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Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung auf einer
Platte aus anorganischem dielektrischem Material, durch die sich Metallstifte durch
Öffnungen erstrekken, die eine Schweißverbindung mit Elementen der Schaltung ermöglichen.
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Gedruckte Schaltungen an sich sind bekannt. Es ist auch bereits bekannt,
elektrisch leitende Verbindungen auf Körpern aus anorganischem dielektrischem Material
herzustellen, in dem eine leitfähige Mischung auf dem anorganischen Körper in dem
gewünschten Schema aufgebracht wird, und diese Mischung bei erhöhter Temperatur
einzubrennen. Bei gedruckten Schaltungen treten Schwierigkeiten insofern auf, als
es notwendig ist, alle Bauteile der Schaltung auf einer Seite der Schaltplatte anzubringen.
Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, daß der Kunststoff einen hohen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten besitzt, so daß Verbindungsleitungen der Schaltung aufbrechen
können, wenn Temperaturschwankungen auftreten. Wenn Schaltteile auf beiden Seiten
einer Platte vorgesehen werden, ist es ferner nicht möglich, auf mehr als einer
Seite Verbindungsleitungen durch Tauchlöten oder ähnliche Verfahren herzustellen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gedruckte Schaltungsplatte herzustellen,
die zuverlässige elektrische Verbindungsleitungen aufweist, die sich durch das Brett
erstrecken und die es gestatten, Schaltkomponenten auf beiden Seiten anzubringen,
so daß der Platzbedarf für das komplette Gerät verringert ist.
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Ferner ist es Ziel der Erfindung, eine größere Freiheit in der Ausführung
der Schaltung für derartige gedruckte Schaltanordnungen zu erzielen sowie höhere
Temperaturen, wie sie z. B. beim Schweißen oder Hartlöten auftreten, anzuwenden.
Die gedruckte Schaltung soll gegen thermische und mechanische Beanspruchungen und
andere schädliche Einflüsse weitgehend unempfindlich sein. Ferner sollen zuverlässige
elektrische Verbindungsleitungen entstehen, die sich durch die Schaltplatte hindurch
erstrecken und die es ermöglichen, Bauteile auf beiden Seiten der Platte anzubringen.
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Die Erfindung bezieht sich auf das eingangs angegebene Verfahren,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Metallstifte so in die Öffnungen eingesetzt
werden, daß sie sich über die Oberfläche der Platte erstrecken, daß in an sich bekannter
Weise eine haftfähige, leitfähige Mischung auf die Oberfläche der Platte so aufgebracht
wird, daß Teile davon sich in Kontakt mit den Metallstiften befinden, und daß die
Platte, die Mischung und die Metallstifte auf eine Temperatur aufgeheizt werden,
bei der die Mischung mit den Metallstiften und der Platte verschmilzt. An die herausragenden
Enden der Stifte können Elemente der Schaltung angeschweißt werden.
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Zweckmäßig wird eine Schutzhülle auf die fertige Schaltplatte aufgebracht,
um Korrosion oder Kurzschluß zu vermeiden, wenn die gedruckte Schaltung atmosphärischen
Einflüssen, wie z. B. Feuchtigkeit, Salzgehalt der Luft oder Abgasen, ausgesetzt
ist.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Zeichnung zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teiles einer Schaltplatte, die
nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt ist. Die Schaltplatte 1 besteht aus
einem anorganischen dielektrischen Material, das vorzugsweise einen sehr hohen Schmelzpunkt
besitzt und das aus Aluminiumoxyd oder anderen keramischen Stoffen bestehen kann.
Andere geeignete Materialien sind beispielsweise Steatit oder Forsterit. Die Platte
1 besitzt eine Anzahl von Öffnungen 2, die durch die Platte hindurchgehen. In diesen
Öffnungen befinden sich Metallstifte 3, die einen niedrigen spezifischen Widerstand
besitzen, wie z. B. Nickel-Eisen-Legierungen. Obwohl die Stifte 3 in dem Ausführungsbeispiel
als massive Körper dargestellt wurden, können sie auch als Hohlröhrchen ausgebildet
sein. Die Stifte erstrekken sich hinreichend weit über die Oberfläche der Platte,
so daß ihre Enden leicht mit den Komponenten
der Schaltung verbunden
werden können. Ferner besitzen die Stifte eine ausreichende Größe, so daP sie eine
verhältnismäßig große Wärmekapazität besitzen, um besonders beim Schweißen von Verbindungen
Wärme aufzunehmen und Schäden durch zu hohe Temperaturen der Komponenten zu vermeiden.
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Die Schaltung besteht aus Verbindungsleitungen, die zuverlässig an
den Stiften 3 und der Platte 1 befestigt sind. Die Verbindungsleitungen werden mit
den Stiften und der Platte durch Verschweißen oder Aufschmelzen verbunden. Unter
Schaltung sind in diesem Fall die Verbindungsleitungen eines oder mehrerer Stromkreise
zu verstehen, die einen geringen spezifischen Widerstand besitzen. Die Verbindungsleitungen
4 sind auf der Oberfläche der Platte 1 in einer gewünschten Konfiguration und im
Kontakt mit einer gewünschten Anzahl von Stiften 3 angeordnet. Vorzugsweise werden
die Verbindungsleitungen, wie an sich bekannt, in einem nahezu festen oder pastenförmigen
Zustand aufgebracht, so daß das verwendete Material nicht fließt und folglich auf
der Platte 1 mit Hilfe eines geeigneten Glases haftet oder mit ihr verschmilzt.
Das Glas wird während eines Aufheizprozesses geschmolzen, der später beschrieben
wird: Ein zweckmäßiges Material für die Verbindungsleitungen besteht aus einer Mischung
von 40% Kupferpulver, 201/o Nickelpulver, 18% Kupferoxyd-Pulver, 18% schwer schmelzbarer
Glasfritte und etwa 4'% einer wäßrigen Natriumsilikatlösung. Das Pulver wird mit
einer ausreichenden Wassermenge gemischt, um eine gewünschte Konsistenz für die
Aufbringung als Paste zu erreichen, so daß dieses Material nicht fließt, wenn es
auf die Platte 1 aufgebracht wird.
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Eine andere geeignete Zusammensetzung des Materials für die Verbindungsleitungen
besteht darin, daß bei der obigen Zusammensetzung an Stelle des Nickelpulvers Eisenpulver
verwendet wird sowie Silber statt Kupferpulver und kolloidales Quarz an Stelle der
Glasfritte. Eine derartige Mischung würde also Silber, kolloidales Quarz, Eisenoxyd
(Fe203) und Kupferoxyd (Cu 20) enthalten.
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Bei der Herstellung der Schaltplatte ist es zweckmäßig, zunächst die
Verbindungsleitungen als Paste entsprechend der gewünschten Konfiguration aufzubringen
und dann die Stifte 3 in die Öffnungen 2 einzusetzen. Die Öffnungen sind so groß,
daß die Stifte lose hineinpassen und durch die Paste für die Verbindungen festgehalten
werden, so daß Platz für die Ausbildung großer Kehlnähte 5 an den Verbindungsstellen
besteht. Wenn ein Stift 3 nicht mit anderen verbunden werden soll, werden kurze
Stücke der Paste am einen Ende des Stiftes angebracht, um einen festen Halt des
Stiftes 3 in seiner Öffnung zu gewährleisten.
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Nachdem die Schaltung mit den Stiften in der gewünschten Konfiguration
aufgebracht wurde, wird die Platte in einen Ofen gesetzt und bis zur Schmelz-oder
Schweißtemperatur erhitzt. Für die zuerst erwähnte Zusammensetzung der Paste ist
eine Temperatur von etwa 1150° C geeignet. Wenn Silber für die Paste verwendet wird,
kann die Temperatur des Ofens auf etwa 1040° C gesenkt werden. Wenn ein Schutzgas
wie beispielsweise nasser Wasserstoff in dem Ofen vorhanden ist, kann die Oxydation
der Metalle verhindert werden. Bei den erwähnten Temperaturen schmilzt die Glasfritte
und verbindet sich mit der anorganischen oder keramischen Platte 1 und dem Kupferoxyd,
um das Nickelpulver mechanisch festzuhalten. Zur selben Zeit schmilzt das Kupfer
oder Silber und legiert sich mit den Stiften und dem Nickel- oder Eisenpulver. Wenn
Nickel- oder Eisenpulver verwendet werden, schmilzt dieses Pulver nicht und verhindert
so, daß das geschmolzene Kupfer in unerwünschter Weise fließt und daß sich die Stifte
während der Aufheizung verlagern.
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Wenn das pastenförmige Material auf der Platte mit einer Schichtdicke
aufgebracht wird, die genügt, daß die Leitungen nach dem Erhitzen 0,2 mm dick sind,
dann wird eine ausgezeichnete elektrische Verbindung zwischen den Stiften erreicht.
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Bei der Auswahl des Materials für die Platte 1 oder die Stifte 3 ist
es zweckmäßig, Stoffe zu verwenden, die einen etwa gleich großen Ausdehnungskoeffizienten
besitzen. Dadurch wird eine Relativbewegung der Teile während einer Temperaturänderung
der Schaltplatte beim Gebrauch verhindert. Der Ausdehnungskoeffizient der Schaltung
ist nicht kritisch, weil diese fest mit der Platte verbunden ist.
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Nachdem die Schaltung auf der Platte 1 und an die Stifte 3 aasgeschmolzen
ist, kann eine Schutzhülle für die Schaltung aufgebracht werden. Dies ist besonders
dann wünschenswert, wenn die Schaltplatte ungewöhnlichen Belastungen ausgesetzt
werden soll. Eine derartige Schutzhülle kann aus einem Glasüberzug bestehen, der
auf die Platte aufgesprüht und eingebrannt wird. Bei der Auswahl eines derartigen
Glases oder einer sonstigen Schutzhülle ist es ebenfalls wünschenswert, daß deren
Ausdehnungskoeffizient dem der Platte 1 angepaßt wird, um Risse während des Abkühlens
zu vermeiden. Derartige überzüge werden vorzugsweise auf die Platte durch Einbrennen
in einem Ofen mit Luftatmosphäre bei Temperaturen von 870° C aufgebracht, die unterhalb
der Schmelztemperatur des Materials für die Schaltung 4 liegen.
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Nachdem die Schaltplatte nach dem oben beschriebenen Verfahren fertiggestellt
ist, kann die Schutzhülle leicht von den Enden der Verbindungsstifte 3 durch Abschleifen
entfernt werden, weil die Enden der Stifte sich über das Brett und die Leitungen
erheben. Danach können Leitungen 6 von Schaltkomponenten, die mit der Platte verbunden
werden sollen, mit den Stiften 3 durch Schweißen, Hartlöten, Löten usw. verbunden
werden. Vorzugsweise besitzen die Stifte 3 einen Durchmesser, der so groß ist, daß
viele Verbindungen an einer oder beiden Seiten des Stiftes angebracht werden können.
Insbesondere wenn die Leitungen durch Widerstandsschweißen an den Stiften 3 befestigt
werden, ist eine sehr kurze Zeit erforderlich, so daß die erzeugte Wärmemenge weder
die Platte 1 noch das Material der Schaltung 4 oder andere Komponenten nachteilig
beeinflußt.
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An Stelle der Verwendung von Haftmaterial in der beschriebenen Paste
kann Glyzerin entlang dem gewünschten Verlauf der leitenden Verbindungen zwischen
den Stiften auf die Platte aufgebracht werden, so daß Natriumsilikat und Wasser
weggelassen werden können. In diesem Fall können das Metallpulver und das Kupferoxydpulver
auf das Glyzerin bis zu der erforderlichen Dicke aufgestäubt werden. Wenn die Schaltplatte
dann im Ofen erhitzt wird, verbrennt das Glyzerin, und sehr leitfähige Verbindungsleitungen
bestehen dann zwischen den Stiften 3, wie oben beschrieben wurde.
Einer
der Vorteile der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Schaltplatte ist
insbesondere darin zu sehen, daß eine Anordnung möglich ist, bei der die Schaltung
fest mit der Platte und den durchgehenden Stiften 3 verbunden ist. Auf diese Weise
sind die Verbindungen unempfindlicher gegenüber mechanischen Störungen, Ermüdungserscheinungen,
Schockwirkungen oder Korrosionswirkungen.