DE2645947C2 - Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei der Herstellung von gedruckten Schaltungsplatten hat sich aus technischen Gründen als vorteilhaft herausgestellt, daß als Isolierschicht ein flexibles Material verwendet wird, damit bei der Fertigung mehrlagiger gedruckter Schaltungsplatten die Möglichkeit besteht, bestimmte Teile der Platte getrennt voneinander aufzubauen und dann nacheinander die getrennt ausgebildeten Schichtabschnitte übereinander anzuordnen. Eine allgemeine Forderung besteht darin, daß elektrische Verbindungen zwischen verschiedenen Schichten hergestellt werden müssen, so daß es notwendig ist, durchgehende Bohrungen in den verschiedenen isolierenden Schichten auszubilden. Ks ist tv> ferner erforderlich. Bohrungen mit einem möglichst kleinen Durchmesser zu verwenden, damit die Leiterdichte der leitenden Schichten der Platten wegen der großen Dimensionen der durchgehenden Bohrungen nicht zu sehr begrenzt ist. Zur Erzielung der erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen den Schichten ist es notwendig, elektrisch leitende Pfade längs der Bohrungen vorzusehen. Diese leitenden Pfade werden in herkömmlicher Weise dadurch erhalten, daß die Wandungen der Bohrungen plattiert werden, was erforderlich macht, daß eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterschichten an jedem -Jnde der Bohrungen sichergestellt ist Die Erfahrung hat gezeigt, daß das Bohren oder ein ähnlicher Bearbeitungsvorgang nicht der geeignete Weg ist, um Löcher mit den gewünschten kleinen Durchmessern herzustellen, und daß andere Vorkehrungen getroffen werden müssen. In der Praxis ist das herkömmliche, zu verwendende Verfahren das Ätzen durch verschiedene chemische Behandlungen.

Der Ätzvorgang ergibt keine Bohrungen mit parallelen Seiten, sondern Bohrungen mit sich verjüngendem Durchmesser, wie der US-PS 34 71631 entnommen werden kann. In der Praxis ist die Form der in dieser Druckschrift gezeigten Bohrungen nicht vollständig korrekt, sondern in der Zeichnung ist lediglich eine schematische Darstellung gezeigt In der Praxis ist die Zeitdauer, während der die Ätzlösungen chemisch ihre Wirkung ausüben können, d.h. das Unterlagenmateriffl auflösen, auf der Seite der Bohrung, an der begonnen wird, größer als auf der Seite, an der die Bohrung beendet wird. Da die Ätzlösung nicht in allen Richtungen wirksam wird, wirkt sie sowohl in radialer Richtung der auszubildenden Bohrung als auch in Längsrichtung der auszubildenden Bohrung, so daß das Ende, an dem begonnen wird, breiter ist als das entgegengesetzte Ende.

Die relativen Mengen an Material, die pro Zeiteinheit entfernt werden, werden durch ein sehr kompliziertes Zusammenwirken einer Vielzahl von Faktoren, z. B. die Geschwindigkeit, mil der eine frische Lösung der zu ätzenden Oberfläche dargeboten wird, die Geschwindigkeit, mit der Abfall aus der herzustellenden Bohrung entfernt wird, die chemische Zusammensetzung der Lösung und viele andere Faktoren bestimmt

Das Ergebnis dieses komplizierten Vorganges aufgrund der verschiedenen Einflußfaktoren für den Ätzvorgang bringt es mit sich, daß es nicht möglich ist, das Ätzverfahren mit so hoher Geschwindigkeit zu steuern, daß gewährleistet ist daß jedes zu ätzende Loch am Ende eines Ätzvorganges den gleichen Durchmesser hat Berücksichtigt man, daß bei modernen gedruckten Schaltungsplatten nicht einige wenige Löcher geätzt werden, sondern viele Hunderte von Löchern, ist es möglich, daß die Durchmesser der Löcher ganz erheblich zwischen dem Beginn, den mittleren Bereichen und dem Ende einer Bohrung sowie von Bohrung zu Bohrung variieren.

US-PS 34 71631 zeigt das Ätzen von blockierten Bohrungen. Die untersten Enden der Bohrungen sind durch die Kupferüberzüge 14 blockiert. Hierbei werden die bei dem Ätzvorgang auftretenden Schwierigkeiten noch dadurch vergrößert, daß es bei kommerziellen Anlagen außerordentlich schwierig ist, festzulegen, wann das Ätzen der letzten fertigzustellenden Bohrung abgeschlossen ist. Dies bedeutet, daß die Möglichkeit, eine Gleichförmigkeit in den Durchmessern der Bohrungen zu erzielen, noch geringer ist.

In Hinblick auf diese Schwierigkeit bezüglich des Bereiches von Änderungen in den Bohrungsdurchmessern ist es nicht möglich, sicherzustellen, daß das

einfache Abschneide- des überstehenden Leitermaterial« (Fig, 2, US-PS 34 71 631) mit sich bringt, daß das Entfernen des Überstandes einer jeden Bohrung in der Praxis erreicht wird, so daß dann, wenn die Bohrungen der Löcher anschließend plattiert werden, der gewünschte elektrische stromleitende Pfad und die elektrische Verbindung zwischen den Enden der Bohrungen garantiert ist.

Des weiteren ist aus der OE-OS 24 57 377 das Ätzen von Polyimidmaterialien bekannt Insbesondere wird dadurch eine Atzlösung gelehrt, die eine definierte chemische Zusammensetzung hat.

Aus der DE-AS 12 71 235 ist eine Anordnung mit einer nicht flexiblen Unterlage zur Herstellung einer Verbindung zwischen elektrisch leitenden Schichten auf einer Unterlage bekannt Hierbei werden herkömmliche Fotowiderstandstechniken angewendet, um eine öffnung in einer Schicht auszubilden. Die Unterlage bzw. das Trägermaterial wird weggeätzt, damk eine durchgehende Bohrung erhalten wird, wobei der Ätzvorgang an der unteren Schicht beendet wird. Die Wandungen und der Boden der Bohrung werden nach einem zweistufigen Verfahren mit Kupfer überzogen, so daß eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Schichten erzielt wird. Hierbei handelt es sich somit daniEi, einen Verbundschichtkörper von einer Seite her zu ätzen, wobei der Ätzvorgang solange fortgesetzt wird, bis die Öffnung die andere Schicht erreicht hat

Schließlich ist aus der US-PS 32 68 653 die Herstellung plattierter Löcher in einem starren Trägermaterial und die Herstellung von Löchern mit verhältnismäßig großem Durchmesser zur Aufnahme von Schaltungsmodulstiften bekannt Bei der Ausbildung dieser Löcher wird ein Loch in einer Metallschicht, die auf der äußeren Oberfläche des Trägermaterials vorgesehen ist, weggeätzt Im Anschluß daran wird ein durchgehendes Loch in der Trägerschicht und in anderen Metallschichten ausgebildet und zwar durch einen Bohr- oder Stanzvorgang, jedoch nicht durch Ätzen, da sonst die Zentrierung des durchgehenden Loches außerordentlieh schwierig wäre. Diese Zentrierung ist wichtig, da die Ausbildung überdimensionierter Löcher zur Vermeidung eines Kurzschlusses dient

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es demgegenüber, zu verhindern, daß eine vollständige, mehrlagige Platte lediglich deshalb ausgeschieden werden muß, weil ein Herstellfehler während der Ausbildung einer der Schichten aufgetreten ist Bei einer solchen Technik tritt aufgrund der Verwendung des flexiblen Unterlagenmaterials in Form von Polyimid ein schwieriges Problem auf.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruches 1 gelöst

Weitere, zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die in der Verbindung mit bekannten Vorschlägen auftretenden Schwierigkeiten dadurch ausgeschaltet, daß eine ringförmige Zone aus stromleitendem Material von jedem der Enden einer Bohrung entfernt wird, so daß verhindert wird, daß eine Bohrung einen Überstand aufweist, der sich an einen Ätzvorgang anschließt. Zusätzlich wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Ausmaß des möglichen seitlichen Ätzens des Trägermaterials dadurch verringert, daß der Ätzvor- h; gang von beiden Seiten des Trägermaterials gleichzeitig vorgenommen wird. Dies gestattet, daß die Dimensionen der Ringzone außerordentlich klein sind, so daß das Entfernen dar Zone die erreichbare Packungsdichte der gedruckten Schalungsplatte nicht nachteilig beeinflußt

Des weiteren wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren prreicht, daß plattierte, durchgehende Löcher eine einwandfreie elektrische Verbindung ergeben, ohne daß widerstandsbehaftete Diskontinuitäten auftreten, die sehr leicht zu schadhaften und Ausschuß darstellenden Platten geführt haben.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht des Trägermaterials mit einem stromleitenden Metallbelag auf entgegengesetzten Seiten,

Fig.2 eine Schnittansicht des Trägermaterials nach F i g. 1 mit Fotowiderstandsschichten, die durchgehende Lochpositionen definieren,

F i g. 3 eine Schnittansicht der Unterlage nach F i g. 2 nach der Ausbildung der Löcher in den Meiallschichten,

Fig.4 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig.3, wonach das Ätzen der durchgehenden Löcher auf der Unterlage teilweise erfolgt ist.

Fig.5 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig.4, nachdem die durchgehenden Löcher in der Unterlage ausgebildet sind,

Fig.6 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig.5, '.achdem Bereiche der Metallschicht entfernt worden sind, die das Ende eines jeden Loches umgeben,

Fig.7 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fi g. 6 nach dem Plattieren der durchgehenden Löcher, und

Fig.8 eine Schnittansicht der Anordnung nach F i g. 7 nach der Ausbildung der Stromleiterschemen.

In F i g. 1 ist ein 25 μπι dicker Polyimidfilm 1 auf beiden Oberflächen mit einer dünnen Schicht 2 aus Chrom mit einer Dicke von etwa 600 Ä sowie einer Kupferschicht mit einer Dicke von 0,1 bis 0,5 μιτι überzogen.

Um zu gewährleisten, daß keine Nadellöcher in der sich ergebenden Schichtung der Unterlage uns] der Schichten 2 vorhanden sind, werden die Schichten 2 mit Schichten 3 aus Kupfer mit einer Dicke von etwa 5 μπι überzogen. Diese zusätzlichen Schichten 3 verstärken auch die Sandwichanordnung.

Die metallisierten Schichten 3 werden dann mit Photowiderstandsschichten 4 überzogen, die eine Dicke von 3μπι besitzen können (Fig.2). Diese beiden Schichten 4 werden gleichzeitig ultraviolettem Licht über zwei spiegelbildlich angeordnete, im übrigen aber identischen Masken ausgesetzt, die die gewünschten Positionen 5 der in der Unterlage zu erstellenden Löcher definieren. Diese Masken (nicht dargestellt) wurden zweckmäßigerweise mit Hilfe von Ausrichtmarkierungen auf den Masken eingestellt, die in exakter Regisi'iriialtung durch eine Halbleitermaskenausrichtvorrichtung (nicht dargestellt) gehalten werden.

Die Photowiderstandsschichten werden dann entwikkelt, damit die Stellen 5 der gewünschten Löcher auf der Oberfläche der Schicht 3 freigelegt werden.

Im Anschluß an die Entwicklung der Photowiderstandsmasken weiden die Unterlage 1 und die Metallisierufigsschichten 2,3 einem Ätzvorgang unterzogen, in welchem beide Seiten der Sandwichanordnung aus Unterlagen und Metallüberzügen gleichzeitig Ätzmitteln ausgesetzt werden. Die freigelegten Bereiche von Kupfer und Chrom werden in Ferrichl"^rirl (oder amrnoniakalischem Ätzmittel) und Alkali-Fcrricyanid-Lösungen geätzt, damit die Oberflächenbereiche

6 der Polyimidunterlage I freigelegt werden. Dies ist in Fig. 3 gezeigt. Die Sandwichanordnung, die in einer oszillierenden Lehre (nicht dargestellt) aufgenommen ist, um eine Turbulenz an den freigelegten Bereichen 6 der Polyimidunterlage zu bewirken, wird dann in einer ■ Hydrazin-Hydrat-Lösung geätzt. Dieses Material durchdringt die Unterlage mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 μηι pro Stunde. Da das Ätzmittel nach den Seiten wie auch nach innen zur Mitte der Unterlage zu wiiksam ist, erzeugt dieses Ätzen die Ausbildung ■" größerer Durchmesserbereiche an den Enden der Löcher und einen mittleren Bereich mit kleinerem Durchmesser. Da das Metall in einem geringerem Ausmaß geätzt wird, besteht dort ein in Umfangsrichtung verlaufender Überstand 7. ',

F i g. 4 zeigt die Situation während des Vorganges des Ätzens der Unterlage. Es ist gezeigt, daß der Überstand

7 sich ausbildet und daß die freigelegten Oberflächenbereiche 6 der Unterlage beginnen, sich nach der Seite und nach unten auszubreiten. Am Ende des Ätzvorganges ist -'" das Loch 8 gebildet worden. Wie sich aus F i g. 5 ergibt, hat die Wand 9 des Loches einen pfeilähnlichen Querschnitt. Bei einer praktischen Ausführimgsform beträgt beispielsweise der Durchmesser der Löcher im metallisierten Teil 38 μπι. und der Durchmesser der '> Enden der Löcher in der Unterlage beträgt 70 μηι sowie der Durchmesser des zentrischen Bereiches der Löcher 25 μηι.

Um die gewünschte elektrische Stromiei'fähigkeit zwischen den metallisierten Schichten zu erzielen, ist es in notwendig, die Wand 9 des Loches 8 mit einem elektrischen Leiter zu plattieren oder in sonstiger Weise zu überziehen. Die überstehenden Bereiche 7 stören jedoch das Aufbringen der stromleitendcn Schicht auf den Lochwandiingen. Bisher ist diese Schwierigkeit r> dadurch umgangen worden, daß die metallisierten Überzüge 2, 3 entfernt wurden und daß dann die Oberflächen der Unterlage, in der die Löcher vorgesehen sind, erneut überzogen werden, so daß während des erneuten Überziehens die Wände der Löcher plattiert ->" wurden.

In der Praxis hat sich herausgestellt, daß das Schema von Stromleitern, das durch die zur Herstellung der Schemen in der Photowiderstandsschicht verwendete Maske definiert wird, nicht immer in öezug auf die ^!~· Löcher in der Unterlage korrekt positioniert ist.

Die -\nmelderin hat nun festgestellt, daß diese Dimensions- und Positionsungenauigkeiten daraus resultieren, daß im Anschluß an das Entfernen der Metallisierung 2, 3 von der Polyimidunterlage zum "··-' Entfernen des Übers'andes 7 der Polyimidfilm 1 sich entspannt und ^amit eine Dimensionsänderung in die Unterlage einführt, die ihrerseits die Löcher in bezug aufeinander verschiebt und infolgedessen eine Fehlausrichtung der Löcher 8 relativ zu den Masken hervorruft. ">ί die die Stromieiterschemen festlegen, welche anschließend aufgebracht werden sollen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann diese Schwierigkeit dadurch vermieden werden, daß die ursprünglich ausgebildeten Metallisierungsschichten 2,^Wi nach der Bildung der Löcher beibehalten werden, mit Ausnahme an den Stellen der Schichten, die unmittelbar die durchgeätzten Löcher umgeben; diese Stellen werden durch einen zweiten Photowiderstands- und Ätzvorgang entfernt, so daß ein schmales Ringband in--· der Unterlagenoberfläche um das Lochende herum freigelegt wird.

Dies wird wie folgt erreicht: Eine weitere Photo-

Hierzii 2 Blatt Zeichnungen

widerstandsmaske wird auf jede der Flächen der Sandwichanordnung, die aus der Unterlage, den Metallüberzügen und den durchgehenden Löchern besteht, aufgetragen. Die weiteren Photowiderstandsmasken definieren jeweils ein Schema von Löchern, das den Stellen der bereits geformten Löcher entspricht, jedoch so ausgebildet ist, daß jedes Loch einen größeren Durchmesser als das Loch der in der Unterlage gebildeten Löcher besitzt. Die Photowiderstandsmaske wird ultraviolettem Licht ausgesetzt und entwickelt.

Die Sandwichanordnung wird einem weiteren Ätzvorgang unterzogen, wobei die gleichen Ätzmittel wie oben erwähnt verwendet werden; bei diesem Ätzvorgang wird das Metall geätzt, das durch Entfernen der Ringe freiliegt, und dabei wird der Metallüberstand 7 ζ¹, sammen mit einem weiteren Metallring 10 weggeätzt, so daß ein Ring 11 aus Polyimid um jedes durchgehende Loch 8 in der Polyimidunterlage freiliegt. Im Anschluß daran wird der übrige Teil des Photowiderstandsmaterials entfernt. Diese Situation ist in F i g. 6 gezeigt.

Die Wände 9 der Löcher 8 und der Hinge 11 der freigelegten Unterlage werden dann bei 12 stromlos verkupfert, damit eine elektrische Verbindung durch die Löcher hindurch von der Metallschicht auf einer Oberfläche der Unterlage zur Metallschicht auf der anderen Oberfläche der Unterlage erzielt wird. Zusätzlich wird in Hinblick auf eine Verstärkung der Platzierung der durchgehenden Löcher eine weitere Kupff-schicht auf der stromlos aufgebrachten Schicht 13 durch Elektroplattieren ausgebildet.

Eine neue Photowiderstandsschicht (nicht dargestellt) wird beiden Seiten der Sandwichanordnung aufgegeben und diese Schichten werden ultraviolettem Licht über Masken ausgesetzt, die das Schema von Stromleitern definieren, welches auf den Flächen der Unterlage erforderlich ist.

Die Photowiderstandsschichten werden ausgebildet und die freigelegten Bereiche der Unterlage werden mit Kupfer (oder Nickel) in einer Dicke von 25 μηι elektroplattiert: es schließt sich ein Schutzüberzug von Zinn-Blei oder Gold an, um die Stromleiter 14 auszubilden.

Die zuletzt erwähnten Widerstandsschichten werden entfernt und die Sandwichanordnung mit den Stromleitern 14 wird zwei Ätzvorgängen unterzogen, die den 600 Ä Chromfilm und den 5 um Kupferfilm von Bereichen zwischen den Stromleitern der Bereiche entfernen, so daß die Stromleiter getrennt werden. Diese Endätzung kann unter Verwendung von Ferrichlorid in einer Konzentration von 30 g/l, wenn der stromleitende Schutzüberzug Gold ist oder unter Verwendung ammoniakalischer Ätzmittel erzHt werden, wenn der Schutzüberzug Zinn-Blei oder Gold ist.

Bei dem vorbeschriebenen Vorgang wird eine maximale physikalische Abstützung für die Polyimidunterlage über die ganze Ausbildung der durchgehenden Löcher und der Stromleiter dadurch erhalten, daß während der Lochbildung und Plattierung nur die Polyimidbereiche, die tatsächlich die Löcher und die Ringe definieren, nicht verstärkt werden, und in ihrer Position durch Metallschichten fixiert werden, und daß während der Ausbildung des Stromleiterschemas die Stromleiter auf den metallischen Schichten aufgebaut werden, die das Polyimid so verstärken, daß die Unterlage sich im Anschluß an die Lochbildung und bevor die Plattierung der durchgehenden Löcher und die Ausbildung des strornieitenden Schemas vorgenommen wird, nicht entspannen können.

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung mit stromleitenden Bereichen auf entgegengesetzten Seiten eines Trägermaterials, die elektrisch miteinander durch Metallisieren der Wände von durchgehenden, durch Ätzen hergestellten Löchern verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Schicht (4) aus Fotowiderstandsmaterial auf jeder Seite des mit den leitenden Bereichen versehenen Trägermaterials aufgebracht, belichtet und entwickelt werden, daß von den beiden Seiten des Trägermaterials Öffnungen (5) entsprechend den gewünschten Positionen der durchgehenden Löcher (8) gleichzeitig geätzt υ werden bis sich die Löcher (8) ergeben, daß dann je eine Schicht aus Fotowiderstandsmaterial auf beiden Oberflächen des Trägermaterials nach einem Schema von Öffnungen (10) aufgebracht, belichtet und entwickd» werden, daß dem der bereits ausgebildeten Lödier (8) entspricht, wobei jedoch jede Öffnung

(10) einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der der bereits ausgebildeten Löcher (8), daß sich ein weiterer Ätzvorgang anschließt, so daß sich ein Ring (11/ aus Trägermaterial um jedes Ende eines durchgehenden Loches ergibt, und daß die Ringe

(11) und die Wände (9) der Löcher (8) metallisiert werden, wodurch die stromleitenden Bereiche auf den beiden Seiten des Trägermaterials elektrisch miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hydrazin-Hydratlösung verwendet wird, wenn das Träge, material aus Polyimid besteht.

3. Verfahren nach Anspru h 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (10) des Trägermaterials und die Wände (9) der Löcher des Trägermaterials durch stromloses Plattieren metallisiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Metallisiervorgang Kupfer aufgetragen wird

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schicht (14) aus stromleitendem Material durch Elektroplattieren auf die Plattierschicht (13) aufgebracht wird.