DE1808161A1

DE1808161A1 - Verfahren zum Aufbringen eines gedruckten Leitungsmusters auf ein elektrisch isolierendes Substrat

Info

Publication number: DE1808161A1
Application number: DE19681808161
Authority: DE
Inventors: Snyder Keith Alan; Parker Arden Allan; Drotar John Stephen
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-11-13
Filing date: 1968-11-09
Publication date: 1969-06-12
Also published as: FR1594723A; US3573973A; DE1808161B2; GB1247706A

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 6. November I968 bu-mt

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen d. Anmelderin: Docket EN 9-67-030

Verfahren zum Aufbringen eines gedruckten Leitungsmusters auf ein elektrisch isolierendes Substrat

Es sind mannigfache Verfahren bekannt, um gedruckte Schaltungen herzustellen. Eine der gebräuchlichsten Methoden hierzu besteht darin, ein Leitungsmuster,bestehend aus Kupfer, auf ein isolierendes Substrat zu laminieren, wobei das Substrat ζ. B, aus Epoxydglasfasermaterial besteht. Normalerweise besteht das Verfahren zur Herstellung ™

der gedruckten S chaltung darin, dass in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten eine leitende Schicht auf das isolierende Substrat aufgetragen wird und schliesslich das endgültige Leitungszugmuster auf die bereits aufgetragenen leitenden Schichten mit Hilfe von Photowiderstandsmasken unter Anwendung von Ätzverfahren erstellt wird. Anderseits lässt sich auch auf das isolierende Substrat eine leitende Schicht durch Plattieren, Vakuumnieder schlag, Sprühen usw. auftragen, wobei dann wiederum das Leitung szugmuster durch Photowiderstandsmasken

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unter Anwendung von Ätzverfahren ausgearbeitet wird.

Eine gänzlich andere Methode zum. Herstellen gedruckter Schaltungen besteht darin, dass auf ein isolierendes Substrat direkt das endgültige Leitungszugmuster aufgetragen wird, indem zum Beispiel leitendes Material über eine entsprechende Maske aufgesprüht wird und anschliessend durch Plattieren oder Lötbadverfahren das aufgetragene Leitungszugmuster auf die gewünschte Stärke eingestellt wird. Anderseits lässt sich die Oberfläche eines isolierenden Substrats für einen Niederschlag durch stromloses Plattieren aktivieren und anschliessend Photowiderstands material in einem Faksimilenegativverfahren gemäss dem gewünschten Leitungszugmuster auftragen. Die durch das Negativ freigelassenen Oberflächenbereiche des Substrats werden dann in einem stromlosen Verfahren plattiert, indem die Leitungszüge auf die gewünschte Stärke gebracht werden; darauf wird dann die nicht mehr benötigte Photowiderstands schicht abgetragen.

Allen diesen Verfahren haften bestimmte Nachteile an. Je dünner nämlich das isolierende Substrat in seiner Materialstärke gewählt wird, wie es z. B. für flexible Schaltungen erforderlich ist, um so schwerer ist es, eine feste Kupferschicht auf dieses Substrat zu laminieren, geschweige denn zufriedenstellend und erfolgversprechend eine Photowider stands schicht hierauf aufzutragen und das Kupfer entsprechend dem gewünschten Leitungszugmuster abzutragen. Soll das gedruckte

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Leitungszugmuster durch Plattieren auf ein solches biegsames Substrat aufgetragen werden, dann ergeben sich die gleichen Schwierigkeiten für das Aufbringen der Photo wider stands schicht. Zusätzliche Schwierigkeiten zeigen sich darin, dass keine gute Adhäsion des endgültigen Leitungszugmusters auf der Substratoberfläche besteht. In allen diesen Fällen treten die Schwierigkeiten mehr oder weniger im Zusammenwirken auf, wenn das endgültige Leitungs zugmuster sehr feine Linienführungen enthält von z. B. 0, 1 mm Stärke auf einer 0, 2 mm breiten Isolationsfläche oder 0, 05 mm starken Leitung auf einer 0, 1 mm breiten Isolations fläche. Wenn es sich darum handelt, gedruckte Leitungszüge auf beiden gegenüberliegenden Seiten eines Substrats miteinander zu verbinden, wobei hierzu entsprechende Bohrungen dienen, dann ergeben sich zusätzliche Schwierigkeiten. Werden nämlich laminierte Schaltungsplatten verwendet, dann müssen zusätzliche V erfahr ens schritte zum stromlosen oder Elektroplattieren der Bohrungswandungen angewendet

werden. Werden additive Elektroplattierungs- oder stromlose Plattie- ^

rung s verfahr en für flexible Schaltungssubstrate verwendet, dann muss auf alle Fälle gewährleistet sein, dass die Bohrungen nicht unversehens mit Photowiderstandsmaterial gefüllt werden.

Als Hauptnachteil bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen ergibt sich jedoch, dass ein grosser Zeitaufwand erforderlich ist. Bei Anwendung von laminierten Schaltungskarten liegt dieser Zeitaufwand in der Grossenordnung von Stunden, was sich schon allein aus dem Laminie-

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rungsprozess als solchem ergibt. Wenn aber ein solcher Zeitaufwand nicht zu umgehen ist, dann ergeben sich Schwierigkeiten, wenn eine Automatisierung des Herstellungsverfahrens vorgenommen werden soll, weil aufwendige und damit teure Ausrüstungseinrichtungen jeweils für unzulässig langwährende Zeitabschnitte im Herstellungsverfahren gebunden sind, und damit nicht zum Fortgang des Prozesses entsprechend beitragen können.

Es ist deshalb wünschenswert, speziell bei der Herstellung von biegsamen gedruckten Schaltungen einen Hochgeschwindigkeitsprozess zur Verfügung zu haben, der sich leicht zur Automatisierung eignet. Hierbei soll jedoch gewährleistet sein, dass die Leitungen des gedruckten Leitungszugmusters fest auf dem isolierenden Substrat anhaften. Ausserdem sollen sich die Bedingungen beim Herstellungsverfahren leicht steuern" und nachprüfen lassen. Weiterhin soll bei einem ökonomischen Herstellungsverfahren eine sehr feine Linienauflösung im endgültigen Leitungszugmuster zu erzielen sein. Schliesslich müssen elektrisch leitende Verbindungen über Bohrlochwandungen von einer Substratseite auf die andere herstellbar sein und zwar möglichst ohne zusätzlichen Aufwand in Zeit oder Material.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Herstellungsverfahren zum Erstellen von gedruckten Schaltungen zu schaffen, bei dem der Zeitaufwand gegenüber bisher wesentlich herabgesetzt wird; weiter-

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hin soll die Adhäsionskraft des Leitungszugmusters auf dem isolierenden Substrat gegenüber bisher wesentlich erhöht werden, wobei insgesamt das Herstellungsverfahren für eine Automatisierung in hervorragendem Masse geeignet sein soll. Die Aufgabe besteht weiterhin darin, eine äusserst feine Linienführung im endgültigen Leitungszugmuster zu erzielen.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein entsprechender Oberflächenbereich des isolierenden Substrats gereinigt wird, dass hierauf ein Zinnchloridfilm durch Benetzen des genannten Oberflächenbereichs mit einer Zinnchloridlösung bei Raumtemperatur während einer Zeitdauer von etwa 10 Sekunden sowie anschliessendem Abspulen aufgetragen wird, dass ein metallischer Palladiumfilm, durch Einwirken einer Palladiumchloridsäurelösung auf den Zinnchloridfilm während einer Zeitdauer von wenigstens 10 Sekunden bei Raumtemperatur sowie anschliessendem Spülen aufgetragen wird, dass die behandelte \ Substratfläche in einem T ro cknungs verfahr ens schritt von Spülmittellösungsresten unter Anwendung einer Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Substrats befreit wird, dass anschliessend ein Überzug in Gestalt eines Faksimile-Negativs des Leitungsmusters aufgetragen wird, dass das Substrat mit diesem. Überzug einer Wärmebehandlung zum Trocknen ausgesetzt wird, bei der die Temperatur sowohl geringer als die Erweichungstemperatur des Substrats ist als auch nicht so hoch ist, um ein Verschmieren des Faksimile -Ne gativ-Überzugs-

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musters herbeiführen zu können, dass auf den metallischen Palladiumfilm in Bereichen, die durch den Faksimile-Negativ-Überzug freigelassen sind, unter Anwendung eines stromlosen Plattierungsverfahrens für eine ausreichende Zeitdauer unter entsprechender Temperatureinwirkung ein Überzug aus einem weiteren Metall unter anschliessendem Abspülen aufgetragen wird, dass dann das Substrat wenigstens für eine Zeitdauer von einer Minute auf im wesentlichen zwei Drittel des Wertes der Erweichungstemperatur des Substrates aufgeheizt wird, dass hier auffolgend ein dritter metallischer Überzug in einer gegenüber dem zweiten metallischen Überzug grösseren Dicke aufgetragen wird und aufgebrachte elektrische nichtleitende Überzuge abgetragen werden.

Als Substratmaterialien lassen sich vorzugsweise Polyester oder Polyimide verwenden.

Das Reinigen der Oberflächenbereiche lässt sich erfindungsgemassm.it Hilfe einer Chromsäurelösung unter Anwendung einer Temperatur zwischen 76 C bis 82 C während einer Zeitdauer von 15 Sekunden durchführen. Ein weiterer Reinigungsschritt erfolgt mit kaustischer Soda unter Anwendung einer Temperatur von 76 C für eine Zeitdauer von 10 Sekunden; hierauf wird dann mit einer Spülmittellösung und anschliessend mit klarem Wasser das Substrat abgespült. Die erfindungsgemässe Sensibilisierung der Substratoberfläche erfolgt mit Hilfe einer Zinnchloridlösung, die für eine Zeitdauer von 10 Sekunden einwirken gelassen wird;

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die so sensibilisierte Oberfläche wird dann erfindungsgemäss unter Einwirken einer Palladiumchloridlösung während einer Zeitdauer von 10 Sekunden aktiviert. Das Faksimile-Negativ der gewünschten gedruckten Schaltung lässt sich dann mit Hilfe einer Hochgeschwindigkeitsdruckpresse auftragen; wobei die anschliessende Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 60 C und 71 C für eine Zeitdauer von 30 sek. erfolgen kann. Die zweite Metallschicht wird dann erfindungsgemäss mit einem stromlosen Nickelplattierungsverfahren in Gestalt eines Nickelfilms während einer Zeitdauer von 30 sek. aufgetragen, um dann anschliessend ein Trocknungsverfahren in Luft bei einer Temperatur durchzuführen, deren Wert bei 2/3 der Erweichungstemperatur des Substratmaterials liegt. Das endgültige Leitungszugmuster lässt sich dann gemäss einem weiteren Erfindungsgedanken durch ein Lötwellenverfahren in der gewünschten Stärke auftragen.

Das erfindungsgemässe Hochgeschwindigkeitsverfahren, bei dem im allgemeinen die Verfahrens schritte kürzer sind als eine Minute, führt zu einem gedruckten Leitungszugmuster, das mit grosser Adhäsionskraft auf dem Substrat haftet, auch wenn das Substrat schmiegsam bzw. biegsam ist. Alle Oberflächenbereiche inklusive Bohrloch wandungen werden gleichzeitig in den V erfahr ens schritten behandelt.

Damit liegt die benötigte Zeitdauer für das Herstellungsverfahren von gedruckten Schaltungen gemäss der Erfindung in der Grössenordnung von

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Minuten.

Weitere Vorteile, Merkmale und Teilaufgaben der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die mit Hilfe der beiliegenden Zeichnung näher erläutert wird, und aus den Patentansprüchen.

Die beiliegende Zeichnung zeigt in tabellarischer Übersicht die für das Herstellungsverfahren gemäss der Erfindung erforderlichen Verfahrensschritte.

Einleitend sei darauf hingewiesen, dass es sich in der Praxis herausgestellt hat, dass bei Anwendung gewisser Aufheizbehandlungen in Verbindung mit an sich bekannten Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen unter Anwendung der Auftragungstechnik unerwartete Ergebnisse erzielt worden sind, die eine beachtliche Beschleunigung bei der Herstellung zulassen. Trotz der hohen Geschwindigkeit, mit der die Leitungszüge aufgetragen werden, ergibt sich neben einer hohen Adhäsionskraft auch eine scharf definierte Linienführung.

Aus der tabellarischen Übersicht am Schluss der Beschreibung ergibt sich,daß im ersten Verfahrens schritt ein elektrisch isolierendes Substrat zunächst gründlich gereinigt wird, um seine Oberfläche für die darauffolgende stromlose Plattierung vorzubereiten. Als Substrate sind so z.B. ein Polyesterprodukt und Polyimidmaterial benutzt worden. Für

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biegsame bzw. schmiegsame Schaltungsführungen ist die Substratdicke dabei zu etwa O, 03 mm bis 0, 08 mm gewählt worden. Ist für die endgültige Schaltungsflihrung zur Verbindung der Leitungen auf einer Seite mit denen auf der anderen Seite eine jeweilige Plattierung von Lochungen im Substrat erforderlich, dann werden diese Lochungen vor der Reinigung und damit vor den anderen Verfahr ens schritten in das Substrat gestanzt. Ist eine Plattierung solcher Lochungen erforderlich, dann er- Λ geben sich in dem nachfolgenden Verfahren entsprechend Wiederholungen gewisser Verfahrensschritte.

Durch die im Verfahrens schritt 1 erfolgende Reinigung werden Schmutz- und Fettablagerungen auf der Substratoberfläche entfernt, so dass die Oberflächen für die nachfolgenden Plattierungsschritte in geeigneter Weise vorbereitet ist. Im vorliegenden Herstellungsverfahren hat sich ein dreistufiger Reinigungsprozess als am meisten zweckentsprechend erwiesen. In der ersten Stufe wird das Substrat in eine Chromsäurelösung eingetaucht, die aus folgenden Materialien besteht: 11,7 1 Schwefelsäure, 3 1 Wasser und 4, 38 g Natriumdichromat. Diese hochkonzentrierte Säurelösung wird vorzugsweise auf eine Temperatur von 76 C gehalten, obwohl auch ein Bereich von 76 bis 82 C brauchbar ist. Die bevorzugte Eintauchzeitdauer beträgt 15 sek., wobei eine Zeitdauer, die grosser als eine Minute ist, nur äusserst selten erforderlich erscheint. Es ist natürlich klar, dass bei Erfordernis einer niedrigeren Temperatur der Säurelösung eine entsprechend grössere Zeitdauer ge-

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wählt werden muss, um den gleichen Reinigungseffekt wie bei höheren Temperaturen zu erzielen.

Nach Benetzen der für die Auftragung der Leitungszüge vorgesehenen Oberflächenbereiche mit der Chromsäurelösunge werden diese Oberflächen in fliessendem Wasser gespült. Darauf wird das Substrat in ein Ätzbad eingetaucht, das folgende Bestandteile aufweist: 45 1 Wasser und 6 300 g Natriumhydroxyd. Das Ätzbad wird vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 76 C gehalten, wobei die Eintauchzeit zwischen 10 und 30 sek. liegt. Es ist dabei keinesfalls erforderlich, dass die Substratoberflächen länger als eine Minute von der Lösung benetzt werden. Ebenso wie oben erfordert die Behandlung bei niedrigerer Temperatur eine entsprechend grössere Zeitdauer.

Wird ein Polyestersubstrat verwendet, dann wird es nach diesem Verfahrensabschnitt in klarem Wasser gespült. Wird hingegen ein Polyimidsubstrat benutzt, dann ist es das beste, zunächst eine Spülung unter Anwendung eines milden Schmutzlösungsmittels vorzunehmen, um jeden anhängenden Film, der sich nach Anwendung des Ätzbades wieder niedergeschlagen hat, zu entfernen; anschliessend kann dann die Spülung in klarem Wasser vorgenommen werden. Es ist allerdings bekannt, dass durch Anwendung einer Chromsäurelösung das Polyestermaterial angegriffen wird und dass durch die Anwendung des Ätzbades Polyimidmaterial angeätzt wird. Die besten Resultate lassen sich jedoch erzielen,

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wenn die verwendeten Materialien durch die angeführten Bäder in der aufgeführten Reihenfolge gereinigt worden sind.

Nach Abspulen der Überreste des Ätzbades brauchen die Substrate nicht getrocknet zu werden, sondern werden gemäss Verfahr ens schritt 2 der tabellarischen Übersicht unmittelbar danach in eine Zinnchloridlösung eingetaucht, die aus folgenden Bestandteilen besteht: 670 g SnCl- · 2 H-O und 775 g SnGl. (trocken) in 45 1 Wasser gelöst. Dieses Bad wird auf eine Temperatur zwischen 21 bis 27 C gehalten, d. h. bei Raumtemperatur, indem gleichzeitig eine Eintauchzeit von 10 bis 30 sek. eingehalten wird. Durch Anwendung dieses Bades wird ein Zinnchlorid film, auf die Substratoberfläche niedergeschlagen. Enthält dieses Substrat Lochungen, dann werden die Lochungswände natürlich ebenso von Zinnchlorid überzogen. Das Substrat wird dann anschliessend wieder in klarem Wasser gespült.

Im V erfahr en s schritt 3 wird dann das Substrat in eine Palladiumchloridlösung eingetaucht, die folgende Bestandteile enthält: 100 bis 250 g PdCl in 45 1 Wasser gelöst und mit Salzsäure auf einen pH-Wert von etwa 1, 0 eingestellt. Auch dieses Bad wiederum wird auf eine Temperatur zwischen 21 bis 27 C gehalten, d. h. im wesentlichen bei Raumtemperatur, wobei die Eintauchzeit zumindest 10 sek. beträgt. Längere Eintauchzeiten scheinen die Endresultate nicht nennenswert beeinflussen ' zu können. Durch Eintauchen in dieses Bad wird eine Schicht metalli-

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sehen Palladiums auf das mit einem Zinnchloridfilm überzogene Substrat niedergeschlagen, indem Palladiumchlorid unter der Einwirkung von SnCl« reduziert wird. Nach Entfernen des Substrats aus der Lösung

wird es wiederum in klarem Wasser gespült.

Um eine Beschädigung der Oberflächen zu verhindern, ist es natürlich wichtig, das Berühren der Oberflächen mit Fingern, Greifern usw. zu vermeiden.

Anschliessend an den zuletzt beschriebenen Verfahr ens schritt, ist es nun erforderlich, die Oberflächen des Substrats zu trocknen, so dass in einem nachfolgenden V erfahr ens gang die zu druckenden Leitungszüge fest anhaftend aufgebracht werden können. So werden etwa noch vorhandene Wasserstropfen in Luft bei Temperaturen zwischen 21 und 71 C bei Erzielen bester Resultate von der Substratoberfläche entfernt. Je nachdem wieviel Wasser noch auf der Oberfläche haftet, wird dieser Verfahr ens schritt in seiner Dauer eine Minute übersteigen. Die Anwendung eines Luftstrahls zum Entfernen restlichen Wassers vor dem eigentlichen Trockenvorgang lässt die Gesamtzeitdauer zum Trocknen weiter herabsetzen.

Nach Trocknen des Substrats wird ein negatives Faksimile des gewünschten endgültigen LeitungsVerlaufs auf die Substratoberfläche aufgetragen; V erfahr ens schritt 4. Das hierbei niedergeschlagene Material ist

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äusserst porenfrei, in Wasser unlöslich und elektrisch nichtleitend; vorzugsweise aber nicht notwendigerweise ist es für eine äusserst scharfe Linienführung geeignet und auch widerstandsfähig gegenüber geschmolzenem Lot. Der eigentliche Druckvorgang kann bei einseitigem Bedrucken in einem Flachdruckverfahren oder bei beidseitigem Bedrucken in einem. Rotationsoff setverfahr en erfolgen.

Für eine äusserst scharfe Linienführung der aufgebrachten Leitungszüge mit einem gegenüber schmelzendem Lot widerstandsfähigen Überzug wird vorzugsweise ein Material hohen Schmelzpunktes in Gestalt eines synthetischen Esterkunststoffs hoher AuflösIichkeit einem Säurewert von 10 bis 20 und einem Schmelzpunkt zwischen 82 bis 88 C verwendet, das mit einem. Fettkohlenwasserstofföl hohen Siedepunktes (etwa 250 C) vermischt ist. Diese Lösung enthält etwa 40% Kunststoff mit einem Viskosewert zwischen 62 bis 98, 5 Poise.

Nach Niederschlagen dieses Überzugs wird das Substrat gemäss dem V erfahr ens schritt 5 einer Wärmebehandlung ausgesetzt, wobei Temperaturen zwischen 60 bis 71 C,vorzugsweise aber von 65 C, zur Anwendung kommen. Diese Wärmebehandlung findet während 30 sek. in einer Atmosphäre von vorzugsweise weniger als 50% relativer Feuchtigkeit statt. Beim Drucken führt normalerweise eine solche Wärmebehandlung zur Ausdampfung der Lösung, so dass sich ein gleichförmiger Film bildet; es liegt dabei keinerlei Anzeige für eine damit verbundene chemische

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Reaktion vor. Die erfindungsgemässe Wärmebehandlung hingegen lässt das aufgedruckte Material bei einer Temperatur trocknen, die unterhalb des Wertes liegt, bei dem die Druckmasse sich verläuft. Ein solches Verlaufen ist in jedem Falle unerwünscht, da hierdurch das gedruckte Leitungsmuster verwischt wird. In dem Masse, wie die relative Feuchtigkeit anwächst, wird eine längere Trocknungszeit erforderlich. Die besten Ergebnisse lassen sich jedoch mit den oben angegebenen Parametern erzielen.

Nach Trocknen des Überzuges wird das Substrat im Verfahrens schritt in ein Bad zum stromlosen Metallisieren eingegeben, wobei eine Metallschicht auf die Palladiumoberflächenbereiche niedergeschlagen wird, die durch den Negativ-Faksimile-Überzug freigelassen sind. Das Substrat wird für eine so lange Zeitdauer in das Bad eingetaucht, die gerade erforderlich ist, einen gleichförmigen Metallüberzug auf die freiliegenden Oberflächenbereiche niederzuschlagen. Wenn auch übliche stromlose Plattierungsbäder angewendet werden können, vor allem für Kupfer und Nickel, ist es vorgezogen worden, ein Nickelplattierungsbad bestimmter Provenienz anzuwenden. Dieses Bad besteht aus nachstehend aufgeführten Materialien: 45 1 Wasser, 715 g NiSO · 7 HO, 1070 g NaH PO H O,

Q Lt Lt Lt Lt

1390 g 85%iger Milchsäure, 214 g Natriumazetat, 724 g Natriumsuccinat, 161 g Essigsäure, 2 bis 3 Teile auf eine Million Bleiazetat mit Natrium hydroxydlösung- oder Schwefelsäurelösungszusatz, um den pH-Wert vorzugsweise auf 5, 2 einzustellen, obgleich ein Bereich zwischen 4, 8

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und 5, 6 als brauchbar angesehen werden kann. Dieses Bad soll auf eine Temperatur zwischen 76 und 88 C gehalten werden, wobei eine Eintauchzeitdauer von im wesentlichen 30 sek. einzuhalten ist. Bei geringeren Temperaturen als 76 C steigt die erforderliche Zeit zum Niederschlagen eines Überzuges an, was nicht wünschenswert ist. Nach diesem Vorgang wird das Substrat wieder in Wasser gespült und anschliessend getrocknet, um etwa noch vorhandene restliche Spülmittel zu beseitigen.

Im oben beschriebenen Verfahr ens schritt ist also das gewünschte Leitungszugmuster in Form eines lötbaren Metalls auf beiden Seiten des Substrats aufgebracht, wobei auch die Wandungen eventuell vorhandener Löcher mit einer Metallschicht überzogen sind, so dass leitende Verbindungen von den Leitungszügen der Vorderseite zu denen der Rückseite hergestellt sind.

Bei diesem Verfahrens stand kann nun der gedruckte Überzug entfernt werden, indem dieser Überzug mit einer Lösung benetzt wird, die den Überzug löst oder auflöst, aber das Substrat und die aufgetragenen Materialien nicht angreift.

Der ab s chlies s ende Ve rf ahrens schritt dient dazu, das Leitungsmuster für einen Vorgang vorzubereiten, der zur Reduzierung des elektrischen Widerstandes dient. Das mit dem stromlos niedergeschlagenen Metall versehene Substrat wird im Verfahrens schritt 7 für etwa eine Minute

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auf angenähert 2/3 des Wertes des Erweichungspunktes des Substratmaterials in Luft aufgeheizt. Bei Polyimidmaterial mit einem Erweichungspunkt von etwa 215 C wird so vorzugsweise eine Temperatur von 190 C eingestellt. Bei Polyester mit einem Erweichungspunkt von angenähert 150 C wird vorzugsweise eine Temperatur von etwa 93 C verwendet. Durch diese Massnahmen wird erreicht, dass die Adhäsion des endgültigen Leitungsmusters auf dem isolierenden Substrat erhöht wird.

In einem nächsten Verfahrensschritt wird nun der relativ hohe spezifische Widerstand der aufgebrachten Leitungszüge in der Weise verhindert, daß ein zweiter metallischer Überzug auf den ersten metallischen Überzug ebenfalls mit Hilfe eines stromlosen Plattierungs Verfahrens aufgetragen wird. In diesem Verfahrens schritt 8 wird die Substratoberfläche mit einem üblichen Ixitflussmittel überzogen, um anschliessend unter Anwendung eines Lötwellenverfahrens die auf dem Substrat befindlichen Leitungszüge mit einer entsprechenden Metallschicht zu überziehen. Dicke Lötzinnschichten von etwa 0, 13 mm Stärke und darüber je nach der Breite der Leitungszüge lassen sich auf diese Weise auftragen. Nach einem anderen Verfahren, das allerdings teurer und langsamer ist, wird zunächst in einem stromlosen Plattierungsverfahren Kupfer aufgetragen, um dann anschliessend in einem elektrolytischen Verfahren die Kupfer schicht auf die gewünschte Dicke der grundlegenden Nickelschicht einzustellen.' Es lässt sich aber auch eine Kombination der oben beschriebenen Verfahren anwenden, wobei zunächst eine dünne Lötzinnschicht auf die

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ursprüngliche Nickelschicht aufgetragen wird, um in einem anschliessenden Plattierungs schritt Kupfer, Gold und dergleichen aufzutragen.

Wenn die elektrisch leitenden Überzüge nicht bereits vor diesen abschliessenden Verfahr ens schritten entfernt worden sind, lässt sich das j etzt durchführen.

Im Rückblick auf das oben beschriebene Verfahren lässt sich feststellen, dass der Verfahrensschritt, der allein einen Zeitaufwand erfordert, der grosser als eine Minute ist, derjenige V erfahr ens schritt ist, worin die Substratoberflächen nach Benetzen mit der Palladiumchloridlösung getrocknet worden sind. In Abhängigkeit jedoch vom Betrag der auf der Oberfläche des Substrats haftend bleibenden Spüllösung und der angewandten Temperatur lässt sich dieser zuletzt genannte Verfahr ens schritt auch in weniger als einer Minute durchführen. Jedenfalls ist für jeden anderen Verfahr ens schritt in diesem Herstellungsverfahren weniger als eine Minute erforderlich. Damit ergibt sich aber, dass das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren als Hochgeschwindigkeitsprozess für Automatisierungsbestrebungen in hervorragendem Masse geeignet ist, da für j ede»V erfahrene schritt die jeweils zugeordnete Ausrüstung nur in relativ kurzer Zeit beansprucht wird. Weiterhin lässt sich das negative Faksimile des Leitungsmusters in Gestalt eines nichtleitenden Überzugs in einem Rotation&offsetverfahren auf das Substrat aufbringen, so dass sich ein relativ hoher Ausstoss erzielen lässt. Darüberhiitaus

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lassen sich die Leitungszüge mit Hilfe üblicher Druckverfahren in äusserster Feinheit auftragen, wie es z. B. im Flaehdruckverfahren möglich ist, wobei Linienzüge von 0, 05 mm bis 0, 1 mm Feinheit auf dünne Substrate, bestehend aus Polyimid bzw. Polyester auftragbar sind.

In Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens hat sich weiterhin ergeben, dass durch das Plattieren von Bohrungen gleichzeitig mit der Substratoberfläche in wirkungsvoller und betriebssicherer Weise elektrisch leitende Verbindungen von einer Substratober&äche zur anderen herstellbar ist.

Die Qualität des Herstellungsverfahrens bzw. des sich hiermit ergebenden Produkts ist mit Hilfe eines Adhäsionstest geprüft worden. Hierzu sind etwa 2, 5 cm breite Substratstreifen mit Hilfe des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens mit Lötzinn überzogen worden, um dann anschliessend aufeinandergelötet-zu werden« Beim Abziehen des Isoliermaterials vom Metall haben sich folgende Adhäsionsresultate ergeben: Bei Polyimid ist eine Kraft von mehr als 2 l/4 Pond erforderlich gewesen, um das Substrat vom Metallüberzug zu trennen; bei Polyester hat diese Kraft mehr als 1, 8 Pond betragen. In diesem Zusammenhang ist es interessant zu erfahren, dass ohne Spülmittelbehandlung im anfänglichen Substratreinigungsprozess die Leitungsmusteradhäsion auf Polyimid ungefähr nur 1 l/4 Pond betragen hat im Gegensatz zum oben-

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genannten höheren Wert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die erfindungsgemässe Herstellung gedruckter Schaltungen im Auftragverfahren folgende Vorteile gegenüber dem Stande der Technik besitzt: Es stellt ein Hochgeschwindigkeitsverfahren dar, das vorzüglich für Automatisierungszwecke .geeignet ist; es ist wirtschaftlich, weil die verwendeten Materialien ohne weiteres erhältlich sind; die angewendeten Temperaturen und verwen- M

deten Materialien lassen sich leicht steuern bzw. überwachen, die Anwendung bewährter Druckverfahren gestattet eine äusserst feine Linienauflösung im gedruckten Leitungsmuster und schliesslich ist das endgültig aufgetragene Leitungsmuster in höchstem Masse auf dem elektrisch isolierenden Substrat adhäsiv bzw. anhaftend.

Werden andere Materialien als Polyester oder Polyamid verwendet, dann müssen bestimmte V erfahrene schritte entsprechend abgewandelt

werden. Abschliessend sei noch darauf hingewiesen, dass zwar das erfindungsgemässe Verfahren für.flexibel gestaltete gedruckte Schaltungssubstrate beschrieben worden ist, jedoch ohne weiteres auch für starre gedruckte Schaltungskarten anwendbar ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Aufbringen eines gedruckten Leitungsmusters auf ein elektrisch isolierendes Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass ein entsprechender Oberflächenbereich gereinigt wird (1), dass hierauf ein Zinnchloridfilm durch Benetzen des genannten Oberflächenbereichs mit einer Zinnchloridlösung bei Raumtemperatur während einer Zeitdauer von etwa 10 sek. sowie anschliessendem Abspulen aufgetragen wird (2), dass ein metallischer Palladiumfilm durch Einwirken einer Palladiumchloridsäurelösung auf den Zinnchloridfilm während einer Zeitdauer von wenigstens 10 sek. bei Raumtemperatur sowie anschliessendem Abspulen aufgetragen wird (3), dass die behandelte Substratfläche in einem T ro cknungsverfahr ens schritt von SpülmitteJ.-lösungsresten unter Anwendung einer Temperatur unterhalb der Einweichungstemperatur des Substrats befreit wird, dass anschliessend ein Überzug in Gestalt eines Faksimile-Negativs des Leitungsmusters aufgetragen wird (4), dass das Substrat mit diesem Überzug einer Wärmebehandlung zum Trocknen ausgesetzt wird (5), bei der die Temperatur sowohl geringer als die Erweichungstemperatur des Substrats ist als auch nicht so hoch ist, um ein Verschmieren des Faksimile-Negativs-Überzugsmusters herbeiführen zu können, dass auf den metallischen Palladiumfilm, in Bereichen, die durch den Faksimile-Negativ-Überzug freigelassen sind, unter Anwendung eines stromlosen Plattierung s verfahr ens für eine ausreichende Zeitdauer

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unter entsprechender Temperatureinwirkung ein Überzug aus einem weiteren Metall unter anschliessendem Spülen aufgetragen wird (6), dass dann das Substrat wenigstens für eine Zeitdauer von einer Minute auf im wesentlichen 2/3 des Wertes der Erweichungstemperatur des Substrates aufgeheizt wird (7), dass hierauffolgend ein dritter metallischer Überzug in einer gegenüber dem zweiten metallischen Überzug grösseren Dicke aufgetragen wird (8) und aufgebrachte elektrisch nichtleitende Überzüge abgetragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einwirkungszeit der Zinnchloridlösung zwischen 10 bis 30 sek. liegt.

3, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auftragen (2) des Zinnchloridfilms auf das Substrat eine Zinnchloridlösung mit folgenden Bestandteilen verwendet wird: 45 1 Wasser,

670 g SnCl ·· 2 HO und 775 g SnCl (kristallwasserfrei). 2 2 4

4, Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung

einer Palladiumchloridlösung nachstehend aufgeführter Bestandteile: 45 1 Wasser, etwa 100 bis 250 g PdCl- unter Einwirkung von Salzsäure auf einen pH-Wert von im wesentlichen 1, 0 eingestellt.

en "»-«,«so J ; j o.g;8-2-4/ 11 2 $

5. Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einwirkenlassen (3) der Palladiumchloridlö sung auf den Zinnchloridfilm die entsprechende Substratoberfläche abgespült und bei einer Temperatur zwischen 21 C und 65 C getrocknet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der

Λ Faksimile-Negativ-Überzug in einem Drückverfahren aufgetragen wird

7. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 6, gekennzeichnet durch Verwendung eines Faksimile-Negativ-Überzugs folgender Bestandteile; 40% Lösung eines hochlösbaren synthetischen Ester-Kunst-■ Stoffs mit einem Schmelzpunkt zwischen 180 C bis 190 C sowie einem Säurewert zwischen 10 bis 20 in einem Fettkohlenwasserstofföl

_ mit einem bei im wesentlichen 271 C liegenden Siedepunkt sowie

einer Viskosität von 62 bis 98, 5 Poise,

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekerihzeiclineir ifäss 3ie Wärmebehandlung (5) zum. Trocknen bei einer"Temperätior swischen 60 C und 71 C während einer Zeitdauer von 30 sek. und unter einer relativen Feuchtigkeit von 50%'erfolgt,"

9. Verfahren nach Anspruch 1," dadurch gekennzeichnet, dass der zweite metallische Überzug in einem^ stromlos ehVerfahren aus einer

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BAD ORIGINAL

Nickelplattierungslösung bei einer Temperatur zwischen 76 C bis 88 C während einer Zeitdauer von 30 sek. niedergeschlagen wird (6),

10. "Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 9, gekennzeichnet durch Verwendung einer Nickelplattierungslösung mit folgenden Bestandteilen: 45 1 Wasser, 715 g NiSO · 7 HO, 1070 g NaH_PO H O, 1390 g 85%ige Milchsäure, 214 g essigsaures Natron, 724 g Natrium succinat, 1&1 g Essigsäure, 2 bis 3 Teile auf einer Million Bleiazetat, indem der pH-Wert dieser Lösung mit Hilfe einer NaOH-Lösung auf einen Wert zwischen 4, 8 bis 5, 6 eingestellt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Polyimidsubstrates.

12. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch die Verwendung -;

eines Polyestersubstrates.

13. Verfahren n^ch Anspruch 1, Anspruch 11 und Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Verwendung eines durchbohrten Substrates.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Oberflächenreinigung (1) eine Chromsäurelösung, bestehend aus 11,7 1 Schwefelsäure, 3 1 Wasser und 438 g Natriumdichromat bei einer Temperatur zwischen 76°C bis 82°C für eine Zeitdauer von 15 bis

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60 sek. unter nachfolgendem Abspulen angewendet wird, dass anschliessenddie Oberfläche einem Ätzbad mit nachfolgenden Bestandteilen: 45 1 Wasser, 6300 g Natriumhydroxyd bei einer Temperatur von im wesentlichen 76 C für eine Zeitdauer zwischen 10 bis 60 sek. ausgesetzt wird und dann nach einer anschliessenden Spülmittelbehandlung die betreffende Oberfläche mit klarem Wasser abgespült wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auftragen (8) des dritten Metallüberzugs zunächst ein Flussmittel auf den zweiten Metallüberzug aufgetragen wird, um anschliessend in einem Lötwellenverfahren mit einem dritten Metallüberzug in Gestalt einer Lötzinn schicht versehen zu werden.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faksimile-Negativ-Uberzug nach Aufbringen (6) des zweiten Metallüberzugs und vor dem Aufheizen (7) des Substrats abgetragen wird.

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