DE1615015B1

DE1615015B1 - Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung

Info

Publication number: DE1615015B1
Application number: DE1965W0040626
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Pohl; Arthur Theodore Spencer; Robert Franklin Westover
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1965-01-14
Filing date: 1965-12-31
Publication date: 1970-10-22
Also published as: FR1463642A; GB1138628A; NL6600510A; BE675024A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Das Stanzwerkzeug, das beim vorliegenden VerHerstellung einer gedruckten Schaltung auf einer fahren zur Anwendung gelangt, hat demgemäß die isolierenden Unterlage durch Einsetzen eines Körpers schaltungsbildenden Teile in Form von Nuten u. dgl. aus isolierendem Material mit einer Metallschicht aus vorliegen. Solche Nuten sind aber wesentlich leichter zumindest einer seiner Seiten in ein Werkzeug und 5 herauszuarbeiten als entsprechende Vorsprünge; durch Ausüben von Druck zur Brechung der Metall- außerdem besteht für den Feinheitsgrad solcher schicht in Schaltungsmuster bildende Teile, die vom Nuten — jedenfalls grundsätzlich ■— keine untere Rest der Metallschicht getrennt sind. Grenze, so daß eine größere Miniaturisierung der

Bei den bekannten Herstellungsverfahren werden Schaltung ermöglicht wird. Schließlich ist auch die im Prinzip die eigentlichen schaltungsbildenden Teile io Lebensdauer eines solchen Stanzwerkzeuges gegenin die Oberfläche eines noch nicht oder erst teilweise über dem umgekehrten Fall größer. Dadurch, daß ausgehärteten Isolierkörpers, nachdem dieser mit bereits ein fertiges Metall/Thermoplast-Laminat beeiner Metallfolie belegt worden ist, eingedrückt. Im nutzt wird, können jegliche zu Aushärtung und der-Einzelfall (USA.-Patentschrift 3 037 265) kann hier- gleichen erforderliche Standzeiten in der Presse entbei so vorgegangen werden, daß mit der Druckaus- 15 fallen. Dieses Laminat wird also einfach in die Presse übung die Metallschicht in Schaltungsmuster bildende eingelegt, und nach Druckanwendung werden die-Teile gebrochen wird, welche vom Rest der dann er- jenigen Teile der Metallschicht, welche nicht Behaben gelegenen Metallschicht getrennt sind. Gleich- standteil des Schaltungsmusters sind (unerwünschte gültig aber, ob nun eine solche Auftrennung zwi- Teile), eingedrückt, und die das Schaltungsmuster bilschen den die Schaltungsmuster bildenden Teilen, 20 denden Teile werden von der Metallschicht abgedie vertieft gelegen sind, und der restlichen, erhaben schert, so daß das unter den schaltungsbildenden gelegenen Metallschicht erfolgt oder nicht, muß dann Teilen gelegene thermoplastische Material aus der das an den erhabenen Oberflächenteilen stehen- eingedrückten Metallschicht vorsteht und oberhalb gebliebene Metall abgeschliffen oder anderweitig ent- derselben verläuft. Gleichzeitig wird beim Eindrükfernt werden. Im ersteren Fall ist dieses speziell im 25 ken der unerwünschten Teile ein Teil des thermo-Hinblick auf die im Verlauf des weiteren Fabrika- plastischen Materials durch die durch das abgetionsganges regelmäßig zur Anwendung gelangenden scherte Metall gebildeten Öffnungen im Rahmen Tauchlötverfahren erforderlich und im letzteren Fall eines plastischen Fließvorganges hindurchgezwängt, schon zur Herausarbeitung des eigentlichen Schal- wodurch das Schaltungsmuster nachgerade aus der tungsmusters. Die Verwendung von noch nicht aus- 30 Oberfläche des eingedrückten Metallgebietes heraus gehärteten oder erst teilweise ausgehärteten Unter- und emporgehoben wird, so daß die Trennung des lagsmaterialien bedingt, relativ große Standzeiten, in Schaltungsmusters vom umgebenden Metall noch der Presse. Des weiteren bilden die erhabenen verstärkt wird. Der eingedrückte Teil der Metall-Stellen des bei deni. bekannten Verfahren zur An- schicht wird nicht vom gedruckten Schaltungsbrett Wendung gelangenden Präge- oder Stanzwerkzeuges 35 entfernt, sondern verbleibt dort und verstärkt dadas eigentliche Schaltungsmuster; diese erhabenen durch das Laminat. Er kann als ein gemeinsamer Stellen liegen daher, speziell wenn stark miniaturi- Leiter, z. B. Masse oder Speisespannungszufuhr, versierte Schaltungen gewünscht sind, in Form sehr wendet werden.

feiner Vorsprünge vor, die leicht zum Abbrechen Das solcherart hergestellte Schaltungsbrett kann

neigen. Es können deshalb mit den besten Werk- 40 auch -bei Massenlötverfahren ohne weiteres verwen-

zeugstellen eine bestimmte Minimalstärke für die Vor- det werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, eine

Sprünge nicht unterschritten werden. . \" das Löten verhindernde Abdeckung beispielsweise

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein gegen- durch Eintauchen aufzubringen, wonach dann die

über den bekannten Verfahren wesentlich einfacheres Abdeckung von den erhabenen Oberflächenteilen

Verjähren zur Herstellung einer gedruckten Schal- 45 wieder abgestreift wird,

rung "bereitzustellen. . Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren

Hierzu wird ausgegangen von dem Verfahren der im einzelnen an Hand der Zeichnung erläutert. Es

einleitend beschriebenen Art; und die Erfindung ist zeigt

für dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß . Fig. 1 einen Querschnitt durch ein plattenartiges die Metallschicht vor dem Einsetzen in das Werk- 50 Gebilde, wie es zur Verwendung gemäß der vorzeug mit dem Körper verbunden wird, daß das ge^- liegenden Erfindung geeignet ist,
wünschte Schaltungsmuster des Werkzeugs, gebildet Fig.' 2 eine Schnittansicht mit zusätzlichen Formwird durch ein entsprechendes Notenmuster, so daß gesenken und das Gebilde gemäß Fig. 1 vor dem auf die Druckausübung auf den Körper hin die schal- Druckvorgang,

tungsbildenden Teile des Metalls von der Me- 55 Fig. 3.eine Schnittansicht gemäß Fig. 2, wobei

tallschicht abgeschert und jene Teile der Metall- der Druckvorgang abgeschlossen ist,

schicht, welche nicht einen Teil des Schaltungs- Fig.4 eine perspektivische Ansicht einer erfin-

musters bilden, gegenüber den schaltungsbildenden dungsgemäß hergestellten einseitigen gedruckten

Teilen eingedrückt werden und damit das abgescherte Schaltung.

leitende Metallmuster vom Metall auf den einge- 60 Anfänglich wurden ein oder mehrere Metallkörper

drückten Gebieten in vertikaler Richtung elektrisch ausgewählt. Zum Beispiel wurden als für diesen

getrennt wird. Zweck besonders brauchbare Metalle, Aluminium,

Bei der nach dem erfindungsgemäßen Verfah- Kupfer, Berylliumkupfer, Phosphorbronze, korro-

ren hergestellten gedruckten Schaltung sind also sionsbeständiger Stahl usw. gefunden. Nachfolgend

die schaltungsbildenden Teile durch die erhabe- 65 wurde ein thermoplastisches Material ausgewählt, das

nen Stellen definiert, welche von der übrigen, eine niedrige Dielektrizitätskonstante und eine hohe

vertieft gelegenen Metallschicht elektrisch getrennt dielektrische Widerstandsfähigkeit besitzt. Als in

sind. dieser Hinsicht geeignete Materialien wurden Poly-

äthylen, Polypropylen, Azetate (Azetplastikmäterialien), Polykarbonate usw. gefunden.

In einem beispielhaften Verfahren wurden die Metallteile zunächst einer Dampfentfettung unterzogen und zu einer Tiefe von 1,3 X10~³ cm mittels Sandstrahl oder durch Ätzung mit Säure aufgerauht. Danach werden die Körper mit bekannten Ätzmitteln, wie z. B. einer Sulfochromat-Lösung, gewählt, um eine chemischaktive Oberfläche zu erhalten. Danach wird das thermoplastische Material, das Füllstoff, Weichmacher, Antioxydationsmittel enthalten kann oder auch nicht, zu den Metallkörpern zugefügt und die sich ergebende Gesamtheit auf eine Temperatur im Bereich von 132 bis 315° C unter einem Druck von wenigstens 0,7 kg/cm² erhitzt, so daß sich das Metall und der Themoplastikkern zu dem gewünschten Gebilde verbinden.

In F i g. 1 ist eine Platte 11 dargestellt, die in der oben beschriebenen Weise vorbereitet wurde. Die Platte 11 umfaßt ein Paar Metallschichten 12 und 13, die an dem thermoplastischen Kern 14 angebracht sind.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Formgesenke bei der Herstellung eines gewünschten Musters auf die Platte von Fig. 1 gezeigt. Das dargestellte Formgebungswerkzeug umfaßt eine obere Gesenkplatte 22 und eine untere Gesenkplatte 23, zwischen denen sich die Platte von Fig. 1 befindet.

Zunächst wird die Anordnung der Gesenkplatten 22 und 23 mit der Platte 11 in eine herkömmliche Presse eingesetzt, die entweder mechanisch oder hydraulisch betrieben werden kann, oder aber es findet eine Walzenanordnung Anwendung, in die das gewünschte Muster eingeätzt ist. Hernach wird die Presse betätigt und ein genügender Druck zugeführt, bis eine Brechung der Metallschichten auftritt, die durch die Scherkräfte verursacht wird, indem die Kanten des Gesenkes seitlich vorgeschoben werden. Nach der Brechung wird weiter eine Druckkraft zugeführt, bis eine plastische Formveränderung des Kernmaterials in Erscheinung tritt, wodurch eine Trennung der Metallschicht und die in F i g. 3 gezeigte Gestaltung eintritt.

Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, daß der Grad der erforderlichen Druckzufuhr in den einzelnen Fällen verschieden ist und von verschiedenen Faktoren, wie z. B. der Natur der Metallschichten, der Natur des thermoplastischen Materials usw., abhängt.

Nachfolgend wird das Muster auf herkömmliche Art und Weise vervollständigt, wie z. B. durch Ausstanzen von Löchern, um Zubehörteile aufzunehmen, die an der Schaltungstafel anzulöten sind. Es kann ebenso wünschenswert sein, nicht gewollte Metallzonen von der Oberfläche der Schaltungstafel zu entfernen, was durch ein Schutz-Ätzungsverfahren bewirkt werden kann, bei dem die erwünschten Leitungsbahnen durch irgendein bekanntes Mittel geschützt bzw. verdeckt werden.

Ein typisches Beispiel einer einseitig gedruckten Schaltungstafel ist in Fig. 4 zu sehen. In der Figur sind ein thermoplastisches Kernmaterial 31 und der daran befestigte Metallkörper 32 dargestellt. Wenn der Körper 32 aus Aluminium oder einem anderen schwierig zu lötenden Material besteht, kann eine Schicht aus Kupfer 33 für ein leichtes Löten vorgesehen sein. Das gewünschte Muster 35 ist auf dem Gebilde durch das oben beschriebene Verfahren erzeugt worden. Abschließend wird ein herkömmliches Verfahren angewandt, um Löcher in der Tafel auszustanzen, die die Leitungen eines elektrischen Teiles aufnehmen, wobei letztere, z. B. durch Löten, angeschlossen ist.

Beispiel

Zwei Platten, 13 X15 cm, aus Aluminium mit einer Dicke von 0,01 cm, wurden im Handel erworben und mit Azeton gesäubert und in Trichloräthylen einer Dampfreinigung unterzogen. Die Aluminiumplatte wurde dann abgestellt, bis keine weitere Kondensation von Trichloräthylen visuell bemerkt wurde. Eine Seite von diesen Platten wurde dann mit einem Strahlgebläse mit Stahlkörnern, die durch ein Sieb von 125 Mikron Maschenweite durchgehen, mit einem Druck von 2,5 kg/cm² Luftdruck bearbeitet. Die Oberflächen wurden mittels Korngebläses bis zu einer Tiefe- von ungefähr 5 X 10~⁵ cm aufgerauht.

ao Danach wurden die Aluminiumplatten mit einer Sulfochromat-Lösung geätzt, die aus einer Mischung von 127,9 g im Handel erhältlichen Natriumdichromit (Na_?Cr₂O₇ · 2H₂O), 3,7851 Leitungswasser und 595 ml Schwefelsäure technischer Reinheit (95%ig, spezifisches Gewicht 1,84) bestand. Die Aluminiumplatten wurden in das Ätzmittel 14 Minuten unter ständigem Rühren bei 65,5° C eingetaucht. Nach dem Herausnehmen aus der Ätzlösung wurden Platten mit Leitungswasser gewaschen und an der Luft getrocknet.

Nach dem Ätzen wurde die Oberflächen-Aktivität der Aluminiumplatten durch Aufbringen eines Tropfens destillierten Wassers mittels eines Augentropfers bestimmt, wobei der Kontaktwinkel der Oberfläche Null war, wie durch Ausbreitung des Tropfens über einen Oberflächenbezirk mit einem Durchmesser im Bereich 1 bis 2 cm zu beobachten war.

Eine Platte aus Polyäthylen, 13 X 15 cm, mit einer Dichte von 0,95 g/cm³ und eine Dicke von 0,32 cm wurde als Kernmaterial verwendet. Die Platte wurde mit einem Lösungsmittel gesäubert, um von ihrer Oberfläche Rückstände zu entfernen.

Zunächst wurden die Platten zwischen 0,16 cm Zwischenplatten gebracht und in eine handelsübliche hydraulische Presse eingelegt, mit einem zuvor auf 205° C vorgewärmten Preßstempel. Die Presse wurde geschlossen und ein Druck 3,5 kg/cm² zehn Minuten lang angelegt. Dieser Druck preßt schmelzflüssiges Polyäthylen aus der Schichtanordnung aus, bis die Zwischenplatten in Berührung mit dem Werkzeug kommen, wobei Anschläge den Zwischenraum zwischen den Platten auf 0,32 cm beschränken. Die Anordnung wurde dann unter Druck auf eine Temperatur 80° C gekühlt, wonach der Druck entlastet und die entstandene Schichtanordnung der Abkühlung auf Raumtemperatur überlassen wurde. Nach dem Zusammenschrumpfen des Kerns war die Plattendicke 0,25 bis 0,24 cm.

Die Platte (ungefähr 0,25 cm dick) wurde wieder zwischen Zwischenplatten angeordnet, mit Anschlägen für die Bearbeitungswerkzeuge von 0,19 cm. Die Preßstempel der hydraulischen Presse wurden auf eine Temperatur im Bereich von 105 bis 120° C erhitzt, die Plattenanordnung eingesetzt und die Presse geschlossen, wobei 84,4 bis 105 kg/cm² zugeführt wurden. Dieser hohe Druck zusammen mit der hohen Viskosität des Polyäthylens erzeugten durch Zusam-

menpressen »eine Plättwirkung«, wodurch alle Falten von der Schicht entfernt wurden. Nach dem Abkühlen war die Schicht fertig zum Erzeugen der ge" druckten Schaltungsmuster. Diese Gestalt wurde durch Scherkraftbeanspruchung auf einer im Handel 5 erhältlichen Scherungsvorrichtung erzeugt, wobei Schaltungsstücke von 7,0 cm X 7,0 cm in folgender Weise erreicht wurden: Zunächst wurden Gesenkplatten 22 und 23 des in Fig. 2 dargestellten Werkzeuges zusammen mit einem 7,6 cm X 7,6 cm Schaltungsstück, das in der beschriebenen Art und Weise vorbereitet wurde, in eine hydraulische Presse eingesetzt und ein Druck von 625 kg/cm² zugeführt» bis eine Brechung der Außenschichten auf Grund der Scherkräfte durch das Vorschieben der Kanten in das Schichtgebilde auftrat Die Drockzufuhrung wurde fortgesetzt, bis eine plastische Verformung des Kernmaterials eintrat. Die Schaltungstäfel wurde vervollständigt, indem Löcher eingestanzt wurden, um die Leitungen der Zubehörteile aufzunehmen,

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung der gedruckten Schaltung auf einer isolierenden Unterlage nach Anspruch 1, durch Einsetzen eines Körpers aus isolierendem Material mit einer Metallschicht auf zumindest einer seiner Seiten in ein Werkzeug und durch Ausüben von Druck zur Brechung der Metallschicht in Schaltungsmuster bildende Teile, die vom Rest der Metallschicht getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliermaterialkörper aus einem thermoplastischen Material (14; 31) besteht, daß die Metallschicht (12,13; 32, 34) vor dem Einsetzen in das Werkzeug (22, 23) mit dem Körper verbunden wird, daß das gewünschte Schaltungsmuster des Werkzeugs gebildet wird durch ein entsprechendes Nutenmuster, so daß auf die Druckausübung auf den Körper hin die schaltungsbildenden Teile (35) des Metalls von der Metallschicht abgeschert und jene Teile der Metallschicht, welche nicht einen Teil des Schaltungsmusters bilden, gegenüber den schaltungsbildenden Teilen (35) eingedrückt werden und damit das abgescherte leitende Schaltungsmuster (35) vom Metall auf den eingedrückten Gebieten in vertikaler Richtung elektrisch getrennt wird.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als das thermoplastische Material (14, 31) Polyäthylen vorgesehen wird.

3, Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest für die Metallschicht (32), aus welcher die Schaltung (35) zu zu bilden ist, Aluminium vorgesehen wird.

4, Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Metallschicht (32), aus der die Schaltung (35) zu bilden ist, mit lötbarem Metall (33) vor dem Einsetzen des Körpers in das Werkzeug (22, 23) überzogen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen