DE1101550B

DE1101550B - Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen

Info

Publication number: DE1101550B
Application number: DEH33854A
Authority: DE
Inventors: Jacques Marie Noel Hanlet
Original assignee: JACQUES MARIE NOEL HANLET
Current assignee: JACQUES MARIE NOEL HANLET
Priority date: 1957-07-22
Filing date: 1958-07-21
Publication date: 1961-03-09
Also published as: GB894256A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen, bei welchen auf einer metallischen Trägerplatte ein Stromkreis aus leitendem Material gebildet und dieser dann auf einen endgültigen Träger aus Isolierstoff übertragen wird.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird auf der metallischen Trägerplatte auf photographischem Wege, durch Siebdruck oder auf ähnliche Weise ein Negativ des gewünschten Stromkreises hergestellt. Dann wird auf galvanischem Wege das Leitermetall des Stromkreises so auf die metallische Trägerplatte aufgetragen, daß es mit dieser fest verhaftet ist. Anschließend wird das zwischen dem Leitermetall des Stromkreises befindliche Negativ entfernt, der Stromkreis wird mit dem endgültigen Träger aus Isolierstoff verhaftet, und die metallische Trägerplatte wird durch ein Säurebad weggeätzt. Sowohl das Negativ des Stromkreises als auch die metallische Trägerplatte werden bei diesem Verfahren zwangläufig zerstört, so daß zur Herstellung jedes einzelnen Exemplars des gewünschten Stromkreises die sämtlichen obengenannten Verfahrensstufen wiederholt werden müssen.

Ziel der Erfindung ist demgegenüber ein Verfahren, bei dem von einem einmal auf einer metallischen Trägerplatte gebildeten Negativ des Stromkreises eine beliebige Anzahl von gedruckten Schaltungen abgezogen werden kann, so daß eine Serienfertigung gleichartiger gedruckter Schaltungen möglich ist, bei der nur wenige Verfahrensschritte wiederholt zu werden brauchen.

Dies wird dadurch erreicht, daß gemäß der Erfindung auf einer metallischen Trägerplatte, auf die ein Leitermaterial galvanisch ohne feste Bindung aufgetragen werden kann, ein Negativ des gewünschten Stromkreisverlaufs in Form eines festhaftenden filmartigen Überzugs aus einem Material, das den galvanischen Auftrag des Leitermaterials nicht annimmt, aufgetragen wird, daß dann ein galvanischer Auftrag des Leitermaterials ohne feste Bindung auf dem von dem filmartigen Negativ frei gelassenen Positiv des Stromkreislaufs in der gewünschten Stärke gebildet wird und daß anschließend das aufgebrachte Stromkreismuster mit dem endgültigen Träger aus Isolierstoff in bekannter Weise fest verklebt und dann davon die metallische Trägerplatte mit dem noch anhaftenden Stromkreismusternegativ abgenommen wird.

Zur Herstellung einer beliebigen Anzahl gleichartiger Schaltungen braucht die Bildung des Negativs in Form eines festhaftenden filmartigen Überzugs auf der metallischen Trägerplatte nur ein einziges Mal vorgenommen zu werden. Man erhält dadurch gewissermaßen eine Matrize, von der nun beliebig viele gedruckte Schaltungen abgezogen werden können. Hierzu brauchen jeweils nur der galvanoplastische Verfahren zur Herstellung
gedruckter Schaltungen

Anmelder:
Jacques Marie Noel Hanlet, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 22. Juli 1957

Jacques Marie Noel Hanlet, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

Vorgang und die anschließende Übertragung des galvanisch aufgetragenen Leitermaterials auf den endgültigen Träger vorgenommen zu werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Serienherstellung von gleichartigen gedruckten Schaltungen auf einfachem, schnellem und billigem Wege, da weder sämtliche Verfahrensstufen für jedes einzelne Exemplar wiederholt werden müssen, noch, wie bei anderen bekannten Verfahren zur Herstellung größerer Serien, teure Maschinen und Einrichtungen erforderlich sind. Der galvanische Vorgang läßt sich in etwa 3 Minuten durchführen, und es wird kein Leitermaterial verschwendet wie bei den Verfahren, bei denen der Stromkreis aus einer zusammenhängenden Metallschicht ausgestanzt oder ausgeätzt wird. Die Matrize kann nach Anfertigung einer beliebigen Anzahl von Exemplaren monatelang oder jahrelang aufgehoben und nach Bedarf jederzeit wieder verwendet werden.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielshalber erläutert.

Das ganze Verfahren besteht aus zwei Stufen. In der ersten Stufe, die für jede Serie gleichartiger gedruckter Schaltungen nur einmal durchgeführt wird, wird die bleibende Matrize gebildet. Dies kann in folgenden Schritten geschehen:

a) Eine metallische Trägerplatte, die aus einem Material besteht, auf das das gewünschte Leitermaterial des Stromkreises galvanisch ohne feste Bindung aufgetragen werden kann und das außer-

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dem stärker elektronegativ als das galvanisch aufzutragende Leitermaterial ist, wird mit einem filmartigen Überzug aus einem Material überzogen, das die gleichen galvanischen Eigenschaften, also etwa die gleiche Elektronegativität wie das aufzutragende Leitermaterial besitzt und dieses bei dem galvanoplastischen Vorgang nicht annimmt.

b) Auf diesen ersten überzug, der sich gleichförmig über die gesamte Oberfläche der metallischen Trägerplatte erstreckt, wird ein zweiter Überzug aus einem säurebeständigen Material aufgebracht, der das Negativ des gewünschten Stromkreises darstellt.

c) Die durch den zweiten Überzug nicht geschützten Teile des filmartigen ersten Überzugs werden elektrolytisch angegriffen, wodurch die entsprechenden Stellen der metallischen Trägerplatte freigelegt werden.

d) Der zweite Überzug wird wieder entfernt.

Man hat nun die gewünschte Matrize, auf der das Material der metallischen Trägerplatte an den Stellen freiliegt, die dem Spiegelbild des gewünschten Stromkreisverlaufs entsprechen, während die dazwischenliegenden Stellen von dem Material des ersten Überzugs bedeckt sind.
Von dieser Matrize können nun durch entsprechende Wiederholung der zweiten Verfahrensstufe beliebig viele gleichartige gedruckte Schaltungen abgezogen werden. Diese zweite Verfahrensstufe setzt sich aus folgenden Schritten zusammen:

e) Auf die Matrize wird auf galvanoplastischem Wege ein Leitermaterial aufgetragen, das weniger stark elektronegativ als das Material der metallischen Trägerplatte ist; dieses Leitermaterial setzt sich ohne feste Bindung nur an den Stellen an, an denen das Metall der Trägerplatte freiliegt. Dadurch wird der Leiterverlauf der gedruckten Schaltung gebildet.

f) Auf die Seite der Matrize, die das galvanisch aufgetragene Leitermaterial trägt, wird ein Träger aus Isolierstoff gelegt, der mit einem wärmehärtbaren oder thermoplastischen Bindemittel überzogen ist, und die gesamte Anordnung wird einer Wärmeeinwirkung ausgesetzt, wodurch der Leiterstromkreis auf den Träger übertragen wird. Zur Wärmeerzeugung kann vorzugsweise ein Hochfrequenzstrom angewendet werden, wozu eine leitende Platte dann auch gegen die andere Seite des dielektrischen Trägers gelegt wird. Diese Platte kann übrigens ebenfalls aus einer Matrize bestehen, wenn ein doppelseitiges Bedrucken des endgültigen Trägers aus Isolierstoff erwünscht ist.

g) Der endgültige Träger wird von der Matrize abgehoben, wobei das mit dem Träger verklebte Leitermaterial sich ohne weiteres von der Matrize löst. Die Matrize ist nun sofort zur Wiederholung der zweiten Verfahrensstufe bereit.

Die metallische Trägerplatte kann beispielsweise aus Magnesium, Chrom oder einer Eisen-Chrom-Legierung bestehen sowie aus jedem anderen Material, das gegen ein galvanoplastisches Säurebad beständig ist, und dabei stärker elektronegativ als das Leitermaterial ist, mit dem es bedeckt werden soll. Das Leitermaterial kann Kupfer, Aluminium, Gold oder ein anderes Metall bzw. eine metallische Zusammensetzung sein, die auf galvanischem Wege niedergeschlagen werden kann.

Auf dieser metallischen Trägerplatte muß ein gleichförmiger filmartiger Überzug gebildet werden, der damit sehr gut verhaftet ist. Dieser Überzug kann in an sich bekannter Weise durch Aufbringen eines Films aus wenigstens einem Oxyd und gegebenenfalls durch Aufbringen eines Oxydkomplexes gebildet werden. Dieser Überzug darf sich in dem galvanoplastischen Bad nicht auflösen, und er muß ferner ebenso elektronegativ sein wie das aufzutragende Leitermaterial, damit er im Verlauf des galvanischen Vorgangs keinen Auftrag annimmt.

Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung des filmartigen Überzugs verläuft folgendermaßen: Die metallische Trägerplatte wird in ein Gefäß eingebracht, das auf eine geeignete gleichförmige Temperatur gebracht worden ist. Dies kann dadurch geschehen, daß die Trägerplatte auf eine Heizmasse gelegt wird, deren Volumen ausreichend groß gegenüber dem Volumen der Trägerplatte ist, worauf man

zo die Anordnung im Inneren des Behälters, vorzugsweise durch Induktion, erhitzt. Man setzt dann die freie Fläche der Trägerplatte den Dämpfen von einem oder mehreren Halogeniden von metallischen Stoffen aus, wobei sich der gewünschte filmartige Überzug des Oxyds bzw. der Oxyde dieser Stoffe dadurch bildet, daß unter der Wirkung der Hitze die Metalle, die sich durch die Dissoziation der Halogenide bilden, durch Verbindung mit dem im Gefäß enthaltenen Sauerstoff in Oxyde übergehen. Wenn beispielsweise ein Film aus Nickeloxyd Ni₂O₃ gebildet werden soll, bringt man die Temperatur der Oberfläche der Trägerplatte auf etwa 300° C, und man bringt in das Gefäß die Dämpfe von Nickelbromid, Nickeljodid oder Nickelchlorid in Suspension in Äthylalkohol ein. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis auf der gesamten Oberfläche der Trägerplatte eine schöne grüne Farbe erscheint, welche die Bildung des Ni₂O_s-Films kennzeichnet. Das Nickeloxyd kann durch einen Komplex von Eisenoxyd Fe₂ O₃ und Zinnoxyd Sn₂ O₃ ersetzt

werden. Diese Überzüge eignen sich besonders gut für das anschließende Aufbringen von Kupfer. Für andere aufzubringende Leiterstoffe kann man andere Oxydkomplexe mit Eisenoxyd, Antimonoxyd, Wismutoxyd usw. verwenden. Das Oxyd oder der Oxydkomplex darf, wie gesagt, durch die Säure des galvanoplastischen Bads nicht angegriffen werden und muß andererseits durch Elektrolyse angegriffen werden können, wobei er ferner im wesentlichen etwa ebenso elektronegativ wie das aufzutragende Leitermaterial sein muß.

Anschließend soll auf diesem ersten Überzug, der gleichförmig über die gesamte nutzbare Fläche der metallischen Trägerplatte aufgebracht ist, ein zweiter Überzug gebildet werden, der das Bild des gewünschten elektrischen Stromkreises in Form eines Negativs wiedergibt. Man kann hierbei zwei Fälle unterscheiden: Wenn der Stromkreis keine Feinstruktur besitzt, kann man das sogenannte Siebdruckverfahren anwenden; im anderen Fall muß man auf das Lichtdruckverfahren zurückgreifen. Im ersten Fall besteht der zweite Überzug aus Asphalt, Pech, Wachs oder einem anderen Siebdruckmaterial, während er im zweiten Fall aus einer Emulsion besteht, die den Oxydfilm bedeckt. In beiden Fällen schützt der Überzug an den Stellen, an denen er vorhanden ist, den Oxydfilm gegen einen elektrolytischen Angriff, der durchgeführt wird, sobald das Negativmuster des Stromkreises auf der Trägerplatte gebildet ist.

Für das Lichtdruckverfahren kann man beispielsweise so vorgehen, daß man mit dem Aerograph auf

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den Oxydüberzug eine dünne und gleichförmige Emulsionsschicht mit folgender Zusammensetzung aufbringt: 130 ecm Fischleim (flüssiger Lichtdruckleim), 750 ecm Wasser, das 2°/o Erythrosin enthält, 100 ecm einer 2O°/oigen wäßrigen Lösung von Ammoniumbichromat und 20 ecm 28%iges Ammoniak. Nach dem Trocknen der Schicht bringt man sie in Kontakt mit dem Positivfilm des Musters, der an allen Stellen durchsichtig ist, mit Ausnahme des Verlaufs der Leiterlinien, die schwarz und undurchsichtig sind. Man exponiert mit Licht einer sehr stark ultravioletthaltigen Quelle für 10 bis 15 Minuten bei einer Leistung von 100 Watt in einem Abstand von etwa 40 cm von der Emulsion. Das Bild wird in lauwarmem Wasser entwickelt, wobei sich die Emulsion sehr schnell an allen Stellen auflöst, die nicht vom Licht getroffen worden sind, während sie an den anderen Stellen im Zustand eines rotgefärbten Films verbleibt. Man erhitzt dann die Platte, bis die auf dem Klischee verbliebene Emulsion die Farbe von Pfefferkuchen angenommen hat.

Auf der nach dem einen oder anderen der vorstehend genannten Verfahren vorbereiteten Platte liegen diejenigen Teile des Oxydüberzugs frei, die nicht von dem Siebdruckmaterial oder von der Emulsion bedeckt sind. Dann werden auf elektrolytischen Wege die nicht geschützten Teile des Überzugs angegriffen, beispielsweise in folgender Weise: Man benetzt gleichförmig die Oberfläche der Matrize mit einer Lösung, die 300 ecm Wasser, 1 g Natriumnitrit, 0,5 g Natriumpyrophosphat, 300 ecm Methylalkohol und 250 ecm reines Zinkpulver enthält. Dann schüttet man von oben langsam Salzsäure darauf, bis das Zink vollständig aufgelöst ist. Die elektrolytische Reaktion reduziert vollständig den Oxydüberzug an allen nicht geschützten Stellen, an denen somit das Material der metallischen Trägerplatte freigelegt wird. Nach Abspülen entfernt man das Siebdruckmaterial (mit Terpentin) bzw. die verbleibende Emulsion (mit lauwarmem Wasser). Die so vorbereitete Matrize besitzt die doppelte Eigenschaft, daß einerseits das Anhaften des galvanisch aufzubringenden Leitermetalls auf dem verbliebenen Oxydüberzug verhindert ist, auch wenn das Metall Indium oder Gallium sein sollte, und daß andererseits verhindert wird, daß sich das wärmehärtbare oder thermoplastische Harz, das den endgültigen Träger bildet, an dem Oxydüberzug festsetzt.

Die Matrize ist nun zur Herstellung jeder beliebigen Anzahl von gedruckten Schaltungen bereit. Für jede einzelne Übertragung verbindet man sie mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle und taucht sie in ein geeignetes galvanisches Bad ein. Zum Aufbringen von Kupfer wird sie beispielsweise in ein Verkupferungsbad eingetaucht, das folgende Zusammensetzung haben kann: 188 g/l Kupfersulfat, 74 g/l Schwefelsäure und 0,16 g/l Phenol, das zuvor für etwa 1 Stunde in der gleichen Gewichtsmenge Schwefelsäure auf 120° C erhitzt worden ist. Die Dichte eines solchen Bades beträgt 1,165 und der Widerstand 4,3 Ohm/ccm. An den positiven Pol der Spannungsquelle schließt man eine lameliierte Platte aus reinem Kupfer an, die die gleiche Oberflächenausdehnung wie die Matrize besitzt. Der Minimalabstand wird etwa gleich dem Fünffachen der Breite des dicksten Leiters in dem Stromkreismuster auf der Matrize gewählt. Das Säurebad wird während dieses Vorgangs sehr stark umgerührt. Eine Stromstärke von 200 A/dm² ermöglicht dann die Bildung eines Kupferniederschlags mit feinem Korn, großer Härte und hoher elektrischer Leitfähigkeit. Zur Herstellung einer Niederschlagsdicke von fünf Hundertstel Millimeter braucht man beispielsweise nur 3 bis 4 Minuten unter den obengenannten Bedingungen.

Die so auf dem Verlauf des Stromkreises mit Kupfer überzogene Matrize wird aus dem Bad herausgezogen, gespült und getrocknet.

Die Übertragung des Kupferniederschlags von der Matrize auf den endgültigen Träger aus Isolierstoff kann dann in folgender oder einer ähnlichen Weise geschehen: Der Träger ist ein Dielektrikum, z. B. Melaminharzglas, Polytetrafluoräthylen, ein handelsübliches Phenolformaldehydharz usw., auf das man ein wärmehärtbares oder thermoplastisches Harz, z. B. Phenolharz, Polyacrylharz oder A^inylphenolharz, aufgedampft hat. Man bringt diesen Träger mit der harzüberzogenen Fläche auf die den galvanischen Kupferauftrag tragende Oberfläche der Matrize auf, und man legt auf die andere Seite des Trägers eine Metallplatte von gleichen Abmessungen. Der Träger wird zwischen die Metallplatten z.B. mit einem Druck in der Größenordnung von 2 kg/cm"² eingepreßt. Dann werden die leitenden Platten mit einem Hochfrequenzstrom gespeist, der die ganze Anordnung für einige Minuten auf etwa 170° C bringt. Die Anwendung eines Hochfrequenzstroms ist zwar nicht unbedingt erforderlich, sie hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt. Für kleine Fabrikationsserien kann man sich mit einer Heizpresse in einem Trockenofen begnügen.

Die Erhitzung bewirkt das Aushärten des Bindemittelharzes, und der Kupferauftrag wird dadurch sehr fest mit dem Träger aus Isolierstoff verhaftet, während er sich leicht und ohne Anstrengung von der Matrize löst, auf welchem er gebildet worden ist. Das Bindemittel greift an den mit Oxyd überzogenen Abschnitten der Matrize nicht an. Nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hat man also ein erstes Exemplar der gedruckten Schaltung hergestellt, und es genügt, die Vorgänge der Galvanoplastik und der Übertragung zu wiederholen, um eine beliebige Anzahl von Exemplaren herzustellen.

Claims

Patentansprüche=

1. Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen, bei welchem auf einer metallischen Trägerplatte ein Stromkreis aus leitendem Material gebildet und dieser dann auf einen endgültigen Träger aus Isolierstoff übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer metallischen Trägerplatte, auf die ein Leitermaterial galvanisch ohne feste Bindung aufgetragen werden kann, ein Negativ des gewünschten Stromkreisverlaufs in Form eines festhaftenden filmartigen Überzugs aus einem Material, das den galvanischen Auftrag des Leitermaterials nicht annimmt, aufgetragen wird, daß dann ein galvanischer Auftrag des Leitermaterials ohne feste Bindung auf dem von dem filmartigen Negativ frei gelassenen Positiv des Stromkreislaufs in der gewünschten Stärke gebildet wird und daß anschließend das aufgebrachte Stromkreismuster mit dem endgültigen Träger aus Isolierstoff in bekannter Weise fest verklebt und dann davon die metallische Trägerplatte mit dem noch anhaftenden Stromkreismusternegativ abgenommen wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die metallische Trägerplatte ein Material verwendet wird, das stark elektronegativ gegen das galvanisch aufzutragende Leitermaterial ist, und daß für den filmartigen Überzug ein Material verwendet wird, das etwa

die gleiche Elektronegativität wie das aufzutragende Leitermaterial besitzt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der filmartige Überzug für die metallische Trägerplatte aus einem Oxyd oder Oxydkomplex durch Dissoziation von Metallhalogeniden in oxydierender Atmosphäre im Kontakt mit der erhitzten Grundplatte gebildet wird, daß die das Negativ des gewünschten Stromkreises bildenden Teile des Überzugs mit einem säurebeständigen Material bedeckt werden, und daß die nicht geschützten Teile des Überzugs mit einer Säure in elektrolytischer Lösung weggeätzt werden.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die metal-

lische Trägerplatte Magnesium, Chrom oder eine Eisen-Chrom-Legierung, als Material für den Überzug ein Oxyd von Nickel, Eisen, Zink, Wismut oder Antimon und als Material für den Stromkreis Kupfer, Aluminium, Gold, Indium oder Gallium verwendet wird.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verkleben des Stromkreises mit dem endgültigen Träger aus Isolierstoff ein durch Hitze und Druck härtbares Klebemittel verwendet und mit Hilfe von Hochfrequenzerhitzung ausgehärtet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 692 190.