DE3304004A1 - Method of producing circuits with plated-through holes - Google Patents
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Abstract
Description
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VONMETHOD FOR MANUFACTURING
DURCHKONTAKTIERTEN SCHALTUNGEN Die rfindun# betrifft ein Verfahren zur Herstellung von duchkontvaktierten Schaltungen durch Metallisierung der Lochungen einer Leiterplatte aus kupferkaschiertem BasismateriaL Verfahren zur Herstellung von durchkontaktierten Schaltungen sind bereits bekannt. Leiterplatten dieser Art werden in immer größerem Umfang in der Elekroindustrie eingesetzt. Die Metallschicht der Lochungen beziehungsweise der Bohrwandung hat den Zweck, eine leitende Verbindung zu den auf den beiden Oberflächen der Platte befindlichen Leiterzügen herzustellen.CONTACTED CIRCUITS The rfindun # concerns a process for the production of through-contacted circuits by metallization the perforations of a printed circuit board made of copper-clad base material Manufacture of plated through circuits are already known. Printed circuit boards of this type are used to an ever greater extent in the electrical industry. the The purpose of the metal layer of the perforations or the drilling wall is to provide a conductive connection to the conductor tracks located on the two surfaces of the plate to manufacture.
Die bisher übliche Metallisierung der Lochungen erfolgt grundsätzlich derart, daß auf die entsprechend vorbehandelte Oberfläche der Lochungen zunächst mittels chemischer Metallisierungsbäder auf reduk tivem Wege eine Metallschicht abgeschieden wird, die darauffolgend mittels galvanischer Metallabscheidung verstärkt wird.The previously customary metallization of the perforations takes place in principle in such a way that initially on the appropriately pretreated surface of the perforations a metal layer by means of chemical metallization baths in a reductive way is deposited, which is then reinforced by means of galvanic metal deposition will.
Diese eig lich schon als klassisch zu bezeichnende Durchkontaktierungsmethode hat sich überaus bewährt und wird mit bestem Erfolg in der Praxis angewandt, wobei die Nachteile dieser Methode, die svstemimmanent sind, in Ermangelung anderer Systeme bislang zwangsläufig in Kauf genommen werden muI3ten.This through-hole plating method, which can actually be described as classic has proven itself and is used with great success in practice, whereby the disadvantages of this method, which are inherent in the absence of other systems had to be accepted so far.
Diese Nachteile bestehen insbesondere darin, daß die Badführung eines chemischen Reduktionsbades naturgemäß mit gewissen Unsicherheiten behaftet ist, daß eine aufwendige, genaue Dosierung der einzelnen Badbestandteile sowie eine Stabilisierung während des Abscheidungsprozesses zwingend erforderlich ist, daß nur .lænige Basismaterialien mittels chemischer Bäder gut metallisiert werden können, daß die Abwässer durch die in den chemischen Bädern enthaltenen Komplexbildner belastet werden und daß das als Reduktionsmittel verwendete Formalin teilweise in die Luft des Arbeitsraumes gelangt.These disadvantages are in particular that the bath management a chemical reduction bath is naturally subject to certain uncertainties, that a complex, precise metering of the individual bath components and stabilization During the deposition process it is imperative that only thin base materials by means of chemical baths can be well metallized that the sewage through the complexing agents contained in the chemical baths are loaded and that some of the formalin used as a reducing agent in the air in the work room got.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durchkontaktierung von Schaltungen zu vereinfachen.The invention is based on the object of the through-hole plating of Simplify circuits.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Oberflächen der Lochungen zunächst mittels eines Katalysators aktiviert und darauf ausschließlich vermittels galvanischer Metallabscheidung metallisiert werden.According to the invention, this object is achieved by a method which is characterized in that the surfaces of the holes initially by means of a Activated catalyst and then exclusively by means of galvanic metal deposition be metallized.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß die galvanische Metallabscheidung so lange fortgesetzt wird, bis sich in den Lochungen eine geschlossene Metallhülse gebildet hat, daß die Aktivierung mittels eines edelmetallhaltigen ionogenen Katalysators, mittels eines edelmetallhaltigen nichtionogenen Katalysators, mittels eines nichtedelmetallhaltigen Katalysators oder mittels eines physikalisch aufgebrachten, vorzugsweise aufgedampften, katalytisch wirksamen Metalls erfolgt, daß ein Palladium-Zinn-haltiger ionogener Katalysator verwendet wird, daß die Oberflächen der Lochungen bereits in aktivierter Form vorliegen, daß die galvanische Metallabscheidung mittels an sich bekannter galvanischer Bäder auf Basis von Kupferbädern, Nickelbädern, Bleibädern Zinnbädern, Goldbädern, Silberbädern sowie Legierungsbadern dieser Metalle erfolgt, daß die Bäder als schwefelsäure, fluorborsäure, salzsaure, cyanidisch thiosulfatische oder pyrophosphathaltige Elektrolyte vorliegen, daß die Bäder einen Gehalt von 5 bis 80 g Metall/Liter aufweisen, daß die Bäder, sofern es sich um saure Bäder handelt, einen Gehalt an freier Säure von 20 bis 200 g/Liter aufweisen, daß die Bäder bei Temperaturen von 20 bis 650 C und mit Stromdichten von 0,? bis 20 A/dm2, vorzugsweise von 2 bis 5 A/dm2, betrieben werden, daß als Basismaterial glasfaserverstärktes Epoxidgewebe, Phenolhartpapier, Polyimid, Polysulfon, Polycarbonat oder Teflon verwendet wird daß sowohl die Lochungen als auch die gesamte oberfläche der Leiterplatte metallisiert werden, wonach zunächst ein Negativdruck mittels nieb- oder Fotodruckes und anschließend der Schichtaufbau der Leiterzüge erfolgt, und daß vor der galvanischen Metallabscheidung das Leiterbild selektiv mittels Sieb- oder Fotodruckes aufgebracht wird.There are advantageous embodiments of the method according to the invention that the electrodeposition of metal is continued until in the holes a closed metal sleeve has formed that the activation by means of a noble metal-containing ionogenic catalyst, by means of a noble metal-containing non-ionic catalyst, by means of a non-noble metal-containing catalyst or by means of a physically applied, preferably vapor-deposited, catalytic effective metal takes place that a palladium-tin-containing ionic catalyst it is used that the surfaces of the perforations are already in activated form, that the galvanic metal deposition by means of galvanic baths known per se based on copper baths, nickel baths, lead baths, tin baths, gold baths, silver baths as well as alloy baths of these metals takes place, that the baths as sulfuric acid, fluoroboric acid, hydrochloric acid, cyanidic thiosulphatic or pyrophosphate-containing electrolytes exist that the baths have a content of 5 to 80 g metal / liter that the baths, if they are acidic baths, have a free acid content of Have 20 to 200 g / liter, that the baths at temperatures of 20 to 650 C and with current densities of 0.? to 20 A / dm2, preferably from 2 to 5 A / dm2, that the base material is glass fiber reinforced epoxy fabric, Phenolic hard paper, polyimide, polysulfone, polycarbonate or Teflon is used that both the perforations and the entire surface of the circuit board are metallized are, after which first a negative print by means of flat or photo printing and then the layer structure of the conductor tracks takes place, and that before the electrodeposition of metal the conductor pattern is applied selectively by means of screen or photo printing.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht überraschenderweise die Herstellung von durchkontaktierten Schaltungen ohne Verwendung chemischer Metallisierungabäder, deren systemimmanente Nachteile damit vermieden werden.The inventive method surprisingly enables the Production of plated-through circuits without the use of chemical metallization baths, the disadvantages inherent in the system are thus avoided.
Die Erfindung schafft daher entgegen aller Erwartung ein Verfahren, das den Aufbau einer geschlossenen Metallhülse in den Lochungen von Leiterplatten mittels galvanischer Metallabscheidung ohne vorherige chemische Metallisierung ermöglicht.Contrary to all expectations, the invention therefore creates a method the construction of a closed metal sleeve in the perforations of printed circuit boards made possible by means of galvanic metal deposition without prior chemical metallization.
Die erfindungsgemäß hergestellten durchkontaktierten Schaltungen entsprechen in ihren Eigenschaften den nach üblichen Verfahren hergestellen Schaltungen.The plated-through circuits produced according to the invention correspond in their properties the circuits produced by conventional processes.
Als Basismaterial können alle praxisbekannten Materialien verwendet werden, wie zum Beispiel glasfaserverstärktes Epoxidgewebe, Phenolhartpapier, Polyimid, Polysulfon, Polvcarbonat, Teflon und andere, und zwar unabhängig davon, ob es sich um die Herstellung starrer beziehungsweise flexibler Cchaltungen oder um Kombinationen handelt, was in analoger Weise auch für Mehranlagenschaltungen und Multiwireschaltungen gilt.All materials known in practice can be used as the base material such as glass fiber reinforced epoxy fabric, phenolic hard paper, polyimide, Polysulfone, Polvcarbonat, Teflon and others, regardless of whether it is the production of rigid or flexible circuits or combinations acts in an analogous manner for multi-system circuits and multi-wire circuits is applicable.
Die Vorbehandlung des Basismaterials kann in üblicher Weise erfolgen, indem das Material nach dem Zuschneiden, Bohren oder Stanzeii und Entgraten gewünschtenfalls mit üblichen Lösungen entfettet, geätzt und gereinigt wird.The pretreatment of the base material can be done in the usual way, removing the material after cutting, drilling or punching and deburring if desired is degreased, etched and cleaned with common solutions.
Anschließend erfolgt die erfindungsgemäße Aktivierung der Lochungen durch Einwirkung von Katalysatoren, wofür sich alle praxisbekannten Produkte eignen, beispielsweise solche auf Basis von Palladiumchlorid und Stannochlorid in salzsaurer Lösung, oder physikalische Verfahren vorteilhafterweise das Bedampfen.The perforations are then activated according to the invention by the action of catalysts, for which all products known in practice are suitable, for example those based on palladium chloride and stannous chloride in hydrochloric acid Solution, or physical process, advantageously vapor deposition.
Der Aktivierung beziehungsweise Bekeimung der nichtmetallischen Flächen der Lochungen können sich gewünschtenfalls mechanische Oberflächenprflzesse anschließen, worauf ein Negativdruck der Leiterzüge mittels Foto- beziehungsweise Siebdruckes folgt.The activation or germination of the non-metallic surfaces If desired, mechanical surface processes can follow the perforations, whereupon a negative print of the conductor tracks by means of photo or screen printing follows.
Alsdann wird die derart aktivierte Lochung erfindungsgemäß mittels galvanischer Metallabscheidung durchkontaktiert, wofür sich ebenfalls alle praxisbekannten Bäder eignen, beispielsweise schwefel saure oder pyrophosphathaltige Kupferbäder.The perforation activated in this way is then activated according to the invention by means of galvanic metal deposition through-plated, which is also what all known in practice Baths are suitable, for example sulfuric acid or copper baths containing pyrophosphate.
Der weitere Aufbau der metallischen Schichten erfolgt ebenfalls mittels galvanischer Metallabscheidung zum Beispiel auf eine Kupferschichtdicke von 25 bis 30 my mit anschließender Belegung mit beispielsweise Blei/ Zinn, Glanzzinn, Nickel, Gold, Silber oder anderen geeigneten Metallen od deren Legierungen ebenfalls auf elektrolytischem Wege.The further structure of the metallic layers is also carried out by means of galvanic metal deposition, for example, to a copper layer thickness of 25 to 30 my with subsequent assignment with, for example, lead / tin, bright tin, nickel, Gold, silver or other suitable metals or their alloys also electrolytically.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beliebig variIeren, beispielsweise indem die gesamte gelochte Leiterplatte elektrolytisch durchmetallisiert wird, wobei ein an schließender Negativdruck zum weiteren Schichtaufbau erfolgt,dies je nach maßlichen Anforderungen mittels S,ieb- oder Fotodruckes.The method according to the invention can be varied as desired, for example by electrolytically plating the entire perforated circuit board, whereby a subsequent negative print for further layer build-up takes place, depending on the dimensional requirements by means of lettering or photo printing.
Nach einer anderen Verfahrensvariante kann das Leiterbild nach dem Katalysieren der Lochwandung selektiv mittels Foto- oder SiebdruckeE bedruckt werden, worauf die freie Leiterbahnfläche galvanisch durch metallisiert wird.According to another variant of the method, the conductor pattern can after Catalyze the wall of the hole can be selectively printed by means of photo or screen printing, whereupon the free conductor track surface is galvanically metallized.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher in eleganter weise nach dem Katalysieren beziehungsweise Bekeimen und Druck einen direkten Aufbau der Leiterbahnen.The method according to the invention therefore makes it possible in an elegant manner after catalyzing or nucleation and pressure, a direct build-up of the Conductor tracks.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Oberflächen der Lochungen in aktivierter Form vorliegen, was vorteilhafterweise durch Verwendung von Basismaterial ermöglicht wird, welches den gewünschten Katalysator bereits erhält.According to a further embodiment of the invention, the surfaces the perforations are present in activated form, which is advantageous by using is made possible by base material which already contains the desired catalyst.
Das folgende Ausführungsbeispiel dient zur Erläuterung der Erfindung.The following exemplary embodiment serves to explain the invention.
Beispiel Eine doppelseitig kupferkaschierte Basisplatte aus glasfaserverstärktem Epoxidharz wird in üblicher Weise gebohrt, mechanisch gereinigt (entgratet) und alkalisch bei etwa 800 C und einer Behandlungsdauer von etwa 7 Minuten entfettet.Example A double-sided copper-clad base plate made of glass fiber reinforced Epoxy resin is drilled in the usual way, mechanically cleaned (deburred) and alkaline at approx. 800 C and a treatment time of approx. 7 minutes, degreased.
Anschließend wird die Platte durch Einwirkung einer I0,'igen Natriumpersulfatlösung bei einer Temperatur von etwa 28 bis 520 C innerhalb von 3 Minuten leicht angeätzt (etwa 2#.The plate is then treated with a 10% strength sodium persulphate solution lightly etched at a temperature of about 28 to 520 C within 3 minutes (about 2 #.
Dann wird mit Schwefelsäure mit einem Gehalt von ca. 10 Gew.# bei Raumtemperatur dekapiert und darauf mit Hilfe eines Katalysators aktiviert. Bei dem Katalysator handelt es sich um eine salzsaure Lösung von Palladiumchlorid mit einem Überschuß an Zinn(I#chlorid, die man bei 280 C 5 Minuten einwirken läßt. Danach wird gründlich gespült und direkt in einem elektrolytischen Kupferbad galvanisch verkupfert.Then sulfuric acid with a content of about 10 wt. # At Pickled room temperature and then activated with the help of a catalyst. at the catalyst is a hydrochloric acid solution of palladium chloride with an excess of tin (I # chloride, which is allowed to act at 280 ° C. for 5 minutes. Then is thoroughly rinsed and electroplated directly in an electrolytic copper bath copper-plated.
Der Elektrolyt hat folgende Zusammensetzung Kupfersulfat 18 - 22 g Kupfer/Liter Schwefelsäure 98 Gew. % 150 - 230 g Schwefelsäur# Natriumchlorid 40 - 80 mg Chlorid/Liter Liter Glanzbildner 10 ml Glanzbildner/Liter auf Basis eines Azofarbstoffs Das Bad wird unter Luftbewegung bei einer Temperatur von 24 - 280 C und mit einer Stromdichte von 1 - 3 A/dm2 betrieben.The electrolyte has the following composition: copper sulfate 18-22 g Copper / liter sulfuric acid 98% by weight 150 - 230 g sulfuric acid # sodium chloride 40 - 80 mg chloride / liter liter of brightener 10 ml brightener / liter based on a Azo dye The bath is made with air movement at a temperature operated from 24 - 280 C and with a current density of 1 - 3 A / dm2.
Nach ca. 10 Minuten wird eine Schicht von ca. 5,um Dicke erzielt, die die gesamte Fläche und die Sohrlochinneriwände bedeckt.After approx. 10 minutes a layer approx. 5 µm thick is achieved, which covers the entire surface and the inner walls of the Sohrloch.
Nach dem Auftrag des Leiterbildes im Sieb- oder Fotodruck erfolgt der Aufbau der Leiterziiffle irnd Bohrungen im gleichen Bad bis zu einer Schichtdicke von 25 - 70,um, um schließlich in einem üblichen Zinn/Blei-Bad mit einer ca. 10 - 15,um dicken Zinn/Blei-Schicht abgedeckt zu werden. Nach dem Entfernen der Resistschicht in an sich bekannter Weise wird die nunmehr wieder frei gelegte Kupferbasis geätzt. Damit ist die Schaltung fertiggestellt. Sie erweist sich in ihrer Funktion und in bezug auf die Festigkeit gegenüber Wärmewechsel und Lötbadtemperatur ebenso wie in bezug auf elektrische Kenndaten als einer konventionell mit Hilfe eines chemischen Kupferbades hergestellten Schaltung gleichwertig.After the application of the conductor pattern takes place in screen or photo printing the structure of the conductor cipples in the boreholes in the same bath up to a layer thickness from 25 - 70, around to finally in a usual tin / lead bath with an approx. 10 - 15 to be covered with thick tin / lead layer. After removing the resist layer The copper base, which is now exposed again, is etched in a manner known per se. The circuit is now complete. It proves itself in its function and in with regard to the resistance to heat change and solder bath temperature as well as in terms of electrical characteristics than a conventional by means of a chemical Copper bath produced circuit equivalent.
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