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Allgemeiner Stand der
Technik
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung enthält
ein metallverkleidetes Laminatprodukt, das mit einem Substrat verwendet
werden kann, wobei das metallverkleidete Laminatprodukt eine semitransparente
Metallschicht enthält,
die dünn genug
ist, so dass aktinisches Licht die semitransparente Metallschicht
durchdringen und in eine darunter liegende photodielektrische Schicht
reichen kann. Diese Erfindung enthält auch ein Verfahren zur Herstellung
einer Schaltungsplatte mit Innenschicht-Kontaktlöchern unter Verwendung metallverkleideter
Laminate, die eine semitransparente Metallschicht enthalten.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Die
Elektronikindustrie versucht ständig,
die Produktleistung zu verbessern, um Kundenanforderungen nach Computern
und Elektronikgeräten
mit höherer
Funktionalität
und geringeren Kosten zu erfüllen.
Zu den Methoden, welche die Elektronikindustrie zur Erhöhung der
Leistung anwendet, zählt
die Konstruktion von Schaltungsplatten, die kleinere, feinere Strukturbreiten
und -abstände
haben. Eine zunehmende Strukturdichte führt zu weniger Schaltungsschichten,
wodurch kleinere elektronische Geräte erhalten werden. Zusätzlich bewegt
sich die Industrie auch in Richtung von Aufbautechnologien unter
Verwendung von Mikro-Kontaktlöchern. Mehrschichtige
Schaltungsplatten, die dielektrische Schaltungsschichten verwenden,
die durch sehr kleine Löcher
(Kontaktlöcher)
verbunden sind, verdichten die Schaltung auf Grund einer verringerten
Plattenfläche
pro Loch deutlich.
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Gegenwärtige Schaltungsplattenkonstruktionen
erfordern Substratmaterialien, auf welchen extrem feine Struktur breiten
und -abstände
mit einem hohen Maß an
Präzision
gebildet werden können.
Metallfolien sind im Allgemeinen ein bevorzugtes Substrat für die Bildung
von Leiterbahnen auf Schaltungsplatten. Die Metallfilme werden meistens
durch elektrochemische Abscheidung gebildet. Elektrochemisch abgeschiedene
Kupferfilme müssen
für gewöhnlich eine
definierte minimale Dicke, > 1 μm, aufweisen,
um Löcher
oder Diskontinuitäten
zu vermeiden. Metallfolien, die gegenwärtig in der Industrie verwendet
werden, sind für
gewöhnlich mindestens
5 μms dick.
Die Verwendung einer dünneren
Metallfolie in einer gedruckten Schaltungsplatte würde die
Bildung dichter gepackter Leitungen ermöglichen und die Produktionskosten
senken. Daher besteht ein großes
Interesse an der Entwicklung von Verfahren zum Erhalten dünner Kupferfolien.
Bestehende Verfahren zum Erhalten und Anordnen einer sehr dünnen Metallfolie
auf einem Laminat sind begrenzt.
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Es
wurden Photokontaktloch-Verfahren entwickelt, die photostrukturierbare
("photoimageable") dielektrische Materialien
verwenden, um zusammengesetzte, mehrschichtige, gedruckte Schaltungsplatten
zu erzeugen. In diesen Verfahren werden Photodielektrika auf einen
gemusterten Kern aufgetragen und zur Definition von Kontaktlöchern photostrukturiert.
Die Kontaktlöcher
werden dann gemeinsam mit der Oberfläche der dielektrischen Schicht
mit Kupfer plattiert. U.S. Patent 5,354,593 laminiert und photostrukturiert
der Reihe nach zwei Photodielektrika auf einen leitenden Kern, um
Kontaktlöcher
zu definieren, und plattiert dann die Kontaktlöcher mit Kupfer. U.S. Patent
5,451,721 erzeugt eine mehrschichtige, gedruckte Schaltungsplatte
durch Auftragen einer lichtempfindlichen Harzschicht auf einen Kern
mit einem Metallleiter an seiner Oberfläche. Nach der Strukturierung
zur Bildung von Kontaktlöchern
wird die Harzschicht mit einer Kupferschicht durch stromlose Plattierungstechniken
abgeschieden. U.S. Patent 5,334,487 erzeugt eine ge musterte Schicht
auf einem Substrat durch Aufbringen und Bestrahlen verschiedener
lichtempfindlicher Zusammensetzungen an gegenüberliegenden Seiten einer Kupferfolie.
Eine Seite wird entwickelt und das Kupfer wird geätzt, wonach
die Entwicklung der anderen Seite und Metallisierung von Durchgangslöchern folgt.
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Gegenwärtige hochdichte
Aufbautechnologien hängen
weitgehend von Kontaktlöchern
und dielektrischen Schichten ab, die durch Sputter-Metallabscheidung
oder stromloses Bekeimen metallisiert werden. Die Kontaktlochbildung
kann durch reaktives Ionenätzen,
Photolithographie im Falle photochemisch reaktionsfähiger Dielektrika,
Nassätzen
oder Abtragen vorstehender Teile erfolgen. Photodielektrika entwickeln
sich zur attraktivsten Methode auf Grund ihrer Anpassung an gegenwärtige gedruckte
Leiterplattenvorrichtungen. Die folgende Metallschicht, die gesputtert
oder stromlos abgeschieden wird, wird als Keimschicht für die Schaltungsbildung
durch Pattern-Plating oder Panel-Plating
aufgetragen. Die Sputterabscheidung ist auf Grund der Trockenverarbeitung
bevorzugt, aber die gegenwärtige
gedruckte Leiterplatteninfrastruktur enthält keine Sputter-Technologie
und die Technologie ist auf kleine gedruckte Leiterplatten begrenzt.
Beispiele für
Herstellungsverfahren und -artikel, die zur Bildung von Schaltungsplatten
mit Innenschicht-Kontaktlöchern
nützlich
sind, sind in U.S. Patent 6,255,039 offenbart. Die stromlose Bekeimung
ist bei vielen Plattenprozessen möglich, aber in den Schritten
muss die Platte einem Nassprozess bei heftigem pH ausgesetzt werden,
und es werden Keimschichten schlechter Gleichförmigkeit erhalten, mit geringer
Leitfähigkeit
und Restmetallen, die in dem Dielektrikum nach dem Ätzen eingefangen
sind. Daher besteht ein Bedarf an einer Technologie, welche die
Bildung von Kontaktlöchern
bei Schaltungen hoher Dichte ermöglicht,
die bei vielen der gegenwärtigen
Leiterplattenprozesse geeignet ist.
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U.S.
Patent 3,778,900 offenbart ein Laminat, das einen Träger aus
rostfreiem Stahl umfasst, an dem eine Kupferfolie durch einen leicht
löslichen
Klebstoff befestigt ist. Ein strahlungsempfindliches dielektrisches Material
ist auf der Kupferfolie aufgebracht.
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U.S.
Patent 3,773,514 offenbart einen lichtempfindlichen Verbundstoff,
der in der Herstellung elektronischer Schaltungsplatten zweckdienlich
ist, der ein Substrat umfasst, das mit einer löslichen, lichtempfindlichen
Beschichtung versehen ist, die, wenn sie aktinischer Bestrahlung
ausgesetzt wird, unlöslich
wird, oder umgekehrt, und mit einer ultradünnen, zähen, abriebbeständigen Schutzschicht über der
lichtempfindlichen Beschichtung, die aktinische Strahlung durchlässt und
die vorzugsweise aus einem Metall gebildet ist.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
metallverkleideten Laminats zur Verwendung in der Herstellung gedruckter
Schaltungsplatten mit Innenschicht-Kontaktlöchern.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Verfahrens zur Herstellung eines Prepregs und/oder einer Schaltungsplatte,
die wenigstens ein Innenschicht-Kontaktloch enthält, das einen einzigen Photostrukturierungsschritt
verwendet.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein metallverkleidetes Laminatprodukt,
wie durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert. Es enthält einen
Trägerfilm
mit einer ersten Oberfläche
und einer zweiten Oberfläche, eine
Trennmittelschicht, welche die erste Oberfläche des Trägerfilms bedeckt, eine leitende
Metallschicht, die wenigstens ein leitendes Metall enthält, das
auf die Trennmittelschicht abgeschieden ist, und eine Dicke von 0,005
bis 0,3 μm
(50 bis 3000 Ångström) hat;
eine photodielektrische Schicht, und eine wahlweise Haftschicht, die
auf der leitenden Metallschicht abgeschieden ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung eines
Innenschicht-Kontaktlochs, wie durch die Merkmale von Anspruch 7
oder 8 definiert. Das Innenschicht-Kontaktloch wird durch Herstellen
eines Schaltungsplattenzwischenproduktes gebildet, das (1) ein Substrat;
(2) eine photodielektrische Schicht, die auf dem Substrat abgeschieden
ist; (3) eine semitransparente leitende Metallschicht wie zuvor
beschrieben, und (4) wenigstens einen Schaltkreis, der in der photodielektrischen
Schicht eingebettet ist, umfasst. Das Innenschicht-Kontaktloch wird
durch Bestrahlen von wenigstens einem Abschnitt des Schaltungsplattenzwischenproduktes
mit Licht durch die semitransparente Metallschicht über einen
ausreichenden Zeitraum zur Bildung eines exponierten photodielektrischen
Abschnittes und eines nicht exponierten photodielektrischen Abschnittes
gebildet. Nach einer einzigen Bestrahlung mit einer Lichtquelle
wird der exponierte oder nicht exponierte Abschnitt der photodielektrischen
Schicht und ein entsprechender Abschnitt der semitransparenten Metallschicht,
die über
dem exponierten oder nicht exponierten Abschnitt der photodielektrischen
Schicht liegt, zur Bildung eines Kontaktlochs entfernt.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein Schaltungsplattenzwischenprodukt,
das durch die Merkmale von Anspruch 6 definiert ist.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1A, 1B, 1C, 1D und 1E zeigen eine Querschnittsansicht eines
Schaltungsplattenzwischenproduktes während der Schritte eines Verfahrens
nach dem Stand der Technik zur Herstellung eines Schaltkreises mit
Innenschicht-Kontaktlöchern.
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2 und 3 sind Querschnittsansichten eines metallverkleideten
Laminatproduktes und eines Schaltungsplattenvorläufersubstrates, das wenigstens
einen eingebetteten Schaltkreis enthält, vor dem Vereinen der beiden
Schichten;
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4 ist eine Querschnittansicht
eines Schaltungsplattenzwischenproduktes, das durch die Kombination
der zwei Schichten, die in 2 dargestellt
sind, erhalten wird; und
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5A, 5B und 5C zeigen
eine Querschnittsansicht eines Schaltungsplattenzwischenproduktes
während
der Schritte eines Verfahrens zur Herstellung von Innenschicht-Kontaktlöchern in
einer Schaltungsplatte.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt Schritte eines Verfahrens
nach dem Stand der Technik zur Herstellung einer gedruckten Schaltungsplatte,
die wenigstens einen eingebetteten Schaltkreis enthält. Das
Verfahren, das ausführlich
im U.S. Patent beschrieben ist, beginnt mit einem geschichteten
Laminat, das in 1A dargestellt
ist, das eine leitende Metallschicht 110, eine photodielektrische
Schicht 112, eine Basisschicht 114 und wenigstens
einen eingebetteten Schaltkreis 116 enthält. Eine
Resistschicht 130 wird auf die leitende Metallschicht aufgetragen, wie
in 1B dargestellt ist.
Die Resistschicht 130 wird mit aktinischem Licht bestrahlt
und die Resistschicht 130 wird entwickelt, um Abschnitte
der leitenden Metallschicht 110 zu exponieren. Die exponierte
leitende Metallschicht 110 wird von dem Substrat geätzt, um
ein Teilkontaktloch 132' zu
erhalten, wie in 1C dargestellt ist.
Im Falle von positiv wirkenden photodielektrischen Materialien wird das
Laminat ein zweites Mal mit aktinischem Licht bestrahlt, um den
photodielektrischen Schichtabschnitt, der sich in dem Teilkontaktloch 132' befindet, zu
erweichen, wonach der exponierte photodielektrische Schichtabschnitt
zur Bildung eines Kontaktlochs 132 entfernt wird, das wenigstens
einen Abschnitt des eingebetteten Schaltkreises 116 exponiert,
wie in 5C dargestellt
ist. Schließlich
wird eine Zwischenverbindung 140 auf das Kontaktloch 132 und
die leitende Metallschicht 110 durch Panel- oder Pattern-Plating-Verfahren aufgebracht,
die in der Technik bekannt sind, um den eingebetteten Schaltkreis 116 mit
der leitenden Metallschicht 110 elektrisch zu verbinden.
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4 zeigt ein Schaltungsplattenzwischenprodukt,
das zur Herstellung von Innenschicht-Kontaktlöchern geeignet ist. Das Schaltungsplattenzwischenprodukt
umfasst eine semitransparente Metallschicht 10, die mit
einer photodielektrischen Schicht 12 verbunden ist, die
ihrerseits auf einer Basis 14 liegt. Das Zwischenprodukt
enthält
wenigstens eine integrale Schaltung 16, die aus einem leitenden
Material wie Metall besteht.
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2 ist ein Querschnitt von
metallverkleideten Laminatprodukten, die zur Herstellung des in 4 dargestellten Zwischenproduktes
geeignet sind. Ein metallverkleidetes Laminat 50 ist über dem
Substrat 60 angeordnet, das eine Basisschicht 14 und
wenigstens einen eingebetteten Schaltkreis 16 enthält. Das
metallverkleidete Laminat 50 enthält eine Polymer- oder Metallfolienträgerschicht 21,
eine Polymertrennmittelschicht 22, die auf dem Trägerfilm
gebildet ist, und eine semitransparente Metallschicht 10,
die auf der Trennmittelschicht 22 gebildet ist. Das metallverkleidete
Laminat 50 kann wahlweise eine Haftschicht 24 enthalten,
die das Anhaften des metallverkleideten Laminats 50 an
die photodielektrische Schicht 12 erleichtert. Als Alternative
kann die photodielektrische Schicht 12 im Voraus auf der
Basis 14 des Substrates 60 aufgebracht werden, so
dass die photodielektrische Schicht 12 wenigstens einen
eingebetteten Schaltkreis 16 bedeckt. Diese alternative
Ausführungsform
ist in 3 dargestellt.
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Vorzugsweise
umfasst die Trägerschicht 21 ein
flexibles, dimensional stabiles Material mit guter Reiß- und chemischer
Beständigkeit.
Die Trägerschicht 21 sollte
Temperaturen über
der Umgebungstemperatur standhalten. Vorzugsweise besteht die Trägerschicht 21 aus
einem Material mit geringer absorbierter Feuchtigkeit und wenig
Restlösemittel,
da Wasser und Lösemittel
den Metallisierungsschritt beeinträchtigen können. Zu geeigneten Materialien
zählen
Polymerfilm oder Metallfolien. Eine Metallfolie ist bevorzugt, da
Metallfolien dazu neigen, eine hohe Zugfestigkeit bei erhöhten Temperaturen,
geringe absorbierte Feuchtigkeit und wenig Restlösemittel zu haben.
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Die
Trägerschicht 21 ist
vorzugsweise elektroplattierte Kupferfolie oder ein Polyimidfilm.
Andere Metallfolien, die geeignete Trägerfilme bilden würden, umfassen
gewalztes oder elektrochemisch abgeschiedenes Metall und Metalllegierungen,
einschließlich
Stahl, Aluminium (alle Folien von Alcoa erhältlich) und Kupfer, das von
Gould Inc. und Oak Mitsui Inc. erhältlich ist. Es wird erwartet,
dass gewisse Polymerfilme für
die Durchführung
der vorliegenden Erfindung geeignet wären. Beispiele für geeignete
Polymerfilme umfassen Polyester, wie Polyethylenterephthalat, Poly-Butylenterephthalat
und Polyethylennaphthalat (Kaladex®, erhältlich von
ICI America), Polypropylen, Polyvinylfluorid (Tedlar®, erhältlich von
DuPont), Polyimid (Kapon®, erhältlich von DuPont; Upilex®,
erhältlich
von UBE Industries) und Nylon (Capran®, erhältlich von
AlliedSignal).
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Die
Trennmittelschicht 22 wird zur leichteren Entfernung der
Trägerschicht 21 von
der semitransparenten Metallschicht 10 verwendet. Um das
Problem eines Auf rauens zu vermeiden, das zu einer unvollständigen Übertragung
der semitransparenten Metallschicht 10 auf das Substrat
unter Laminierung führt,
ist die Trennmittelschicht 22 so gebildet, dass sie sich
an der Grenzfläche
zwischen der Trennmittelschicht 22 und der Trägerschicht 21 ablöst. Die
Trennmittelschicht 22 wird anschließend von der semitransparenten
Metallschicht 10 mit Hilfe von Plasma, einer oxidierenden
Umgebung, starkem Licht oder einem geeigneten Lösemittel entfernt. Vorzugsweise
wird die Trennmittelschicht 22 durch Waschen mit einem
Lösemittel,
insbesondere einer wässerigen
Lösung,
entfernt. In Verfahren, denen eine Trennmittelschicht fehlt, und
in Verfahren, die eine Trennmittelschicht verwenden, die sich an
der Grenzfläche
zwischen der Sperrschicht und der semitransparenten Metallschicht
löst, kommt
es häufig
zu einer unvollständigen Übertragung
des Metalls der semitransparenten Metallschicht auf das Substrat.
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Die
Trennmittelschicht 22 besteht aus einem polymeren Material.
Vorzugsweise ist das Trennmittel ein wasserlösliches Material, das die einfache
Entfernung von der semitransparenten Metallschicht 10 erleichtert. Da
Photoresists in einer alkalischen Umgebung entwickelt werden, wäre es besonders
bevorzugt, ein Trennmittel zu verwenden, das in einer wässerigen
alkalischen Lösung
löslich
ist. Ein zweckdienliches Polymer ist jenes, das aus einem guten
filmbildenden Material ist. Das Polymer kann mit Hilfe einer flüchtigen
Base, wie Ammoniumhydroxid, mit Wasser beschichtet werden, um die
Löslichkeit
zu fördern.
Wahlweise umfasst das Trennmittel eine wasserlösliche oberflächenaktive
Substanz, um die Lösungsbenetzungseigenschaften
zu verbessern, und Trocknungsdefekte zu kontrollieren.
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Ein
bevorzugtes Trennmittel wird als Formulierung aufgetragen, die ein
Polyvinylpyrrolidon-(PVP-)Polymer, eine oberflächenaktive Substanz und Wasser
umfasst. Es wird erwartet, dass Formulierungen, die PVP im Bereich
von 1% PVP bis 50% PVP enthalten, und oberflächenaktive Substanz im Bereich
von 0% oberflächenaktiver
Substanz bis 5% oberflächenaktiver
Substanz, für
die Durchführung
der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Bevorzugte PVPs zur Verwendung
in der vorliegenden Erfindung haben ein Molekulargewicht im Bereich
von 10000 bis 5000000. Es kann durchaus erwartet werden, dass eine
Trennmittelschicht, die ein Polymer, wie säuremodifizierte Acrylpolymere,
Acrylcopolymere, Urethane und Polyester, Carbonsäure-funktionale Styrolacrylharze
(S. C. Johnson Wax, Joncryl®), Polyvinylalkohole (Air
Products & Chemicals,
Airvol®) und
Polymere auf Zellstoffbasis enthält,
erfolgreich in der Durchführung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Andere geeignete,
wasserlösliche
oberflächenaktive
Substanzen, die als Trennmittelschicht der vorliegenden Erfindung
geeignet sind, umfassen Alkylarylpolyetheralkohole (Rohm & Haas, Triton® X100),
Glycerin, ethoxyliertes Kastoröl
(CasChem Inc., Surfactol® 365) und fluoraliphatisches
Polymerester (3M Corporation, Fluorad® 430).
Die Trennmittelformulierung wird in einer ausreichenden Menge aufgetragen,
um ein Trockengewicht von 108 mg/m2 (10
mg/ft2) bis 10,8 g/m2 (1000
mg/ft2), etwa 0,1 μm bis 10 μm, zu erhalten. Vorzugsweise
wird die Trennmittelformulierung in einer ausreichenden Menge aufgetragen,
um eine Schicht mit einer Dicke von 1 μm bis 4 μm mit einem Trockengewicht von
1,08 g/m2 (100 mg/ft2)
bis 4,31 g/m2 (400 mg/ft2) zu
erhalten.
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Die
Trennmittelschicht 22 wird auf die Trägerschicht 21 aufgetragen.
Auf der exponierten Trennmittelschicht 22 wird eine semitransparente
Metallschicht 10 aufgetragen. Die semitransparente Metallschicht 10 kann
aus einer einzelnen Schicht aus leitendem Metall oder aus mehreren
Schichten aus leitendem Metall oder Legierungen hergestellt werden.
Unabhängig
von der Anzahl der verwendeten Schichten ist wichtig, dass die semitransparente
Metallschicht 10 dünn
genug ist, um semi transparent zu sein, d. h., dünn genug, um wenigstens etwas
Licht durch die semitransparente Metallschicht 10 hindurch
und in Kontakt mit der photodielektrischen Schicht 12 zu
lassen. Es wurde festgestellt, dass eine semitransparente Metallschicht 10 mit
einer Dicke von 0,001 μm
(10 Ångström) bis 0,3 μm (3000 Ångström) ausreichend
dünn ist,
so dass Licht durch die semitransparente Metallschicht 10 und
in die photodielektrische Schicht 12 gehen kann. Um jedoch
zu garantieren, dass das Licht durch die semitransparente Metallschicht 10 bei
einer ausreichenden Stärke
hindurchgeht, um rasch mit der photodielektrischen Schicht 12 zu
reagieren, ist bevorzugt, dass die semitransparente Metallschicht 10 eine
Dicke von 0,005 bis 0,1 mm (50 bis 1000 Ångström) hat und insbesondere eine
Dicke von 0,01 bis 0,075 (100 bis 750 Ångström).
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Die
semitransparente Metallschicht 10 kann vollständig aus
einer dünnen
primären
leitenden Schicht bestehen, die durch Sputtern unter Verwendung
einer Desk III Sputter-Einheit auf die Trennmittelschicht 22 abgeschieden
wird. Es wird erwartet, dass jedes Sputter- oder Dampfabscheideverfahren, das in
der Technik bekannt ist, in dieser Erfindung erfolgreich verwendet
werden kann. Die semitransparente Metallschicht 10 ist vorzugsweise
aus Gold, Chrom, Kupfer oder Legierungen davon hergestellt. Andere
geeignete Metalle können Zinn,
Nickel, Aluminium, Titan, Zink, Chrom-Zink-Legierung, Messing, Bronze
und Legierungen derselben umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein.
Die semitransparente Metallschicht 10 kann wahlweise aus
einer Mischung geeigneter Metalle oder leitender und nicht leitender
Nicht-Metall-Materialien hergestellt sein.
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Wahlweise
kann die semitransparente Metallschicht 10 eine primäre Metallschicht
und eine sekundäre Metallschicht
enthalten, wobei die sekundäre
Metallschicht 10 zum Schutz der primären Metallschicht vor Oxidation,
zur Verstärkung
der Adhäsion
während
der Laminierung oder in der Funktion einer Sperrschicht für eine Metallmigration
verwendet wird. Zur Bildung der wahlweisen sekundären Metallschicht
wird eine Schicht aus Zink, Indium, Zinn, Kobalt, Aluminium, Chrom,
Nickel, Nickel-Chrom, Messing oder Bronze oder Legierungen davon
auf der ersten Metallschicht abgeschieden. Zu weiteren geeigneten
Metallen zählen
Magnesium, Titan, Mangan, Wismut, Molybdän, Silber, Goldwolfram, Zirkon,
Antimon und Chrom-Zink-Legierungen. Die sekundäre Metallschicht verhindert,
dass das Metall in der ersten Metallschicht nach Entfernung aus
der Metallisierungskammer oxidiert, und verstärkt die Adhäsion an wärmehärtbare Harzsysteme. Die Gesamtdicke
der primären
und sekundären
Metallschichten der semitransparenten Metallschicht darf 0,3 μm (3000 Ångström) nicht überschreiten,
und ist vorzugsweise nicht größer als
0,1 μm (1000 Ångström) und überschreitet
bevorzugter nicht 0,075 μm
(750 Ångström).
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Eine
wahlweise Haftschicht 24 kann auf die semitransparente
Metallschicht 10 aufgetragen werden. Die Haftschicht 24 wird
zur Verstärkung
der Bindung zwischen den Metallschichten und den Substratschichten nach
der Laminierung verwendet. Die wahlweise Haftschicht 24 kann
aus organischen, organometallischen oder anorganischen Verbindungen
bestehen und zu einer Dicke von 0,0005 μm (5 Ångström) bis 10 μm (100000 Ångström) aufgetragen werden. Es können mehrere
Schichten verwendet werden, wie eine organometallische Schicht,
auf die eine organische Schicht folgt. Wenn eine organometallische
Schicht verwendet wird, wie Silan, ist die Beschichtung für gewöhnlich 0,0005 μm (5 Ångström) bis 0,05 μm (500 Ångström) dick. Wenn
organische Haftschichten, wie Thermokunststoffe, wärmehärtbare Polymere
oder Mischungen verwendet werden, wäre die Beschichtung 0,1 μm (1000 Ångström) bis 10 μm (100000 Ångström) dick.
Die organische Haftschicht sollte so gewählt werden, dass sie in dem
Lösemittel
lösbar
ist, das zur Entwicklung der photodielektrischen Schicht verwendet
wird.
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Gemäß 2 enthält ein Substrat 60 eine
Basisschicht 14, auf der sich wenigstens ein exponierter eingebetteter
Schaltkreis 16 befindet. Die Basis 14 kann aus
jedem Material bestehen, das in der Herstellung gedruckter Schaltungsplatten
zweckdienlich ist. Für
gewöhnlich
besteht die Substratbasis aus einem dielektrischen Material, wie
einem thermoplastischen oder durch wärmegehärteten Film; Zusammensetzungen
mit Glas, Keramik oder organischer Verstärkung; oder Keramiken oder
Metallen.
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Die
photodielektrische Schicht 12 kann jedes negativ wirkende
oder positiv wirkende Harzsystem sein, wenn es einer aktinischen
Lichtquelle ausgesetzt wird. Beispiele für zweckdienliche photodielektrische
Materialien umfassen Epoxidharze, Polyimide und Harze auf Acrylatbasis.
Nützlich
sind Zusammensetzungen, die im U.S. Patent Nr. 5,672,760 offenbart
sind. Im Handel erhältliche
dielektrische Chemikalien umfassen ProbelecTM91
(Flüssigkeit,
die von Ciba Geigy erhältlich
ist) und ViaLuxTM81 (Film, der von DuPont
erhältlich ist),
XP-9500 (erhältlich
von Shipley), Probelec® XB-7081 (erhältlich vo Ciba Specialty Chemicals)
und Type AE-15 (erhältlich
von Morton Electronic Materials).
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Geeignete,
negativ wirkende photodielektrische Zusammensetzungen umfassen photopolymerisierbare
Zusammensetzungen, die wenigstens eine photopolymerisierbare Verbindung
umfassen, die wenigstens zwei olefinisch ungesättigte Doppelbindungen enthält, wie
Acrylate, plus einen Radikal-Photoinitiator. Andere negativ wirkende,
photostrukturierbare Zusammensetzungen können erzeugt werden durch Vermischen
eines Photosäuregenerators,
der imstande ist, bei Bestrahlung mit aktinischer Strahlung eine
Säure zu
erzeugen, mit einem Polymervorläufer,
wie einem Epoxyvorläufer,
der Polymere bei Kontakt mit der erzeugten Säure bildet, gemeinsam mit einem
wahlweisen, aber bevorzugten, organischen Säureanhydridmonomer oder -polymer
und einem wahlweisen, aber bevorzugten, phenolhaltigen Monomer oder
Polymer. Eine Kombination beider Arten von wirksamen lichtempfindlichen
dielektrischen Zusammensetzungen liegt auch im Bereich der Erfindung.
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Solche
photopolymerisierbaren Zusammensetzungen, die wenigstens zwei olefinisch
ungesättigte Doppelbindungen
enthalten, sind in der Technik allgemein bekannt. Zur Verwendung
als polymerisierbare Verbindungen sind Ether, Ester und Teilester
der Acryl- und Methacrylsäure
und aromatische und aliphatische Polyole, die vorzugsweise 2 bis
30 Kohlenstoffatome enthalten, oder cycloaliphatische Polyole, die
vorzugsweise 5 oder 6 Ringkohlenstoffatome enthalten, geeignet.
Diese Polyole können
auch mit Epoxiden, wie Ethylenoxid oder Propylenoxid, modifiziert
sein. Die Teilester und Ester von Polyoxyalkylenglykolen sind ebenso
geeignet. Beispiele sind Ethylen-glykol-dimethacrylat, Diethylen-glykol-dimethacrylat,
Triethylen-glykol-dimethacrylate mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht
im Bereich von 200 bis 2000, Ethylen-glykol-diacrylat, Diethylen-glykol-diacrylat,
Triethylen-glykol-diacrylat,
Tetraethylen-glykol-diacrylat, Polyethylen-glykol-diacrylate mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht im Bereich von 200 bis 2000, Trimethylolpropan-ethoxylat-trimethacrylat,
Trimethylolpropan-polyethoxylat-trimethacrylate mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht im Bereich von 500 bis 1500, Trimethylolpropan-ethoxylat-triacrylate mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht im Bereich von 500 bis 1500,
Pentaerythritol-diacrylat,
Pentaerythritol-triacrylat, Dipentaerythritol-tetraacrylat, Dipentaerythritol-pentaacrylat, Dipentaerythritol-hexaacrylat,
Tripentaerythritol-octaacrylat, Pentaerythritol-dimethacrylat, Pentaerythritol-trimethacrylat, Dipentaerythritol-dimethacrylat,
Dipentaerythritol-tetramethacrylat,
Tripentaerythritol-octamethacrylat, 1,3-Butandiol-dimethacrylat,
Sorbitol-triacrylat, Sorbitol-tetraacrylat, Sorbitol-tetramethacrylat,
Sorbitol-pentaacrylat, Sorbitol-hexaacrylat, Oligoester-acrylate,
Oligoester-methacrylate, Glycerol-di- und triacrylat, 1,4-Cyclohexan-diacrylat,
Bisacrylate und Bismethacrylate oder Polyethylenglykole mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht von 100 bis 155, Ethylen-glykol-diallyl-ether,
1,1,1-Trimethylolpropan-triallyl-ether,
Pentaerythritol-triallyl-ether,
Diallyl-succinate und Diallyl-adipate oder Mischungen der oben genannten
Verbindungen. Bevorzugte multifunktionale Acrylatoligomere umfassen,
ohne darauf beschränkt
zu sein, acrylierte Epoxidharze, acrylierte Polyurethane und acrylierte
Polyester. Die photopolymerisierbare Verbindung ist in einer ausreichenden
Menge vorhanden, um bei Bestrahlung mit ausreichender aktinischer
Strahlung zu photopolymerisieren. In der bevorzugten Ausführungsform
ist die multifunktionale photopolymerisierbare Verbindung in den
Gesamtzusammensetzungen in einer Menge von etwa 1 Gew.-% bis etwa
80 Gew.-%, vorzugsweise von 20 Gew.-% bis 70 Gew.-% vorhanden, basierend
auf den Nicht-Lösemittelteilen
der gesamten strahlungsempfindlichen Zusammensetzung.
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Wenn
photopolymerisierbare Zusammensetzungen verwendet werden, enthalten
sie wenigstens eine Radikalerzeugungskomponenten, die photolytisch
freie Radikale erzeugt. Beispiele für Radikalerzeugungskomponenten
sind Photoinitiatoren, die selbst photolytisch freie Radikale durch
Fragmentierung oder den Norrish-Typ 1-Mechanismus erzeugen. Diese letztgenannten
haben eine Kohlenstoff-Carbonyl-Bindung, die an einer solchen Bindung
zur Spaltung imstande ist, um zwei Radikale zu bilden, von welchen
wenigstens einer zur Photoinitiation imstande ist. Zu geeigneten
Initiatoren zählen
aromatische Ketone, wie Benzophenon, acryliertes Benzophenon, 2-Ethylanthrachinon,
Phenanthrachinon, 2-Tert-Butylanthrachinon,
1,2-Benzanthrachinon, 2,3-Benzanthrachinon,
2,3-Dichloronaphthochinon, Benzyldimethylketal und andere aromatische
Ketone, z. B. Benison, Benzoinether, wie Benzoinmethylether, Benzoinethylether,
Benzoinisobutylether und Benzoinphenylether, Methylbenzoin, Ethylbenzoin
und andere Benzoine; Diephenyl-2,4,6-Trimethylbenzoylphosphinoxid; und
Bis(pentafluorophenyl)titanocen. Die Radikalerzeugungskomponente
kann eine Kombination aus freie Radikale erzeugenden Initiatoren,
die freie Radikale durch einen Norrish-Typ 1-Mechanismus erzeugen,
und einem Spektralsensibilisator umfassen. Eine solche Kombination
enthält
2-Methyl-1-4'-(methylthio)-2-morpholinopropiophenon,
das von Ciby Geigy als Irgacure 907 erhältlich ist, in Kombination
mit Ethyl-Michler's-Keton (EMK), das
4,4'-Bisdiethylaminobenzophenon
ist; Irgacure 907 in Kombination mit 2-Isopropylthioxanthanon (ITX), Benzophenon
in Kombination mit EMK; Benzophenon in Kombination mit ITX; 2-Benzyl-2-N,
N-'Dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-1-butanon, das von
Ciba-Geigy als Irgacure 369 erhältlich
ist, in Kombination mit EMK; Irgacure 369 in Kombination mit ITX.
In solchen Fällen
ist bevorzugt, dass das Gewichtsverhältnis von freie Radikale erzeugenden
Photoinitiatoren und Spektralsensibilisatoren von etwa 5 : 1 bis
etwa 1 : 5 reicht. Andere Radikalerzeuger, die für diese Erfindung zweckdienlich
sind, umfassen, nicht ausschließlich,
Triazine, wie Chlorin-Radikalgeneratoren,
wie 2-substituierte-4,6-bis(trihalomethyl)-1,3,5-triazine.
Die vorangehende Substitution ist mit einer Chromophorgruppe, die
dem Triazin Spektralsensibilität
gegenüber
einem Abschnitt des elektromagnetischen Strahlungsspektrums verleiht.
Nicht ausschließliche
Beispiele dieser Radikalgeneratoren umfassen, unter anderen, f2-(4-Methoxynaphth-1-yl)-4,6-bis(trichloromethyl)-1,3,5-triazin; 2-(4-Methylthiophenyl)-4,6- bis(trichloromethyl)-1,3,5-triazin;
2-(4-Methoxystyryl)-4,6-bis(trichloromethyl)-1,3,5-triazin;
2-(4-Diethylaminophenyl-1,3-butadienyl)-4,6-bis(trichloromethyl)-1,3,5-triazin;
2-(4-Diethylaminophenyl-1,3-butadienyl)-4,6-bis(trichloromethyl)-1,3,5-triazin.
Ebenso sind Verbindungen des Norris-Typ II-Mechanismus für die Erfindung
zweckdienlich, wie Kombinationen von Thioxanthonen, wie ITX, und
einer Quelle für
entziehbaren Wasserstoff, wie Triethanolamin. Die Radikalerzeugungskomponente
ist in einer ausreichenden Menge vorhanden, um eine Photopolymerisation
der Photopolymerisationsverbindung bei Bestrahlung mit ausreichender
aktinischer Strahlung herbeizuführen.
Der Photoinitiator kann 1% bis 50% der Nicht-Lösemittelteile der Gesamtverbindung
umfassen, oder vorzugsweise 2% bis 40%, und insbesondere 5% bis
25%.
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Die
negativ wirkenden photostrukturierbaren Zusammensetzungen können auch
durch Vermischen eines Photosäuregenerators,
der imstande ist, eine Säure
bei Bestrahlung mit aktinischer Strahlung zu erzeugen, mit Polymervorläufern, wie
Epoxyvorläufern,
die Polymere bei Kontakt mit der erzeugten Säure bilden, hergestellt werden.
Der Photosäuregenerator,
der hierin verwendet werden kann, ist einer, der eine Säure bei Bestrahlung
mit aktinischer Strahlung, wie Ultraviolettstrahlung, erzeugt. Photosäuregeneratoren
sind in der Technik der Photostrukturierung bekannt und umfassen,
ohne darauf beschränkt
zu sein, Oniumverbindungen, wie Arylderivate von Sulfonium-, Iodonium-
und Diazoniumsalzen, und organische Verbindungen mit photolabilen
Halogenatomen. Bevorzugte Photosäuregeneratoren
umfassen Triarylsulfonium- und Diaryliodoniumsalze mit Hexafluorophosphat-,
Hexafluoroantimonat-, Hexafluoroarsenat- und Tetrafluoroborat-Anionen.
Nicht einschränkende
Beispiele geeigneter Iodoniumsalze sind Salze von Diephenyl-iodonium,
Dinapththyliodonium, Di(4-chlorophenyl)iodonium, Tolyl(dodecylphenyl)iodonium,
Naphthylphenyliodonium, 4-(Tri-fluoromethylphenyl)phenyliodonium,
4-Ethylphenyl-phenyl-iodonium,
Di(4-acetylphenyl)iodonium, Tolylphenyliodonium, 4-Butoxyphenylphenyliodonium,
Di(4-phenylphenyl)iodonium und dergleichen. Di-phenyliodoniumsalze
sind bevorzugt. Nicht einschränkende
Beispiele geeigneter Sulfoniumsalze sind Salze von Triphenylsulfonium,
Dimethylphenylsulfonium, 4-Butoxyphenyldiphenylsulfonium und 4-Acetoxyphenyldiphenylsulfonium.
Tri-phenylsulfoniumsalze sind bevorzugt. Organische Verbindungen
mit photolabilen Halogenatomen umfassen Alpha-hal-p-nitrotoluol,
Alphahalomethyl-s-triazine, Carbontetrabromid und dergleichen. Diese
Säuregeneratoren
können
einzeln oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Die Photosäuregeneratorkomponente
ist vorzugsweise in einer Menge von 0,05% bis 20% des Gesamtgewichts
der Nicht-Lösemittelteile der
Zusammensetzungen vorhanden, bevorzugter von 0,2% bis 10% und insbesondere
von 0,5% bis 5 Gew.-% der Nicht-Lösemittelteile der Zusammensetzungen.
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Geeignete
Polymervorläufer
umfassen Epoxyvorläufer,
zum Beispiel die Diglycidylether von Resorcinol, Katechol, Hydrochinon,
Biphenol, Bisphenol A, Bisphenol F, Bisphenol K, Tetrabromobisphenol
A, Phenol-formaldehyd-Novolakharze,
Alkyl substituierte Phenol-Formaldehydharze, Phenol-Hydroxybenzaldehydharze,
Cresol-Hydroxybenzaldehydharze,
Dicyclopentadien-Phenolharze, Dicyclopentadien-substituierte Phenolharze,
Tetramethylbiphenol, Tetramethyl-tetrabromobiphenol und Kombinationen
davon und dergleichen. Ebenso geeignet sind die Alkylenoxid-Additionsprodukte
von Verbindungen von mehr als einer aromatischen Hydroxylgruppe
pro Molekül,
wie die Ethylenoxid-, Propylenoxid- oder Butylenoxid-Additionsprodukte von
Dihydroxyphenolen, Biphenolen, Bisphenolen, halogenierten Bisphenolen,
alkylierten Bisphenolen, Trisphenolen, Phenol-Aldehyd-Novolakharzen, halogenierten
Phenol-Aldehyd- Novolakharzen,
alkylierten Phenol-Aldehyd-Novolakharzen,
Phenol-Hydroxybenzaldehydharzen, Cresol-Hydroxybenzaldehydharzen, jede Kombination
davon und dergleichen. Ebenso geeignet sind die Glycidylether von
Verbindungen mit einem Durchschnitt von mehr als einer aliphatischen
Hydroxylgruppe pro Molekül,
wie apliphatische Polyole und Polyetherpolyole. Nicht einschränkende Beispiele
umfassen Polyglycidylether von Polyethylenglykolen, Polypropylenglykolen,
Glycerin, Polyglyerine, Trimethylolpropan, Butandiol, Sorbitol,
Pentaerythritol und Kombinationen davon. Die Epoxyvorläuferkomponente
ist vorzugsweise in einer Menge von 10 Gew.-% bis 90 Gew.-%, bevorzugter
von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-%, und insbesondere von 35 Gew.-% bis
65 Gew.-% vorhanden. Wahlweise können
die negativ wirkenden lichtempfindlichen dielektrischen Zusammensetzungen
eine Mischung aus sowohl einer Zusammensetzung vom Acrylattyp wie
auch vom Epoxytyp umfassen, wie zuvor beschrieben. Die Zusammensetzung
enthält
dann vorzugsweise eine wahlweise organische Säureanhydridmonomer- oder -polymer-Härtungsmittelkomponente.
Nicht einschränkende
Beispiele für
geeignete Anhydride umfassen Styrol-Maleinsäureanhydrid, Styrol-alkylmethacrylat-Itaconsäureanhydrid,
Methylmethacrylat-Butylacrylat-Itakonsäureanhydrid,
Butylacrylat-Styrol-Maleinsäureanhydrid
und dergleichen. Bevorzugt sind Styrol-Maleinsäureanhydridpolymere mit einem
Molverhältnis
von Styrol zu Maleinsäureanhydrid
von 1 : 1 bis 3 : 1. Ebenso geeignet sind Dodecenyl-bernsteinsäureanhydrid,
Trimellitsäureanhydrid,
Chloroendic Anhydrid, Phthalsäureanhydrid,
Methylhexahydrophthalsäureanhydrid,
1-Methyl-tetrahydrophthalsäureanhydrid,
Hexahydrophthalsäureanhydrid,
Methylnadic Anhydrid, Methylbutenyltetrahydrophthalsäureanhydrid,
Benzophenon-terracarbonsäuredianhydrid,
Methylcyclohexendicarbonsäureanhydrid.
Diese Säureanhydride
können einzeln
oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden. Die
Anhydridkomponente ist vorzugsweise in der Zusammensetzung in einer
Menge von 0,5 Gew.-% bis 90 Gew.-% vorhanden, bevorzugter in der Zusammensetzung
in einer Menge von 0,5 Gew.-% bis 90 Gew.-% vorhanden, bevorzugter
von 1 Gew.-% bis 80 Gew.-% und insbesondere von 2 Gew.-% bis 6 Gew.-%
der Nicht-Lösemittelteile
der Zusammensetzung. Die Zusammensetzung enthält dann wahlweise aromatische
hydroxylhaltige Verbindungen, wie ein Phenolmonomer oder -polymer
oder eine Mischung davon. Zu geeigneten aromatischen hydroxylhaltigen
Verbindungen, die hierin verwendet werden können, zählen zum Beispiel Verbindungen
mit einem Durchschnitt von mehr als einer Phenolhydroxylgruppe pro
Molekül.
Geeignete derartige Verbindungen umfassen zum Beispiel Dihydroxyphenole,
Biphenole, Bisphenole, halogenierte Bisphenole, alkylierte Bisphenole,
Trisphenole, Phenol-Aldehydharze, halogenierte Phenol-Aldehyd-Novolakharze,
alkylierte Phenol-Aldehyd-Novolakharze, Phenol-Hydroxybenzaldehydharze, alkylierte
Phenol-Hydroxybenzaldehydharze,
die Ethylenoxid-, Propylenoxid- oder Butylenoxid-Additionsprodukte
von Dihydroxyphenolen, Biphenolen, Bisphenolen, halogenierten Bisphenolen, alkylierten
Bisphenolen, Trisphenolen, Phenol-Aldehyd-Novolakharzen, halogenierten
Phenol-Aldehyd-Novolakharzen, alkylierten Phenol-Aldehyd-Novolakharzen,
Cresol-Aldehyd-Novolakharzen, Phenol-Hydroxybenzaldehydharzen, Cresol-Hydroxybenzaldehydharzen,
Vinylphenolpolymere, jede Kombination davon und dergleichen. Wenn
phenolhaltige Verbindungen oder Polymere verwendet werden, sind
sie vorzugsweise in einer Menge von 0,5% bis 90%, bevorzugter von
1% bis 80%, und insbesondere von 2% bis 60%, bezogen auf das Gewicht
der Nicht-Lösemtitelteile
der Zusammensetzung vorhanden.
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Wahlweise
kann die lichtempfindliche dielektrische Zusammensetzung einen Härtungskatalysator,
wie einen Wärmehärtungskatalysator
umfassen, zum Beispiel tertiäre
Amine, Imidazole, Phosphine. Der Wärmehärtungskatalysator kann in einer
Menge von 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bevorzugter von 0,02 Gew.-%
bis 5 Gew.-%, und insbesondere von 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-% der Nicht-Lösemittelteile der lichtempfindlichen
dielektrischen Zusammensetzung vorhanden sein.
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Die
Komponenten der photodielektrischen Zusammensetzung können in
einem geeigneten Mediumlösemittel
gemischt und auf die leitende Folie mit Hilfe jedes geeigneten Mittels
aufgetragen werden. Lösemittel,
die in der Herstellung der photodielektrischen Zusammensetzung dieser
Erfindung verwendet werden können,
umfassen Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol und Butanol; Ketone
wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclohexanon,
Diisobutylketon usw., Ester wie Ethylacetat, Butylacetat, Amylacetat,
Methylformat, Ethylpropionat, Dimethylphthalat, Ethylbenzoat und
Methyl-Cellosolve-Acetat; aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol,
Xylol, Benzol, Ethylbenzol; halogenierte Kohlenwasserstoffe wie
Carbontetrachlorid, Trichloroethylen, Chloroform, 1,1,1-Trichloroethan,
1,2-Dichloroethan, Monochlorobenzol, Chloronaphthalen; Ether wie
Tetrahydrofuran, Diethylether-ethylenglycol-monoethyletheracetat,
Ethylen-glykol-monomethyl-ether usw., Diemethylformamid, Dimethylsulfoxid
usw., und Mischungen davon. Die bevorzugtesten Lösemittel sind Ethylenglykol-monomethylether,
Ethylenglykolmonoethylether und Dimethyl-formamid, welche die anderen
Komponenten der photographischen Beschichtung auflösen. Eine
geeignete Menge des Lösemittels, die
in der photopolymerisierbaren Zusammensetzung dieser Erfindung verwendet
werden kann, reicht von 200 Gew.-% bis 1000 Gew.-%, vorzugsweise
50 Gew.-% bis 500 Gew.-% der gesamten Nicht-Lösemittelteile der Zusammensetzung.
Die hergestellte photodielektrische Zusammensetzung wird dann auf
die semitransparente Metallschicht oder auf die Basis durch allgemein
bekannte Techniken aufgetragen, wie durch Spinnbeschichten, Breitschlitzdüsenauftrag,
Extrudieren, Meyer-Rakelstreichverfahren, Rakelstreichverfahren,
Dünnschicht-Siebkopfauftrag,
Vorhangbeschichtung, Tauchbeschichtung oder Sprühbeschichtung, ohne darauf
beschränkt
zu sein. Sobald die photodielektrische Zusammensetzung aufgetragen
ist, werden die Lösemittel
verdampft, um ein trockenes Beschichtungsgewicht von 20 bis 200
g/m2, bevorzugter von 4 bis 150 g/m2, insbesondere von 50 bis 100 g/m2 zu erhalten. Wahlweise kann ein Schutzfilm
an der photodielektrischen Zusammensetzung angebracht werden, bis
diese zur Verwendung bereit ist.
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Unter
Bezugnahme auf 4 enthält das Zwischenprodukt 70 wenigstens
einen eingebetteten Schaltkreis 16. Der eingebettete Schaltkreis 16 wird
für gewöhnlich auf
der Basis 14 gebildet. Der eingebettete Schaltkreis 16 kann
aus jedem leitenden Metall, jeder Legierung oder einem anderen Material
gebildet werden, das für
Schaltkreise in einer gedruckten Schaltungsplatte geeignet ist.
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5A bis 5C zeigen einen Querschnitt einer gedruckten
Schaltungsplatte während
der Stufen des Herstellungsverfahrens von Photo-Kontaktlöchern, während sich
das Metall an Ort und Stelle befindet. Während die 5A bis 5C einen
vollständigen
Prozess offenbaren, umfasst diese Erfindung Zwischenprodukte, die
durch einen oder mehrere Schritte des in 5 dargestellten Verfahrens hergestellt
werden. Wenn ein bevorzugtes Laminat verwendet wird, enthält die daraus
erhaltene Ausgangsstruktur, die in 5A dargestellt ist,
eine Trägerfilmschicht 21,
eine Trennmittelschicht 22, eine semitransparente Metallschicht 10,
eine photodielektrische Schicht 12, eine Basisschicht 14 und
wenigstens einen eingebetteten Schaltkreis 16.
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In 5A wird der Trägerfilm 21 von
dem Substrat entfernt, um die Trennmittelschicht 22 freizulegen, die
eine ultradünne
Metallschicht 10 bedeckt. Die Trennmittelschicht 22 kann
mit Hilfe von Plasma, einer oxidierenden Umgebung, starkem Licht
oder vorzugsweise einem Lösemittel
entfernt werden, und bevorzugter unter Verwendung eines wässerigen
Lösemittelsystems.
Abhängig
von dem Entwickler, der im späteren
Schritt zur Entwicklung der Kontaktlöcher verwendet wird, kann die
Trennmittelschicht 22 während
des Bestrahlungsprozesses auf der Metallschicht verbleiben. Ein
photographisches Werkzeug wird mit der ultradünnen Metallschicht 10 in
Kontakt gebracht (oder mit der Trennmittelschicht selbst, wenn diese
auf der Metallschicht verbleibt) und die Kombination mit einer aktinischen
Lichtquelle derart bestrahlt, dass Licht durch das Werkzeug und
durch die semitransparente Metallschicht 10 in die photodielektrische
Schicht 12 geht. Im Falle von negativ wirkenden Photodielektrika
blockiert das Werkzeug effektiv den Durchgang von Licht zu den Kontaktlochbereichen,
während
eine Bestrahlung der umgebenden Flächen möglich ist. Im Falle von positiv
wirkenden Photodielektrika ist das Werkzeug so gewählt, dass
der Durchgang von Licht zu den umgebenden Flächen blockiert ist und nur
zu dem Punkt der Kontaktlochbildung geht. Das aktinische Licht wird über eine
ausreichende Zeitperiode auf das Substrat aufgebracht, so dass genug
Licht durch die semitransparente Metallschicht gehen kann, um einen
Abschnitt der photodielektrischen Schicht 12 im Falle von
negativ wirkenden Chemikalien zu härten, oder im Falle von positiv
wirkenden Systemen die photodielektrische Löslichkeit zu erhöhen. Die
Zeitdauer, die diese Kombination der Lichtquelle ausgesetzt wird,
hängt von
mehreren Variablen ab, einschließlich, unter anderen, der Dicke
und der Art von Metall, die in der ultradünnen Metallschicht verwendet
wird, der aktinischen Lichtstärke
und der Lichtwellenlänge.
Es wird erwartet, dass das Substrat der Lichtquelle mit einer Wellenlänge im Ultraviolettbereich
von 200 nm bis 450 nm über
eine Zeitperiode ausgesetzt wird, die von mehreren Sekunden bis
mehreren Minuten reicht. Die Quellenwellenlänge ist so gewählt, dass
sie zu den aktinischen Eigenschaften des Photodielektrikums passt.
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Das
bestrahlte Photodielektrikum mit der ultradünnen Metallschicht wird durch
ein geeignetes Lösemittel
zur Auflösung
von Kontaktlöchern
entwickelt. Das Lösemittel
durchdringt die semitransparente Metallschicht, die für das Lösemittel
porös ist,
wodurch der darunter liegende photodielektrische Schichtabschnitt, der
entfernt werden soll, zum Quellen gebracht wird. Es hat sich gezeigt,
dass die allgemeinen Turbulenz der Solvatumgebung und bevorzugter
das Hinzufügen
aufprallender Strahlen auf die Umgebung das Photodielektrikum unter
den Metallschichten solvatisieren und die Entwicklung und gleichzeitige
Entfernung sowohl des erweichten photodielektrischen Abschnittes
als auch der entsprechenden darüber
liegenden semitransparenten Metallschicht unterstützen. Wenn
die Trennmittelschicht 22 nicht entfernt wurde, konnte
die Trennschicht im Entwicklungsverfahren entfernt werden. Vorzugsweise
legen die bevorzugten Kontaktlöcher
einen Abschnitt des eingebetteten Schaltkreises 16, der
mit dem Substrat verbunden ist, frei, wie in 5B dargestellt ist. Die ultradünne Metallschicht
bleibt um die Kontaktlöcher
bestehen, für
die Schaltkreisbildung durch Bekeimen, Pattern-Plating oder Panel-Plating.
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Wie
in 5C dargestellt, wird
dann eine leitende Zwischenverbindung 40 zwischen dem eingebetteten
Schaltkreis 16 und der ultradünnen Metallschicht 10 gebildet,
um zwei Schaltungsschichten in dem Substrat leitend zu verbinden
und Schaltungsleiterzüge
zu bilden. Die Pattern-Plating und Panel-Plating Schaltkreisbildungstechniken
können
zur Bildung von 5C aus 5B verwendet werden.
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Das
Verfahren und die Artikel dieser Erfindung können zur Herstellung von Kontaktlöchern und
Verbindungsschaltungen verwendet werden, die auf mehreren Schichten
in einer gedruckten Schaltungsplatte angeordnet sind. Ein Beispiel
zur Herstellung einer mehrschichtigen gedruckten Schaltungsplatte
findet sich in U.S. Patent Nr. 5,451,721.
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Die
folgenden, nicht einschränkenden
Beispiele dienen der Veranschaulichung mehrerer Ausführungsformen
der Erfindung.
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Beispiel 1
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Dieses
Beispiel bestimmt den Prozentsatz der Durchlässigkeit für Licht mit einer Wellenlänge von
355 nm durch eine gesputterte Goldfolie. Ein UV-Spektrophotometer
(HPA452A) wurde zur Bestimmung des Prozentsatzes der Lichtdurchlässigkeit
durch den Goldfilm verwendet, der unter Verwendung verschiedener
Goldsputterzeiten hergestellt wurde. Die Ergebnisse der Lichtdurchlässigkeitstests
sind in der folgenden Tabelle 1 angeführt.
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Die
Ergebnisse in der Tabelle zeigen, dass ein gewisses Licht durch
sehr dünne
Goldfilme durchgelassen wird. Die Durchlasslichtstärke nimmt
jedoch rasch mit zunehmender Sputterzeit (d. h., Goldfilmdicke) ab.
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Beispiel 2
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Ein
Innenschicht-Kontaktloch wurde gemäß dem Verfahren dieser Erfindung
hergestellt. Eine Trennbeschichtung wurde mit den in Tabelle 2 angeführten Inhaltsstoffen
hergestellt.
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Eine
Probe eines 2,54 × 10–3 cm
(2 mil) UpilexTM Polyimidfils wurde von
UBE Industries erhalten. Die oben genannte Trennschicht wurde auf
den Film aufgetragen und bei 160°C
2 Minuten getrocknet. Die erhaltene Beschichtung maß 2,7 g/m2 (250 mg/ft2). Die
Beschichtung war klar. Eine Goldmetallschicht wurde auf die klare
Beschichtung unter Verwendung von Desk III Sputtereinheiten gesputtert.
Gold wurde auf der Trennschicht 60 Sekunden bis zu einer Dicke von
etwa 0,1 μm
(1000 Ångström) abgeschieden.
Ein photodielektrischer, negativ wirkenden Film, der als AE-15 bekannt
ist, wurde von Morton Electronic Materials erhalten. Das Filmdielektrikum
wurde in einer Mischung aus Methylethylketon und Cyclohexanon aufgelöst. Die
erhaltene Lösung
wurde auf die Metallschicht aufgetragen und getrocknet. Der Schichtaufbau
wurde unter Verwendung eines Rollenlaminators bei 95°C zu einer
FR-4 Laminat-Schaltungsplatte
laminiert. Der Polyimidfilm konnte leicht abgezogen werden, wobei
die Trennschicht an der Metalloberfläche verblieb. Ein Photowerkzeug
wurde über
der Trennschicht angeordnet und der Stapel wurde 240 Sekunden einer
UV-Lichtquelle ausgesetzt. Nach Entfernung des Photowerkzeuges wurde
ein wässeriger
Entwickler, pH 10 bis 11, auf die Oberfläche für 8 Minuten unter Verwendung
eines Düsenauftrags
aufgebracht. Während
der Entwicklung wurden die Kontaktlöcher freigelegt wie auch die
Trennschicht von dem Laminat entfernt. Eine weitere Schaltungsbildung
wird unter Verwendung der Standard-Panel- und Pattern-Plating-Techniken ausgeführt, die
in der Technik bekannt sind.
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Beispiel 3
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Ein
Innenschicht-Kontaktloch wurde nach dem Verfahren dieser Erfindung
hergestellt. Eine Trennbeschichtung wurde mit den in Tabelle 3 angeführten Inhaltsstoffen
hergestellt.
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Eine
Probe eines 2,54 × 10–3 cm
(2 mil) UpilexTM Polyimidfils wurde von
UBE Industries erhalten. Die oben genannte Trennschicht wurde auf
den Film aufgetragen und bei 160°C
2 Minuten getrocknet. Die erhaltene Beschichtung maß 2,7 g/m2 (250 mg/ft2). Die
Beschichtung war klar. Eine Kupfermetallschicht wurde auf die klare
Beschichtung bis zu einer solchen Dicke gesputtert, dass 55% des
Lichtes von einer UV-Lichtquelle durch die Kupfermetallschicht durchgelassen
wurden. Ein photodielektrischer, negativ wirkenden Film, der als AE-15
bekannt ist, wurde von Morton Electronic Materials erhalten. Das
Filmmaterial wurde zunächst
auf eine FR-4 Laminat-Schaltungsplatte laminiert. Danach wurde der
Schichtaufbau unter Verwendung eines Rollenlaminators bei 95°C laminiert.
Der Polyimidfilm konnte leicht abgezogen werden, wobei die Trennschicht
an der Metalloberfläche
verblieb. Ein Photowerkzeug wurde über der Trennschicht angeordnet
und der Stapel wurde 240 Sekunden einer UV-Lichtquelle ausgesetzt.
Nach Entfernung des Photowerkzeuges wurde ein wässeriger Entwickler, pH 10
bis 11, auf die Oberfläche
für 8 Minuten
unter Verwendung eines Düsenauftrags
aufgebracht. Während
der Entwicklung wurden die Kontaktlöcher freigelegt wie auch die
Trennschicht entfernt. Eine weitere Schaltungsbildung der Kupferfilmschicht
wird unter Verwendung der Standard-Panel- und Pattern-Plating-Techniken ausgeführt, die
in der Technik bekannt sind.
