DE2333383C3 - Verfahren zur Herstellung eines Satzes von Kopiervorlagen für die Erzeugung der Leitungsmuster einer gedruckten Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren /ur Herstellung eines Sat/es von Kopiervorlagen für die (z. B. durch Fotoätzen erfolgende) Erzeugung der Leitungsmuster einer gedruckten Schaltung auf den einzelnen elektrisch isolierenden Lagen einer Mehrlagenplatte auf der Grundlage eines vorliegenden Schaltkreisdiagramms nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Gedruckte Schaltungen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Gedruckte Schaltungen in einfacher Technik bestehen aus einer dünnen Platte aus isolierendem Material. /. B. einer laminierten Glasfaserplatte, auf deren beiden Seiten ein Muster von Leitungsbahnen vorhanden ist Die Leitungsbahnen verbinden die einzelnen in den beireifenden Schaltkreis eingehenden Bauelemente, wie Widerstände, Kondensatoren, Spulen und Transistoren oder Röhren, sowohl untereinander als auch mit einem S'lromversorgungsteil und einem Nullpotential (Gestell).

Zur Erzeugung der Leitungsmuster sind verschiedene Verfahren bekannt, z. B. das Fotoät2:en und der Siebdruck. In beiden Fällen muß zunächst eine Kopiervorlage erstellt werden. Hierzu wird das Leitungsmuster auf einem dünnen durchsichtigen Film ausgelegt, der x. B. beim Fotoätzen als Negativ dient. Die Planung des Leitungsmusters wird auf einem Stück durchsichtigen Papiers, dem Millimeterpapier oder Modulpapier untergelegt ist, ausgeführt; sie geht normalerweise auf der Basis eines Schaltbildes des betreffenden Schaltkreises vor sich, wobei in dem Schaltbild die gewöhnlichen normierten Bauteilsymbole verwendet werden.

Der betreffende Schaltkreis (z. B. ein Verstärker) ist oft kompliziert, so daß die Plattenauslegung bzw. die Planung des Leitungsmusters eine beschwerliche Arbeit darstellt die oft mehrmals durchgeführt werden muß, bevor das Ergebnis praktisch verwendbar ist. Die Schwierigkeiten entstehen vor allem durch den Umstand, daß keine Leitungsbahnen einander kreuzen dürfen, da das Leitungsmuster in einer oder — falls erforderlich — in zwei Ebenen auf beiden Seiten der Isolierplatte verläuft.

Zur Umgehung dieser Schwierigkeiten bei der Herstellung notwendiger Verbindungen zwischen den in einen Schaltkreis eingehenden Bauelementen ist es bekannt, sich einer sogenannten Brücke zu bedienen. Eine solche Brücke kann bei einer Ein/elplatte dadurch hergestellt werden, daß an der isolierten Seite der Platte eine Leitungsbahn hergestellt wird, die an der Metallfolienseite mit Leitung<bahnen verbunden ist; man kann auch an der Metallfoüenseite die gewünschte Verbindung mittels eines isolierten Einzelleiters herstellen. Das Problem ist sowohl bei Einzel- als auch bei Doppelplatten bekannt und die Lösung mit Hilfe der Brükke repräsentiert in Wirklichkeit eine Notlösung.

Bei komplizierten Schaltkreisen kommt man mit einer einzigen Platte nicht mehr aus. Es werden in diesem Falle Mehrlagenplatten verwendet, die an passenden Stellen durch Bohrungen miteinander verDunden sind. Zum Anschluß einer bestimmten Platte ist diese in der Gegend einer Bohrung mit einem Lötring versehen, an den ein in die Bohrung gesteckter Leiter angelötet werden kann.

Der Aufriß einer solchen Mehriagenplatte ist beispielsweise i,i der Zeitschrift »ELEKTRONIC DESIGN«, 1967, Heft 3. S. 54 bis 59 beschrieben. Hiernach wird zur Herstellung eines Satzes von Kopiervorlagen zunächst eine Vorlage hergestellt, in der die räumliche Verteilung sämtlicher Komponenten und ihrer Anschlüsse angegeben ist. Diese durchsichtige Vorlage wird zusammen mit einer der voraussichtlichen Schichtenzahl entsprechenden Anzahl durchsichtiger Folien auf einem Lichtkasten angeordnet und die Lagen werden untereinander in der Weise fixiert, daß ein leichter Zugang zu allen Lagen besteht. Die Anzah! der benötigten Lagen steht hierbei nicht von vornherein fest, sondern wird auf Grund der Erfahrung gewählt und kann sich im Laufe der Konstruktionsarbeit noch ändern. Danach werden auf den einzelnen Folien die Leitungsbahnen zwischen den in der Vorlage sichtbaren Anschlüssen der einzelnen Komponenten und den äußeren Anschlußklemmen eingezeichnet. Die Verteilung der Leitungsbahnen auf die einzelnen Schichten isl hierbei weitgehend willkürlich und erfordert große Umsicht und Erfahrung; häufig sind nachträgliche Abänderungen erforderlich. Wenn schließlich alle Lei tungsbahnen kreuzungsfrei untergebracht sind, werder die Lötringe für die einzelnen zu bildenden Lagen ge trennt auf einer Folie reproduziert und auf die betref fenden Bleistiftskizzen aufgelegt, woraufhin die Lötrin ge und Leitungsbahnen in bekannter Weise mit Klebe band ausgeführt werden können, um reproduktionsfä hige Originale der einzelnen Teilplatten zu erhalten.

Man benötigt bei dieser Arbeitsweise oft zehn Lagei

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und mehr zur Verteilung der Leitungsbahnen. Die Arbeit erfordert große Erfahrung und Umsicht und ist sehr zeitraubend, zumal das ganze Layout nur im ganzen von einer einzigen Person ausgeführt wrden kann.

Der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem zuletzt geschilderten Verfahren, bei dem eine den Lagen entsprechende Anzahl durchsichtiger Folien zusammen mi» einer zur Angabe der Komponentenplazierung dienenden durchsichtigen Folie auf einem Lichtkasten angeordnet wird und diese Lagen untereinander in der Weise fixiert werden, daß ein leichter Zugang zu allen Lagen besteht, wonach auf den Folien die Leitungsbahnen zwischen den Anschlüssen der einzelnen Komponenten und zu den äußeren Anschlußklemmen eingezeichnet werden, die Konstruktionsarbeit durch Beschränkung auf eine geringe, feststehende Anzahl von Lagen zu beschleunigen und zu vereinfachen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß auf den Lichtkasten zuerst ein Stück Modulpapier, dann drei Transparentfolien zur Herstellung der Vorlagen für eine »Komponentenlage«, eine »Stromversorgungslage« und eine »Verbindungslage« der Mehrschichtenplatte, und schließlich ein Stück Zeichenpapier aufgelegt werden, daß auf allen Folien gleichzeitig Lötstellen und Durchführungen der Anschlüsse der einzelnen Komponenten vermerkt (z. B. durchgestochen) und zugleich die künftigen Komponentenplazierungen au^f das oberste Stück Zeichenpapier gezeichnet werden, sowie die Lötringe und Leitungsbahnen Schritt für Schritt entsprechend dem Schaltkreisdiagramm derart auf die drei Vorlagenfolien verteilt werden, daß in die Komponentenlage die Verbindungsleitungen der Komponenten untereinander, in die Stromversorgungslage die Verbindungsleitungen der Komponenten mit gemeinsamen Stromversorgungsleitungen und in die Verbindungslage die Anschlußleitungen der Komponenten an äußere Klemmen zu liegen kommen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Probleme beim Layout des Musters der Leitungsbahnen (viele Lagen in der Mehrlagenplatte. große Umwege für einige Strombahnen in den einzelnen Lagen, großer Zeitaufwand für die Erstellung des Musters) verhältnismäßig leicht behoben werden könner, wenn man sich von vornheiein die Mehrlagenplatte in drei Lagen aufgeteilt denkt, von denen eine Lage als »Stromversorgungslage«, eine andere Lage als »Verbindungslage« und eine dritte Lage als »Komponentenlage« bezeichnet werden kann. Die elektrischen Verbindungen zwischen den drei Lagen werden größtenteils von den Komponenten selbst besorgt, so daß kaum Zwischen "verbindungen der einzelnen Lagen untereinander erforderlich sind. Durch diese Erkenntnis wird die Arbeit des Konstrukteurs enorm erleichtert, da er von vornherein weiß, jnit wievielen Vorlagen bzw. durchsichtigen Folien gearbeitet werden soll. Bei den bekannten Verfahren weiß man dagegen, wie erwähnt, nicht von vornherein, wieviele l.arrri letzten Endes pehraucht werden.

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Es hat sich gezeigt, daß seihst bei kompliziertesien Schaltungen, wo man bisher auf die Anwendung von mehr als zehn Lagen angewiesen war, erfindungsgemäß eine Beschränkung auf drei Lagen möglich geworden ist. Auch wird zur Auslegung keine größere Fachkenntnis vorausgesetzt.

Die Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die Zeichnung näher erklärt.

F i g. 1 zeigt die drei verschiedenen Lagen;
F i g. 2 zeigt die drei Transparentfolien übereinander angebracht;

F i g. 3 ist ein Montierungsbeispiel einiger diskreter Komponenten auf der aus den drei Lagen zusammengesetzten Schaltungsplatte;

Fig.4 zeigt ein Montierungsbeispiel von geschirmten Verbindungen.

In F i g. 1 sind drei verschiedene Lagen gezeigt, so wie diese bei der Auslegung eines ganz bestimmten Schaltkreises ausgehen. Das Aussehen kann etwas variieren — abhängig davon, wie die ein/einen Schaltkreiskomponenten im Verhältnis zueinander plaziert werden, da man in dieser Hinsicht recht frei steht. Die gezeigten Figuren können teils als eine Abbildung der Kopiervorlagen aufgefaßt werden, die zum Entwickeln von Leitungsmustern auf den verschiedenen Metallauflagen in Verbindung mit der in der Einleitung erwähnten Fotoresist- oder Siebdruckmethode verwendet werden, indem jedoch auch andere bekannte Methoden angewandt werden können, teils als eine Abbildung der fertiger. Teilplatten.

Mit 1 wird allgemein auf eine »Komponentenlage« hingewiesen, womit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Schaltkreiskomponenten untereinander etabliert wird. Mit 2 wird allgemein auf eine »Stromversorgungslage« hingewiesen, womit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einer Anzahl Komponenten, und zwar sowohl aktiven als auch passiven Komponenten, und dem einen Pol der Stromversorgung bzw. zwischen einer Anzahl Komponenten und einem gemeinsamen Gestellpunkt oder einem gemeinsamen Nullspannungsniveau hergestellt wird. Mit 3 wird allgemein auf eine »Verbindungslage« hingewiesen, womit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den auf der Platte angebrachten Schaltkreiskomponenten und äußeren Komponenten hergestellt wird, z. B. Regelungswiderstände und Potentiometer bzw. Umschalter, soweit diese nicht zweckmäßig auf der betreffenden Komponentenlage angebracht werden konnten.

Auf den Teillagen sind typische Lötringe 4 gezeigt, die manchmal untereinander mit Leitungsbahnen 5 verbunden sind.

Auf der Stromversorgungslage 2 ist ein typischer Anschluß an den positiven oder negativen Pol bzw. Pole 6 der Versorgungsquelle oder -quellen und ei" typischer gemeinsamer Gestellpiinkt 7 gezeigt Aus der F,_t,i:r geht ferner hervor, dall die Komponentenlage 1 und die Stromversorgiingslag 2 schmaler sind als die VerHndungslage 3. so dall, wenn diese drei Teillagen übereinander angebracht we den. Plat/ fur den Ai: sch'ill ernes Kantenanschluß .tucks entlang der einen Käme der Verbindungslage vorhanden ist. wozu elek tri'u h leitende Kantenanschlüsse 8 hinausgeführt sind. Die zweckmäßigste Reihenfolge, in der die Teillagen angcbnu ht sind, ist daher, dali die Komponentenlage t oben angebracht wird, während die Stromversorgung^

lage 2 und die Verbindungslage 3 ohne weiteres den Platz untereinander tauschen können. Die obengenannte Bildung einer Zunge, an die ein Kanlenanschlußstück angeschlossen werden kann, ist nur notwendig, sofern die Teillagen auf Basis von dicken metallfolienbelegten Isolationsplatten hergestellt werden sollen, die eine Dicke von etwa 1,5 mm haben. Im Handel sind inzwischen auch metallfolienbelegte Isolationsplatten mit einer Dicke von 0,5 mm erhältlich, so daß alle Platten dieselben Außenmaße erhalten können. Hierdurch wird hinsichtlich der Außenmaße eine größere Möglichkeit für Standardisierung der Teilplatten erzielt.

Die elektrischen Verbindungen /wischen den Teillagen werden von den in den betreffenden Schaltkreis eingehenden Schaltkreiskomponenten vermittelt, so wie es in F i g. 3 gezeigt ist. Hier ist oben die Komponentenlage 1 mit nach unten weisenden Leitungsbahnen gezeigt, darunter folgt die Stroinversorgungslage 2. ebenfalls mit nach unten weisenden Leitungsbahnen, und zuletzt die Verbindungsiage 3. die auf die gleiche Weise wie die beiden vorigen Teillagen orientiert ist. Auf der Zeichnung ist ein Transistor 9 ersichtlich, dessen drei Elektroden je an eine Teillage angelötet sind, und ein Widerstand ΊΟ, dessen Enden an die zwei unteren Teillagen angelötet sind. Die Figur zeigt das Prinzip der Montierung der Schaltkreiskomponenten auf der Mehrschichtenplatte.

Die Herstellung der Transparentfolien geht folgendermaßen vor sich.

Ein Stück Millimeterpapier oder Modulpapier wird auf ein Zeichenbrett gespannt, worüber drei Lagen durchsichtiges Filmmaterial, sowie ein Stück durchsichtiges Zeichenpapier gelegt werden. Anstatt eines Zeichenbretts kann auch ein sogenannter Lichtkasten verwendet werden, wobei das Millimeter- oder Modulpapier zweckmäßig transparent ist. Diese Lagen werden mit Hilfe von Heftzwecken oder einem ähnlichen Befestigungsmittel entlang der einen Kante fixiert, so daß Zutritt zu den unteren Lagen besteht. Auf Grund eines vorliegenden Schaltkreisdiagramms und auf Grund der Kenntnis der körperlichen Dimensionen der einzelnen Komponenten wird nun auf dem durchsichtigen Stück Zeichenpapier die Plazierung der einzelnen Komponenten untereinander aufgezeichnet — unter gebührender Rücksichtnahme auf den zur Verfügung stehender· Platz. Für jede einzelne Komponente gilt, daß die Folien dort durchstochen werden, wo die Endanschiüsse der Komponenten durchgeführt werden sollen, und die Folie, auf der die Lötung erfolgen soll, wird mit einem Lötring versehen, gleichzeitig damit, daß die Leitungsbahnen zwischen den verschiedenen Lötringen mit einem schmalen Streifen angegeben werden. Auf diese Weise geht man nach und nach von Komponente zu Komponente das Programm durch, wobei man bei der Anbringung der verschiedenen Lötringe dafür sorgt, daß keine Lötringe einander überlappen.

Wenn die verschiedenen Leitungsmuster auf den verschiedenen Folienlagen derartig fertiggestellt sind, werden diese in bekannter Weise zur Bildung eines Leitungsmusters auf den mit Metallfolie belegten Isolationsplatten verwendet. Um eine genaue Passung der Platten untereinander zu erzielen, werden die Folien mit Markierungen versehen, die gerade übereinanderliegen und die die Ecken eines Dreiecks bilden können. Wenn die Plat'.en fertig geätzt sind, worden diese an den obengenannten drei Eckpunkten durchbohrt, so daß diese Planen mittels dreier Stifte h der richtigen Plazierung untereinander /usammengespannt werden können. Hiernach werden die Platten auf gewöhnliche Weise bei den Lötringen durchbohrt, durch welche die Anschlußdrähte der Komponenten zu suchen sind, und es werden Öffnungen in den darunterliegenden Platten angebracht, wo die Enddrähte der Komponenten an die zwischenliegenden leitenden Schichten angelötet werden sollen, wie bei ii in F i g. 3 gezeigt. Wenn die ein zelnen Komponenten auf der Karte los<· montiert sind kann die Lötung zweckmäßig mittels Tauchlötens er folgen, wobei die Teilplatten so hart zusammenge spannt werden, daß das Lötzinn nicht zwischendurch fließen kann, sondern sich nur an die Stellen anheftet wo sich im voraus ein freier Lötring aus Kupfer befin det. Außer Tauchlöten können gegebenenfalls andere bekannte Lötmethoden Verwendung finden.

Es können verschiedene Änderungen in der Forrr und den Einzelheiten vorgenommen werden. Wenr man z.B. gute HF-mäßige Eigenschaften der Schal tungsplatte wünscht, ist es auch möglich, statt dei schmalen Leitungsbahnen große Kupferflächen mil demselben Potential zu bilden, so daß diese größerer zusammenhängenden Kupferbereiche untereinandei nur durch schmale metallfreie Streifen getrennt sind Auf diese Weise wird eine effektive Abschirmung zwi sehen den einzelnen Lagen erzielt.

Sowohl in HF- als auch in NF-Schaltungen werdcr für »kritische« Verbindungen geschirmte Leitunger verwendet. Eine solche abgeschirmte Leitung kann ir einfacher Weise im Zusammenhang mit dem vorliegen den Verfahren hergestellt werden. Dies ist in F i g. ^l gezeigt.

Hier sind dieselben drei Teillagen wie in 1- i g. 3 ge zeigt, aber die oberste Teillage besteht aus einer Iso lierplatte, die auf beiden Seiten mit Metallfolie beleg ist. Die sogenannte »heiße« Leitung, die abgeschirm werden soll, ist mit 12 bezeichnet, während die diesi Leitung isolierenden Leitungsbahnen oder größerei leitenden Gebiete, die sich sowohl oben als auch untei sowie auf beiden Seiten der »heißen« Leitung 12 befin den können, gemeinsam mit 13 bezeichnet sind. Sie sin< mit dem Gestell oder einem anderen geeigneten Null potential verbunden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung eines Satzes von Kopiervorlagen für die Erzeugung der Leitungsmuster einer gedruckten Schaltung auf den einzelnen elektrisch isolierenden Lagen einer Mehriagenplatte auf der Grundlage eines vorliegenden Schaltkreisdiagramms, bei dem eine den Lagen entsprechende Anzahl durchsichtiger Folien zusamme.) mit einer zur Angabe der Komponentenplazierung dienenden durchsichtigen Folie auf einem Lichtkasten angeordnet wird und diese Lagen untereinander in der Weise fixiert werden, daß ein leichter Zugang zu allen Lagen besteht, wonach auf den Folien die Leitungsbahnen zwischen den Anschlüssen der einzelnen Komponenten und zu den äußeren Anschlußklemmen eingezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Lichtkasten zuerst ein Stück Modulpapier, dann drei Transparentfolien zur Herstellung der Vorlagen für eine »Komponentenlage« (1), eine »Stromversorgungslage« (2) und eine »Verbindungslage« (3) der Mehrschichtenplatte, und schließlich ein Stück Zeichenpapier aufgelegt werden, daß auf allen Folien gleichzeitig Lot- :i5 stellen und Durchführungen (11) der Anschlüsse der einzelnen Komponenten (9, 10) vermerkt (z. B. durchgestochen) und zugleich die künftigen Komponentenpla/ierungen auf das oberste Stück Zeichenpapier gezeichnet werden sowie die Lötringe (4) und Leitungsbahnen (5) Schritt für Schritt entsprechend dem Schaitkreisdiagramm derart auf die drei Vorlagenfolien verteilt werden, daß in die Komponentenlage (1) die Verbindungsleitungen der Komponenten untereinander, in die Stromversorgungslage (2) die Verbindungsleitungen der Komponenten mit gemeinsamen Stromversorgungsleitungen (6. 7) und in die Verbindungslage (3) die Anschlußleitungen der Komponenten an äußere Klemmen (8) zu liegen kommen.