Palladiumsalzlösung eine wäßrige Palladiumchloridlösung verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchzeit nicht größer als die Herabsetzung des Flächenwiderstandes der keramischen Unterlage auf 10° Ohm pro Quadrat erforderliche Zeit, und nicht kleiner als diejenige gewählt wird, bei welcher sich der Flächenwiderstand auf vorzugsweise ungefähr ein Megohm pro Quadrat erniedrigt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchzeit nicht größer, vorzugsweise kleiner als die zur Herabsetzung des Flächenwiderstandes der keramischen Unterlage auf 10² Ohm pro Quadrat und nicht kleiner, vorzugsweise größer als die zur Herabsetzung des Flächenwiderstandes der keramischen Unterlage auf 10^c Ohm pro Quadrat erforderliche Zeit gewählt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die diskontinuierliche Palladiumschicht durch Eintauchen der keramischen Unterlage in eine O,Ol^ü/oige wäßrige Palladiumchloridlösung während einer Zeitdauer von mehr als 2 Minuten und weniger als 5 Minuten, vorzugsweise von 2,5 bis 3,5 Minuten erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Gold als kontinuierliche Schicht verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die kontinuierliche Goldschicht bis zu einer Dicke von 1000 bis 5000 Angström aufgebracht wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Kupfer für die das Schaltkreismuster bildende Schicht verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die das Schaltkreismuster bildende Kupferschicht bis zu einer Dicke von 0,025 mm aufgebracht wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in Verbindung mit Anspruch 5 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die frei liegenden Teile einer aus Palladium und Gold bestehenden Zwischenschicht durch Ätzen mit einer konzentrierten wäßrigen Lösung von Kaliumtrijodid entfernt werden.