CH647372A5 - METHOD FOR PRODUCING PRINTED CIRCUITS. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen unter Verwendung von kupferka- 55 schiertem Basismaterial, das nach dem Bohren bzw. Stanzen gebürstet, entfettet, angeätzt, chemisch aktiviert und reduziert wird. The invention relates to a method for producing printed circuits using copper-clad base material, which is brushed, degreased, etched, chemically activated and reduced after drilling or punching.
Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen sind bereits bekannt, doch sind diese mit gewissen Nachteilen 60 behaftet. Methods for manufacturing printed circuits are already known, but they have certain disadvantages 60.
Ein Nachteil der sogenannten Subtraktivtechnik besteht zum Beispiel darin, dass grosse Mengen der Kaschierung des Basismaterials nach dem Aufbau des Leiterbildes entfernt werden müssen. Gleichzeitig erfolgt die Unterätzung der Lei- 65 terzüge mit all den bekannten Schädigungen, die um so gravierender sind und prozentual tun so rascher anwachsen, je schmaler die Leiterbahnbreiten bzw. -abstände sind. Diese A disadvantage of the so-called subtractive technology, for example, is that large amounts of the lamination of the base material have to be removed after the conductor pattern has been built up. At the same time, the conductor tracks are underestimated with all the known damage, which is all the more serious and does increase in percentage, the faster the narrower the track widths or spacing. These
Erscheinungen stehen daher einer weiteren Miniaturisierung im Rahmen der Subtraktivtechnik entgegen. Apparitions therefore stand in the way of further miniaturization in the context of subtractive technology.
Ein Nachteil der sogenannten Additivtechnik besteht andererseits darin, dass haftvermittlerbeschichtetes Basismaterial verwendet werden muss. Der Haftvermittler ist nach dem chemischen Aufschluss und der Aktivierung die Grundlage für das selektiv aufgebrachte, chemisch abgeschiedene Kupfer und weist nach der Nassbehandlung gegenüber Epoxidharz deutlich schlechtere, elektrische Kenndaten auf, wodurch der Auslegung miniaturisierter Schaltungen ebenfalls enge Grenzen gezogen werden. On the other hand, a disadvantage of the so-called additive technology is that base material coated with an adhesion promoter must be used. After chemical digestion and activation, the adhesion promoter is the basis for the selectively applied, chemically deposited copper and, after wet treatment compared to epoxy resin, has significantly poorer electrical characteristics, which also limits the design of miniaturized circuits.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, dass zum Aufbau der Leiterzüge und der leitenden Verbindung zwischen diesen Leiterzügen und den Bohrlöchern erhebliche Mengen an Kupferbadlösung benötigt werden. Another disadvantage of the known methods is that considerable amounts of copper bath solution are required to build up the conductor tracks and the conductive connection between these conductor tracks and the boreholes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Zurverfügungstellung eines Verfahrens, das unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren die Herstellung von gedruckten Schaltungen mit feinsten Leiterzügen auf engstem Raum mit optimalen elektrischen Kenndaten unter Verwendung geringster Mengen an Kupferbadlösung ermöglicht. It is therefore an object of the present invention to provide a method which, while avoiding the disadvantages of the known methods, enables the production of printed circuits with the finest conductor tracks in a confined space with optimal electrical characteristics using the smallest amounts of copper bath solution.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren der oben bezeichneten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das derart vorbereitete Basismaterial mit einer Ätzschutzschicht bedruckt wird, welche die gewünschten Leiterzüge abdeckt, worauf zunächst die Kupferkaschierung abgeätzt und dann die Ätzschutzschicht mittels eines Lösungsmittels unter Freilegung der Leiterzüge entfernt wird, dass man anschliessend entweder zunächst die Lackschicht aufbringt, welche die Bohrungen und Lötaugen freilässt, die dann zur Herstellung einer leitenden Verbindung zwischen den Leiterzügen und Bohrungen durch Einwirken eines chemischen Kupferbades verkupfert werden, oder dass man zunächst die gesamte Oberfläche durch Einwirken eines chemischen Kupferbades verkupfert und dann die Lackschicht unter Freilassung der Bohrungen und Lötaugen aufbringt. Dabei kann das Basismaterial mit der Ätzschutzschicht im Positivverfahren bedruckt werden. Die Bohrungen und Lötaugen können zudem nach dem Verkupfern mit einer Blei-Zinn-Legierung versehen werden. The object is achieved according to the invention by a method of the type described above, which is characterized in that the base material prepared in this way is printed with an etching protection layer which covers the desired conductor tracks, whereupon the copper cladding is first etched off and then the etching protection layer is exposed with the aid of a solvent The conductor tracks are removed, either by first applying the varnish layer, which leaves the holes and soldering holes free, which are then copper-plated to create a conductive connection between the conductor tracks and holes by the action of a chemical copper bath, or that the entire surface is first exposed to the action of a chemical copper bath coppered and then the lacquer layer is applied leaving the holes and solder eyes free. The base material can be printed with the etching protection layer using the positive method. The holes and pads can also be coated with a lead-tin alloy after copper plating.
Bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens bestehen darin, dass die Kupferkaschierung mittels einer sauren Ätzlösung, zweckmässigerweise einer sauren Ammoniumper-sulfat-Lösung oder einer alkalischen Ätzlösung, zweckmässigerweise einer ammoniakalischen Lösung von Natriumchlorid, abgeätzt wird, dass die Ätzschutzschicht mittels einer 3 bis 5%igen Natronlauge oder eines organischen Lösungsmittels, zweckmässigerweise Methylenchlorid, entfernt wird, Preferred embodiments of this method consist in that the copper cladding is etched off using an acidic etching solution, advantageously an acidic ammonium per-sulfate solution or an alkaline etching solution, advantageously an ammoniacal solution of sodium chloride, that the etching protective layer is used using a 3 to 5% sodium hydroxide solution or an organic solvent, expediently methylene chloride, is removed,
dass als Lack ein Lötstoplack verwendet wird, dass ein stabilisiertes chemisches Kupferbad verwendet wird, dass ein chemisches Kupferbad, enthaltend als wesentliche Bestandteile ein Kupfersalz, einen Komplexbildner, Formaldehyd sowie ein Alkalicyanid und gegebenenfalls eine Selenverbindung als Stabilisatoren verwendet wird und dass die Blei-Zinn-Legierung in Form einer Schmelze durch Einwirkung von hocherhitzter Luft oder durch reduktive Abscheidung aus einem chemischen Zinnbad aufgebracht wird. that a solder resist is used as the lacquer, that a stabilized chemical copper bath is used, that a chemical copper bath containing the essential constituents of a copper salt, a complexing agent, formaldehyde and an alkali metal cyanide and optionally a selenium compound is used as stabilizers, and that the lead-tin Alloy in the form of a melt is applied by the action of highly heated air or by reductive deposition from a chemical tin bath.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in herausragender Weise die Herstellung qualitativ hochwertiger miniaturisierter Schaltungen, insbesondere im Positivdruck ermöglichen. Hierbei können Feinleiterzüge in einer Güte entstehen, die sonst nur bei Anwendung des Fotodrucks erreichbar ist. Das Verfahren hat ausserdem den grossen Vorteil, ausgehend von kupferkaschiertem Basismaterial, die Herstellung von Feinstleiterbahnen in einer Breite von unter 100 um mit den besten Isolations- und Oberflächenwiderstandswerten zu ermöglichen. The method according to the invention can outstandingly enable the production of high-quality miniaturized circuits, in particular in positive printing. Here, fine conductor lines can be produced in a quality that can otherwise only be achieved when using photo printing. The process also has the great advantage of enabling the production of ultra-fine conductor tracks with a width of less than 100 µm based on copper-clad base material with the best insulation and surface resistance values.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die Einsparung von Another major advantage is the saving of
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chemischer Kupferbadlösung, was von besonderer Wirtschaft- Für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfah- chemical copper bath solution, which is of particular economy- for carrying out the process according to the invention
licher Bedeutung ist. rens eignet sich in hervorragender Weise ein chemisches Kup- licher meaning. rens is a chemical copper
Von herausragender technischer Bedeutung ist ausser- ferbad der oben beschriebenen Zusammensetzung. Als Al- The composition described above is of outstanding technical importance. As Al
dem, dass im Gegensatz zu der Additivtechnik auf kleberbe- kalicyanid ist hierfür insbesondere Natriumcyanid in Kon- that, in contrast to the additive technology on adhesive potassium cyanide, sodium cyanide in con-
schichtetes bzw. kernkatalysiertes Basismaterial verzichtet 5 zentrationen von 15 bis 30 mg/Liter zu nennen. layered or core-catalyzed base material does not mention 5 concentrations from 15 to 30 mg / liter.
werden kann, wodurch die hohen Anforderungen an die Kle- Geeignete Selenverbindungen sind die organischen, anor-berbeschichtung und das oxydative Aufschliessen der Kleber- ganischen und organisch-anorganischen Mono- und Diseleni- Suitable selenium compounds are the organic, anorber coating and the oxidative digestion of the adhesive-organic and organic-inorganic mono- and diseleni-
schicht mittels Chromschwefelsäure entfallen. Das erfin- de und hiervon insbesondere die Alkaliselenocyanate, wie dungsgemässe Verfahren stellt sich damit als besonders um- Kaliumselenocyanat, die in Konzentrationen von vorzugs- layer using chromic sulfuric acid is eliminated. The invention, and in particular the alkali selenocyanate, as well as the process according to the invention, thus turn out to be particularly potassium selenocyanate, which in concentrations of preferably
weltfreundlich dar. io weise 0,1 bis 0,3 mg/Liter Badflüssigkeit verwendet werden. environmentally friendly. io as 0.1 to 0.3 mg / liter bath liquid can be used.
Als geeignetes Basismaterial ist beispielsweise Phenol- Das folgende Beispiel dient zur Erläuterung der Er- A suitable base material is, for example, phenol. The following example serves to explain the results.
harzhartpapier, Epoxidharzpapier und insbesondere glasfa- findung. resin hard paper, epoxy resin paper and in particular glass fiber.
serverstärktes Epoxidharz zu nennen. server-strengthened epoxy resin.
Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt beispielsweise derart, indem nach dem Bohren bzw. 15 Beispiel The method according to the invention is carried out, for example, by following the drilling or example
Stanzen die Platten in üblicher Weise gebohrt bzw. gestanzt Eine doppelseitig kupferkaschierte Basisplatte aus glasfa- Punch the plates in the usual way. Drilled or punched. A double-sided copper-clad base plate made of glass-fiber
und gebürstet werden, worauf eine alkalische Entfettung an- serverstärktem Epoxidharz wird in üblicher Weise gebohrt, and brushed, after which an alkaline degreasing of aner-reinforced epoxy resin is drilled in the usual way,
geschlossen wird. Anschliessend ätzt man die Oberfläche et- mechanisch gereinigt (entgratet) und alkalisch bei etwa 80 °C was an, etwa 5 mjx, was durch Einwirkung von etwa 10%-iger und einer Behandlungsdauer von etwa 7 Minuten entfettet. is closed. The surface is then etched mechanically cleaned (deburred) and alkaline at about 80 ° C., about 5 μm, which degreases by the action of about 10% and a treatment time of about 7 minutes.
Natriumpersulfatlösung bei 28-32 °C erfolgen kann. Nach 20 Anschliessend wird die Platte durch Einwirkung einer 10%- Sodium persulfate solution can be done at 28-32 ° C. After 20 then the plate is removed by the action of a 10%
dem Dekapieren z.B. mit 10%iger Schwefelsäure wird dann igen Natriumpersulfatlösung bei einer Temperatur von etwa mittels eines Aktivators, vorzugsweise mit einer wässrigen 28 bis 32 °C innerhalb von 3 Minuten leicht angeätzt (etwa alkalischen Lösung eines Palladiumkomplexes, insbesondere 5 mjx). Dann wird mit Schwefelsäure mit einem Gehalt von von Palladiumsulfat mit 2-Aminopyridin, aktiviert, wobei 10 Gew.-% bei Raumtemperatur dekapiert und darauf mit ei- decapitation e.g. With 10% sulfuric acid, sodium persulfate solution is then slightly etched at a temperature of approximately by means of an activator, preferably with an aqueous 28 to 32 ° C. within 3 minutes (approximately alkaline solution of a palladium complex, in particular 5 ml). It is then activated with sulfuric acid containing palladium sulfate with 2-aminopyridine, 10% by weight being picked up at room temperature and then
speziell in den Bohrlochwandungen auf eine hohe Belegungs- 25 ner wässrigen alkalischen Lösung von Palladiumsulfat in 2-dichte zu achten ist, um eine Aktivierung auch nach der später Aminopyriden aktiviert, worauf als Reduktionsmittel Natri- Especially in the borehole walls, a high coverage of 2-density aqueous alkaline solution of palladium sulfate must be observed in order to activate it even after the later aminopyrides.
folgenden Ätzung zu gewährleisten. umdiäthylaminofuran zur Einwirkung gebracht wird, dann to ensure the following etching. umdiäthylaminofuran is applied, then
Darauf wird durch die Einwirkung eines Reduktionsmit- gespült und getrocknet. It is then rinsed with the action of a reducing agent and dried.
tels, z.B. Natriumdiäthylaminboran, reduziert und in übli- Der Leiterbilddruck erfolgt dann im Positivverfahren eher Weise nachbehandelt. 30 durch Siebdruck mittels einer alkalilöslichen Siebdruckfarbe. means, e.g. Sodium diethylamine borane, reduced and in usual- The printed circuit diagram is then post-treated in a positive way. 30 by screen printing using an alkali-soluble screen printing ink.
Das gewünschte Schaltbild wird darauf vorteilhaft in Der Druck kann auch durch Fotoverfahren erfolgen, wobei The desired circuit diagram is thereupon advantageously printed
Sieb- oder Fotodruck positiv aufgetragen, was mittels einer vorteilhafterweise ein alkalilöslicher Flüssigresist angewendet Screen or photo printing applied positively, which is advantageously applied by means of an alkali-soluble liquid resist
Ätzschutzschicht - zweckmässigerweise einer alkalilöslichen werden kann. Anschliessend wird das Kupfer abgeätzt, was Etching protection layer - can be expediently an alkali-soluble. Then the copper is etched off what
Siebdruckfarbe - erfolgt, welche die Leiterzüge abdeckt, wo- durch Einwirkung einer sauren Ätzlösung, wie einer sauren nach zunächst die Kupferkaschierung abgeätzt wird, was 35 Ammoniumpersulfatlösung, oder einer alkalischen Ätzlö- Screen printing ink - takes place, which covers the conductor tracks, whereby the action of an acidic etching solution, such as an acidic one, afterwards etches off the copper cladding, which is 35 ammonium persulfate solution, or an alkaline etching solution.
durch Einwirkung entweder einer sauren Ätzlösung, z.B. ei- sung, wie einer ammoniakalischen Lösung von Natriumchlo- by exposure to either an acidic etching solution, e.g. solution such as an ammoniacal solution of sodium chloro
ner sauren Ammoniumpersulfatlösung, oder einer alkali- rid, erfolgen kann. an acidic ammonium persulfate solution, or an alkaline one.
sehen Ätzlösung, z.B. einer ammoniakalischen Natriumchlo- Die Entfernung der Siebdruckfarbe wird dann durch Be- see etching solution, e.g. an ammoniacal sodium chlorine. The removal of the screen printing ink is then carried out by
ridlösung, erfolgen kann. Dabei ist auf eine anschliessende handlung mit einem Lösungsmittel, wie einer 3 bis 5%igen optimale Spülung der Bohr- bzw. Stanzlöcher zu achten. 40 Natronlauge oder Methylenchlorid, durchgeführt, worauf in- rid solution, can be done. A subsequent treatment with a solvent, such as a 3 to 5% optimal flushing of the drilled or punched holes, must be observed. 40 sodium hydroxide solution or methylene chloride, followed by
Nach der Entfernung der Ätzschutzschicht mittels eines tensiv nachgespült und getrocknet wird. Darauf wird eine After the removal of the protective layer by rinsing and drying. Then a
Lösungsmittels, z.B. mittels einer 3 bis 5%-igen Natronlauge Lötstopmaske aufgetragen und anschliessend alkalisch ent- Solvent, e.g. applied with a 3 to 5% sodium hydroxide solder mask and then removed alkaline
oder eines organischen Lösungsmittels, wie Methylenchlorid, fettet. Die Verkupferung der Bohrungen wird anschliessend wird dann anschliessend erfindungsgemäss entweder zunächst mittels eines stabilisierten chemischen Kupferbades der fol-eine Lackschicht aufgebracht, welche die Bohrlöcher freilässt, 45 genden Zusammensetzung durchgeführt: or an organic solvent such as methylene chloride. The copper plating of the bores is then subsequently carried out according to the invention either initially by means of a stabilized chemical copper bath of the following lacquer layer, which leaves the boreholes exposed, with the following composition:
wozu sich insbesondere ein Lötstoplack eignet, der als Maskendruck aufgetragen wird. Darauf kann nach üblicher al- 10 g/1 Kupfersulfat CuSO • H20 kalischer Entfettung die chemische Metallabscheidung in den 30 g/1 Äthylendiamintetraessigsäure Bohrungen mit einer Schichtdicke von vorzugsweise 15 bis 20 g/1 Natriumhydroxid NaOH 25 mn Kupfer durchgeführt werden, was vorteilhafterweise so 0,025 g/1 Natriumcyanid NaCN durch Verwendung eines stabilisierten chemischen Kupferba- 0,001 g/1 Kaliumselenocyanat KSeCN des erfolgt, das vorzugsweise als wesentliche Bestandteile ein 4 ml Formaldehyd 37%ig. which is particularly suitable for a solder resist that is applied as a mask print. Then, after customary al-10 g / 1 copper sulfate CuSO • H20 potassium degreasing, the chemical metal deposition in the 30 g / 1 ethylenediaminetetraacetic acid holes can be carried out with a layer thickness of preferably 15 to 20 g / 1 sodium hydroxide NaOH 25 mm copper, which is advantageously 0.025 g / 1 sodium cyanide NaCN by using a stabilized chemical copper base 0.001 g / 1 potassium selenocyanate KSeCN, which is preferably a 4 ml formaldehyde 37% as essential components.
Kupfersalz, einen Komplexbildner, Formaldehyd sowie ein Copper salt, a complexing agent, formaldehyde as well as a
Alkalicyanid und gegebenenfalls eine Selenverbindung als Die Kupferabscheidung erfolgt bei einer Temperatur von Alkali metal cyanide and optionally a selenium compound as The copper deposition takes place at a temperature of
Stabilisatoren enthält. 55 65 °C und einer Behandlungsdauer von 20 Stunden mit einer Contains stabilizers. 55 65 ° C and a treatment time of 20 hours with a
Die abschliessende partielle Auftragung einer Blei-Zinn- durchschnittlichen Abscheidungsgeschwindigkeit von The final partial application of a lead-tin average deposition rate of
Legierung, zweckmässigerweise im Heissluftverfahren durch 1,5 um/Stunde. Gewünschtenfalls wird dann abschliessend ei- Alloy, expediently in the hot air process by 1.5 µm / hour. If desired, a final
Einwirkung von hocherhitzter Luft, garantiert ein rein eutek- ne selektive Heissluftverzinnung durchgeführt (sogenanntes tisches Lot, das sogar nach beschleunigter Alterung einwand- HOT-AIR-LEVELLING-Verfahren). Exposure to superheated air, guaranteed to be carried out using a purely eutectic, selective hot air tinning process (so-called table solder, which works flawlessly even after accelerated aging). HOT-AIR-LEVELING process.
frei lötbar ist. 60 Alternativ kann der Lötstoplack auch erst nach der Ver- is freely solderable. 60 Alternatively, the solder resist can only be applied after
Nach einer Verfahrensalternative wird nach der Entfer- kupferung aufgetragen werden, worauf abschliessend - sofern nung der Ätzschutzschicht die gesamte Oberfläche durch Ein- gewünscht - eine selektive Heissluftverzinnung durchgeführt According to a process alternative, copper is applied after removal of the copper, after which - if the entire surface is desired by indenting the etching protective layer - selective hot air tinning is carried out
Wirkung des oben beschriebenen chemischen Kupferbades wird. Effect of the chemical copper bath described above will.
verkupfert, dann der Lötstoplack unter Freilassung der Boh- Es entstehen Leiterzüge in einer Schichtdicke von etwa rungen aufgebracht und abschliessend - sofern gewünscht - 65 30 um mit elektrischen Kenndaten von mindestens 1 • IO12 Q. die genannte Heissluftverzinnung durchgeführt. copper-plated, then the solder resist, leaving the bores free. Conductor strips are created in a layer thickness of approximately stanchions and finally - if desired - 65 30 µm with electrical characteristics of at least 1 • IO12 Q. the hot air tinning mentioned.
C C.
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