CS219931B2 - Method of heating the thin electrically conductive metal layer - Google Patents

Description

(54) Způsob vyhřívání tenké elektricky vodivé kovové vrstvy

Vynález, se týká způsobu vyhřívání tenké elektricky vodivé kovové vrstvy, zejména na rovné dielektrické desce bez podstatného ohřevu této desky. Podstata vynálezu spočívá v tom, že se elektricky vodivá kovová vrstva vyhřívá krátkodobým dotekem s nepřetržitě vyhřívaným povrchem pevné horké podpěry po dobu od 0,1 až 1 sekundu při plošném tlaku od 0,1 do 5 kg/cm šířky dielektrické desky, přičemž vyhřívaná pevná horká podpěra má počáteční povrchovou teplotu od 35° do 350 °C.

Vynález se týká způsobu vyhřívání tenké elektricky vodivé kovové vrstvy, zejména na rovné dielektrické desce, bez podstatného oh^řevu ^hmot^y této^{1 d}esk^y.

Při nanášení materiálu chránidla na desku tištěných spojů, kde materiál chránidla je v pevném skupenství, je často žádoucí ^pře^de^hřát ^buď chr^áni^dlo^, ne^bo desku tteténýc^h spojů a^by tak chránídlo ^lépe přilnulo к měděnému ^povrchu <iesk^y t^ištěných s^poj^ů. NapřMad ^při naná^šení suché vrst:v^{y f}otochránidla na desku tištěných spojů je žádoucí nahřát fotosenzitivní vrstvu na teplotu blízkou bodu měknutí pro lepší přilnutí ^k elektrovo^div^ému ^povrchu desk^y t^išt^ěnýc^h s^poj^ů. ^Vyh^řív^án^í dese^k tištěných spojů je zvláště důležité pro proces magnetického tisku, kde obraz vytvořený shlukujícími se částečkami magnetického tónovače se pod tlakem nanese na předehřátou desku tištěných spojů tak, aby došlo k přenesení obrazu chránidla na desku tištěných spojů. Výsledná, obrazem opatřená deska tištěných s^poj^ů je . ^pa^{k p}o^drobena obv^yklým aditivním nebo subtraktivním procesům pro vytvoření požadovaného· obvodového schématu.

Vyhřívání desek tištěných spojů se prová^dí mno^ha z^půso^by napfalad v ^cích mezi horkými .· válci, vyhřívacími · lampami a indultfmm ohřevem. I ^{když k}a^ždý z t^ěc^hto z^působ^ů mů^že být · v určitých a^pli^kacích a za určitých podmínek užitečný, má každý z rnc^{h i p}odstatn^é nedostat^ky.

Vyhrívá-li se deska tištěných spojů v pecích, ohřívá se samozřejmě celá hmota desky, to· jest ne pouze elektrovodivý povrch, nýbr^{ž i} hmota desky. ^při tatovém ohřevu ve^škeré ^hmot^y desk;^y se des^ka rozpná často anizotriojpicky, a působí problémy v krytí materiálu chránidla na desce tištěných s^poj^ů. Mimoto o^hřev ve^škeré hmoty des^ky může působit zkroucení a deformace určitých desek tištěných spojů.

Pec pro vyhřívání desek tištěných spojů, sestává z řady rozličných tabulí umístěných před místem nanášení chránidla. Deska tištěných spojů, obrácená měděnou stranou vrstvy s^po^čívá na s^podn^í hor^{ké p}o^dložce, zatímco· horní vyhřívací podložka vyhřívá stranu dielektrické podložky desky Uštených s^pojů. Jakmile je ^deslra ti^ných spojů předehřátá, posouvá se k místu nanášení chránidla.

B^ylo zjⁱštěno'^, že ^převážné většin^ě z^kroucení a deformací může být zabráněno pouhým povrchovým ohřevem desky, to jest ohřevem kovového povrchu deslky na vhodně vysokou teplotu, aniž by docházelo k o^hřevu hmoty des^ky. Jedrnm ze z^působů, ^který b^yl navržen ^k dosažern tohoto (Ж je sálav^é te^plo^, vznikapm ^při ^použit^í v^yhřívacích lamp nebo jiných zdrojů sálavého tepla. Tento způsob řešení problému je· pon^ěku^d neúěnný a vzPe^dem ^ke vzrůstající ceně ener^gie ⁱ neekonomický. Neúěnnost ohřevu sáternm je z vět^{ší č}ásti z^působena odrazem sálav^ého te^pla od ele^ktrovodivého povrchu. To má za následek, že se povrch vyhřívá relativně pomalu, v důsledku čehož, než se povrch vyhřeje na požadovanou teplotu, předá kovová vrstva značnou část tepla dielektrické podložce. Tato nevýhoda je zvlášť citelná v · případě měděných povrchových vrstev, které tvoří většinu eíektrovodivých povrchů používaných pro desky tištěných spojů. · Při vyhřívání infračervenými ^pa^prs^ky zase neke v ^procesu pedeMty^ povrchu dosáhnout nízké spotřeby energie, pokud není povrch vodivé vrstvy začerněn, co^ž má ovsem tu nevýhod ^že je třeba je^ště další výrobní operace a · eventuálně i odstraněrn ^čern^ého zaPirvern.

DalC navr^žený z^půso^{b p}ovrchov^ého oWevu je použití vyhřátých pogumovaných válců. ^užití vyhřátyc^h hHnftových v^álců je neus^pokojivé ^proto, ^že mate doteková oPast m^ěla za nás^lede^k do^konce ještě men^ší účinnost ohřevu desky.

DalŠta z^koušeným z^působem ^povrchového ohřevu je indukční ohřev, který zvyšuje tepotu ^povrchu desk^y tmtěných s^poj^ů · tím, že ji vystaví rychle se měnícímu elektromagnetickému poli. Měď nebo jiný kov se ohřívá, když molekuly kovu rychle vibrují v rytmu změn ma^gneitⁱc^ké^ho· ^pote. ^přes ^potenciálně účinný ohřev a jednoduché provedení předehřívání u indukčního ohřevu vyžaduje na^pájec^í z^droj ^pro v^yhřívárn deselk tměných s^pojů s ^přís^lu^šnou úmnnostf nadm^ěrné investice.

Bylo také vyzkoušeno použití trysek horkého vzduchu proudícího směrem k povrchu desky, ale to vyžaduje zpracování velkého množství vzduchu, a je proto neekonomic^ké. Zdáte b^y se,· že o^dporový ' ohřev^, realizovaný tak, že se · povrchem desky · vede · proud, bude alespoň · v případě elelktrovodivýc^{h k}ovových . ^povrchů ^účmným ^prostředkem pro vyhřívání vrstvy pro· nanášern. Ukázalo· se v^k že tento z^působ je nepoužitelný proto, že se teplo soustředí okolo oblastí se zmenšeným průřezem.

Takto, když povrchový ohřev zabrání větší deformaci desky, bylo doposud velmi ob^tížn^é jej ^prová^dět energeticty a elkonomic^{ky úč}inným z^působem.

Tyto nevýhody odstraňuje způsob vyhřívám ten^ké elektrⁱc^ky vodte^{é k}ovov^é vrstoy, zejména na rovné dielektrické desce bez podstatného ohřevu hmoty této desky podte v^álezu, jehož ^po^dstata s^počtyá v tom^, že se elektricky vodivá vrstva vyhřívá krát^kodobým dotekem s ^pevnou ^hor^kou ^po^dpěrou při posunu desky tištěných spojů s· elektricky vodivou vrstvou v povrchově přiz^půso^ben^ém ^dote^ku s nepetržhě v^yhMvaným ^povrchem ^pevn^{é h}or^ké · ^pod^pěr^{y p}o dobu od 0,1 až 1 sekundy při · plošném tlaku od ^0,1 ^do 5 ^kg/cm ěiř^ky dietek:tric^ké deslí^y, přičemž vyhřívaná pevná · horká podpěra má ^po^čáte^čn^í te^plotu od З^{5 0} do ³⁵⁰ °C. Z^působ podle vynálezu je výhodný Jak energeticky, ^ta^k e^konomic^ky.

Příkladné provedení vynálezu je znázorněno na výkrese, na němž značí obr, 1 boční pohled na zařízení pro předehřívání desek tištěných spojů způsobem podle vynálezu za použití pevného rovinného vyhřívaného povrchu a obr, 2 boční pohled na jiné provedení zařízení pro provádění způsobu ^po^dle v^yn^álezu za použitf ^.hybhvěbo rovinného vyhřívaného povrchu.

Na obr. 1 je znázorěna deska 2 tištěných spojů sestávající z elektricky vodivé vrstvy 4, obv^ykle měděné, která · přiléhá k jedné straně dielektrické desky 6 vyrobené obvykle z epoxidové pryskyřice, vyztužené skelnými nebo minerálními vlákny z fenolové pryskyřice. Tloušťka měděné vrstvy desky 2 tištěných spojů je obvykle· od 0,0127 do 0,0508 mm, přičemž tloušťka dielektrické desky 6 musí zajistit pevnost a tuhost požadované pro desky 2 tištěných spojů, která. se z dielektrické desky 6 získá.

Deska ² ttštěných spoj‘ů se ru^čně nebo mechanicky pevně uchopí a posouvá se po dráze k místu nanesení chránidla, které bude popsáno později.

Pevná horká podpěra 8 slouží jako vyhřívaná plocha a je umístěna tak, aby přišla do styku s elektricky vodivou vrstvou 4 desky 2 tištěných spojů, když se tato průběžně pohybuje po dané dráze. Pevná horká podpěra 8 sestává z měděného tělesa 10 s vyhřívacími tyčemi 12 na něm umístěnými a z tenkého rovinného, proti opotřebení odolného čela 14, jako je například nerezová ocel. Zařízení je opatřeno řadami přítlačných v^álc^{ů 1}6 pro utožovám Daku mezⁱ pfochami na hodnotě alespoň 0,1 kg na centimetr šířky dielektrické desky 6 při jejím průchodu zařízením. Tlak alespoň 0,5 kg na centimetr dielektrické desky 6 je výhodný pro zajtétění povrchově přizpůsobovatoho styku. Výhodné také je, nepřesáhne-li tlak mezⁱ styčnými plochami hodnotu 5 ^kg na centimetr a ještě výhodnější je, nepřestone-li. 2 k^g/cm.

Kontakt mezi elektricky vodivou vrstvou 4 a pevnou horkou podpěrou 8 přehřívá elektricky vodivou vrstvu 4 rychle a účinně. Ohřev je v podstatě omezen na tenkou elektricky vodivou vrstvu desky 2 tištěných spojů během krátké doby ohřevu, závislé na rychlosti průchodu desky 2 tištěných spojů a ^délce pevn^é torké ^pod^pěry 8, ^přes kterou deska 2 tištěných spojů jede a odpovídající době ohřevu pro kteroukoliv část desky · 2 · od 0,1 do 1 sekundy, s výhodou není doba ohřevu vě^tší než ^0,7 sekundy. Do^ba ohřevu v kontaktu s pevnou horkou podpěrou 8 musí být alespoň 0,2 sekundy. Tato krátká doba ohřevu dostačuje k vyhřátí povrchu desky 2 tištěných spojů na teplotu požadovanou k nanesení chránidla. Hmota dielektrické desky 6 se za krátkou dobu vyhřívání podstatně nezahřeje, takže roztažern ne^bo deformace desky ² tiětěnýrá spojů jsou skutečně eliminovány.

Pevná ^hork^{á p}o^dpěra ⁸ se obv^ykte · vyMb vá na teplotu vyšší než· je teplota elektricky vodivé vrstvy 4, která se vyhřívá po celou dobu kontaktu s pevnou horkou podpěrou 8.

Povrchová teplota požadovaná pro zdroj ohřevu · je funkcí alespoň tří proměnných, a to ^fyzⁱká^lních vtestností zvtóste teploty změknutí nanášeného materiálu, doby povrchově přizpůsobeného kontaktu, která je zase funkcí rychlosti desky 2 tištěných spojů a fyzikálních vlastností dielektrické desky 6 a tenké elektricky vodivé vrstvy 4 na ní. Při uplatóovám způsobu po^dle vynátezu pro předehřátí podkladu před nanášením termoplastického polymeru na tento· podklad se používají teploty od 35 do 350 °C, s výhodou pak od 65 °C ’ do 200 °C. Nejvýhodnější jsou teploty nad 150 °C. Vzhledem k velmi krátkým dobám ohřevu je v mnoha případech možné použití takových teplot ohřevu povrchu, které podstatně převyšují bod tání nanášeného polymeru, aniž by se projevila tepelná degradace. Je známo, že při styku povrchu tenké vrstvy a zdroje ohřevu i při krátkých dobách, o které zde jde, povrchová teplota zdroje ohřevu poklesne s tím, že bude předávat teplo na tenkou vrstvu. Teplotní rozsah, o kterém byla řeč, se tedy týká „počátečních” teplot vyhřívajícího povrchu v okamžiku, kde se plochy dostanou na sebe a ne ni^žšíc^h tepte^ která vzniknou poté, co se uskuteční přenos tepla na tenkou vrstvu.

Pro podrobnější popsání nanášení chránidla je zařízení opatřeno válci 20 a 22, z nichž každý je otočně uložen v rámu ²⁴. ^Válec 20 je tiskacím válcem a je poháněn motorem 26 s proměnnou rychlostí. Tiskací válec 20 je na povrchu opatřen magnetickým ^povla^kem ²⁸ vrstv^y permanentně magnetického mater^iálu^, jato jsou ^částice ^sliCnl· ku cliromteitélio CrOž v pojivý nanesen^é na podložně vrstvě · jako je orientovaný potyetyléntereftalát.

^Vátec 22 je přhlačný vOe^ jeho^ž rotečrn osa je proměnn^á prostředrncMm pfetového zanzern ^{30, k}teré ov^ládá tlak jtaž p^ůso^bí přettečný válec 22 na ttstorn hs ³² mezi tistochn váteem ²⁰ a přňlačným válcem 22.

Požadovaná kresba obvodu je obvyklými prostředky zobrazena v magnetické vrstvě a při otáčení tiskacího válce 20 magnetic^ké zobrazem práatoje shlutojTm se ^částic^e magnetického tónovače nanášené na povlak 28 ze zařízení 34 na nanášení tónovače. Zařízern na nanášení tónovače- může bý^t typm který tvoří zkapalněné nánosy částic tónovače narážejteteh na povla^k 2& ^Povlak ^{28 l}ze zpracovávat koronovým výbojem, anebo vzdušným nožem ^pro odstraní ^částic tónovače z těch oblastí povlaku, které tvoří zobrazení obvodu.

Jak tiskací válec 20 pokračuje v rotaci, obraz tvořený částicemi tónovače na povlaku 28 se dostává do oblasti tiskacího lisu 32 spolu s předehřátou deskou 2 tištěných spo.jů v^yhřátou ^pouze ^vrchově. Kombinace tlaku ^do^dávané^ho tiskacím v^álcem 20 a ^přítlačným válcem 22 a tepla elektricky vodiv^é vrsty^y 4 ^půso^bí, že se o^braz v^ytvo^řený částicemi tónovače přemístí na vnější vrstvu. Tento obraz může vytvořit chránidla, po^ku^d se ^částice ^dostate^čn^ě s^pojí, a^{by by}l^y pro kapalinu nepropustné, nebo může být obraz dodatečně nahřát, aby došlo ke spojení částic do požadovaného stavu.

Částice tčrnovacle obsahují složk^{y p}r^ysk^yřičného pojivá, které mají schopnost se shlukovat a magnetické částice v nich obsažené. Potřená te^plota předehřátí z^ávis^í na teplo^tě charakteristice ^pro ^částice tónovače. O^byčejn^ě bu^de te^plota vněj^ší vrstv^y od 70 °C do 150 °C a obvykle od 80 °C do 100 stupňů Celsia. Elektricky vodivá vrstva 4 ztrácí něco· ze své teploty během průchodu od pevné hor^ké po^dpěr^y 8 ^k tiskactau lisu ³², ate ^tyto ztráty jsou minimalizovány prostorovou Wzkostl pevné hoře pod^p&r^y 8 a tiskacího lisu 32 a velkou rychlostí průchodu deslky 2 tištěných spojů, například ²⁵,4 a^{ž 7}62 milimetrů za sekundu, ^přes ^pevnou horkou podpěru 8 a tiskací lis 32. Ty^pic^ky hu^de doba ^pr^ůc^hodu v^yhřátí oblasti ele^ktric^ky vodWé vrstv^{y 4} od ^pevné horké podpěry 8 k tiskacímu lisu 32 menší než 2 sekundy.

Jako ^pří^klad _ lze z^působ ^po^dle vynálezu provést takto: Cista deska 2 tištěných spojů se uc^ho^pí na je^dnom ol^ira^ji a r^ychlostí 300 mm za sekundu se posouvá oblastí předehrívání a lisu. V oblasti předehřívání se jedna strana desky ² ttétěných spojů ohřívá ^pr^ůchodem a čelrnm ^konta^ktem s pevnou horkou podpěrou 8. Deska 2 tištěných spojů je ve sm&ru posuvu dlouh^á 140 takže ^kaž^{dá čá}st des^{ky 2} ti^štěnýc^h s^poj^ů je s ní v kontaktu po dobu 0,46 sekund. Povrch pevné horké podpěry 8 je udržován na konstantrn te^plotě' ¹⁶⁶ °C vnitřním ohřevem. Řada pružinou opatřených podpůrných válců tlačí na nevyhřívanou stranu des^ky 2 tištěných spojů vytvářejíc tlak asi 0,5 kg/cm, takže se po· dobu průchodu deslty 2 tištěných spojů u^držuje ^bezprostřední dot^yk des^{ky 2} dštěných spojů s pevnou horkou podpěrou 8.

Tis^kací hs ³² sestává z tisedho· v^álce ^20, na který je připevněn magnetický povlak 28, opatřený tánova^čem a z pntlačného v^álce 22. Tiskací válec 20 a přítlačný válec 22 jsou uspo^řá^dán^y ta^k, že jejich obvodová rychlost odpovídá lineární rychlosti deslky z tištěných spojů a tiskací válec· 20 rotuje v kontaktu s vyhřátým povrchem des^ky 2 tměných s^pojů zatfmco ^přítlačný vátec ²² rotuje v kontaktu s nevyhřátým povrchem ^desk^{y 2} tišt^ěnýc^h s^pojů ^přímo· na^proti tis^kac^ímu válci ²°. Otolem ^pntlačné^ho válce 22 je udržovat tlak mezi ' tiskacím válcem 20 a deslcou 2 tisítěnýc^h s^poj^ů. ^Vzduchové válce na ^posuvn^é ná^prav^ě zaji^šťuj^í tla^k 9 kg/cm na desce 2 tištěných spojů a tiskacím lisu 32.

Použitím tohoto zařízení a pracovního postupu se tištěný obraz zcela přenese z tónovače obsahujícího · kysličník železa a . spojí se s tiskací deskou. Tónovač má hmotnostn^í složení ⁵0 · % magnetického· ^kysli^čníku ^železa^{, 45} % pojivá — Atlac ³82 ES^, co^ž je polyester kyseliny turnérové, mající bod měknuC ⁷0 °C a bo^d tánu 1°⁰ °C — a 5 · % ’ trifenylfosfátového plastifikačního činidla. Teplota hmoty desky z tištěných spojů po tisku byla pouze 45 °C. Při pokusech se zařízením, které vyhřívalo celou desku 2 tišt^ěnýc^h s^pojů v ^peci nebo horkou ^po^dpěrou ^před tistem ^při ЗШ mm/s a 9k^g/cm b^yla teplota hmoty 2 tištěných spojů měřena a byla o plných 20 °C vyšší. Poněvadž obě předehřívací a tiskací operace byly proveden^y stejnou rycNostf a ^po^d Umtéž ^tla^kem^, ' je zřejmé, že způsobem podle vynálezu se dosahuje povrchového ohřevu bez podstatn^ého v^yhřátí ^hmot^y desk^y 2 tištěných s^pojů.

Zatímco pevná horká podpěra 8 příslušně povrchově zahřívá vnější vrstvu pro zajmtěm pÍOdehřátí ^desky 2 tištěný^ spojů pro nanesení chránidla, je také možné zavést mezi pevnou · horkou podpěru 8 a des^ku ² tistěnýc^h spojů tepeme valivý ^pás ^40, ja^k je zn^ázorn^ěno na o^br. ². ^sněj^ tepelně vodivý ^pás ⁴⁰ ja^ko je ^fóHe z nerezové ocelt se otáft Mem dvojme vátoů ^42, z nichž jeden je poháněn tak, aby unášel tepelně vodivý pás 40 stejným směrem a stejnou rychlostí jako desku 2 tištěných spojů. Tepelně vodivý pás 40 je vyhříván stykem s pevnou horkou podpěrou 8, která je umístěna v oblasti povrchově přizpůsobeného kontaktu a naopak vyhřátý povrch tepelně vodivého pásu 40 povrchově vyhřívá elektricky vodivou vrstvu 4 desky · 2 · tištěných spojů. Tlak tištěných spojů v dotyku mezi tepeme vo^divým ^pásem ⁴⁰ a elektriky vodivou vrstvou 4 se udržuje přítlačnými válci 16. Toto uspořádání lze použít namísto· uspořádání s pevnou horkou podpěrou 8 podle obr. 1 s výjim^to že ^pevn^á ho^á podpěra ⁸ nemůže bý^t umfcténa ta^k bhzto· tisícího lisu 32 jako při uspořádání podle obr. 1.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob vyhřívání tenké elektricky vodivé kovové vrstvy, zejména na rovné dielektrické desce bez podstatného ohřevu hmoty této desky, vyznačující se tím, že se elektricky vodivá kovov^á vrstva vy^hřív^á krát^kodo^bým ^dote^kem s pevnou horkou podpěrou ^{při p}osuvu ^desky tišténý^ spoj^ů s ele^k tricky vodivou vrstvou v povrchově přizpůsobeném doteku s nepřetržitě vyhřívaným povrchem pevné horké podpěry po dobu od 0,1 až 1 sekundu při plošném tlaku od 0,1 do 5 kg/cm ^ší^řky dielektócké desky, přičemž vyhřívaná pevná ' horká podpěra má ^poč^átečn^í te^plotu o^d 35 °C ^do 35⁰ °C.