способ формирования медных дорожек на диэлектрических подложках

Формула изобретения

Способ формирования медных дорожек на диэлектрических подложках, отличающийся тем, что на слой раствора галогенида меди в органическом растворителе, лежащий на подложке, проецируют негативное изображение дорожек, вследствие чего в слое возникает концентрационно-капиллярное течение, которое переносит раствор в освещенные участки подложки, где после испарения растворителя остаются дорожки из галогенида меди, которые затем восстанавливают до медных в токе водорода при температуре, достаточной для протекания реакции восстановления.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к способам формирования медных дорожек на диэлектрических подложках.

Известен способ формирования медных дорожек на диэлектрических подложках [1], в котором на медную фольгу, наклеенную на диэлектрическую подложку, наносят слой фоторезиста. После экспонирования фоторезиста через фотошаблон с изображением дорожек, в местах засветки происходит его фотополимеризация. Растворителем удаляют неполимеризованный фоторезист из незасвеченных участков. Поскольку растворитель действует лишь на неполимеризованный фоторезист, то засвеченные участки фоторезиста, где он полимеризовался, остаются на медной фольге. Медь с незащищенных фоторезистом участков стравливают в кислотном растворе. Затем другим растворителем, действующим на полимеризованный фоторезист, но не растворяющим медь, удаляют полимеризованный фоторезист. В результате получают диэлектрическую подложку с дорожками из меди в нужных местах. Эта подложка служит заготовкой для печатной платы, в которой осталось лишь просверлить отверстия для выводов радиоэлементов.

Способ [1] имеет ряд недостатков.

Во-первых, этот способ многоступенчатый, что не только увеличивает время формирования медных дорожек, но и делает процесс формирования дорогостоящим, так как на каждой ступени процесса используют специальное оборудование. Помимо основных операций способа [1], описанных выше, требуются вспомогательные операции, такие, как подготовка медной поверхности к нанесению на нее фоторезиста (шлифовка, промывка, сушка) [2], а также промывка и сушка подложки после каждой основной операции для удаления остатков растворителей и травильного раствора [1].

Во-вторых, для способа [1] необходимы различные химические реактивы (фоторезист, растворители, кислоты), которые расходуют в большом количестве, что увеличивает себестоимость производства [3].

В-третьих, дорогая медь используется крайне неэкономично. Известно, что на конечном этапе изготовления печатных плат проводники и контактные площадки занимают не более 25-30% поверхности, а остальной металл переходит в травильный раствор [3]. Для фольгированного с обеих сторон стеклопластика со слоями меди толщиной 50 мкм, это составляет 1 кг меди с 1 м² поверхности. Для восстановления меди из отработанного травильного раствора необходимо дополнительное оборудование и затраты электроэнергии около 2 кВт×ч на 1 кг металла [4].

В-четвертых, способ [1] является экологически вредным. В сточных водах содержится большое число неорганических и органических веществ, в основном - оксиды и гидроксиды металлов, а также химические отходы от удаления фоторезиста [5]. Поскольку толщина фоторезиста лежит в диапазоне 25-60 мкм, т.е. сопоставима с толщиной медной фольги, то количество отходов от обработки фоторезиста сравнимо с количеством отходов от травления меди [3]. С учетом современных экологических требований, полная утилизация перечисленных отходов на очистных сооружениях предприятий не представляется возможной [5]. При этом стоимость эксплуатации очистных сооружений, в расчете на 1 м² изготовленной печатной платы, приближается к суммарной стоимости 1 м² фольгированного медью стеклопластика и химических реагентов, необходимых для обработки этой площади стеклопластика [3].

Целью изобретения является упрощение и удешевление процесса формирования медных дорожек на диэлектрических подложках, экономия меди и исключение образования отходов в ходе процесса, т.е. устранение загрязнения окружающей среды.

Поставленная цель достигается путем использования концентрационно-капиллярного эффекта, возбуждаемого при неравномерном освещении слоя раствора галогенида меди в органическом растворителе, лежащем на диэлектрической подложке.

Схема предлагаемого способа показана на фиг.1, где 1 - лампа, 2 - конденсор, 3 - транспарант с прозрачными участками на месте дорожек, 4 - объектив, 5 - слой раствора галогенида меди в органическом растворителе, 6 - границы, препятствующие растеканию раствора, 7 - подложка.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. На подложку наносят слой раствора галогенида меди в органическом растворителе. На этот слой проецируют изображение транспаранта. В облучаемых участках слоя, из-за нагрева, скорость испарения растворителя увеличивается, что приводит к росту концентрации галогенида меди. Поскольку с ростом концентрации галогенида меди поверхностное натяжение раствора растет, то появляются касательные напряжения, направленные в облучаемые участки. Под действием касательных напряжений возникают течения жидкости, которые переносят раствор из темных участков в освещенные и формируют таким образом негатив транспаранта, т.е. позитив печатной схемы. После испарения растворителя на подложке остаются дорожки из галогенида меди. Полученные дорожки восстанавливают до медных в токе водорода при температуре достаточной для протекания реакции восстановления.

На фиг.2 показаны дорожки из дибромида меди (CuBr₂), полученные на стеклянной подложке путем непосредственного проецирования объективом Гелиос-44-М изображения М-образной спирали лампы накаливания мощностью 100 Вт на слой насыщенного на 70% при 20°С раствора CuBr ₂ в этаноле. Слой раствора толщиной около 100 мкм находился на поверхности стекла размером 2×2 см, ограниченной полосками скотча.

Дорожки формировали следующим образом. Включали лампу, под действием которой раствор собирался в облучаемые участки, и дожидались полного испарения этанола, чтобы получить дорожки из CuBr₂. Затем удаляли полоски скотча и помещали подложку с дорожками из CuBr₂ в электропечь, где дорожки были восстановлены до медных в токе водорода от генератора ГВ-4 при 350°С.

Толщина полученных медных дорожек достигала нескольких десятков микрометров, и они имели сплошную (т.е. электропроводную) структуру. На фиг.3 показан участок восстановленной дорожки, поверх которой, для наглядности, пунктирной линией приведен профиль спирали лампы накаливания.

Таким образом, предлагаемый способ обладает следующими преимуществами. Процесс получения дорожек состоит из двух этапов - формирование дорожек из галогенида меди и восстановление их до медных, в отличие от многоступенчатого процесса [1]. Для осуществления предложенного способа достаточно иметь такое недорогое оборудование, как лампа накаливания, конденсор, транспарант с негативным изображением дорожек и объектив. Вся медь из раствора галогенида меди в органическом растворителе идет на формирование дорожек, т.е. процесс формирования дорожек является безотходным, в отличие от способа [1], где 70-75% меди переходит в травящий раствор, откуда ее приходится восстанавливать. Кроме того, не требуются дополнительные реактивы (фоторезист, растворители, кислоты, и т.д.), которые после отработки превращаются в токсичные жидкие отходы, поэтому предлагаемый способ является экологически чистым.

Источники информации

1. Ф.П.Галецкий. Характеристика современных технологий печатных плат. http://www. fpgaletsky.ru/fpg/statj i_g/ops_galt.htm

2. Фоторезист Photec H-W 240. http://www.rezonit.ru/pcb/articles/material/03/

3. В.Хамаев, Н.Самарцев. Экологически чистая технология печатных плат и больших гибридных ИС. http://www.chipnews.ru/html.cgi/arhiv/99_07/ /stat_29.htm

4. С.Блутштейн. Процесс травления печатных плат и регенерация травящего раствора фирмы ELO-CHEM. http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/02_02/ /stat_124.htm

5. З.В.Корякова, С.В.Казимирчук, Л.К.Никерова Технологический процесс комплексной утилизации медьсодержащих растворов травления от производства печатных плат. // Журнал депонированных рукописей №5, май 2000. http://www.rezonit.ru/pcb/articles/technology/05/