DE1590777B1

DE1590777B1 - Verfahren zur Herstellung einer Schaltungstafel

Info

Publication number: DE1590777B1
Application number: DE19661590777
Authority: DE
Inventors: Clair Kilby Jack St; Tassel James Henry Van
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1965-12-23
Filing date: 1966-12-22
Publication date: 1970-10-01
Also published as: FR1506034A; JPS5134110B1; JPS5327465B1; GB1167729A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltungsplatte, bei welcher Leiterbahnen in eine Füllmasse eingebettet sind.

Ein solches Verfahren ist bereits bekannt. Danach wird auf einem mit einer Trennschicht versehenen Träger ein Leitermuster gebildet, das dann in ein nichtleitendes Material eingebettet wird, worauf der Träger wieder entfernt wird.

Ein wesentlicher Nachteil dieser nach dem bekannten Verfahren hergestellten Schaltungsplatte ist es, daß die Packungsdichte, mit der die Schaltungselemente auf ihr angebracht werden können, begrenzt ist. Dies gilt insbesondere bei Schaltungsplatten, die mit integrierten Schaltkreisen bestückt werden sollen, von denen jeder zehn und mehr Anschlußkontakte besitzt. Eine größere Anzahl von Bauelementen auf der zur Verfügung stehenden Schaltangsplatte unterzubringen, ist oft deshalb nicht möglich, weil die zur Verbindung der Anschlußkontakte der Bauelemente notwendigen Leiterbahnen nicht mehr kreuzungsfrei ausgeführt werden können. An solchen Schaltungsplatten lassen sich auch keine Änderungen der Leiterverbindungen durchführen. Selbst wenn nur ein Leiterbahnverlauf geändert werden soll, muß das Leitermuster vollkommen neu entworfen werden, und es muß eine vollkommen neue Schaltungsplatte hergestellt werden. Die Ausführung des neuen Entwurfs und die Herstellung der neuen Schaltungsplatte nehmen eine beträchtliche Zeit in Anspruch. Die bekannten Schaltangsplatten sind demnach für kurzlebige Labor- oder Prototypgeräte äußerst ungeeignet. Die Anwendung des bekannten Verfahrens zur Herstellung von Schaltungsplatten für kurzlebige Geräte ist demnach auch vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit her nicht zu vertreten.

Durch die Erfindung soll ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungsplatten geschaffen werden, das schnell und wirtschaftlich durchzuführen ist und außerdem eine Schaltungsplatte ergibt, die eine größere Packungsdichte von Bauelementen zuläßt, als es bisher möglich war.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Schichten von Leiterbahnen auf zwei durch ein Gelenk verbundenen Hälften eines Trägers gebildet werden und daß die Schichten durch Aufeinanderklappen der Trägerhälften übereinandergelegt und miteinander verbunden werden.

Bevor im Verlauf der Herstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsplatte die Trägerhälften aufeinandergeklappt werden, sind die Rückseiten der Leiterbahnen, die im Endstadium an den Außenflächen der Schaltungstafel freiliegen, der Bedienungsperson zugänglich. In diesem Zustand können durch Verwendung von Drähten beliebige Punkte des Leitermusters miteinander verbunden werden, ohne daß auf eine kreuzungsfreie Führung der Verbindung geachtet werden müßte. Die Bauelemente können demnach ohne Rücksicht auf die Leiterbahnführung so dicht gepackt werden, wie es ihre genormten Anschlußmassen zulassen. Man erhält dadurch eine Schaltungsplatte, an der sich beidseitig Schaltungselemente mit größtmöglicher Packungsdichte anbringen lassen. Falls Verbindungsdrähte angebracht worden sind, befinden sie sich dabei geschützt im Inneren der Schaltungsplatte.

Stellt man fest, daß ein Fehler im Leiterbahnverlauf oder in der Anbringung der Verbindungsdrähte vorliegt, dann nimmt man zwei neue Trägerhälften mit den darauf befindlichen Leiterbahnen und beseitigt den Fehler durch Anbringen der richtigen Verbindungsdrähte. Der zeitraubende und damit kostspielige Entwurf neuer Leiterbahnmuster sowie dessen Herstellung erübrigt sich daher. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich demnach in kürzester Zeit Schaltungsplatten herstellen, in denen die Fehler, die man bei zuvor ίο hergestellten Schaltungsplatten festgestellt hat, besei-. tigt sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaltungsplatte in halbfertigem Zustand,

F i g. 2 die Schaltungsplatte von F i g. 1 nach einem weiteren Herstellungsschritt,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer gemäß der Erfindung hergestellten Schaltungsplatte mit daran angeschlossenen elektronischen Bauelementen,

F i g. 4 eine Schnittansicht, welche zwei vorgefertigte Anschlußteile zum Anschließen von Bauelementen auf einer Schaltungsplatte zeigt, Fig. 5 und 6 Draufsichten auf diese Anschlußteile,

Fig. 7 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaltungsplatte, während der Herstellung, und

F i g. 8 eine fertige gedruckte Schaltungsplatte der Ausführungsform von F i g. 7.

In F i g. 1 bis 3 ist die Herstellung einer doppelseitigen Schalungsplatte dargestellt. Bei der Her-Stellung einer doppelseitigen Platte wird ein mit einem Gelenk 31 versehener Träger 23 verwendet. Er besteht aus Trägerhälften 25 und 27. Auf jeder Seite der Hälften 25, 27 werden Leiterbahnen in Form von Inseln durch ein übliches Maskierungs- und Ätzverfahren erzeugt. Die Inseln werden dann mit Hilfe von Leitern 13 so miteinander verbunden, daß sich eine gewünschte Verdrahtung ergibt.

Der dabei verwendete Leiter 13 muß schweißbar und flexibel sein. Er soll eine hohe Leitfähigkeit besitzen und ist zweckmäßig mit einer Isolierung bedeckt, die unter Freilegung eines Drahtendes zum Verschweißen mit den Leiterbahnen 9 leicht entfernt oder abgezogen werden kann. Die Leiterisolierung soll während des nachstehend beschriebenen Eingießprozesses nicht angegriffen oder zerstört werden. Draht- oder bandförmige Nickelleiter, welche mit einem in der Wärme abziehbaren Isoliermaterial überzogen sind, eignen sich hierzu. Nach dem Anschweißen der Leiter wird die Verdrahtung visuell auf Schweißfehler und richtigen Aufbau untersucht. Dann bringt man eine beispielsweise aus Fiberglasgewebefolie bestehende Schicht 29 über den Leiterbahnen 9 und den Leitern 13 auf einer Hälfte des Trägers auf und schwenkt diese Trägerhälfte um das Gelenk 31, so daß die Trägerhälften so miteinander verbunden werden, daß die Inseln der Leiterbahnen 9 auf einer Trägerhälfte neben die Inseln der Leiterbahnen 9 auf der anderen Trägerhälfte zu liegen kommen. Die Inseln auf den Trägerhälften sind durch die elektrisch isolierende Schicht 29 voneinander getrennt. Diese Stellung der Teile ist in F i g. 2 der Zeichnung dargestellt. Dann wird in den freien Raum zwischen den Trägerhälften 25 und 27 eine

verformbare, aus Kunststoff bestehende Füllmasse 33 eingegossen, welche letztlich die Basis der Schaltungsplatte bildet. Das die Basis bildende Material umfließt drei Seiten jeder der Inseln der Leiterbahnen 9 durch die Zwischenräume der Schicht 29 und bettet die Leiter 13 in der Basis ein. Der Träger 23 wird dann von der Basis und den Inseln der Leiterbahnen 9 abgetrennt. Auf einer oder auf beiden Seiten der Platte können dann Bauelemente 35 (F i g. 3) angebracht und mit den Inseln der Leiterbahnen 9 unter Bildung der gewünschten Schaltung verschweißt werden. Natürlich können Schaltungsverbindungen auch durch Löcher in der Schaltungsplatte erhalten werden.

Die in F i g. 3 dargestellte Schaltungsplatte besitzt zwei im wesentlichen flache Oberflächen 37 und 39, die etwa parallel zueinander verlaufen; an diesen Oberflächen liegen die Anschlußflächen der Inseln der Leiterbahnen 9 frei. Die weiteren Flächen der Inseln sind in der Basis eingebettet. Die Schicht 29 verbleibt in der Basis und wirkt als Versteifungselement und Isolation.

Nach F i g. 4 bis 6 können übliche Bauelemente unter Verwendung vorgeformter, standardisierter Anschlußteile auf der Schaltungsplatte befestigt werden. Ein solches Anschlußteil 41 ist in F i g. 5 dargestellt. Es besteht aus einem kreisförmigen Körper 43 mit drei durch diesen Körper im Abstand voneinander verlaufenden rohrförmigen Leitern 45. An den unteren Enden jedes dieser rohrförmigen Leiter 45 sind Anschlußkontakte 47 befestigt, welche an dem Träger 23 unmittelbar nach dem die Inseln ergebenden Ätzen angeklebt werden. Isolierte Leiter 50 können an die Anschlußkontakte 47 vor der Formung der Basis 49 angeschweißt werden, so daß sie in der gezeigten Weise in der Basis 49 eingebettet sind. Wenn die Basis 49 der Schaltungsplatte geformt ist, sind der Körper 43 und die rohrförmigen Leiter 45 so in der Basis fixiert, daß nur die Enden der rohrförmigen Teile 45 und die Anschlußkontakte 47 am der Oberfläche der Kunststoffbasis freiliegen. An die rohrförmigen Leiter 45 und die Anschlußteile 47 können dann die Anschlußdrähte üblicher Bauelemente zur Erzielung gewünschter Schaltungsvef-" bindungen angeschweißt werden.

Ein anderes bevorzugtes standardisiertes Anschlußteil 51 ist in F i g. 6 dargestellt. Es besteht aus einem flachen, rechtwinkligen Körper 53, welcher in der Basis 49 eingebettet ist. Zwei leitende, rohrförmige Teile 55 ragen durch den Mittelteil. Die rohrförmigen Teile 55 sind in die Basis 49 eingeformt und verlaufen durch die ganze Basis. Das untere Ende der rohrförmigen Teile 55 besitzt abstehende Anschlußkontakte 57, die während der Herstellung der Schaltungsplatte unmittelbar nach Bildung der Inseln 9 an den Träger angeklebt werden. Das mit den Anschlußkontakten 57 versehene Teil 51 (gleich dem Teil 41) macht Bohrvorgänge zur Schaffung von Durchführungen für den Anschluß elektronischer Bauelemente an die Schaltung unnötig.

In F i g. 7 und 8 ist die Anwendung des Verfahrens bei der Herstellung einer anderen Ausführung einer Schaltungsplatte dargestellt, die sich besonders für Experimente eignet. In einem vorgeformten Träger 61 sind in der üblichen Weise Leiterbahnen 79 eingebettet. Hierbei wird der Träger 61 von der Füllmasse selbst gebildet. Der Träger 61 besteht aus zwei so miteinander verbundenen Hälften 63 und 65. Die Trägerhälften sind mittels eines flexiblen, dünn geformten Gelenks 67 miteinander verbunden. Der Träger 61 besteht zweckmäßig aus einem Kunststoffmaterial, welches die Ausbildung des Gelenks 67 entlang einer dünnen, schwachen Linie ermöglicht. Wenn man den Träger um dieses Gelenk 67 herumfaltet, können die Unterseiten 69 und 71 der Trägerhälften so aneinandergelegt werden, wie dies F i g. 8 zeigt. Die Oberseiten 73 und 75 verlaufen dann etwa

ίο parallel zueinander.

In beiden Hälften des Trägers befinden sich rechtwinklige, eingeschnittene oder eingeformte Durchbrüche 77, die so angeordnet sind, daß sie nach dem Umklappen der Trägerhälften um das Gelenk 67 miteinander fluchten. Jeweils zwischen zwei aneinander angrenzende Durchbrüche 77 befindet sich eine eingebettete Insel einer Leiterbahn 79, welche sowohl von der Ober- als auch der Unterseite der Trägerhälften 63 und 65 einen Abstand besitzt. Integrierte Halbleiterschaltkreise in Form von sogenannten Flat-Packs 81 sind auf den Inseln der Leiterbahnen 79 angeordnet. Die Inseln besitzen von den Oberflächen 73 und 75 des Trägers einen solchen Abstand, daß die Oberseiten der Flat-Packs 81 mit den Oberflächen 73 und 75 in einer Ebene liegen, wie in F i g. 8 dargestellt ist.

Die Leiter 83 sind in vollständig durch den Träger hindurchgehenden Löchern angeordnet. Diese Löcher können gebohrt oder während der Bildung des Trägers mit Hilfe von herausnehmbaren Kernen erzeugt worden sein. Eine Schaltung erhält .man, indem man isolierte Leiter 85 an die Zuführungen 83 der Flat-Packs 81 in der gewünschten Anordnung anschweißt. Die Leiter 85 sind entlang der Unterseiten 69 und 71 der Trägerhälften angeordnet, und wenn der Träger auf seine in Fig. 15 dargestellte Stellung zusammengefaltet wird, werden sie von Aufnehmungen aufgenommen, die dadurch geschaffen wurden, daß man Inseln oberhalb der Unterseiten des Trägers anordnete.

Der Träger 61 besitzt eine Vielzahl von Kontaktstreifen 87 entlang der Außenränder beider Trägerhälften 64 und 65. Der Träger 61 kann auf die vorstehend für die Schaltungstafeln beschriebene Weise hergestellt, und die Kontaktstreifen können in den Träger ebenso wie die Inseln dann eingeformt werden. Leiter 85 verbinden die Kontaktstreifen 87 mit Zuführungen der Flat-Packs 81 oder mit anderen Kontaktstreifen. Die Kontaktstreifen 87 sind so angeordnet, daß sie mit zugehörigen Kontaktstreifen 89 in einer üblichen Schaltungsplatten-Steckerleiste 91 zusammenpassen.

In der Praxis wird, nachdem die Flat-Packs 81 in die durch die Stellung der Trägerhälften 63 und 65 in Fig. 14 gegebene Stellung gebracht sind, eine Isolierschicht 88 aus Glastuch oder einem anderen Isoliermaterial über die Oberseite beider Trägerhälften aufgebracht, und die Trägerteile und die Schicht 88 werden in die in F i g. 7 dargestellte Stellung gebracht. Der Träger kann dann in eine schematisch dargestellte Metallumhüllung 93 gebracht werden. Diese Umhüllung ergibt einen mechanischen Schutz, und sie kann außerdem als Kühlkörper, als gemeinsame Gehäusemasse oder als Hochfrequenzabschirmung dienen.

Infolge der hohen Arbeitsgeschwindigkeit von Halbleiterschaltungen mag es zweckmäßig sein, für einige Arten der Übertragung Leitungseigenschaften

innerhalb der geformten Platte zu schaffen. Dies kann dadurch geschehen, daß man (an Stelle eines einzelnen Leiters) verdrehte oder parallele Paare isolierter Leiter für Signalwege verwendet, wobei einer der beiden Drähte an die Signalklemme und der andere an Masse angeschlossen ist. Die beiden Drähte können isoliert und verdreht oder einfach unter elektrischer Trennung voneinander nebeneinander geformt werden. Auch kann eine dünne Metallfolie, ein Sieb oder ein Drahtnetz in den Kunststoff eingeformt werden, wobei es zum gleichen Zweck von der Schaltung isoliert und an Masse gelegt wird. Eine andere Möglichkeit zur Erzielung der gewünschten Übertragungsleitungseigenschaften könnte darin bestehen, in ein leitendes Material eine sogenannte elektrische Masseebene einzuformen. Dies erfolgt durch Aufsprühen eines Isoliermaterials auf geeignete Zuführungsdrähte und Inseln. Eine dünne Schicht aus leitendem Kunststoff oder Farbe kann dann über dieses Isoliermaterial geformt werden. Die Schaltungsplatte kann dann wie vorstehend beschrieben geformt oder fertiggestellt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltungsplatte, bei welcher Leiterbahnen in eine Füllmasse eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schichten von Leiterbahnen (9, 79) auf zwei durch ein Gelenk (31) verbundenen Hälften (25, 27, 63, 65) eines Trägers (23,61) gebildet werden und daß die Schichten durch Aufeinanderklappen der Trägerhälften (25, 27, 63, 65) übereinandergelegt und miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den zwischen den aufeinandergeklappten Trägerhälften (25, 27) verbleibenden Zwischenraum eine Füllmasse (33) eingegossen wird, die die Schichten der Leiterbahnen (9) miteinander verbindet, und daß der Träger (23) nach dem Aushärten der Füllmasse entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufeinanderklappen der Trägerhälften (25, 27) wenigstens einige der Leiterbahnen (9) durch elektrische Leiter (13) miteinander verbunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eingießen der Füllmasse zwischen die Schichten der Leiterbahnen (9) eine elektrisch isolierende Schicht (29) eingefügt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Trägerhälften (25, 27) vorgefertigte Anschlußteile (41, 52) angebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerhälften (63, 65) aus der Füllmasse selbst derart gebildet werden, daß die Leiterbahnschichten (79) darin eingebettet sind, und daß die Trägerhälften (63, 65) um ein an sie angeformtes Gelenk (67) aufeinandergeklappt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Trägerhälften (63,65) Durchbrüche (77) angebracht werden, durch die sich die Leiterbahnen (79) freiliegend erstrecken.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei nach dem Aufeinanderklappen übereinanderliegenden Kanten der beiden Trägerhälften (63, 65) Kontaktstreifen angebracht werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei aufeinandergeklappten Trägerhälften (63,65) mit einer elektrisch isolierenden Schutzhülle (88) umgeben werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle (88) mit einer elektrisch abschirmenden Metallumhüllung (93) abgedeckt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen