Brevet FR2068814A1 — publié le 19710903

La présente invention concerne la fabrication de circuits imprimés et spécialement de nouvelles techniques pour la construction et l'utilisation de masques photorésistants composites répondant à des t8ches multiples. Ces masques sont spécialement utiles lors du décapage et du plaquage d'objets 5 présentant des surfaces aiguës. Il est bien connu en général d'utiliser deux applications identiques d'un moyen photorésistant pour contruire des masques de décapage ou de plaquag» avec compensation inhérentes des défauts aléatoires ou pailles des masques individuels. Une telle utilisation a été développée de façon importante dans 10 la littérature des brevets. Habituellement des masquas d'épaisseur identique sont formés par des applications successives, subissent des développements et des expositions d'images identiques, de couches photorésistantes identiques. La présente invention réside dans l'application et la construction de masques composites utilisant la nouvelle technique de double photogravure où 15 les couches de masques composantes ont une épaisseur, une composition, une solidité et dans certains cas des configurations d'images différentes. Ces masques composants sont réalisés à partir de moyens résistants qui sont compatibles et donnent cependant des fonctions de masquage distinctes. Le composant masque primaire, qui est habituellement appliqué sous forme d'une couche 20 liquide mince, possède des propriétés de reproduction fines d'images et est suffisamment mince pour être facilement éliminé des cavités. Le composant masque secondaire est appliqué sous forme d'une couche épaisse sur le composant principal déjà traité, a une capacité de résolution d'images inférieure au composant principal, mais il posséda une qualité d'application suffisante 25 pour recouvrir les surfaces aiguës et perforées, et les évidemants de perforations sans cisaillement ou craquelures sur les bords ou autres points de contraintes. On a inventé un procédé pour la construction de masques photorésistants sur les objets ayant des surfaces comportant des coupures, des perforations, 30 ou d'autres tracés ou articulations à bord aïgu caractéristiques. Le procédé est spécialement utile dans les procédures se rapportant à la fabrication des circuits imprimés, tel que le décapage et le plaquage. Un fait de la présente invention consiste dans la construction d'un masque photorésistant à couches composites doubles contenant une couche primai-35 re intermédiaire mince et une couche supérieure secondaire épaisse. De façon caractéristique, la couche principale est formée par application, exposition photographique, développement et durcissement d'un premier matériau photorésistant. Le produit appliqué est habituellement mince et de consistance liquide. 40 La couche supérieure est formée par application, exposition photo, déve- 70 37881 2 2068814 loppemsnt et durcissement d'un second matériau photorésistant. Ce matériau est appliqué sous forme d'un film photopolymérisable solide directement sur la couche principale formée et traitée. La seconde application doit avoir une épaisseur suffisante pour recouvrir les évidements de surface et les 5 bords sans cisaillement ou craquement aux emplacements des articulations ou contraintes de bords. Elle doit aussi permettre un développement photo compatible sur le masque principal de telle sorte que l'intégrité d'adhésion et de forme du masque primaire soit préservée. Dans la réalisation dB l'application concernant le décapage, l'objet 10 à masquer est un laminé de clinquant comprenant des perforrations de connexions non plaquées nécessitant des protections par masquage contre un contact avec l'agent décapant. Ls masque primaire porte la configuration de décapags. Le masque secondaire fournit le recouvrement des ouvertures. La couche masque primaire est suffisamment mince pour éviter les problèmes concernant l'élimi-15 nation du matériau résistant des perforations. Dans l'application concernant le plaquage, l'objet à masquer est un laminé perforé avec des surfaces incisées formant une configuration finement détaillée de lignes décapées et ds parties sn saillies. Il est nécessaire de former sélectivement seulement sur les surfaces de perforation et les 20 parties en saillie, un dépfit de plaquage. Ainsi, les incisions de lignes décapées peuvent gtre masquées à l'aide des couches photorésistantes composites qui préservent complètement la forme et l'adhésion, et qui peuvent être dissoutes dans les zBnes perforées sans trop de difficulté. Le masque composite de la présente invention est utile pour réaliser 25 des fonctions de masque spécialisées nécessaires dans les deux applications précédentes. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. 30 Les figures 1A à 1J illustrent schématiquement la formation progressive, selon la "présente invention, de configurations de décapage de circuit imprimé à résolution élevée et de parties plaquées sélectivement, de perforations, dans un objet laminé multicouches contenant des perforations ou d'autres ouvertures préformées. 35 On se réfère aux figures 1A à 1J, un objet de clinquant multicouches 1 comprenant des couches isolantes internes 2 et des configurations internes 3, 4 de conducteurs est soumis à des opérations de décapage et de plaquage successives. Dans la phase de décapage, las couchas métalliques extérieures, 5, 6, sont traitées pour obtenir des configurations de lignes 7 et des sail-40 lies métalliques 8 è résolution élevée comme il est montré dans la figure 1E. 70 37881 3 2068814 Avant 1q décapage on donne dans l'objet des ouvertures ou perforations, telles que 9 à travers lesquelles on prévoit la formation de trous de connexion plaqués. Les bords 10 et les couches de clablage intérieures 3 et 4 qui seraient alors exposées dans ces ouvertures doivent être protégés durant 5 la procédure de décapage. La figure 1B représente l'objet 1 maintenant recouvert par les composants du masque primaire mince supérieur et inférieur, 11t et 11b, respectivement. Ces masques primaires sont développés à partir de revêtements photorésistants minces appliqués habituellement sous forme liquide. Les revêtements sont 10 exposés photographiquement et développés selon les configurations indiquées. Les revfitements sont appliquer sous forme de couches suffisamment minces pour donner une résolution d'image élevée et pouvoir être éliminés facilement des surfaces des perforations 9a de telle sorte que ces surfaces ne soient pas obstruées dans les procédures de plaquage ultérieures. 15 La figure 1c représente l'objet recouvert avec les masques secondaires 12t (sur le dessus) et 12b Cau bas) formant des chapeaux protecteurs pour Les ouvertures 9 et les parties des conducteurs 5 et 8, qui deviendront des oarties en saillies concentriques 8 [figura 1E3. Ces couches masques photo-résistantes 12 sont déposées sous foras d'un film photapolymsrisable solide 20 et sont exposées puis développées avec les configurations nécessaires (parties en saillies seulement). La figure 1D représente le décapage des creux modelés tels que 13 dans les parties exposées des couches métalliques 5 et 6= La figure 1E indique la configuration modelée résultants après l'élimination des masques de décapage. 25 Les figures 1F à 1J, décrites ci«aprës, indiquent un traitement ultérieur de cette configuration pour former sélectivement des dépôts êlectroplaqués conducteurs sur les parties en saillies 8 et les surfaces intérieures des perforations ou puits 9 représentées dans la figure 1E, Il est avantageux de décaper les objets de la configuration indiquée 30 avant le procédé de plaquage afin que les lignes décapées puissent Être formées avec l'épaisseur et les tolérances d'espacement critiques. On appréciera facilement que les limites inférieures de largeur et d'écartement des lignes décapées sont affectées par 18épaisseur initiale de la couche que l'on cherche décaper. 35 Cependant, le décapage avant le plaquage pose des problèmes de masques. Les surfaces d'ouvertures doivent être masquées de telle sorte que les couches intérieures des circuits 3, 4 et les bords des ouvertures ne soient pas attaquées par le décapant. Avec un masquage impropre ou inadéquat, la fiabilité, et la probabilité d'obtenir des trous de connexion plaqués est réduite. 40 Un autre moyen pourrait être de former les ouvertures après le procédé ?0 37881 4 2068814 de décapage. Cela n'est cependant pas convenable car les couches de clinquant extérieures ne sont plus continues après le décapage et sont par conséquent sujettes eu détachement dans un plaquage ultérieur ou toute autre opération ds formation des ouvertures0 Ce procédé présente en outre dss avantages sud-5 plsmentaires g les déchets d'une opération après perçage sont beaucoup plus coûteux que les déchets avant peràage car ils ont subi un travail aupplémen-taira lors de la procédure de décapage st les inspections s'y rapportant0 En conséquence, afin ds réaliser cela, la solution la plus pratique est de -Former les ouvertures» de décaper les lignes de surfaces et las ouver» 10 tures de plaques» dans cette séquence» cependant, le masquage' protecteur dss ouvertures durant le procédé de décapage et la masquage des surfecss décapées» pour préserver 1'écartement de lignss et les tolérances de largeur « dans le procédé de plaquage at d'ouvertures présente des problèmes auxquels la présente invention a pour but de résoudre* 15 Pour le décapage, les ouvertures doivent Être masquées par des matériaux ohotorêsistants secondaires ayant une consistance st une épaisseur suffisante pour recouvrir les cavités dss ouvertures» sans se déchirer sur les bords. Les préparations de films commerciaux photopolymèrisables solides utilisables « dans cette application ont une résolution inadéquate pour créer l'image dési*» 20 rse de lignes écartées à résolution fines» de la configuration de décapage 130 Le photorésistant du type liquide possédait des propriétés de résolution de sopie convenable ne peuvent pas masquer avec fiabilité les ouvertures» telles que 9 sans les boucher et créer des problèmes d'élimination difficile. En conséquence» on a trouvé qu'un macquo par un semposita 11s 25 12 une application d#un film liquide S d'urs m film photopolymèrisable solide est le plus adapté pour obtenir la définition d'image désirée et les fonctions de masquage d'ouverture. L'image de la configuration des incisions ou coupures •13 qui doivent §tre décapées» est formée dans le revêtement principal de piiotorésistant mince et les images avec une résolution moindre des masques 30 d'ouverture et des parties en saillies 12t» 12b, sont formées dans le revête» ment du film solide photopolymèrtsable comparativement épais. Puisque le revêtement de film appliqué solidement est photo-exposé et développé sur un masque primaire déjà développé st durci il est essentiel ' que le procédé de développement du masque secondaire soit commandé pour pré» 35 server l'intégrité de forme et d'adhésion du masque primaire très mince st relativement vulnérable et assurer uns adhésion.adéquate du masque secondaire sur iss surfaces extérieures du masque principal,, On a formé des masques primaires compatibles à partir de revêtements photorésistants ayant une photosensibilité soit négative, soit positive tc'est** 40 â^dira» insolubilisés ou solubilisés lorsqu'ils sont exposés). Un photo^résis*» 70 37881 5 2068814 tant du type négatif utilisé avec succès comme revêtement de masque primaire contient un polymère de cinnamata de polyvinyl, des sensibilisateurs et des stabilisateurs et est vendu par la compagnie Eastman Kodak sous le nom commercial KPR, Un résistant du type positif utilisé avec succès comme revêtement 5 primaire contient deux ingrédients polymères fondamentaux -«•un crésol: résins formaldéhyde et un éther méthyl polyvinyl— mélangés avec un sensibilisateur de diazo cétone dans un solvant) par exemple, la préparation commerciale vendue sous le nom AZ111 par Shipley Compagnie Inc. Le revêtement de résistant primaire est appliqué en suivant les procédu-10 res conventionnelles des nettoyage de surface et préparation, préparation du résistant, application du revêtement (trempage et étendage ou centrifugation, etc.,), et pré-cuisson pour éliminer les solvants du résistant. Après exposition de l'image, le revêtement primaire est développé comme masque primaire à l'aide des procédures classiques de développement et de 15 nettoyage avec une étape supplémentaire de recuit pour assurer un durcissement adéquat. Le masque secondaire est formé à partir d'une application d'un revêtement solide à base d'une préparation laminée de résistants contenant un polymère de méthacrylate de polyméthyl et un sensibilisateur et/ou agent de réticula-20 tion dans un mélange de solvant organique. Le matériau vendu sous le nom de Riston par DuPont de Nemours a été utilisé dans la présente demande de brevet avec de très bons résultats. Le film est appliqué et on le fait adhérer par lamination à la surface du masque primaire puis nettoyé, durci et développé. On commande le développement 25 du masque secondaire pour assurer la préservation de l'intégrité du masque primaire sans complication d'élimination. Ainsi, les étapes habituelles de précuisson et de recuit, par lesquelles on pourrait extraire les solvants et durcir le masque sont omises. On décrit comme suit, une procédure de développement de masques secondaires convenables. 30 A) Un film secondaire antérieurement exposé est soumis à une solution de développement de 1,1,1, trichloroéthane. 2 Puis Inhibé è une pression de 0,56 - 1,12 kg/cm et une température ne dépassant pas 1B°C, La période d'immersion varie de 30 à 120 secondes selon l'épaisseur du film secondaire. Ensuite, immédiatement après cela l'objet 35 est BÎIrmiergé dans un récipient de 1.1.1. trichloroéthane propre, inhibé, durant 5 à 10 secondes, et ORinçé dans l'eau tiède, 24 - 29°C durant 15 à 20 secondes. Après le développement photo des masques secondaires 12t, 12b et leur 40 durcissement comme décrit précédemment, l'objet masqué est décapé par immersion 70 37881 6 2068814 dans un milieu décapant convenable. UN système ds décapage préféré est décrit comme suit: Il s'agit du chlorure ferrique à 30° Baumé, 49#C utilisé dans tout assemblage de décapage classique et que l'on peut obtenir commercialement. 5 La configuration complètement décapée avec les masques de décapage photo- résistants composites 11, 12 éliminés est représentée dans la figure 1E, Les lignes 7 de cette configuration ont caractéristiquement des largeurs limites inférieures de 0,076mm avec des tolérances de plus ou moins 0,013mm. Les espaces entre les lignes adjacentes sont de tailles minimales semblables 10 avec des tolérances semblables. Le masque résistant composite est éliminé par immersion de l'objet multicouches décapé dans toutes préparations de solvant commerciales contenant » du dichloro-méthane qui sont utilisées ordinairement pour éliminer les résistants photopolymèrisés solides, 15 On doit alors plaquer électrolytiquement l'objet décapé comme représenté dans les figures 1F à 1J pour former les ouvertures de connexion. Il est désirable de recouvrir et de fixer ces plaquages aux zflnes en saillies concen- triques 8 entourant les ouvertures 9 de telle sorte que l'on puisse établir « des connexions plus fiables et plus sures. 20 La procédure de plaquage préférée comprend des immersion successives de l'objet décapé dans des milieux de plaquage chimiques et électrolytiques où la surface entière de l'objet est d'abord recouverte avec une couche très mince obtenue rapidement 14 de cuivre chimique formant une électrode commune pour l'opération de plaquage électrolytique qui suit . Les détails du procédé 25 de la construction de ce dépOt de cuivre rapide sont soulignés comme suit: Les surfaces multicouches décapées et les ouvertures sont rendues réceptrices au dépôt de cuivre chimique par Immersions successives dans des solutions de nettoyage et dans des sensibilisateurs, c'est-à-dire, chlorure de palladium, chlorure stanneux. Le cuivre chimique est alors déposé sur la 30 surface entière de la structure multicouche puis par dépOt électrolytique rapide de cuivre jusqu'à une épaisseur de 0,0025nron. On passe maintenant à la construction (figures 1G, 1H) des masques photo-résistants composites 15, 16 pour l'opération d'électroplaquage. Ces masqués sont de construction semblable au masque composite utilisé dans le procédé 35 de décapage mais en diffèrent pour les matériaux comme on le montrera ensuite. La fonction du masque sous jacent primaire 15t, 15b (figure 1G) est de remplir les espaces canaux ou coupures 13 entre les lignes de l'objet décapé et plaqué rapidement. Cela forme une surface plus plane sur laquelle le film secondaire plus important et plus épais peut être fixé avec plus 40 de fiabilité et de sûreté sans soumettre à des contraintes les lignes décapées 7 2068814 relativement fragiles 7, Les films primaires minces sont formés comme précé-demment à partir d'un matériau photorésistant appliqué sous forme liquide, et cette fois développé seulement hors des zones perforées 9 et des zones en saillies concentriques 8. 5 Les masques secondaires 16 sont appliqués sous -forme de films épais photopolymérisables, directement sur ls surface présentée par Iss masques primaires, puis exposés et développés comme précédemment. Le procédé de développement préféré pour les films secondaires 16t, 16b est identique au procédé de développement prëcsder«ïient décrit en rapport 10 avec la contruction du masque op. décapage composite. Les configurations des masques secondaires et primaires dans ce cas sont identiques. On observe que les masques primaires dans ce cas servent à remplir les incisions décapées 13 et ainsi à fournir un substrat plus préparé a l'adhésion des masques secon-daires sur l'objet maintenant décapé avec précision comme technique qui as-15 sure l'étanchéïté. Le masque composite étant terminé comme représenté dans la figura 1H, l'objet intermédiaire formé est plaqué éxsctruiytiquement• On forme ainsi les plaquages désirés ds connexion sur les ouvertures 17 (figure 113 qui sont fixés solidement aux saillies recouvertes S sur la configuration décapée. 20 Le contact d'électrode pour cette opération est réalisée par la couche conductrice déposée rapidement 14, Ensuite, les masques résistants composites de plaquage sont éliminés en A) mettant en solution et arrachant la masque secondaire 1Sj 63 par la dissolution du masque primaire 15j et C3 élimination par décapage rapide 25 des parties exposées de la couche de dépfit chimique rapide 14. Les détails de cette procédure d'élimination sont comme suit: Les couches résistantes sont dissoutes comme on l'a déjà décrit en utilisant des solvants appropriés que l'on trouve dans le commerce, Le cuivre déposé rapidement est éliminé par immersion ds la structure multicouches 30 dans une solution de décapage, c'est-à-dire, du persulfate d'ammonium peur une période brève mais suffisante pour dissoudre les parties exposées du cuivre. L'objet appraît maintenant sous la forme finale représentée dans la figure 1J, avec des configurations décapées finsnent sur les surfaces extérieu-25 res et avec des plaquagss conducteurs sur les ouvertures 3û psr~3.es en saillies, Bien que l'on ail: décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que 1'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, 40 sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 70 37881 2068814 REVENDICATIFS 1ow Procédé ds construction de masques photorésistants composites spécialement adapté pour masquer au moins une surface incisée et/ou perforée et exposer au moins uns partie a fine résolution de ladite surface pour former su moins uns configuration appropriés, ledit procédé étant notamment applicable lors ds la fabrication des circuits imprimés sur des objets avant des surfaces incisées at/ou perforées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes s - - •fixation d'un masque primaire mines sur ladite surface par application, apposition photo st développement d'un «jrgsa-lsr revêtement ds matériau photo® résistant sous forme d'une couche mines à résolution fine possédant uns * consistance telle qu'elle est insuffisante pour masquer convenablement l'incision et/ou la perforation dans ladite surface; st fixation d'un masque secondaire épais sur ledit masque primaire par application, photo»exposition et développement d'un second revêtement d'un satériau photorésistsnt sotss forma d'une couche épaisse possédant un® consis» tance suffisante pour former un recouvrement de masquage continu pour ladite incision et/ou perforation. ' 2z" Procédé ds construction de masquas • selon la revendication 1 caractérisé en es que dans le déveioppernsnt dudi'c second rsvûtement ds photorésistant la Ej/EtêïiiS de développement utilisé est pour présager l'intégrité ds forme et de fixation du masque primaire 3c, « Procédé de construction de masques salon 2a revendication 2 caractérisé en ce que le second revôtamsnt da matériau photorésistant est appliqua sous ferme d'un film solide photopolymerisable. 4,« Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit film photo-polymirissbls contient un acide acrylique ou mâthacrylique. S3= Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que ledit premier • rsvêtement de matériau photoréaistant est appliqua sous forme liquide., 3o=» Procédé selon la revendication 4 caractérisé en es que ladite surface ds lDobjst peut être décapéeD ?o-j Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que lesdits objets sont des laminés perforés constitués de parties isolantes et conductrices 70 37881 9 2068814 alternées. 8.- Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que, au début du procédé les parties les plus extérieures dudit laminé sont des feuilles conductrices continues. 5 S.** Procédé de décapage selon une configuration désirée à résolution fine de circuits imprimés dans lequel on décape des feuilles métalliques extérieures, d'objets Janinés perforés caractérisé en ce qu'il comprends la construction d'un masque de décapage photorésistant primaire à résolution élevée, mince sur les couches métalliques extérieures afin de définir 10 des canaux permettant de décaper finement ladite configuration! la construction d'un masque de décapage photorésistant secondaire à résolution moyenne épaisse qui protège les surfaces évidées limitant lesdites perforations à l'aide d'un système de développement conçu pour préserver l'intégrité de forme et de fixation dudit masque primairei 15 décapage desdites couches métalliques extérieures dans la configuration définie par la composition desdits masques primaires et secondaires et l'élimination desdits masques primaires et secondaires par application de solvant. 10.- Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que le masque primaire 20 est formé à partir d'une première application d'un revêtement mince, puis qui est photo-exposé et développé, d'un matériau photorésistant du type liquide de photosensibilité du type soit négatif soit positifj et le masque secondaire est formé à partir d'une seconde application d'un revêtement épais, photoexposé et développé, d'un matériau de film photopolymèrisable solide.