DE1078197B

DE1078197B - Gedruckte Schaltung

Info

Publication number: DE1078197B
Application number: DEI11881A
Authority: DE
Inventors: John Hermann Hauser; Edward John Lorenz
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1955-06-28
Filing date: 1956-06-27
Publication date: 1960-03-24
Also published as: FR1167929A; DE1073197B; GB829789A; US2872391A; GB329789A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen mit verstärkten Durchführungslöchern.

Für die Herstellung großer Stückzahlen von elektronischen Einrichtungen hat sich die Verwendung von automatisch herstellbaren sogenannten gedruckten Schaltungen bewährt, bei welchen die Verdrahtung für eine Reihe von Bauelementen oder diese Bauelemente selbst in den Flächen einer tragenden Isolierstoffplatte untergebracht werden. Es ist bekannt, Verfahren der Druck- und der photographischen Technik, der Galvanik und des Ätzens dafür zu Hilfe zu nehmen. Es ist weiter bekannt, die Verbindung von beidseits der Isolierstoffplatte angeordneten Schaltungsmustern durch Bohrungen herzustellen, deren Wandungen leitfähig gemacht und galvanisch plattiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren, das für ein- oder doppelseitig belegte Platten brauchbar ist, liefert besonders kräftige, die Platte durchdringende Verbindungen, welche das korrosionsfest ausgebildete Schaltmuster zuverlässig festhält. Unzulässige Erwärmung des Klebmittels wird vermieden, da bis zum Schluß die volle Leitfähigkeit der Folie erhalten bleibt. Die Zahl der Verfahrensschritte ist kleiner als bei bekannten Verfahren.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen mit metallisierten Durchführungs- und Verbindungslöchern, bei dem ein isolierendes Negativmuster der gewünschten Schaltung auf eine mit Metallfolie bekleidete Isolierplatte aufgebracht wird und die Lochwände vor der galvanischen Behandlung leitfähig gemacht werden, mit dem Merkmal, daß nach dem Aufbringen des Negativmusters und vor dem Herstellen der Löcher die ganze mit der Metallfolie belegte Isolierplatte mit einem abziehbaren Film belegt wird, dann die Löcher hergestellt und in bekannter Weise ihre Wandungen mit leitfähigem Stoff belegt werden, worauf der abziehbare Film entfernt und anschließend in bekannter Weise das Schaltungsmuster samt Lochwänden plattiert sowie das Negativmuster und die nicht plattierte Folie entfernt werden.

Die zur Erläuterung der folgenden Beschreibung benutzten Zeichnungen zeigen in

Fig, 1 die tragende Isolierplatte mit beidseitig«· Metallfolie,.

Fig. 2 die Isolierplatte mit Schaltungsnegativ,

Fig. 3 einen Schnitt von Fig. 2,

Fig. 4 die Is.olierplatte mit abziehbarer Schicht,

Fig. 5 ein Durchführungsloch,

Fig. 6 ein Durchführungsloch mit abziehbarer Schicht,

Fig. 7 ein leitend gemachtes Loch nach Entfernung der abziehbaren Schicht,

Gedruckte Schaltung

Anmelder:

IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Juni 1955

John Hermann Hauser und Edward John Lorenz,

Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Fig. 8 die Umgebung eines plattierten Loches,
Fig. 9 die Fig. 8 nach dem Auftrag des Lotes,
Fig. 10 die Fig. 9 nach dem Entfernen des Schaltungsnegativs,
Fig. 11 die fertige Schaltplatte.

Die nach diesem Verfahren hergestellte Montageplatte mit gedruckter Schaltung benutzt eine mit Folie verkleidete Platte als Ausgangsmaterial. Bei der Bildung" von Platten mit gedruckter Schaltung aus diesem Material ergeben sich bestimmte Probleme, die mit dem Material selbst zusammenhängen. Diese Probleme gehen aus der nachstehenden Beschreibung des Plattenmaterials hervor.

Der auf diesem Gebiet verwendete Ausdruck »mit Folie verkleidete Platte« bezeichnet ein Isolierausgangsmaterial, auf dessen eine oder auf dessen beide Seiten eine Folie, gewöhnlich Kupfer, aufgeklebt ist. Die Klebmittel zum Befestigen der Folie auf dem ■ Isoliermaterial haben unterschiedliche Haftfähigkeit; obwohl zwar die Klebkraft ausreicht, um eine nicht allzulange Leitung zuverlässig auf der Oberfläche des Grundmaterials festzuhalten, treten Ablösungen häufig auf, wenn andere elektrische Teile, wie Wi der^j stände und Kondensatoren, an den Leitungen befestigt werden. Bei hohen Temperaturen, wie sie beim Tauchlöten auftreten, gibt das Klebmittel Gas ab, welcheseine Blase unter der Leitung erzeugt und die Leitung von der Grundplatte ablöst. Die nachteiligen Wirkungen der Blasenbildung und der geringen Haft-

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fähigkeit werden nach dem erfindungsgeraäßen Verfahren stark verringert.

Die auf das Grundmaterial aufgeklebte Folie hat verschiedene Dicken zwischen etwa 0,01 und.0,25 mm; die Folie besteht meist aus Kupfer, obwohl auch S manchmal Aluminium verwendet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Stärke der verwendeten Folie für die Dauerhaftigkeit des Überzuges nicht kritisch. Als Folie wird vorzugsweise Kupfer benutzt. Fig. 1 zeigt nun einen Querschnitt durch das als Ausgangsmaterial verwendete kupferüberzogene Plattenmaterial. Es besteht aus einer Isolierplatte 1 mit einer der gewünschten Tragfähigkeit angepaßten Stärke. Auf beide Flächen dieser Platte 1 ist die Kupferfolie 2 mit einem Klebmittel 3 befestigt. Sie kann beliebig dick sein, da sie keinen Beitrag zur Leitfähigkeit der Schaltverbindungen zu liefern braucht; sie soll nur für die noch genauer zu beschreibenden Galvanisierungsmaßnahmen gleichförmige elektrische Bedingungen schaffen. so

Der erste Schritt des Verfahrens besteht in der Reinigung der Kupferfläche von Schmutz und Fett. Durch diese könnten spätere Schritte des Verfahrens gestört werden. Die Flächen werden zuerst mit pulverisiertem Bimsstein leicht geschliffen und dann mit fließendem Wasser gespült, um das Schleifmittel zu entfernen. Es können aber auch Sandstrahlung und chemische Entfettung angewendet werden.

Dann wird ein Schutzüberzug aufgebracht; die herzustellenden Leitungsteile werden dabei frei gelassen. Das Schutzmittelmuster kann nach einem der bekannten Verfahren aufgebracht werden. Beispiele sind das Lichtdruck-, Offsetdruck- und Seidensiebdruckverfahren. Das als Schutzüberzug verwendete Material richtet sich nach dem Aufbringverfahren, aber im allgemeinen braucht das Schutzmittel nur nichtleitend zu sein und sich nicht abzulösen, wenn es etwa 1 Stunde lang in einem galvanischen Bad liegt. Die Anforderungen an den Überzug sind also geringer als bei einem Ätzverfahren. Nach Wunsch kann der Schutzüberzug auch erst später innerhalb des Verfahrens aufgebracht werden.

Fig. 2 zeigt ein Stück einer mit Folie überzogenen Platte mit aufgebrachtem Schutzüberzug 4 auf der ganzen Folienoberfläche mit Ausnahme der Teile, die als Leitung 5 und als leitende Verbindung 6 (Querverbindung) an einem Ende der Leitung dienen sollen. Die Folie auf der Plattenunterseite ist mit Ausnahme der Teile, die als Leitungen und Anschlüsse dienen sollen, ebenfalls abgedeckt. Es versteht sich, daß jedem für eine Querverbindung ausgesparten Teil der Folie einer Plattenseite ein entsprechender Teil auf der änderten Seite entsprechen muß. In Fig. 3 gehören Teil 7 auf der Unterseite der Platte und Teil 6 auf der Oberseite zusammen.

Nun wird eine abziehbare Schicht 9 (Fig. 4) auf beiden Seiten der Platte sowohl über dem Schutzüberzug als auch über der freien Folie aufgebracht; sie muß ohne Beschädigung des Schutzüberzuges leicht entfernbar sein. Solche Stoffe sind handeisüblich.

Nach Aufbringung der abziehbaren Schicht wird an jeder für eine Querverbindung vorgesehenen Stelle ein Loch 10 durch die Platte gebohrt oder gestanzt. Diese dient später als Anschluß für äußerlich aufgesetzte Bestandteile als Verbindung zwischen einem Leitungsmuster auf der einen Seite der Platte und einem Leitungsmuster auf der anderen Seite und als Mittel gegen die Ablösung einer Leitung von der Grundplatte. Der Durchmesser des durch alle bisher gebildeten Schichten reichenden Loches 10 ist beträchtlich kleiner als die frei gelassenen Folienteile 6 und 7. Der Grund dafür wird noch erklärt. Wie in Fig. 5 angedeutet, ist nur die Manteloberfläche des Loches durch das Ausgangsmaterial 1 und die Folie 2 nicht mit der abziehbaren Schicht bedeckt.

Der nächste Schritt besteht darin, die Wände des Loches mit einem leitenden Überzug zu versehen. Dies kann auf zwei Arten geschehen: Die erste besteht darin, eine Mischung von Graphit und Alkohol durch Spritzen oder Tauchen aufzubringen, wobei darauf zu achten ist, daß die Innenseiten der Löcher vollständig überzogen werden. Hierfür eignet sich eine Lösung von 40 Teilen Graphit und 90 Teilen Isopropylalkohol. Auf diesen Überzug wird später ein Metall aufgalvanisiert. Es hat sich gezeigt, daß die Galvanisierung beschleunigt wird durch Zusatz von 10 Teilen feinem Elektrolytkupferpulver zu der erwähnten Mischung. Beim Verdunsten des Alkohols hinterläßt die Mischung einen leitenden Niederschlag auf der Innenseite des Loches 10 und liefert die elektrische Verbindung zwischen beiden Folienschichten 2. Der leitende Niederschlag 12 ist in Fig. 6 gezeigt, die einen vergrößerten Querschnitt durch das Loch darstellt. ~

Ein zweites Verfahren zur Bekleidung der Lochinnenseiten besteht in der Bildung eines Niederschlages im Vakuum. Nach Überziehen der Lochwände wird jetzt die abziehbare Schicht 9, die alles mit Ausnahme der Lochflächen geschützt hatte, entfernt. Die später als Leiter dienenden Teile der Folie und die leitend überzogenen Lochflächen werden dadurch frei gemacht, während der restliche Teil der Folie mit dem Schutzüberzug 4 überzogen bleibt. Das zeigt Fig. 7, in der zu beachten ist, daß beim Entfernen der abziehbaren Schicht der Niederschlag 12 jetzt nur die Lochfläche 11 bedeckt.

Als nächstes werden die Lochoberflächen und die freien Teile der Folie in einer einzigen galvanischen Operation mit Kupfer überzogen. Die Galvanisierung muß fortgesetzt werden, bis der Metallüberzug auf der Innenseite des Loches eine Dicke von mindestens 0,03 mm erreicht hat, die für die meisten Anwendungsarten der Schaltung ausreicht. Für größere geforderte Leitfähigkeit können größere Dicken erzeugt werden. Durch die genannte Dicke werden drei wichtige Vorteile erreicht, die aus Fig. 8 ersichtlich sind. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, wird infolge der Dicke des Überzuges 13 der Vorsprung 14, wo der galvanische Überzug mit dem Leitungsmuster zusammenstößt, breit genug, um Erschütterungen und Schwingungen zu widerstehen. Im Betrieb werden an die Montageplatte mit gedruckter Schaltung häufig äußere Schaltelemente angeschlossen. Deren Anschlußdrähte 15, in Fig. 8 gestrichelt gezeichnet, werden in das galvanisierte Loch eingeführt. Dabei werden im Betrieb die Erschütterung und Schwingung der Schaltelemente über den Anschlußdraht auf das Loch übertragen, und die Beanspruchung konzentriert sich infolge der Hebelwirkung mit stark vergrößerten Werten an den Vorsprüngen 14. Ein weiterer Vorteil des stark plattierten Loches ist seine höhere Wärmeleitfähigkeit, die zuverlässigere Tauchlötung unter weniger genau kontrollierten Bedingungen ermöglicht.

Hier muß erwähnt werden, daß die aufgezählten Schritte alle zur Erzeugung dieser stark plattierten Löcher beigetragen haben, da durch die bisher beschriebene Technik die Plattierung zu einem Zeitpunkt der Herstellung erfolgt, wenn die volle Leitfähigkeit der ganzen Folie noch erhalten ist und alle

zu galvanisierenden Teile elektrisch zusammenhängen. Es sind keine Überbrückungen zu getrennten Teilen des Leitungsmusters nötig, und alle Teile des Musters haben das gleiche Potential, wodurch die Gleichmäßigkeit der Lochplattierung gewährleistet wird.

Der nächste Schritt des Verfahrens besteht im galvanischen Aufbringen von Lot auf das Leitungsmuster und in die Löcher. Da der Schutzüberzug noch unverletzt ist, kann sich das Lot mir auf dem Leitungsmuster und in den Löchern absetzen.

Dieser Lotüberzug über der Kupferschicht soll die Tauchlötung erleichtern, wenn später Schaltteile angeschlossen werden; er widersteht den korrodierenden Wirkungen der atmosphärischen Bedingungen, denen

folge der geringen und wechselnden Klebfestigkeit neigt das Leitungsmuster dazu, sich von der Isolierplatte überall dort, wo es beansprucht wird, abzulösen. Die Stellen, wo· eine solche Ablösung häufiger 5 stattfindet, befinden sich in der Nähe von Anschlüssen anderer Schaltteile und entlang langen Leitungen. Das stark plattierte Loch, das ein Ganzes mit dem Leitungsmuster dieser Schaltplatte bildet, verbindet das Leitungsmuster mechanisch mit der Isolierplatte überlo all dort, wo die Konzentration der Beanspruchung wahrscheinlich ist, und da das Loch zusammen mit dem Leitungsmuster gebildet wird, kann es zur Verankerung des Musters in der Isolierplatte dienen. Für seine Verwendung an anderen Stellen als an An-

die Montageplatte mit gedruckter Schaltung im Be- 15 Schlüssen von Schaltteilen oder durchgehenden Vertrieb ausgesetzt ist, und außerdem greift die Säure bindungen von Mustern auf entgegengesetzten Seiten bei einem später beschriebenen Ätzvorgang die Lot- der Platte ist es lediglich erforderlich, darauf zu schicht nicht so schnell an wie die nackte Folie. Fig. 9 achten, daß ein nur zur Verankerung verwendetes zeigt ein plattiertes Loch und'eine plattierte Leitung Loch nicht "das Leitungsmuster auf den entgegenmit Lot auf dem Kupferüberzug. Das Lot 16 liegt 20 gesetzten Seiten der Platte trifft. Dies ist nur eine über dem Kupferüberzug 13 innerhalb des Loches 10 Frage der Anordnung.

und auf den Leitungsteilen 5 und 8. Die Wirkung der Gasbildung durch das die Folie

Jetzt kann der Schutzüberzug 4 entfernt werden. mit der Isolierplatte verbindende Klebmittel bei dessen Die Art und Weise, in der das geschieht, richtet sich Erwärmung wird stark verringert durch die Dicke der nach dem verwendeten Schutzmittel, aber gewöhnlich 25 Plattierung in dem Loch und des auf die Oberfläche genügt dessen Auflösung mit einer chemischen Lösung. aufgalvanisierten Lotes. Diese drei Punkte tragen alle Zur Entfernung eines Überzuges auf Asphaltbasis, dazu bei, die Tauchlötung von Schaltteilen mit einem der nach dem Seidensiebverfahren aufgebracht wor- größeren Prozentsatz zuverlässiger Verbindungen zu den ist, genügt ein Bad von 2 bis 4 Minuten in Toluol. gestatten, und heiße Stellen in dem Muster werden Jetzt erscheinen Loch und Leitung, wie Fig. 10 zeigt, 30 vermieden. Wenn eine Schaltplatte mit daran ange- und die bisher von dem Schutzmittel bedeckten Folien- brachten Schaltteilen in ein Lötbad gebracht wird, teile 2 sind nun frei. muß von dem Bad genügend Wärme zu deren An-

Der nächste Schritt besteht in der Entfernung der Schlüssen gebracht werden, um alle Anschlüsse auf die Folie zwischen den Leitungen. Dies geschieht vor- Temperatur des geschmolzenen Lotes zu erwärmen, zugsweise durch Wegätzen der freien Folie bis zu 35 Wenn die Querverbindungen durch die Isolierplatte dem Isoliergrundmaterial herunter. Die Ätzung er- hindurch die Wärme weniger gut leiten als andere folgt durch Einbringen der Platte in ein Chromsäure- Teile des Musters, entstehen unerwünschte »heiße Schwefelsäure-Gemisch. Die Säurelösung beseitigt das Stellen« während der Behandlung im Lötbad dort, wo Kupfer und bildet eine Bleichromatablagerung auf das Muster die Wärme gut absorbiert, und das Klebden Leitungsteilen 5. Für eine Tafel der Größe von 40 mittel unter diesen Stellen wird der Wirkung der 50 · 150 mm liegt die Ätzzeit am besten zwischen. 6 Wärme so lange ausgesetzt, wie die übrigen Stellen und 10 Minuten. Auch das Ätzverfahren ist nur als zum Erreichen derselben Temperatur brauchen. Bei Beispiel zu werten. dieser langen Wärmebehandlung bildet das Klebmittel

Als letzter Schritt des Verfahrens werden die Lei- häufig ein Gas, das eine Blase unter der Leitung enttungen abgeschliffen, um die Bleichromatablagerungen 45 stehen läßt und diese ablöst. Eine lange Erhitzung ist zu beseitigen. Dies kann mit einer Borstenbürste oder auch oft unvermeidlich, wenn das Leitungsmuster einem synthetischen Schwamm und pulverisiertem nicht vor dem Tauchlöten verzinnt wird, weil wegen Bimsstein erfolgen. Das Bleichromat auf den Lei- der Oberflächenverunreinigung die Wärmeübertragung tungen und in den Löchern muß so weit entfernt nicht gleichmäßig ist. Deshalb ist manchmal ein Flußwerden, daß die Tauchlötung nicht beeinträchtigt 50 mittel erforderlich, jedoch haben diese Mittel schädwird. Ein fertig plattiertes Loch mit Leitung ist in liehe elektrische Eigenschaften, und es sind weitere Fig. 11 dargestellt. Die Folienschichten 2 sind dort Verfahrensschritte für die Aufbringung und Beseitivöllig weggeätzt und geben die Isolierplatte 1 und die gung nötig. Da nach der Erfindung die Verzinnung Klebmittelschicht überall dort frei, wo die Folie nicht bereits erfolgt ist, braucht die Wärmeübertragung von von den Leitungsmustern oder plattierten Löchern 55 dem flüssigen Lötbad nur zu dem aufgalvanisierten bedeckt ist, die aus Kupferschichten 13 und Lot 16 Lot zu erfolgen, ohne das ganze Leitungsmuster zu bestehen. erhitzen. Bei diesem Verfahren absorbiert tatsächlich

Die nachstehenden Bemerkungen sollen auf die das stark plattierte Loch mehr Wärme in einer geSchwierigkeiten, die das hier beschriebene Verfahren gebenen Zeit als das leitende Muster, so daß eine örtvermeidet, hinweisen. Obwohl die Montageplatte mit 60 lieh gesteuerte »heiße Stelle« dort auftritt, wo eine gedruckter Schaltung eine mit Folie verkleidete Platte Lötverbindung erwünscht ist und wo sich wenig Klebals Ausgangsmaterial hat, vermeidet oder verringert mittel befindet. Mit diesen örtlich gesteuerten »heißen sie die diesem Material eigenen nachteiligen Eigen- Stellen« dient die gedruckte Schaltungsplatte selbst schäften, nämlich geringe oder schwankende Kleb- als Wärmeisolator und schützt schlecht leitende Baufestigkeit und Gasbildung des Klebmittels unter Er- 65 elemente, so daß diese nun nach dem beschriebenen hitzung. Dies trifft aus folgenden Gründen zu: Abfahren tauchgelötet werden können. Die Verwen-

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die dung von Flußmittel wird vermieden.
Bildung von stark galvanisierten Querverbindungen, Neben der schon erwähnten Widerstandsfähigkeit

welche ein Ganzes mit dem Schaltungsmuster bilden, der Anordnung gegen Erschütterungen ist ein weigleichzeitig mit der Bildung des Leitungsmusters. In- 70 terer Vorteil die durch die starke Verankerung ge-

gebene Möglichkeit, defekte Bauelemente mittels Lötkolben gefahrlos auszuwechseln. Poren in der Schutzschicht verursachen keine Schwächung des Leitungsmusters, sondern allenfalls die Galvanisierung der Folie, die beim späteren Ätzen wegfällt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen mit metallisierten Durchführungs- und Verbindungslöchern, bei dem ein isolierendes Negativmuster der gewünschten Schaltung auf eine mit Metallfolie bekleidete Isolierplatte aufgebracht wird und die Lochwände vor der galvanischen Behandlung leitfähig gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen des Negativmusters und vor dem Herstellen der Löcher die ganze mit der Metallfolie belegte Isolierplatte mit einem abziehbaren Film belegt wird, dann die

Löcher hergestellt und in bekannter Weise ihre Wandungen mit leitfähigem Stoff belegt werden, worauf der abziehbare Film entfernt und anschließend in bekannter Weise das Schaltungsmuster samt Lochwänden plattiert sowie das Negativmuster und die nicht plattierte Folie entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bekleidung der Lochwände mit einem Graphit-Alkohol-Gemisch vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Plattierung galvanisch zuerst eine Kupfer- und anschließend eine Lotschicht aufgetragen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 639 178;
Zeitschrift »Modem Plastics«, April 1954, S. 94/95.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen