DE3800890A1

DE3800890A1 - Mehrebenen-schaltungsplatte und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3800890A1
Application number: DE3800890A
Authority: DE
Inventors: Thomas S Kohm
Original assignee: Kollmorgen Corp
Current assignee: AMP Akzo Corp
Priority date: 1987-01-14
Filing date: 1988-01-14
Publication date: 1988-07-28
Also published as: EP0275070A3; EP0275070A2; US4804575A; BR8800084A; GB2201294A; JPS63199497A; GB2201294B; DE3800890C2; CA1278471C; GB8800685D0; EP0275070B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrebenen-Schaltungsplatte und ein Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung Mehrebenen-Schaltungsplatten, die nach dem Additiv-Verfahren hergestellt werden.

Mehrebenen-Schaltungen werden im allgemeinen nach der Subtraktiv-Methode hergestellt, das heißt, im Druck- und Ätzverfahren Die inneren Schichten werden aus kupferkaschiertem Material hergestellt, das in der Regel aus mit einer dünnen Kupferfolie versehenem Epoxyglaslaminat besteht. Die Kupferfolie hat eine Stärke zwischen 0,1 und 0,2 mm. Die außerhalb des Leiterzugmusters befindlichen Bezirke der Folie werden durch Ätzen entfernt und die inneren Schichten zu einem Schichtkörper verpreßt, der isolierende Zwischenlagen aus Epoxidhartpapier enthält und dessen Außenseiten aus Kupferfolie bestehen. Verbindungslöcher mit metallisierten Lochwandungen werden hergestellt und dienen zur Verbindung zwischen den inneren Ebenen.

Zur Massenherstellung derartiger Mehrebenen-Schaltungen können die mit spezifizierten Leiterzugmustern auf den inneren Ebenen und mit äußeren Kupferfolienabdeckungen versehenen Schichtkörper fertig bezogen werden.

Der jeweilige Hersteller bohrt die Löcher, metallisiert die Lochwandungen und stellt mit Hilfe der Druck- und Ätztechnik die Leiterzugmuster auf den äußeren Ebenen her. Nach der Fertigstellung ist der Verbraucher nicht in der Lage, festzustellen, ob die Schaltung vorfabriziert wurde oder vollständig beim Endhersteller gefertigt wurde.

Mehrebenen-Schaltungen nach dem Additiv-Verfahren können ebenfalls unter Verwendung von vorgefertigten Bauteilen hergestellt werden. In diesem Fall werden die Leiterzugmuster der inneren Ebenen ebenfalls im Subtraktiv- Verfahren hergestellt; die äußeren Oberflächen bestehen in diesem Fall nicht aus Kupfer, sondern aus glasfaserverstärktem Epoxymaterial.

Die äußeren Schaltungsmuster werden im Additiv-Verfahren hergestellt, indem zunächst eine Haftvermittlerschicht aufgebracht wird, dann die Löcher gebohrt werden. Anschließend wird eine Maske aus Widerstandslack aufgebracht und die Leiterzugmuster der äußeren Ebene sowie die Lochinnenwand-Metallisierung durch stromlose Metallabscheidung hergestellt. Diese als Massenware hergestellten Mehrebenen-Schaltungen mit additiv hergestelltem Leiterzugmuster auf den Außenflächen und durchplattierten Löchern weisen keine Vorteile gegenüber den vollsubtraktiv hergestellten Mehrebenen-Schaltungen auf, weshalb diese Technik auch nicht sehr weit verbreitet ist.

Weitere Verfahren zur Herstellung von Mehrebenen-Schaltungen beginnen mit der inneren Schicht, hergestellt aus einem Laminat von 0,2-1 mm Dicke, das beidseitig kupferkaschiert ist. Die Leiterzugmuster der inneren Schichten werden nach dem Druck- und Ätzverfahren hergestellt. Statt einer gemeinsamen Laminierung aller Schichten werden die einzelnen Ebenen nacheinander auf der ersten dickeren inneren Schicht aufgebaut und laminiert, abwechselnd Isolations- und Leiterzugebene. Die Leiterzugmuster werden entweder nach dem Additiv-, dem Semiadditiv- oder dem Subtraktiv-Verfahren hergestellt. Nach dem Volladditiv-Verfahren wird das Metallmuster direkt auf dem Isolierstoffträger aufgebracht. Beim Semiadditiv- und Subtraktiv-Verfahren wird eine vollständige Kupferschicht auf das Isolierstoffmaterial aufgebracht und das Leiterzugmuster durch Aufplattieren und Ätzen hergestellt. Mehrebenen-Schaltungen nach dem zuletzt beschriebenen Verfahren unterscheiden sich in ihrem Aussehen auffällig von der oben beschriebenen Massenware; dieser Unterschied bleibt dem Käufer oder Verbraucher nicht verborgen. Mehrebenen-Schaltungen sind in der Regel mit einer inneren Grund- und Versorgungsebene versehen. Die inneren Ebenen sind häufig einfache, nur mit Distanzlöchern versehene Kupferbleche, die zur elektrischen Isolierung des durchplattierten Lochmusters der Schaltungen dienen. Die Grund- und Versorgungsebenen, dienen zur Stromzuführung und zum Erden der angebrachten Bauteile und weiterhin zur elektromagnetischen Abschirmung der Mehrebenen-Schaltung und Verringern die Störungen von Radiofrequenzen.

Zusätzliche Grund- und Versorgungsebenen oder Abschirmungen auf den Oberflächenschichten, die ein Leiterzugmuster tragen, werden vielfach angebracht.

Beim Anlöten von Bauteilen auf den äußeren Schaltungsebenen einer Mehrebenen-Schaltung werden die isolierenden Schichten zwischen den Kupferflächen, wie beispielsweise der Träger zwischen der Grundebene und der äußeren Abschirmung, welche die Schaltung auf der Oberfläche umgeben, einem starken Hitzeschock bei Temperaturen von bis zu 275°C ausgesetzt, was häufig zur Delaminierung und Blasenbildung führt. Dieses Problem tritt bei allen Verfahren, ob Volladditiv, Semiadditiv oder Subtraktiv auf.

Zur Verbesserung der Haftung der Kupferleiterzüge auf der Isolierstoffunterlage wurde bereits vorgeschlagen, eine guthaftende Oxidschicht auf dem metallischen Kupfer auszubilden. Derartige Oxidschichten sind sowohl bei der Einzellaminierung als auch bei der Massenherstellung mit gleichzeitiger Laminierung aller Schichten angewendet worden. Sie werden hergestellt, indem die Kupferoberfläche mit einer stark alkalischen Hypochloritlösung bei 40-110°C behandelt wird. Hierdurch entsteht eine festhaftende, schwarze dendritenartige Oxidschicht mit einer großen Oberfläche, die die organische Schicht bindet. Diese Oxidschicht wird allgemein in der Technik der gedruckten Schaltungen als "Schwarzoxid" bezeichnet.

Diese "Schwarzoxid"-Schicht wird von allen Chemikalien angegriffen, die Kupferoxide lösen. Derartige Chemikalien sind bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen unumgänglich. In der Technik der Mehrebenen-Schaltungen werden in der Regel die inneren Schichten mit Schwarzoxid überzogen und die äußeren Schichten, bestehend aus dem Träger und dem Schaltungsmuster, werden auf diese laminiert. Werden in einem späteren Verfahrensschritt Löcher gebohrt und deren Wandungen verkupfert, um leitende Verbindungen zwischen den Schichten herzustellen, werden hierzu Lösungen verwendet, die das Kupferoxid am Lochrand auflösen, so daß sich helle, rosafarbene Ringe um den Lochrand ausbilden.

Im Bereich der rosafarbenen Ringe besteht keine Haftung zwischen der Kupferschicht und der auf diese auflaminierten isolierenden Schicht. Treten die sogenannten "Rosaringe" auf, so besteht die Gefahr von fehlerhafter Isolierung zwischen den Löchern und von Vergiftung durch eindringende Ionen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Mehrebenen-Schaltungsplatte herzustellen, bei der die oben genannten Mängel nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens eine innere Schicht mit einem Leiterzugmuster versehen. Der Träger besteht aus einem organischen isolierenden Material. Die Schaltung und der freiliegende Träger sind mit einer Poly(vinylacetal)phenol-Harzmischung überzogen, die sich sowohl mit dem Kupfer als auch mit dem dielektrischen Träger fest verbindet. Die Harzmischung enthält eine bestimmte Menge eines mit endständigen Aminogruppen versehenen Kupplers, aus der Gruppe der mit endständigen versehenen organischen Titanate oder Zirkonate. Der Kuppler ist in einer Menge vorhanden, die ausreicht, um die Haftvermittlermischung sowohl hitzebeständig als auch chemisch widerstandsfähig zu machen. Die Poly(vinylacetal)phenol-Harzmischung wird auf der Unterlage ausgehärtet und bildet eine festhaftende Schicht. Über die organische isolierende Schicht wird eine Haftvermittlerschicht aufgebracht, die nach dem Aushärten einem Verfahren zur Haftverbesserung unterzogen werden kann.

Anschließend an dieses Verfahren wird die Haftvermittlerschicht mit einer festhaftenden Metallschicht versehen. Nach dem Abscheiden der Metallschicht und dem Nachhärten verflüssigt sich die Schicht bei Temperaturen unterhalb 288°C nicht und gibt keine gasförmigen oder leicht flüchtigen Stoffe ab; sie ist gegen Löttemperaturen von 250°C beständig.

Die Fig. 1A-1H sind Querschnitte durch eine Mehrebenen- Schaltung entsprechend den einzelnen Verfahrensschritten bei deren Herstellung.

Die erfindungsgemäße Mehrbahnen-Schaltung ist auf einer Trägerplatte aus organischem Material aufgebaut, die mit einem leitfähigen Muster versehen ist. Das Trägermaterial wird unter den für gedruckte Schaltungen üblichen Basismaterialien ausgewählt, wie beispielsweise Phenolpapier- Laminat, Epoxypapier-Laminat oder glasfaserverstärktes Epoxylaminat oder Epoxykomposit-Laminat, Polyimid- Laminat, Triazin-Harz-Laminat und anderen Trägermaterialien, die geeignete thermische und elektrische Eigenschaften aufweisen. Ein für die erfindungsgemäßen Mehrebenen-Schaltungen bevorzugtes Material ist ein Glasfaser verstärktes, wärmeaushärtbares Harzlaminat. In einer Ausführungsform nach der Erfindung enthält das Basismaterial einen Füllstoff, der katalytisch auf die Metallabscheidung aus stromlos metallabscheidenden Bädern wirkt.

Erfindungsgemäß kann das Leiterzugmuster nach dem Subtraktiv- Verfahren hergestellt werden, bei dem kupferkaschiertes Material unter Abdeckung des Leiterzugmusters einem Ätzverfahren unterworfen wird.

Ebenfalls entsprechend der vorliegenden Erfindung kann das Leiterzugmuster nach dem Additiv-Verfahren mittels einer Haftvermittler-Zwischenschicht 11 hergestellt werden, die auf dem Trägerlaminat 10 aufgebracht ist, wie in Fig. 1A dargestellt.

In Fig. 1B ist eine permanente Abdeckmaske 12 auf die Haftvermittlerschicht 11 aufgebracht. Die Maske 12 kann entweder aufgedruckt als Trockenfilm aufgebracht werden oder auch im Siebdruckverfahren. Geeignete Widerstandslacke sind dem Fachmann bekannt. Nach dem Bestrahlen und Entwickeln der Maskenschicht oder, falls diese im Siebdruck aufgebracht wurde, dem Bestrahlen mit UV, wird für 30 Min. bei 160° im Ofen aufgeheizt, um ein vollständiges Aushärten und Verdunsten aller leicht flüchtigen Stoffe zu erzielen.

Fig. 1C zeigt das auf das Trägermaterial 10 im Additiv- Verfahren aufgebrachte Leiterzugmuster 13. Vorzugsweise sind die Leiterzüge 13 und die permanente Abdeckmaske gleich dick, so daß die nachfolgende Schicht auf eine ebene Oberfläche aufgebracht werden kann.

Es können auch temporäre Abdeckschichten verwendet werden, die nach dem Aufbringen des Leiterzugmusters entfernt werden. In diesem Fall entsteht keine ebene Unterlage für die folgende Schicht, was auch für ein nach dem Subtraktiv-Verfahren hergestelltes Leiterzugmuster gilt. Zum Herstellen einer ebenen Oberfläche werden die Zwischenräume entweder mit einem Füllstoff aufgefüllt oder die nachfolgende Schicht muß entsprechend dicker sein.

Die stromlos aufgebrachte Kupferschicht ist in der Regel 35-40 µm dick und die permanente Abdeckschicht 25-40 µm. Nach dem Aufbringen der Metallschicht wird die Oberfläche gereinigt, getrocknet und für eine Stunde bei 160°C nachgehärtet.

Anschließend wird die mit dem Metallmuster versehene Seite mit Bimsstein gescheuert, gespült, mit Warmluft getrocknet und für nur 1 Minute bei 150°C im Ofen getrocknet, um eine stärkere Oxidation der Kupferoberfläche zu vermeiden.

Fig. 1D zeigt eine Grundschicht 14, die wenigstens einen Teil der Oberfläche der Leiterzugebene bedeckt. Diese Schicht wird entweder durch Aufwalzen oder im Vorhang- Gießverfahren oder im Siebdruck aufgebracht. Die trockene Grundschicht 14 hat eine Schichtdicke von mindestens 20 µm vorzugsweise von 25-35 µm und besteht aus einer Poly(vinylazetal)phenol-Harzmischung, die eine feste Bindung mit dem metallischen Kupfer des Leiterzugmusters und dem Basismaterial eingeht. Die Harzmischung enthält einen Kuppler aus der Gruppe der organischen Titanate und Zirkonate mit Aminoendgruppen in einer Menge, die ausreicht, um die chemische und die Wärme-Widerstandsfähigkeit zwischen Kupferoberfläche und dem Poly(vinyl azetal)phenol-Harzgemisch zu erhöhen. Geeignete Mischungen sind in der unter dem gleichen Datum eingereichten Anmeldung P (595-290) beansprucht.

Eine geeignete Mischung hat die folgende Zusammensetzung:

100 g Harzmischung enthalten:
Poly(vinylbutyral)25% Resolphenolharz50% 100 g Butylazetat25%

Wollastonit (mit einer Partikelgröße von weniger als 10 µm und einer Oberfläche von 1 m²/g)55 g Neoalkoxytris (3-amino)phenyl-Zirkonat 1,6 g Anti-Schaummittel 1 g Butylazetat 5 g 2-(2-butoxyethoxy)ethanol 5 g Füllstoff (Tonerde mit 1200 ppm Palladium) 2 g

Diese Mischung hat eine Viskosität von 30-40 Pa · s und ist damit für das serigraphische Auftragen auf eine Unterlage geeignet. Die Schicht 14 wird für 20 Minuten bei 120°C teilausgehärtet.

Andere als Grundschicht 14 geeignete Mischungen weisen ähnliche Zusammensetzungen auf, enthalten aber statt phenolischem Harz-Poly(vinylbutyral) eine Harzmischung aus 40% phenolischem Resolharz, 50% Polyvinylbutyral und 10% Lösungsmittel.

Als Kuppler wird entweder Neoalkoxytris(3-amino)phenyl- Titanat oder Zirkonat verwendet.

Auf die andere Seite des Trägers wird ebenfalls, wie oben für die erste Seite beschrieben, die Grundschicht 14 aufgebracht.

Auf die Schicht 14 wird eine dielektrische Isolierschicht 15 entweder im Siebdruck oder durch Aufwalzen aufgebracht. Die Schichtdicke wird entsprechend für das Leiterzugmuster erforderlichen Impedanz gewählt; vorzugsweise beträgt sie 80 µm. Epoxy-Lötmasken sind geeignete dielektrische Isolierschichten und sind in der Fachwelt allgemein bekannt. Bei ihrer Verwendung in Mehrebenen- Schaltungen, die im Einzellaminierverfahren hergestellt werden, können die Lötmasken durch Zusatz eines auf die Abscheidung aus stromlosen Metallisierungsbädern katalytisch wirkenden Füllstoffes modifiziert werden.

Ein bevorzugter Füllstoff ist mit Palladium imprägnierte Tonerde.

Es können auch 40 g Wollastonit oder 2 g Neoalkoxytris- (3-amino)phenyl-Titanat zugesetzt werden. Weiterhin können 4 g Tonerde, imprägniert mit 1200 ppm Palladium und 5 g 2-(2-butoxyethoxy)ethanol, 100 g Lötmaskenmischung zugesetzt werden.

Schließlich kann noch ein Zusatz zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen den Hitzeschock und zur Vermeidung von Verunreinigungen durch Isolierstoffmaterial beim Bohrvorgang gemacht werden. Hierfür werden 25 g eines Epoxynovolacks und, falls erforderlich, weitere 30 g Wollastonit beigemischt.

Diese flüssige, dielektrische Überzugsmasse 15 wird auf eine Seite des bereits mit der Grundschicht 14 versehenen Trägers 10 aufgebracht. Um überschüssiges Lösungsmittel zu entfernen und eine ebene Oberfläche zu erzielen, wird die beschichtete Platte für 20 Minuten bei 120°C aufgeheizt. Dieser Vorgang wird sooft wiederholt, bis eine ausreichende Dicke der dielektrischen Schicht 15 erreicht ist; dies sollte vorzugsweise 70 µm betragen. Mit einer richtig eingestellten Siebdruckmaschine kann dieses in zwei Auftragsvorgängen erreicht werden. Beim Aufwalzen kann die geforderte Schichtdicke in nur einem Durchgang erzielt werden. Allerdings ist ein zweiter Durchgang empfehlenswert, um das Auftreten von Stecknadellöchern in der Überzugsschicht zu vermeiden. Die Dicke der dielektrischen Schicht 15 kann je nach der erforderlichen Impedanz des Leiterzugmusters variiert werden.

Auf der zweiten Seite der Platte wird die dielektrische Schicht in der gleichen Weise aufgetragen. Anschließend wird die Platte für 20 Minuten bei 160°C aufgeheizt, um die dielektrische Schicht 15 teilauszuhärten und alle flüchtigen Bestandteile zu entfernen.

Das Aushärten kann auch mit UV-Bestrahlung erfolgen.

Eine UV-aushärtbare dielektrische Mischung weist die folgende Zusammensetzung auf:

3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxy- cyclohexancarboxylat52 g Weichmacher für cycloaliphatische Abdeckschichten auf Epoxidbasis48 g Triarylsulfoniumsalz (Photoinitiator (C₆H₅)₃ S⁺SbF₆^-) 0,75 g Tonerde-Füllstoff, mit 1200 ppm Palladium imprägniert10 g Anti-Schaummittel 2 g Fluoroaliphatischer polymerer Ester 0,1 g als Verlauf- und Flußmittel geschäumte Silika 5 g

Die Stärke der UV-Strahlung beträgt etwa 2 Joul/cm². Die zweite Seite wird in gleicher Weise behandelt.

Die Oberfläche der dielektrischen Überzugsschicht wird auf Unebenheiten untersucht, die sich nachteilig auf die nachfolgende Schicht auswirken könnten. Vorhandene Unebenheiten werden durch Abschmirgeln eingeebnet, anschließend wird die Platte gespült und getrocknet.

In Fig. 1E ist die Haftvermittlerschicht 16 über der dielektrischen Schicht angebracht. Diese Schicht 16 kann flüssig im Siebdruck durch Walzen mit gegenläufigen Walzen oder im Vorhang-Gießverfahren aufgebracht werden, bzw. auch als nicht ausgehärteter Trockenfilm durch Aufpressen oder Heißwalzlaminierung.

Die Haftvermittlerschicht 16 enthält aushärtbares polymeres Material oder Gemisch von Polymeren. Die gehärtete Schicht 16 kann einem Verfahren zur Haftverbesserung unterzogen und dann mit einem festhaftenden Metallmuster versehen werden. Bei Temperaturen bis 288°C gibt die Haftvermittlerschicht 16 keine flüchtigen Bestandteile ab und verflüssigt sich nicht. Geeignete Mischungen sind in der unter dem gleichen Datum eingereichten Anmeldung P 595-288 beansprucht.

Eine geeignete Haftvermittlermischung hat die folgende Zusammensetzung:

Nitrilgummi16,88 g Chlorosulfonierter Polyethylengummi 5,67 g Palladium-Katalysator (1%), dispergiert in flüssigem Harz
mit einem Epoxidäquivalentgew. von 280 3,32 g Zirkonsilikat (Füllstoff)11,45 g Geschäumte Silika 0,27 g Hochsieden des Kerosins mit 82-88% aromat. Bestandteilen
und Siedepunkt 150-200°C11,48 g 2-Ethoxyethylazetat28,76 g 2-Methylphenolformaldehyd-Harz mit einem mittleren Polymerisationsgrad von 8 6,97 Festes Diepoxid Bisphenol A-Harz mit einem Epoxydäquivalentgew. von 50012,03 g Flußmittel 0,97 g Katalytisch wirksamer Füllstoff (Tonerde) mit 1200 ppm Palladium imprägniert 1,93 g Neoalkoxy-tris-(3-amino)phenyl-Zirkonat 1,4 g

Eine weitere geeignete Haftvermittlermischung hat die folgende Zusammensetzung:

Phenolharz11,0 g Polyvinylbutyral-Harz15,0 g Diepoxyd-Bisphenol A Harz mit einem Epoxidäquivalentgew. von 850-97522,0 g Katalytisch wirksamer Füllstoff (Tonerde mit 1200 ppm Pd imprägniert) 4,0 g Neoalkoxy tris(3-amino)phenyl Zirkonat 4,0 g Flußmittel 1,0 g Anti-Schaummittel 1,0 g Zirkonsilikat (Füllstoff)15,0 g 2-(2-Butoxyethoxy)ethanol20,0 g Trifunktionales Phenolharz mit durchschnittlich 8 Phenolringen im Molekül11,2 g Nitrilgummi22,4 g Bismaleimida-Triazin-Harz22,4 g

Eine weitere geeignete Haftvermittlermischung ist wie folgt zusammengesetzt:
Trifunktionales Phenolharz mit durchschnittlich 8 Phenolringen im Molekül11,2 g Nitrilgummi22,4 g Bismaleimid-Triazin-Harz22,4 g

Eine weitere geeignete Haftvermittlermischung ist wie folgt zusammengesetzt:

Phenolharz14,5 g Polyvinylbutyral-Harz14,5 g Bismaleimid-Triazin-Harz29,0 g Butylazetat30,0 g Neoalkoxy tris(3-amino)phenyl-Zirkonat 1,4 g Flußmittel 1,0 g Anit-Schaummittel 1,0 g Zirkonsilikat (Füllstoff)12,0 g Zinkoktanoat (Beschleuniger)0,015 g

Noch eine weitere geeignete Haftvermittlermischung:

Phenolharz 8,8 g Polyvinylbutyral-Harz11,8 g Bismaleimid-Triazin-Harz29,4 g 2-(2-Butoxyethoxy)ethanol30,0 g Neoalkoxy tris(3-amino)phenyl Zirkonat 1,4 g Zirkonsilikat (Füllstoff)12,0 g Katalytisch wirksamer Füllstoff aus Tonerde imprägniert mit 1200 ppm Palladium 4,0 g Anti-Schaummittel 1,0 g Flußmittel 1,0 g Zinkoktanoat (Beschleuniger) 0,015 g

Die Viskosität der Haftvermittlerschicht wird auf 0,5 Pa · s durch Zusatz von 2-ethoxy-ethylazetat eingestellt.

Die mit der dielektrischen Schicht 15 bedeckte Platte wird gebürstet, gespült und mit Heißluft getrocknet und die Haftvermittlermischung 16 wird im Vorhang-Gießverfahren aufgebracht. Die Haftvermittlermischung wird im Tunnelofen getrocknet, und anschließend wird die zweite Seite entsprechend der ersten behandelt. Dann wird die Haftvermittlerschicht 16 für eine Stunde bei 160°C ausgehärtet. Die Schichtdicke beträgt nach dem Aushärten 25-30 µm. Mit diesem letzten Aushärtungsschritt werden zugleich die Grundschicht 14 und die dielektrische Schicht 15 endgültig ausgehärtet.

In Fig. 1F sind Löcher 17 durch die Platte gebohrt. Wo erforderlich, sind die Löcher 17 in Kontakt mit den Leiterzügen 13. Löcher, die keinen Kontakt zum Leiterzugmuster 13 haben sollen, werden durch die permanente Widerstandsmaske 12 gebohrt.

Nach dem Bohren wird die Platte mit Bimsstein gescheuert, gespült und gewaschen und die Bohrrückstände werden mittels eines Hochdruckwasserstrahls entfernt.

Auf beiden Seiten der soweit fertiggestellten Mehrebenen- Schaltung werden permanente Widerstandsmasken 18, die dem Negativ des Leiterzugmusters der äußeren Leiterzugebenen entsprechen, aufgedruckt und sodann die Mehrebenen- Schaltung für 30 Minuten bei 120°C ausgeheizt, um die Abdeckmaskenschicht voll auszuhärten und alle leicht flüchtigen Bestandteile zu entfernen.

Die von der permanenten Negativmaske 18 nicht abgedeckten, dem gewünschten Leiterzugmuster entsprechenden Bezirke werden einem Verfahren zur Haftverbesserung unterzogen, wobei gleichzeitig die durch den Bohrvorgang enstandenen Harzverschmierungen in und um die Löcher entfernt werden. Hierfür wird eine Chromsäure-Lösung verwendet, die 4 g/l Chromsäure und 20 g/l Natriumfluorid in 12 N Schwefelsäure enthält. Die Lösung hat eine Temperatur von 52°C, die Behandlungsdauer beträgt 8 Minuten. Anschließend an die Säurebehandlung wird gespült und dann in einem Zweischrittverfahren mit einer Natriumsulfit-Lösung neutralisiert.

Kupfer wird stromlos entsprechend dem Oberflächen-Leiterzugmuster 19 und in den Löchern 20 abgeschieden. Damit ist das Verfahren zum Herstellen von Mehrebenen-Schaltungen ausschließlich nach dem Additiv-Verfahren mittels Einzellaminierung abgeschlossen.

Nach dem Abscheiden der Kupferschicht wird die Schaltungsplatte maschinell gebürstet, gespült und getrocknet und bei 120°C für 1 Stunde und bei 160°C für eine weitere Stunde nachgehärtet.

Für Testzwecke wurde eine Mehrebenen-Schaltung hergestellt, die mit einer Kupferoberfläche und einer 75 × 75 mm großen Grundabschirmung über einer aus Kupferblech bestehenden inneren leitfähigen Ebene der gleichen Abmessung versehen war. Diese Grundabschirmung bestand aus undurchbrochenem Kupferblech ohne Perforation oder Kreuzschraffierung, wie dies in bekannten Verfahren nach der Lehrmeinung erforderlich ist, um Blasenbildung oder Delaminierung bei höheren schockartigen Temperaturbeanspruchungen zu vermeiden.

Eine nach der Erfindung hergestellte Mehrebenen-Schaltung wurde einem Hitzeschock unterzogen: In 5 Zyklen wurde die Schaltungsplatte einer Heißluft-Lötvorrichtung ausgesetzt, wobei jeder Zyklus aus Reinigen, Auftragen des Lötmittels, Vorheizen, Eintauchen für 2 Sekunden in geschmolzenes Lötzinn bei 255°C, Abblasen von überschüssigem Lötzinn mit Heißluft, Abkühlen und Waschen mit Wasser bestand. Nach 5 Zyklen wurde die Mehrebenen- Schaltungsplatte geprüft. Es wurde weder Blasenbildung noch Delaminierung festgestellt, auch nicht im Bereich der Kupferblechabschirmungen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Mehrebenen- Schaltungen volladditiv und mittels Einzellaminierung hergestellt werden und weisen thermische Eigenschaften auf, die den nach dem Subtraktiv-Verfahren entsprechend dem Stand der Technik hergestellten gleichwertig oder sogar überlegen sind, und auch insbesondere den bisher noch bekannten Verfahren hergestellten Volladditiv-Mehrebenen- Schaltungen. Die erfindungsgemäß volladditiv hergestellte Mehrebenen-Schaltung hat gegenüber den bekannten, nach subtraktiven Verfahren hergestellten Mehrebenen- Schaltungen den Vorteil größerer Leiterzugdichte ohne daß die thermischen Eigenschaften jenen von nach subtraktiven Verfahren hergestellten Mehrebenen-Schaltungen unterlegen wären.

Claims

1. Mehrebenen-Schaltungsplatte, hergestellt nach dem Additiv-Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß diese die folgenden Schichten aufweist:

(a) eine innere Leiterzugebene bestehend aus dem Träger mit dem Leiterzugmuster;
(b) eine wärmeaushärtbare Schicht zum Abdecken von mindestens einem Teil des Leiterzugmusters sowie des isolierenden Trägermaterials, bestehend aus dem Reaktionsprodukt von 20-60 Gew.-% Polyvinylacetal-Harz mit 80-40 Gew.-% Phenolharz in Gegenwart eines sauren Katalysators, und einem Kuppler mit mindestens zwei amino-substituierten aromatischen Gruppen, der über eine Sauerstoff enthaltende Bindung kovalent mit einem zentralen Zirkon- oder Titanatom verbunden ist, wobei der Kuppler einerseits an das Phenolharz und andererseits an die Metallschicht gebunden ist und in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um das Poly(vinylacetal)- phenol-Harz mit der Metalloberfläche fest zu verbinden;
(c) eine organische, dielektrische Isolierschicht, die wenigstens einen Teil der Schicht (b) bedeckt;
(d) eine Haftvermittlerschicht aus einem wärmeaushärtbaren Harz, die die Schicht (c) mindestens zum Teil abdeckt und auf dieser ausgehärtet wird, wobei die genannte Haftvermittlerschicht aus einem Phenolharz besteht, das frei von Methylethergruppen ist und im Molekül vier bis zehn Phenolringe und mindestens zwei funktionelle Methylolgruppen aufweist, und mindestens einem hitzebeständigen Kunstharz mit einem aromatischen oder zyklichen Gerüst und funktionellen Gruppen, die mit den phenolischen Methylolgruppen ohne Wasseraustritt vernetzbar sind, und das in einer Menge in der Mischung vorhanden ist, um praktisch alle Methylolgruppen des phenolischen Harzes zu binden, wobei das genannte Kunstharz (Polymer) mit aromatischem oder zyklischem Gerüst die elektrischen Eigenschaften der Schicht verbessert und deren Temperaturbeständigkeit erhöht, sowie einem Elastomer aus der Gruppe von Neopren, Nitrilgummi und chlorosulfoniertem Polyethylen und Vinyl- und Akryl-Elastomeren in einer Menge zwischen 30 bis 60 Gew.-% der Mischung.

2. Mehrebenen-Schaltungsplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (b) einen Mineral-Füllstoff enthält in einer Menge, die ausreicht, um das Verschmieren der Schicht beim Bohren der Löcher auf die Lochwandungen zu vermeiden, die aber nicht ausreicht, um zu Torsionsbrüchen an der Grenzfläche zwischen Schicht (b) und dem Metallbelag zu führen; und daß der Kuppler in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um den Füllstoff an das Harz zu binden.

3. Mehrebenen-Schaltungsplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kuppler in einer Menge von 0,3 bis 2 Gew.-% der Harzmischung vorhanden ist.

4. Mehrebenen-Schaltungsplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mineral-Füllstoff in einer Menge von mehr als 20 und weniger als 60 Teilen auf 100 Harzteile vorhanden ist.

5. Mehrebenen-Schaltungsplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mineral-Füllstoff in einer Menge von mehr als 30 und weniger als 50 Teilen auf 100 Harzteile vorhanden ist.

6. Mehrebenen-Schaltungsplatte nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mineral-Füllstoff aus der Gruppe bestehend aus Wollastoniten und Attapulgiten und Mischungen davon ausgewählt ist, und daß der Kuppler aus der Gruppe bestehend aus Neoalkoxytris (3-amino)phenyl-Zirkonaten und Titanaten ausgewählt ist.

7. Mehrebenen-Schaltungsplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer mit dem aromatischen oder zyklischen Gerüst aus der Gruppe der zyklischen aliphatischen Epoxidharze und Bisphenol A Epoxidharzen mit durchschnittlich 1,5 bis 3 funktionellen Epoxidgruppen im Molekül und einem Epoxidäquivalentgewicht zwischen 170 und 2500 sowie der Bismaleimid-Triazin-Polymerharze ausgewählt ist.

8. Mehrebenen-Schaltungsplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftvermittlerschicht (d) weiterhin Füllstoffe und Kuppler enthält, und daß die Kuppler aus der Gruppe der amino-substituierten organischen Zirkonate und Titanate ausgewählt sind.

9. Verfahren zum Herstellen einer Mehrebenen- Schaltungsplatte nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

- Herstellen mindestens einer inneren Leiterzugebene aus einem aus organischem Isolierstoff bestehenden Träger;
- Überziehen wenigstens von Teilen der genannten inneren Schicht mit der Schicht (b), die nach dem Aushärten fest auf dem Metallmuster und dem Isolierstoffträger haftet und die eine ausreichende Menge an organischem Lösungsmittel enthält, um das Harz und den Kuppler zu lösen und die Viskosität für den Auftragvorgang einzustellen;
- Aushärten der genannten Überzugsschicht (b) und Aufbringen einer organischen, dielektrischen Isolierschicht, die durch nachfolgendes Aushärten eine feste Bindung mit der Überzugsschicht (b) eingeht;
- Aufbringen der Haftvermittlerschicht (b) zur festhaftenden Abscheidung einer Metallschicht auf dieser;
- Aushärten der Haftvermittlerschicht; und
- Aufbringen eines Metallmusters durch stromlose Metallabscheidung zur Herstellung einer Mehrebenen- Schaltung, die zwischen den einzelnen Schichten eine Haftfestigkeit aufweist, die mindestens 5 Lötzyklen bei mindestens 255°C und Temperaturen bis zu 430°C, wie sie beim Auswechseln von Bauteilen auftreten, übersteht und die weder Blasenbildung noch Zeichen von Delaminierung zwischen den einzelnen Schichten aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht (b) auf die sorgfältig gereinigte Oberfläche des Isolierstoffträgers aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigte Oberfläche durch einen Schleifvorgang in Gegenwart von Wasser hergestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aushärten der Überzugsschicht (b) in zwei Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe eine Temperatur gewählt wird, die ausreicht, um alle flüchtigen Stoffe zu entfernen und die Härtung einzuleiten, und im zweiten Schritt eine solche, die ausreicht, um die vollständige Aushärtung bei erhöhter Temperatur zu bewirken.