Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauelementen nach Art gedruckter Schaltungen Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauele menten nach Art gedruckter Schaltungen und ins besondere zum Herstellen von Rotoren für elektrische Maschinen mit axialem Luftspalt.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass die Oberfläche eines Basismaterials durch Ätzen in bestimmten, einem vorgegebenen Muster entspre chenden Gebieten abgebaut wird, dass sodann die ganze Oberfläche des Basismaterials, bestehend aus geätzten und ungeätzten Teilen, mit einer Schicht von elektrisch leitfähigem Material überzogen wird und dass dieses leitfähige Material von den Gebieten, welche nicht geätzt worden waren, wieder entfernt wird.
Zum Herstellen des Ätzmusters kann man sich zweckmässigerweise der bekannten Verfahren zum Herstellen von geätzten Leiterzügen bedienen, einschliesslich der Verfahren, um die leitenden Schich ten galvanisch oder durch stromlose Metallabschei- dung aufzubringen bzw. eine stromlos aufgebrachte Schicht galvanisch zu verstärken.
Hierbei werden zweckmässig alle jene Oberflä chengebiete, welche nicht abgeätzt werden sollen, durch Aufbringen einer Schutzschicht abgedeckt. Bei spielsweise kann das Muster der nicht abzuätzenden Oberflächengebiete im Photodruck hergestellt wer den. Nach dem Ätzen wird zweckmässigerweise die Abdeckschicht entfernt und sodann, vorzugsweise durch galvanische Abscheidung, eine leitfähige Schicht, beispielsweise eine Kupferschicht, auf der ganzen Oberfläche des Basismaterials, also auf den geätzten und den ungeätzten Gebieten, aufgebaut.
Anschliessend wird zweckmässig die auf den nicht abgeätzten Gebieten des Basismaterials aufgebaute, leitfähige Metallschicht - vorzugsweise durch Plan schleifen - entfernt.
Dieses im nachfolgenden noch näher beschriebene Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauele menten nach Art der gedruckten Schaltungen eignet sich besonders vorteilhaft zur Anfertigung von Ro toren für Maschinen der eingangs erwähnten Art mit axialem Luftspalt. Für Wechselstrom-Induk- tions-Motoren ist beispielsweise vorgeschlagen wor den, als Rotor eine Eisenscheibe zu verwenden, wel che auf der Seite, welche der vorzugsweise gedruck ten Feldwicklung zugekehrt ist, eine Kupferauflage besitzt.
Die in dem Kupfer durch den wechselnden Magnetfluss hervorgerufenen Ströme führen zum Aus bilden eines Drehmomentes und bewirken damit die Drehbewegung ,des Rotors. Um die magnetische Kopplung zwischen Rotor und der Statorwicklung zu verbessern, ist es wünschenswert, einen Teil der Kupferauflage durch ein magnetisches Material zu ersetzen, um auf diese Weise den wirksamen Luft spalt zu verringern und so die Feldstärke zu erhöhen.
Für die wirtschaftliche und technisch einfache Herstellung solcher Rotoren kann als Basismaterial ein Stoff mit geeigneten magnetischen Eigenschaften dienen, beispielsweise eine Scheibe aus magnetisch weichem Eisen. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, als Basismaterial eine Scheibe zu benutzen, die durch Aufwickeln eines Blechstreifens aus Ma terial mit geringem Verlust, beispielsweise aus sili- ziumlegiertem Blech, hergestellt wird.
Um einer sol chen gewickelten Scheibe den erforderlichen me chanischen Halt zu geben, kann diese vorteilhafter- weise mit einer dünnen Stahlscheibe mechanisch fest verbunden werden. Im folgenden soll die Erfindung anhand einer beispielsweisen Darstellung näher beschrieben wer den.
Fig. 1 zeigt einen Rotor für eine elektrische Ma schine mit axialem Luftspalt, welcher nach dem er- erfindungsgemässen Herstellverfahren angefertigt ist.
Fig. 2 zeigt den gleichen Rotor im Schnitt und die Fig.3a bis Fig. 3f sind Teilschnitt-Darstellungen einzelner Verfahrensstufen.
In Fig.2 ist der gleiche Rotor dargestellt. 11 bezeichnet die Scheibe aus ferromagnetischem Ma terial und 12 die Gebiete mit Kupfer, 13 ist die Welle des Rotors.
Anhand der Fig. 3a-3f wird das Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors in seinen einzelnen Stufen dargelegt. In Fig.3a ist das Basismaterial für die Scheibe aus ferromagnetischem Material 11 im Schnitt dargestellt. Wie in Fig. 3b gezeigt, wird die Oberfläche dieses Basismaterials 11 mit einer beispielsweise aus Photoresist bestehenden Schicht 14 überzogen. Nach dem Belichten dieser Schicht durch ein entsprechendes Negativ des gewünschten Musters und anschliessendem Entwickeln verbleibt die Schicht 14 nur in jenen Gebieten, welche nicht ab geätzt werden sollen (Fig. 3c).
Das Abätzen erfolgt in einem zum Abbau von Eisen geeigneten Bad oder indem in anderer Weise, beispielsweise durch Sprühen, die abzuätzende Basis material-Oberfläche mit dem Ätzmittel in Kontakt gebracht wird. Hierdurch wird, wie in 3d dargestellt, das nicht durch die Schicht 14 abgedeckte Basis material 15 abgeätzt.
Nunmehr wird die ganze Oberfläche, nachdem vorzugsweise das Ätzresist 14 entfernt worden ist, beispielsweise mit Kupfer, vorzugsweise galvanisch plattiert. In der Fig. 3e ist diese Kupferschicht mit 17 bezeichnet; sie überdeckt sowohl die abgeätzten als auch die ungeätzten Teile des Basismaterials. Die Dicke einer solchen Schicht kann beispielsweise 0,1 Millimeter betragen.
Schliesslich wird die leitfähige Schicht 17, soweit sie sich in Gebieten 16 befindet, die nicht abgeätzt worden waren, vorzugsweise durch Abschleifen entfernt, so dass eine plane Oberfläche entsteht, die von den ungeätzten Teilen des Basis materials 16 und .den Kupferbezirken 17 gebildet wird (Fig. 3f).
Die vorstehende Beschreibung des erfindungsge mässen Verfahrens anhand des Beispiels der Her stellung eines Rotors zeigt auch zugleich, in welcher Weise das Verfahren ganz allgemein zum Herstellen von elektrischen Bauelementen nach Art der ge druckten Schaltungen dient. Beispielsweise kann das Basismaterial 11 in einem solchen Falle aus einem geeigneten Isolator bestehen, vorzugsweise einem sol chen homogener Art, wie beispielsweise Glas.
Dann dienen die anhand der Fig. 3a-3f beschriebenen Ver fahrensschritte dazu, um auf dem Isoliermaterial Lei terzüge nach einem beliebigen Leitermuster auszubil den, wobei als leitfähiges Material in einem solchen Falle vorzugsweise Kupfer dient.
Zum Herstellen der Leiterzüge kann mit Vorteil von der stromlosen Abscheidung von Metallen, vor zugsweise von Kupfer, Gebrauch gemacht werden.
Method for producing electrical components in the manner of printed circuits The present invention relates to a method for producing electrical components in the manner of printed circuits and in particular for producing rotors for electrical machines with an axial air gap.
The method according to the invention consists in that the surface of a base material is degraded by etching in certain areas corresponding to a predetermined pattern, that then the entire surface of the base material, consisting of etched and unetched parts, is coated with a layer of electrically conductive material and that this conductive material is removed again from the areas that were not etched.
To produce the etched pattern, one can expediently use the known methods for producing etched conductor tracks, including the method for applying the conductive layers galvanically or by electroless metal deposition or for galvanically reinforcing an electrolessly applied layer.
In this case, all those surface areas which should not be etched off are expediently covered by applying a protective layer. For example, the pattern of the surface areas not to be etched can be produced using photo printing. After the etching, the cover layer is expediently removed and then, preferably by electrodeposition, a conductive layer, for example a copper layer, is built up on the entire surface of the base material, i.e. on the etched and unetched areas.
The conductive metal layer built up on the non-etched areas of the base material is then expediently removed - preferably by grinding flat.
This method, described in more detail below, for producing electrical compo elements on the type of printed circuits is particularly advantageous for the production of Ro gates for machines of the type mentioned with an axial air gap. For AC induction motors, it is proposed, for example, to use an iron disk as the rotor, which has a copper layer on the side facing the preferably printed field winding.
The currents caused in the copper by the changing magnetic flux lead to the formation of a torque and thus cause the rotary movement of the rotor. In order to improve the magnetic coupling between the rotor and the stator winding, it is desirable to replace part of the copper plating with a magnetic material in order to reduce the effective air gap and thus increase the field strength.
For the economical and technically simple production of such rotors, a material with suitable magnetic properties can serve as a base material, for example a disk made of magnetically soft iron. It has proven to be particularly advantageous to use a disk as the base material which is produced by winding a sheet metal strip from material with little loss, for example from silicon alloy sheet metal.
In order to give such a wound disk the necessary mechanical support, it can advantageously be mechanically firmly connected to a thin steel disk. In the following the invention will be described in more detail with reference to an exemplary representation who the.
1 shows a rotor for an electrical machine with an axial air gap, which is manufactured according to the manufacturing method according to the invention.
FIG. 2 shows the same rotor in section and FIGS. 3a to 3f are partial sectional representations of individual process stages.
The same rotor is shown in FIG. 11 denotes the disc made of ferromagnetic material and 12 the areas with copper, 13 is the shaft of the rotor.
The method for manufacturing such a rotor is presented in its individual stages with reference to FIGS. 3a-3f. In Figure 3a, the base material for the disk made of ferromagnetic material 11 is shown in section. As shown in FIG. 3b, the surface of this base material 11 is coated with a layer 14 consisting, for example, of photoresist. After exposure of this layer through a corresponding negative of the desired pattern and subsequent development, the layer 14 only remains in those areas which are not to be etched off (FIG. 3c).
The etching takes place in a bath suitable for breaking down iron or by bringing the base material surface to be etched into contact with the etchant in some other way, for example by spraying. As a result, as shown in FIG. 3d, the base material 15 not covered by the layer 14 is etched away.
Now the entire surface, after the etching resist 14 has preferably been removed, for example with copper, is preferably electroplated. In FIG. 3e, this copper layer is designated by 17; it covers both the etched and the unetched parts of the base material. The thickness of such a layer can be 0.1 millimeter, for example.
Finally, the conductive layer 17, if it is located in areas 16 that have not been etched away, is preferably removed by grinding, so that a flat surface is created, which is formed by the unetched parts of the base material 16 and the copper areas 17 ( Fig. 3f).
The above description of the method according to the invention using the example of the manufacture of a rotor also shows at the same time in which way the method is used in general for the manufacture of electrical components in the manner of the printed circuits. For example, the base material 11 in such a case can consist of a suitable insulator, preferably one of such a homogeneous type, such as glass.
Then the process steps described with reference to FIGS. 3a-3f are used to train on the insulating material Lei according to any conductor pattern, with copper preferably serving as the conductive material in such a case.
To produce the conductor tracks, use can advantageously be made of the electroless deposition of metals, preferably of copper.