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Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen gedruckten Schaltungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger gedruckter
Schaltungen.
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Gedruckte Schaltungen bestehen aus ein- oder beiderseitig mit Leiterkonfigurationen
versehenen Leiterplatten aus Isolierstoff. Im Falle einer beiderseitig mit je einer
Leiterkonfiguration versehenen Leiterplatte können einzelne Punkte der beiden Leiterkonfigurationen
dadurch miteinander verbunden werden, daß man an diesen Punkten ein Loch durch die
Leiterplatte bohrt und die Wandung dieses Loches mit einem Metallüberzug versieht,
der auf die miteinander zu verbindenden Punkte der beiden Leiterkonfigurationen
übergreift (USA.-Patentschrift 2897409).
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Der Umfang der Leiterkonfigurationen, die auf die beiden Seiten der
Leiterplatte aufgebracht werden können, ist natürlich begrenzt, insbesondere infolge
des Umstandes, daß die Leiter, welche voneinander isoliert sein sollen, auf derselben
Seite der Leiterplatte einander nicht kreuzen können, vielmehr alle Leiter in derselben
Ebene liegen müssen. Zur Herstellung umfangreicherer Schaltungen muß man daher aus
mehreren, gegebenenfalls beiderseitig mit Leiterkonfigurationen versehenen Leiterplatten
einen Stapel bilden. Hierbei werden diejenigen Leiterkonfigurationen, welche auf
einander zugewendeten Seiten der Leiterplatten liegen, durch Isolierschichten voneinander
isoliert, welche unter der Einwirkung von Hitze und Druck die Leiterplatten miteinander
zu einem festen Stapel verbinden.
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Nun ergibt sich noch die Aufgabe, diejenigen Punkte der Leiterkonfiguration
der einzelnen Leiterplatten, welche miteinander in elektrischen Kontakt kommen sollen,
miteinander leitend zu verbinden. Diese Aufgabe hat man schon auf mannigfache Weise
zu lösen gesucht. So ist es bekannt, an den betreffenden Stellen durch den Stapel
Löcher zu stanzen und in diese Löcher hohle Metallstifte einzuführen, und zwar gegebenenfalls
unter Verlötung dieser Stifte mit den an die Löcher angrenzenden Kanten der Leiter
der Leiterplatten (USA.-Patentschriften 2 481951 und 2 502 291). Der auf diese Weise
erzielte Kontakt der Stifte mit den Kanten der meist sehr dünnen Leiter ist jedoch
unzuverlässig, zumal es sehr schwierig ist, im Inneren der engen und tiefen Löcher
eine einwandfreie Lötung durchzuführen. Ferner ist es bekannt, in einseitig mit
Leiterkonfigurationen versehenen Leiterplatten an denjenigen Stellen, an welchen
die Leiter verschiedener Leiterplatten miteinander verbunden werden sollen, Löcher
zu bohren und die Wandung der Löcher in jeder Platte mit einem leitenden überzug
zu versehen, der an beiden Enden jedes Loches einen Ring bildet. Die so vorbereiteten
Leiterplatten werden dann so zu einem Stapel aufeinandergeschichtet, daß ihre einander
entsprechenden Löcher miteinander in Ausrichtung liegen, wobei die vorgenannten
Ringe benachbarter Leiterplatten aneinandergepreßt werden und auf diese Weise eine
leitende Verbindung zwischen den an die Löcher angrenzenden Leitern der verschiedenen
Leiterplatten ergeben (USA.-Patentschrift 2 907 925). Jedoch ist der auf diese Weise
erzielte bloße Berührungskontakt zwischen den Ringen benachbarter Leiterplatten
ebenfalls unsicher, während die auch in diesem Zusammenhang vorgeschlagene Verlötung
auch hier mit den bereits erwähnten Nachteilen behaftet ist.
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Schließlich wurde später vorgeschlagen (deutsche Auslegeschrift 1132
202), die miteinander zu verbindenden Leiter der aufeinandergeschichten Leiterplatten
eines Stapels mit aus dem Stapel seitlich herausragenden Anschlußleitern zu versehen
und an der Seite des Stapels einen aus leitenden Blättern bestehenden zweiten Stapel
anzulegen, dessen Blätter der Lage der Anschlußleiter des ersten Stapels entsprechend
gelegene Löcher aufweisen, in welche die Anschlußleiter mit Spiel hineinragen. Beim
Anlegen jedes
Blattes des zweiten Stapels werden diejenigen Anschlußleiter
des ersten Stapels, die zu miteinander zu verbindenden Leitern gehören, an das leitende
Blatt des zweiten Stapels angebogen und mit ihm verlötet. Diese Art der Herstellung
der Verbindungen ist zeitraubend, bedingt eine räumliche Vergrößerung des Leiterplattenstapels
und hat überdies den Nachteil, daß sie leicht zu Fehlverbindungen führen kann, wenn
einer der Anschlußleiter zur unrichtigen Zeit umgebogen wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun die genannte Aufgabe in
Anknüpfung an dasjenige bekannte Verfahren gelöst, gemäß welchem in jeder einzelnen
Leiterplatte des Stapels an denjenigen Stellen, an welchen die Leiter verschiedener
Leiterplatten bzw. verschiedener Seiten derselben Leiterplatte elektrisch miteinander
verbunden werden sollen, Löcher vorgesehen und die Wandung dieser Löcher mit einem
leitenden Belag versehen wird. Gemäß der Erfindung werden die Leiterplatten erst
aufeinandergeschichtet und miteinander zu einem Stapel verbunden, worauf die- Wandung
der zweckmäßig erst nach der Fertigstellung des Stapels gebohrten gleichachsigen
Löcher der Leiterplatten durch das an sich bekannte Niederschlagen von elektrisch
leitendem Material auf diese Wandung mit einem durch die ganze Länge der Bohrung
durchgehenden, einheitlichen, elektrisch leitenden Belag versehen wird.
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Unter Niederschlagen wird hierbei sowohl das chemische Niederschlagen
von beispielsweise chemisch reduziertem Kupfer, als auch das galvanische Niederschlagen
(Aufplattieren) eines Metalls verstanden. Zweckmäßig werden beide Methoden nacheinander
angewendet, indem ein erst durch chemisches Niederschlagen erzeugter dünner leitender
Belag nachfolgend durch Aufplattieren von Metall verstärkt wird.
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Die durch dieses Verfahren hergestellten mehrschichtigen gedruckten
Schaltungen unterscheiden sich von den bisher bekannten darin, daß der auf die Lochwandung
niedergeschlagende leitende Belag sich mit an das Loch angrenzenden Teilen sämtlicher
miteinander zu verbindenden Leiter der Leiterplatten zu einer einheitlichen Leiterstruktur
verbindet, die im Gegensatz zu den bekannten Berührungskontakten und Lötverbindungen
eine völlig einwandfreie, zuverlässige und dauerhafte elektrische Verbindung aller
miteinander zu verbindenden Leiter gewährleistet. Es hat sich gezeigt, daß mit Hilfe
dieses Verfahrens in einfacher und wirtschaftlicher Weise Verbindungen erreicht
werden können, die auch den höchsten Ansprüchen genügen und sowohl mechanischen
Beanspruchungen (beispielsweise Vibrationen), als auch atmosphärischen Einflüssen
gegenüber sehr widerstandsfähig sind.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Die F i g. 1, 2, 3, 4 und 5 veranschaulichen Stufen der Herstellung
einer mehrschichtigen gedruckten Schaltung gemäß der Erfindung. Diese Figuren sind
nicht maßstäblich; sie sind vielmehr zu dem Zweck verzerrt, gewöhnlich kleine Einzelheiten
möglichst gut erkennbar zu machen.
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In F i g. 1 sind drei aus Isolationsmaterial bestehende Blätter oder
Leiterplatten 10, 11 und 12 wiedergegeben, die auf den Flächen 13, 14, 15 und 16
die gewünschten Leiterkonfigurationen haben, welche zum Zwecke der Illustration
als leitende Streifen und/oder Punkte dargestellt sind. Die Isolierplatten können
aus geschichtetem Epoxydharzglas oder einem anderen geeigneten Material bestehen.
Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, befinden sich auf den Flächen 14 und 16 Leiterstreifen
14 a bzw.16 a zwischen Kontaktstellen oder -punkten 14 b bzw.
16 b aus leitendem Material.
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Die Flächen 13 und 15 können entweder mit Kontaktstellen oder -punkten
aus leitendem Material versehen oder vollständig ohne solche sein. Werden auf den
Flächen 13 und 15 solche Punkte vorgesehen, dann werden sie in Ausrichtung mit bestimmten
Punkten auf den Flächen 14 und 16 angeordnet. Weiterhin können, wenn auf den Flächen
13 und 15 solche Kontaktpunkte angeordnet werden, diese durch Leiterstreifen miteinander
verbunden sein oder auch nicht. Das Weglassen von Leiterstreifen verhindert einen
Kurzschluß, der auftreten kann, falls Leiterstreifen auf benachbarten Flächen in
enger räumlicher Lage angeordnet werden würden. Falls es erwünscht ist, auch auf
den Flächen 13 und 15 Leiterstreifen zwischen den Kontaktpunkten vorzusehen, können
Kurzschlüsse dadurch vermieden werden, daß man zwischen die Leiterplatten 10, 11
und 12 leere Isolationsplatten oder Isolationsblätter einlegt.
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In jedem Fall sind die Kontaktpunkte auf den verschiedenen Flächen
so angeordnet, daß vorbestimmte Punkte auf jeder Fläche gemeinsame Mittellinien
haben, vgl. beispielsweise die Mittellinie 19-19,
welche die Mittellinie der
in F i g. 2 im Schnitt dargestellten Kontaktpunkte 20, 21, 22 und 23 ist, die auf
den Flächen 13, 14, 15 bzw. 16 liegen. Vorzugsweise trägt die äußere Seite der Platten
10 und 12 (F i g. 1) eine leitende Schicht 17 bzw. 18.
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Um die Leiterstreifen auf den einzelnen Platten miteinander zu verbinden,
ist durch die in Ausrichtung miteinander liegenden Kontaktpunkte ein Loch gebohrt
und auf die ein solches Loch begrenzende Wand ein fortlaufender leitender überzug
aufgebracht.
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Die Art der Herstellung einer mehrschichtigen gedruckten Schaltung
wird nachstehend in Verbindung mit den F i g. 2 bis 5 beschrieben.
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F i g. 2 ist eine Schnittansicht eines kleinen Teiles eines Stapels,
der aus drei aufeinandergeschichteten und miteinander verbundenen Leiterplatten
der in F i g. 1 gezeigten Art besteht. Die Punkte 20, 21, 22 und 23 gemäß F i g.
1 sind im Schnitt durch die entsprechende Mittellinie 19-19 dargestellt. Ein Stapel,
wie er in F i g. 2 dargestellt ist, kann dadurch gebildet werden, daß die Flächen
13, 14, 15 und 16 mit einem beispielsweise aus Epoxydharz bestehenden Bindemittel
24 überzogen werden und die aufeinandergeschichteten Platten 10,11 und 12 in einer
Presse der Einwirkung von Druck und Wärme unterworfen werden. Es ist ersichtlich,
daß die Flächen 13, 14,
15 und 16 im Stapel zu Innenflächen geworden
sind, während die Flächen, die mit den leitenden Schichten 17 bzw. 18 bedeckt sind,
die beiden Hauptaußenflächen des Stapels bilden.
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F i g. 3 entspricht allgemein der F i g. 2 mit der Ausnahme, daß im
Stapel ein durch alle miteinander zu verbindenden Kontaktpunkte hindurchgehendes
kreisförmiges Loch hergestellt worden ist. Die Mittellinie des Loches für die Kontaktpunkte
20, 21, 22 und 23 entspricht im wesentlichen der Mittelfinie 19-19 der F i g. 2.
F
i g. 4 entspricht allgemein der F i g. 3 mit der Ausnahme, daß auf die freiliegenden
Flächen des Stapels leitendes Material durch Niederschlagen und gegebenenfalls nachfolgendes
Aufplattieren von beispielsweise Kupfer aufgebracht worden ist. Das elektrisch leitende
Material 25 bedeckt sowohl die Wandfläche des Loches als auch die beiden
äußeren leitenden Schichten 17 und 18. Die Verbindungsstelle zwischen
dem ursprünglich auf den Leiterplatten vorhandenen leitenden Material und dem neu
niedergeschlagenen leitenden Material ist durch punktierte Linien wiedergegeben,
um anzudeuten, daß diese Leiter im wesentlichen eine Einheit bilden und daß längs
der punktierten Linien tatsächlich keine elektrische Grenze vorhanden ist.
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Gemäß F i g. 5 sind die nicht gewünschten Teile der leitenden Schichten
17 und 18 zusammen mit unerwünschten Teilen der Schicht 25 durch Ätzen oder durch
ein anderes bekanntes Verfahren entfernt worden. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist ein kleiner Bereich oder Rand aus leitendem Material zurückgelassen, welcher
das Loch auf den beiden äußeren Hauptflächen umgibt. Bei anderen Ausführungen kann
es erwünscht sein, im wesentlichen keinen solchen Bereich zu belassen oder gegebenenfalls
Leiterstreifen auf den Außenflächen durch Ätzen herzustellen. Die Herstellung von
Leiterstreifen auf den Außenflächen ermöglicht eine Ausweitung der gedruckten Schaltung
bei einer gegebenen Anzahl von Leiterplatten, während beim Weglassen von Leitern
oder leitenden Bereichen auf diesen äußeren Flächen im wesentlichen sämtliche Leiterstreifen
im Inneren des Stapels liegen und gegen atmosphärische Einflüsse geschützt sind.
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Nachdem ein Stapel gemäß dem beschriebenen Verfahren fertiggestellt
worden ist, kann er wie eine übliche gedruckte Schaltung gehandhabt werden, und
die Anschlußleiter von Schaltelementen können in die plattierten durchgehenden Löcher
eingeführt und dann an Ort und Stelle z. B. durch Tauchföten angelötet werden.
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Bei einem abgeänderten Verfahren können die einzelnen Leiterplatten
oder -blätter, wie sie in F i g.1 dargestellt sind, bereits Löcher aufweisen, so
daß ein vorbestimmtes Muster von Durchlochungen gebildet wird. Bei diesem Verfahren
sind die Stufen im wesentlichen die gleichen wie die oben beschriebenen, mit der
Ausnahme, daß beim Zusammensetzen der genau ausgerichteten Leiterplatten zu einem
Stapel die durchgehenden Löcher der in F i g. 3 dargestellten Art bereits vorhanden
sind. Allerdings bedarf es hierzu einer großen Genauigkeit beim Bohren der Löcher
in den einzelnen Leiterplatten und beim Ausrichten der Leiterplatten, während beim
Bohren der Löcher nach der Bildung des Stapels die Ausrichtung der Löcher ohne weiteres
gewährleistet ist.
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Bei einer weiteren abgeänderten Ausführungsform kann der zusammengesetzte
Stapel ohne leitende Schichten auf den äußeren Hauptflächen gebildet sein, und auf
diesen Flächen können dann nachfolgend Schichten während des Auftrag- und Plattierungsprozesses
gebildet und in der oben beschriebenen Weise nutzbar gemacht werden.
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Es ist weiterhin möglich, die einzelnen Leiterplatten gemäß F i g.
1 mit zugeordneten Schaltelementen, wie Widerständen und Kondensatoren, zu versehen,
die an den Flächen befestigt sind, welche in dem fertigen Stapel innen liegen, so
daß diese Komponenten im Inneren des zusammengesetzten Stapels eingeschlossen sind.
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Schließlich können auf den äußeren Flächen große Bereiche der leitenden
Schichten 17 und 18 mit geeigneten Zwischenverbindungen belassen werden, um eine
elektrische Abschirmung für die Schaltung innerhalb des zusammengesetzten Stapels
zu schaffen.