In dem Aufsatz "Integration mit SIL-Technik" in der DE-Z Siemens-Zeitschrift Special · FuE · Herbst 1992, Seiten 4 bis 9, wird die sogenannte SIL-Technik beschrieben, welche anstelle konventioneller gedruckter Schaltungen Spritzgießteile mit integrierten Leiterzügen verwendet. Anstelle der Bezeichnung SIL-Technik ist international die Bezeichnung MID (Moulded Interconnect Device) am gebräuchlichsten. Hochwertige Thermoplaste, die sich zum Spritzgießen von dreidimensionalen, das heißt im Gegensatz zu Leiterplatten, räumlich geformten Teilen eignen, sind die Basis dieser Technik. Derartige Thermoplaste zeichnen sich gegenüber herkömmlichen Substratmaterialien für gedruckte Schaltungen durch bessere mechanische, thermische, chemische, elektrische und unwelttechnische Eigenschaften aus. Zur Herstellung der Leiterzüge auf den dreidimensionalen Kunststoffteilen werden diese zunächst einer Sequenz von Vorbehandlungsschritten unterzogen, die insbesondere das Anätzen, Neutralisieren, Aktivieren, Beschleunigen und zahlreiche Spülbehandlungen umfaßt. Nach diesen Verfahrensschritten werden die Kunststoffteile vollfächig chemisch verkupfert. Der anschließende Aufbau der Leiterzüge kann dann, wie bei der konventionellen Leiterplattenfertigung, subtraktiv, semi-additiv oder volladditiv erfolgen. Bei der Subtraktivtechnik wird das Kunststoffteil vollflächig bis zur gewünschten Kupferdicke galvanisiert, anschließend das Leiterbild mit Ätzresist abgedeckt und die freiliegenden Kupferoberflächen nach der Strukturierung weggeätzt. Bei der Semi-Additivtechnik wird das Kunststoffteil zunächst vollflächig chemisch verkupfert, das Leiterbild danach auf die dünne Kupferschicht aufgebracht und die Leiterbahnen galvanisch verstärkt, worauf die Leiterbahnen dann durch Differenzätzen getrennt werden.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, bei der Herstellung von dreidimensionalen Kunststoffteilen mit integrierten Leiterzügen mit einfachen, wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Mitteln eine haftfeste Metallisierung der Kunststoffteile zu ermöglichen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die konventionelle naßchemische Vorbehandlung und chemische Verkupferung durch eine kombinierte Anwendung von Plasmaätzen, Plasmabehandlung in einer Edelgasatmosphäre und Sputtern ersetzt. Durch das Plasmaätzen wird die chemisch sehr resistente Oberfläche der spritzgegossenen Kunststoffteile modifiziert. Die Voraussetzungen für eine gute Haftung der durch Sputtern aufgebrachten Metallisierung werden aber erst durch die sich an das Plasmaätzen anschließende Plasmabehandlung in einer Edelgasatmosphäre geschaffen. Obwohl die Vorgänge bei dieser Plasmabehandlung noch nicht restlos geklärt sind, ist zu vermuten, daß es sich hier um einen Reinigungsprozeß handelt, bei welchem Abbauprodukte des Plasmaätzens durch den Beschuß der Oberfläche der Kunststoffteile mit Edelgasionen beseitigt werden. Auf diese Weise können dann nach dem Schältest ermittelte Haftfestigkeiten der nach dem Sputtern galvanisch verstärkten Metallisierung von mindestens 1,0 N/mm erzielt werden. Für die Bildung der Leiterzüge auf den Kunststoffteilen stehen dann sowohl die Subtraktivtechnik, als auch die Semi-Additivtechnik zur Verfügung, wobei die in beiden Fällen erforderliche Ätzbehandlung die Haftfestigkeit der Metallisierung nicht beeinträchtigt. Die erfindungsgemäße Kombination von Behandlungsschritten hat außerdem noch den Vorteil, daß sie zur haftfesten Metallisierung unterschiedlicher Thermoplaste geeignet ist. Schließlich ist noch hervorzuheben, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein selektives, zum Beispiel einseitiges Metallisieren der dreidimensionalen Kunststoffteile ermöglicht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Deshydratation der thermoplastischen Kunststoffteile durch Wärmebehandlung, die auch als Tempern bezeichnet werden kann, schafft durch den Entzug von Feuchtigkeit optimale Voraussetzungen fuhr die nachfolgenden Schritte zur Metallisierung.

Das Plasmaätzen in einer Sauerstoffatmosphäre gemäß Anspruch 3 ermöglicht im Hinblick auf die erzielbare Haftfestigkeit der Metallisierung bessere Ergebnisse als das Plasmaätzen in anderen oxidierenden Gasen.

Gemäß den Ansprüchen 4 und 5 hat sich sowohl für die Plasmabehandlung, als auch für das Sputtern die Verwendung einer Argonatmosphäre besonders gut bewährt.

Gemäß Anspruch 6 kann beim Sputtern das Kupfer direkt auf den Kunststoffteilen niedergeschlagen werden. Gemäß Anspruch 7 wird demgegenüber beim Sputtern eine Schichtenfolge aus Titan und Kupfer auf den Kunststoffteilen niedergeschlagen, wobei die extrem dünne Titanschicht eine Art Haftschicht bildet.

Beispiel 1:

Als thermoplastische Formmasse für die Herstellung von dreidimensionalen Kunststoffteilen durch Spritzgießen wurde HT-PA 6/6T verwendet, das beispielsweise unter dem Handelsnamen Ultramid T von der BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen (DE) bezogen werden kann. Die fertigen Kunststoffteile wurden dann 30 Minuten lang in einer Stickstoffatmosphäre einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 200° unterzogen. Nach dieser Warmebehandlung erfolgte in einer Sputteranlage das Plasmaätzen in einer Sauerstoffatmosphäre mit folgenden Parametern:

   Behandlungszeit 2' bis 12'

   Energiedichte: Rf = 1 bis 4 W/cm²

   Druck: 200 m Torr (2.6.10⁻¹ m Bar)

   Gasfluß = 200 sccm 0₂

   Eletrodenabstand = 50 - 100 mm

   RIE-mode

Nach dem Plasmaätzen wurde in der Sputteranlage die Plasmabehandlung in einer Argonatmosphäre mit folgenden Parametern durchgeführt:

   Behandlungszeit 2' bis 10'

   1,5 · 10⁻³ m Bar

   200 V

Nach der Plasmabehandlung wurde in der Sputteranlage das eigentliche Sputtern in einer Argonatmosphäre vorgenommen, wobei zunächst eine Titanschicht mit einer Stärke von 0,03µm und dann eine Kupferschicht mit einer Stärke zwischen 0,1 und 1,0µm abgeschieden wurde. Die Abscheiderate betrug 1µm in 20 Minuten. Die derart hergestellte Metallisierung wurde dann durch galvanische Kupferabscheidung bis zu einer Stärke von 30µm verstärkt. Diese Schicht wurde dann mit einer gleichmäßigen 2µm starken chemisch abgeschiedenen Zinnschicht abgedeckt. Die als Ätzresist dienende Zinnschicht wurde dann um die Leiterstrukturen herum mit einem Nd-YAG-LAser verdampft. Anschließend wurde die durch den Laser freigelegte Metallschicht mit naß-chemischen Ätzvorgängen restlos entfernt, wobei sich das erwünschte Leiterbild ergab. Die mit dem Schältest ermittelte Haftfestigkeit betrug mindestens 1 N/mm.

Beispiel 2:

Abweichend vom Beispiel 1 wurde beim Sputtern unter Verzicht auf die Titanschicht direkt Kupfer in einer Stärke zwischen 0,1 und 1,0µm abgeschieden. Die mit dem Schältest ermittelte Haftfestigkeit betrug auch hier mindestens 1,0 N/mm.

Beispiel 3:

Abweichend vom Beispiel 1 wurde als thermoplastische Formmasse für die Herstellung der dreidimensionalen Kunststoffteile durch Spritzgießen PEI verwendet, das beispielsweise unter dem Handelsnamen Ultem bei der General Electric Co., Pittsfield, MA 01201 (US), bezogen werden kann. Die mit dem Schältest ermittelte Haftfestigkeit betrug hier mindestens 1,1 N/mm.

Beispiel 4:

Abweichend vom Beispiel 3 wurde unter Verzicht auf eine Titanschicht direkt Kupfer in einer Stärke zwischen 0,1 und 1,0µm abgeschieden. Die mit dem Schältest ermittelte Haftfestigkeit betrug hier mindestens 1,1 N/mm.

Neben der in den vorstehenden Beispielen beschriebenen Subtraktivtechnik kann für die Herstellung der Leiterzüge auch die Semi-Additivtechnik verwendet werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen wurden das Plasmaätzen, die Plasmabehandlung und das Sputtern in einer gemeinsamen Sputteranlage vorgenommen. Es ist aber auch möglich, diese Schritte in getrennten Anlagen vorzunehmen, wobei die Anlagen dann durch edelgasgespülte Schleusen miteinander verbunden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Kunststoffteilen mit integrierten Leiterzügen ist auch für Kunststoffteile auf der Basis folgender Thermoplaste geeignet:

   PC/ABS Blends

   PPO

   ABS

   PES

   LCP

   PPS

   PA 6.6, PA 6

Auch bei diesen Thermoplasten ist eine hervorragende Haftung einer durch die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte erzeugten Metallisierung gewährleistet.