DE3516760A1

DE3516760A1 - Verfahren und vorrichtung zum aetzen von kupfer auf einer leiterplatte

Info

Publication number: DE3516760A1
Application number: DE19853516760
Authority: DE
Inventors: Norvell John Palo Alto Calif. Nelson
Original assignee: PSI Star Inc
Current assignee: PSI Star Inc
Priority date: 1984-05-17
Filing date: 1985-05-09
Publication date: 1985-11-21
Also published as: JPS6152375A; GB2159102B; JPH0136555B2; FR2564683A1; GB2159102A; US4543153A; GB8512466D0; CA1223082A

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ÄTZEN VON KUPFER AUF EINER LEITERPLATTE

Die Erfindung betrifft die Herstellung von gedruckten Schaltungen, d.h. Leiterplatten, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur anisotropen Ätzung von Kupfer durch eine Nickel-Gold-Maske auf einer Leiterplatte.

Bei einem Verfahren zur Herstellung von korrosionsbeständigen Leiterplatten, wird auf der Außenfläche der Kupferschicht ein Photoresistmuster gebildet, wobei die beizubehaltenden Bereiche des Kupfers durch das Resist freiliegen. Auf den freiliegenden Kupferbereichen wird eine Schicht Gold gebildet, wobei zur Verhinderung der Diffusion des Goldes in das Kupfer zwischen der Kupfer- und der Goldschicht eine Nickelschicht angeordnet wird. Danach wird das Photoresist entfernt und die freigelegten Kupferbereiche weggeätzt, wobei während des Ätzvorgangs das Gold als Maske dient.

Nach dem Wegätzen der Kupferbereiche kommt es zu einer unerwünschten Unterhöhlung bzw. Entfernung des Kupfers unterhalb der Nickel-Gold-Maske bei Anwendung einer beliebigen bekannten Ätztechnik. Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß diese Unterhöhlung durch elektrische Verbindung des Kupfers mit der Reaktionskammerwand bzw. einem beliebigen anderen elektrischen Leiter, der mit dem Ätzmittel in Kontakt steht, fast gänzlich verhindert werden kann.

Eine Aufgabe der Erfindung ist ein neues und verbessertes

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Verfahren zum Ätzen von Kupfer durch eine Nickel-Gold-Maske auf einer Leiterplatte.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art zur Durchführung einer anisotropen Ätzung unter weitgehender Vermeidung der Unterhöhlung des Kupfers unterhalb der Nickel-Gold-Maske.

Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Kupfer auf der Leiterplatte und der Reaktionskammerwand oder einem anderen über die Ätzlösung in Kontakt stehenden elektrischen Leiter gelöst. Bei dieser Verbindung werden das zu entfernende Kupfer und der andere Leiter im wesentlichen auf demselben elektrischen Potential gehalten. Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Ätzreaktion anisotrop verläuft, ohne starke Unterhöhlung des Kupfers unterhalb der Nickel-Gold-Maske.

Figur 1 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine Leiterplatte mit einer erfindungsgemäß zu ätzenden Nickel-Gold-Maske.

Figur 2 zeigt einen leicht schematisierten Teilquerschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ätzen von Kupfer.

In den Zeichnungen wird die Erfindung in Verbindung mit einer gedruckten Leiterplatte 11 mit einem isolierenden Substrat 12 und einer Kupferschicht 13 auf einer Seite des Substrats illustriert. Eine Nickel-Gold-Maske, die eine Nickel schicht 14 und eine Goldschicht 17 umfaßt, wird auf der Außenseite des Kupfers auf den beizube-

haltenden Kupferbereichen gebildet. Die Maske kann durch eine beliebige geeignete Technik, wie Beschichtung der gesamten Kupferoberfläche mit einer Photoresistschicht, Entfernung des Photoresists in den Bereichen, in denen das Kupfer beizubehalten ist, Überziehen der Platte mit Nickel und Gold, die nur an den Stellen haften bleiben, an denen das Photoresist entfernt wurde, und schließlich durch Entfernung des restlichen Photoresists gebildet werden.

Das freiliegende Kupfer wird dann durch Behandlung der Platte mit einer Ätzlösung entfernt. Es kann jede geeignete Ätzlösung verwendet werden, eine bevorzugte Ätzlösung wird jedoch in der US-PS 4 497 687 beschrieben. Diese ist eine wässerige Lösung von NO oder HNO,, einem gelösten Kupfersalz wie Cu(NO...)» und einem Polymerzusatz, der als Tensid und als Inhibitor zur Verhinderung der lateralen Ätzung bzw. der ünterhöhlung dient. Diese Ätzlösung und ihre Anwendung werden in der erwähnten Patentschrift eingehend beschrieben.

Die Ätzreaktion kann in einem beliebigen geeigneten Reaktionsgefäß durchgeführt werden. In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird die Leiterplatte 11 in einem Reaktionsgefäß 21 mit einem Fließkanal 22, in den die Platte gegeben wird, geätzt. Die Ätzlösung fließt durch den Kanal, wobei die Fließgeschwindigkeit auf eine optimale Entfernung des Kupfers eingestellt werden kann. Ein Reaktionsgefäß dieses Typs wird in der US-PS 4 482 625 eingehend beschrieben.

Ein elektrisch leitender Draht 26 wird einerseits mit dem Kupfer auf der Leiterplatte und andererseits mit der elektrisch leitenden Metallwand 27 des Reak-

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tionsgefäßes verbunden, um das Kupfer und die Wand im wesentlichen auf demselben elektrischen Potential zu halten. Eine ähnliche Verbindung wird auch zwischen der Platte und einem beliebigen anderen, nicht dargestellten elektrischen Leiter hergestellt, der durch die Ätzlösung mit dem Kupfer in Kontakt gebracht werden kann. Diese Verbindung hat sich überraschenderweise als sehr wirksam bei der Beseitigung der lateralen Ätzung bzw. der Unterhöhlung des Kupfers unterhalb der Nickel-Gold-Maske erwiesen. Der Grund dafür ist nicht völlig klar, es kann jedoch angenommen werden, daß dies zumindest teilweise auf die Beseitigung des Voltaeffekts zwischen dem Kupfer und dem anderen Leiter zurückzuführen ist.

Wird das Kupfer geätzt, tritt dieses als Cu -Ionen in die Ätzlösung ein. Weicht die Lösung sehr stark von der elektrischen Neutralität ab, werden sehr starke elektrostatische Kräfte wirksam, welche die Lösung wieder in den neutralen Zustand zurückführen. Zu diesem Zweck müssen zur Neutralisierung der positiven Ladung der Kupferkationen Anionen vorliegen. Liegen die Kupferkationen und -anionen in hohen Konzentrationen vor, diffundieren diese aus der Leiterplatte, haben sie nicht denselben Diffusionskoeffizienten, kommt es zu einer ausreichenden Ladungstrennung, wodurch ein elektrisches Feld von ausreichender Größe und Richtung entsteht, was die negativen und positiven Ladungen aufeinander zu bewegen läßt. Es besteht dann eine Spannung zwischen der Platte und dem Inneren der Ätzlösung, wobei kein strom fließt. Zu einer ähnlichen Wirkung kommt es auch an der Reaktionsgefäßwand oder einem anderen elektrischen Leiter, wobei die Spannungsdifferenz zwischen der Platte und der Wand oder dem anderen Leiter entsteht. In die-

sem Falle kommt es zur Unterhöhlung des Kupfers.

Wird eine äußere elektrische Verbindung zwischen der Kupferplatte und der Reaktionsgefäßwand oder einem anderen Leiter hergestellt, kann zwischen diesen ein Elektronenstrom fließen, weshalb dann keine elektrische Potentialdifferenz vorliegen kann. Gehen die Cu -Ionen in Lösung, werden diese durch eine Verschiebung der gesamten negativen Ladungsverteilung und das Auftreten von zwei Elektronen an der Reaktionsgefäßwand oder an einem anderen Leiter, die aus der Kupferplatte durch den Draht geflossen sind, neutralisiert. Es kann aber auch sein, daß die Cu -Ionen durch ein negatives Tensid neutralisiert werden, das dann selbst der Einschnittwandung anhaftet.

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Claims

ν. F ü N E R E- B B I M β Η A U S FlNCK PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MARIAHILFPLATZ 2 A 3, MÜNCHEN 90 POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95 PSI STAR 9. Mai 1985 DEAA-32730.0 VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ATZEN VON KUPFER AUF EINER LEITERPLATTE Patentansprüche

1. Verfahren zum Ätzen von Kupfer auf einer Leiterplat- \ te in Anwesenheit eines anderen elektrischen Leiters, dadurch gekennzeichnet , daß man auf den beizubehaltenden Kupferbereichen eine Metallmaske bildet, das Kupfer mit dem anderen Leiter elektrisch verbindet und die freiliegenden Bereiche des Kupfers und des anderen Leiters mit einem flüssigen Ätzmittel zur Entfernung des Kupfers in Berührung bringt.

2. Verfahren nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet , daß man das Kupfer mit dem Ätzmittel in einer Reaktionskammer, die eine elektrisch leitende Metallwand aufweist, kontaktiert und das Kupfer mit der Metallwand elektrisch verbindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Ätzmittel eine wässerige Lösung von NO„ oder HNO.., Cu(NO,.)„ und einen Polymerzusatz enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallmaske durch Bildung einer Nickel schicht auf dem Kupfer und einer Goldschicht auf der Nickelschicht hergestellt

__ 5 wird.

5. Vorrichtung zur Entfernung von Kupfer von einer Leiterplatte in Anwesenheit eines anderen elektrischen Leiters, wobei eine Metallmaske die zu bewahrenden Kupferbereiche bedeckt, dadurch g e k e η η -

^ 5zeichnet, daß sie Mittel zur elektrischen Ver-

/ bindung des Kupfers mit dem anderen Leiter zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen identischen elektrischen Potentials für Kupfer und den anderen Leiter und Mittel zur Kontaktierung der freiliegenden Bereiche des Kupfers und des anderen Leiters mit einem flüssigen Ätzmittel zur Entfernung des Kupfers aufweist,

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Reaktionskammer mit einer elektrisch leitenden Wand und Mittel zur Verbindung des Kupfers mit der Reaktionskammerwand aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Mittel zur Verbindung des Kupfers mit der Reaktionskammerwand ein elektrisch leitender Draht ist.

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8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Ätzmittel eine wässerige Lösung von NO« oder HNO.., Cu(NO., )„ und einem Polymerzusatz darstellt.

9. Leiterplatte, dadurch gekennzei cn net, daß sie auf einer Seite eine Schicht aus elektrisch leitendem Kupfer, eine Kupferbereiche überdeckende Nickel-Gold-Maske, einen anderen elektrischen Leiter in der Umgebung der Leiterplatte, ein die freiliegenden Kupferbereiche und den anderen Leiter kontaktierendes flüssiges Ätzmittel und Mittel zur elektrischen Verbindung des Kupfers mit dem anderen Leiter zur Aufrechterhai tung eines im wesentlichen identischen elektrischen Potentials für Kupfer und den anderen Leiter aufweist.

10. Leiterplatte nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der andere Leiter eine Metallwand einer Reaktionskammer ist.

11. Leiterplatte nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet , daß das Mittel zur Verbindung des Kupfers mit dem anderen Leiter ein elektrisch leitender Draht ist.

12. Leiterplatte nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Ätzmittel eine wässerige Lösung von N0„ oder HNO₃, Cu(NO^)₂ und einem Polymerzusatz darstellt.