DE1272411B - Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIb

Deutsche Kl.: 21 c - 2/34

Nummer: 1272411

Aktenzeichen: P 12 72 411.7-34 (S 90760)

Anmeldetag: 24. April 1964

Auslegetag: 11. Juli 1968

Bisher wurde die Herstellung einer gedruckten Leiterplatte damit begonnen, auf eine etwa 1,6 mm dicke, als Träger dienende Platte aus Isolierstoff, wie beispielsweise Epoxyd-Glasgewebe, ein- oder beidseitig eine Leitschicht aus Kupferfolie aufzukleben, die gewöhnlich nur einige Hundertstel Millimeter dick ist und daher nur eine ungenügende Eigenstabilität aufweist. Diese Leitschicht wird sodann mit einem lichtempfindlichen Abdeckmittel überzogen, worauf anschließend die Leitschicht unter Zwischenschaltung eines das Leitungsmuster darstellenden Negativs belichtet wird. Nach der Entwicklung werden die nichtbelichteten Flächen der Abdeckung entfernt und das Kupfer abgeätzt, mit Ausnahme der von dem belichteten Abdeckmittel bedeckten Flächen. Nach dem Ätzen wird das belichtete Abdeckmittel gleichfalls entfernt.

Bei der Planung und Herstellung von gedruckten Leiterplatten sind bei Anwendung konventioneller Herstellungsverfahren häufig mehrere Leiterplatten erforderlich, um die zum Einsatz gelangenden Bauelemente sowohl zu tragen als auch untereinander zu verbinden. Zu diesem Zweck wird der Isolierträger gewöhnlich zweiseitig mit Leitflächen belegt, wobei die Verbindung zwischen der Ober- und Unterseite der Leiterplatte an den gewünschten Stellen mittels als Durchverbindungen dienender Metallösen erfolgt, die in die Platte eingesetzt werden.

Wird noch eine weitere Leiterfläche benötigt, so wird eine zusätzliche Leiterplatte benutzt. Die Zusammenschaltung erfolgt hierbei unter Verwendung von Anschlußdrähten und Verbindungsklemmen. Mitunter werden die Platten auch zusammengepreßt und die Verbindungen zwischen den Platten dadurch hergestellt, daß Löcher durch die zusammengepreßten Platten gebohrt und mit einem leitenden Film überzogen werden. Diese bekannten Herstellungsverfahren sind in vielen Fällen unbefriedigend, da die Verbindungen zwischen den Leitschichten von gedruckten Leiterplatten oft nicht einwandfrei sind. Hinzu kommen die Kosten sowie die unwirtschaftliche Ausnutzung des Plattenraumes, die insbesondere dort eine Rolle spielen, wo Raum und/oder Gewicht kritisch sind.

Die Erfindung bezweckt, die Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten zu verbessern. Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß aus einer leitenden Metallplatte ein gewünschtes Muster von Erhebungen herausgeätzt und auf diese Seite der Platte eine Isolierschicht aufgebracht wird, die an ihrer Oberfläche durch z. B. Schmirgelmittel so behandelt wird, Verfahren zur Herstellung
einer gedruckten Schaltung

Anmelder:

Sanders Associates, Inc., Nashua, N. H.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Weintraud, Patentanwalt,

6000 Frankfurt 1, Mainzer Landstr. 134-146

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. Mai 1963 (277 646) - -

daß die Erhebungen freigelegt und in einer Ebene mit der Isolierstoffoberfläche zu liegen kommen, da-

ao nach wird sowohl auf die Erhebungen als auch auf die Isolierschicht eine Leitschicht aufgebracht, aus der ein gewünschtes Leitungsbild herausgeätzt wird, anschließend wird aus der nicht geätzten Fläche der Metallplatte ein unteres Leitungsbild herausgeätzt, welches über die Erhebungen mit dem oberen Leitungsbild Verbindung hat.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich eine verbesserte, aus mehreren Schichten bestehende gedruckte Schaltung herstellen, bei der die bisher für solche Schaltungen charakteristischen Fehler und Schwierigkeiten im allgemeinen nicht mehr auftreten und bei der eine verbesserte und zuverlässige Verbindung zwischen den verschiedenen Leiterschichten an den Stellen erfolgt, an denen die Schichten miteinander verbunden werden sollen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte, aus mehreren Schichten bestehende gedruckte Schaltung weist eine wesentlich verbesserte Betriebssicherheit sowie eine größere Haltbarkeit auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem wirtschaftlicher und flexibler als die bisher bekanntgewordenen Verfahren.

Zuleitungen und Anschlüsse bilden zusammen mit der Schaltung eine Einheit. Lötverbindungen sowie

lösbare Anschlüsse zwischen den verschiedenen Leiterschichten entfallen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

F i g. 1 a bis 1 g perspektivische Ansichten einer aus mehreren Schichten bestehenden gedruckten Schaltung in verschiedenen Herstellungsstufen,

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Fig. 2 das Schaltbild der Schaltung von Fig. Ig, gang7). Durch Eintauchen in ein entsprechendes Fig. 3 das Fließschema des Verfahrens, nach dem Lösungsmittel wird die belichtete Abdeckschicht sodie erfindungsgemäße Schaltung hergestellt wird, und dann entfernt (Arbeitsschritt 8). Anschließend wird F i g. 4 eine auseinandergezogene Ansicht einer die Platte gründlich mit Wasser abgespritzt und geteilweise geätzten Schichtanordnung, bevor in dem 5 trocknet. Es ist darauf zu achten, daß sämtliches Abnächsten Arbeitsgang die Schichten zu einem Schicht- deckmittel entfernt wird.

verband zusammengepreßt werden. Die Oberfläche des Arbeitsstückes wird dann Zur Herstellung des in Fig. 2 gezeigten, verhält- zwecks Aufklebung auf eine Isolierplatte, beispielsnismäßig einfachen Schaltkreises ist normalerweise weise aus Glasgewebe oder einem anderen geeigneten keine aus mehreren Leiterplatten bestehende ge- ίο Isolierstoff — etwa durch Eintauchen in eine Lösung druckte Schaltung erforderlich. Dieser einfache (Verfahrensschritt 9) — aufgerauht. Die Platte sieht Schaltkreis ist vielmehr nur zur Veranschaulichung dann so aus, wie in Fig. la dargestellt ist, d.h., des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips ge- durch den Ätzprozeß sind auf der Kupferplatte 10 dacht. die Erhebungen a, b, c, d, e und / entstanden. Diese Im Gegensatz zu den üblichen Herstellungsver- 15 Leitschicht kann nunmehr mit ihrer geätzten Seite fahren wird bei der Herstellung der erfindungsge- auf eine aus Glasgewebe bestehende Isolierplatte aufmäßen gedruckten Schaltung mit einer etwas dicke- geklebt werden. Ober- und Unterseite dieses aus geren Kupferplatte begonnen (Fig.3, Arbeitsgang 1). ätzter Leitschicht und Isolierplatte bestehenden Diese Kupferplatte ist vorzugsweise etwa 0,17 mm Schichtverbandes werden mit 0,025 mm dicken Zwidick und läßt sich ohne Verwendung eines Isolier- ao schenschichten 12 aus Isolierstoff abgedeckt. Diese trägers handhaben, mit Abdeckmitteln überziehen, Schichten wiederum werden mit 1,58 mm dicken belichten und ätzen. Soll die gedruckte Schaltung Zwischenplatten 15 aus rostfreiem Stahl abgedeckt, eine schweißbare Deckschicht erhalten, so wird an die ihrerseits mit 1,58 mm dicken Schichten 14 aus Stelle der Kupferplatte eine etwa 0,06 mm dicke Glasgewebe abgedeckt werden. Auf die Schichten 14 Nickelplatte verwendet, die auf der einen Seite mit 25 werden sodann jeweils drei Lagen IS aus starkem einer 0,11mm dicken Kupferschicht überzogen ist. Packpapier aufgebracht. Der ganze Verband wird Die Platte wird sodann gründlich mit einem dann schließlich noch oben und unten mit als Träger Waschmittel gewaschen (Arbeitsgang 2), wobei eine dienenden 1,58 mm dicken Schichten aus Silikon-Bürste mit Messingborsten und Wasser verwendet Glasgewebe abgedeckt.

werden. Die Platte wird gründlich gespült, indem sie 30 Der Verband wird bei einer Temperatur von etwa mit Wasser abgespritzt wird, worauf die Oberfläche 162° C zusammengepreßt, wobei der Druck zunächst sofort mit gefilterter Druckluft getrocknet wird (Ver- für 4 bis 5 Minuten 14 kg/cm² beträgt und anschliefahrensschritt 3). Zur Erzielung optimaler Ergebnisse ßend auf 35 kg/cm² erhöht wird. Dieser Druck wird müssen alle Spuren an Waschmittel von der Ober- dann zur Aushärtung des Verbandes für 20 Minuten fläche entfernt werden, so daß diese Oberfläche einen 35 beibehalten. Anschließend wird der Schichtverband dünnen, durchgehenden Wasserfilm tragen kann. in eine Kaltpresse gegeben und etwa 10 Minuten lang Die gereinigte Fläche wird sodann im Tauch- oder bzw. so lange abgekühlt, bis er weiterbehandelt wer-Fließverfahren (Arbeitsschritt 4) mit einem Abdeck- den kann (Arbeitsschritt 11). Nach Entfernen der mittel überzogen und etwa 20 Minuten in senkrechter Schichten 12 bis 16 bleiben die geätzte Leitschicht 10 Lage getrocknet, bis die Schicht nicht mehr klebt. 40 und die mit der geätzten Seite dieser Leitschicht ver-Die getrocknete Schicht ist lichtempfindlich. Die so klebte Isolierplatte 11 aus Glasgewebe übrig, behandelten Platten sind also im Dunkeln aufzube- Die mit Erhebungen versehene Seite des Schichtwahren. Verbandes wird sodann geschmirgelt, um die Kupfer-Ais nächstes wird die gereinigte und mit der Ab- erhebungen 20 zu säubern und freizulegen, wie deckschicht überzogene Kupferplatte in einen mit 45 Fig. Ib zeigt. Als Schmirgelmittel kann Schmirgel-Unter- oder Überdruck arbeitenden Kopierrahmen leinwand verwendet werden. Anschließend wird der eingespannt, mit einer die Erhebungen darstellenden Schichtverband wie im Arbeitsgang 2 gewaschen. Negativmaske abgedeckt und belichtet (Verfahrens- Das Kupfer wird dann aktiviert, indem der Plattenschritt 5). Zur Erzielung optimaler Ergebnisse kann verband 30 Sekunden in eine 25%>ige HCl-Lösung diese Belichtungszeit je nach den vorherrschenden 50 getaucht wird (Arbeitsgang 13). Bedingungen etwas variieren. Der Plattenverband wird dann in einen Katalysa-Das Bild wird sodann entwickelt (Arbeitsgang 6), tor getaucht, wobei von der vollen Katalysatorstärke und die nicht belichtete Abdeckschicht entfernt. An- etwa 4 Minuten bei Raumtemperatur Gebrauch geschließend wird etwa 2 Minuten bei Raumtemperatur macht wird (Arbeitsgang 14). Nach dem Herausnehgetrocknet. Getrocknet wird mit Druckluft. Die so 55 men aus dem Katalysator wird der Plattenverband behandelte Platte wird dann geprüft; etwaige Fehler sorgfältig gespült, jedoch nicht getrocknet, sondern in der belichteten Abdeckschicht werden mit Lack etwa 2 Minuten bei Raumtemperatur in eine Be- oder einer Filmlösung mit einem feinen Pinsel aus- schleunigerlÖsung getaucht. In der Lösung kommen gebessert. auf einen Teil Beschleuniger drei Teile Wasser. An-Die Platte kann nunmehr geätzt werden, was vor- 60 schließend wird der Plattenverband gewaschen, jezugsweise in einem Behälter erfolgt, der als Ätzmittel doch nicht getrocknet.

Kupferchlorid oder ein gleichwertiges Mittel enthält. Das Werkstück wird dann in eine stromlose Kup-

Der Ätzvorgang wird so lange fortgesetzt, bis eine ferlösung bei etwa 29° C getaucht und darin 20 bis

Gesamttiefe von etwa 0,10 bis 0,11 mm erreicht ist, 25 Minuten lang leicht bewegt. Anschließend wird in

wobei die Platte in Abständen von 2 Minuten je- 65 fließendem Wasser gespült, jedoch nicht getrocknet

weils um 180° gewendet wird. Der Ätzprozeß dauert (Verfahrensschritt 16). Danach wird das Werkstück

normalerweise etwa 10 Minuten. Nach dem Spülen in eine 20°/oige FIuorborsaure-LÖsung oder eine

mit Wasser läßt man die Platte trocknen (Arbeite- gleichwertige Lösung etwa 30 Sekunden lang einge-

taucht (Verfahrensschritt 17) und dann sofort in die Badflüssigkeit gegeben.

Das Werkstück erhält sodann in einem Bad aus Kupfer-Fluorbat einen galvanischen Überzug. Es wird so lange galvanisiert, bis der Kupferüberzug 0,039 mm dick ist. Die benötigte Zeit beträgt etwa 12 Minuten. Nach dem Galvanisieren wird das Werkstück abgespritzt und mit Druckluft getrocknet. Das Werkstück sieht dann so aus, wie in F i g. 1 c dargestellt ist, wo die aufgalvanisierte Deckschicht mit 10 e bezeichnet ist.

Nunmehr kann eine zweite Leitschicht hergestellt werden. Zu diesem Zweck wird die Oberfläche des Werkstücks mit einer Abdeckschicht überzogen und das zweite Leitungsmusternegativ aufbelichtet. Das Bild wird entwickelt, die nicht belichtete Abdeckschicht wird entfernt und die Leitschicht 1Oe wie zuvor mit Kupferchlorid (Schritt 22) geätzt. Wie F i g. 1 d zeigt, hat das Werkstück auf diese Weise die verbindenden Leitungszüge c, b, d erhalten. Da die Leitschicht 10 e dünner ist, beträgt die Ätzzeit in diesem Fall nur etwa 4 Minuten. Nach dem Ätzen wird die neue Leitschicht mit Wasser gesäubert und die belichtete Abdeckschicht wie zuvor entfernt. Die neue Leitschicht wird dann wie die erste Leitschicht in eine die Oberfläche aufrauhende Lösung getaucht (Verfahrensschritt 21).

Auf die Oberseite werden eine oder mehrere Schichten aus Epoxyd-Glasgewebe aufgeklebt, wobei für eine gewünschte Dicke von 0,10 mm jeweils eine Schicht aus Epoxyd-Glasgewebe benutzt wird. Das Beschichten erfolgt gemäß den zuvor in diesem Zusammenhang beschriebenen Arbeitsgängen. Das Werkstück hat dann die in F i g. 1 e gezeigte Form.

Nunmehr kann auf die Unterseite der teilweise geätzten Kupferschicht 10 das untere Leitungsmuster aufgebracht werden. Zu diesem Zweck wird das Werkstück in Kupferchlorid getaucht, um das Oxyd wegzuätzen. Dann wird die Fläche wie im Schritt 2 gewaschen (Arbeitsgang 23).

Die so gereinigte Unterseite, die in F i g. 1 f als Oberseite erscheint, wird dann mit einem lichtempfindlichen Abdeckmittel überzogen und anschließend das untere Leitungsmuster mit Hilfe einer Negativmaske aufbelichtet. Das Bild wird entwickelt und die nicht belichtete Abdeckfläche wird, wie in den Verfahrensschritten 4, 5 und 6, entfernt (Arbeitsschritt 24). Sodann wird die Unterseite wie im Arbeitsschritt 7 geätzt (Arbeitsgang 25). Anschließend wird die belichtete Abdeckschicht entfernt (Arbeitsschritt 26). Die gedruckte Schaltung ist nunmehr montagefertig, d. h., es können auf ihr andere gewünschte Bauelemente angebracht werden.

Die vorstehend an Hand von F i g. 3 beschriebene gedruckte Schaltung ist eine aus zwei Lichtschichten bestehende Schaltung, die eine obere und untere Leiterschicht enthält. Gemäß der vorstehenden Beschreibung können aber auch Schaltungen mit mehr als zwei Leiterschichten hergestellt werden. Wie bereits zuvor erwähnt wurde, können die Widerstände 17 und 18 mit Hilfe von Widerstandsfarbe hergestellt werden. Ebenso können die Spulen und Kondensatoren direkt in das Leitungsmuster mit einbezogen werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen gedruckten Schaltungsplatte mit leitenden Verbindungen zwischen den Leitern der einzelnen Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer leitenden Metallplatte (10) ein gewünschtes Muster von Erhebungen (a bis f) herausgeätzt und auf diese Seite der Platte eine Isolierschicht (11) aufgebracht wird, die an ihrer Oberfläche durch z. B. Schmirgelmittel so behandelt wird, daß die Erhebungen (a bis f) freigelegt und in einer Ebene mit der Isolierstoffoberfläche (11) zu liegen kommen, danach wird sowohl auf die Erhebungen als auch auf die Isolierschicht eine Leitschicht (10 e) aufgebracht, aus der ein gewünschtes Leitungsbild herausgeätzt wird (s. F i g. 1 d), anschließend wird aus der nicht geätzten Fläche der Metallplatte (10) ein unteres Leitungsbild (s. F i g. 1 g) herausgeätzt, welches über die Erhebungen (a bis f) mit dem oberen Leitungsbild Verbindung hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (11) unter Anwendung von Wärme und Druck mit der teilweise geätzten Fläche der Metallplatte (10) verklebt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den ersten Verfahrensschritten nicht bearbeitete Unterfläche der Metallplatte (10) an Stelle einer Ätzung zur Herstellung eines Leitungsbildes denselben Verfahrensschritten wie die obere Fläche zur Herstellung zweier in verschiedenen Schichten angeordneter, miteinander verbundener Leitungsbilder unterworfen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1085 209,
723;

französische Patentschrift Nr. 1256 632;

USA.-Patentschrift Nr. 3 042 741;

»AEG-Mitteilungen«, 49 (1959), 2/3, S. 158 bis 160.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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