DE2856954C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von durchkon­ taktierten gedruckten Schaltungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist bekannt (DE-OS 26 52 428).

Bei einem ähnlichen Verfahren (DE-AS 16 90 265) wird das Lot unter Ver­ wendung von zwei Galvanoresist-Schichten galvanisch aufgebracht, wobei die zweite Galvanoresist-Schicht erst aufgebracht wird, nachdem die erste entfernt worden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Herstellungstechnik ohne Qualitätseinbuße zu vereinfachen.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung, die analog zu Ausgestaltungen der bekannten Verfahren sind, sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben, es zeigt:

Fig. 1 die Folge der Verarbeitungsschritte und

Fig. 2a-2i einen Teil-Querschnitt durch eine gedruckte Schaltung entsprechend der jeweiligen Verarbei­ tungsstufe.

Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Basismaterial, z. B. eine kupfer­ kaschierte Platte aus glasfaserverstärktem Epoxidharz mit einer Dicke von 1,6 mm entsprechend einem vorher aufgestellten Lochmuster gebohrt.

Nach dem Bohren wird das Basismaterial gesäubert und in ein chemisches Kupferbad getaucht, z. B. eine wäßrige Lösung, die Natriumhydroxyd mit einer spezifischen Dichte von etwa 1,2 g/cm³, pH-Wert 12 oder größer, enthält, und dieses Bad scheidet chemisch eine Lage aus Kupfer über die ganze Oberfläche nieder, einschließlich der Wände der vorher gebohrten Löcher. Man läßt nur eine dünne Lage aus Kupfer von kaum mehr als molekularer Dicke sich niederschlagen. Dieser Schritt ist in Fig. 2(a) dargestellt, in der das Basismaterial 11 als vollständig mit einer Kupferschicht 12 beschichtet dargestellt ist, die aus der ursprünglichen Kupferkaschierung und den chemisch niedergeschlagenen Kupferschichten besteht.

Nach dem anschließenden Säubern wird die Platte in eine Siebdruckhalterung mit einem Drucksieb gebracht, das ein positives Bild natürlicher Größe der gewünschten Leiterstruktur aufweist. Die Leiterstruktur wird exakt mit dem vorher gebohrten Lochmuster in Übereinstimmung gebracht. Unter Verwendung des Drucksiebes wird eine gleichförmige, relativ dicke Lage von organischem Galvanoresist aufgebracht.

Es kann auch Photoresist und Belichtung anstelle der Siebdrucktechnik verwendet werden. Der Einfachheit halber wird auch nur die Verarbeitung einer einzigen Seite des Basismaterials beschrieben, wenn es auch üblicher ist, zweiseitige oder mehrlagige Schaltungsplatten zu verwenden, wobei in beiden Fällen eine Wiederholung des beschriebenen Prozesses für alle Seiten der Schaltungsplatte(n) mit Schaltung erforderlich ist.

Die jetzige Stufe des Verfahrens ist in Fig. 2(b) dargestellt, wobei die Kupferschicht 12 mit Galvanoresist 13 an allen Flächen bedeckt ist, mit Ausnahme derjenigen, die durch das Siebdruckbild abgeschattet waren, etwa Fläche 14 und Fläche 15.

Die Fläche 14 wird im Anschluß an die weitere Verarbeitung eine Leiter­ bahn. Die Fläche 15 wird ein Lötauge, in das eine Bauelemente-Zuleitung eingesetzt wird. An einer jeden solchen Fläche, in der eine Leiterbahn vorhanden sein soll, bleibt das chemisch niedergeschlagene Kupfer frei.

Als nächstes werden die freiliegenden Flächen galvanisch aufgekupfert, und zwar zu einer Dicke, die durch die Stromführungsanforderungen der Schaltung bestimmt ist, indem das Substrat in ein galvanisches Kupferbad eingetaucht wird, beispielsweise eine Lösung von Kupfersulfat in schwefliger Säure und Chlorid. Es wird eine phosphorisierte Kupfer­ anode verwendet. Diese Prozeßstufe ist in Fig. 2(c) dargestellt, gemäß der eine dicke Schicht 16 aus Kupfer auf der vorher niederge­ schlagenen dünnen Kupferschicht 12 aufgebaut ist.

Nachdem die Schaltungsplatte aus dem Kupferbad herausgenommen und ge­ säubert ist, wird sie wieder an eine Elektrode angeschlossen und in ein galvanisches Zinn/Nickel-Bad gebracht, das in Verbindung mit Elektroden aus 65% Zinn und 35% Nickel verwendet wird.

Zinn/Nickel wird galvanisch auf das Kupfer in dem gleichen Muster aufge­ bracht, in dem das Kupfer ursprünglich aufgebracht ("aufgekupfert") worden ist. An diesem Punkt des Verfahrens wird das gewünschte Schaltungs­ muster in Zinn/Nickel über Kupfer erzeugt, wie in Fig. 2(d) gezeigt. Gemäß der Figur ist die Zinn/Nickel-Schicht 17 über der dicken Kupfer­ schicht 16 niedergeschlagen.

Um eine lotverträgliche Oberfläche in Lötaugen und Verbindungsflächen zu erhalten, ist es erwünscht, Zinn/Blei auf diese Flächen aufzubringen. Es ist jedoch nicht notwendig, Zinn/Blei auf alle Flächen der Leiter-Bahnen aufzubringen. Tatsächlich wäre das aufwendig hinsichtlich des Materialver­ brauchs und unerwünscht vom Standpunkt der Qualität, da Zinn/Blei eine weniger inerte Fläche ist als Zinn/Nickel und da es zum Zeitpunkt des Anlötens der Bauteile einem erneuten Fließen unterworfen ist. Da Zinn/Blei weicher als Zinn/Nickel ist, ergibt sich darüber hinaus eine unakzeptable Fläche zur Verwendung für Anschlußkontakte.

Um diese und die eingangs erläuterten Nachteile zu vermeiden, wird eine zweite Maske (Lotmaske) mit einem negativen Bild der Flächen verwendet, die Lotverträglichkeit erfordern. Diese zweite Maske wird direkt auf die erste aufgebracht, ohne daß irgendwelche vorangegangenen Masken entfernt werden, indem eine Siebdruckhalterung verwendet wird, die ein Drucksieb enthält, das eine positive Bilddarstellung der gewünschten Lötaugen und Anschlußkontakte enthält. Nach dem Aufbringen dieser zweiten Maske sind nur Anschlußkontaktflächen und Lötaugen einschließlich der Löcher und Lochwände unbedeckt. Dieser Verarbeitungsschritt ist in Fig. 2(e) dar­ gestellt, wobei die Fläche 14 und die umgebenden Flächen jetzt mit der zweiten Lage aus Galvanoresist 18 abgedeckt sind. Fläche 15, ein Löt­ auge, ist jedoch freigelassen.

Die jetzt freigebliebenen Flächen aus Zinn/Nickel werden gesäubert und chemisch reaktiviert, wobei beispielsweise eine 35-50%ige Lösung von Chlorwasserstoffsäure verwendet wird, um Oxyde zu entfernen und eine Oberfläche zu schaffen, die mit einer galvanischen Zinn/Blei-Schicht verträglich ist. Es wird dann eine Elektrode befestigt und die Schaltungs­ platte in ein Zinn/Bleibad getaucht, eine Lösung von Zinnfluoborat- und Bleifluoborat-Konzentrat in Borflußsäure, die in Verbindung mit einer Zinn/Blei-Anode verwendet wird. Im Bad wird galvanisch eine Schicht Zinn/Blei auf alle freigelassenen Flächen aufgebracht, ein­ schließlich der inneren Lochwände, und zwar zu der gewünschten Dicke.

Das galvanische Aufbringen von Zinn/Blei auf die Schaltungsplatte erlaubt es, eine sehr gleichförmige Schicht aufzubauen, selbst an Punkten, die sonst einem zu starken oder mangelhaften Aufbau der Schicht unterworfen wären. Das Fehlen von Ungleichförmigkeiten ist besonders in den Fällen vorteilhaft, in denen Toleranzen der Leiterabstände oder Lochdurchmesser kritisch sind. Fig. 2(f) zeigt diese Stufe der Verarbeitung und zeigt die Zinn/Blei-Schicht 19 in der Fläche 15 einschließlich der Auskleidung der Lochwand 20.

Im Anschluß an die Zinn/Blei-Beschichtung werden beide Galvanoresist- Masken chemisch von der Schaltungsplatte abgelöst, wobei eine Lösung verwendet wird, die die darunterliegende Schaltung nicht beschädigt.

An dieser Stufe sind alle Materialien galvanisch auf die Schaltungsplatte aufgebracht und es ist möglich, das dünne Kupfer zu entfernen, das noch verblieben ist, da seine Verwendung alsLeitfähigkeitslage nicht mehr benötigt wird. Um die Entfernung der gewünschten Leiter-Bahnen zu ver­ meiden, muß ein Material, das vom Ätzbad relativ unbeeinflußt bleibt, dazu verwendet werden, die Bahnen abzudecken. Diese Funktion wird gewöhn­ lich mit einer organischen Abdeckung aus Ätzabdeckmittel erfüllt, das über die Bahnen in Übereinstimmung mit den Bahnen gelegt wird. Da es nicht möglich ist, eine exakte Übereinstimmung zu erreichen, leidet die Kantendefinition der Bahnen etwas. Für den Verlust an Definition muß gewöhnlich eine Herstellungstoleranz vorgesehen werden, so daß die zulässige Schaltungsdichte reduziert wird.

Beim vorliegenden Verfahren werden diese Registrierprobleme vollständig dadurch vermieden, daß die Zinn/Nickel-Lage als Ätzabdeckmittel verwen­ det wird. Da Zinn/Nickel und Zinn/Blei relativ inerte Materialien im Vergleich zu Kupfer sind, kann die dünne Kupferlage 12 weggeätzt werden, wobei die Zinn/Nickel-beschichteten Bahnen praktisch unbeeinflußt bleiben, wie in Fig. 2(h) dargestellt. Das Ätzmittel muß so ausgewählt werden, daß es wenig Reaktion mit Zinn/Nickel hat, aber eine kräftige Reaktion mit Kupfer.

Die Zinn/Blei-Schicht wird dann dadurch geschmolzen, daß die Schaltungsplatte auf eine Temperatur von etwa 250°C erwärmt wird, um das Zinn und Blei zu Lot zu amalgamieren.

Erforderlichenfalls können die Kantenanschlüsse mit einem Material hoher Leitfähigkeit plattiert werden, beispielsweise Gold, um einen niedrigen Kontaktwiderstand zu erhalten.

Nach einer gründlichen Reinigung kann eine permanente Lotmaske durch Siebdruck aufgebracht werden. Es ist gewöhnlich erwünscht, eine Maske aufzubringen, um die höchstmöglichen Verdrahtungsdichten zu realisieren, da die Maske die meisten Lotbrücken verhindert, die sonst auftreten. Der Schnitt der Schaltungsplatte mit aufgebrachter Maske 21 ist in Fig. 2(i) dargestellt.

Zusätzlich zu den in der obigen Beschreibung erwähnten Vorteilen ist das beschriebene Verfahren in mehrfacher Hinsicht den bekannten Verfah­ ren überlegen. Im Vergleich zur konventionellen Metallresist-Technik bietet die vorliegende Erfindung verbesserte Zuverlässigkeit, bei etwa äquivalenten Kosten, durch die Eliminierung von Lot unter der Lotmaske, während die Vorteile gleichförmiger Lotdicke in lotverträglichen Flächen beibehalten werden. Zusätzlich sorgt in den Anwendungsfällen, in denen Kontaktanschlüsse an den Schaltungsplattenkanten benötigt werden, die harte, dauerhafte Zinn/Nickel-Schicht für eine adäquate Kontaktfläche für die meisten Schaltungsanforderungen, ohne daß eine weitere Bearbei­ tung notwendig ist, wobei nur diejenigen ausgeschlossen sind, bei denen ein optimal niedriger Kontaktwiderstand erforderlich ist, der durch Goldauflage geboten wird. Da Unregelmäßigkeiten im wesentlichen vermie­ den werden, indem nur die Lötaugen beschichtet werden, kann der erforder­ liche Isolatorabstand zwischen Leitern minimiert werden.

Bei anderen bekannten Prozessen wird ein extremer thermischer Schock dadurch erzeugt, daß die Schaltungsplatten in geschmolzenes Lot einge­ taucht werden und überschüssiges Lot mit Heißluftstrahlen oder Heißöl­ sprühen beseitigt wird, Schritte, die durch das beschriebene Verfahren vermieden werden, das deshalb bessere Zuverlässigkeit und Nutzbarkeit bietet, während die gleiche Leiterdefinition und damit Schaltungsdichte erreicht wird. Da weiterhin eine Flußmittelbehandlung der Schaltungsplatte nicht erforderlich ist, ergibt sich kein Einfangen von korrosiven Verun­ reinigungen.

Durch die Verwendung von ausgalvanisiertem Zinn/Nickel sorgt das be­ schriebene Verfahren für eine passivierte Oberfläche, die nicht der Oxydation unterworfen ist und die für eine inhärent feste Schaltung in den Lötaugen und Lochbereichen sorgt.

Da eine Schicht aus Zinn/Nickel das Kupfer an den Verbindungspunkten ab­ schließt, wird eine Wanderung von Kupferoxyd von der Kupferschicht in das Lot verhindert, eine verbreitete Ursache für Ausfälle an Verbindungs­ punkten.

Eine vollständige Kontrolle der Schichtdicke wird durch das beschriebene Verfahren erhalten. Die gleichförmige Lotschicht, die dadurch erhalten wird, daß Zinn/Blei galvanisch über Zinn/Nickel und Kupfer aufgebracht wird, anstatt die Schaltungsplatte in geschmolzenes Lot einzutauchen, eliminiert auch Anschlußfehler, die von einer inadäquaten Lotabdeckung resultieren, während verstopfte Löcher, ein häufiger Defekt in in Lot eingetauchten Schaltungsplatten, reduziert werden.

Die Reparatur von defekten Bauelementen wird durch das neue Verfahren erleichtert, da die Zinn/Nickel-Schicht über den Lochwänden die mechani­ sche Dauerhaftigkeit des Loches dramatisch verbessert, so daß die Gefahr einer versehentlichen Entfernung einer Lochwand reduziert wird.

Da eine Lotmaske, wenn sie verwendet wird, über einem gleichförmigen, stabilen Leiter aufgebracht wird, paßt sich die Maske enger der Schal­ tungsplatte an und haftet fester. Eine Lotverflüssigung während des Wellenlötens, ein häufiges Ereignis bei nach bekannten Verfahren hergestellten Schaltungs­ platten, die zu einer Lotbrücke unter der Maske führt, zu einem Abblättern und Lockern von großen Potential-Flächen und einer allgemeinen Lockerung der Maske, wird vermieden.

Vom Fachmann ist leicht einzusehen, daß andere Materialien anstelle der ge­ gebenen speziellen Beispiele verwendet werden können. Wenn auch Kupfer der erwünschteste Basisleiter ist, können doch andere leitende Elemente, Legierungen und Verbindungen verwendet werden. Hinsichtlich eines Er­ satzes für Zinn/Nickel muß eine akzeptable Substanz galvanisch aufzu­ bringen und mechanisch dauerhaft sein. Sie muß auch relativ inert im Ver­ gleich zum darunterliegenden Kupfer sein, wenn sie dem Ätzmittel ausgesetzt ist. Zinn/Blei in unterschiedlichen Verhältnissen und andere eutektische Legierungen mit niedrigen Schmelzpunkten können für Eigenschaften ausgewählt werden, die mit Lötprozessen kompatibel sind, entsprechend bekannten Prinzipien.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten gedruckten Schal­ tungen mit verzinnten Lötaugen, bei dem

• a) zuerst Löcher in ein Basismaterial eingebracht werden,
• b) die gesamte Schaltungsplatte chemisch mit einer dünnen Metall­ schicht versehen wird,
• c) ein Galvanoresist im Negativdruck entsprechend der gewünschten Leiterstruktur aufgebracht wird,
• d) die Leiterstruktur mit einer zusätzlichen Metallschicht versehen und auf diese eine dritte, dünne Schicht aus einem ausreichend ätzbeständigen Metall aufgebracht wird,
• e) der Resist entfernt und die dünne Metallschicht abgeätzt wird, und
• f) zum partiellen Aufbringen von Lot Teile der Platte maskiert werden (Lotmaske),

dadurch gekennzeichnet, daß nach Verfahrensschritt d) als Lotmaske eine zweite Galvanoresist-Schicht direkt, ohne Ablösen der ersten Galvanoresist-Schicht auf diese aufge­ bracht, die Lotschicht galvanisch abgeschieden und anschließend beide Resistschichten entfernt und die dünne Metallschicht abgeätzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, dünne Metallschicht aus Kupfer besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zusätzliche Metallschicht aus Kupfer besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ausreichend ätzbeständige Metall Zinn/Nickel ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot eine eutektische Zinn/Blei-Legierung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinn/Blei- Legierung durch Wärme umgeschmolzen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, dünne und auch die zusätzliche Metallschicht aus Zinn/Nickel- Legierung bestehen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die ausreichend ätzbeständige Metallschicht galvanisch aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial kupferkaschiert ist.