DE19926941A1 - Trägermaterial mit Leiterbahnen und gedruckten Lötanschlüssen sowie Verfahren zu deren Herstellung, Druckschablonen hierfür und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Abstract

Bei einem Trägermaterial mit Leiterbahnen und durch Druckschablonen (10) und ein Druckverfahren hergestellten Lötanschlüssen ist deren Dickenauftrag nach Maßgabe der Querschnittsflächen der Lötanschlüsse abgestuft unterschiedlich. Zum Herstellen dieses Trägermaterials werden Druckschablonen (10) verwendet, die für unterschiedliche Dickenaufträge an den Lötanschlüssen unterschiedlich lange Durchtrittskanäle (11, 12, 31) für ein leitfähiges Material aus der Gruppe Lötpaste und Leitkleber aufweisen. Die Druckschablonen (10, 20, 30) weisen auf ihrer Auftragseite ein stufenförmiges Höhenprofil mit mindestens zwei gegeneinander abgestuften Oberflächen-Bereichen auf, in denen sich die Durchtrittskanäle (11, 12, 31) befinden. Dabei werden entweder Druckschablonen (10) verwendet, die auf der Kontaktseite und/oder auf der Auftragseite stellenweise durch mindestens ein Oberflächen-Abtragverfahren zur örtlichen Verringerung der Dicke der Druckschablone (10) mit Ausnehmungen (15) versehen werden. In diese können entweder von der Kontaktseite oder von der Auftragseite her Schabloneneinsätze (16) mit den Durchtrittskanälen (11, 12, 31) eingesetzt sein. Die Längen der Durchtrittskanäle (11, 12, 31) können dabei abgestuft zwischen 0,05 mm und 1,00 mm, vorzugsweise zwischen 0,10 mm und 0,50 mm, variiert werden. Zur Herstellung des Höhenprofils bzw. der Topografie können dabei Abtragverfahren aus der Gruppe chemische Ätzverfahren und/oder Verfahren mit Energiestrahlen aus der Gruppe ...

Description

Die Erfindung betrifft Trägermaterialien mit Leiterbahnen und durch Schablonen und ein Druckverfahren hergestellten Lötanschlüssen.

Zu solchen Trägermaterialien gehören auch Leiterplatten, jedoch bezieht sich die Erfindung auch auf andere Trägermaterialien wie gedruckte Folien und elektrische Geräte und Baugruppen, die mit Lötanschlüssen versehen werden müssen.

Üblicherweise sind solche Trägermaterialien je nach der Größe der anzu­ bringenden elektrischen Bauteile und/oder deren Anschlußkontakte mit Lötanschlüssen unterschiedlicher Größe versehen. Der Bedarf an Lötma­ terial aus der Gruppe Lötpaste und Leitkleber kann also pro Lötanschluß sehr unterschiedlich sein, was sich nicht nur an der Fläche jedes einzelnen Lötanschlusses orientiert, sondern auch an dem jeweils notwendigen Dickenauftrag des leitfähigen Materials. Es handelt sich hierbei um Weich­ lote mit Schmelzpunkten bis zu 450°C. In geschmolzenen Zustand, der beispielhaft in einem Durchlaufofen erzielt werden kann, versucht das leitfähige Material aufgrund seiner Oberflächenspannung die Form eines Meniskus anzunehmen, in den der Gegenkontakt eintauchen muß, soll eine gut leitfähige Lötverbindung entstehen. Ist bei geringen Abständen und kleinen Flächen der Lötanschlüsse der Dickenauftrag zu groß, dann besteht die Gefahr, daß das leitfähige Material Lötanschlüsse überbrückt und Kurzschlüsse herbeiführt. Ist bei großen Flächen der Lötanschlüsse der Dickenauftrag zu klein, dann besteht die Gefahr, daß anstelle von Lötverbindungen sogenannte Kaltlötungen entstehen, so daß die Strom­ kreise nicht zustande kommen.

Man hat bereits versucht, diese Probleme dadurch auszuschalten, daß man Druckschablonen mit keilförmigem Querschnitt bzw. Dickenverlauf verwendet, wobei die örtliche Dicke der Schablone den Dickenauftrag des Lötmaterlals an dem jeweils zugehörigen Lötanschluß bestimmt. Dadurch wird jedoch die Flexibilität hinsichtlich der Verteilung der Bestückung der Trägermaterialien mit elektronischen Bauteilen erheblich beeinträchtigt, da die Leiterbahnen nur in seltenen Fällen dem durch die Keilform der Druck­ schablone erzwungenen Verteilungsmuster der elektronischen Bauteile folgen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Trägermaterial der eingangs beschriebenen Gattung, dessen Herstellung, hierfür geeignete Druckschablonen und deren Herstellverfahren anzugeben, durch die ein von den Leiterbahnen vorgegebenes Verteilungsmuster der elektronischen Bauteile auf dem Trägermaterial ermöglicht wird und durch die an den einzelnen Lötanschlüssen eine genau dosierbare Menge des leitfähigen Materials vorhanden bzw. erzielbar ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Trägermaterial erfindungsgemäß dadurch, daß der Dickenauftrag der Lötanschlüsse nach Maßgabe der Querschnittsflächen der Lötanschlüsse abgestuft unterschiedlich ist.

Hierdurch wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst, d. h. durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Trägermaterials wird ein von den Leiterbahnen vorgegebenes Verteilungsmuster der elektronischen Bauteile auf dem Trägermaterial ermöglicht, und an den einzelnen Lötanschlüssen ist eine genau dosierte Menge des Leitfähigen Materials vorhanden.

Insbesondere können dadurch die Verteilungsmuster von Leiterbahnen, Lötanschlüssen und elektronischen Bauteilen den elektrischen Vorgaben angepaßt werden und sind nicht umgekehrt von der Topografie der Druck­ schablonen abhängig, wie dies bei Druckschablonen mit keilförmigem Querschnittsverlauf, aber ebenen Begrenzungsflächen nach dem Stande der Technik der Fall ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen von Trägermateri­ alien mit Leiterbahnen und Lötanschlüssen durch ein Druckverfahren mit Druckschablonen, die eine Kontaktseite für das Trägermaterial und eine Auftragseite sowie Durchtrittskanäle für ein leitfähiges Material aus der Gruppe Lötpaste und Leitkleber aufweisen.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist ein solches Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß Druckschablonen verwendet werden, die auf der Auftragseite ein stufenförmiges Höhenprofil mit mindestens zwei gegeneinander abgestuften Oberflächen-Bereichen aufweisen, zwischen denen und der Kontaktseite sich die Durchtrittskanäle mit ihren unter­ schiedlichen Längen befinden.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination - :

• - Druckschablonen verwendet werden, die auf der Kontaktseite und/oder auf der Auftragseite stellenweise durch mindestens ein Oberflächen-Abtragverfahren zur örtlichen Verringerung der Dicke der Druckschablone mit Ausnehmungen versehen werden,
• - in mindestens eine der Ausnehmungen ein Schabloneneinsatz mit den Durchtrittskanälen eingesetzt wird,
• - die Druckschablone unter Bildung einer stufenförmigen Grenzfläche flächig durchbrochen wird und wenn der Schabloneneinsatz von der Kontaktseite her auf diese Grenzfläche aufgelegt wird,
• - in der Druckschablone eine stufenförmig abgesetzte Ausnehmung mit einer Grenzfläche und mit innnerhalb dieser Grenzfläche liegenden Durchtrittskanälen erzeugt wird und wenn anschließend in diese Ausnehmung ein Schabloneneinsatz mit fluchtenden Durchtrittskanä­ len von der Auftragseite her eingelegt wird, und/oder, wenn
• - die Längen der Durchtrittskanäle in Transportrichtung des leitfähigen Materials nach Maßgabe von dessen Dickenauftrag unterschiedlich gewählt werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Druckschablone zum Herstellen von Trägermaterialien mit Leiterbahnen und Lötanschlüssen, mit einer ebenen Kontaktseite für das Trägermaterial mit einer Auftragseite sowie mit Durch­ trittskanälen für ein leitfähiges Material aus der Gruppe Lötpaste und Leitkleber.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist eine solche Druckschablone dadurch gekennzeichnet, daß sie auf der Auftragseite ein stufenförmiges Höhen­ profil mit mindestens zwei gegeneinander abgestuften Oberflächen-Berei­ chen aufweist, zwischen denen und der Kontaktseite sich die Durchtritts­ kanäle mit ihren unterschiedlichen Längen befinden.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination:

• - die Druckschablone auf der Kontaktseite und/oder auf der Auftrag­ seite stellenweise in der Dicke durch mindestens eine Ausnehmung verringert ist,
• - in mindestens eine der Ausnehmungen ein Schabloneneinsatz mit den Durchtrittskanälen eingesetzt ist,
• - die Druckschablone unter Bildung einer stufenförmigen Grenzfläche flächig durchbrochen ist und wenn der Schabloneneinsatz von der Kontaktseite her auf diese Grenzfläche aufgelegt ist,
• - in der Druckschablone eine stufenförmig abgesetzte Ausnehmung mit einer Grenzfläche und mit innerhalb dieser Grenzfläche liegenden Durchtrittskanälen angeordnet ist und wenn in diese Ausnehmung ein Schabloneneinsatz mit fluchtenden Durchtrittskanälen von der Auftrag­ seite her eingelegt ist,
• - die Längen der Durchtrittsöffnungen in Transportrichtung des leitfähi­ gen Materials nach Maßgabe von dessen Dickenauftrag unterschied­ lich sind,
• - die Längen der Durchtrittskanäle in Transportrichtung des leitfähigen Materials zwischen 0,05 mm und 1,00 mm, vorzugsweise zwischen 0,10 mm und 0,50 mm betragen,
• - die Lage der Grenzfläche zwischen dem 0,2- bis 0,8-Fachen, vorzugs­ weise zwischen dem 0,4- bis 0,6-Fachen, der Dicke der Druckscha­ blone beträgt,
• - der mindestens eine Schabloneneinsatz eine geringere Dicke als die der Druckschablone aufweist, und/oder, wenn
• - der mindestens eine Schabloneneinsatz aus der Auftragsseite der Druckschablone hervorstehend angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen von Druckscha­ blonen für das Bedrucken von Trägermaterialien mit Leiterbahnen und Lötanschlüssen.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist ein solches Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man

• a) zwei Folienzuschnitte aus Transparentfolie mit unterschiedlichen Flächenmustern für die Kontaktseite und für die Auftragsseite der Druckschablone versieht,
• b) die beiden Folienzuschnitte in Bezug auf die Flächenmuster weit­ gehend deckungsgleich zueinander festlegt,
• c) einen beidseitig mit einem strahlungsempfindlichen Belag versehe­ nen Schablonenrohling zwischen den Folienzuschnitten unterbringt und den Schablonenrohling beidseitig einer die Beläge härtenden Strahlung aussetzt,
• d) anschließend die nicht gehärteten Belagbereiche auswäscht und
• e) die den Flächenmustern entsprechenden Ausnehmungen durch ein Abtragverfahren herstellt.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn - entweder einzeln oder in Kombination :

• - als Abtragverfahren ein chemisches Ätzverfahren eingesetzt wird,
• - als Abtragverfahren ein Verfahren mit Energiestrahlen aus der Gruppe Elektronenstrahlen und Laserstrahlen eingesetzt wird,
• - die Lage der Grenzfläche zwischen den beiderseitigen Abtragverfah­ ren zwischen dem 0,2- bis 0,8-Fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,4- bis 0,6-Fachen der Dicke des Schablonenrohlings gewählt wird,
• - die beiden Folienzuschnitte zu einer einseitig offenen Tasche vereinigt werden, in die der Schablonenrohling vor der Bestrahlung eingesteckt wird,
• - der Schablonenrohling auf seiner Kontaktseite mit Durchtrittskanälen für den Austritt des leitfähigen Materials versehen wird,
• - der Schablonenrohling auf seiner Kontaktseite mit mindestens einer Ausnehmung für das Einsetzen eines Schabloneneinsatzes versehen wird,
• - der Schablonenrohling auf seiner Auftragseite mit mindestens einer Ausnehmung für das Einsetzen eines Schabloneneinsatzes versehen wird,
• - der Schablonenrohling auf der Kontaktseite mit Durchtrittskanälen und der mindestens eine Schabloneneinsatz mit Durchtrittskanälen versehen wird, welche Durchtrittskanäle zur Deckung gebracht werden,
• - für den mindestens einen Schabloneneinsatz eine geringere Dicke als die des Schablonenrohlings gewählt wird,
• - der mindestens eine Schabloneneinsatz aus der Auftragsseite des Schablonenrohlings hervorstehend angeordnet wird, und/oder, wenn
• - der mindestens eine Schabloneneinsatz durch ein Verfahren aus der Gruppe Kleben und Punktschweißen in seiner Ausnehmung fixiert wird.

Die Schablonen und Schabloneneinsätze bestehen dabei vorzugsweise aus einem für diese Zwecke bekannten Metallblech.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 9 näher erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht von oben auf ein bestückungsfertiges Trägermaterial in Form einer Leiterplatte,

Fig. 2 einen vertikalen Teilschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 eine Draufsicht von oben auf eine Druckschablone zum Herstellen des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 4 einen vertikalen Teilschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 3 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 5 eine Draufsicht von oben auf ein weiteres Ausführungs­ beispiel einer Druckschablone analog Fig. 3,

Fig. 6 einen vertikalen Teilschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 5 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 7 eine Draufsicht von oben auf eine Druckschablone, eingespannt in einen Schablonenrahmen unter Zwischen­ schaltung einer flexiblen Halterung,

Fig. 8 sechs Schabloneneinsätze in einem gemeinsamen Blech­ zuschnitt mit entsprechenden Dickenangaben und

Fig. 9 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Druckschablone mit verschiedenen Kombinationsmöglich­ keiten von Schablonendicken und Schabloneneinsätzen.

In den Fig. 1 und 2 ist ein bestückungsfertiges Trägermaterial 1 in Form einer Leiterplatte aus einem Isolierstoff gezeigt. Die metallischen Leiterbahnen 2 sind der Einfachheit halber nur in Fig. 2 gezeigt. Fig. 1 zeigt jedoch die nach einem vorgegebenen Flächenmuster verteilten rechteckigen Lötanschlüsse aus einem Lötmaterial, die in Fig. 2 mit 3 und 4 bezeichnet sind.

Daraus ergibt sich folgendes: Die Lötflächen sind unterschiedlich groß und unterschiedlich dicht angeordnet. So z. B. sind die Lötflächen in den Bereichen 5, 6, 7 und 8 relativ groß und in weitem Abstand angeordnet, und die Lötflächen im Bereich 9 sind klein und in engem Abstand ange­ ordnet. Bei gleichmäßigem Dickenauftrag des Lötmaterials hätten die Lötanschlüsse 4 (in Fig. 1 im Bereich 9) im wesentlichen die gleiche Höhe oder Dicke wie die Lötanschlüsse 3 (in Fig. 1 in den Bereichen 5 bis 8). Bedingt durch die Oberflächenspannung des Lötmaterials würde sich beim gemeinsamen Löten, z. B. in einem Durchlaufofen, am Löt­ anschluß 3 ein sehr viel flacherer Meniskus des verflüssigten Lötmaterials (Weichlot) einstellen, so daß stellenweise die Gefahr von Kaltlötungen besteht, d. h. von nicht zustande gekommenen elektrischen Verbindungen.

Erfindungsgemäß ist nun aber der Dickenauftrag des Lötmaterials unterschiedlich groß, und zwar an größeren Lötflächen größer als an kleineren Lötflächen. Würde man nun den Dickenauftrag an den kleineren Lötflächen, deren Große und Dichte durch die Packungsdichte und die Größe der elektronischen Bauelemente vorgegeben ist, gleich groß machen wie an den größeren Lötflächen, dann bestünde die Gefahr einer überbrückung von enger benachbarten Lötflächen und damit die Gefahr von Kurzschlüssen. Der kritische Bereich ist hier der Bereich 9. Diese Gefahr wird durch die Erfindung ausgeschaltet.

Die Fig. 3 und 4 zeigen nun eine Druckschablone 10 mit Durchtritts­ kanälen 11 und 12 für ein druck- und leitfähiges Material aus der Gruppe Lötpaste und Leitkleber. Die Durchtrittskanäle 11 und 12 entsprechen hinsichtlich ihrer Querschnitte und Flächenverteilung dem Verteilungmuster der Lötflächen auf dem Trägermaterial nach Fig. 1. Hinzu kommen aber abgestufte Längen der Durchtrittskanäle 11 und 12, was hier nur sehr grob schematisch dargestellt ist. Fig. 4 zeigt einen vereinfachten Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3, d. h. im sog. kritischen Bereich 9 (Fig. 1).

Die Druckschablone 10 hat eine Kontaktseite 13 für die flächige Auflage auf dem zu bedruckenden Trägermaterial 1 und eine Auftragseite 14 für das Aufbringen und Verteilen des leitfähigen Materials z. B. einer Weichlöt­ paste mittels einer Rakel. Die Konsistenz der Paste ist entsprechend den Anforderungen einzustellen. Die Dicke "DS" der Druckschablone beträgt zwischen 0,2 und 1,0 mm. Ein beidseitig mit einem strahlungsempfind­ lichen Belag versehener Schablonenrohling wird nun entsprechend einem vorgegebenen Abtrag- bzw. Ätzmuster auf beiden Seiten bestrahlt bzw. belichtet, worauf die unbestrahlten Stellen ausgewaschen werden. Diese Technologie ist bekannt und wird daher weiter unten nur anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Schablonendicke "DS" bestimmt die Länge L1 der Durchtrittskanäle 12 und damit den Dickenauftrag des Lötmaterials, und aus dieser Länge sowie dem Querschnitt bestimmt sich die jeweilige Menge des Lötmaterials an der betreffenden Lötstelle des Trägermaterials.

Durch die Abtragvorgänge entsteht nun von der einen Seite, der Kontakt­ seite 13, her eine stufenförmige Ausnehmung 15 mit der Tiefe "DE" für einen plattenförmigen Schabloneneinsatz 16, und von der anderen Seite her eine Durchbrechung 17, insgesamt aber ein vollständiger Durchbruch. Die Durchtrittskanäle 11 sind im Schabloneneinsatz 16 angeordnet. Die Tiefe DE bzw. die ihr entsprechende Dicke des Schabloneneinsatzes 16 bestimmt die Länge L2 der Durchtrittskanäle 11 und damit den Dicken­ auftrag des Lötmaterials, und aus dieser geringeren Länge sowie dem geringeren Querschnitt bestimmt sich die jeweilige Menge des Lötmateri­ als an der zugehörigen Lötstelle des Trägermaterials.

Die Unterseiten von Druckschablone 10 und Schabloneneinsatz 16 sind bündig angeordnet. Durch die Höhenabstufung bestehen im Schablonen­ einsatz 16 Durchtrittskanäle 11 mit der Länge DE bzw. L2 und in der Druckschablone 10 Durchtrittskanäle 12 mit der Länge DS bzw. L1, die aufgrund der dadurch gebildeten Speichervolumina zu einem unter­ schiedlichen Dickenauftrag des Lötmittels führen. Dieses ist in Fig. 4 schwarz dargestellt.

Die in der Durchbrechung 17 zunächst vorhandene, überschüssige Löt­ masse wird vor dem Druck wieder durch eine Rakel entfernt, wobei es nicht schadet, wenn in den Ecken der Durchbrechung 17 Reste der Lötmasse zurückbleiben, weil diese durch die Durchtrittskanäle 11 nicht nachgesaugt werden. Die Auftragsdicke entspricht daher ziemlich genau den Längen L2 und L1 der Durchtrittskanäle 11 und 12 bzw. den Maßen DS und DE. Die Umrißlinien des Schabloneneinsatzes 16 und der Durchbre­ chung 17 sind in Fig. 3 ausgezogen bzw. gestrichelt dargestellt. Die Druckschablone 10 ist fest in einen Schablonenrahmen 18 eingespannt.

Durch die beiderseitigen Abtragungen entsteht im Bereich der Stufe eine Schulterfläche bzw. Grenzfläche 19, deren Abstand von der Kontaktfläche 13 zwischen dem 0,2- bis 0,8-Fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,4- bis 0,6-Fachen der Dicke DS der Druckschablone beträgt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 wurde wie folgt vorgegangen, wobei der Schnitt nach Fig. 6 der Linie VI-VI in Fig. 5 entspricht:

Durch einen Abtragvorgang entsteht zunächst von der Auftragseite 14 her in der Druckschablone 20 eine stufenförmige Ausnehmung 21 mit der Tiefe "DT" für einen plattenförmigen Schabloneneinsatz 22, und von der Kon­ taktseite 13 her werden die Durchtrittskanäle 11 eingebracht. Die Durch­ trittskanäle 11 in der Druckschablone 20 setzen sich fluchtend in Form von Durchtrittskanälen 11a im Schabloneneinsatz 22 fort, der entsprechend vorbereitet wurde (siehe auch Fig. 8), und die Gesamtlänge L3 der Durchtrittskanäle 11 und 11a bestimmt hier den Dickenauftrag des Lötma­ terials. Der Schabloneneinsatz 22 hat das Dickenmaß DE, ragt aber jetzt aus der Auftragseite 14 der Druckschablone 20 hervor, so daß die Kanten abgeschrägt sind. Diese Ausführungsform ist bevorzugt für dünne Scha­ blonenbleche geeignet. Bei einem größeren Dickenauftrag werden dann vorzugsweise Schabloneneinsätze mit einer größeren Dicke in entspre­ chende Ausnehmungen eingesetzt.

Die Fig. 7 zeigt die Druckschablone 10 nach Fig. 3 in verkleinertem Maßstab, diesmal eingesetzt in einen größeren Schablonenrahmen 23, und zwar unter Zwischenschaltung einer flexiblen Halterung 24, die aus einem Gewebe aus Metall- oder Kunststoff-Fasern bestehen kann. In dieses ist ein Fenster eingeschnitten, dessen Innenrand 25 unter Überlappung mit dem Außenrand 26 der Druckschablone 10 verbunden ist, und zwar durch Kleben und/oder Mikroschweißungen, was durch die äußere gestrichelte Rechtecklinie angedeutet ist. Dadurch wird eine Kompensation von Unebenheiten des zu bedruckenden Trägermaterials ermöglicht.

Mit entsprechenden Schablonen lassen sich auch ringförmige Lötmittel­ aufträge auf ringförmige Kontaktflächen aufbringen, wie sie beispielsweise für das Durchstecken und Verlöten von Anschlußdrähten, sog. "Beinchen", erforderlich sind.

Die Auftragsdicken bzw. Druckhöhen können je nach den Dicken von Druckschablone und/oder Schabloneneinsätzen zwischen 0,06 und 1,00 mm reproduzierbar variiert werden. Die Verbindung der Druckscha­ blone mit den Schabloneneinsätzen ist vorzugsweise - zu Austausch­ zwecken - lösbar und kann durch Kleben erfolgen. Dies ist insofern von Vorteil, als feine Strukturen von Durchtrittskanälen einem schnelleren Verschleiß unterliegen als gröbere Strukturen. Feste Verbindungen können auch durch Mikropunktschweißungen durchgeführt werden.

Fig. 8 zeigt sechs Schabloneneinsätze 16 oder 22 gemäß den Fig. 3 und 5 in einem gemeinsamen Blechzuschnitt 27, dessen Dicke zwischen 0,06 und 0,10 mm betragen kann. Bis auf Verbindungsstege 28 an den Ecken ist der Blechzuschnitt 27 auf dem Umfang der Schabloneneinsätze unter gleichzeitiger Herstellung der Durchtrittskanäle 11 durchgeätzt. Stehengeblieben sind auch Zentriernasen 29, die in entsprechende Ausnehmungen in den Druckschablonen 16 und 22 passen.

Fig. 9, die von links nach rechts erläutert wird, zeigt anhand eines Schnitts durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Druckschablone 30 die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten von Schablonendicken und Schabloneneinsätzen: Die Dicke der Druckschablone 30 bestimmt auch hier wiederum die Längen L1 der Durchlaßkanäle 12 für das Lötmaterial. Durch den Flächenabtrag der Durchbrechung 17 (siehe auch Fig. 4) mit einer gleichmäßigen Tiefe DT bis zur Grenzfläche 19 bleibt eine restliche Dicke von etwa 50% stehen, die die Länge L2 der Durchlaßkanäle 11 bestimmt. Es erfolgt also hier kein großflächiger Durchbruch. Mit gestri­ chelten Linien sind die Verhältnisse nach Fig. 4 (mit einem Schablonen­ einsatz 16) angedeutet. Im vorliegenden Fall ist die Anordnung jedoch in Bezug auf die Durchlaßkanäle 11 einstückig.

Die Durchlaßkanäle 31 wurden in analoger Weise wie die Durchlaßkanäle 11 hergestellt. In Übereinstimmung mit Fig. 6, anhand welcher auch die Einbringung der Ausnehmung 21 erläutert wird, wurde jedoch in diese Ausnehmung 21 ein Schabloneneinsatz 22 eingesetzt, in dem sich die Durchlaßkanäle 31a fluchtend fortsetzen. Die gesamte Länge L3 der Durchlaßkanäle 31 und 31a ist jetzt jedoch um das Maß ΔL größer als die Dicke der Druckschablone 30, so daß entsprechend größere Volumina an Lötmaterial zur Verfügung gestellt werden und auch der Dickenauftrag des Lötmaterials entsprechend größer ist.

Ganz wesentlich ist die Erzeugung eines Höhenprofils mit den gegenein­ ander abgestuften Höhen-Bereichen NN, NT und NH, die den unterschied­ lichen Dickenauftrag des Lötmaterials auf den Trägermaterialien an beliebig vorgebbaren Stellen bestimmen.

An die Stelle chemischer Ätzverfahren für die Bearbeitung von Druckscha­ blonen und Schabloneneinsätzen können auch Energiestrahlverfahren wie solche mit Elektronen- und Laserstrahlen eingesetzt werden, die sich ohne Maskentechnologie hinsichtlich ihrer Leistungsdichte (Leistung und Fokussierung) und der Raumkoordinaten sehr präzise steuern lassen.

Beispiel

In einer CAM-Station werden transparente Folien, für jede Seite eine, mit je einem Ätzmuster versehen und deckungsgleich zu einer Filmtasche vereinigt. Ein Schablonenrohling wird in einer Sodalösung gereinigt und beidseitig mit einem Photoresist-Belag versehen. Anschließend wird der Schablonenrohling in die Filmtasche eingesteckt, ausgerichtet und beidseitig belichtet. Die nicht belichteten Stellen werden anschließend ausgewaschen und die stehen gebliebenen Flächenmuster zur besseren Haftung durch UV-Strahlung gehärtet. Wiederum nachfolgend werden die beschriebenen Raumformen durch ätzen hergestellt. Zur Kontrolle der Ätzergebnisse dient ein Kontroll-Diapositiv, das 0,100 mm kleiner geplottet wurde. Die Schabloneneinsätze werden, vorzugsweise zu mehreren und mit Randdurchbrüchen gemäß Fig. 8, auf analoge Weise hergestellt und können an den restlichen Verbindungsstellen mit einer Schere ausge­ schnitten werden.

Bezugszeichenliste

1

Trägermaterial

2

Leiterbahnen

3

Lötmaterial

4

Lötmaterial

5

Bereich

6

Bereich

7

Bereich

8

Bereich

9

Bereich

10

Druckschablone

11

Durchtrittskanäle

11

a Durchtrittskanäle

12

Durchtrittskanäle

13

Kontaktseite

14

Auftragseite

15

Ausnehmung

16

Schabloneneinsatz

17

Durchbrechung

18

Schablonenrahmen

19

Grenzfläche

20

Druckschablone

21

Ausnehmung

22

Schabloneneinsatz

23

Schablonenrahmen

24

Halterung

25

Innenrand

26

Außenrand

27

Blechzuschnitt

28

Verbindungsstege

29

Zentriernasen

30

Druckschablone

31

Durchtrittskanäle

31

a Durchtrittskanäle
DE Tiefe
DM Dickenmaß
DS Schablonendicke
DT Tiefe
L1, L2, L3 Längen
ΔL Längendifferenz
NN, NT, NH Oberflächenbereiche

Claims (29)

1. Trägermaterial mit Leiterbahnen (2) und durch Schablonen und ein Druckverfahren hergestellten Lötanschlüssen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dickenauftrag der Lötanschlüsse nach Maßgabe der Querschnittsflächen der Lötanschlüsse abgestuft unterschiedlich ist.

2. Verfahren zum Herstellen von Trägermaterialien (1) mit Leiterbahnen (2) und Lötanschlüssen durch ein Druckverfahren mit Druckscha­ blonen (10, 20, 30), die eine Kontaktseite (13) für das Trägermaterial (1) und eine Auftragseite (14) sowie Durchtrittskanäle (11, 12, 31) für ein leitfähiges Material aus der Gruppe Lötpaste und Leitkleber aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß Druckschablonen (10, 20, 30) verwendet werden, die auf der Auftragseite (14) ein stufenförmi­ ges Höhenprofil mit mindestens zwei gegeneinander abgestuften Oberflächen-Bereichen (NN, NT, NH) aufweisen, zwischen denen und der Kontaktseite (13) sich die Durchtrittskanäle (11, 12, 31) mit ihren unterschiedlichen Längen (L1, L2, L3) befinden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Druck­ schablonen (10, 20, 30) verwendet werden, die auf der Kontaktseite (13) und/oder auf der Auftragseite (14) stellenweise durch minde­ stens ein Oberflächen-Abtragverfahren zur örtlichen Verringerung der Dicke der Druckschablone (10, 20, 30) mit Ausnehmungen (15, 21) versehen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in minde­ stens eine der Ausnehmungen (15, 21) ein Schabloneneinsatz (16, 22) mit den Durchtrittskanälen (11, 31) eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck­ schablone (10, 30) unter Bildung einer stufenförmigen Grenzfläche (19) flächig durchbrochen wird und daß der Schabloneneinsatz (16) von der Kontaktseite (13) her auf diese Grenzfläche (19) aufgelegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckschablone (10, 30) eine stufenförmig abgesetzte Ausnehmung (21) mit einer Grenzfläche (19) und mit innnerhalb dieser Grenzfläche (19) liegenden Durchtrittskanälen (11, 31) erzeugt wird und daß anschließend in diese Ausnehmung (21) ein Schabloneneinsatz (22) mit fluchtenden Durchtrittskanälen (11a, 31a) von der Auftragseite (14) her eingelegt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Längen (L1, L2, L3) der Durchtrittkanäle (11, 11a, 12, 31, 31a) in Transportrichtung des leitfähigen Materials nach Maßgabe von dessen Dickenauftrag unterschiedlich gewählt werden.

8. Druckschablone (10, 20, 39) zum Herstellen von Trägermaterialien (1) mit Leiterbahnen (2) und Lötanschlüssen, mit einer ebenen Kon­ taktseite (13) für das Trägermaterial (1), mit einer Auftragseite (14) sowie mit Durchtrittskanälen (11, 12, 31) für ein leitfähiges Material aus der Gruppe Lötpaste und Leitkleber, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschablone (10, 20, 30) auf der Auftragseite (14) ein stufenförmiges Höhenprofil mit mindestens zwei gegeneinander abgestuften Oberflächen-Bereichen (NN, NT, NH) aufweist, zwischen denen und der Kontaktseite (13) sich die Durchtrittskanäle (11, 12, 31) mit ihren unterschiedlichen Längen (L1, L2, L3) befinden.

9. Druckschablone nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschablone (10, 20, 30) auf der Kontaktseite (13) und/oder auf der Auftragseite (14) stellenweise in der Dicke durch mindestens eine Ausnehmung (15, 21) verringert ist.

10. Druckschablone nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens eine der Ausnehmungen (15, 21) ein Schabloneneinsatz (16, 22) mit den Durchtrittskanälen (11, 31) eingesetzt ist.

11. Druckschablone nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckschablone (10, 30) unter Bildung einer stufenförmigen Grenzfläche (19) flächig durchbrochen ist und daß der Schablo­ neneinsatz (16) von der Kontaktseite (13) her auf diese Grenzfläche (19) aufgelegt ist.

12. Druckschablone nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckschablone (10, 30) eine stufenförmig abgesetzte Ausneh­ mung (21) mit einer Grenzfläche (19) und mit innerhalb dieser Grenzfläche (19) liegenden Durchtrittskanälen (11, 31) angeordnet ist und daß in diese Ausnehmung (21) ein Schabloneneinsatz (22) mit fluchtenden Durchtrittskanälen (31a) von der Auftragseite (14) her eingelegt ist.

13. Druckschablone nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen (L1, L2, L3) der Durchtrittkanäle (11, 11a, 12, 31, 31a) in Transportrichtung des leitfähigen Materials nach Maßgabe von dessen Dickenauftrag unterschiedlich sind.

14. Druckschablone nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen (L1, L2, L3) der Durchtrittkanäle (11, 11a, 12, 31, 31a) in Transportrichtung des leitfähigen Materials zwischen 0,05 mm und 1,00 mm, vorzugsweise zwischen 0,10 mm und 0,50 mm betragen.

15. Drucksachablone nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Grenzfläche (19) zwischen dem 0,2- bis 0,8-Fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,4- bis 0,6-Fa­ chen, der Dicke der Druckschablone (10, 20, 30) beträgt.

16. Druckschablone nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Schabloneneinsatz (16, 22) eine geringere Dicke als die der Druckschablone (10, 20, 30) aufweist.

17. Druckschablone nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Schabloneneinsatz (22) aus der Auftragsseite (14) der Druckschablone (10, 20, 30) hervorstehend angeordnet ist.

18. Verfahren zum Herstellen von Druckschablonen (10, 20, 30) für das Bedrucken von Trägermaterialien mit Leiterbahnen (2) und Lötan­ schlüssen, dadurch gekennzeichnet, daß man

• a) zwei Folienzuschnitte aus Transparentfolie mit unterschied­ lichen Flächenmustern für die Kontaktseite (13) und für die Auftragsseite (14) der Druckschablone versieht,
• b) die beiden Folienzuschnitte in Bezug auf die Flächenmuster weitgehend deckungsgleich zueinander festlegt,
• c) einen beidseitig mit einem strahlungsempfindlichen Belag ver­ sehenen Schablonenrohling zwischen den Folienzuschnitten unterbringt und den Schablonenrohling beidseitig einer die Beläge härtenden Strahlung aussetzt,
• d) anschließend die nicht gehärteten Belagbereiche auswäscht und
• e) die den Flächenmustern entsprechenden Ausnehmungen durch ein Abtragverfahren herstellt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtragverfahren ein chemisches Ätzverfahren eingesetzt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtragverfahren ein Verfahren mit Energiestrahlen aus der Gruppe Elektronenstrahlen und Laserstrahlen eingesetzt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Grenzfläche (19) zwischen den beiderseitigen Abtragverfahren zwischen dem 0,2- bis 0,8-Fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,4- bis 0,6-Fachen der Dicke des Schablonenrohlings gewählt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die bei­ den Folienzuschnitte zu einer einseitig offenen Tasche vereinigt wer­ den, in die der Schablonenrohling vor der Bestrahlung eingesteckt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schablonenrohling auf seiner Kontaktseite (13) mit Durchtritts­ kanälen (11, 12, 31) für den Austritt des leittfähigen Materials versehen wird.

24. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schablonenrohling auf seiner Kontaktseite (13) mit mindestens einer Ausnehmung (15) für das Einsetzen eines Schabloneneinsatzes (16) versehen wird.

25. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schablonenrohling auf seiner Auftragseite (14) mit mindestens einer Ausnehmung (21) für das Einsetzen eines Schabloneneinsatzes (22) versehen wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Schablonenrohling auf der Kontaktseite (13) mit Durchtrittskanälen (11, 31) und der mindestens eine Schabloneneinsatz (22) mit Durch­ trittskanälen (11a, 31a) versehen wird, welche Durchtrittskanäle (11 /11a und 31 /31a) zur Deckung gebracht werden.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 und 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für den mindestens einen Schabloneneinsatz (16, 22) eine geringere Dicke als die des Schablonenrohlings gewählt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Schabloneneinsatz (22) aus der Auftragsseite (14) des Schablonenrohüngs hervorstehend angeordnet wird.

29. Verfahren nach einem der Anspruch 24 und 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mindestens eine Schabloneneinsatz (16, 22) durch ein Verfahren aus der Gruppe Kleben und Punktschweißen in seiner Ausnehmung (15, 21) fixiert wird.