DE2815111A1

DE2815111A1 - Traeger fuer gedruckte schaltungen und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2815111A1
Application number: DE19782815111
Authority: DE
Inventors: Joseph Jawshin Chang
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1977-04-07
Filing date: 1978-04-07
Publication date: 1978-10-19
Also published as: NL7803546A; IT7867767A0; FR2386959A1; US4107837A; JPS53126161A

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH · BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2815111

Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (05121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

Western Electric Company, Incorporated Chang, J.J,

Broadway, Case 1-7

New York, Έ.Ί, 10038,
U. S. 1.

Träger für gedruckte Schaltungen, und Verfahren zu dessen Herstellung

Beschreibung:

Diese Erfindung "betrifft einen Träger für gedruckte Schaltungen mit Metallunterlagen.

Sowohl bei dem Additionsverfahren wie bei dem Subtraktionsverfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen können als isolierende Unterlage eine Vielzahl von Trägermaterialien eingesetzt werden. Zur Herstellung biegsamer Trägermaterialien für gedruckte Schaltungen besteht ein großes Interesse an der Ver-

MUnchen: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. . H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

809842/0888

Wendung dünner Metallfolien, die beispielsweise eine Dicke von (2,5 bis 18) χ 10 cm aufweisen und mit einem dielektrischen Material überzogen sind. In der Vergangenheit sind dickere, nicht biegsame Metallfolien, beispielsweise mit einer Dicke von (41 bis 82) χ 10~^cm eingesetzt worden, die mit dielektrischen Materialien überzogen worden sind; zum Aufbringen der dielektrischen Materialien ist die Unterlage vorgewärmt worden, und das Aufbringen des dielektrischen Materials erfolgte in Form von Pulver bei einem Fluidbett-Verfahren oder mittels einem elektrostatischen Überzugsverfahren. Diese beiden Verfahren sind dann nachteilig, wenn dünne, biegsame Metallfolien (mit einer Dicke von (2,5 bis 18) χ 10 cm eingesetzt v/erden, welche durchgehende Bohrungen aufweisen. Sofern eine solche dünne Metallfolie unter Anwendung der bekannten Verfahren beschichtet wird, weist der erhaltene dielektrische überzug entweder keine ausreichende Abdekkung der Kante der durchgehenden Bohrung auf oder, sofern eine •ausreichende Kantenabdeckung gewährleistet ist, ist der erhaltene Überzug zu dick, oder dessen Oberflächenbeschaffenheit ist zu rauh und für die praktischen Zwecke nicht geeignet. Sofern eine schlechte dielektrische Kantenabdeckung vorliegt, kann.an dem Träger mit der aufgebrachten gedruckten Schaltung zwischen.der Metallfolie bzw. der Unterlage und dem leitfähigen Schältungsmuster auf dem dielektrischen Überzug leicht ein Kurzschluß auftreten. Sofern der dielektrische Überzug zu dick ist, leidet darunter die Biegsamkeit der fertigen Schaltung und es steigen die Materialkosten. Sofern die Oberflächenbeschaffenheit rauh und uneben ist, wird es sehr schwierig, mittels Druckverfahren oder

809842/0888

mit Schablonen auf dieser Oberfläche ein leitfähiges Muster oder ein Muster aus Resistmaterial aufzubringen. Ferner weist nach der Metallisierung einer solch rauhen Oberfläche die erhaltene Metallabscheidung innere mechanische Spannungen auf, welche auf die rauhe Oberflächenbeschaffenheit zurückzuführen sind.

Es besteht deshalb ein Bedarf nach der Bereitstellung eines Trägers für gedruckte Schaltungen mit einer biegsamen Metallunterlage und einem dielektrischen Überzug darauf, der eine gute Kantenabdeckung und die erforderliche Oberflächenbeschaffenheit aufweist.

Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, diesen Bedarf zu befriedigen und einen entsprechenden Träger für gedruckte Schaltungen bereitzustellen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägers anzugeben.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit den Patentansprüchen 1 und 7 wiedergegeben, Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den TJnteransprüchen.

Mit der vorliegenden Erfindung werden somit Träger für gedruckte Schaltungen bereitgestellt, die Metallunterlagen enthalten.

Zu dem erfindungsgemäßen Verfahren gehört es, eine Metallunterlage mit einer durchgehenden Bohrung bereitzustellen. Die Metallunterlage wird mit einem dielektrischen Pulver beschichtet, das

809842/0888

einen geeigneten Wert für die Fließlänge aufweist, so daß auf der Unterlage ein dielektrischer Überzug erzeugt wird, der eine ausreichende Kantenabdeckung im Bereich der durchgehenden Bohrung aufweist.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung im einzelnen erläutert. Zu dieser Erläuterung dienen auch 3 Blatt Abbildungen mit den Pig. 1 bis 5; im einzelnen zeigen:

Fig.1 die Darstellung einer Schnittansicht eines Ausschnitts aus einem Träger für gedruckte Schaltungen mit einem dielektrischen Überzug und einer leitfähig en Schicht darauf;

Fig. 2 in Form einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit der Fließlänge (in cm) auf einer Glasplatte längs der Ordinate von der. Temperatur (in ⁰C) längs der Abszisse;

Fig. 3 in Form eines Blockdiagrammes die Fertigungsstraße zur Herstellung erfindungsgemäßer Träger für gedruckte Schaltungen;

Fig. 4 in Form einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit der Kantenabdeckung (in %) längs der Ordinate von der Substratdicke (in mm) längs der Abszisse; und

809842/0888

Pig. 5 eine Teilansicht von Metallunterlagen für Träger für gedruckte Schaltungen in Form der gestanzten Metallfolie.

Mit der Pig. 1 ist ein Querschnitt durch einen Teil eines biegsamen Trägers 50 für gedruckte Schaltungen dargestellt, der nach üblichen Verfahren, etwa mittels Pulverbeschichtung nach dem Pluidbett-Verfahren oder mittels elektrostatischer Beschichtung hergestellt wordsn ist. Zu dem Träger 50 gehört eine Metallunterlage 51» die typischerweise eine Dicke im Bereich von ungefähr (2,5 bis 18) χ 10 cm aufweist; an dieser Metallunterlage 51 ist eine durchgehende Bohrung 52 ausgespart, wie sie für Schaltungen üblich ist. Die Unterlage 51 ist mit einem dielektrischen Überzug 53 versehen. Auf dem Überzug 53 ist eine leitfähige Schicht 54 abgeschieden, welche einen Ausschnitt aus dem Schaltungsmuster darstellt. Sofern der Träger 50 nach üblichen Verfahren (Beschichtung mittels Pluidbett oder elektrostatischer Pulverbeschichtung) hergestellt wird, hat sich herausgestellt, daß die Kantenabdeckung 53 (a) des Überzugs 53 (von einer Kante der durchgehenden Bohrung 52 zu der leitfähigen Schicht 54) nicht befriedigend ist, da in diesem Bereich die Schichtdicke zu gering ist, so daß es zu dielektrischen Durchschlägen und einem elektrischen Kurzschluß zwischen Schaltung und Träger 50 kommt. Es ist festgestellt worden, daß der dielektrische Überzug 53 eine Kantenabdeckung 53(a) mit einer Dicke von wenigstens ungefähr A-0% der "Haupt-Schichtdicke"des Überzugs 53 haben soll. Unter der Bezeichnung "Haupt-Schichtdiske" wird die mittlere

809842/0889

Schichtdicke des dielektrischen Überzugs 53 an einer Hauptfläche 55 der Metallunterlage 51 verstanden. Eine solche Kantenabdeckung wird dadurch erhalten, daß anfänglich die Metallunterlage mit einem geeigneten dielektrischen Pulver beschichtet wird, das beim Schmelzen bestimmte Fließeigenschaften der Flüssigkeit oder der Schmelze aufweist. Insbesondere wird eine adäquate Kantenabdeckung dann erhalten, wenn eine Metallunterlage beschichtet wird (beispielsweise mittels elektrostatischer Verfahren) mit einem wärmehärtenden dielektrischen Pulver, das bei einer bestimmten Temperatur einen geeigneten Wert für die Fließlänge aufweist, beispielsweise bei 150⁰C auf einer Glasplatte einen Wert für die Fließlänge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,65 cm. Die Fließlänge auf einer Glasplatte wird nach dem nachfolgend angegebenen Verfahren bestimmt.

0,2 g des betreffenden dielektrischen Pulvers werden im Verlauf von 10 min unter einem Druck von 908 kg zu einem kreisförmigen Pellet mit einem Durchmesser von 0,6 cm gepreßt; hierzu kann eine übliche Tablettenpresse verwendet werden. Zu einer typischen Tablettenpresse gehört ein mit Chrom beschichteter Stahlzylinder (mit einer Länge von ungefähr 50 mm), der eine runde, zentrale durchgehende Öffnung mit einem Durchmesser von 0,6 cm aufweist. Das untere Ende der Öffnung ist von einem zylindrischen Stahlstab (Durchmesser 0,6 cm, Höhe ungefähr 12,7 mm) verschlossen, der sich innerhalb der zentralen Öffnung befindet. Das zu pressende Pulver wird in die an ihrer Unterseite verschlossene, zentrale Bohrung eingebracht und anschließend ein zylindrischer Stempel (mit einem Durchmesser von 0,6 cm und einer Länge von un-

009842/0888

gefähr 35 mm) von oben her eingesetzt. Anschließend wird auf den Stempel Druck ausgeübt, um das Pulver zu dem angestrebten Pellet zusammenzupressen.

Zur Ermittlung der Fließlänge wird das Pellet mit den oben genannten Abmessungen auf einer Glasplatte (wie sie beispielsweise bei mikroskopischen Untersuchungen verwendet wird, geeignete Glasplatten werden unter der Bezeichnung "Fisher Brand Microslide" von der Fisher Company, Fairlawn, New Yersey,U.S.A. vertrieben) aufgebracht; die Glasplatte mit dem aufgebrachten Pellet wird unter einer Neigung von 45 gegenüber der Senkrechten in einem bei einer bestimmten Temperatur, beispielsweise bei 150⁰C, gehaltenen Ofen angeordnet. Das Pellet schmilzt zuerst und verfließt, bis sich das Pelletmaterial erneut verfestigt. Unter Fließlänge wird die gesamte Länge der beobachteten Fließstrecke verstanden, einschl. dem verbleibenden Pelletdurchmesser abzüglich dem ursprünglichen Pelletdurchmesser (von 0,6 cm). Der Wert für die Fließlänge wird bei jeder Temperatur zwischen der Schmelztemperatur und der Zersetzungstemperatur des wärmehärtbaren Pulvers gemessen.

Mit Fig. 2 ist der entsprechende Bereich für geeignete Werte der Fließlänge auf einer Glasplatte dargestellt, welche das wärmehärtbare dielektrische Pulver aufweisen soll; z.B. soll das Pulver bei den nachfolgend angegebenen Temperaturen für die Fließlänge Werte zwischen den angegebenen Grenzwerten aufweisen:

8098 k2/0888

Werte für Fließlänge geeigneter Pulver:

Temperatur Pließlänge

10O⁰C von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,35 cm

125⁰C von ungefähr 0,05 "bis ungefähr 0,50 cm

15O⁰C von ungefähr 0,1 "bis ungefähr 0,65 cm

180⁰C von ungefähr 0,175 "bis ungefähr 0,70 cm

225⁰C von ungefähr 0,30 bis ungefähr 0,80 cm

25O⁰C von ungefähr 0,35 bis ungefähr 0,90 cm

Geeignete Werte für die Fließlängen auf einer Glasplatte können für jede beliebige Temperatur aus der graphischen Darstellung nach Fig. 2 abgelesen werden, wo der Bereich für geeignete Werte der Fließlängen durch die Linien A und B eingegrenzt ist.

Mit Fig. 3 ist in schematischer Darstellung eine Fertigungsstrecke 60 für die kontinuierliche Herstellung erfindungsgemäßer Träger für gedruckte Schaltungen dargestellt. Zu dieser Strecke 60 gehört ein Wickel mit einer Metallfolie 61, die als Metallunterlage für einen Träger für gedruckte Schaltungen geeignet ist. Zu geeigneten Folienmetallen gehören Stahl, Kupfer, Aluminium und deren Legierungen. Für die Herstellung von biegsamen Trägern für gedruckte Schaltungen soll die Dicke der Metallfolie im Bereich von (2,5 bis 18) χ 10"^cm liegen. Sofern die Dicke der Metallfolie weniger als 2,5 χ 10 cm beträgt, treten bei der Handhabung der Folie mechanische Schwierigkeiten auf, da Faltenbildung auftritt; weiterhin wird es schwierig, die

809842/0888

281511t

Abmessungen der Unterlage durch Ausstanzen oder dgl. festzulegen. Schließlich stellt eine solch dünne Unterlage einen schlechten Träger für den fertigen dielektrischen Überzug und die Metallisierung dar und v/eist schlechte Dimensionsbeständigkeit auf. Sofern die Dicke der Metallfolie mehr als 18 χ 10 cm beträgt, ist eine solche Folie für einen biegsamen Träger praktisch nicht geeignet, da die Biegsamkeit verloren geht oder stark beeinträchtigt ist, sofern der Träger eine Metallunterlage mit einer Dicke von mehr als 18 χ 10 ^ycm enthält. Bei Metallunterlagen mit einer Dicke bis zu 18 χ 10 cm tritt notwendigerweise eine schlechte Kantenabdeckung an durchgehenden Bohrungen der Unterlage auf, solange die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen nicht angewandt werden.

Mit Pig. 4 ist in Form einer graphischen Darstellung die Kantenabdeckung (%) in Abhängigkeit von der Substratdicke dargestellt; es wurden verschiedene Unterlagen aus einer Stahlfolie (Stahl C 1010) verwendet, die mit einem wärmehärtenden Pulver aus einem Epoxyharz überzogen worden sind, das die.erforderliche Viskosität oder den erforderlichen Wert für die Fließlänge auf einer Glasplatte nicht aufweist. Das verwendete Pulver hatte bei 150⁰C für die Fließlänge auf einer Glasplatte einen Wert von 0,7 cm. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird an Metallunterlagen bis zu einer Dicke von 25 x 10 cm eine brauchbare Kantenabdeckung nicht erhalten. Diese nicht ausreichende Kantenabdeckung beruht darauf, daß an relativ dünnen Metallunterlagen (mit einer Dicke

809842/0880

von (2,5 bis 25) x 10" cm) beim Schmelzen des Überzugspulvers die von der Oberflächenspannung ausgehenden Wirkungen dominieren. Sofern das Pulver die angestrebten Pließeigenschaften nicht aufweist, gehen von der Oberflächenspannung an den scharfen Kanten der durchgehenden Bohrungen die stärkeren Wirkungen aus, was dazu führt, daß die Schmelze (aus dem geschmolzenen Pulver) von diesen Kanten v/eggezogen wird, woraus die schlechte Kantenabdeckung resultiert.

Wie mit Fig. 3 schematisch dargestellt, wird die Metallfolie 61 zuerst in eine übliche Gerade-Richt-Station geführt, beispielsweise eine mit Walzen arbeitende Ausrichtstation 62. Die Walzen der Metall-Ausrichtstation 62 ziehen die Folie 61 von dem Vorratswickel ab; nach dem Geraderichten läuft die Folie 61 durch eine übliche Vorrichtung 65, beispielsweise eine mittels Elektronenentladung arbeitende Bearbeitungsnaschine, um an einer Vielzahl von Metallunterlagen die für das angestrebte Schaltungsmuster erforderlichen durchgehenden Bohrungen auszubilden. Anstelle der Vorrichtung 63 können zur entsprechenden Bearbeitung Bohrmaschinen, eine Stanzpresse oder Einrichtung zum chemischen oder elektrochemischen Formätzen benutzt werden.

Wie mit Fig. 5 dargestellt, wird aus der Metallfolie 61 beim Durchgang durch die Vorrichtung 63 (vgl. Fig. 3) eine Anzahl Unterlagen 64 mit vorgegebener Form gebildet, welche Verbindungsstege 65 zwischen den einzelnen Unterlagen 64 aufweisen, so daß die Gesamtheit der Unterlagen 64 weiterhin in Form einer Folie oder eines Bandes vorliegt. Mittels der Vorrichtung 63 (Fig. 3) werden aucL entsprechend einem vorgegebenen Muster die durchge-

009842/0881

henden Bohrungen 70 für die durchgehenden Verbindungen ausgebildet.

Nachdem die Formgebung in der Vorrichtung 63 durchgeführt worden ist, wird die gestanzte Metallfolie 61 durch eine übliche Entfettungsstation 66 (vgl. Pig. 3) geführt. Die Entfettungsstation 66 kann mit einem Sprühstrahl arbeiten, so daß ein Abteil für ein dampfförmiges Entfettungsmittel, wie z.B. Trichloräthylen, vorgesehen ist; weiterhin ist ein Gefäß für ein chemisch wirkendes Rostentfernungsmittel vorgesehen, wie 3.B. eine Salzsäure-Lösung; daran kann sich ein Abteil für eine erste Wasserspülung anschließen, um die zurückgebliebene Salzsäure abzuwaschen; daran kann sich ein Gefäß mit einer alkalischen Lesung anschließen (beispielsweise mit einem Material, das unter der Handelsbezeichnung "Oakite 190" vertrieben wird); an die Einwirkung der alkalischen Lösung schließt sich ein Abteil für die zweite Wasserspülung an, um die alkalische Lösung abzuwaschen; daran kann sich ein drittes Gefäß mit einer Zinkphosphat-Lösung anschließen (beispielsweise ein Material, das unter der Handelsbezeichnung "Phosdip R2" vertrieben wird); daran kann sich ein zweites Abteil zur Entfettung anschließen, wo die gestanzte Metallfolie erneut entfettet und dampfgetrocknet wird, beispielsweise mit Trichloräthylen. Die gestanzte Metallfolie wird dem Dampf zur Entfettung ungefähr 5 bis 10 min lang ausgesetzt; die Einwirkung der Chemikalien zur Rostentfernung wird solange vorgesehen, bis Rost oder vorhandenes Metalloxid entfernt ist; die Einwirkung der alkalischen Lösung kann ungefähr

809842/0888

3 bis 5 min betragen; die Einwirkung der Zinkphosphat-Lösung kann ungefähr 6 min betragen; schließlich erfolgt die abschliessende Dampftrocknung bis die Folie trocken ist.

Als nächste Verfahrensstufe wird die gestanzte Metallfolie 61 für die elektrostatische Pulverbeschichtung vorbereitet; hierzu wird die Metallfolie 61 durch eine Reinigungsstation 67 gezogen, wo die Folie gereinigt wird, beispielsweise mit wässriger Phosphorsäure ; anschließend wird gespült und daraufhin in einem Ofen 68 getrocknet; der Ofen kann beispielsweise ein Infrarot-beheizter Ofen sein, der typischerweise bei 150⁰C gehalten wird. Die getrocknete, gestanzte Metallfolie 61 wird anschließend in ein Gefäß mit dem Pulver oder in ein Pulverbett 69 eingeführt. Das Gefäß oder das Bett 69 ist mit einer üblichen, entweder manuell oder automatisch betriebenen Pulverbeschichtungseinrichtung versehen, um auf elektrostatischem Wege einen Pulverüberzug auf der ausgestanzten Metallfolie 61 aufzubringen, so daß diese mit einem dielektrischen Überzug 71 versehen wird. Einige typische, elektrostatisch arbeitende Pulver-Sprüheinrichtungen und deren Arbeitsweise sind in "Fundamentals of Powder Coating", herausgegeben von der Society of Manufacturing Engineers (1974) beschrieben.

Es soll erneut mit Nachdruck darauf verwiesen werden, daß, sofern ein geeignetes, wärmehärtendes Pulver bei der elektrostatischen Beschichtung nicht verwendet wird, ein dielektrischer Überzug mit einer nicht brauchbaren Kantenabdeckung an den durchgehenden Bohrungen erhalten wird, wie das bei 53 (a) in Fig. 1 dargestellt ist. Ein geeignetes Pulver ist ein solches, das beim Schmelzen die kritischen Fließeigenschaften aufweist, nämlich

»09842/088«

für die Fließlänge auf einer Glasplatte einen geeigneten Wert aufweist, beispielsweise von 0,1 bis 0,65 cm bei 15O⁰C. Sofern das verwendete Pulver bei einer bestimmten Temperatur für die Fließlänge einen Wert aufweist, der größer ist als der mit Fig. 2 für diese Temperatur angegebene Wert der Fließlänge, wird lediglich eine geringe oder gar keine Kantenabdeckung der durchgehenden Bohrung erhalten. Sofern andererseits das verwendete Pulver für die Fließlänge einen Wert aufweist, der kleiner ist, als der aus Fig. 2 für diese Temperatur ersichtliche Wert, so wird zwar eine adäquate Kantenabdeckung erhalten, die resultierende dielektrische Oberfläche ist jedoch viel zu rauh und viel zu unregelmäßig für die Verwendung als Träger für gedruckte Schaltungen.

Es kann jedes beliebige wärmehärtende Pulver eingesetzt werden, das die erforderliche Fließlänge auf einer Glasplatte aufweist. Zu geeigneten, brauchbaren dielektrischen Pulvern gehören Pulver aus Epoxyharz, Polyester, Acrylmaterialien und dgl..

Die Beschichtung mit Pulver soll in einem solchen Ausmaß durchgeführt werden, daß der erhaltene dielektrische Überzug 71 eine ausreichende Dicke aufweist, damit die angestrebte Isolierung gewährleistet ist, ohne daß daraus eine solche Steifheit resultiert, welche die Biegsamkeit beseitigt. Bei biegsamen Trägern für gedruckte Schaltungen mit einer Metallunterlage mit einer Dicke von (2,5 bis 18) χ 10"^cm kann der gesamte dielektrische Überzug pro Hauptfläche der Metallunterlage eine Dicke bis zu

909842/0988

18 χ 10 cm aufweisen, bevor eine solche Steifheit auftritt, welche die für einen biegsamen Träger für gedruckte Schaltungen geforderte Biegsamkeit beseitigt. Bei biegsamen Trägern für gedruckte Schaltungen führt ein dielektrischer Gesamtüberzug, der aus einer einzigen Schicht oder aus einer Anzahl von diskreten Schichten bestehen kann, dann zu einer unerwünschten Steifheit und zusätzlichen unerwünschten Herstellungskosten, wenn die Dicke des Gesamtüberzugs auf jeder Hauptfläche mehr als 18 χ 10 cm ausmacht. Typischerweise weist eine dielektrische Schicht oder ein dielektrischer Überzug 71 eine Schichtdicke von ungefähr (7,6 bis 10,2) χ 10~⁵cm auf.

Nachdem die Pulverbeschichtung vorgenommen worden ist,wird die gestanzte,mit dielektrischem Pulver beschichtete Metallfolie 61 in einem Ofen 72 erwärmt; die Dauer der Erwärmung und die Temperatur des Ofens werden mit der Maßgabe ausgewählt, daß der vorliegende dielektrische Überzug 71 auf der Metallfolie 61 schmilzt. Bei einem wärmehärtenden Harz, wie etwa einem Epoxyharz, wird die Folie 61 und der dielektrische Pulverüberzug 71 in dem Ofen 72 auf eine ausreichende Temperatur erwärmt, damit das Pulver schmilzt und das Harz bis zum "B"-Zustand ausgehärtet wird. Sofern ein Epoxyharz verwendet wird, wird die Metallfolie 61 mit dem dielektrischen Pulverüberzug 71 typischerweise eine minlang auf 240⁰C erwärmt. Der erhaltene geschmolzene und teilweise ausgehärtete dielektrische Überzug 71 isoliert die aus der Metallfolie 61 bestehende Metallunterlage von dem auf der Oberfläche des Trägers für gedruckte Schaltungen vorgesehenen elektrischen Schaltungsmuster.

809842/0888

Sofern eine relativ glattere dielektrische Oberfläche angestrebt wird, wird die Metallfolie 61 mit der dielektrischen Schicht 71 einer weiteren Station zugeführt, wo ein zweites Pulver mit solchen Fließeigenschaften der Schmelze aufgebracht v/ird, daß dem dielektrischen Überzug 71 die angestrebte Giätte erteilt wird. Ein geeignetes zweites Pulver ist beispielsweise ein solches Pulver, das für die Fließlänge auf einer Glasplatte bei 150⁰C einen Wert von ungefähr 1,2 bis ungefähr 1,5 cm aufweist. Typischerweise hat das zweite Pulver für die Fließlänge auf einer Glasplatte Werte, die über den in Fig. 2 dargestellten Wertebereich hinausgehen. In dieser Hinsicht kann angemerkt werden, daß das zweite Pulver aus der gleichen Harzzusammensetzung bestehen kann, wie das erste Pulver; jedoch ist das zweite Pulver in unterschiedlicher Weise behandelt worden, beispielsweise ist es nicht gealtert worden, oder es ist in geringerem Ausmaß ausgehärtet worden, so daß es die höhere Fließlänge aufweist. Andererseits kann das zweite Pulver auch eine gegenüber dem ersten Pulver unterschiedliche Harzzusammensetzung (wärmehärtend oder thermoplastisch) aufweisen. Geeignete zweite Pulver können von einem einschlägigen Fachmann im Hinblick auf die angestrebte oder erforderliche Glätte leicht ausgewählt werden.

Die mit dem dielektrischen Überzug versehene Metallfolie 61 wird im Anschluß an den Ofen 72 direkt in ein Gefäß oder Bett mit dem zweiten Pulver geführt, um dieses auf elektrostatischem Wege aufzubringen; hierbei wird auf dem dielektrischen Überzug eine Pulverschicht aufgebracht, die schließlich zu der glatten

809842/0803

Deckschicht 74 führt. Die Dicke der Deckschicht 74 soll ausreichend dick sein, um die angestrebte Glätte der dielektrischen Schicht oder des dielektrischen Überzugs 71 zu gewährleisten. Unter typischen Bedingungen wird für eine (2,5 bis 18) χ 10 cm dicke Stahlunterlage mit einer (7,6 bis 10,2) χ 10 cm dicken dielektrischen Schicht auf jeder Hauptfläche eine Deckschicht mit einer Dicke von ungefähr (2,5 bis 5,1) x 10 cm auf jeder Hauptfläche vorgesehen.

Die Metallfolie mit der aufgebrachten Deckschicht wird anschliessend in einen Ofen 76 geführt, wo die Deckschicht 74 geschmolzen wird und einen durchgehenden Überzug bildet; hierbei tritt auch eine vollständige Aushärtung jedes wärmehärtenden Harzes in den Überzügen 71 und/oder 74 auf. Sofern für die Überzüge 71 und/oder 74 ein Epoxyharz verwendet wird, wird die Metallfolie 61 mit der Deckschicht im Ofen 76 typischerweise 3 bis 5 min lang auf 240⁰C erwärmt. Unter "vollständiger Aushärtung" wird verstanden, daß das erhaltene ausgehärtete Harz bis zu dem erreichbaren Ausmaß die optimalen Eigenschaften im Hinblick auf die elektrischen und mechanischen Eigenschaften sowie die chemische Beständigkeit angenommen hat, d.h., im Hinblick auf diejenigen Kriterien, die in der Fachwelt gut bekannt sind und von einem Fachmann leicht experimentell festgestellt werden können. Sofern ein Epoxyharz ausgehärtet wird, wird unter "vollständiger Aushärtung" typischerweise verstanden, daß die in dem Harz ursprünglich vorhandenen Epoxy- oder Oxiran-Gruppen im Verlauf der Aushärtung verbraucht worden sind und das Ausmaß der Vernetzung optimale physikalische Eigenschaften für die angestrebte Anwendung gewährleistet.

009842/0888

Die erhaltene isolierte Metallfolie 61 wird anschließend durch eine Station 77 mit den üblichen Maßnahmen zur Metallisierung geführt, um eine ausgewählte Metallisierung entsprechend der Form des angestrebten elektrischen Schaltungsmusters aufzubringen. In dieser Hinsicht sei darauf hingewiesen, daß in die Deckschicht 74 eine die stromlose Metallabscheidung katalysierende Komponente, wie z.B. metallisches Palladium eingearbeitet werden kann, um eine katalytisch aktive Schicht zu erhalten, die metallisiert werden kann. Es kann Jedoch auch jedes andere übliche Metallisierungs-verfahren angewendet werden, Vie etwa die Beschichtung aus der Gasphase, die stromlose Beschichtung, die Beschichtung im Vakuum und dgl.. Typischerweise wird die Oberfläche der Deckschicht 74 den üblichen Maßnahmen zur stromlosen Metallabscheidung ausgesetzt, wobei eine katalytisch aktive Komponente auf der Deckschicht 74 abgeschieden wird, die anschließend die Reduktion und Abscheidung eines Metalles aus einem Bad für die stromlose Metallabscheidung katalysiert. Die Oberfläche der Deckschicht 74 kann unter Anwendung einer Abdekkung metallisiert v/erden, und im Anschluß daran eine subtraktive Musterbildung vorgenommen v/erden; alternativ kann eine selektive Metallisierung durchgeführt v/erden, um das angestrebte leitende Schaltungsmuster zu erhalten. Einige typische geeignete Verfahren sind von I.B. Goldmann in "Plating", Seiten 47-52 (Januar 1974) beschrieben.

Zu anderen brauchbaren Metallisierungsmaßnahmen gehört es, eine leitfähige Tinte oder ein leitfähiges Klebemittel auf der Oberfläche der Deckschicht 74 aufzubringen, anschließend die Maskie-

809842/0888

rung mit Photoresist-Material durchzuführen und daran anschliessend die stromlose Metallabscheidung durchzuführen. Ein beispielhaftes Verfahren wird mit der US-Patentschrift 3 934 334 beschrieben.

Beispiel 1:

Ausführungsform A

Aus den nachfolgend angegebenen Komponenten wird ein Pulvergemisch hergestellt:

(1) 49,5 Gew.-% Diglycidyläther von Bisphenol-A mit einem Epoxid-Äquivalentgewicht von 750, einem Durran-Erweichungspunkt von 92⁰G (dieses Material wird uifcer der Bezeichnung "EPON 2001" von der Shell Chemical Company, Austin, Texas, U.S.A., vertrieben);

(2) 7,6 Gew.-5£ eines Diglycidyläthers von Bisphenol-A mit einem Epoxid-Xquivalentgewicht von 2000 bis 2500 und einem Durran-Erweichungspunkt von 125 bis 135⁰C (dieses Produkt wird unter der Bezeichnung "EPON 1007" von der Shell Chemical Company vertrieben);

(3) 7,6 Gew.-% eines bromierten Diglycidyläthers von Bisphenol-A mit ungefähr 21+2% Brom, mit einem Epoxid-Äquivalentgewicht von 455 bis 500 und einem Durran-Erweichungspunkt von 70 bis 80⁰C (dieses Produkt wird unter der Bezeichnung ¹¹ARAl-DITE 8011" von der Ciba Products Company, Ardsley,

New York, U.S.A., vertrieb^)» 809842/0888

(4) 11,4 Gew.-% eines bromierten Acrylnitril-Butadien-Copolymers mit endständigen Carboxylgruppen mit einer Brookfield-Viskosität von 550 "bis 750 000 cps "bei 27°C und mit einem Acrylnitrilgehalt von 26 "bis 28 Gew.-% (dieses Produkt wird unter der Bezeichnung "IEfCAR CTBN 1300X13" von der B.Έ. Goodrich Co., Cleveland, Ohio, U.S.A., vertrieben);

(5) 1,0 Gew.-?o rotes Eisenoxid;

(6) 5,0 Gew.-?o Antimonoxid;

(7) 14,0 Gew.-% Titanoxid;

(8) 2,3 Gew.-% eines Aushärtungsmittels auf Amin-Basis (dieses Produkt v/ird unter der Bezeichnung "D.E.H.-40" von der Dow Chemical Company, Midland, Michigan, U.S.A., vertrieben); und

(9.) 1,5 Gew.-% Dicyandiamid.

An einer 2,5 x 10""⁵cm dicken Stahlfolie (aus Stahl C1010) mit den Abmessungen 7,6 χ 15,2 cm werden mittels Elektronenentladung durchgehende Bohrungen erzeugt; anschließend wird die Folie 3 min lang in ein bei 71⁰C gehaltenes Bad mit 1,1,1-Trichloräthan eingetaucht. Die entfettete Folie wird daraufhin 3 min lang in einer bei 71⁰C gehaltenen, wässrigen 8,2 Gew.-%igen Η,ΡΟ,-Lösung gereinigt. Die Unterlage wird daraufhin 3 bis 5 min lang in einem bei 15O⁰C gehaltenen Konvektionsofen getrocknet.

809842/0885

Das vorbereitete Pulver wird ungefähr 8 Std. lang "bei 55°C gealtert, um ein Pulver zu erhalten, das bei 150 C auf einer Glasplatte für die Fließlänge einen Wert von ungefähr 0,4 cm aufweist. Die getrocknete Unterlage wird daraufhin mit dem vorbereiteten und gealterten Pulvergemisch beschichtet, wozu eine übliche, handbetriebene Einrichtung für die Pulverbeschichtung (eine unter der Bezeichnung ¹¹GEMA. Type 710" von der Interrad Co, Stanford, Connecticut, U.S.A. vertriebene Sprüheinrichtung) verwendet wird, so daß eine (15,2 bis 25,4) x 10~^cm dicke Schicht aus ungeschmolzenem Pulver erhalten wird. Das mit Pulver beschichtete Substrat wird in einem Infrarot-beheizten Ofen 1 min lang auf 240⁰C erwärmt,wodurch auf jeder Hauptfläche der Unterlage ein (7,6 bis 10,2) χ 10 cm dicker Überzug aus geschmolzenem Pulver erhalten wird. Der erhaltene Überzug weist eine adäquate Kantenabdeckung der durchgehenden Bohrungen auf, was mittels mikroskopischer Untersuchungen der Querschnittsbereiche unter einer Vergrößerung von 100 festgestellt worden ist. Aa Photographien der Querschnittsbereiche der beschichteten durchgehenden Bohrungen ist festgestellt worden, daß die Kantenabdeckung eine Dicke von wenigstens 40% der Dicke des Überzugs an einer Hauptfläche aufweist.

Ausführungsform B

Im wesentlichen wird das Verfahren nach Beispiel 1A wiederholt. Abweichend wird auf der Oberfläche des Überzugs eine Deckschicht aufgebracht. Hierzu wird ein Pulvergemisch aus den nachfolgenden Komponenten hergestellt:

809842/0888

(1) 25 Gew.-% eines Diglycidyläthers von Bisphenol-A mit einem Epoxid-Äquivalentgewicht von 750 und einem Durran-Erweichungspunkt von 92⁰G (dieses Produkt wird unter der Bezeichnung "DRH 201" von der Shell Chemical Company vertrieben) ;

(2) 25,2 Gew.-% eines "bromierten Epoxyharzes mit einem Epoxid-Äquivalentgev/icht von 600 "bis 750, mit einem Durran-Erweichungspunkt von 90 bis 100⁰C und mit einem Bromgehalt von 4-2% (dieses Produkt wird unter der Bezeichnung "EPI-REZ 5183" von der Celanese Corporation, Belvedere, New Jersey, U.S.A., vertrieben);

(3) 12,6 Gew.-?£ "EPON 1007";

(4) 12,6 Gew.-% eines Diglycidyläthers von Bisphenol-A mit einem Epoxid-Äquivalentgewicht von 2500 bis 4000 und einem Durran-Erweichungspunkt von 145 bis 155°C (dieses Produkt wird mit der Bezeichnung "EPOKT 1009" von der Shell Chemical Company vertrieben);

(5) 10,1 Gew.-% eines bromierten Acrylnitril-Butadien-Copolymers mit endständigen Carboxylgruppen, mit einer Brookfield-Yiskosität von 550 bis 750 cps bei 27°C und mit einem Acrylnitril-Gehalt von 26 bis 28 Gew.-% (dieses Produkt wird unter der Bezeichnung "HYCAR CTBN 1300X8» von der B.P.Goodrich Company vertrieben);

809842/0888

(6) 1 &evi.-% rotes Eisenoxid;

(7) 10 Gew.-?6 Antimonoxid ι

(8) 1,8 Qe\i.-°/o eines Aushärtungsmittels auf Amin-Basis (dieses Produkt wird unter der Bezeichnung "D.E.H. 40" von der Dow Chemical Company vertrieben);

(9) 1f2 Ge\i.-% Dicyandiamid; und

(10) 0,05 Gew.-56 eines Flußmittels (dieses Produkt wird unter der-Bezeichnung "Resimix P" von der Mohawk Industries, Louisville, Kentucky, U.S.A., vertrieben).

Das vorbereitete Pulvergemisch weist bei 150 C für die Fließlänge auf einer Glasplatte einen Wert von ungefähr 1,2 cm auf. Dieses vorbereitete Pulvergemisch wird mittels der in Beispiel 1-A angegebenen Vorrichtung auf jeder Hauptfläche des Überzugs in

Zt

Form einer nicht geschmolzenen, (7,6 bis 12,7) x 10 cm. dicken Deckschicht aufgebracht. Das erhaltene zusammengesetzte Material wird anschließend in einem Infrarot-beheizten Ofen 2 bis 5 min lang bei 240⁰C gebrannt, wobei die beiden Pulverüberzüge vollständig aushärten; es wird eine glatte Deckschicht mit einer

•z

Dicke von (2,5 bis 5,1) x 10" cm auf geder Hauptfläche erhalten. Beispiel 2:

Im wesentlichen wird das Verfahren nach Beispiel 1-A wiederholt; abweichend wird als Pulver für den ersten Überzug ein Pulverge-

809842/0888

gemisch aus den nachfolgenden Komponenten eingesetzt:

(1) 21,0 Gew.-96 "EPON 2001";

(2) 7,6 Gew.-96 "EPON 1007";

(3) 15,2 Gew.-96 "EPON 1009";

(4) 21 Gew.-96 "EPI-REZ 5183";

(5) 11,4 Gev/,-% bromiertes Acrylnitril-Butadien-Copolymer mit endständigen Carboxylgruppen ("HICAR CTBN 1300X9» der B.F.Goodrich Company);

(6) 1,82 Gew.-96 Amin-Härtungsmittel ("D.E.H.40» der Dow Chemical Company);

(7) 1,22 Gew.-96 Dicyandiamid;

(8) 5 Gew.-% Antimonoxid;

(9) 14 Gew.-96 Titandioxid; und

(10) 2,0 Gew.-96 anorganisches Pigment (dieses Pigment wird unter der Bezeichnung "10334 Brite Blue" von der Drakenfeld/Hercules Incorporated, Glens Palls, New York, U.S.A. vertrieben).

Das Pulvergemisch wird ungefähr 12 Std. lang bei 55°C gealtert, wonach ein gealtertes Pulver erhalten wird, das bei 150⁰C für die Fließlänge auf einer Glasplatte einen Wert von ungefähr 0,1 cm aufweist.

Auf den Hauptflächen der Unterlage wird ein (7,6 bis 10,2)x 10 cm dicker geschmolzener Überzug aus diesem Pulvergemisch aufgebracht.

809842/0889

Ein zweites Pulver aus dem nicht gealterten Pulvergemisch wird anschließend mittels der gleichen Vorrichtung auf der Überzugsoberflache aufgebracht und 3 "bis 5 min lang auf 240⁰C erwärmt, wobei beide Pulverüberzüge vollständig aushärten; es wird eine glatte Deckschicht mit einer Dicke von (2,5 bis 5,1) x 10~^cm erhalten. Wiederum zeigen die mikroskopische und photographische Untersuchung der Querschnittsbereiche der durchgehenden Bohrungen, daß eine Kantenabdeckung mit einer Schichtdicke von wenigstens 40% der Schichtdicke des Überzugs an den Hauptflächen erhalten worden ist.

Beispiel 3:

Im wesentlichen wird das Verfahren nach Beispiel 1-A wiederholt; abweichend wird ein dielektrischer Überzug aus den nachfolgenden Komponenten aufgebracht:

(1) 20,1 Gew.-96 "EPON 2001";

(2) 3,6 Gew.-96 "EPON 1007";

(3) 7,3 Gew.-96 "EPON 1009";

(4) 5,5 Gew.-96 "HTCAIl CTBN 1300X13";

(5) 2 Gew.-% rotes Eisenoxid;

(6) 30 Gew.-% Aluminiumoxid-trihydrat (das Produkt wird unter der Bezeichnung "Alcoa Hydral 705" von der Aluminium Co. of America, New Kensington, Pennsylvania, U.S.A. vertrieben);

809842/0889

(7) 30 Gew.-% Aluminiumoxidtrihydrat (Alcoa Hydral 710); und

(8) 1,5 Gev/.-% eines schnell aushärtenden Härtungsmittels auf Aminbasis mit einem Amin-Stickstoffgehalt von 54,5 Ms 57,5 Gew.-% ("P-108" der Shell Chemical Company).

Dieses Pulvergemisch v/eist bei 150⁰C für die Fließlänge auf einer Glasplatte einen Wert von 0,15 cm auf. Im wesentlichen werdf-n für die Kantenabdeckung die gleichen Ergebnisse erhalten, wie bei Beispiel 1-A.

809842/0888

Lee 30... r s e 11

Claims

BLUMBACH . WESER . BERGEN . KRAMER ZWIRNER - HIRSCH . BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2 B 1 5 1 1

Patentcor.sult RadeckestraSe 43 8000 München 60 Telefon (089) 833603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561993 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

Western Electric Company, Incorporated Chang, J.J,

Broadway, Case 1-7

New York, Έ.Ύ. 10038,
U. S. A.

Träger für gedruckte Schaltungen und Verfahren zu dessen Herstellung

Patentansprüche:

( 1. Träger für gedruckte Schaltungen,

nu , einer Metallunterlage und einem Überzug aus dielektrischem Material,

das auf der Unterlage aufgeschmolzen ist und diese umgibt, wobei die Ausbildung eines elektrischen Leiters auf wenigstens ausgewählten Abschnitten des Überzugs möglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß
das dielektrische Material vor dem Aufschmelzen für die Pließ-

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. - H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. · P.Bergen Dipl.-Ing. Dr.jur. ■ G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

8O9842/O8fl0

länge einen Viert innerhalb des mit der graphischen Darstellung nach Fig. 2 angegebenen Bereichs aufweist, der gewährleistet, daß das dielektrische Material beim Aufschmelzen eine solche Kantenabdeckfähigkeit aufweist, daß die Schichtdicke im Bereich einer Kante wenigstens 4-0% der Schichtdicke des dielektrischen Überzugs an einer Hauptfläche ausmacht.
2. Träger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Unterlage wenigstens eine durchgehende Bohrung aufweist; die Kante eine Kante an der Wand dieser durchgehenden Bohrung darstellt; und

die Abdeckung der Kante der durchgehenden Bohrung mit dem dielektrischen Überzug eine Schichtdicke auf v/eist, die nicht geringer ist, als 40So der Schichtdicke des dielektrischen Überzugs an einer Hauptfläche.
3. Träger nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Metallunterlage aus einer dünnen, biegsamen Folie mit einer Dicke von (2,5 bis 18) χ 10~³ cm besteht.
4. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet» daß

der dielektrische Überzug auf 3'eder Hauptfläche eine Dicke von (7,6 bis 18) χ 10~^ cm, vorzugsweise von (7,6 bis 10,2) χ 10 cm aufweist.

809842/0801
5. Träger nach einem der Ansprüche 1 Ms 4, dadurch gekennzeichnet, daß

auf dem dielektrischen Überzug gegebenenfalls eine glatte, dielektrische Deckschicht von ausreichender Dicke vorhanden ist, um die Glätte des dielektrischen Überzugs zu verbessern.
6. Träger nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß

die dielektrische Deckschicht auf jeder Hauptfläche eine Dicke von (2,5 "bis 5,1) x 10. cm aufweist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Trägers für gedruckte Schaltungen nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei eine dünne Metallunterlage mit einem dielektrischen Pulver bedeckt wird, und

das dielektrische Pulver auf der Unterlage aufgeschmolzen wird, um

einen dielektrischen Überzug zu erhalten, der für die Ausbildung einer elektrischen Schaltung darauf geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

das dielektrische Pulver mit der Maßgabe ausgewählt wird, daß es für die Fließlänge einen solchen Wert aufweist, der gewährleistet, daß beim Aufschmelzen des dielektrischen Überzugs im Bereich einer Kante eine Abdeckung mit einer Schichtdicke von wenigstens 40% der Schichtdicke des dielektrischen Überzugs an einer Hauptfläche erhalten wird; wobei dieser Wert für die Fließlänge innerhalb des mit der graphischen Darstellung nach Fig. 2 angegebenen Bereiches liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß

eine Unterlage mit einer Dicke von (2,5 "bis 18) χ 10 cm verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Unterlage mit dem dielektrischen Pulver in einer solchen Menge überzogen wird, daß ein dielektrischer Überzug mit einer Schichtdicke von (7,6 bis 18) χ 10"^ cm, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von (7,6 bis 10,2) χ 10 cm erhalten wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß

gegebenenfalls auf dem dielektrischen Überzug ein zweites dielektrisches Pulver aufgebracht wird, um dort eine glatte, dielektrische Deckschicht mit einer solchen Dicke zu erzeugen, daß die Glätte des dielektrischen Überzugs verbessert wird, um dadurch eine wirksame Abscheidung von elektrischen Leitern mittels stromloser Metallabscheidung zu ermöglichen.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß

die dielektrische Deckschicht auf jeder Hauptfläche in einer Schichtdicke von (2,5 bis 5,1) x 10 cm aufgebracht wird.

809842/0809