DE1076212B

DE1076212B - Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Schaltverbindungen

Info

Publication number: DE1076212B
Application number: DEI13946A
Authority: DE
Inventors: Alan Cumpstey
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1956-11-09
Filing date: 1957-11-09
Publication date: 1960-02-25
Also published as: GB800064A; FR1185721A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Schaltverbindungen auf Isolierplatten, auf denen Metallfolien, insbesondere Kupferfolien, fest haftend angebracht sind, ähnlich den Verbindungen, die allgemein unter dem Namen »gedruckte Schaltungen« bekannt sind.

Es sind gedruckte Schaltungen bekanntgeworden, bei denen auf der Metallschicht an den elektrisch aktiven Stellen eine säurefeste Schicht aufgebracht ist, wozu man sich mit Vorteil des fotografischen Verfahrens bedient. Die Fig. 1 zeigt eine derartig hergestellte gedruckte Schaltung, in der bei 1 und 2 die elektrisch aktiven Flächen, also die Schaltverbindungen, dargestellt sind. Dieses bekannte Verfahren macht es notwendig, daß diejenigen Teile der Kupferschicht, die nicht elektrisch aktiv, also als Schaltverbindungen, verwendet werden sollen, in einem Säurebad durch Ätzung entfernt werden. Wenn die gedruckte Schaltplatte das Ätzbad verläßt, trägt sie nur noch die gewünschten Verbindungen, die durch die auf ihnen liegende säurefeste Schicht gegen den Angriff 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 Oberfläche der Isolierplatte eingedrungen sind, abgewaschen. Die 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 und sich mit der Zeit ein erheblicher Prozentsatz der Schaltplatten, insbesondere bei größeren Anforderungen an die Isolierung, als unbrauchbar erweist. Dieser Mangel wiegt um so schwerer, als er sich beim späteren Auftreten in einem Gerät durch eine einfache Reparatur nicht beseitigen läßt. Wenn diese Schaltplatten 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 schwierige Reparatur vorzunehmen.

Ein weiterer schwerwiegender Mangel des bekannten Verfahrens ist darin begründet, daß die verschiedenen für die Ätzung, Lösung und Reinigung erforderlichen Bäder sich schlecht in eine automatische Massenproduktion einfügen lassen, insbesondere dann, wenn für die Herstellung der Schaltung einheitliche Transportmittel, wie z. B. ein Fließband, verwendet werden sollen.

Ferner ist ein Verfahren bekanntgeworden, eine dünne Blattmetallfolie durch ein dem Plan der Schaltverbindung entsprechend erhaben geformtes Druckwerkzeug, gegebenenfalls unter Anwendung eines Verfahren zur Herstellung

von elektrisch leitenden

S chaltverbindungen

Anmelder:

International Standard Electric Corporation, ίο New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellimith-Hirth-Str. 42

^X5 Beanspruchte Priorität:

Großbritannien, vom 9. November 1956

Alan Cumpstey, London,
ist als Erfinder genannt worden

Klebemittels auf eine Isolierplatte zu pressen, so daß die Blattmetallfolie an den gepreßten Flächen fest auf der Unterlage haftet und die übrigen Teile der Folie abgezogen werden können. Infolge ihrer sehr geringen Dicke kann die Folie nur sehr kleine Ströme leiten, da sonst eine unzulässige Erwärmung oder ein Schmelzen der Folie erfolgt. Lötverbindungen lassen sich auf derartigen Blattmetallfolien mit einer für die praktische Fertigung ausreichenden Sicherheit nicht herstellen. Schließlich ist es nach diesem Verfahren unmöglich, auch nur eine bescheidene Maßhaltigkeit der aufgepressten Schaltverbindungen zu erzielen, weshalb es auch unmöglich ist, sehr schmale Verbindungen herzustellen, wie sie aus Gründen der Raumersparnis bei modernen Geräten häufig erforderlich ist.

Diese Nachteile werden bei einem Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Schaltverbindungen aus einer Metallfolie, z. B. aus Kupfer, die fest auf einer Isolierplatte haftet, ähnlich wie bei den sogenannten gedruckten Schaltungen, dadurch beseitigt, daß gemäß der Erfindung die einzelnen leitenden Schaltverbindungen durch spanabhebende Bearbeitung, wie z. B. durch Fräs- und/oder Gravier werkzeuge, gebildet werden.

An Hand der Fig. 3 bis 12 wird die Erfindung näher erläutert. Wenn man die mit A bezeichneten bzw. die mit B bezeichneten Schaltpunkte nach dem bekannten Verfahren jeweils miteinander verbinden will, so ergibt sich eine Schaltplatte gemäß der Fig. 1. Dieses Ergebnis kann man mit Hilfe der Erfindung und ent-

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sprechend den Fig. 3 und 4 wesentlich einfacher er- ersten Koordinatennetzes Durchführungsbohrungen reichen. Anstatt große Kupferflächen, die nicht ver- überhaupt angeordnet werden können,
wendet werden, durch Ätzen zu entfernen, wie das aus Es können natürlich auch mehr Bohrer in einer der Fig. 1 zu entnehmen ist, kann durch eine mecha- Bohrbank angeordnet werden, insbesondere können nische Abtrennung der Flächen, die die Punkte A ent- 5 auch alle Bohrer nur in einer Bank angebracht sein,
halten, von denjenigen, die die Punkte B aufweisen, Wenn die Schaltplatte diese Bohreinrichtung schrittalso durch einen Kanal 3 dasselbe Ergebnis erzielt weise durchläuft, so können die Bohrer die Schaltwerden. Der einfache Vorgang der mechanischen Ab- platte an- den Koordinatenschnittpunkten durchbohren trennung der einzelnen Schaltverbindungen vonein- oder auch die Bohrung auslassen, je nachdem die ander und von den nicht aktiven Flächen ersetzt hier io Schaltung das erfordert. Anstatt die Bohrung der also die ganze Behandlung mit ätzenden, explosions- Löcher durch Hand vorzunehmen, ist es weit vorteilgefährlichen Flüssigkeiten und auch mit Wasser, das hafter, wenn die einzelnen Bohrer in ihrer Wirkung auch sorgfältiger chemischer Reinigung bedarf und durch ein Steuergerät gesteuert werden. Dieses Steuerschließlich vollständig ausgetrocknet werden muß. gerät 11 ist mit dem schrittweisen Fortschreiten des

Die nähere Betrachtung der Fig. 3 zeigt, daß die 15 Fließbandes synchronisiert und wickelt ein in Loch-Punkte A und B auf einem Koordinatennetz liegen karten oder Magnetkarten oder -bändern gespeichertes und der Kanal 3 auf einem zweiten Koordinatennetz Steuerprogramm ab und bringt, vorzugsweise durch liegt, dessen Koordinatenlinien den gleichen Abstand elektrische Betätigung, bestimmte Bohrer zum Einvoneinander haben wie die Linien des ersten Koordi- griff bzw. hält andere bestimmte Bohrer außer Eingriff, natennetzes, jedoch gegenüber dem ersten Koordi- 20 Die Schaltplatte, die nun alle erforderlichen Bohnatennetz um die Hälfte des Linienabstandes P, also rungen enthält, wandert nun zur ersten Fräseinrichum P/2, gegeneinander verschoben sind. Dieses Koordi- tung 12, die mehrere Brücken enthält, auf denen ähnnatennetz ist in der Technik der gedruckten Schaltun- Hch wie die Bohrer in der Einrichtung 7 Fräs- oder gen gebräuchlich. Auf den Schnittpunkten eines Gravierköpfe angebracht sind. Diese Fräsköpfe erzeusolchen Koordinatennetzes werden die Verbindungs- ₂g gen die Fräskanäle, die den horizontalen Linien des punkte z. B. mit den Bauteilen der Schaltung ange- zweiten Koordinatennetzes entsprechen, also z. B. den ordnet. In der Fig. 5 ist gezeigt, daß die Verbindungs- Fräskanal 3a in Fig. 5. Bei 13, 14 und 15 ist die Lage punkte auf den Schnittpunkten der Linien eines der Fräsköpfe einer Fräsbrücke angedeutet, denen Koordinatennetzes liegen, während der Trennkanal 3 gegenüber die Lage der Fräsköpfe bei den anderen auf den Linien eines zweiten Koordinatennetzes liegt, 30 Fräsbrücken um den Abstand der Koordinatenlinien das von dem ersten im halben Linienabstand ange- versetzt sind, so daß die Fräsköpfe alle horizontalen ordnet ist. Die Fig. 5 zeigt das erste Koordinatennetz Koordinatenlinien überstreichen können, auf denen mit ausgezogenen und das zweite mit gestrichelten auf der Schaltplatte überhaupt horizontale Kanäle Linien. Für die weitere Erläuterung der Erfindung ausgefräst werden können. Gegenüber dem für die werden die Linien beider Koordinatensysteme aufge- 35 Bohrer maßgebenden ersten Koordinatennetz wird teilt in »horizontale Linien« und »vertikale Linien«. aber den Fräsern das für sie maßgebende zweite

Die Aufteilung der Koordinatennetzlinien in hori- Koordinatennetz zugeordnet, dessen Linien gegenüber

zontale und vertikale ist von wesentlicher Bedeutung dem ersten Koordinatennetz um einen halben Linien-

bei der Herstellung von derartigen Schaltplatten, und abstand versetzt sind.

zwar insbesondere beim Einsetzen der Bauteile, beim ₄₀ Die Fräs- oder Gravierwerkzeuge können sowohl

Verlöten der Bauteile mit den Schaltverbindungen mit ihrer Achse parallel als auch senkrecht zur be-

und bei der automatischen Massenfertigung, da sie es arbeiteten Schaltplatte angeordnet werden. Fig. 7 zeigt

ermöglicht, die Schaltplatten auf einfachste Weise, ein Gravierwerkzeug mit senkrecht stehender Achse,

auch unter Durchführung von Änderungen von Schalt- während Fig. 8 ein Werkzeug mit horizontal liegender

verbindungen während des Laufes einer Großserie, 45 Achse darstellt. Das Werkzeug nach Fig. 7 hat den

herzustellen. Vorzug, daß die Kanten am Ende des Kanals senk-

Die Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer derartigen Fließ- recht zur Plattenoberfläche verlaufen, wie es bei 16

bandfertigung. Auf das Fließband 6 läuft bei 4 eine gezeigt ist, während in Fig. 8 diese Kante 17 ent-

mit Kupferfolie fest haftend belegte Isolierplatte, also sprechend der Form des Fräsers schräg verläuft,

die Schaltplatte, in Richtung zum Fließband und wird, go Die Frästiefe muß etwas größer sein als die Dicke

da sie zweckmäßig in langen Streifen angeliefert wird, der Kupferfolie. Bewährt hat sich eine Isolierplatte

durch das Messer 5 auf passende Länge abgeschnitten. von 1,6 mm Dicke mit einer Kupferfolie von etwa

Das Fließband 6 bewegt sich gemäß der Pfeilrichtung 0,04 mm.

nach links und führt die Schaltplatten in eine Reihe Als nächste Fertigungsstufe folgt ein Drehvorgang

von Bearbeitungsstufen, die alle entweder dem einen ₅₅ für die Schaltplatte entsprechend 18 in Fig. 6, bei dem

oder dem anderen der beiden erwähnten Koordinaten- sich die Schaltplatte um 90° unter Beibehaltung ihrer

systeme zugeordnet sind. Bewegungsebene dreht. Die Darstellung 18 in Fig. 6

Die auf dem Fließband fortbewegte Schaltplatte deutet den Vorgang der Drehung lediglich schematisch erreicht bei 7 die erste Bearbeitungsstufe, die aus drei an. Nach der Drehung um 90° wird die Schaltplatte brückenartigen Bohreinrichtungen 8, 9 und 10 besteht, 60 durch das Fließband in den zweiten Fräskopfsatz 19 deren Bohrer bzw. deren Bohrlehren entsprechend den eingefahren, der ebenso wie der erste Frässatz 12 vom Linien des ersten Koordinatennetzes angeordnet sind. Steuergerät 11 aus gesteuert wird. Die Fräser des Jede dieser brückenartigen, über dem Laufweg der zweiten Satzes, die der gleichen Anordnung unter-Schaltplatten angeordneten Einrichtungen trägt drei worfen sind wie die Fräser des ersten Satzes, erzeugen Bohrer, z. B. bei 8 a, 8 & und 8 c, die voneinander im 6g Trennkanäle, die rechtwinklig zu den bereits auf der Abstand von drei Koordinatennetzbreiten angeordnet Schaltplatte vom ersten Fräsersatz 12 erzeugten Kasind. Die benachbarten Bohrbrücken tragen die Bohrer nälen stehen und z. B. den Kanälen 3 & und 3 c der versetzt um je eine Koordinatennetzbreite. Die so an- Fig. 5 entsprechen.

geordneten Bohrer beherrschen damit alle Punkte der Bei 20 in Fig. 6 gelangt die Schaltplatte schließlich

Schaltplatte, auf denen entsprechend den Linien des 70 in eine Einrichtung, in der die Bauteile eingesetzt

werden und in der diese durch z. B. Tauchlötung mit den Schaltverbindungen verlötet werden. Auch diese 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 Graviermaschine dar, bei der mittels eines Pantographen 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 27 einen rotierenden Schneidkopf, 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 Plattenkanten bzw. entlang der Koordinatenlinien zu führen. Fig. 10 zeigt z. B. die gleiche Verbindungsanordnung wie Fig. 1 und 3, jedoch sind die Schaltverbindungen auf der Platte jede für sich von dem übrigen elektrisch nicht aktiven 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 Kupferfiäche 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.

Das Verfahren erreicht, da es besonders für die taktmäßig abwechselnd ruhende und fließende Fortbewegung eines Fließbandes ausgebildet ist, wobei im Ruhezustand das Einsetzen der Bauteile, ihre Lötung und die Bohrungen der Schaltplatte und im Bewegungszustand die Fräsungen ausgeführt werden, eine hohe mit dem Ätzverfahren gut vergleichbare Fertigungsgeschwindigkeit.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Schaltverbindungen aus einer Metallfolie, z. B. aus Kupfer, die fest auf einer Isolierstoffplatte haftet, ähnlich den gedruckten Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen leitenden Schaltverbindungen durch spanabhebende Bearbeitung, wie z. B. durch Fräs- und/oder Gravierwerkzeuge, gebildet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung unter Freilegung von Streifen der unter der Metallfolie liegenden Isolierstoffplatte, insbesondere in zwei rechtwinklig aufeinanderstellenden Richtungen, erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht als leitende Schaltverbindung dienenden Flächen der Metallfolie abgetrennt und zweckmäßigerweise in kleinere Flächenteile unterteilt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht als leitende Schaltverbindung dienenden Flächen der Metallfolie durch spanabhebende Bearbeitung entfernt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der für die Lötenden der Bauteile bestimmten Bohrungen bzw. Durchführungslöcher auf ein erstes Koordinatennetz gelegt werden, dessen Koordinaten aus gleichmäßig voneinander entfernten Netzlinien bestehen.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennrichtungen bzw. die Richtungen der freigelegten Streifen der Isolierstoffplatte auf ein zweites Koordinatennetz gelegt werden, das aus gleichmäßig voneinander entfernten Netzlinien besteht, die in beiden Flächenausdehnungen vom ersten Koordinatennetz um einen halben Linienabstand versetzt sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von spanabhebenden Werkzeugen, wie z. B. Fräs- und Gravierwerkzeugen, deren Achsen senkrecht auf der Plattenoberfläche stehen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von spanabhebenden Werkzeugen, wie z. B. Fräs- und Gravierwerkzeugen, deren Achsen parallel zur Plattenoberfläche stehen.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die spanabhebende Bearbeitung auf einer Graviermaschine insbesondere unter Verwendung eines Pantographen erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltplatten auf einem taktmäßig abwechselnd ruhenden und fließenden Transportmittel, wie einem Fließband, befestigt werden und an den vorteilhaft in Koordinatenabstand angreifenden Bearbeitungs- und Fertigungswerkzeugen vorbeigeführt und im Ruhezustand gebohrt und im Bewegungszustand gefräst oder graviert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne der Bearbeitung dienende Werkzeug, wie z. B. Bohrer oder Fräser, für sich, insbesondere durch ein mit dem Takt der Fließbewegung der Schaltplatte synchronisiertes Steuergerät, geregelt und in Bearbeitungseingriff gebracht oder außer Bearbeitungseingriff gesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der Bohrwerkzeuge, die Gruppe der Fräswerkzeuge für die Bearbeitung entlang einer Koordinatenrichtung und auch die Gruppe der Fräswerkzeuge für die Bearbeitung entlang einer rechtwinklig dazu stehenden Koordinatenrichtung hinsichtlich der Gruppe als auch des Einzelwerkzeuges im einfachen oder im mehrfachen Abstand der ihnen zugeordneten Koordinaten angeordnet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch, gekennzeichnet, daß alle Werkzeuge einzeln von einem z. B. durch Lochkarten oder Magnetogrammträgern programmgesteuerten Steuergerät, insbesondere elektrisch oder mechanisch, in Eingriff gebracht oder außer Eingriff gesetzt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 808 052.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

®, 909-757/366 2.60