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Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden
S chaltverbindungen
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Schaltverbindungen auf Isolierplatten, auf denen Metall- folien, insbesondere Kupferfolien, fest haftend angebracht sind, ähnlich den Verbindungen, die allgemein unter dem Namen "gedruckte Schaltungen" bekannt sind.
Es sind Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen bekannt geworden, bei denen zunächst auf der Metallschicht an den später zur Leitung des elektrischen Stromes benutzten Stellen eine säurefeste
Schicht aufgebracht ist, wozu man sich mit Vorteil des photographischen Verfahrens bedient. Die Fig. 1 zeigt eine derartig hergestellte gedruckte Schaltung, in der bei 1 und 2 die elektrisch leitenden Flächen, also die Schaltverbindungen, dargestellt sind. Dieses bekannte Verfahren macht es notwendig, dass die- jenigen Teile der Kupferschicht, die nicht als Schaltverbindungen verwendet werden sollen, in einem
Säurebad durch Ätzung entfernt werden.
Wenn die gedruckte Schaltplatte dÅas Ätzbad verlässt, trägt sie nur noch die gewünschten Verbindungen, die durch die auf ihnen liegende säurefeste Schicht gegen An- griff des Säurebades geschützt waren. Durch weitere Bäder wird die säurefeste Schicht entfernt und auch
Säurereste, die sich an den Kanten der Schaltverbindungen befinden oder auch in die Obedläche der Iso- lierplatte eingedrungen sind, abgewaschen. Fig. 2. zeigt den Querschnitt durch eine derart hergestellte
Schaltplatte.
Dieses bekannte Verfahren hat jedoch mehrere Nachteile. Zunächst hat sich herausgestellt, dass die
Entfernung der Säurereste aus den Schaltplatten ausserordentlich schwierig ist, was zur Folge hat, dass sich nach einiger Zeit ein erheblicher Prozentsatz der Schaltplatten, insbesondere bei grösseren Anforderungen an die Isolierung, als unbrauchbar erweist. Dieser Mangel wiegt umso schwerer, als er sich beim spä- teren Auftreten in einem Gerät durch eine einfache Reparatur nicht beseitigen lässt. Wenn diese Schalt- platten in Geräten mit sehr hoher Auflage eingebaut sind, so ist es meist wirtschaftlicher, das Gerät mit dem Isolationsmangel der Schaltplatte gegen ein einwandfreies Gerät auszutauschen, anstatt eine schwie- rige Reparatur vorzunehmen.
Ein weiterer schwerwiegender Mangel des bekannten Verfahrens ist darin gelegen, dass die verschie- denen, für die Ätzung, Lösung und Reinigung erfoderlichen Bäder sich schlecht in eine automatische Mas- senproduktion einfügen lassen, insbesondere dann, wenn für die Herstellung der Schaltung einheitliche
Transportmittel, wie z. B. ein Fliessband, verwendet werden sollen.
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(Deutsche Patentschrift Nr. 435473), bei welchem auf eine Schalttafel aus Isolierstoff eine dünne Metallfolie aufgeklebt wird und in diese Metallfolie eine Schnittform mit an den Schnittlinien befindlichen Messern eingepresst wird, welche die einzelnen Stromkreise begrenzen, während die dazwischenliegenden Folienteile abgezogen werden.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass für jede Schaltung eine eigene Schnittformverwendet werden muss, was sehr teuer ist. Weiters ist es bei diesem Verfahren notwendig, dass die nicht für die Leitungen benötigten übrigbleibende Teile der Folie, insbesondere im noch nicht voll klebenden Zustand abgezogen werden müssen.
Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemässe Verfahren vermieden, welches eine vielseitige leichte Umstellbarkeit für die einzelnen Schaltungen ermöglicht und das mühsame Abziehen-von Folien-
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teilen erspart.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Schaltver- bindungen aus einer Metallfolie, z. B. aus Kupfer, die-ähnlich wie bei den sogenannten gedruckten
Schaltungen - fest auf einer Isolierplatte haftet, wobei die einzelnen leitenden Schaltverbindungen durch 5 mechanische Abtrennung von den übrigen Flächen der Metallfolie gebildet werden. Erfindungsgemäss erfolgt aber die mechanische Abtrennung durch spanabhebende Bearbeitung, wie z. B. durch Fräs- und bzw. oder Gravierwerkzeuge od. dgl.
An Hand der Fig. 3-12 wird die Erfindung näher erläutert. Wenn man die Schaltpunkte A bzw. B nach dem bekannten Verfähren miteinander verbinden will, so ergibt sich eine Schaltplatte gemäss der Fig. 1.
) Dieses Ergebnis kann man mit Hilfe der Erfindung und entsprechend den Fig. 3 und 4 wesentlich einfacher erreichen. Anstatt grosse Kupferflächen, die nicht verwendet werden, durch Ätzen zu entfernen, wie das aus der Fig. l zu entnehmen ist, kann erfindungsgemäss durch eine mechanische Abtrennung der Flächen, die die Punkte A enthalten, von denjenigen, die die Punkte B aufweisen, also durch einen Kanal 3, das- selbe Ergebnis erzielt werden. Der einfache Vorgang der mechanischen Abtrennung der einzelnen Schalt- i Verbindungen voneinander und von den zur Leitung nicht benötigten Flächen ersetzt hier also die ganze
Behandlung mit ätzenden, explosionsgefährlichen Flüssigkeiten und auch mit Wasser, das auch sorgfälti- ger chemischer Reinigung bedarf und schliesslich vollständig ausgetrocknet werden muss.
Die nähere Betrachtung der Fig. 3 zeigt, dass die Punkte A und B auf einem Koordinatennetz liegen und der Kanal 3 auf einem zweiten Koordinatennetz liegt, dessen Koordiantenlinien den gleichen Abstand D voneinander haben wie die Linien des ersten Koordinatennetzes, jedoch gegenüber dem ersten Koordina- tennetz um die Hälfte des Linienabstandes P, also um P/2 gegeneinander verschoben sind. Dieses Koordi- natennetz ist in der Technik der gedruckten Schaltungen gebräuchlich. Auf den Schnittpunkten eines sol- chen Koordinatennetzes werden die Verbindungspunkte, z. B. mit den Bauteilen der Schaltung, angeord- net.
In der Fig. 5 ist gezeigt, dass die Verbindungspunkte auf den Schnittpunkten der Linien eines Koor- dinatennetzes liegen, während der Trennkanal 3 auf den Linien eines zweiten Koordinatennetzes liegt, das von dem ersten im halben Linienabstand angeordnet ist. Die Fig. 5 zeigt das erste Koordinatennetz mit ausgezogenen und das'zweite mitgestrichtelten Linien. Für die weitere Erläuterung der Erfindungwer- den die Linien beider Koordinatensysteme aufgeteilt in "horizontale Linien" und "vertikale Linien".
Die Aufteilung der Koordinatennetz-Linien in horizontale und vertikale ist von wesentlicher Bedeu- tung bei der Herstellung von derartigen Schaltplatten, u. zw. insbesondere beim Einsetzen der Bauteile, beim Verlöten der Bauteile mit den Schaltverbindungen und bei der automatischen Massenfertigung, da sie es ermöglicht, die Schaltplatten auf einfachste Weise, auch unter Durchführung von Änderungen von
Schaltverbindungen während des Laufes einer Grossserie herzustellen.
Die Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer derartigen Fliessbandfertigung. Auf das Fliessband 6 läuft bei 4 eine mit Kupferfolie fest haftend belegte Isolierplatte, also die Schaltplatte, in Richtung zum Fliessband und wird, da sie zweckmässig in langen Streifen angeliefert wird, durch das Messer 5 auf passende Länge abge- schnitten. Das Fliessband 6 bewegt sich gemäss der Pfeilrichtung nach links und führt die Schaltplatten in eine Reihe von Bearbeitungsstufen, die alle entweder dem einen oder dem ändern der beiden erwähnten
Koordinatensysteme zugeordnet sind.
Die auf dem Fliessband fortbewegte Schaltplatte erreicht bei 7 die erste Bearbeitungsstufe, die aus drei brückenartigen Bohreinrichtungen 8,9 und 10 besteht, deren Bohrer bzw. deren Bohrlehre entspre- chend den Linien des ersten Koordinatennetzes angeordnet sind. Jede dieser brückenartigen, über dem Laufweg der Schaltplatten angeordneten Einrichtungen trägt drei Bohrer, z. B. bei Sa, 8b und 8c, die von- einander im Abstand vor. drei Koordinatennetzbreiten angeordnet sind. Die benachbarten Bohrbrücken tra- gen die Bohrer versetzt um je eine Koordinatennetzbreite. Die so angeordneten Bohrer beherrschen damit alle Punkte der Schaltplatte, auf denen entsprechend den Linien des ersten Koordinatennetzes Durchfüh- rungsbohrungen überhaupt angeordnet werden können.
Es können natürlich auch mehrere Bohrer in einer Bohrbank angeordnet werden, insbesondere können auch alle Bohrer nur in einer Bank angebracht sein.
Wenn die Schaltplatte diese Bohreinrichtung schrittweise durchläuft, so können die Bohrer die Schalt- platte an den Koordinatenschnittpunkten durchbohren oder auch die Bohrung auslassen, je nachdem die
Schaltung das erfordert. Anstatt die Bohrung der Löcher durch Hand vorzunehmen, ist es weit vorteilhaf- ter, wenn die einzelnen Bohrer in ihrer Wirkung durch ein Steuergerät gesteuert werden. Dieses Steuer- gerät 11 ist mit dem schrittweisen Fortschreiten des Fliessbandes synchronisiert und wickelt ein in Loch- karten oder Magnet-Karten oder-Bändern'gespeichertes Steuerprogramm ab und bringt, vorzugsweise durch elektrische Betätigung, bestimmte Bohrer zum Eingriff bzw. hält andere bestimmte Bohrer ausser Eingriff.
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Die Schaltplatte, die nun alle erforderlichen Bohrungen enthält, wandert nun zur ersten Fräseinrichtung 12, die mehrere Brücken enthält, auf denen ähnlich wie die Bohrer in der Einrichtung 7 Fräs- oder Gravierköpfe angebracht sind. Diese Fräsköpfe erzeugen die Fräskanäle, die den horizontalen Linien des zweiten Koordinatennetzes entsprechen, also z. B. den Fräskanal 3a in Fig. 5 : Bei 13, 14 und 15 ist die Lage der Fräsköpfe einer Fräsbrücke angedeutet, denen gegenüber die Lage der Fräsköpfe bei den andern Fräsbrücken um den Abstand der Koordinatenlinien versetzt sind, so dass die Fräsköpfe alle horizontalen Koordinatenlinien überstreichen können, auf denen auf der Schaltplatte überhaupt horizontale Kanäle ausgefräst werden können.
Gegenüber dem für die Bohrer massgebenden ersten Koordinatennetz wird aber den Fräsern das für sie massgebende zweite Koordinatennetz zugeordnet, dessen Linien gegenüber derr ersten Koordinatennetz um einen halben Linienabstand versetzt sind.
Die Fräs- oder Gravierwerkzeuge können sowohl mit ihrer Achse parallel als auch senkrecht zur bearbeitenden Schaltplatte angeordnet werden. Fig. 7 zeigt ein Gravierwerkzeug mit senkrecht stehender Achse, während Fig. 8 ein Werkzeug mit horizontal liegender Achse darstellt. Das Werkzeug nach Fig. 7 hat den Vorzug, dass die Kanten am Ende des Kanals senkrecht zur Plattenoberfläche verlaufen, wie es bei 16 gezeigt ist, während in Fig. 8 diese Kante entsprechend der Form des Fräsers schräg verläuft.
Die Frästiefe muss etwas grösser sein als die Dicke, der Kupferfolie. Bewährt hat sich eine Isolierplat-
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sich die Schaltplatte um 900 unter Beibehaltung ihrer Bewegungsebene dreht. Die Darstellung 18 in Fig. 6 deutet den Vorgang der Drehung lediglich schematisch an. Nach der Drehung um 900 wird die Schaltplatte durch das Fliessband in den zweiten Fräskopfsatz 19 eingefahren,. der ebenso wie der erste Frässatz 12 vom . Steuergerät 11 aus gesteuert wird. Die Fräser des zweiten Satzes, die der gleichen Aaordnung unterwcrfen sind wie die Fräser des ersten Satzes, erzeugen Trennkanäle, die rechtwinklig zu den bereits auf der Schaltplatte vom erstenFräsersatz 12 erzeugten Kanälen stehen, und z. B. denKanälen 3b und 3c der Fig. 5 entsprechen.
Bei 20 in Fig. 6 gelangt die Schaltplatte schliesslich in eine Einrichtung, in der die Bauteile eingesetzt werden und in der diese durch Tauchlötung od. dgl. mit den Schaltverbindungen verlötet werden. Auch die- se Einrichtung wird vom Steuergerät 11 aus gesteuert.
Während die Einrichtung nach Fig. 6 für Massenfertigung geeignet ist, so eignet sich die Einrichtung nach Fig. 9 besser für die Herstellung einzelner Schaltplatten. Fig. 9 stellt im wesentlichen eine Gravier- maschine dar, bei der mittels eines Pantographs nach einer gegebenen Gravierschablone die Schaltplatte verkleinert oder vergrössert graviert werden kann. Der Tisch 21 trägt die Schaltplatte 22. Auf dem Tisch
23 liegt die abzutastende Gravierschablone 24. Der Pantograph 26 trägt bei 2*7 einen rotierenden Schneid- kopf, der über das Gestänge durch den Abtaststift 25 geführt wird. Der Schneidkopf 27 wird über den 'Treibriemen 28 vom Motor 29 aus angetrieben.
Bei der Verwendung dieses Verfahrens ist man nicht gezwungen, die Kanäle immer parallel mit den Plat- tenanten bzw. entlang der Koordinatenlinien zu fnhren. Fig. 10 zeigtz. B. die gleiche Verbindungsanordnung wie Fig. 1 und 3, jedoch sind die Schaltverbindungen auf der Platte jede für sich von dem übrigen zur elektrischen Verbindung nicht benötigten Teil der Schaltplatte durch Kanäle abgetrennt. In den Fällen, in denen es unerwünscht ist, dass Verbindungspunkte oder einzelne Schaltverbindungen mit grossen Kupferflächen in Verbindung bleiben, kann die nicht aktive Kupferfläche entsprechend Fig. 11 in einzelne kleine Teile unterteilt werden, wie z. B. bei 21 in Fig. 11 gezeigt ist.
Während bisher das Verfahren der Verbindung mehrerer Anschlusspunkte wie z. B. A und B beschrieben worden ist, so eignet sich das Verfahren aber auch zur Herstellung von Induktivitäten, von denen Fig. 12 eine beispielsweise Ausführung zeigt.
Die Isolierplatte, die die Kupferfolie trägt, kann sowohl fest als auch biegsam sein. Für biegsame Platten eignen sich besonders die thermoplastischen Kunststoffe.
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