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Verfahren zur Herstellung von verstärkten Durchführungslöchern in gedruckten Schaltungen
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Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 4 die Isolierplatte 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 ; Fig. 8 die Umgebung eines plattierten Loches ; Fig. 9 die Anordnung nach Fig. 8 nach dem Auftrag des Lotes ; Fig. 10 die Anordnung nach Fig. 9 nach dem Entfernen des Schaltungsnegativs ; Fig. 11 die fertige Schaltplatte.
Die nach diesem Verfahren hergestellte Montageplatte mit gedruckter Schaltung benutzt eine mit Metallfolie 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 Metallfolie verkleidete Platte" bezeichnet ein Isolierausgangsmaterial, auf dessen eine oder auf dessen beide Seiten eine Folie, gewöhnlich Kupfer, aufgeklebt ist. Silber ist zu vermeiden, da es unter gewissen Bedingungen in die nähere Umgebung abwandert. Prinzipiell kann jeder passende nichtleitende Stoff als Ausgangsmaterial verwendet werden ; sei- ne Auswahl erfolgt nach z. E. dielektrisdlen Eigenschaften, Gewicht, Dicke, Steifheit, Abriebfestigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Hitze, Feuchtigkeit oder Chemikalien und Preis. Als Grundmaterial.. steht eine Vielzahl von geeigneten Stoffen zur Verfügung, und von diesen ist bisher Hartpapier am meisten verwendet worden und leicht erhältlich.
Die Klebemittel zum Befestigen der Metallfolie auf dem Isoliermaterial haben unterschiedliche Haftfähigkeit ; obwohl zwar die Klebkraft ausreicht, um eine nicht allzu lange Leitung zuverlässig auf der Oberfläche des Grundmaterials festzuhalten, treten Ablösungen häufig auf, wenn andere elektrische Teile, wie Widerstände und Kondensatoren, an den Leitungen befestigt werden. Bei hohen Temperaturen, wie sie beim Tauchlöten auftreten, gibt das Klebemittel Gas ab, welches eine Blase unter der Leitung erzeugt und die Leitung von der Grundplatte ablöst. Die nachteiligen Wirkungen der Blasenbildung und der geringen Haftfähigkeit werden nach dem erfindungsgemässen Verfahren stark verringert.
Die auf das Grundmaterial aufgeklebte Metallfolie hat verschiedene Dicken zwischen etwa 0,01 und 0,25 mm ; die Folie besteht meist aus Kupfer. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist die Stärke der verwendeten Folie für dieDauerhaftigkeit des Überzuges nicht kritisch. Fig. 1 zeigt nun einen Querschnitt
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platte 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.
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 fliessendemWasser 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 freigelassen. 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 eine 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 : verden.
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 Metallfolie 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 andern Seite entsprechen muss. In Fig. 2 und 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 Schutz- überzug als auch über der freien Folie aufgebracht ; sie muss ohne Beschädigung des Schutzüberzuges leicht entfernbar sein. Solche Stoffe sind handelsüblich. Ein Beispiel ist Polyvinylchlorid, gelöst in MethylIsobutylketon.
Nach Aufbringung der abziehbaren Schicht wird an jeder für eine Querverbindung vorgesehenen Stelle ein Loch 10 durch die Platte gebohrt oder gestanzt. Dieses dient später als Anschluss für äusserlich aufgesetzte Bestandteile als Verbindung zwischen einem Leitungsmuster auf der einen Seite der Platte und
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einem Leitungsmuster auf der andern 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 der dem Loch zugekehrte Rand der Folie 2 nicht mit der abziehbaren Schicht 9 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, wob-ei darauf zu achten ist, dass die Innenseiten der Löcher vollständig werden. Hiefür eignet sich eine Lösung von 40 Teilen Graphit und 90 Teilen Isopropyl-Alkohol. Auf diesen Überzug wird später ein Metall aufgalvanisiert. Es hat sich gezeigt, dass die Galvanisierung beschleunigt wird durch Zusatz von 10 Teilen feinen Elektrolytkupfer-Pulvers 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.
Die Oberfläche 11 des Loches 10 hatte natürlich Werkzeugspuren, wie sie beim Bohren oder Stanzen entstehen. Die Graphit- oder Graphit-Kupferpulver-Mischung überbrückt aber diese Unebenheiten.
Ein zweites Verfahren zur Bekleidung der Loch-Innenseiten 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 Metallfolie und die leitend überzogenen Lochflächen werden dadurch freigemacht, 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 Metallfolie in einer einzigen galvanischen Operation mit Kupfer überzogen. Die Galvanisierung muss fortgesetzt werden, bis der Metall- überzug 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 strichpunktiert 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.
Ein Arbeitsbeispiel für die Plattierung einer Schaltplatte von 50 mm Breite und 150 mm Länge mit beidseitiger Kupferfolie verläuft etwa so : Die galvanische Lösung ist Kupferfluoborat ; es wird eine Stromdichte von 3 Amp/dm2verwendet. Die Galvanisierungszeit für die Plattierung der Löcher mit einer Dicke von 0,025 mm beträgt etwa 30 Minuten. Die Werte sollen als Anhaltspunkt dienen.
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 nur auf dem Leitungsmuster und in den Löchern absetzen. Geeignete galvanische Bäder sind bekannt. Bei gleicher Stromdichte und Zeit wie beim Kupferbad entsteht ein Lotüberzug von etwa 0,025 mm Dicke.
Dieser Lotüberzug über der. Kupferschicht soll die Tauchlötung erleichtern, wenn später Schaltteile angeschlossen werden ; er widersteht den korrodierenden Wirkungen der atmosphärischen Bedingungen, denen die Montageplatte mit gedruckter Schaltung im Betrieb ausgesetzt ist, und ausserdem greift die Säure bei einem später beschriebenen Ätzvorgang die Lotschicht nicht so schnell an wie die nackte Metallfolie. Fig. 9 zeigt ein plattiertes Loch und eine plattierte Leitung mit Lot auf dem Kupferüberzug. Das Lot 16 liegt über dem Kupferüberzug 13 innerhalb des Loches 10 und auf den Leitungsteilen 5 und 8.
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Jetzt kann der Schutzüberzug 4 entfernt werden. Die Art und Weise, in der das geschieht, richtet sich nach dem verwendeten Schutzmittel, aber gewöhnlich genügt dessen Auflösung mit einer chemi- schen Lösung. Zur Entfernung eines Überzuges auf Asphaltbasis, der nach dem Seidensiebverfahren auf- gebracht worden ist, genügt ein Bad von zwei bis vier Minuten in Ibluol. Jetzt erscheinen Loch und Lei- tung, wie Fig. 10 zeigt, und die bisher von dem Schutzmittel bedeckten Metallfolienteile 2 sind nun frei.
Der nächste Schritt besteht in der Entfernung der Metallfolie zwischen den Leitungen. Dies geschieht vorzugsweise durch Wegätzen der freien Folie bis zu dem Isoliergrundmaterial herunter. Die Ätzung er- folgt durch Einbringen der Platte in ein Chromsäure-Schwefelsäuregemisch. Die Säurelösung beseitigt das
Kupfer und bildet eine Bleichromatablagerung auf den Leitungsteilen 5. Für eine Tafel der Grösse von
50X150 mm liegt die Ätzzeit am besten zwischen sechs und zehn Minuten. Auch das Ätzverfahren ist nur als Beispiel zu werten.
Als letzter Schritt des Verfahrens werden die Leitungen abgeschliffen, um die Bleichromatablagerun- gen zu beseitigen. Dies kann mit einer Borstenbürste oder einem synthetischen Schwamm und pulveriser- tem Bimsstein erfolgen. Das Bleichromat auf den Leitungen und in den Löchern muss so weit entfernt werden, dass die Tauchlötung nicht beeinträchtigt wird. Ein fertig plattiertes Loch mit Leitung ist in Fig. 11 dargestellt. Die Folienschichten 2 sind dort völlig weggeätzt und geben die Isolierplatte 1 und die Klebmittelschicht überall dort frei, wo die Folie nicht von den Leitungsmustern oder plattierten Löchern bedeckt ist, die aus Kupferschichten 13 und Lot 16 bestehen.
Die nachstehenden Bemerkungen sollen auf die Schwierigkeiten, die das hier beschriebene Verfahren vermeidet, hinweisen. Obwohl die Montageplatte mit gedruckter Schaltung eine mit Metallfolie verkleidete Platte als Ausgangsmaterial hat, vermeidet oder verringert sie die diesem Material eigenen nachtei- ligen Eigenschaften, nämlich geringe oder schwankende Klebfestigkeit und Gasbildung des Klebmittels unter Erhitzung. Dies trifft aus folgenden Gründen zu :
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die Bildung von stark galvanisierten Querverbindungen, welche ein Ganzes mit dem Schaltungsmuster bilden, gleichzeitig mit der Bildung des Leitungsmusters.
Infolge 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 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 überall 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 andern Stellen als an Anschlüssen von Schaltteilen oder durchgehenden Verbindungen von Mustern auf entgegengesetzten Seiten der Platte ist es lediglich erforderlich, darauf zu achten, dass ein nur zur Verankerung verwendetes Loch nicht das Leitungsmuster auf den entgegengesetzten Seiten der Platte trifft. Dies ist nur eine Frage der Anordnung.
Die Wirkung der Gasbildung durch das die Folie mit der Isolierplatte verbindende Klebmittel bei dessen Erwärmung wird stark verringert durch die Dicke der Plattierung in dem Loch und des auf die Oberfläche aufgalvanisierten Lotes. Diese drei Punkte tragen alle dazu bei, die Tauchlötung von Schaltteilen mit einem grösseren Prozentsatz zuverlässiger Verbindungen zu gestatten, und heisse Stellen in dem Muster werden vermieden. Wenn eine Schaltplatte mit daran angebrachten Schaltteilen in ein Lötbad gebracht wird, muss von dem Bad genügend Wärme zu deren Anschlüssen gebracht werden, um alle Anschlüsse auf die Temperatur des geschmolzenen Lotes zu erwärmen.
Wenn die Querverbindungen durch die Isolierplatte hindurch die Wärme weniger gut leiten als andere Teile des Musters, entstehen unerwünschte "heisse Stellen" während der Behandlung im Lötbad dort, wo das Muster die Wärme gut absorbiert, und das Klebmittel unter diesen Stellen wird der Wirkung der Wärme solange ausgesetzt, wie die übrigen Stellen zum Erreichen derselben Temperatur brauchen. Bei dieser langen Wärmebehandlung bildet das Klebmittel häufig ein Gas, das eine Blase unter der Leitung entstehen lässt und diese ablöst. Eine lange Erhitzung ist auch oft unvermeidlich, wenn das Leitungsmuster nicht vor dem Tauchlöten verzinnt wird, weil wegen der Oberflächenverunreinigung die Wärmeübertragung nicht gleichmässig ist.
Deshalb ist manchmal ein Flussmittel erforderlich, jedoch haben diese Mittel schädliche elektrische Eigenschaften, und es sind weitere Verfahrensschritte für die Aufbringung und Beseitigung nötig. Da das Leitungsmuster bereits verzinnt ist, braucht die Wärmeübertragung von dem flüssigen Lötbad nur zu dem aufgalvanisierten Lot zu erfolgen, ohne das ganze Leitungsmuster zu erhitzen. Bei diesem Verfahren absorbiert tatsächlich das stark plattierte Loch mehr Wärme in einer gegebenen Zeit als das leitende Muster, so dass eine örtlich gesteuerte "heisse Stelle" dort auftritt, wo eine Lötverbindung erwünscht ist und wo sich wenig Klebmittel
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befindet.
Mit diesen örtlich gesteuerten "heissen Stellen" dient die gedruckte Schaltungsplatte selbst als Wärmeisolator und schützt schlecht leitende Bauelemente, so dass diese nun nach dembeschriebenen Verfahren tauchgelötet werden können. Die Verwendung von Flussmittel wird vermieden.
Neben der schon erwähnten Wiederstandsfähigkeitder Anordnung gegen Erschütterungen ist ein weiterer Vorteil die durch die starke Verankerung gegebene 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.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von verstärkten Durchführungs- und bzw. oder Befestigungslöchern in gedruckt-en-Schaltungen, bei denen ein isolierendes Negativmuster der herzustellenden Schaltung beidseits einer mit Metallfolie, ausgenommen Silberfolie, bekleideten Isolierplatte aufgebracht und die freibleibende Folie galvanisch verstärkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass über das ungelochte Negativmuster ein die ganze folienbelegte Isolierplatte bedeckender, abziehbarer Film aufgebracht wird, dann die gewünschten Löcher durch Film und Platte hergestellt und die Lochwände mit einem Graphit-AlkoholGemisch oder einer aufgedampften Metall-, vorzugsweise Kupferschicht, bekleidet werden,
worauf nach dem Entfernen des abziehbaren Films die freiliegende Folie und die Lochwände nacheinander mit zwei verschiedenen Metallen plattiert und schliesslich Negativmuster und nicht plattierte Folie in an sich bekannter Weise entfernt werden.
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Process for the production of reinforced through-holes in printed circuit boards
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Section along the line 3-3 of FIG. 4, the insulating plate with the peelable layer; Fig. 5 shows a through hole; 6 shows a feed-through hole with a peelable layer; Fig. 7 shows a hole made conductive after removal of the peelable layer; Fig. 8 shows the vicinity of a plated hole; 9 shows the arrangement according to FIG. 8 after the solder has been applied; FIG. 10 shows the arrangement according to FIG. 9 after removal of the circuit negative; FIG. 11 shows the finished circuit board.
The printed circuit mounting plate produced by this method uses a plate lined with metal foil as the starting material. In forming printed circuit boards from this material, certain problems arise associated with the material itself.
These problems will be apparent from the description of the plate material below.
As used in the art, the term "metal foil clad plate" denotes an insulating base material having a foil, usually copper, adhered to one or both sides. Silver should be avoided as it migrates to the surrounding area under certain conditions. In principle, any suitable non-conductive material can be used as the starting material; its selection takes place after z. E. dielectric properties, weight, thickness, stiffness, abrasion resistance, resistance to heat, moisture or chemicals and price. A variety of suitable materials are available as the base material, and of these, hard paper has been the most widely used and readily available.
The adhesives for fixing the metal foil on the insulating material have different adhesiveness; Although the adhesive strength is sufficient to reliably hold a conductor that is not too long on the surface of the base material, peeling often occurs when other electrical parts, such as resistors and capacitors, are attached to the cables. At high temperatures, such as those that occur during dip soldering, the adhesive releases gas, which creates a bubble under the line and detaches the line from the base plate. The adverse effects of blistering and poor adhesion are greatly reduced by the process of the invention.
The metal foil glued to the base material has various thicknesses between about 0.01 and 0.25 mm; the foil usually consists of copper. In the process according to the invention, the thickness of the film used is not critical for the durability of the coating. Fig. 1 now shows a cross section
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Plate 1 with a thickness adapted to the desired load-bearing capacity. The copper foil 2 is fastened with an adhesive 3 on both surfaces of this plate 1. It can be of any thickness, since it does not have to make any contribution to the conductivity of the circuit connections; it is only intended to create uniform electrical conditions for the electroplating measures to be described in more detail.
The first step in the process is to clean dirt and grease from the copper surface.
This could disrupt later steps in the process. The surfaces are first lightly sanded with powdered pumice stone and then rinsed with running water to remove the abrasive. However, sandblasting and chemical degreasing can also be used.
A protective coating is then applied; the line parts to be produced are left free. The protective agent pattern can be applied by one of the known methods. Examples are the collotype, offset printing and silk screen printing processes. That as a protective cover. The material used depends on the method of application, but in general the protective agent need only be non-conductive and not peel off after being in an electroplating bath for about an hour. The requirements for the coating are therefore lower than for an etching process. If desired, the protective coating can also be applied later during the process: verden.
Fig. 2 shows a piece of a sheet covered with foil with applied protective coating 4 on the entire foil surface with the exception of the parts which are intended to serve as line 5 and as conductive connection 6 (cross connection) at one end of the line. The metal foil on the underside of the plate is also covered, with the exception of the parts that are to serve as lines and connections. It goes without saying that each part of the film on one side of the plate that is cut out for a cross connection must correspond to a corresponding part on the other side. In Figs. 2 and 3, part 7 on the underside of the plate and part 6 on the top belong together.
Now a peelable layer 9 (FIG. 4) is applied to both sides of the plate, both over the protective coating and over the free film; it must be easily removable without damaging the protective coating. Such substances are commercially available. One example is polyvinyl chloride dissolved in methyl isobutyl ketone.
After the peelable layer has been applied, a hole 10 is drilled or punched through the plate at each point provided for a cross connection. This later serves as a connection for externally attached components as a connection between a line pattern on one side of the plate and
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a line pattern on the other side and as a means against the detachment of a line from the
Base plate. The diameter of the hole 10 reaching through all the layers formed so far is considerably smaller than the film parts 6 and 7 which have been left free. The reason for this will be explained later. As indicated in FIG. 5, only the outer surface of the hole through the starting material 1 and the edge of the film 2 facing the hole is not covered with the peelable layer 9.
The next step is to coat the walls of the hole with a conductive coating,
This can be done in two ways: The first is to apply a mixture of graphite and alcohol by spraying or dipping, making sure that the inside of the holes are complete. A solution of 40 parts graphite and 90 parts isopropyl alcohol is suitable for this. A metal is later electroplated onto this coating. It has been shown that electroplating is accelerated by adding 10 parts of fine electrolytic copper powder to the mixture mentioned. When the alcohol evaporates, the mixture leaves a conductive precipitate on the inside of the hole 10 and provides the electrical connection between the two film layers 2.
The conductive deposit 12 is shown in FIG. 6, which is an enlarged cross-section through the hole.
The surface 11 of the hole 10 naturally had tool marks, such as those produced during drilling or punching. The graphite or graphite-copper powder mixture bridges these unevenness.
A second method of lining the inside of the hole is to form a deposit in a vacuum. After covering the perforated walls, the peelable layer 9, which had protected everything with the exception of the perforated surfaces, is now removed. The parts of the metal foil which will later serve as conductors and the conductively coated perforated surfaces are cleared, while the remaining part of the foil remains covered with the protective coating 4. This is shown in FIG. 7, in which it should be noted that when the peelable layer is removed, the precipitate 12 now only covers the perforated surface 11.
Next, the hole surfaces and the free parts of the metal foil are coated with copper in a single galvanic operation. Electroplating must continue until the metal coating on the inside of the hole has reached a thickness of at least 0.03 mm, which is sufficient for most types of circuit applications. Greater thicknesses can be produced for greater required conductivity. The thickness mentioned achieves three important advantages, which can be seen from FIG. 8. As can be seen from FIG. 8, due to the thickness of the coating 13, the projection 14, where the galvanic coating collides with the conductor pattern, becomes wide enough to withstand shocks and vibrations. In operation, external switching elements are often connected to the mounting plate with a printed circuit.
Their connecting wires 15, shown in phantom in FIG. 8, are inserted into the galvanized hole. During operation, the shock and vibration of the switching elements are transmitted to the hole via the connecting wire, and the stress is concentrated with greatly increased values on the projections 14 as a result of the leverage effect.Another advantage of the heavily clad hole is its higher thermal conductivity and more reliable dip soldering under less precisely controlled conditions.
It must be mentioned here that the steps enumerated have all contributed to the creation of these heavily plated holes, since the technique described so far means that the plating takes place at a point in time during manufacture when the full conductivity of the entire foil is still maintained and all parts to be electroplated are electrical related. No bridging to separate parts of the pattern is necessary, and all parts of the pattern have the same potential, which ensures the uniformity of the hole plating.
A working example for the plating of a circuit board 50 mm wide and 150 mm long with copper foil on both sides goes something like this: The galvanic solution is copper fluorate; a current density of 3 amps / dm2 is used. The plating time for plating the holes 0.025 mm thick is about 30 minutes. The values are intended as a guide.
The next step in the process is to electrodeposit solder onto the lead pattern and into the holes. Since the protective coating is still intact, the solder can only settle on the line pattern and in the holes. Suitable galvanic baths are known. With the same current density and time as with the copper bath, a solder coating about 0.025 mm thick is created.
This solder coating over the. The copper layer is intended to facilitate dip soldering when switching parts are connected later; it withstands the corrosive effects of the atmospheric conditions to which the printed circuit mounting plate is exposed during operation, and in addition, during an etching process described later, the acid does not attack the solder layer as quickly as the bare metal foil. Figure 9 shows a plated hole and wire with solder on the copper plating. The solder 16 lies over the copper coating 13 within the hole 10 and on the line parts 5 and 8.
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The protective cover 4 can now be removed. The way in which this happens depends on the protective agent used, but it is usually sufficient to dissolve it with a chemical solution. To remove an asphalt-based coating that has been applied using the silk screen process, a bath of two to four minutes in Ibluol is sufficient. The hole and line now appear, as FIG. 10 shows, and the metal foil parts 2 previously covered by the protective means are now free.
The next step is to remove the metal foil between the leads. This is preferably done by etching away the free film down to the insulating base material. The etching takes place by placing the plate in a chromic acid-sulfuric acid mixture. The acid solution eliminates that
Copper and forms a lead chromate deposit on the pipe parts 5. For a panel the size of
50X150 mm, the etching time is best between six and ten minutes. The etching process is also only to be regarded as an example.
As a final step in the process, the pipes are sanded to remove the lead chromate deposits. This can be done with a bristle brush or a synthetic sponge and pulverized pumice stone. The lead chromate on the lines and in the holes must be removed enough so that the dip soldering is not impaired. A pre-plated hole with lead is shown in FIG. The foil layers 2 are completely etched away there and release the insulating plate 1 and the adhesive layer wherever the foil is not covered by the conductor patterns or plated holes, which consist of copper layers 13 and solder 16.
The following comments are intended to indicate the difficulties that the procedure described here avoids. Although the printed circuit mounting plate has a metal foil clad plate as its starting material, it avoids or reduces the disadvantageous properties inherent in this material, namely low or fluctuating adhesive strength and gas formation of the adhesive when heated. This is true for the following reasons:
The method according to the invention enables the formation of heavily galvanized cross connections which form a whole with the circuit pattern, simultaneously with the formation of the line pattern.
As a result of the low and changing adhesive strength, the conductor pattern tends to detach itself from the insulating plate wherever it is stressed. The places where such a separation occurs more frequently are in the vicinity of connections of other switching parts and along long lines.
The heavily plated hole, which forms a whole with the wiring pattern on this circuit board, mechanically connects the wiring pattern to the insulating plate wherever stress concentration is likely, and since the hole is formed along with the wiring pattern, it can be used to anchor the pattern serve in the insulating plate. For its use in places other than terminals of switching parts or through connections of patterns on opposite sides of the plate, it is only necessary to be careful that a hole used only for anchoring does not meet the conductor pattern on the opposite sides of the plate. This is just a matter of arrangement.
The effect of gas formation by the adhesive connecting the film to the insulating plate when it is heated is greatly reduced by the thickness of the plating in the hole and the solder electroplated onto the surface. These three points all help to permit dip soldering of circuit parts with a greater percentage of reliable connections and avoid hot spots in the pattern. When a circuit board with attached circuit parts is placed in a solder bath, sufficient heat must be applied from the bath to its connections to heat all connections to the temperature of the molten solder.
If the cross connections through the insulating plate conduct heat less well than other parts of the pattern, undesirable "hot spots" are created during treatment in the solder bath where the pattern absorbs the heat well, and the adhesive under these spots becomes subject to the action of the heat Exposed as long as the other places need to reach the same temperature. During this long heat treatment, the adhesive often forms a gas that creates a bubble under the pipe and loosens it. Long heating is also often unavoidable if the conductor pattern is not tinned before dip soldering, because the heat transfer is not even due to surface contamination.
Therefore, a flux is sometimes required, but these agents have deleterious electrical properties and additional process steps are required for application and disposal. Since the line pattern is already tinned, the heat transfer from the liquid solder bath only needs to take place to the electroplated solder without heating the entire line pattern. In this process, in fact, the heavily plated hole absorbs more heat in a given time than the conductive pattern, so a localized "hot spot" occurs where a solder joint is desired and where little adhesive is present
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is located.
With these locally controlled "hot spots", the printed circuit board itself serves as a heat insulator and protects poorly conductive components so that they can now be dip-soldered according to the method described. The use of flux is avoided.
In addition to the already mentioned resistance of the arrangement to vibrations, another advantage is the possibility, given by the strong anchoring, of safely replacing defective components with a soldering iron. Pores in the protective layer do not cause a weakening of the line pattern, but at most the galvanization of the foil, which is omitted during later etching.
PATENT CLAIMS:
1. A method for the production of reinforced feed-through and / or mounting holes in printed-en-circuits, in which an insulating negative pattern of the circuit to be produced is applied on both sides of an insulating plate covered with metal foil, except for silver foil, and the remaining foil is galvanically reinforced that a peelable film covering the entire foil-covered insulating plate is applied over the unperforated negative pattern, then the desired holes are made through the film and plate and the hole walls are clad with a graphite-alcohol mixture or a vapor-deposited metal, preferably copper layer,
whereupon, after removing the peelable film, the exposed film and the perforated walls are plated one after the other with two different metals and finally the negative pattern and the unplated film are removed in a manner known per se.