DE1264561B

DE1264561B - Circuit board made of thermoplastic material

Info

Publication number: DE1264561B
Application number: DES88153A
Authority: DE
Original assignee: Sanders Associates Inc
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 1962-11-05
Filing date: 1963-11-02
Publication date: 1968-03-28

Description

Leiterzugplatte aus thermoplästischem Werkstoff Als gedruckte Schaltungen verwendete Leiterzug= platten dürfen unter der Einwirkung der Löttempdratur nicht schrumpfen, weil der gesamte Schaltungsaufbau zerstört werden würde. Dies gilt insbesondere für Dünnschichtverbände. Die Einhaltung des Schaltungsaufbaus ist kritisch, da jede Schaltung so konstruiert ist, daß die Lage ihrer Anschlußstellen untereinander sowie zu einem Gerät, an das sie anzuschließen sind, genau übereinstimmen muß. -Für eine wirtschaftliche Anwendung von Leiterzugplatten ist die Verwendung eines Mengenlötverfahrens sowie die Verwendung eines preiswerten Materials von ausschlaggebender Bedeutung. Diese Forderungen konnten bisher nicht erfüllt werden. Die bekannten Mengenlötverfahren erfordern hohe Löttemperaturen.Circuit board made of thermoplastic material As printed circuits The circuit board used must not be exposed to the influence of the soldering temperature shrink because the entire circuit structure would be destroyed. This is especially true for thin-layer bandages. Compliance with the circuit layout is critical as each Circuit is constructed so that the location of their connection points among themselves as well must match exactly to a device to which they are to be connected. -For one The economical application of printed circuit boards is the use of a bulk soldering process and the use of an inexpensive material is essential. So far, these requirements have not been met. The well-known bulk soldering process require high soldering temperatures.

Thermoplaste, die bei hohen Temperaturen ausreichend formbeständig sind, sind kostspielig. Billige Kunststoffe, die die für ihren Einsatz erforderlichen Festigkeitseigenschaften aufweisen, können bisher nicht verwendet werden, da sie bei der Temperatur des geschmolzenen Lotes schrumpfen.Thermoplastics that retain their shape sufficiently at high temperatures are costly. Cheap plastics that are necessary for their use Have strength properties so far cannot be used because they shrink at the temperature of the molten solder.

Die Aufgabe der Erfindung .ist es, die Fertigung einer gedruckten Schaltung unter Verwendung einer billigen Leiterzugplatte- aus niedrigschmelzendem thermoplastischem Werkstoff zu ermöglichen, die in Gegenwart von geschmolzenem Lot schrumpffest ist, so daß trotz Anwendung eines billigen thermoplastischen Werkstoffes ein Massenlötverfahren mit hoher Schmelztemperatur verwendet werden kann. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß bei einer Leiterzugplatte aus thermoplastischem Werkstoff, deren Schmelztemperatur unter der Arbeitstemperatur des beim Löten verwendeten Lotes liegt,. eine Seite der Platte mit einem entfernbaren Überzug aus einem Material versehen ist, dessen Erweichungspunkt wesentlich über der Arbeitstemperatur des beim Löten verwendeten Lotes liegt.The object of the invention .ist is the production of a printed Circuit using a cheap printed circuit board made of low melting point thermoplastic material to allow in the presence of molten solder Is shrink-proof, so that despite the use of a cheap thermoplastic material a high melting temperature bulk soldering process can be used. These The invention solves the problem in that, in the case of a printed circuit board made of thermoplastic Material whose melting temperature is below the working temperature of the one used for soldering Lot lies. one side of the plate with a removable cover of a material is provided, the softening point of which is significantly higher than the working temperature of the The solder used for soldering lies.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt, durch ein Stück Metallfolie, F i g. 2 einen Querschnitt durch ein mit Oxydfilmen bedecktes Stück Metallfolie, F i g. 3 einen Querschnitt durch -einen aus der Metallfolie und einer Kunststoffplatte gebildeten Schichtverband, F i g. 4 eine Querschnittsansicht des Schichtverbandes mit zum Teil weggeätzter Metallfolie, F i g. 5 die teilweise weggeätzte Metallfolie sowie eine darüber befindliche Kunststoffplatte, die mit der Metallfolie und deren Träger verbunden werden soll, F i g. 6 eine Querschnittsansicftt des Schichtverbandes mit vollständig eingeschlossener, teilweise weggeätzter Metallfolie, F i g. 7 eine perspektivischd Darstellung einer typischen gedrückten Schaltung.--mit dem erfindungsgemäßen Schrumpfverhütungsüberzug; F i g. 8 eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 der F'i g. 7, F i g. 9 eine. perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfährensschiittes, F i g. 10 eine perspektivische Ansicht einer Ldtquelle und einer Leiterplatte `mit dem erfindungsgemäßen Schrumpfverhütungsüberzug; F i g. 11. eine perspektivische Ansicht einer mit Lot versehenen An"schlußstelle einer- Leiterplatte mit dem erfindungsgemäßen Schrumpfverhinderungsüberzug und -F i g. 12 eine perspektivische Ansicht einer mit Lot versehenen Anschlußstelle einer Leiterplatte ohne erfindungsgemäßen Schrumpfverhütungsüberzug.Some embodiments of the invention are shown in the drawing. It shows F i g. 1 shows a cross section through a piece of metal foil, FIG. 2 one Cross section through a piece of metal foil covered with oxide films, FIG. 3 one Cross-section through one formed from the metal foil and a plastic plate Layered association, FIG. 4 shows a cross-sectional view of the layer structure with part etched away metal foil, FIG. 5 the partially etched away metal foil and one overlying plastic plate, which is connected to the metal foil and its carrier should be, F i g. 6 shows a cross-sectional view of the layered structure with complete enclosed, partially etched away metal foil, FIG. 7 a perspective d Representation of a typical printed circuit - with the anti-shrink coating according to the invention; F i g. 8 is a sectional view taken along line 8-8 of FIG. 7, fig. 9 a. perspective illustration of a process slide according to the invention, FIG. 10 is a perspective view of an Ldtquelle and a circuit board with the anti-shrink coating according to the invention; F i g. 11. a perspective view a soldered connection point of a circuit board with the inventive Anti-shrink coating and -F i g. 12 is a perspective view of a with Solder-provided connection point of a circuit board without a shrinkage prevention coating according to the invention.

Das in F i g. 1 gezeigte einfache Stück Kupferfolie 11 weist nach Behandlung mit einer oxydierenden Lösung zwei Schichten 12,13 aus Kupferoxyd auf (F i g. 2). Das Kupferoxyd hat eine feine nadelähnliche Struktur.The in Fig. 1 simple piece of copper foil 11 shown demonstrates Treatment with an oxidizing solution on two layers 12, 13 of copper oxide (Fig. 2). The copper oxide has a fine needle-like structure.

Bei dem in F i g. 3 gezeigten, aus Metall und Kunststoff bestehenden Schichtverband ist die nadelähnliche Struktur der Kupferoxydschicht 13 zur Herstellung einer Bindung - zwischen der Kupferfolie 11 und - einer thermoplastischen Platte 14 benutzt worden. Zu diesem Zweck wuiden die Folie 11 und die Platte 14 erhitzt und zusammengepreßt.In the case of the one shown in FIG. 3, made of metal and plastic Layer bond is the needle-like structure of the copper oxide layer 13 for production a bond - between the copper foil 11 and - a thermoplastic plate 14 has been used. For this purpose, the foil 11 and the plate 14 are heated and pressed together.

Nach :Behandlung der Folie 11 und der Kupferoxydschicht 12 mit einem geeigneten Schutzstoff und Wegätzen von Teilen der Oxydschichten 12 und 13 zusammen mit einem Teil der Kupferschicht 11 ergeben sich getrennte Leiter 10 und 15 (F i g. 4). Für die weitere Befestigung ist nützlich, eine aufgerauhte Oberfläche 16 auf der thermoplastischen Schicht 14 zu bilden. Durch diese aufgerauhte Oberfläche 16 wird die Bildung einer festen Verbindung mit einer später aufzubringenden Deckschicht 17 (F i g. 5, 6) erleichtert. Der in F i g. 6 gezeigte Schichtverband ist unter Anwendung von Druck und Wärme aus der Deckschicht 17, den Leitern 10,15 und der Grundplatte 14 hergestellt. Die Deckschicht 17 bildet mit der Grundplatte 14 eine Verbindung, wobei die aufgerauhte Fläche eine autogene Naht darstellt.After: treatment of the foil 11 and the copper oxide layer 12 with a suitable protective substance and Etching away parts of the oxide layers 12 and 13 together with part of the copper layer 11 result in separate conductors 10 and 15 (Fig. 4). A roughened one is useful for further fastening Surface 16 to form on the thermoplastic layer 14. Roughened by this Surface 16 will form a solid bond with one to be applied later Cover layer 17 (Fig. 5, 6) facilitated. The in F i g. 6 layer bond shown is under the application of pressure and heat from the cover layer 17, the conductors 10, 15 and the base plate 14 is made. The cover layer 17 forms with the base plate 14 shows a connection, the roughened surface representing an autogenous seam.

Die Schaltung F i g. 7 besteht aus einer Grundplatte 18, auf der mehrere Leiter 19, 21, 22 aufgebracht sind. Diese Leiter sind einzeln zwischen der thermoplastischen Grundplatte 18 und einer thermoplastischen Deckschicht 23 angeordnet. Die beiden Kunststoffschichten sind durch eine autogene Naht 24 miteinander verbunden. An beiden Enden der Platte befinden sich Leiteranschlüsse 26, 27, 28. Auf diese Anschlüsse muß das Lot aufgebracht werden. Direkt unter den Leiteranschlüssen 26, 27, 28 und dem dort befindlichen Teil der- Grundplatte 18 befindet sich der erfindungsgemäße Schrumpfverhütungsüberzug 31. Dieser überzug, der entfernt werden kann, wird überall dort aufgebracht, wo Anschlüsse gelötet werden. Die thermoplastische Grundplatte 18 hat eine vorbestimmte Schmelztemperatur, die von der chemischen Zusammensetzung der Platte abhängt. Der aufzubringende überzug muß bei der Schmelztemperatur der thermoplastischen Grundplatte 18 und der Deckschicht 23 formbeständig sein, um zu gewährleisten, daß der aus der Deckschicht 23, der Grundplatte 18 und dem Überzug 31 gebildete Schichtverband die Formbeständigkeit des Überzuges 31 aufweist. Alle Anschlüsse werden mit einem Flußmittel bestrichen, das hier mit einer kleinen Bürste 29 aufgetragen wird. Gewöhnlich wird die ganze Schaltung mit dem Flußmittel bestrichen, so daß die Schaltung über die Lotfontäne ohne Bildung von Tropfen oder Perlen auf dem Kunststoff bewegt werden kann. Selbstverständlich kann das Flußmittel auch auf andere Weise aufgetragen werden.The circuit F i g. 7 consists of a base plate 18 on which several Head 19, 21, 22 are applied. These conductors are individually between the thermoplastic Base plate 18 and a thermoplastic cover layer 23 are arranged. The two Plastic layers are connected to one another by an autogenous seam 24. At both At the ends of the plate there are conductor connections 26, 27, 28. On these connections the solder must be applied. Directly under the conductor connections 26, 27, 28 and the part of the base plate 18 located there is the one according to the invention Anti-shrink coating 31. This removable coating will be used anywhere Applied where connections are soldered. The thermoplastic base plate 18 has a predetermined melting temperature that depends on the chemical composition depends on the plate. The coating to be applied must be at the melting temperature of thermoplastic base plate 18 and the cover layer 23 to be dimensionally stable in order to ensure that the cover layer 23, the base plate 18 and the coating 31 formed layer structure has the dimensional stability of the coating 31. All Connections are coated with a flux, here with a small brush 29 is applied. Usually the whole circuit is coated with the flux, so that the circuit over the solder fountain without the formation of drops or pearls on the plastic can be moved. Of course, the flux can also be used other way to be applied.

Nach dem Auftragen des Flußmittels werden die Anschlüsse mit Lot überzogen, indem auf die frei liegenden Leiteranschlüsse und die thermoplastischen Schichten 18, 23 flüssiges Lot aufgebracht wird. Liegt die Temperatur des geschmolzenen Lotes über der Schmelztemperatur der Kunststoffschichten, so wird der Kunststoff höchstwahrscheinlich schrumpfen und sich verziehen. Durch den erfindungsgemäßen formstabilen Überzug wird vermieden, daß der Kunststoff schrumpft und die Schaltung sich normalerweise verzieht.After applying the flux, the connections are covered with solder, by on the exposed conductor connections and the thermoplastic layers 18, 23 liquid solder is applied. Is the temperature of the molten solder above the melting temperature of the plastic layers, so the plastic will most likely shrink and warp. With the dimensionally stable coating according to the invention This prevents the plastic from shrinking and the circuit normally warps.

Als überzug eignen sich verschiedene Kunststoffe. Ebenso kann der überzug auf verschiedene Art aufgetragen werden, wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird. Bei der Auswahl eines Schrumpfverhütungsüberzuges ist vor allem zu beachten, daß das als überzug zu verwendende Material bei der Schmelztemperatur des betreffenden Thermoplastes formbeständig bleibt. Darüber hinaus sind noch andere Gesichtspunkte zu berücksichtigen, so beispielsweise, unter welchen Umgebungsbedingungen die Schaltungsanordnung letztlich benutzt wird und ob der Schrumpfverhütungsüberzug auf der Schaltung bleiben soll. Enthält die Umgebungsluft ziemlich viel Feuchtigkeit, so sollte kein Fasermaterial, wie Papier oder Pappe, sondern ein feuchtigkeitsdichter überzug benutzt werden.Various plastics are suitable as a coating. Likewise, the coating can be applied in various ways, as detailed below will. When choosing an anti-shrink coating, it is important to pay particular attention to the following: that the material to be used as a coating at the melting temperature of the relevant Thermoplastic remains dimensionally stable. In addition, there are other considerations to take into account, for example, the environmental conditions under which the circuit arrangement will ultimately be used and whether the anti-shrink coating will remain on the circuit target. If the ambient air contains a lot of moisture, no fiber material, such as paper or cardboard, but a moisture-proof coating can be used.

In der Serienfertigung kann es erforderlich sein, den Schrumpfverhütungsüberzug aufzuspritzen, wie F i g.1 zeigt, wobei zum Aufspritzen des überzuges auf die Schaltung 25 ein unter Druck stehender Spritzbehälter verwendet wird. Der überzug kann aber auch auf andere Art, beispielsweise mit dem Pinsel, aufgetragen werden. Als Lösung, die nach dem Trocknen die erforderliche Formbeständigkeit aufweist, kann gegenwärtig beispielsweise das unter dem Namen »Wasserglas« bekannte Natriumsilikat verwendet werden.In series production it may be necessary to use the anti-shrink coating to be sprayed on, as shown in FIG. 1, for spraying the coating onto the circuit 25 a pressurized spray canister is used. But the coating can can also be applied in other ways, for example with a brush. As a solution, which has the required dimensional stability after drying, can currently for example, the sodium silicate known under the name »water glass« is used will.

Um Platz und Gewicht zu sparen, kann ein überzug mit einem entsprechenden Kleber benutzt werden, der sich leicht entfernen läßt. In diesem Fall kann die aufzuspritzende oder mit dem Pinsel aufzutragende Flüssigkeit mit einer Lösung entfernt werden. Bildet die Flüssigkeit nach dem Erhärten eine brüchige Schicht, so läßt sie sich auch entfernen, indem man die Schaltung biegt, wobei die Schicht dann leicht absplittert. Andererseits kann der überzug auch durch geeignete Auswahl des Klebers leicht in der üblichen Weise abgezogen werden.To save space and weight, a cover can be fitted with an appropriate Glue that can be easily removed can be used. In this case, the to be sprayed or liquid to be applied with a brush can be removed with a solution. If the liquid forms a brittle layer after hardening, it can be also remove by bending the circuit, which will then easily chip off the layer. On the other hand, the coating can also be easily inserted through a suitable choice of adhesive deducted in the usual way.

F i g.10 zeigt eine Lotquelle, die sich sehr gut für Mengenlötungen eignet, indem ständig eine aus geschmolzenem Lot bestehende Fontäne gebildet wird, die das Aufbringen des Lotes erleichtert.Fig. 10 shows a solder source that is very suitable for bulk soldering suitable by constantly creating a fountain consisting of molten solder, which makes it easier to apply the solder.

Die in F i g. 10 gezeigte Lotquelle besteht aus einem Lotbehälter, in welchem sich das geschmolzene Lot 36 befindet. Das Lot 36 wird durch eine Heizvorrich-w tung in geschmolzenem Zustand gehalten. Mit dem Behälter 34 sind eine Pumpe 39 und ein Motor 38 verbunden. Der Motor 38 treibt die Pumpe 39, die ihrerseits das geschmolzene Lot 36 in ständigem Umlauf durch ein Rohr 41 leitet, um eine Lotfontäne 42 zu bilden. Mit Hilfe dieser Lotfontäne wird das Lot auf die Anschlüsse der Schaltung aufgebracht. Wie F i g. 10 zeigt, wird gerade eine typische Schaltung mit zwei Schrumpfverhütungsüberzügen 40, 45 über die Lotfontäne 42 bewegt. Wie ersichtlich ist, kommt bei dieser Bewegung eine beträchtliche Fläche der Schaltung 43 mit dem geschmolzenen Lot in Berührung. Die Wirksamkeit des Schrumpfverhütungsüberzuges ergibt sich aus einem Vergleich der F i g. 11 und 12.The in F i g. 10 shown solder source consists of a solder container, in which the molten solder 36 is located. The solder 36 is through a Heizvorrich-w maintained in a molten state. With the container 34 are a pump 39 and a motor 38 connected. The motor 38 drives the pump 39, which in turn drives the melted Solder 36 circulates continuously through a pipe 41 to form a solder fountain 42. With the help of this solder fountain, the solder is applied to the connections of the circuit. Like F i g. Figure 10 shows a typical circuit with two anti-shrink coatings 40, 45 moved over the solder fountain 42. As can be seen, comes with this movement a substantial area of the circuit 43 is in contact with the molten solder. The effectiveness of the anti-shrink coating results from a comparison the F i g. 11 and 12.

Das in F i g. 11 gezeigte Schaltungsstück hat einen Schrumpfverhütungsüberzug 40. Wie ersichtlich ist, hat sich die Leiterplatte 46 beim Eintauchen der Oberfläche in die Lotfontäne (F i g. 9) überhaupt nicht verzogen. An den Enden der Leiter 51, 52, 53 befinden sich die gleichmäßig mit Lot versehenen Anschlüsse 44, 47 bzw. 48. Die Leiter haben ihre Lage zueinander nicht geändert. Die Schaltung kann also ohne weiteres in das Gerät eingebaut werden, für das sie vorgesehen war.The in Fig. The circuit component shown in FIG. 11 has a shrinkage prevention coating 40. As can be seen, the circuit board 46 has when the surface is immersed not warped at all into the solder fountain (FIG. 9). At the ends of the ladder 51, 52, 53 are the terminals 44, 47 and 48, respectively, which are uniformly provided with solder. The leaders have not changed their position in relation to one another. So the circuit can do without further built into the device for which it was intended.

Bei einer mit dem erfindungsgemäßen Schrumpfverhütungsüberzug 40 versehenen gedruckten Schaltung bleibt nach der Lötung die Symmetrie vollkommen erhalten. F i g. 12 zeigt dagegen eine Leiterplatte 54 ohne Überzug, die sich sehr verzogen hat, wie 59 zeigt. Diese Leiterplatte hat beim Aufbringen des Lotes an den entsprechenden Anschlüssen 56, 57, 58 ihre Symmetrie verloren. In Fällen, in denen. die Leiter dicht nebeneinander angeordnet sind, können sich die Leiter infolge der geschrumpften und verzogenen Leiterplatte unter Umständen gegenseitig berühren und dabei einen Kurzschluß verursachen.In one provided with the anti-shrink coating 40 according to the invention printed circuit, the symmetry is completely retained after soldering. F. i g. 12, however, shows a printed circuit board 54 without a coating, which is very warped has, as 59 shows. This circuit board has when the solder is applied to the corresponding Connections 56, 57, 58 lost their symmetry. In cases where. the ladder are arranged close together, the conductors can shrink as a result of the and spoiled PCB may touch each other causing a short circuit.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Schrumpfverhinderungsüberzug auf der Unterseite der Leiterplatte aufgebracht. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Überzug auf der Oberseite der Platte aufzutragen, wobei an den Anschlußstellen jeweils eine geeignete Öffnung frei gelassen wird. Als Schrumpfverhütungsüberzug können auch Stoffe verwendet werden, die unter Anwendung von Wärme einen Schaum bilden.In the preferred embodiment, the anti-shrink coating is applied to the underside of the circuit board. But there is also the possibility apply the coating to the top of the panel, taking into account the connection points a suitable opening is left free in each case. As a shrinkage prevention cover Substances can also be used that produce foam when heat is applied form.

Claims

Claims: 1. PCB made of thermoplastic material, their melting temperature below the working temperature of the solder used for soldering is characterized in that one side of the plate with a removable Coating is provided from a material whose softening point is significantly above the working temperature of the solder used for soldering.

2. Circuit board according to claim 1, characterized in that the coating is on the side of the plate is arranged, which faces away from the soldering.

3. circuit board according to claim 1, characterized in that the coating is arranged on the side to be soldered and has suitable openings for the solder to pass through.