DE1057672B - Verfahren zur Herstellung eingelegter Stromkreise - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eingelegter Stromkreise

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DE1057672B DEP12512A DEP0012512A DE1057672B DE 1057672 B DE1057672 B DE 1057672B DE P12512 A DEP12512 A DE P12512A DE P0012512 A DEP0012512 A DE P0012512A DE 1057672 B DE1057672 B DE 1057672B
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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf ein. Verfahren zur Herstellung eingelegter Stromkreise nach Art der gedruckten Schaltungen.
Zur Massenherstellung von Stromkreisen werden oft sogenannte gedruckte Stromkreise verwendet. Hierbei werden die Leiter in der gewünschten Gestalt auf eine.isolierende Unterlage aufgedruckt. Dies kann z. B. durch' Drucken mit Metallfarbe oder durch Wegätzen einer den isolierenden Träger gleichmäßig bedeckenden Metallfolie an den nicht benötigten Stellen geschehen, nachdem das stehenbleibende Muster photographisch erzeugt wurde.
Häufig sollen jedoch gedruckte Stromkreise eine glatte Oberfläche besitzen, d. h., die elektrischen Leiter sollen in dem isolierenden Trägermaterial so eingebettet sein, daß die blanken Oberflächen der Leiter mit der Oberfläche des Isoliermaterials abschließen. Dies ist beispielsweise dann erwünscht, wenn ein beweglicher elektrischer Kontakt mit Teilen des Stromkreises zusammenwirken soll.
Hierzu werden nach einem bekannten Verfahren die elektrischen Leiter zuenst auf eine vorläufige Unterlage aufgeprägt, und zwar nach, einem Folienätzverfahren. oder einem elektrolytischen Verfahren. Dannn wird das Material, welches den endgültigen Träger darstellen soll, gegen die freien Oberflächen der Leiter und gegen die freien Oberflächen der vor-' läufigen Unterlage gepreßt. Anschließend wird der geprägte Stromkreis, d. h. der endgültige Träger mit den eingebetteten Leitern, von der vorläufigen Unterlage abgezogen.
Dieses Verfahren führt jedoch, zu verschiedenen Schwierigkeiten. Wenn der Stromkreis auf elektrolytischem Wege auf die vorläufige Unterlage aufgebracht wird, muß die Oberfläche der Katode, welche als vorläufige Unterlage dient, besonders behandelt werden, damit eine zu feste Bindung zwischen der vorläufigen Unterlage und dem darauf niedergeschlagenen Metall verhindert wird. Beispielsweise wird zu diesem Zweck auf der Oberfläche der Katode ein Oxyd erzeugt oder ein sehr dünner Fettfilm aufgebracht. Die so aufgebrachte Zwischenschicht ermöglicht zwar ein leichtes Abziehen des niedergeschlagenen Metalls von der vorläufigen Unterlage, erschwert aber die Bildung einer wirklich glatten und ebenen Oberfläche. Ein allgemein auftretender Fehler besteht darin, daß das den endgültigen Träger für den. Stromkreis bildende Material zum Teil über die in. dem fertigen Produkt freie Oberfläche des Stromkreises fließt, da diese nur leicht an der Katode haftet. Diese Erscheinung tritt insbesondere dann auf, wenn das Material des endgültigen Trägers ein wärmehärtbarer Kunststoff ist, welcher unter starkem Druck und bei hoher Temperatur ausgehärtet wird. Eine einwand-Verfahren zur Herstellung
eingelegter Stromkreise
Anmelder:
Nathan Pritikin, Chicago, 111. (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. August 1953
Nathan Pritikin, Chicago, 111. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden
freie Kontaktbildung ist dann nicht möglich. Ferner kann der Teil des geprägten Stromkreises, welcher von der Oberfläche der vorläufigen Unterlage durch den Druck des Trägermaterials abgehoben wird, so stark verformt werden, daß ein Abschnitt mit hohem Widerstand oder sogar eine Unterbrechung im Stromkreis entsteht.
Diese Nachteile werden bei einem Verfahren zur Herstellung eingelegter Stromkreise dadurch beseitigt, daß gemäß der Erfindung auf einer Seite einer Metallfolie in bekannter Weise auf elektrolytischem WTeg ein dem Verlauf des gewünschten Stromkreises entsprechendes Metallrelief gebildet wird, wobei das aufgetragene Metall von anderer Art als das Metall ' der Folie ist und in Metall-Metall-Bindung mit dieser steht, daß ein aushärtbares Isoliermaterial in plastischem Zustand auf das aufgetragene Metallrelief und die umgebenden Flächen der Metallfolie, aufgebracht wird, wobei sich das. reliefartige Stromkreismuster in das Isoliermaterial eindrückt und an diesem festhaftet, daß dieses Isoliermaterial dann ausgehärtet und anschließend die Metallfolie durch Behandlung mit einem das Metall des aufgetragenen Reliefs und das Isoliermaterial nicht angreifenden Lösungsmittel entfernt wird.
Bei diesem Herstellungsverfahren bildet das Material des geprägten Stromkreises mit der vorläufigen Unterlage zunächst im wesentlichen, ein einziges Metallstück. Das Material des endgültigen Trägers kann dann, unabhängig von der Art der Aufbringung auf den geprägten Stromkreis, in keinem Fall zwischen den geprägten Stromkreis und die vorläufige, Unterlage eindringen.
909 527/326
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten eingelegten Stromkreise besitzen daher eine sehr glatte, ebene Oberfläche. Dennoch ist das Verfahren einfach und wirtschaftlich, da die Schwierigkeiten bei der Erzeugung der Trennschicht und beim Abziehen der vorläufigen Unterlage entfallen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 bis 7 Schnittansichten der vorläufigen Unterlage des Stromkreises und des endgültigen Trägers während verschiedener Verfahrensstufen und
Fig. 8 eine Draufsicht auf den fertigen eingelegten Stromkreis.
In der Zeichnung ist als Beispiel die Herstellung eines Widerstandselements gezeigt, welches zum Aufbau eines Potentiometers verwendet werden kann. Der Ausdruck »eingelegter Stromkreis« bedeutet ,natürlich, wie in der Technik der gedruckten Schaltungen, nicht nur ein Netzwerk von Leiterstreifen, sondern auch einfache. Schaltungselemente, wie Widerstände, Spulen, Kondensatoren, die auf gleichem Weg hergestellt werden . können. Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird eine vorläufige Unterlage 11 .verwendet, welche zweckmäßig aus einem dünneh, nämlich etwa 1U mm starken Kupferblech besteht?"Ein Blech dieser Dicke erlaubt eine einfache Handhabung_.. der Anordnung während der Durchführung'des Verfahrens. Es kann jedoch auch-ein dickeres 1BTeCn oder ein sehr dünner Film oder eine Folie verwendet werden, wobei der Film bzw. die Folie aber darm zweckmäßig auf einer verhältnismäßig steifen Unterlage aufliegt, an welcher sie leicht festhaftet. ·- -·'''■■■■■ '
• Das Kupferblech 11 dient-als Katode, auf welcher das leitende Material des Stromkreises in der bekannten Weise elektrolytisch niedergeschlagen wird. Hierzu wird zunächst ein· Negativ des. Stromkreises aus einem isolierenden Material auf der Oberfläche des Kupferblechs in bekannter Weise auf photographischem Weg gebildet.
In Fig. 2 ist ein auf einer- Oberfläche des Kupferblechs 11 aufgebrachter lichtempfindlicher Überzug 12, z. B. aus einer mit Bichromatlösung sensibilisierten Schellacklösung, gezeigt. Der lichtempfindliche Überzug wird entsprechend dem gewünschten Verlauf , des Stromkreises belichtet, und anschließend entwickelt und .fixiert. Dabei werden die nicht belichteten Teile der photographischen Emulsion weggewascheni, und es verbleibt ein Restüberzug 12' in einem Muster, welches das Negativ des gewünschten Stromkreises darstellt (Fig. 3). Dieser Restüberzug kann gegebenenfalls noch gehärtet werden.
Das leitende Material für den eingelegten Stromkreis soll mit der Unterlage 11 so dicht wie möglich, und zwar in Metall-Metall-Bindung, verbunden werden. Deshalb wird der in Fig. 3 blankgebliebene Teil der Unterseite des Blechs 11 .chemisch saubergemacht. Es kann dies dadurch erfolgen, daß man die Anordnung von Fig. 3 in eine lO9/oige Schwefelsäurelösung taucht. Dieses Bad greift natürlich den Restüberzug 12' nicht an.
Die ganze Anordnung von Fig. 3 wird dann in ein ein Silbersalz enthaltendes Elektrolytbad eingetaucht, wobei sich auf den freien Stellen der Unterseite des Kupferblechs 11 elektrolytisch Silber niederschlägt. Während dieses Vorganges kann die andere oder Oberseite des Kupferblechs durch einen das ganze Kupferblech bedeckenden Überzug aus einem geeigneten nichtleitenden Material geschützt werden, um die Ablagerung von Silber auf dieser Seite des Blechs zu verhindern. Das auf den blanken Stellen der Unterseite des Kupferblechs niedergeschlagene Silber stellt dann die leitenden Teile 13 des fertigen Stromkreises dar (Fig. 4).
Anschließend wird der Restüberzug 12' entfernt, z. B. durch Behandlung mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel, wie Alkohol oder einer Lösung einer Alkalilauge. Auf dem Blech 11 bleibt dann nur
ίο das niedergeschlagene Metall 13 zurück, wie aus Fig. 5 zu ersehen ist. Die Lösungsmittel haben keinen schädlichen Einfluß auf das Kupferblech 11 oder das elektrolytisch niedergeschlagene Silber 13.
Als nächster Verfahrensschritt wird ein geeignetes isolierendes Material 14, welches den endgültigen Träger des eingelegten Stromkreises bilden soll, auf das niedergeschlagene Silber'und. die blanken Stellen der Unterseite des Kupferblechs 11 aufgebracht, wie aus Fig. 6 zu ersehen ist. Dieses Material soll plastisch sein, damit es mit allen Metallflächen eine innige Be-
j rührung eingehen kann. Es kann jeder thermoplastische ödere wärmehärtbare Kunststoff, vorzugsweise Polytetrafluorethylen oder Polystyrol verwendet werden. Während dieser Verfahrensstufe läßt man das Kupferblech 11 an einer flachen, starren Unter-
■■.. lage anliegen. Wenn für den endgültigen Träger 14 wärmehärtbare Kunststoffe verwendet werden, können sie in dieser Verfahrensstufe durch Anwendung einer geeigneten hohen Temperatur thermisch gehärtet werden. Zweckmäßig wird gleichzeitig ein ziemlich hoher Druck angewendet, um eine feste und gleichmäßige Berührung zwischen dem Kunststoff und den Kupfer- und Silberflächen zu gewährleisten. Die Anwendung von Druck ist, unabhängig von dem für den endgültigen .Träger verwendeten Material, stets vorteilhaft.
Nachdem der Träger 14 thermisch ausgehärtet oder auf andere Weise in seine endgültige Form gebracht wurde, wird das Kupferblech 11 weggeätzt, damit die Oberflächen der Leiter 13 und der Unterlage 14, welche mit dem Kupferblech in Berührung waren, freigelegt werden, wie in Fig. 7 zu sehen ist. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Kupferblech 11 mit einem Silberniederschlag 13 und ein beliebiger wärmehäftbarer Kunststoff für die Unterlage 14 verwendet werden, kann das Kupferblech mit einer Lösung von. Ferrichlorid in Wasser mit einer Dichte von 40° Baume entfernt werden. Diese Lösung löst das Kupferblech leicht und greift das Silber und den Träger nicht merkbar an.
Das Entfernen der Unterlage 11 mittels eines Lösungsmittels, welches gegenüber dem Material des eingelegten Stromkreises im wesentlichen inert ist, ist praktisch unabhängig von der Art- der Bindung zwischen dem als Unterlage dienenden Blech und dem Material des eingelegten Stromkreises. Daher ist zwischen den leitenden Teilen des eingelegten Stromkreises und dem als Unterlage dienenden Blech die dichtestmögliche, nämlich Metall-Metall-Bindung möglich. Wenn das leitende Material des eingelegten Stromkreises elektrolytisch auf der Unterlage des Blechs niedergeschlagen wird, kann, daher die Oberfläche dieses Blechs während der elektrolytischen Abscheidung chemisch sauber sein, so daß das Leitermetall des eingelegten Stromkreises und das Unterlagsblech im wesentlichen ein einziges Metallstück bilden. ' ' .
Bei Anwendung dieses Verfahrens kann das isolierende Material, welches: den endgültigen Träger
1 05 XtS 12
des eingelegten Stromkreises bilden soll, auf die blanken Stellen des Metallblechs und des elektrolytisch niedergeschlagenen Metalls unter den strengsten Temperatur- und Druckbedingungen aufgebracht werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß das isolierende Material zwischen das Unterlagsblech und das darauf elektrolytisch niedergeschlagene Metall eindringen kann. Es besteht auch nicht die Möglichkeit, daß etwa das leitende Material auf der Oberfläche 'des Unterlagsblechs 11 seitlich verschoben, und dadurch das Muster des Stromkreises zerstört wird. Man erhält daher auf jeden, Fall einen genauen, mit der Oberfläche der Unterlage exakt abschließenden eingelegten Stromkreis.
Wenn der fertige eingelegte Stromkreis eine besonders dichte Verbindung zwischen den leitenden Teilen 13 und dem endgültigen Träger 14 erfordert, kann dies ohne Rücksicht auf die Festigkeit der Verbindung zwischen dem endgültigen Träger 14 und dem Unterlagsblech 11 erfolgen. So kann z. B. ein verhältnismäßig starrer endgültiger Träger 14 mit einem wirksamen Haftmittel, ζ. B. einem. Epoxydharz, überzogen werden., Der Träger kann dann, wie in Fig. 6 gezeigt, gegen, die Anordnung von Fig. 5 gepreßt werden, so daß, der Haftmittelüberzug zum Fließen kommt und alle Flächen des leitenden Materials 13 und die blanken Teile der- Unterseite des Blechs 11 berührt. Ein Haftmittel der obengenannten. Art ergibt so eine sehr feste Verbindung zwischen dem endgültigen Träger 14 und dem leitenden Material 13, aber natürlich erhält man dabei auch eine ebenso feste Verbindung zwischen dem endgültigen Träger 14 und dem Blech. 11. Bei Epoxydharzen, kann die Festigkeit der Verbindung etwa 350 kg/cm2 betragen.. Bei einem der früher üblichen. Verfahren wäre es dann unmöglich, das Unterlagsblech von dem endgültigen Träger abzuziehen. Dagegen kann bei dem erftndungsgemäßen Verfahren die Bindung zwischen dem Träger und dem Unterlagsblech 11 beliebig fest sein, da das Unterlagsblech 11 durch ein Lösungsmittel entfernt wird.
Natürlich kann entsprechend den üblichen Verfahren das Negativ des Stromkreises auf das Unterlagsblech
11 auch aufgedruckt, aufgewalzt oder aufgesiebt werden. Das geschilderte Lichtdruckverfahren ergibt aber eine größere Genauigkeit.
Wenn die Schicht 12 durch Aufdrucken, Aufwalzen oder Siebdruck aufgebracht wird, kann sie aus dem gleichen Material wie der endgültige Träger oder aus einem damit verträglichen Material bestehen. In diesem Falle braucht die Schicht 12 nach dem Aufbringen des leitenden Materials nicht von dem Unterlagsblech 11 entfernt zu werden, sondern das Material des Trägers kann direkt auf die Anordnung nach Fig. 4 aufgebracht werden. Das Material der Schicht
12 bildet dann in dem fertigen Produkt einen Teil des Trägers.
Wenn das Leitermaterial des eingelegten Stromkreises im Betrieb nicht einer starken Abriebbeanspruchung oder höhen Temperaturen ausgesetzt wird, kann dafür auch ein weiches, niedrigschmelzendes Metall, z. B. eine Zinn-Blei-Lötmasse, verwendet werden. Tn diesem Fall wird das Leitermetall besser durch Eintauchen der Anordnung von Fig. 3 in ein Bad des geschmolzenen Metalls aufgebracht, oder das geschmolzene Metall wird aufgesprüht.
Zink kann auch für das Unterlagsblech 11 verwendet werden. Dieses wird dann am Schluß mit einer 10°/cigen Salpetersäure entfernt. Wenn Aluminium als Unterlagsblech verwendet wird, kann es am Schluß mittels einer starken Lauge (etwa .45 g Lauge1 pro Liter Wasser) 'entfernt:werden. Wenn Aluminium als Unterlagsblech 11 in Verbindung mit einer lichtempfindlichen Schicht 12 verwendet wird, wird der in Fig. 3 gezeigte Restüberzüg 12' zweckmäßig nicht mit einer Laugehlösung· entfernt, da die Lauge das Aluminiumblech angreifen würde. Der Restüberzug kann in diesem Falle mittels Trinatriumphosphat entfernt werden.
ίο Wenn im Hinblick auf einen bestimmten Verwendungszweck des eingelegten Stromkreises Nickel als leitendes Material verwendet werden soll und Kupferblech als Unterlage 11 dient, kann die Unterlage am Schluß des Verfahrens mit Chromsäure entfernt
i5_ werden, welche Nickel nicht angreift.
Es sind noch einige andere Verfahren zum Aufbringen des Leitermaterials 13 auf das Unterlagsblech 11 bekannt, bei denen das Aufbringen der Schutzschicht 12 entfällt. Beispielsweise kann auf das Unterlags-
2„o blech 11 in dem dem gewünschten Stromkreis entsprechenden Muster ein Lötflußmittel aufgebracht werden. Das Unterlagsblech 11 wird dann in ein Bad aus geschmolzenem Lötmetall eingetaucht, worauf das Lötmetall unter Bildung des gewünschten Musters an den Stellen des Blechs haftet, auf welche das Flußmittel vorher aufgebracht worden war. Das Flußmittel kann auf gestrichen, aufgewalzt, aufgedruckt oder aufgesiebt werden. Ein anderes Verfahren, bei welchem keine Schutzschicht 12 erforderlich ist, besteht darin, daß man das geschmolzene Leitermetall durch eine Schablone auf das Unterlagsblech 11 aufsprüht. Schließlich kann auch geschmolzenes Lötmetall auf das Unterlagsblech direkt durch Aufdrucken oder Aufwalzen aufgebracht werden. In allen Fällen wird natürlich das Unterlagsblech 11 schließlich mit einem.
Lösungsmittel entfernt, das gegenüber dem Material des eingelegten Stromkreises im wesentlichen inert ist.
Bei den verschiedenen vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen besitzen die zum Entfernen' des Unterlagsblechs 11 verwendeten Lösungsmittel im wesentlichen keinen Einfluß auf das Material des eingelegten Stromkreises. Um wirtschaftlicher und schneller zu arbeiten, mag es jedoch unter Umständen zweckmäßig sein, auch bestimmte Lösungsmittel zu verwenden, welche einen Teil des eingelegten Stromkreises stark angreifen. So könnte z. B. eine schwache Ferrichloridlösung zum Entfernen eines Aluminiumblechs 11 verwendet werden, wenn Kupfer das Leitermaterial des eingelegten Stromkreises bildet. Dieses Lösungsmittel greift Kupfer ziemlich stark an, es reagiert jedoch um so viel schneller mit dem Aluminium als mit dem Kupfer, daß bei sorgfältiger Handhabung das Kupfer nur leicht angeätzt wird.

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eingelegter Stromkreise nach Art der gedruckten Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Seite einer Metallfolie (11) in bekannter Weise auf elektrolytischem Weg ein dem Verlauf des gewünschten Stromkreises entsprechendes Metallrelief (13) gebildet wird, wobei das aufgetragene Metall von anderer Art als das Metall der Folie ist und in Metall-Metall-Bindung mit dieser steht, daß ein aushärtbares Isoliermaterial (14) in plastischem Zustand auf das aufgetragene Metallrelief (13) und die umgebenden Flächen der Metallfolie (11) aufgebracht wird, wobei sich das reliefartige Stromkreismuster in das Isoliermaterial eindrückt und an diesem festhaftet, daß dieses Isoliermate-
rial dann ausgehärtet und anschließend die Metallfolie (11) durch Behandlung mit einem das Metall des aufgetragenen Reliefs und das Isoliermaterial nicht angreifenden Lösungsmittel entfernt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (11) in bekannter Weise mit einer lichtempfindlichen Schicht (12) versehen wird, daß die Schicht (12) mit einem Negativ des gewünschten Stromkreises belichtet wird und daß die nicht belichteten Stellen der Schicht auf chemischem Weg entfernt werden, während die belichteten Stellen eine Schutzschicht (12') bilden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (12') nach der Erzeugung des Metallreliefs (13) und vor dem Aufbringen des Isoliermaterials (14) entfernt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die
Metallfolie Kupfer, für das Metall des Reliefs Silber und als Lösungsmittel eine wäßrige Lösung von Ferrichlorid verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metallfolie Kupfer, für das Metall des Reliefs Nickel und als Lösungsmittel Chromsäure verwendet wird.
6. \ erfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metallfolie
ίο Aluminium für das Metall des Reliefs Kupfer und als Lösungsmittel eine Lauge verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metallfolie Zink, für das Metall des Reliefs Kupfer und als Lösungsmittel eine lCWoige Salpetersäure verwendet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift »Modem Plastics«, 28, August 1951, S. 99, 100, 105 bis 107, 110 und 111.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 909 527/326 5.59
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