DE4227085A1 - Verfahren zur Herstellung fein strukturierter elektrisch leitfähiger Schichten - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung fein strukturierter elektrisch leitfähiger Schichten auf einem Substrat, z. B. Leiterkarten.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (GB 2 110 162 A bzw. DE 31 45 586 C2) wird eine elektrisch leitfähige Paste, z. B. Goldresinat, in einem Druckverfahren auf definierte Gebiete des Substrats aufgebracht. Dabei wird zunächst die Paste in vorgegebener Form und Menge auf eine Auftragtrommel aufgebracht und von dort auf eine zu dieser gegensinnig drehenden Druckwalze aus Silikongummi übertragen und dann durch letztere auf das Substrat aufgewalzt. Anstelle der Auftragtrommel wird in einer weiteren Literaturstelle (Shimida et al. "Manufacturing of fine-line films by printing technique", TMC 1990 Proceedings Mai/Juli 1990, S. 581 ff) eine Intaglio-Platte verwendet, auf welcher die Druckwalze abrollt und dadurch die dort aufgetragene Paste in vorgegebene Struktur und Menge aufnimmt, um sie dann in gleiche Struktur auf das Substrat weiterzugeben.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die dünne Aktivierungsschicht sich mit wesentlich besserer Qualität bezüglich Strukturfeinheit und Kantenschärfe drucken läßt als eine dicke Schicht. Allerdings hat diese dünne Aktivierungsschicht einen sehr viel höheren Quadratwiderstand (Quotient aus spezifischem Widerstand und Schichtdicke), der bei einer etwa 0,1 µm dicken Gold­ resinat-Schicht bei 400 mΩ liegt. Durch die Verstärkung dieser Schicht infolge Anlagerung einer elektrisch leitfähigen Metallschicht mit größerer Dicke im galvanischen Bad oder stromlos im Reduktionsbad wird die elektrische Leitfähigkeit deutlich verbessert, ohne daß die Strukturfeinheit und Kantenschärfe der strukturierten Schicht leidet. So sinkt beispielsweise der Quadratwiderstand bei Anlagerung einer 10-15 µm dicken Schicht aus Kupfer auf ca. 5 mΩ.

Zur Anlagerung der Schicht hoher elektrischer Leitfähigkeit wird bevorzugt das stromlose Abscheiden von Kupfer oder Nickel im Reduktionsbad angewendet, da hierbei - im Gegensatz zum galvanischen Bad - weder eine elektrische Kontaktierung der Aktivierungsschicht notwendig ist noch eine elektrisch leitfähige und unterbrechungslose Aktivierungsschicht gefordert werden muß. Als Reduktionsmittel wird beispielsweise Formaldehyd verwendet. Voraussetzung für das stromlose Abscheiden ist, daß die Aktivierungsschicht bekeimt ist, d. h. Partikel aufweist, an welchen sich die Kupfer- oder Nickelionen aus dem Reduktionsbad anlagern. Solche Keime sind in der verwendeten Aktivierungsschicht enthalten, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus Palladium- Resinat, Kupfer-Resinat, Gold-Resinat oder Platin-Resinat hergestellt wird. Es ist auch möglich zur Herstellung der Aktivierungsschicht eine Dickschichtpaste zu verwenden, in welcher entsprechende Keime in Form von Palladium-, Kupfer-, Platin- oder Goldpartikeln eingelagert sind.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich. Bevorzugt wird die Aufbringung der dünnen Aktivierungsschicht mit einem an sich bekannten Druckverfahren vorgenommen, wie dies aus den eingangs genannten Zitatstellen zum Stand der Technik beschrieben ist. Das Schichtmaterial für die dünne Aktivierungsschicht wird mittels einer elastisch verformbaren Rolle, z. B. aus Silikongummi, auf das Substrat aufgewalzt, nachdem zuvor das Schichtmaterial in der gewünschten Struktur mittels geeigneter Maßnahmen auf die Rolle aufgebracht worden ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird eine fein strukturierte, gut leitfähige Schicht auf einem Substrat, z. B. einer Leiterplatte, wie folgt hergestellt:

Zunächst wird auf das Substrat eine dünne Aktivierungsschicht in der gewünschten Schichtstruktur mit einer Schichtdicke von ca. 0,1 µm aufgebracht. Als Schichtmaterial wird eine palladium- oder kupferorganische Verbindung verwendet. Beispiele hierfür sind Palladium- Resinat oder Kupfer-Resinat. Auch die Verwendung von Gold- oder Platin-Resinat ist möglich. Die Aktivierungsschicht kann in verschiedener Weise auf das Substrat aufgebracht werden. Bevorzugt wird das sog. Tampon-Offset-Druck- Verfahren verwendet, das in den eingangs genannten Literaturstellen ausführlich beschrieben ist. Bei einem solchen Tampon-Druck-Verfahren wird zunächst das Schichtmaterial der Aktivierungsschicht in der vorgegebenen Form und Menge auf eine Auftragtrommel oder eine Intaglio- Platte aufgebracht und von dort auf eine Druckwalze aus Silikongummi dadurch übertragen, daß sich die Druckwalze auf der Auftragtrommel oder Intaglio-Platte abwälzt. Die so von der Druckwalze aufgenommene Schichtstruktur wird dann von der Druckwalze auf das Substrat aufgewalzt. Bei Verwendung der vorstehend genannten Resinate als Schichtmaterial für die Aktivierungsschicht wird diese nach Aufwalzen zunächst eingebrannt. Danach wird auf die Aktivierungsschicht eine dickere Leitschicht aus einem elektrisch gut leitendem Metall aus einem entsprechenden Reduktionsbad stromlos abgeschieden. Als Metall wird beispielsweise Kupfer oder Nickel verwendet und als Reduktionsmittel Formaldehyd. Die aus dem Reduktionsbad auf der Aktivierungsschicht abgeschiedene dicke Leitschicht weist eine Schichtdicke von ca. 10-15 µm auf. Ihr Quadratwiderstand, d. h. der Quotient aus spezifischem Widerstand und Schichtdicke, beträgt bei Verwendung von Kupfer nur ca. 5 mΩ, so daß sie eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist.

Anstelle einer palladium-, platin-, gold- oder kupferorganischen Verbindung für das Aufdrucken der Aktivierungsschicht auf das Substrat kann auch eine Paste verwendet werden, die mit Partikeln von Palladium, Kupfer, Platin oder Gold angereichert ist.

Es ist auch möglich, die Abscheidung des Metalls aus einem galvanischen Bad vorzunehmen. In diesem Fall muß die Aktivierungsschicht elektrisch leitfähig und unterbrechungslos ausgeführt und mit dem einen Potential einer Stromquelle kontaktiert werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung fein strukturierter leitfähiger Schichten auf einem Substrat, z. B. Leiterkarten, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine dünne Aktivierungsschicht in der gewünschten Schichtstruktur auf das Substrat aufgebracht und dann auf die Aktivierungsschicht eine dickere Leitschicht aus einem elektrisch gut leitendem Metall, wie Kupfer oder Nickel, aus einem entsprechenden galvanischen Bad oder bevorzugt stromlos aus einem entsprechenden Reduktionsbad abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbringung der dünnen Aktivierungsschicht mit einem an sich bekannten Druckverfahren vorgenommen wird, bei welchem das Schichtmaterial mittels einer elastisch verformbaren Rolle auf das Substrat aufgewalzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtmaterial für die Aktivierungsschicht eine palladium-, platin-, gold- oder kupferorganische Verbindung, z. B. Palladium-, Platin-, Gold- oder Kupfer-Resinat, verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schichtmaterial für die Aktivierungsschicht eine Dickschichtpaste mit Partikeln von Palladium, Kupfer, Platin oder Gold verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor Aufbringen der Leitschicht die Aktivierungsschicht einem Einbrennprozeß unterzogen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungsschicht mit einer Schichtdicke von etwa 0,1 µm aufgedruckt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die dickere Leitschicht aus elektrisch gut leitendem Metall mit einer Schichtdicke von etwa 10-15 µm abgeschieden wird.