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Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen und nach dem Verfahren hergestellte gedruckte Schaltung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen sowie eine nach dem Verfahren hergestellte gedruckte Schaltung. Im allgemeinen werden bei einem solchen Herstellungsverfahren die Platten während mindestens eines Arbeitsganges mit einem Schutzlack bedeckt.
Bei der Herstellung von Platten (Einzelplatten ohne Bestückung mit Bauteilen) für gedruckte Schaltungen (Einzelplatten mit Bauteilen bestückt und gelötet) ist es notwendig, an irgendeiner Stelle des Herstellungsverfahrens die Oberfläche der Metallkaschie- rung der Isolierstoffplatte derart chemisch oder mechanisch zu reinigen, dass bei der später vorgenommenen Lötung der gedruckten Schaltung, beispielsweise Tauchlötung, einwandfreie Lötstellen entstehen.
Da zwischen dieser Reinigung und der Tauchlötung die Leiterplatten mit Bauelementen bestückt werden müssen, muss die gereinigte oxydfreie Oberfläche durch ein geeignetes Schutzmittel, beispielsweise einem Lack, vor erneuter Oxydation und Verschmutzung geschützt werden. Dieses Schutzmittel darf jedoch die Tauchlötung nicht behindern. Aus diesem Grund enthalten einige der handelsüblichen Schutzlacke Kolophonium.
Hierdurch entstehen jedoch folgende Nachteile: 1. Der Kolophoniumlack oder Resinlack muss auf die trockenen Leiterplatten aufgetragen werden. Deshalb muss zwischen der Reinigung der Leiterplatten und der Aufbringung des Schutzlackes ein Trockenvorgang eingeschaltet werden, bei dem eine erneute Oxydation der Kupferoberfläche stattfinden kann.
2. Der lötfähige Kolophoniumlack ist meistens etwas klebrig. Er kann erst aufgebracht werden, nach- dem die Ausnehmungen zur Aufnahme der Bauteile vorgesehen sind, da sonst die Werkzeuge ebenfalls klebrig werden, so dass die weitere Bearbeitung erschwert und unter Umständen sogar eine Beschädigung der Werkzeuge verursacht wird. In Anbetracht dessen, dass die Ausnehmungen nur in die kleinen Einzelplatten gestanzt werden können, müssen die mehrfach mit dem gleichen Leitungsmuster bedruckten grossen Platten oder Vielfachplatten vor dem Ausstanzen in kleine Einzelplatten zerschnitten werden, so dass zum Aufbringen des Lackes mit vielen kleinen Platten hantiert werden muss. Dieses Verfahren ist zeitraubend und teuer. Durch die Erfindung sollen diese Nachteile vermieden werden.
Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen ist dadurch gekennzeichnet, dass metallkaschierte Platten verwendet werden, deren Grösse ein Vielfaches des fertigen Leitungsmusters ist, dass mehrere Leitungsmuster nebeneinanderliegend auf eine metallkaschierte Platte mit Hilfe einer Druckfarbe gedruckt werden, dass die Platten anschliessend geätzt werden, wobei die nach dem Ätzvorgang verbliebenen Metallteile nach dem Zerschneiden der Platte in Einzelplatten durch Stanzen mit Ausnehmungen zur Aufnahme der Schaltelemente versehen werden, die mit dem Leitungsmuster durch Löten an den gestanzten Ausnehmungen zu gedruckten Schaltungen verbunden werden sollen,
und dass auf diejenige Seite der nassen Platte, auf der die Lötverbindungen angebracht werden sollen, während des Arbeitsganges, jedoch vor dem Stanzen der Ausnehmungen ein in Wasser
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echt oder kolloidal lösliches Schutzmittel aufgebracht wird.
Das Schutzmittel gelangt vorzugsweise in Form eines Lackes zur Anwendung.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte gedruckte Schaltung.
Die Herstellung gedruckter Schaltungen nach dem erfindungsgemässen Verfahren unter Verwendung eines wasserlöslichen Schutzmittels, insbesondere Schutzlackes, weist folgende Vorteile auf: 1. Der Lack kann auf die aus einem chemischen Reinigungsbad oder Spülbad kommenden nassen Platten sofort aufgetragen werden. Hierdurch wird eine erneute Oxydation vermieden, die zwischen dem Reinigen und dem Auftragen des Schutzlackes während eines Trocknungsvorganges auftreten kann, und ausserdem kann hierdurch die Fertigungszeit verringert werden.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Platten wegen der Wasserlöslichkeit des Lackes nach dem Reinigen nicht getrocknet zu werden brauchen, sondern sofort nach dem Spülen (das wegen der beim Reinigungsvorgang verwendeten Säure zur Entfernung der Säurereste erfolgt) in noch nassem Zustand in den Lack getaucht werden können. Die Zusammensetzung des Lackes wird praktisch nicht verändert und durch die Wasserlöslichkeit des Lackes entstehen auch keine unerwünschten chemischen oder physikalischen Reaktionen oder Vorgänge, die die Schutzwirkung des Lackes beeinträchtigen könnten.
2. Da bei dem erfindungsgemässen Verfahren der Lack nicht klebt; kann er vor dem Anbringen der Löcher für die Bauteile in den Leiterplatten aufgebracht werden. Zweckmässig wird der Lack vor dem Drucken der Schaltung oder des Leitungsmusters auf den grossen Zuschnitten (Vielfachplatten) aufgetragen. Das Arbeiten mit vielen kleinen Einzelplatten entfällt also sowohl bei der Reinigung als auch beim Auftragen des Lackes. Dadurch werden Arbeitszeit und Kosten verringert.
3. Die im Anschluss an das Bedrucken der Platten vorgenommene Herausätzung des Leitungsmusters wird durch den gemäss der Erfindung verwendeten Schutzlack nicht behindert. Obwohl also das Bindemittel des Lackes ein Kunststoff ist, kann eine Ätzung der mit diesem Lack behandelten Platten erfolgen.
Der Schutzlack braucht vor dem Tauchlöten nicht heruntergewaschen zu werden. Vielmehr lässt sich die gedruckte Schaltung auch in diesem Zustand einwandfrei tauchlöten, da der Lack durch die Löt- temperatur schmilzt und die zuvor gereinigte und durch den Schutzlack konservierte Metalloberfläche für die Lötung freigibt.
Für das erfindungsgemässe Verfahren können natürlich auch an sich bekannte, handelsübliche wasserlösliche Lacke verwendet werden oder auch solche Lacke, die zusätzlich noch Polyvinylacetat und ein Pigment enthalten. Diese Lacke wurden bisher nicht für die Herstellung von gedruckten Schaltungen, sondern lediglich als allgemeine Oberflächenschutzmittel gegen Korrosion verwendet.
Um die Vorteile der Erfindung hinsichtlich der Einsparungen von Verfahrensschritten zu verdeutlichen, wird nachstehend ein bekanntes Verfahren einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens gegenübergestellt. Beispiel 1 (bekanntes Verfahren): Folgende Verfahrensschritte sind erforderlich: 1. Reinigen der metallkaschierten Platte vor dem Drucken (dieser Schritt ist erforderlich, damit die Druckfarbe ausreichend haftet).
z. Bedrucken (z.B. nach dem Offset- oder Siebdruckverfahren) der metallkaschierten Isolierstoffplatte (Vielfachplatte) gleichzeitig mit mehreren Leitungsmustern.
3. Luft- oder Ofentrocknen der Druckfarbe.
4. Ätzen (Wegätzen der nichtbedruckten Teile).
5. Herunterwaschen der Druckfarbe mit farblösen- den Mitteln.
6. Auseinanderschneiden der Vielfachplatten in die gewünschte Zahl von Einzelplatten.
7. Lochen der Einzelplatten durch Stanzen oder Bohren.
B. Mechanisches oder chemisches Reinigen der Einzelplatten (wegen der inzwischen erfolgten maschinellen oder manuellen Berührung).
9. Trocknen, z.B. Ofentrocknen der Einzelplatten (Bildung von Oxyden. Jede der vielen kleinen Einzelplatten muss einzeln bearbeitet werden).
10. Einstreichen mit kolophoniumhaltigem Schutzlack.
11. Ofentrocknen.
12. Bestücken mit Bauteilen.
13. Einstreichen mit Flussmittel (die Anschluss- drähte der Bauteile sind häufig nicht genug verzinnt).
14. Taüchlöten der bestückten Platte.
Beispiel 1I (Erfindungsgemässes Verfahren): 1. Chemisches Reinigen und Konservieren der Oberfläche der metallkaschierten grossen Vielfachplatte mit dem nach dem erfindungsgemäs- sen Verfahren verwendeten Lack.
z. Bedrucken mit dem Leitungsmuster.
3. Luft- oder Ofentrocknen der Druckfarbe. 4. Ätzen.
5. Herunterwaschen der Druckfarbe von der schutzlackierten Vielfachplatte.
6. Auseinanderschneiden der Vielfachplatte zu kleinen Einzelplatten.
7. Lochen der Einzelplatten. B. Bestücken mit Bauteilen.
9. Einstreichen mit dem Flussmittel. 10. Tauchlöten.
Der Vergleich zeigt, dass nicht weniger als vier Verfahrensschritte bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens eingespart werden können, näm-
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lich die Verfahrensschritte 8, 9, 10 und 11 des Beispieles I.
In den Fällen, in denen zum Herunterwaschen der Druckfarbe ein Lösungsmittel verwendet wird, durch das der Schutzlack angegriffen wird, ist es vorteilhafter, den Schutzlack nach dem Herunterwaschen der Druckfarbe aufzutragen, anstatt ihn während des Verfahrensschrittes 1 (Beispiel II) aufzubringen, d.h. zwischen dem 5. und 6. Schritt. Aber auch in diesem Fall bleibt die Vereinfachung der Verfahrensschritte und der Vorteil des Auftrages des Lackes noch vor dem Auseinanderschneiden der Vielfachplatte voll erhalten.
Anstelle der bisher verwendeten Schutzlacke wird nach dem Beispiel I1 ein Lack verwendet, dessen Bindemittel Polyvinylacetat ist, dessen Pigment aus Chromverbindungen besteht, und dessen Lösungsmittel Wasser ist. Das Mischungsverhältnis soll vorzugsweise 13,4 % Polyvinylacetat, 86 % Wasser und 0,6 % Pigment betragen. Der Lack wird mit Wasser verdünnt, wobei Mischungsverhältnisse zwischen 1 : 5 und 1 : 30, insbesondere aber die Verhältnisse 1 : 5 bis 1 : 15, bevorzugt werden. Der Schutzlack kann auch Ammoniumsalze eines Vinylacetat-Mischpoly- merisats enthalten.
Gleich gute Ergebnisse werden in den Fällen erreicht, in denen das Pigment neben einer Chromverbindung noch einen oder mehrere Zusätze vo Cr, Na, Ca, Sr oder Mg enthält. Anstelle des Pigments können auch andere korrosionsverhindernde Bestandteile beigegeben werden.
Obwohl der verwendete Schutzlack ein Kunstharzlack ist, lässt sich dieser wegätzen und erlaubt das Löten der damit überzogenen Schaltung und hat ausserdem die Eigenschaften, die für Stanzen, Bohren oder Herausarbeiten anderer Arten von Ausneh- mungen notwendig sind, ohne dass die weitere Behandlung der Platten nachteilig beeinflusst wird.
Zum Bedrucken der Platten ist es bekannt, solche Farben zu verwenden, die während des späteren Tauchlötens wie ein Lötflussmittel wirken. Nachteilig bei diesen Farben ist jedoch, dass sie sehr spröde sind und beim Bohren oder Stanzen der Löcher für die Bauteile auf der Leiterplatte leicht abbröckeln. Dieser Nachteil kann gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch vermieden werden, dass in Verbindung mit dem echt oder kolloidal wasserlöslichen Schutzlack eine lötfähige Druckfarbe verwendet wird. Zweckmässigerweise wird dabei der wasserlösliche Schutzlack unmittelbar nach der chemischen oder mechanischen Reinigung der metallkaschierten Vielfachplatten aufgetragen und die Druckfarbe auf den Lack aufgebracht.
Die lötfähige Druckfarbe haftet derart auf dem Schutzlacküberzug, dass die vorerwähnten Nachteile nicht auftreten und die gute Lötfähigkeit der Platten erhalten bleibt.
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Process for producing printed circuits and printed circuit produced by the process The invention relates to a process for producing printed circuits and a printed circuit produced by the process. In general, in such a manufacturing process, the plates are covered with a protective lacquer during at least one operation.
When manufacturing plates (individual plates without components) for printed circuits (individual plates fitted with components and soldered), it is necessary at some point in the manufacturing process to chemically or mechanically clean the surface of the metal cladding of the insulating plate in such a way that the Soldering of the printed circuit carried out later, for example dip soldering, creates perfect soldering points.
Since the printed circuit boards have to be equipped with components between this cleaning and dip soldering, the cleaned, oxide-free surface must be protected from renewed oxidation and contamination by a suitable protective agent, for example a lacquer. However, this protective agent must not hinder the dip soldering. For this reason, some of the protective lacquers available on the market contain rosin.
However, this creates the following disadvantages: 1. The rosin lacquer or resin lacquer must be applied to the dry circuit boards. Therefore, between cleaning the circuit boards and applying the protective varnish, a drying process must be included, during which the copper surface can be oxidized again.
2. The solderable rosin varnish is usually a bit sticky. It can only be applied after the recesses have been provided for receiving the components, since otherwise the tools will also become sticky, making further processing more difficult and possibly even causing damage to the tools. In view of the fact that the recesses can only be punched into the small individual plates, the large plates or multiple plates printed several times with the same line pattern must be cut into small individual plates before being punched out, so that many small plates have to be handled to apply the lacquer . This process is time consuming and expensive. The invention is intended to avoid these disadvantages.
The method for producing printed circuits forming the subject of the invention is characterized in that metal-clad plates are used, the size of which is a multiple of the finished line pattern, that several line patterns are printed next to one another on a metal-clad plate with the aid of a printing ink, that the plates are then etched The metal parts remaining after the etching process are provided with recesses for receiving the circuit elements after cutting the plate into individual plates by punching, which are to be connected to the conductor pattern by soldering the punched recesses to form printed circuits,
and that on that side of the wet plate on which the soldered connections are to be applied, immersed in water during the operation, but before punching the recesses
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genuinely or colloidally soluble protective agent is applied.
The protective agent is preferably used in the form of a varnish.
Another object of the invention is a printed circuit produced by the method according to the invention.
The production of printed circuits by the method according to the invention using a water-soluble protective agent, in particular protective lacquer, has the following advantages: 1. The lacquer can be applied immediately to the wet plates coming from a chemical cleaning bath or rinsing bath. This avoids renewed oxidation, which can occur between cleaning and the application of the protective lacquer during a drying process, and the production time can also be reduced as a result.
This is due to the fact that the panels do not need to be dried after cleaning due to the water-solubility of the lacquer, but are dipped into the lacquer while still wet immediately after rinsing (which is done because of the acid used in the cleaning process to remove acid residues) can. The composition of the paint is practically unchanged and the water-solubility of the paint does not result in any undesired chemical or physical reactions or processes that could impair the protective effect of the paint.
2. Since in the method according to the invention the paint does not stick; it can be applied before making the holes for the components in the circuit boards. The varnish is expediently applied to the large blanks (multiple plates) before the circuit or the line pattern is printed. There is no need to work with many small individual panels, either when cleaning or when applying the paint. This reduces working time and costs.
3. The etching out of the line pattern carried out after the printing of the plates is not hindered by the protective lacquer used according to the invention. Even though the binding agent of the lacquer is a plastic, the plates treated with this lacquer can be etched.
The protective lacquer does not need to be washed off before dip soldering. Rather, the printed circuit can also be immersed perfectly in this state, as the lacquer melts at the soldering temperature and the previously cleaned metal surface, which has been preserved by the protective lacquer, is released for soldering.
For the process according to the invention it is of course also possible to use commercially available water-soluble lacquers known per se, or lacquers which additionally contain polyvinyl acetate and a pigment. These lacquers have so far not been used for the production of printed circuits, but only as a general surface protection agent against corrosion.
In order to illustrate the advantages of the invention with regard to the savings in process steps, a known process is compared below with an embodiment of the process according to the invention. Example 1 (known process): The following process steps are required: 1. Cleaning the metal-clad plate before printing (this step is necessary so that the printing ink adheres sufficiently).
z. Printing (e.g. using the offset or screen printing process) on the metal-clad insulating material plate (multiple plate) simultaneously with several line patterns.
3. Air or oven drying the ink.
4. Etching (etching away the non-printed parts).
5. Wash down the printing ink with dye dissolving agents.
6. Cut the multiple panels apart into the required number of individual panels.
7. Perforate the individual panels by punching or drilling.
B. Mechanical or chemical cleaning of the individual plates (because of the mechanical or manual contact that has now taken place).
9. Drying, e.g. Oven drying of the individual panels (formation of oxides. Each of the many small individual panels must be processed individually).
10. Paint with protective varnish containing rosin.
11. Oven drying.
12. Equipping with components.
13. Brush with flux (the connecting wires of the components are often not sufficiently tinned).
14. Immersion soldering of the assembled plate.
Example 11 (method according to the invention): 1. Chemical cleaning and preservation of the surface of the metal-clad large multiple plate with the lacquer used according to the method according to the invention.
z. Printing with the line pattern.
3. Air or oven drying the ink. 4. Etching.
5. Wash down the printing ink from the protective coated multiple plate.
6. Cut the multiple panels apart to form small individual panels.
7. Perforating the individual panels. B. Equipping with components.
9. Apply the flux. 10. Dip soldering.
The comparison shows that no fewer than four method steps can be saved when using the method according to the invention, namely
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Lich process steps 8, 9, 10 and 11 of Example I.
In cases where a solvent is used to wash down the printing ink, which attacks the protective varnish, it is more advantageous to apply the protective varnish after the printing ink has been washed down instead of applying it during process step 1 (example II), i. E. between the 5th and 6th step. But even in this case, the simplification of the process steps and the advantage of applying the lacquer are fully retained even before the multiple plate is cut apart.
Instead of the protective lacquers used previously, a lacquer is used according to Example I1 whose binder is polyvinyl acetate, whose pigment consists of chromium compounds, and whose solvent is water. The mixing ratio should preferably be 13.4% polyvinyl acetate, 86% water and 0.6% pigment. The lacquer is diluted with water, mixing ratios between 1: 5 and 1:30, but in particular the ratios 1: 5 to 1:15, being preferred. The protective lacquer can also contain ammonium salts of a vinyl acetate copolymer.
Equally good results are achieved in cases in which the pigment contains, in addition to a chromium compound, one or more additives of Cr, Na, Ca, Sr or Mg. Instead of the pigment, other corrosion-preventing constituents can also be added.
Although the protective varnish used is a synthetic resin varnish, it can be etched away and allows the circuit covered with it to be soldered and also has the properties required for punching, drilling or carving out other types of recesses without the further treatment of the plates being disadvantageous being affected.
For printing the plates, it is known to use such colors that act like a soldering flux during the subsequent dip soldering. However, these colors have the disadvantage that they are very brittle and easily crumble off when drilling or punching the holes for the components on the circuit board. According to a preferred embodiment of the invention, this disadvantage can be avoided by using a solderable printing ink in conjunction with the real or colloidally water-soluble protective lacquer. The water-soluble protective lacquer is expediently applied here immediately after the chemical or mechanical cleaning of the metal-clad multiple plates and the printing ink is applied to the lacquer.
The solderable printing ink adheres to the protective lacquer coating in such a way that the aforementioned disadvantages do not occur and the good solderability of the plates is retained.