DE2314566A1

DE2314566A1 - Schaltkarte und verfahren zur herstellung der schaltkarte

Info

Publication number: DE2314566A1
Application number: DE19732314566
Authority: DE
Inventors: John H Rauth
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1972-03-27
Filing date: 1973-03-23
Publication date: 1973-10-11
Also published as: FR2178014B1; JPS497760A; GB1397026A; FR2178014A1

Description

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Patentanwälte

Dr. Ing. H. Nenondank

D-d Ing. H. Heuck - Dip! Pn/3. W. Schmitz

Dipl. Ina. E. Graslis - Dipl. Ing. VV. Wehnelt

8 Machen 2, «vicz&ristraße 25

„ „. „ . Telefon 5380586

The Bendxx Corporatxon

Executive Offices

Bendix Center 22. März 197 3

Southfield, Michigan ^8075, USA Anwaltsakte: M-2567i

■ι Schaltkarte und Verfahren zur Herstellung '

der Schaltkarte

juxe Erfindung betrifft eine Schaltkarte und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schaltkarte mit durchkontaktierten Löchern.

Seit langem ist in der Technik der gedruckten Schaltung die Möglichkeit angestrebt worden, die Schaltkreiskonfiguration schnell und in wirtschaftlicher Weise ändern zu können, wenn dies wegen ingenieurtechnischer Verbesserungen, Beachtung von Kundenwünschen und Verbesserung des Produktes erforderlich ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schalt-

[karte zu schaffen,bei der dies auf einfache Weise möglich ist.

!Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die zur Herstellung einer ,gedruckten Schaltung erforderliche Zeit zu verringern und die Kosteiji ■für eine Änderung der Schaltkreise herabzusetzen. Weiterhin sollen Ider Ingenieuraufwand und die Herstellungskosten erniedrigt werden.

Auch wird angestrebt, daß die Anschlußfahnen integrale Teile der

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iSchaltkarte sind. __'■-'-

Schließlich wird angestrebt, daß die Verdahtung mit Hilfe von !

numerisch gesteuerten Einrichtungen durchgeführt werden kann und i laß die erfindungsgemäßen gedruckten Schaltungen sowohl körperlich ,

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kls auch in elektrischer Hinsicht mit nach bekannten Techniken her-j gestellten gedruckten Schaltungen austauschbar sind. ^!

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schaltkarte : ist dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten eines Substrats yorbestimmte Leiterzüge ausgebildet werden, das Substrat in vorgegebenen Mustern durchbohrt wird, die Bohrlöcher für die leitenden S/erb indung der Leiter züge durchkontaktiert werden, elektronische Bauelemente mit den durchkontaktierten Löchern leitend verbunden werden und Hartdrähte mit wenigstens einem der Leiterzüge für den selektiven Anschluß der Bauelemente leitend angeschlossen werden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte gedruckte Schaltung weist ein Substrat oder eine Basis auf, die auf beiden Seiten mit einer Metallschicht versehen ist. Durch die Schaltkarte sind Löcher in einer Weise gebohrt, die den gewünschten Mustern der auf der gedruckten Schaltung anzuordnenden elektronischen Bauelementen entsprechen. Die Bohrlöcher sind durchkontaktiert. Indie Metallschichten sind Leiterzüge vorzugsweise eingeätzt und zu den Leiterzügen gehören Anschlußflächen (termination pads) , die durch die durehkontaktierten Löcher miteinander verbunden sind. In die Löcher sind die elektronischen Bauelemente eingebracht und mit den Anschlußflächen verlötet. Die elektronischen Bauelemente

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sind durch eine in einer Impulstechnik angeschlossene Hart-Ver- |

; drahtung miteinander verbunden. ;

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Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher be- ; ' i

schrieben werden. Von den Figuren zeigen:

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Fig. 1 eine isometrische Darstellung einer zum Aufbau der erfin- I j dungsgemäßen Schaltkarte verwendbaren mehrschichtigen Platte;

jFig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils der erfindungsge-1

mäßen Schaltkarte, wobei die Anschlußflächen, die durchkontaktierten Löcher und die in einer Impulstechnik angeschlossenen Hart-Drähte dargestellt sind;

Fig. 3 und 3A eine schemätische Darstellung einer Anordnung für di<i Verbindung der Hartdrähte in einer Impulstechnik und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Schaltkarte, deren elektronische Bauelemente durch in einer Impulstechnik angeschlossene Hart-Drähte miteinander verbunden sind.

Die in der Fig. 1 dargestellte Platte 2 weist eine Basis oder ein Substrat H aus Epoxydglas oder einem anderen geeigneten synthetischen Material auf und besitzt auf einer Seite eine metallische Schicht 6 und auf der anderen Seite eine metallische Schicht 8. Beispielsweise kann die metallische Schicht 6 eine bekannte Kupfer·· schicht mit einer Dicke von z.B. 30 Mikrometer (z.B. 1 ounze copper) und die metallische Schicht eine 130 Mikrometer (0,005 inch) dicke Schicht aus rostfreiem Stahl sein. Es können aber auch beide Seiten mit einer Schicht aus rostfreiem Stahl, einer anderen

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!Legierung oder einem anderen Material überzogen werden, das den !Aufbau einer Impulsverbindung von hoher' Zugfestigkeit für die Ver-

[bindung der Komponenten in einer weiter unten zu beschreibenden

Weise ermöglicht. Die Metallschichten 6 und 8 sind, in geeigneter Weise mit dem Substrat 4 aus Epoxydglas verbunden, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. -

Die geschichtete Platte 2 weist Löcher 10 auf, die wie die Figuren 2,3 und 4 zeigen, gebohrt sind. Die Löcher, deren Durchmesser zwischen 0,8 mm und 1,2 mm (1/32''-3/64'^f) liegen kann, sind in einem Muster zu bohren, das der gewünschten Konfiguration der elektronischen Bauteile entspricht. In der Fig. 4 ist eine typische Konfiguration dargestellt, bei der die Löcher 10 zur Aufnahme von elektronischen Bauteilen 12, 14· und 16 ausgelegt sind. Die elektronischen Bauteile können zum Beispiel Feldeffekt-Transistoren, Relais, Widerstände, Dioden oder ähnliche Bauteile sein.

Bekannte Photoätz oder -Siebdruckverfahren werden für den Aufbau der metallischen Leiterzugsmustern auf beiden Seiten der Platte 2 herangezogen. Die Leiterzüge schließen Anschlußflächen ein, die in den Zeichnungen mit den Bezugszeichen 18 und 20 gekennzeichnet sine So verbleiben bei der Behandlung der Schicht -6 Anschlußflachen 18 auf der einen Seite der Bohrungen 10 und bei Behandlung der Schichi

8 Anschlußflächen 20 auf der anderen Seite der Bohrungen 10, wie . j es am besten aus der Fig. 2 ersichtlich ist. , j

Die Auftrags- und Ätzverfahren, die zur Herstellung der Anschluß- ] flächen 18 und 20 verwendet werden, sind bekannt. So kann zum Beispiel die Schicht 6, wenn sie aus Kupfer besteht, geätzt werden, _g

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indem als Ätzwiderstandsmittel ein Auftrag von geschmolzenem Löt-

mittel verwendet wird (fused solder plating); während die aus rostn freiem Stahl hergestellte Schicht 8 in einem Verfahren geätzt wird\

j das dem üblichen chemischen Fräsen vergleichbar ist. Wenn auf diese Weise die metallischen Muster hergestellt worden sind, werden darauf folgend die Bohrlöcher 10 mit einem geeigneten elektrisch leitenden^

i Material durchkontaktiert, um die Anschlußflächen 18 und 20 mit - j pinander zu verbinden. Kontaktierungsmethoden für diesen Zweck sine gekannt und gehören zum Stand der Technik.

pie Platte 2 ist nunmehr für die Bestückung bereit. Wie zum Bei?
!spiel aus den Figuren 2 und 4- ersichtlich ist, werden die Anschluß-

!drähte des Bauelementes 16 zum Beispiel in die Löcher 10 einge-

[setzt , indem sie in die Löcher von der Seite eingeführt werden,
|auf der die kupfernen Anschlußflächen 18 ausgebildet sind. Die Bau- !'elemente werden dann mit der Platte in einer üblichen Flut-iötein-

!richtung (wave soldering means) mit der Platte verlötet, wodurch
jdie in der Fig. 2 mit der Bezugszahl 22 gekennzeichneten Lötmittelfüllungen aufgebaut werden. Die Schaltelementseite der erfindungsjgemäßen Schaltkarte sieht daher genauso wie die Schaltelementeseite: |der üblichen gedruckten Schaltkarten aus. In diesem Zusammenhang
muß darauf geachtet werden, daß die Bauelemente mit der richtigen
Seite nach oben montiert werden, um den Aufbau und die Identifizierung zu erleichtern.

Nach der so erfolgten Bestückung werden die Anschlußflächen 20
durch eine in Impulstechnik hergestellte Hart-Verdrahtung derart
verbunden, daß die gewünschte Schaltkreiskonfxguratxon erreicht

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wird. In den Figuren 3 und 3A werden Anordnungen für den Aufbau dei impulsgebundenen Hartdraht-Verdrahtung dargestellt. ^:

Gemäß Fig. 3 wird ein Draht 24, der vorzugsweise aus festem Nickel oder einem anderen geeigneten Material hergestellt ist, dixeh die Mitte einer Elektrode 26 geführt, während die andere Elektrode 28 auf der gleichen Seite der Platte und in der Nähe der Elektrode 26 aufgesetzt ist. Strom fließt von der Elektrode 26 durch den Draht 24, die Anschlußfläche 20 zur Elektrode 28, um den Draht 24· an είηφ Anschlußfläche 20 anzuheften, wie es in der Fig. 2 mit A gekennzeichnet ist. Gemäß Fig. 3A ist es aber auch möglich, daß sich die Elektroden 26 und 28 auf verschiedenen Seiten der Platte befinden; in diesem Fall fließt der Ström 26 durch den Draht 24, die Anschluß fläche 20, das durchkontaktierte Loch 10 und die Anschlußfläche 18 zur Elektrode 28, wenn der Draht 24 angeheftet werden soll.

Einen Teil einer erfindungsgemäßen Schaltkarte ist in der Fig. 4 dargestellt, wobei auf der Unterseite der Schaltkarte befindliche Anschlußflächen durch sich ebenfalls auf der Unterseite der Schaltf karte erstreckende Drähte 24 miteinander verbunden sind.

Es dürfte nun ersichtlich sein, daß die Erfindung gegenüber bekannten Schaltkarten große Vorteile aufweist, insbesondere dann, wenn man sie mit Schaltkasten nach der Mehrebenenschaltung und mit Schaltkarten vergleicht, bei denen die Drahtwickeltechnik verwendet worden ist. Zum Beispiel kommen die Anschlußstifte und ihr Einbau als auch das Anlöten an die Klemmen in Fortfall. Die elektronische^ Bauelemente werden eingesetzt und mit der Platte flutverlötet, wie

es bei den üblichen gedruckten Schaltkarten mit Drahtwickeltechnik: der Fall ist. Auch kommt die Handverbindung diskreter Bauelement- j

anschlußdrähte an Anschlußfahnen in Fortfall. Das Profil der Schalt: Jcarten und ihr Gewicht werden verringert, indem besondere Anschluß-

i !fahnen vermieden werden. Die einzelnen Bauteile können leicht

identifiziert werden, wenn die Platte mit ihnen bestückt ist. Da- j rüberhinaus kann die Impulsanheftung der Hart-Verdrahtung mit Hilfe| ^: ; I

piner automatischen Einrichtung erfolgen, die von einer numerischer! ßteuerung gesteuert wird. Auf diese Weise können Änderungen der ; Schaltkreise leicht bewerkstelligt werden.

Die Erfindung ist beispielsweise mit zwei Anschlußflächen 18 und
20, ein auf jeder Seite der Bohrung 10, dargestellt worden (vgl.
Fig. 2 und H). Dies ist eine besonders vorteilhafte Anordnung, da
jeweils eine der beiden Anschlußflächen 18 bzw. 20 für die Verdrahtung verwendet werden kann, während die andere für eine Änderung der Verdrahtung und eine Erweiterung derselben reserviert ist

fluch wenn die Erfindung bisher derart beschrieben worden ist, daß
iie Impulsanheftung der Hartverdrahtung auf der Seite der Schaltarte erfolgt, die der Bauteilseite gegenüberliegt, ist es bei
uswahl eines geeigneten Metalls für die Schicht 6 auch möglich,

(die Anheftung auf der Bauteilseite vorzunehmen, wie es zum Beispie]

{ Element

Jim Zusammenhang mit dem / 16 in der Fig. H dargestellt worden isjt,

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Claims

Dr. Ing. H. l· Diel. Ing. H ^ au,··': ." Dipl. [ng. E G..-δεί . - Γ 9 ^ 1 Λ ζ R R ■ ! P.- ;. '·';'. Schmitz υι. (·■ j. W, Wahne-rt 8 Miincuo;: 2, iair.. : -s^ The Bendix Corporation Telefon 5 5S 05 86 ; Executive Offices Bendix Center 22. März 1973 Southfield, Michigan H8O75, USA . Anwaltsakte: M-2567 Patentansprüche ■

1. Verfahren zur Herstellung einer Schaltkarte, dadurch gekennzeichnet , daß auf beiden Seiten eines Substrats vorbestimmte Leiterzüge ausgebildet werden, das Substrat in vorgegebenem Mustern durchbohrt wird, die Bohrlöcher für die leitende Verbin+ dung der Leiterzüge durchkontaktiert werden, Bauelemente mit den durchkontaktierten Löchern leitend verbunden werden und Hartdrähte mit wenigstens einem der Leiterzüge für den selektiven Anschluß der Bauelemente leitend angeschlossen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Verbinden der Bauelemente mit den durchkontaktierten Löchern aus dem Einsetzen der Bauelemente in die Löcher und dem Verlöten der Bauteile in den Löchern an beiden Enden erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß j

i das Verlöten durch Flutwellenverlotung der Bauelemente in den ■

Löchern an beiden Enden erfolgt, wodurch Lötmittelfüllungen auf--

gebaut werden. ;

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen von vorbestimmten Leiterzügen auf beiden Sei·- ten des Substrates durch das Aufbringen von metallischen Schichtten auf beiden Seiten des Substrates und durch das Photoätzen der vorbestimmten Leiterzüge in den metallischen Schichten bewerkstelligt wird,

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß das leitende Anschließen der Härtdrähte an den Leiter-! zug für den selektiven Anschluß der Bauelemente durch das Ansetzen einer Elektrode, durch die ein Hartdraht geführt ist, an dem einen Leiterzugmuster auf der einen Seite des Substrats und in der Nähe eines durchkontaktierten Loches, durch das Ansetzen einer weiteren Elektrode auf derselben Seite des Substrates in der Nähe der ersten Elektrode und durch einen Stromfluß durch die erste Elektrode, den Hartdraht, das Leiterzugmuster und die zweitö Elektrode bewerkstelligt wird, um den Draht an dem Leiterzug anzuheften.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschließen der Hartdrähte an die Leiterzüge für den selektiven Anschluß der Bauelemente durch ein Ansetzen einer Elektrode, durch die ein Hartdraht hindurchgeführt ist, an einem Leiterzug auf einer Seite des Substrates und in der Nähe eines durchkontaktierten Loches, durch das Ansetzen einer weiteren Elektrode auf einem Leitermuster auf der anderen Seite des Substrates, welches Leitermuster mit dem Leitermuster auf der ersten Seite des Substrates mittels des durchkontaktierten Loches verbunden

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ist/,· und durch den Stromfluß durch die erste Elektrode, den Hartdraht, das Leitermuster auf der einen Seite des Substrats, das durchkontaktierte Loch, das Leitermuster auf der anderen Seite des Substrates und die andere Elektrode bewerkstelligt wird, um, den Draht an dem Leitermuster auf der anderen Seite des Substrats anzuheften.

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7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bau-^: teile in die Löcher von einer Seite der Schaltkarte eingesetzt i werden, j

8» Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß der Hartdrähte an die Leiterzüge für den selektiven Anschluß der Bauelemente durch das Anheften der Härtdrähte an die Leiterzüge entweder auf der der Bestückungsseite des Substrates gegenüberliegenden Seite oder auf der Bestückungsseite des Substrates erfolgt.

9» Schaltkarte hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, gekennzeichnet durch ein Substrat (4), Leiterzüge (6,8) auf beiden Seiten des Substrates, das mit durchkontaktierten Löchern (10)für die leitende Verbindung der Leiterzüge auf einer Seite des Substrats mit den Leiterzügen auf der anderen Seite des Substrats versehen ist j durch Bauelemente (12,14,16), die in den durchkontaktierten Löchern (10) gehalten und leitend mit diesen verbunden sind, und durch Hartdrähte (24) die leitend an den Leiterzügen auf wenigstens einer Seite angeheftet sind, um einen selektiven Anschluß der Bauelemente zu ermöglichen.

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10. Schaltkarte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterzüge Anschlußflächen (18,20) aufweisen, die durchkontak-

; tierten Löcher (10) leitend mit den Anechlußflachen verbunden sind, und die Hart-Drähte (2¹+) leitend an den Anschlußflächen

' der Leiterzüge angeheftet sind.

ill. Schaltkarte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die

: Leiterzüge auf wenigstens der einen Seite des Substrates (4)

Paare von Anschlußflächen (18) aufweisen, die jeweils mit einen der durchkontaktierten Löcher (10) leitend verbunden sind,und daß die Hartdrähte (2M-) leitend mit wenigstens einer der Anschlußflächen (18) verbunden sind.

12. Schaltkarte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente (12,14,16) in den durchkontaktierten Löchern (10) j auf einer Seite des Substrates (4) gehalten sind und die Hart-Drähte (24) an die Leiterzüge entweder auf derselben Seite des Substrates wie die Bauelemente oder auf der den Bauelementen gegenüberlxegenden Seite des Substrates angeheftet sind.

13. Schaltkarte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) auf beiden Seiten leitende Schichten (6,8) aufweist und daß in diesen Schichten die Leiterzüge ausgebildet sind.

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