DE1179278B

DE1179278B - Verfahren zur Herstellung von Leitungs-wegen nach Art der sogenannten gedruckten Schaltungen

Info

Publication number: DE1179278B
Application number: DEST16854A
Authority: DE
Inventors: Carl Marteleur
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1960-08-31
Filing date: 1960-08-31
Publication date: 1964-10-08
Also published as: GB987785A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: HOIb

Deutsche Kl.: 21c-2/34

Nummer: 1179 278

Aktenzeichen: St 16854 VIII d / 21 c

Anmeldetag: 31. August 1960

Auslegetag: 8. Oktober 1964

Bei der Herstellung von elektrischen Leitungswegen nach Art der sogenannten gedruckten Schaltungen sind zwei grundsätzlich voneinander verschiedene Arten von Verfahren bekannt. Die eine Verfahrensart verwendet zur Herstellung der Leitungswege eine nasse Bearbeitung, insbesondere das Ätzverfahren oder die elektrolytische Galvanisation. Bei den Ätzverfahren werden die elektrisch nicht aktiven Flächen eines kupferplattierten isolierenden Trägers entfernt, so daß die gewünschten Leitungswege übrigbleiben. Bei der elektrolytischen Galvanisation können z. B. die elektrisch nicht aktiven Flächen durch nichtleitende Stoffe abgedeckt werden und die frei bleibenden Muster der Leitungswege elektrolytisch ζ. B. mit einer Kupferschicht überzogen werden. Beide Verfahren erfordern einen erheblichen apparativen Aufwand. Außer diesen nassen Verfahren der Aufbringung der Leitungswege sind trokken arbeitende Verfahren bekannt. Bei diesen wird das für die Leitwege bestimmte Muster in Form von vorgeschnittenen gewalzten Kupferfolien auf den isolierenden Träger aufgeklebt, oder das Kupfer wird nach dem Schoopschen Verfahren mittels eines Knallgasgebläses in Form von feinen flüssigen Kupfertröpfchen auf den Isolierträger aufgespritzt. Die Erfindung betrifft ein neues trockenes Verfahren.

Das Aufsprühen von flüssigen Kupferteilchen nach dem Schoopschen Verfahren ist zwar verhältnismäßig einfach, hat jedoch verschiedene Nachteile. Zunächst ist die Haftung der damit erzeugten Kupferschicht nur dann in ausreichendem Maße gegeben, wenn die Oberfläche des isolierenden Trägers verhältnismäßig rauh ist. Pappsorten, die an der Oberfläche noch faserige Struktur haben, eignen sich hierfür als Träger gut. Bei den in der Elektrotechnik und insbesondere in der Hochfrequenztechnik vielfach verwendeten kunstharzgebundenen Preßstoffen, die meist eine sehr glatte Oberfläche besitzen müssen, um eine gute Oberflächenisolation zu bieten, ist die Haftung der Kupferteilchen nach diesem Sprühverfahren aber unzureichend. Das wird besonders deutlich, wenn solche Isolierplatten in geringem Maße gebogen werden, was sich in der industriellen Fertigung kaum vermeiden läßt. Auch die mechanische Festigkeit einer auf diese Weise hergestellten Kupferauflage ist gebenüber einer nach dem Walzverfahren hergestellten Kupferfolie wesentlich kleiner, so daß die geringe Verformungsmöglichkeit Anlaß zu Rißbildungen in der aufgesprühten Kupferfläche bildet. Einen besonders störenden Mangel besitzt dieses Aufsprühverfahren aber auch dadurch, daß die Leitungswege eine verhältnismäßig große Verfahren zur Herstellung von Leitungswegen nach Art der sogenannten gedruckten
Schaltungen

Anmelder:

Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Als Erfinder benannt:

Carl Marteleur, Stuttgart-Zuffenhausen

Breite haben müssen, da die Begrenzung der leitenden Flächen verhältnismäßig ungenau ist. Dieses Verfahren eignet sich aus diesem besonderen Grunde auch nicht für die Herstellung von Leitungswegen, die besonders schmal sein müssen, wie z. B. die aufgespritzte schneckenartige Form einer Selbstinduktion für Hochfrequenz und große sonstige Gebiete der Miniaturausführungen, von Leitungswegen nach Art der gedruckten Schaltungen. Auch auf Platten aus elektrisch hochwertiger Keramik haftet eine nach diesem Sprühverfahren aufgebrachte Kupferschicht nicht zuverlässig.

Die bekannte Kathodenzerstäubung liefert nur schwammige und oxydhaltige metallische Überzüge. Die Hochvakuumbedampfung ergibt zwar eine gut haftende metallische Schicht, doch das erforderliche Hochvakuum erfordert sehr aufwendige, empfindliche und vor allem langsam arbeitende Einrichtungen, und ein fokussierbares Aufstrahlen ist nicht gegeben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Mängel der bekannten Aufspritz- und Bedampfungsverfahren zur Herstellung von elektrischen Leitungswegen auf isolierenden Trägerkörpern zu vermeiden, und sie verwendet daher das Verfahren zur Aufstrahlung einer Metallschicht, ζ. Β. aus Kupfer, in Form eines im elektrischen Kanallichtbogen erzeugten ionisierten Metalldampfes als Plasmastrahl durch eine Düse, ζ. Β. eine Ringelektrode eines Plasmastrahlgenerators, für die Herstellung von Leitungswegen auf isolierenden Trägerkörpern nach Art der gedruckten Schaltungen oder weiteren Metallschichten besonderer Eigenschaften auf diesen Leitungswegen unter normalen atmosphärischen Bedingungen.

Bei den Plasmastrahlgeneratoren werden in bekannter Weise Metallelektroden in einem elektrischen Lichtbogen, der bis auf eine Austrittsstelle kanalartig abgeschlossen ist, verdampft, und der Metalldampf

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wird unter hohem Druck und mit großer Geschwindigkeit aus einer Austrittsöffnung herausgestrahlt. Als Austrittsöffnung kann man zweckmäßig eine Ringelektrode des Lichtbogens verwenden. Das aus der Düse der Lichtbogenkammer entweichende Gas ist ionisiert und wird Plasma genannt. Da die Temperaturen im Plasmastrahl außerordentlich hoch sind, zerfallen die Metallmokeküle in aufgeladene Atome, so daß der Plasmastrahl durch Magnetfelder gelenkt und geregelt werden kann. Insbesondere kann der Plasmastrahl außerordentlich stark konzentriert werden, so daß mit ihm auch sehr kleine Leitungsflächen erzeugt werden können.

Durch die besonders feine Verteilung des atomaren Metalls auf einer bestrahlten Oberfläche ist die Haftung dieses Metallauftrages außerordentlich gut, so daß auch eine brauchbare Haftung auf völlig glatten Oberflächen erreicht werden kann, ohne daß die Oberfläche, wie z. B. bei einem ausgesprochen thermoplastischen Kunststoff, durch den Niederschlag beeinträchtigt wird.

Die Leitungswege können dabei durch eine selbsttätig gesteuerte Bewegung des Plasmastrahlgenerators erzeugt werden. Bei verhältnismäßig breiter Streuung des Plasmastrahls ist eine Abdeckung derjenigen Flächen, die nicht bestrahlt werden sollen, durch eine Schablone zweckmäßig. Für manche Zwecke kann es erforderlich sein, daß auch die geringste Erhitzung der bestrahlten Fläche vermieden wird. In diesem Falle empfiehlt es sich, die örtliche Bestrahlung mit geringer Dosis, jedoch.bei mehrfacher Wiederholung auszuführen. Wenn der Plasmastrahl den Leitungsweg unmittelbar erzeugen soll, so kann der Generator mit Hilfe eines Pantpgraphen geführt werden. Insbesondere bei der Herstellung von Miniaturleitungswegen ist es zweckmäßig, die aufzeichnende Bewegung des Generators von einer verhältnismäßig großen Steuervorlage aus auf den Generator zu übertragen. Auch die Steuerung nach Koordinatenlinien ist möglich.

Besondere Bedeutung besitzt das erfindungsgemäße Verfahren auch bei der Aufbringung von metallischen Schichten auf diejenigen Teile der z. B. aus Kupfer hergestellten Leitungswege, die z. B. durch Steckverbindungen einem besonderen mechanischen Verschleiß oder auch chemischen Angriff ausgesetzt sind. Solche Kontaktflächen konnten bisher nur verhältnismäßig schwierig ausgeführt werden, insbesondere dann, wenn diese Kontaktflächen nicht nur an der Kante des isolierenden Trägers lagen, sondern auch inmitten der mit Leitungswegen versehenen Platte. Metalle wie z. B. Rhodium sind an sich außerordentlich abriebfest und für solche Kontaktauflagen gut geeignet. Des hohen Kaufpreises wegen ist man aber gezwungen, diese Schutzschicht im aufwendigen nassen Verfahren verhältnismäßig sehr dünn zu machen, was wieder die Ursache dafür ist, daß sie auf dem z. B. darunterliegenden Kupfer bei geringsten auftretenden Biegespannungen leicht reißt. Man ist daher meist gezwungen, den Kupferleitweg erst zu vernickeln und dann erst zu rhodisieren. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch umständlich und zeitraubend.

In solchen Fällen gestattet das erfindungsgemäße Verfahren die unmittelbare Aufbringung z. B. solcher harten und ausreichend dicken Kontaktwerkstoffschicht auch auf einem flächenmäßig sehr beschränkten Bereich in einer sehr wenig Aufwand erfordernden Weise. Die weitere Ausgestaltung des Verfahrens gestattet aber auch, besonderen, bei Leitungswegen nach Art der gedruckten Schaltungen gestellten Anforderungen an das Metall dadurch zu genügen, daß gleichzeitig mehrere Metalle vorzugsweise gleich in atomarer Verteilung durch Plasmastrahlen aufgebracht werden, die eine Metallschicht erzeugen, in der die Atome der verschiedenen Metalle miteinander reagieren und bei geeigneter Auswahl der Metalle Leitwege ganz spezieller Eigenschaften erzeugen.

Auch bei der Auftragung von dünnen Edelmetallschichten, die bisher bei derartigen Leitungswegen nur galvanotechnisch ausgeführt werden konnten, kann das erfindungsgemäße Verfahren mit großem Vorteil verwendet werden. Kleine miniaturisierte Leitungswege auf z. B. kleinen keramischen oder Quarzplatten lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in sehr maßgenauer Weise, festhaftend und in kürzester Zeit herstellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt auch Vorteile bei der Herstellung von leitenden Verbindungen zwischen den Bauelementen und den Leitungswegen. Es ist z. B. möglich, eine von der einen Seite her mit Bauelementen bestückte Trägerplatte von der anderen Seite her so zu bestrahlen, daß zwischen den dort schon vorhandenen Leitungswegen und Lötenden der Bauelemente eine leitende Verbindung aufgestrahlt wird, so daß sich ein besonderer Lötvorgang mit Weichlot erübrigt. Es können aber auch bei einer derartigen Bestrahlung die Leitungswege erzeugt und gleichzeitig die leitenden Verbindungen mit den Lötenden der Bauelemente hergestellt werden. Wenn erforderlich, können die Bauelemente in einen feinkörnigen, wärmefesten Stoff, wie z. B. feinen Sand, eingebettet werden, damit die in der isolierenden Platte angeordneten Durchführungslöcher gegen den auftretenden Plasmastrahl abgedichtet werden. Die leitende Brücke zwischen den Enden der Bauelemente und den Leitungswegen entsteht in einem solchen Falle auf der Oberfläche dieses feinkörnigen Körpers. Es ist ferner zweckmäßig, die aus den Durchführungslöchern herausstehenden Lötenden der Bauelemente auf eine geringe Länge rechtwinklig umzubiegen, so daß sie auf den Leitungswegen liegen. Der Plasmastrahl kann dann die leitende Brücke, ohne daß weiteres Weichlöten erforderlich ist, besonders leicht herstellen. Der zwischen den hindurchgesteckten Lötenden der Bauelemente und den Leitwegen bestehende und leitend zu überbrückende Abstand kann ferner auch sehr zweckmäßig dadurch besonders klein gehalten werden, daß die Trägerplatte mit den schon hindurchgesteckten Lötenden der Bauelemente annähernd senkrecht gestellt wird und die Bauteile vermöge ihres Gewichts leicht nach unten kippen und die Lötenden des Bauteiles sich an den Enden der z. B. zylindrisch geformten Durchführungslöcher abstützen. Auf der die Leitwege tragenden Seite werden dabei die Lötenden an der Kante des Durchführungsloches mit den Leitwegen in unmittelbare Berührung treten oder ihnen sehr nahe kommen, so daß es lediglich eines geringen Metallauftrages mittels des Plasmastrahls bedarf, um nicht nur eine gut leitfähige, sondern auch mechansich ausreichende Befestigung des Bauteils zu erreichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung des Verfahrens zur Aufstrahlung einer Metallschicht, z. B. aus Kupfer, in

Form eines im elektrischen Kanallichtbogen erzeugten ionisierten Metalldampfes als Plasmastrahl durch eine Düse, z. B. eine Ringelektrode eines Plasmastrahlgenerators, für die Herstellung ■ von Leitungswegen auf isolierenden Trägerkörpern nach Art der gedruckten Schaltungen oder weiteren Metallschichten besonderer Eigenschaften auf diesen Leitungswegen unter normalen atmosphärischen Bedingungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß das Muster der Leitungswege durch die gelenkte Bewegung des Plasmastrahlgenerators, z. B. durch mechanische Übertragung, eines Originalmusters der Leitungswege durch einen Pantographen erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht zum Leitungsweg gehörenden Flächen während der Bestrahlung durch eine Schablone abgedeckt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufstrahlung mehrmals wiederholt wird, um eine dickere Schicht zu erzeugen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leitungswege oder auf bestehende Leitungswege Metalle besonderer Eigenschaften, wie z. B. abriebfeste oder nicht oxydierende Metalle, wie z. B. Chrom, Rhodium, Paladium, Nickel, Gold od. dgl., aufgestrahlt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung entsprechender Eigenschaftsgemische gleichzeitig mehrere Metalle, vorzugsweise in atomarer Verteilung, aufgestrahlt werden.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von leitenden Verbindungen zwischen den Bauelementen und den Leitungswegen die durch die Trägerplatte hindurchgeführten Lötenden der Bauelemente dadurch in unmittelbare Nähe oder Berührung mit den Leitungswegen gebracht werden, daß die Trägerplatte mit den eingesetzten Bauelementen etwa senkrecht gestellt wird und die Bauelemente sich durch ihre Schwere derart nach unten neigen, daß ihre Lötenden sich leitwegseitig an den Leitungswegen oder in ihrer Nähe abstützen und in dieser Stellung durch Aufstrahlung leitend und festhaftend verbunden werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift »ETZ-B«, 1954, Heft 3, S. 75.

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