DE69023816T2

DE69023816T2 - Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatten.

Info

Publication number: DE69023816T2
Application number: DE1990623816
Authority: DE
Inventors: Werner Kornmayer; Michael Dr Moser; Werner Motz; Albert Ott
Original assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Current assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1990-06-09
Publication date: 1996-04-11
Anticipated expiration: 2010-06-10
Also published as: EP0402811A2; JPH0332094A; CA2018208A1; EP0402811B1; EP0402811A3; DE69023816D1; CA2018208C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatten, bei dem metallische Leiterstrukturen nach einem gewünschten Muster auf einer Trägerplatte aus isolierendem Material hergestellt werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verf ahren, das von einer Trägerplatte mit einer auf deren Oberfläche laminierten Metallfolie wie z. B. einer Kupferfolie ausgeht.
Verschiedene Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatten sind bekannt. Eine Übersicht liefern z. B. folgende Veröffentlichungen: "Printed Circuits Handbook", C. F. Coombs, Jr. (ed.), McGraw-Hill 1988; "Handbuch der Leiterplattentechnik", Günther Herrmann, Eugen G. Leuze Verlag, 1982; EP-A2-0150733.
Das Verfahren "print and etch" ("drucken und ätzen") wird insbesondere zur Herstellung einseitig gedruckter Schaltungsplatten, bei denen die leitfähigen Bahnen auf nur einer Seite der Platte vorhanden sind, d. h. für gedruckte Schaltungen niedriger Packungsdichte eingesetzt. Beim Verfahren "print and etch" wird von einer Platte aus nicht leitfähigem Material mit einer auf einer oder beiden Seiten der Platte laminierten Kupferschicht ausgegangen. Die leitfähigen Strukturen der gedruckten Schaltungsplatte können z. B. durch Siebdruck oder durch fotografische Verfahren (Auftragen von Fotoresist, Belichtung, Entwicklung) aufgebracht werden.
Zur Herstellung zweiseitig gedruckter Schaltungsplatten bzw. mehrlagiger gedruckter Schaltungen kann eines der folgenden Verfahren verwendet werden: Subtraktivverfahren, Volladditivverfahren, oder Semiadditivverfahren.
Beim Subtraktivverfahren wird von einer mit Kupfer laminierten isolierenden Trägerplatte wie z. B. einer glasfaserverstärkten Platte aus Epoxidharz mit einer beidseitigen Kupferfolie mit einer typischen Dicke von 35 Mikrometern ausgegangen.
Die Innenlagen mehrlagiger Schaltungen werden folgendermaßen hergestellt. Ein Positivresist wird auf die Platte aufgetragen und das Resist nach dem Muster der herzustellenden leitfähigen Strukturen belichtet und nachfolgend entwikkelt. Anschließend wird das nicht abgedeckte Kupfer weggeätzt, das Resist entfernt und die Oberfläche der leitfähigen Bahnen zur Herstellung einer Schutzschicht oxidiert. Abschließend werden die auf diese Weise hergestellten Innenlagen zu einer Packung zusammengepreßt, wodurch eine mehrlagige Schaltung entsteht.
Zur Herstellung von Innenlagen mit Durchgangslöchern, Außenlagen mehrlagiger Schaltungen und zweiseitigen Schal tungen nach dem Subtraktivverfahren werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt: Zunächst werden die Löcher, über welche die elektrischen Verbindungen herzustellen sind, gebohrt; anschließend werden die Wandungen der Durchgangslöcher durch chemische Kupferabscheidung metallisiert; dann wird die Metallisierung der Wandungen der Durchgangslöcher verstärkt und die leitfähigen Bahnen nach den Verfahren "panel or pattern plating" (Plattieren von Platten bzw. Mustern) gebildet; zum Schluß werden die Außenlagen mit einer Lötstopplackschicht überzogen.
Das Subtraktivverfahren hat den Nachteil, daß die verhältnismäßig dicke Kupferfolie zur Herstellung der leitfähigen Bahnen größtenteils weggeätzt werden muß, wodurch erhebliche Kupferverluste entstehen. Außerdem wird, da das Unterätzen der leitfähigen Bahnen nicht zu vermeiden ist, das Subtraktivverfahren auf die Herstellung leitfähiger Strukturen begrenzt, deren Abmessungen, d. h. Breite und/oder Abstand der leitfähigen Bahnen, 80 bis 100 Mikrometer betragen.
Das Volladditivverfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatten unterscheidet sich vom Subtraktivverfahren dadurch, daß die Ausgangsplatte aus isolierendem Material nicht mit einer Kupferfolie kaschiert ist, sondern sie ist entweder ein Laminat auf Katalysatorbasis oder ist mit einer haftenden Schicht überzogen. Nach dem Bohren der Durchgangslöcher und dem Auftragen des Resists werden die Hülsen der Durchgangslöcher und die leitfähigen Bahnen durch chemische Kupferabscheidung gebildet.
Beim Semiadditivverfahren ist das Ausgangsmaterial dasselbe wie beim Volladditivverfahren. Nach dem Bohren der Durchgangslöcher dagegen wird die gesamte Plattenoberfläche mit einer dünnen chemisch abgeschiedenen Kupferschicht überzogen. Anschließend wird ein Negativresist aufgebracht, und die Wandungen der Durchgangslöcher und die leitfähigen Bahnen werden mit einem galvanischen Überzug versehen. Nach dem Entfernen des Resists wird die dünne Kupferschicht zwischen den Leiterbahnen weggeätzt.
Im Vergleich zum Volladditivverfahren hat das Semiadditivverfahren den Vorteil, daß die metallischen Hülsen in den Durchgangslöchern im wesentlichen aus einem galvanischen Überzug aus Kupfer bestehen, das eine erhöhte Verformbarkeit besitzt. Nachteilig ist die erhöhte Anzahl Verfahrensschritte. Ein Nachteil des Volladditiv- bzw. Semiadditivverfahrens gegenüber dem Subtraktivverfahren ist der, daß die Haftung der Leiterstrukturen auf der Platte aus isolierendem Material bei den Additivverfahren schlechter ist. Ein Vorteil der Additivverfahren gegenüber dem Subtraktivverfahren ist der, daß letzteres grundsätzlich die Herstellung feinerer Leiterstrukturen gestattet.
Aus GB-1056814 ist ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatten mit leitfähigen Durchgängen in der isolierenden Trägerplatte bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Wandungen der Durchgangslöcher ausschließlich durch stromlose Metallabscheidung leitfähig gemacht. Das Verfahren umfaßt einen Sensibilisierungsschritt, in dem zumindest die Wandungen mit einer Sensibilisierungslösung zur Gewährleistung guter Haftung des Metalls an den Wandungen behandelt werden. Während der stromlosen Metallabscheidung auf die Wandungen der Durchgangslöcher wird auch eine Metallschicht auf die leitfähigen Bahnen auf der Oberfläche der isolierenden Trägerplatte abgeschieden, um diese Bahnen widerstandsfähig zu machen.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatten ist aus EP-A-0 090 900 bekannt.
Gegenüber dem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatten zur Verfügung zu stellen, das es gestattet, feine Leiterstrukturen mit einer Breite und einem Abstand zwischen den Leiterstrukturen von 50 Mikrometern und weniger herzustellen, und das gleichzeitig für gute Haftung der Leiterstrukturen auf der isolierenden Trägerplatte sorgt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, nach dem von einer isolierenden Trägerplatte mit einer auf ihrer Oberfläche laminierten Metallfolie ausgegangen wird und die endgültigen Leiterstrukturen durch chemische Metallabscheidung auf ein dem gewünschten Muster der endgültigen Leiterstrukturen entsprechendes Muster leitfähiger Bahnen hergestellt werden, wobei die Bahnen als Grundschicht Teile der auf der Trägerplatte laminierten Metallfolie haben. Ein Inaktivierungsschritt, z. B. durch Spülen mit Salzsäure, wird nach dem Erzeugen des Musters leitfähiger Bahnen und vor dem Schritt der chemischen Metallabscheidung ausgeführt. Bei diesem Schritt werden ggf. auf der isolierenden Trägerplatte außerhalb der leitfähigen Bahnen vorhandene Substanzen entfernt, um zu vermeiden, daß Metall zwischen diese Bahnen abgeschieden wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sehr feine Leiterstrukturen zu erzielen sind, wenn eine Trägerplatte verwendet wird, auf der eine Metallfolie laminiert ist, die wesentlich dünner ist als die beim herkömmlichen Subtraktivverfahren verwendeten Folien. Erfindungsgemäß wird der erforderliche endgültige Querschnitt durch stromlose chemische Metallabscheidung auf eine Grundschicht hergestellt, welche Teile dieser Folie, deren Muster dem gewünschten Muster leitfähiger Strukturen entspricht, umfaßt. Bei diesem Verfahrensschritt der chemischen Metallabscheidung befinden sich kein Katalysator (Aktivator) und kein Resist auf der Platte, und das Metall wird somit nur auf das Muster der in den vorhergehenden Schritten hergestellten leitfähigen Bahnen abgeschieden. Der Schritt der chemischen Metallabscheidung stellt auch sicher, daß eventuelle Fehler im Muster der in den vorhergehenden Schritten hergestellten leitfähigen Bahnen ausgeglichen werden. Solche Fehler können auf Defekte in der dünnen, auf der Trägerplatte laminierten Metallschicht oder auf bei der Herstellung entstandene Verjüngungen oder Kratzer in den Leiterbahnen zurückzuführen sein. Aufgrund der chemischen Metallabscheidung entstehen einheitliche, fehlerfreie endgültige Leiterstrukturen. Dadurch, daß die die Grundschicht der Leiterstrukturen bildende Metallfolie fest auf der Trägerplatte laminiert wurde, wird sichergestellt, daß die endgültigen Leiterstrukturen an der Trägerplatte gut haften. Die Verwendung einer dünnen Metallfolie gestattet ein präzises Ätzen des gewünschten Musters und ermöglicht somit die Herstellung feiner Leiterstrukturen mit kleinen Abmessungen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es leicht möglich, Leiterstrukturen mit Abmessungen unter 50 Mikrometern zu erzielen, so daß gedruckte Schaltungsplatten mit sehr hoher Pakkungsdichte hergestellt werden können.
Erfindungsgemäß kann der erforderliche Querschnitt durch Einstellung der Zeit, innerhalb der die chemische Metallabscheidung zur Bildung der endgültigen Leiterstrukturen erfolgt oder durch entsprechende Auswahl der Zusammensetzung des chemischen Bades, in dem die gedruckte Schaltungsplatte zur chemischen Metallabscheidung eingetaucht ist, erreicht werden. Der erforderliche Querschnitt kann entweder durch den gewünschten ohmschen Widerstand der endgültigen Leiterstrukturen, durch Impedanzanforderungen oder durch Anforderungen bezüglich der Wärmeableitung der stromführenden Leiter bestimmt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann entweder zur Herstellung von einseitig gedruckten Schaltungsplatten bzw. Innenlagen mehrlagiger gedruckter Schaltungsplatten ohne Durchgangslöcher, oder zur Herstellung der Außenlagen mehrlagiger gedruckter Schaltungsplatten einschließlich der Metallisierung der Durchgangslöcher verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Muster leitfähiger Bahnen durch ein fotografisches Verfahren auf die Platte aufgebracht, bei dem eine Fotoresistschicht auf die Metallfolie aufgetragen, nach dem gewünschten Muster belichtet und anschließend entwickelt und geätzt wird. Die Verwendung dünner Resistschichten trägt auch zum Erzielen feiner Leiterstrukturen bei. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Resist ein naßlaminiertes Trockenfilmresist. Alternativ dazu könnte auch ein flüssiges Resist verwendet werden.
Bei der Herstellung gedruckter Schaltungsplatten mit Durchgangslöchern ist es vorteilhaft, einen Zwischenschritt vorzusehen, bei dem die Wandungen der Durchgangslöcher galvanisch überzogen werden, da galvanisch abgeschiedenes Metall erhöhte Verformbarkeit sichert. Dies ist deswegen wichtig, da die Durchgangslöcher erhöhter mechanischer Beanspruchung, insbesondere während des Lötens, ausgesetzt werden können.
Das während der chemischen Metallabscheidung abgeschiedene Metall kann Kupfer oder Nickel oder Nickel und Gold sein. Die Verwendung von Nickel oder Nickel/Gold bietet den Vorteil, daß aufgrund der guten Verformbarkeit des Nickels die Dicke der galvanisch aufgebrachten Kupferschicht an den Wandungen der Durchgangslöcher geringer sein kann, als wenn das weniger verformbare Kupfer zur Bildung der endgültigen Schicht der gedruckten Schaltungsplatte verwendet werden würde. Außerdem bietet eine Nickel/Gold-Deckschicht auf Lötanschlußflächen einige Vorteile gegenüber einer Kupferdeckschicht beim Bonden elektronischer Bauelemente an die gedruckte Schaltungsplatte.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nach dem Schritt der chemischen Metallabscheidung eine Lötstoppmaske auf die gedruckte Schaltungsplatte aufgebracht, und diese Lötstoppmaske wird belichtet und entwickelt, um ein Lötstoppschichtmuster so zu erzeugen, daß nur die Stellen auf der Plattenoberfläche von der Lötstoppschicht frei bleiben, an denen elektronische Bauelemente anzulöten bzw. zu bonden sind, und auch die Durchgangslöcher. Danach wird eine chemische Abscheidung auf die freien Stellen, d. h. auf die Schicht chemisch abgeschiedenen Metalls, ausgeführt, wobei die für diese endgültige Metallabscheidung bevorzugten Metalle Nickel bzw. Nickel und Gold sind.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß keine speziellen Materialien für die isolierende Trägerplatte erforderlich sind und daß an sich bekannte Werkstoffe und Substanzen in den verschiedenen Verfahrensschritten Verwendung finden können. Außerdem sind keine chlorkohlenwasserstoffhaltigen Lösungsmittel erforderlich, und das ganze Verfahren ist somit umweltfreundlich. Gemäß einem weiteren Vorteil können auf einfache Art und Weise gewünschte Querschnitte der endgültigen Leiter durch entsprechende Einstellung der Dauer der chemischen Metallabscheidung erreicht werden. Dies ist dann besonders wichtig, wenn es strenge Anforderungen an die Impedanz der Leiterstrukturen der gedruckten Schaltung gibt.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben, wobei
Figuren 1a-f Schnitte durch eine Innenlage einer mehrlagigen gedruckten Schaltungsplatte in verschiedenen Verfahrensschritten während der erfindungsgemäßen Herstellung schematisch zeigen, und
Figuren 2a-l Schnitte durch eine mehrlagige gedruckte Schaltungsplatte in verschiedenen Verfahrensschritten während der erfindungsgemäßen Herstellung von Außenlagen mit Durchgangslöchern schematisch zeigen.
In Figur 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Innenlagen einer mehrlagigen gedruckten Schaltungsplatte ohne Durchgangslöcher abgebildet.
Gemäß Figur 1a wird von einer Trägerplatte 1 aus isolierendem Material wie z. B. glasfaserverstärktem Epoxidharz, Polyimid oder Cyanatester ausgegangen. Diese Platte 1 weist auf beiden Seiten eine dünne Kupferfolie 2 auf, die unmittelbar mit der Trägerplatte 1 verbunden ist. Es ist z. B. möglich, von Trägerplatten aus isolierendem Material aus zugehen, auf die eine dünne Schicht Kupferfolie gut haftend laminiert worden ist. Die Dicke der Kupferfolie 2 wird gemäß den gewünschten Abmessungen der auf der Platte anzubringenden Leiterstrukturen gewählt. Gemäß einigen Beispielen aus der Praxis kann die Dicke der Folie 2 17,5 oder 10 oder 5 Mikrometer betragen.
Im nächsten Schritt, wie in Figur 1b gezeigt, wird auf beiden Seiten der Platte eine Fotoresistschicht 3 auf die Kupferfolie 2 aufgetragen. Jedes bekannte Fotoresist kann Verwendung finden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird auf beiden Seiten der Platte eine wäßrige alkalische Trockenfilmresistschicht auf die Kupferschicht 2 naßlaminiert.
Anschließend wird das Resist 3 mit einer Negativmaske entsprechend dem Muster der auf der Platte anzubringenden Leiterstrukturen belichtet, und danach wird ein positives Abbild auf eine bei der Herstellung gedruckter Schaltungsplatten an sich bekannte Art und Weise entwickelt. Das Ergebnis zeigt Figur 1c, in der die Bezugsnummern 4 und 5 Teile des Fotoresistmusters, das dem gewünschten Muster von Leiterbahnen entspricht, kennzeichnen. Der nicht durch das Resist 4,5 abgedeckte Teil der Kupferfolie 2 wird dann weggeätzt, wodurch die in Figur 1d gezeigte Struktur, d. h. ein Muster durch Resist abgedeckter Kupferbahnen, entsteht.
Die Ätzlösung kann z. B. eine Lösung aus Salzsäure und Kupferchlorid sein.
Nach dem Ätzen wird die Platte 1 bevorzugt durch Spülen mit einer geeigneten Flüssigkeit inaktiviert, so daß die nicht durch Resist 5 abgedeckten Stellen auf der Plattenoberfläche vollständig sauber sind und keine Verunreinigungen wie z. B. metallische Fremdstoffe enthalten. Der Grund für diesen Inaktivierungsschritt ist der, daß eventuelle Rückstände auf der Platte aus vorhergehenden Schritten als Keime für den Metallzuwachs im nachfolgenden Schritt der stromlosen Metallabscheidung (erläutert im Zusammenhang mit Figur 1f) dienen können. Eine bevorzugte Reinigungsflüssigkeit ist konzentrierte Salzsäure.
Es stellte sich heraus, daß das im Ätzschritt anfallende Kupfer(I)-chlorid (Figur 1d) durch Spülen mit Salzsäure als Chlorkomplex gelöst wird und sich so von der Platte entfernen läßt. Weiterhin entfernt das Spülen mit Salzsäure eventuelle auf verunreinigte Chemikalien wie z. B. Eisen(III)- chlorid zurückzuführende Rückstände. Außerdem wird Metallabrieb (Eisen, Nickel) und Staub (Kalziumsulfat) durch diesen Spülschritt entfernt. Infolge des Inaktivierungsschritts ist die Oberfläche der isolierenden Trägerplatte 1 innerhalb des Musters der Leiterbahnen 8,9 mit der darauf befindlichen Resistschicht 4,5 völlig frei von Fremdstoffen. Somit wird in dem nachfolgend mit Bezug auf Figur 1f zu beschreibenden Schritt der chemischen Metallabscheidung das Metall nur auf die Leiterbahnen und nicht dazwischen abgeschieden.
Im nächsten Schritt, dessen Ergebnis Figur 1e zeigt, wird das Resist durch eine beliebige, geeignete, bei der Herstellung gedruckter Schaltungsplatten verwendete Methode entfernt. Die isolierende Trägerschicht 1 ist somit mit einem Muster von Leiterbahnen 8,9 versehen, deren Dicke der Dicke der ursprünglich an die Platte 1 laminierten Kupferfolie 2 entspricht.
Abschließend wird auf die Leiterbahnen 8,9 chemisch Kupfer abgeschieden, um den gewünschten endgültigen Querschnitt der Leiter auf der Platte herzustellen. Das Ergebnis stellt Figur 1f dar, die die chemisch abgeschiedenen Schichten 10,11 auf den Kupferschichten 8,9 zeigt. Für diesen Verfahrensschritt können bekannte sogenannte Additivbäder zur chemischen Kupferabscheidung verwendet werden. Da die Platte keinen Katalysator bzw. Aktivator enthält und da die Räume zwischen den Leitern mit Salzsäure gespült worden sind, wodurch die isolierende Trägerplatte frei von Fremdsubstanzen ist, die als Keime für die Metallabscheidung dienen könnten, wird Kupfer nur auf die Teile 8,9 der ursprünglichen Kupferfolie 2 abgeschieden, die im vorausgegangenen Ätzschritt nicht weggeätzt wurden. Dagegen bleiben die übrigen Teile der Trägerplatte 1 kupferfrei. Es hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, daß durch dieses Verfahren einheitliche Leiterbahnen mit kleinen Abmessungen herzustellen sind. Obwohl im vorhergehenden die Leiterherstellung auf nur einer Seite der Platte beschrieben wurde, versteht es sich, wie Figur 1 zeigt, daß auch Muster von Leitern auf beiden Seiten der Platte durch dieses Verfahren hergestellt werden können.
Probleme mit eventuellen Kupferrückständen nach dem Ätzschritt an Stellen der Trägerplatte außerhalb der gewünschten Leiterbahnen 8,9 können durch Verwendung laminierter Kupferfolien 2 mit einer vergleichsweise feinen Behandlung verringert werden, d. h., daß die in Kontakt mit der Platte befindliche Folienoberfläche nicht zu stark aufgerauht ist, damit Teile der Folie zwischen den gewünschten Leiterstrukturen besser wegzuätzen sind.
Es versteht sich, daß das in Verbindung mit Figuren 1a-f beschriebene Verfahren zur Herstellung entweder einlagiger gedruckter Schaltungsplatten mit Leiterbahnen auf einer oder beiden Seiten der Platte, oder zur Herstellung der Innenlagen mehrlagiger gedruckter Schaltungsplatten ohne Durchgangslöcher verwendet werden kann.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung von Innenlagen wird ein zusätzlicher Verfahrensschritt zwischen den in den Figuren 1a und 1b dargestellten Schritten ausgeführt. Es wird von einer sehr dünnen, auf beiden Seiten der Trägerplatte 1 laminierten Kupferfolie 2 mit einer Dicke von z. B. ungefähr 5 Mikrometern ausgegangen. Dann wird gemäß dieser Ausführungsform eine Kupferschicht mit einer Dicke von z. B. 3 bis 5 Mikrometern stromlos auf die Kupferfolie 2 abgeschieden. Im nächsten Schritt wird, wie Figur 1b zeigt, Fotoresist auf das Kupfer aufgetragen. Dieser und die anschließenden Schritte sind dieselben wie in Verbindung mit Figuren 1b bis f beschrieben. Die soeben beschriebene alternative Ausführungsform kann dann verwendet werden, wenn die anfangs auf die isolierende Trägerplatte laminierte Kupferfolie 2 sehr dünn ist und somit Defekte aufweisen könnte. Der Schritt der stromlosen Kupferabscheidung auf die gesamte Kupferfolie wird zwecks Herstellung einer einheitlichen, völlig fehlerfreien Kupferschicht durchgeführt.
Es versteht sich, daß verschiedene Varianten der zwei beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Innenlagen möglich sind. Wesentlich ist, daß die endgültigen Leiterstrukturen durch chemische Metallabscheidung auf das vorher hergestellte Muster von Leiterbahnen gebildet werden, wobei der Prozeß von einer Trägerplatte ausgeht, an die eine dünne Metallfolie laminiert worden ist. Bezüglich der Verfahrensschritte und Werkstoffe zur Herstellung des gewünschten Leiterbahnmusters ist eine Vielzahl von Alternativen möglich.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Innenlagen mehrlagiger gedruckter Schaltungsplatten mit Durchgangslöchern sowie der Außenlagen anhand Figur 2 beschrieben. Figur 2a zeigt eine mehrlagige Packung gedruckter Schaltungsplatten, die eine erste Platte 20 aus isolierendem Material umfaßt, auf der Leiterstrukturen 25, bevorzugt durch ein wie im Zusammenhang mit Figur 1 erläutertes Verfahren, aufgebracht worden sind. Eine Kupferfolie 23, ähnlich der Folie 2 der Figur 1, ist auf der anderen Seite der Platte 20 laminiert. Eine zweite Platte 22 ist auf der einen Seite mit Leiterbahnen 26,27 und auf der anderen Seite mit einer Kupferfolie 24 versehen. Eingezwängt zwischen den beiden Platten 20 und 22 befindet sich eine Haftschicht 21; die gesamte Anordnung wird zusammengepreßt und bildet damit eine Packung.
Im ersten Schritt, in Figur 2b gezeigt, werden Durchgangslöcher 28 nach einem gewünschten Muster gebohrt. Die Wandungen 29 der Durchgangslöcher werden dann z. B. durch Keimbildung mit Palladium aktiviert, um die chemische Kupferabscheidung zu ermöglichen. Im nachfolgenden Verfahrensschritt wird eine verhältnismäßig dünne Kupferschicht 30 ganzflächig auf die Platte einschließlich der Wandungen 29 der Durchgangslöcher (durch Punkte dargestellte Schicht in Figur 2c) chemisch abgeschieden.
Gemäß Figur 2d wird eine Fotoresistschicht 31 auf beiden Seiten der Platte auf die Schicht 30 aufgebracht. Die Fotoresistschicht 31 kann dieselbe sein wie die Fotoresistschicht 3 in Figur 1b. Das Fotoresist wird dann unter Verwendung einer Positivmaske entsprechend dem gewünschten Muster von Leiterstrukturen belichtet und ein Negativabbild entwickelt, d. h., daß die Teile 33 der Platte, an denen die endgültigen Leiter erscheinen sollen sowie die Ränder 32 der Durchgangslöcher 28 nicht mit dem Resist abgedeckt sind (Figur 2e).
Im Schritt gemäß Figur 2f findet das galvanische Überziehen der Wandungen der Durchgangslöcher und der freien Räume 32,33 in der Resistschicht 31 statt. Die auf diese Weise gebildeten leitfähigen Bahnen 34 und die metallisierten Wandungen und Ränder 46 der Durchgangslöcher werden dann mit einer galvanisch aufgebrachten Metallresistschicht 35,36 wie z. B. einer Zinnschicht (Figur 29) versehen. Danach wird das Fotoresist 31 auf eine an sich bekannte Art und Weise entfernt (Figur 2h).
Im Schritt gemäß Figur 2i wird das nicht abgedeckte Kupfer z. B. mit Hilfe einer ammoniakalischen Ätzlösung weggeätzt und anschließend das Metallresist entfernt (Figur 2j). Infolge dessen ist die Platte nun mit einem Muster von Leiterbahnen versehen, wobei Teile 45 der ursprünglichen Kupferfolie 23 die Grundschicht bilden. Dann wird eine Spülung mit konzentrierter Salzsäure, wie im Zusammenhang mit Figur 1d erläutert, vorgenommen, um eventuelle Rückstände zwischen den Leiterbahnen von der isolierenden Trägerplatte zu entfernen.
Nun werden gemäß einem wichtigen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens die Leiterbahnen 37 und die leitfähigen Wandungen 38 der Durchgangslöcher einer chemischen Kupferabscheidung unterzogen, d. h. eine Kupferschicht 39,40 wird auf die Bahnen 37,38 chemisch abgeschieden und bildet damit den endgültigen Querschnitt der Leiter (Figur 2k). Zum Schluß wird eine Lötstopplackschicht 41 aufgetragen, um die Teile der Plattenoberfläche abzudecken, an denen kein Metall abgeschieden wurde. Es versteht sich, daß die Herstellung von Leiterstrukturen auf der Unterseite der mehrlagigen Platte auf dieselbe Art und Weise und gleichzeitig mit der soeben beschriebenen Herstellung von Leiterbahnen auf der Oberseite geschieht.
Gemäß einem praktischen Beispiel der Erfindung können durch Verwendung einer Kupferfolie 2,23 mit einer Dicke von 17,5 Mikrometern und eines Resistfilms 3,31 mit einer Dicke von 15 Mikrometern Leiterstrukturen mit Abmessungen von 50 Mikrometern oder weniger erzeugt werden. Nach Ausführung der chemischen Kupferabscheidung (Figur 1f, Figur 2k) über etwa 3,5 Stunden ist die Dicke der chemisch abgeschiedenen Schicht etwa 12 Mikrometer, was eine Gesamtdicke der Leiterstrukturen von etwa 30 Mikrometern ergibt. Es versteht sich, daß verschiedene chemische Bäder für den Schritt der chemischen Kupferabscheidung zum Einsatz kommen können und deswegen die zur Abscheidung einer Schicht vorgegebener Dicke erforderliche Gesamtzeit abhängig von dem verwendeten chemischen Bad schwanken kann. Obwohl eine Dicke der Leiterstrukturen von etwa 30 Mikrometern bei gedruckten Schaltungsplatten derzeit üblich ist, versteht es sich, daß die Erfindung die Herstellung von Leiterbahnen beliebiger Dicke gestattet.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Schicht 30 aus chemisch abgeschiedenem Kupfer (Figur 2c) etwa 2 Mikrometer dick sein; die während des Schritts des galvanischen Überziehens (Figur 2f) aufgebrachte Kupferschicht 34 kann eine Dicke von etwa 15 Mikrometern und die Zinnschicht 35,36 (Figur 29) eine Dicke von etwa 5 Mikrometern haben.
Bevorzugte Kupferbäder, in die die Schaltungsplatte während der chemischen Kupferabscheidung eingetaucht ist, sind "Additivbäder", die üblicherweise folgende Bestandteile umfassen: ein Kupfer(II)-salz, einen Komplexbildner, ein Reduktionsmittel, eine Base und einen Stabilisator. Solche Additivbäder sind nach dem Stand der Technik an sich bekannt, z. B. unter dem Namen "Ultraganth", erhältlich von der Schering AG, Berlin. Die Additivbäder können durch entsprechende Auswahl der obengenannten Bestandteile weiter optimiert werden, um zu gewährleisten, daß die endgültigen Leiterstrukturen eine gute Härte, eine gute Haftung an der Kupfergrundschicht, hohe Leitfähigkeit und geringe Porosität aufweisen. Im allgemeinen sollten die verwendeten Kupferbäder sicherstellen, daß das abgeschiedene Kupfer eine Struktur ähnlich der Kristallstruktur galvanisch aufgebrachten Kupfers besitzt. In einer Ausführungsform kann dieses dadurch erreicht werden, daß die Konzentration des Kupfer(II)-salzes im Additivbad unter etwa 0.05 mol/l eingestellt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Schritt der chemischen Metallabscheidung die chemische Abscheidung von Nickel (anstatt Kupfers) umfassen, wobei an sich bekannte chemische Nickelbäder zum Einsatz kommen können. Die Verwendung von Nickel bietet den Vorteil, daß es eine höhere Verformbarkeit als Kupfer besitzt, was zu erhöhter mechanischen Festigkeit der Wandungen der Durchgangslöcher führt. Aufgrund dieser erhöhten Festigkeit kann die Dicke der in einem vorhergehenden Schritt auf die Wandungen der Durchgangslöcher galvanisch aufgebrachten Kupferschicht geringer gehalten werden als bei der Verwendung von Kupfer für chemische Metallabscheidung. In einem praktischen Beispiel wird eine 10 Mikrometer dicke Nickelschicht auf die Kupferstrukturen chemisch abgeschieden, wobei die Oberfläche der Kupferstrukturen vorher aktiviert wurde, um die gute Haftung des Nickels am Kupfer zu gewährleisten. Schließlich wird eine dünne Goldschicht mit einer typischen Dicke von 0,1 bis 0,15 Mikrometern durch stromlose Abscheidung auf die Nickelschicht aufgebracht. Die Goldschicht verdeckt die Passivität des Nickels und stellt somit eine gute Lötbarkeit sicher.
Eine Nickel/Gold-Deckschicht auf Lötanschlußflächen bietet die weiteren Vorteile, daß sie für das Bonden (im Gegensatz zum Löten) elektronischer Bauelemente an die Platte sehr geeignet ist. Außerdem bietet Nickel eine Diffusionssperre gegen eventuelle Bondmetalle. Eine Nickel/Gold-Deckschicht ist auch bei Verwendung abnehmbarer Lötanschlußflächen vorteilhaft. Da Nickel eine verhältnismäßig geringe Korrosionsanfälligkeit besitzt, trägt die Verwendung einer Nickel- bzw. Nickel/Gold-Schicht als einer die darunterliegenden Kupferbahnen umschließenden Außenlage zu hoher Zuverlässigkeit der gedruckten Schaltungsplatte bei.
Das im Zusammenhang mit den Figuren 2a bis 1 beschriebene Verfahren zur Herstellung der Außenlagen mehrlagiger gedruckter Schaltungsplatten bzw. der Innenlagen mit Durchgangslöchern ist selbstverständlich nicht die einzige Möglichkeit. Wie bei dem bereits beschriebenen Innenlageverfahren ist es wesentlich, daß die endgültigen Leiterstrukturen und der endgültige Metallüberzug der Durchgangslöcher durch einen Schritt stromloser Abscheidung auf ein in vorhergehenden Schritten hergestelltes Muster hergestellt werden, wobei von einer dünnen an den Außenplatten laminierten Metallfolie ausgegangen wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die Metallfolien auf den obersten und untersten Lagen einer mehrlagigen Packung eine größere Dicke aufweisen als diejenigen in der im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen Ausführungsform. Der Grund, von einer dickeren Metallfolie auszugehen, ist z. B. der, daß die Herstellung isolierender Trägerplatten mit sehr dünnen Folien kostenaufwendiger ist. In einem solchen Beispiel wird die Metallfolie zunächst durch Ätzen auf eine Dicke verringert, die die gewünschten feinen Leiterstrukturen gestattet. Anschließend werden wie in der Ausführungsform der Figur 2 Durchgangslöcher gebohrt. Als Alternative zum Schritt der in Figur 2c dargestellten chemischen Kupferabscheidung können mehrere aufeinanderfolgende Verfahrensschritte verwendet werden, die im wesentlichen in der stromlosen Abscheidung einer dünnen Metallschicht ganzflächig auf die Platte sowie auf die Wandungen der Durchgangslöcher, gefolgt von dem galvanischen Überziehen der Metallflächen, bestehen. Anschließend wird gemäß Figur 2d der oben beschriebenen Ausführungsform eine Fotoresistschicht auf beide Seiten der Platte aufgetragen und das Resist nach dem gewünschten Muster von Leiterbahnen belichtet und entwickelt.
Zur Herstellung der Leiterbahnen kommen entweder Positiv- oder Negativmasken zum Einsatz, d. h. das Muster des entwickelten Fotoresists entspricht entweder den freien Räumen zwischen den Leiterbahnen oder den eigentlichen Leiterbahnen. In den nachfolgenden Schritten können die Räume zwischen dem entwickelten Fotoresist sowie die Wandungen der Durchgangslöcher mit einem galvanisch aufgebrachten Metallresist versehen werden. Danach wird das Fotoresist entfernt, das nicht abgedeckte Kupfer weggeätzt und das Metallresist entfernt, bevor die endgültigen Leiterbahnen durch chemische Metallabscheidung hergestellt werden. Vor dem Schritt der stromlosen Metallabscheidung wird bevorzugt eine Spülung mit Salzsäure vorgenommen, um ggf. unerwünschtes Material von der Oberfläche der isolierenden Trägerplatte zu entfernen.
Anschließend wird eine Lötstoppmaske auf die Plattenoberfläche laminiert und nach einem vorgegebenen Muster belichtet und entwickelt. Infolge dessen sind die Leiterbahnen und Zwischenräume mit einer Lötstopplackschicht abgedeckt, und nur die Stellen, an denen elektronische Bauelemente angelötet bzw. gebondet werden sollen, sowie die Durchgangslöcher und die Umgebung der Durchgangslöcher auf der Plattenoberfläche sind frei von der Lötstopplackschicht. Im nächsten Schritt wird eine Nickelschicht stromlos auf die freien (d. h. nicht durch Lötstopplack abgedeckten) Stellen abgeschieden und anschließend eine Goldschicht stromlos auf die Nickelschicht aufgebracht. Die Nickelschicht trägt zur Härte und zum Korrosionsschutz bei, und die Goldschicht gewährleistet eine gute Oberflächenleitfähigkeit. In einem praktischen Beispiel dieser Ausführungsform weist die Nikkelschicht eine Dicke von 6 bis 8 Mikrometern und die abschließende Goldschicht eine Dicke von 0,1 Mikrometer auf.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung wird, wenn eine Negativmaske zur Belichtung des Fotoresists verwendet wurde, das nicht abgedeckte Kupfer nach Entwicklung des Resists weggeätzt. Anschließend wird das Fotoresist entfernt, bevor die endgültigen Leiterbahnen durch chemische Metallabscheidung gebildet werden.
In allen Ausführungsformen muß gewährleistet werden, daß die Teile der Plattenoberfläche, an denen keine Leiterbahnen vorgesehen sind, vor dem Schritt der stromlosen Metallabscheidung auf die Leiterbahnen, bevorzugt durch Spülen mit Salzsäure, inaktiviert werden.
In allen Ausführungsformen kann zum Schluß eine Lötstoppmaske auf die Ober- und Unterseite der gedruckten Schaltungsplatte bzw. der mehrlagigen Packung aufgebracht werden, um die Leiterbahnen und die Teile der Plattenoberfläche abzudecken, an denen kein Metall abgeschieden wurde.
Alternativ dazu kann eine Lötstoppmaske an die Platte laminiert werden und vor dem Schritt der chemischen Metallabscheidung belichtet und entwickelt werden. Das Lötstopplackmuster wird so gewählt, daß die Leiterbahnen und die metallfreien Teile der Platte durch Lötstopplack abgedeckt, die Lötanschlußflächen und Durchgangslöcher dagegen nicht abgedeckt werden. Nachfolgend werden im abschließenden Schritt der stromlosen Abscheidung nur die Lötanschlußflächen und Durchgangslöcher mit einer zusätzlichen Metallschicht aus z. B. Kupfer oder Nickel oder Nickel und Gold versehen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatten,

um metallische Leiterstrukturen gemäß einem gewunschten Muster auf einer Trägerplatte aus isolierendem Material zu erzeugen, und um metallisierte Durchgangslöcher in der Trägerplatte zu erzeugen, bei dem

a) eine Metallfolie (23) an die Oberfläche der Trägerplatte (20) laminiert wird,

b) Durchgangslöcher (28) in den Träger und die Metallfolie gebohrt werden,

c) ein Muster leitfähiger Bahnen (37) aus der Metallfolie gemäß dem gewunschten Muster gebildet wird,

d) eine Metallschicht (46) galvanisch auf die Wandungen der Durchgangslöcher aufgebracht wird,

e) die Stellen außerhalb des Musters durch Entfernen etwaiger Substanzen auf der Trägerplatte inaktiviert werden, um Metallabscheidung an diesen Stellen zu verhindern,

f) eine Metallschicht (39,40) auf die Wandungen der Durchgangslöcher und die leitfähigen Bahnen (37) zur Bildung der endgültigen Leiterstrukturen chemisch abgeschieden wird, wobei die Bahnen als Grundschicht Teile (45) der auf der Platte laminierten Metallfolie haben.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Inaktivierungsschritt das Spülen der Trägerplatte (20) mit Salzsäure umfaßt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Muster leitfähiger Bahnen (37) durch die Schritte Auftragen einer Fotoresistschicht (31) , Aussetzen der Fotoresistschicht einer Bestrahlung gemäß dein gewünschten Muster der Leiterbahnen und Entwicklung der Fotoresistschicht hergestellt wird.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke der Metallfolie (23) weniger als etwa 17 Mikrometer beträgt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem das Resist (31) ein Trockenfilmresist ist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die Dicke der Resistschicht (31) weniger als etwa 15 Mikrometer beträgt.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das auf die leitfähigen Bahnen (37) chemisch abgeschiedene Metall (39) Kupfer ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem die gedruckte Schaltungsplatte während des Schrittes der chemischen Metallabscheidung in einem Additivbad eingetaucht ist, wobei das Bad ein Kupfer(II)-salz in einer Konzentration unter etwa 0.05 mol/l enthält.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das auf die leitfähigen Bahnen (37) cheinisch abgeschiedene Metall (39) Nickel bzw. Nickel und Gold ist.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das nach dem Schritt der chemischen Metallabscheidung auf das Muster leitfähiger Bahnen folgende Schritte umfaßt:

i) Auftragen einer Schutzschicht (Lötstoppmaske) auf die Plattenoberfläche,

ii) Belichtung und Entwicklung der Lötstoppmaske gemäß einem vorgegebenen Muster,

iii) stromlose Abscheidung eines Metalls auf die Stellen (z. B. Lötanschlußflächen, Durchgangslöcher) der Plattenoberfläche, die nicht durch die entwickelte Schutzschicht abgedeckt sind.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem das im Schritt iii) abgeschiedene Metall Nickel ist und nach der Abscheidung von Nickel eine Goldschicht auf die Nickelschicht stromlos abgeschieden wird.