DE4040226C2 - Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten Leiterplatten oder Mehrlagenleiterplatten (Multilayern) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten Leiterplatten oder Mehrlagenleiterplatten (Multilayern).

Elektronische Leiterplatten, insbesondere sogenannte "Multi­ layer", weisen mehrere Lagen elektrisch leitender Strukturen auf. Damit diese ankontaktiert werden können, müssen die gesamten Leiterplatten bzw. Multilayer durchbohrt und die Mantelflächen der Bohrungen danach mit einer elektrisch leit­ fähigen Schicht überzogen werden. Da an die Zuverlässigkeit derartiger Leiterplatten und Multilayer hohe Anforderungen gestellt werden, ist es selbstverständlich, daß der Ankontak­ tierung der verschiedenen elektrisch leitenden Strukturen in den unterschiedlichen Schichten grobe Bedeutung zukommt. Dies setzt voraus, daß die Mantelflächen der Bohrlöcher, die bei der Einbringung der Bohrlöcher verschmutzt werden, insbesondere Harzverschmierungen aufweisen, sorgfältig ge­ reinigt werden.

Ein Reinigungsverfahren für die Mantelflächen der Bohrlöcher, auch "Desmear"-Verfahren genannt, ist in der DE-OS 36 38 630 beschrieben. Die Reinigung beginnt hier mit einer Quellung, einer Behandlung der Leiterplatten bzw. Multilayer mit einer Behandlungsflüssigkeit, die im allgemeinen ver­ schiedene organische Lösungsmittel enthält. Die Quellflüssig­ keit wird danach in einem Spülvorgang entfernt. Die eigent­ liche Reinigung erfolgt dann durch eine oxidative Behandlung mit einer Permanganatlösung, wonach Überschüsse der Oxidations­ flüssigkeit erneut weggespült werden. Es schließt sich eine sogenannte "Entgiftung" an, in welcher Braunstein, der sich in der oxidativen Behandlung gebildet hat, reduziert und entfernt wird. Es folgt eine erneute Spülung. Die so vorbe­ handelten Leiterplatten können dann in an und für sich be­ kannten, in der DE-OS 36 38 630 nicht weiter erläuterten Verfahren an den Mantelflächen der Bohrlöcher metallisiert werden.

Ein Durchkontaktierungsverfahren, wie es dem in der DE-OS 36 38 630 beschriebenen Verfahren nachgeschaltet werden kann, ist in der DE 38 06 884 C1 beschrieben. Es umfaßt die oxidative Behand­ lung der Oberfläche der Leiterplatten, insbesondere der Bohrloch­ wandungen, die Spülung, die Abscheidung einer Schicht organischer Monomere auf der Oberfläche der Leiterplatten aus einer Lösung dieser Monomere sowie die anschließende Polymerisation der abgeschiedenen Monomere zu einer intrinsisch leitfähigen Polymer­ schicht.

Durch das bloße Hintereinander fügen der beiden bekannten Verfahren zur Reinigung der Bohrlöcher sowie der Metallisie­ rung der Mantelflächen entsteht eine grobe Vielzahl von Ver­ fahrensschritten, die viele Behandlungsflüssigkeiten und in der apparativen Verwirklichung viele einzelne Vorrich­ tungsmoduln erfordert.

In der nicht vorveröffentlichten DE 39 31 003 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem die Bohrlochreinigung (Desmear) und die Metallisierung über einen gemeinsamen Verfah­ rensschritt, nämlich die Permanganatbehandlung, direkt miteinander verknüpft werden. Diese Verknüpfung erfolgt allerdings über ein- und dasselbe Permanganatbad. Damit kann den unterschiedlichen chemischen Prozessen, die bei der oxidativen Behandlung im Desmear- Prozeß und bei der oxidativen Behandlung als Vorbereitung der Direktmetallisierung stattfinden, nicht in optimaler Weise Rechnung getragen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten Leiterplatten oder Mehrlagenleiterplatten (Multilayern) zu schaffen, welches mit geringstmöglichem apparativem Aufwand kostengünstig durch­ zuführen ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Merk­ malskombination gelöst.

Die Erfindung fußt auf der Erkenntnis, daß der "Desmear"-Prozeß in besonders günstiger Weise mit einem speziellen stromlosen Verfahren zur Herstellung der elektrisch leitfähigen Schichten, eben dem oben schon erwähnten, in der DE 38 06 884 C1 beschrie­ benen Verfahren, kombiniert werden kann. Die Kombination erfolgt so, daß einige der sich zunächst durch einfaches Aneinanderfügen ergebenden Einzelschritte "übersprungen" werden, daß also eine Anzahl von Verfahrensschritten, in denen die Leiterplatten oder Multilayer mit einer Behandlungsflüssigkeit beaufschlagt werden müssen, sowie die zugehörigen Spülvorgänge einge­ spart werden. Insbesondere ist es bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise nicht mehr erforderlich, nach der oxidativen Behandlung im "Desmear"-Verfahren eine "Entgiftung", also eine Entfernung des sich bildenden Braunsteines, durchzuführen, da gerade dieser Braunstein bei der oxidativen Vorbehandlung vor dem Abscheiden der Monomere eine günstige Wirkung hat. Außerdem entfällt der zusätzliche Konditionier- oder Quell­ vorgang, welcher bei dem in der DE 38 06 884 C1 beschriebenen Verfahren zur stromlosen Abscheidung leitender Schichten auf den Mantelflächen der Bohrlöcher noch erforderlich war.

Da die chemischen Vorgänge, die in der oxidativen Behand­ lung des "Desmearing"-Prozesses ablaufen, nicht identisch mit denjenigen sind, die in der oxidativen Behandlung vor der stromlosen Abscheidung der elektrisch leitenden Schichten stattfinden, werden beide oxida­ tive Vorgänge in unterschiedlichen Bädern durchgeführt, die sich dann z. B. bezüglich des PH-Wertes aber auch bezüg­ lich des Gehaltes an Braunstein unterscheiden. Im allgemeinen ist es aber nicht erforderlich, die beiden Bäder, in denen mit Permanganatlösung gearbeitet wird, noch einmal durch eine Spülung voneinander zu trennen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1: schematisch das aus der DE-OS 36 38 630 bekannte "Desmearing"-Verfahren;

Fig. 2: schematisch das aus der DE-PS 38 06 884 bekannte Verfahren zur stromlosen Abscheidung elektrisch leitender Schichten auf den Mantelflächen der Bohrlöcher;

Fig. 3: das erfindungsgemäße Verfahren unter teilweiser Verwendung von Verfahrensschritten der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Teilverfahren.

Zum besseren Verständnis der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen sei zunächst anhand Fig. 1 kurz wiederholt, wie bei dem bekannten, in der DE-OS 36 38 630 beschriebenen Verfahren eine Reinigung der Bohrlöcher von durchkontaktier­ ten Leiterplatten bzw. Multilayern erfolgt. Wegen Einzel­ heiten des Verfahrens wird auf die genannte Druckschrift verwiesen.

Die Leiterplatten bzw. Multilayer sind vor dem in Fig. 1 dargestellten Verfahrensabschnitt bereits mit Bohrlöchern versehen worden, welche der Ankontaktierung der in verschie­ denen Schichten angeordneten elektrisch leitenden Strukturen dienen sollen. Bei der Einbringung dieser Bohrungen sind die Bohrwandungen verschmutzt worden; insbesondere haben sich Harzverschmierungen oder auch lose Verunreinigungen angelagert. Zu deren Entfernung werden die Leiterplatten durch eine erste Behandlungsflüssigkeit (Verfahrensschritt 1) geführt, in welcher die Mantelflächen der Bohrungen aufgequollen werden. Dies geschieht mit einer Mischung verschiedener organischer Lösungsmittel in Natriumhydroxid. Nach einer Spülung (Verfahrensschritt 2) gelangen die Leiterplatten in ein oxidatives Behandlungsbad, vorzugs­ weise ein Kaliumpermanganatbad (Verfahrensschritt 3). Hier erfolgt die eigentliche Entfernung der Verunreinigungen an den Bohrlöchern. Bei den dabei ablaufenden chemischen Reaktionen bildet sich durch Reduktion des Kaliumpermanga­ nates auch Braunstein, von dem man bisher grundsätzlich annahm, daß er zur erfolgreichen Metallisierung der Bohrungs- Mantelflächen wieder entfernt werden muß. Deshalb ist bei dem aus der DE-OS 36 38 630 bekannten Verfahren (Figur I) nach einer weiteren Spülung (Verfahrensschritt 4) ein sogenannter "Entgiftungsprozeß" (Verfahrensschritt 5) vorgesehen. Zur "Entgiftung" (auch "Neutralisation" genannt) wird eine Behandlung mit einer Hydroxylammoniumchlorid-Lösung durchgeführt. Nach einer erneuten Spülung (Verfahrensschritt 6) gelangen die Leiterplatten zu einer Station, in welcher die gereinigten Mantelflächen der Bohrlöcher in nicht näher bezeichneter Weise mit einer metallischen Schicht überzogen werden.

Von den verschiedenen bekannten Verfahren, mit welchen elektrisch leitende Überzüge auf den Mantelflächen von Bohrlöchern hergestellt werden, hat sich die Erfindung zur Kombination mit dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren ein ganz bestimmtes herausgesucht, welches in der DE-PS 38 06 884 beschrieben ist und nachfolgend anhand der Fig. 2 kurz erläutert wird. Wegen Einzelheiten wird erneut auf die zuletzt genannte Druckschrift Bezug genommen.

Die vorbehandelten Leiterplatten werden zunächst in einer organischen Lösung gequollen (richtiger wäre es wohl, von einer allgemeinen "Konditionierung" zu sprechen, da die relevanten Vorgänge im einzelnen nicht bekannt sind). Dies ist der Verfahrensschritt 7 in Fig. 2. Nach einer Spülung (Verfahrensschritt 8) gelangen die Leiterplatten in eine Permanganatlösung (Verfahrensschritt 9), in welcher eine oxidative Vorbehandlung der nachfolgend zu beschichten­ den Mantelflächen der Bohrlöcher stattfindet. Dabei hat sich herausgestellt, daß nicht eine vollständige Abwesen­ heit von Fremdsubstanzen nach dem Durchlaufen dieses Schrit­ tes sondern durchaus ein gewisser Rest an Braunstein, der bei der Reduktion der Permanganatlösung verbleibt, wünschenswert ist.

Die so vorbehandelten Leiterplatten werden gespült (Ver­ fahrensschritt 10) und danach in eine Lösung organischer Monomere eingebracht (Verfahrensschritt 11). Eine Schicht dieser organischen Monomere lagert sich dabei an den Mantel­ flächen der Bohrlöcher an. Im nächsten, ohne Zwischenschal­ tung einer Spülung durchgeführten Verfahrensschritt 12 werden dann diese Monomere auspolymerisiert, wobei sich eine elektrisch leitfähige Schicht bildet. In einem Deka­ pier- und Spülmodul werden überschüssige Polymerisationspro­ dukte und Reste der Behandlungsflüssigkeiten aus den Verfah­ rensschritten 11 und 12 entfernt, wonach die Leiterplatten dem weiteren Aufbau der elektrisch leitenden Schichten, beispielsweise in einem Elektrolyseverfahren, zugeführt werden.

Die beschriebenen beiden Verfahren werden nunmehr erfin­ dungsgemäß miteinander kombiniert, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. In Fig. 3 sind diejenigen Verfahrens­ schritte, welche aus den bekannten Verfahren nach den Fig. 1 und 2 übernommen wurden, mit denselben Bezugs­ zeichen gekennzeichnet. Der Vergleich der Fig. 3 mit den Fig. 1 und 2 macht deutlich, daß nicht alle Ver­ fahrensschritte der bekannten Verfahren beim erfindungs­ gemäßen Verfahren übernommen werden. Vielmehr entfallen aus Fig. 1 der Entgiftungsvorgang 5 und der nachfolgende Spülvorgang 6. Aus dem in Fig. 2 dargestellten Verfahren fallen der Konditionier- oder Quellvorgang 7 und der nach­ folgende Spülvorgang 8 weg. Die Leiterplatten gelangen also aus dem Oxidationsbad 3 von Fig. 1 direkt in das Oxidations­ bad 9 von Fig. 2. Die Einsparung von vier Verfahrensschrit­ ten bedeutet nicht nur die Einsparung zweier Behandlungs­ flüssigkeiten, die ggf. entsorgt werden müssen; in der apparativen Ausgestaltung bedeutet dies die Einsparung von vier Vorrichtungsmoduln, was eine erhebliche Kostenminderung bedeutet.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten Leiter­ platten oder Mehrlagenleiterplatten (Multilayern), bei welchem die mit Bohrlöchern versehenen Basismaterialien auf Polymerbasis folgenden Verfahrensschritten unterzogen werden:

   • a) Quellen in einer an sich bekannten Behandlungsflüssigkeit;
   • b) Spülen;
   • c) erste oxidative Behandlung mit einer Permanganatlösung (konventionelle Etch-Back/Desmear-Lösung);
   • d) zweite - sich unmittelbar an den vorherigen Verfahrens­ abschnitt anschließende - oxidative Behandlung mit einer Permanganatlösung (übliche Lösung zur Vorbereitung für die Abscheidung von intrinsisch leitenden Polymeren), die sich in ihrem pH-Wert und/oder in ihrem Gehalt an Permanganat von der Lösung gemäß Verfahrensschritt c) unterscheidet;
   • e) Spülen;
   • f) an sich bekanntes Abscheiden einer Schicht organischer Monomerer aus einer Lösung dieser Monomeren und
   • g) Polymerisation der abgeschiedenen Monomere zu einer elek­ trisch leitfähigen Schicht (intrinsisch leitfähige Poly­ mere);
   • h) direkte galvanische Metallisierung;
   • i) Ausbilden von Leiterstrukturen in bekannter Weise.