DE2360694B2 - Schaltkreisplatine und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltkreisplatine mit einer Löcher zur Aufnahme von Anschlußdrähten von Bauelementen aufweisenden, aus Isoliermaterial bestehenden Trägerplatte, die auf wenigstens einer Plattenfläche in zumindest an einen Teil der Löcher unmittelbar angrenzenden Bereichen eine erste Schicht aus elektrisch leitendem, widerstandsschweißbarem Material und zumindest in an die Löcher unmittelbar angrenzenden Bereichen eine zweite, über der ersten Schicht angeordnete Schicht aus einem elektrisch leitenden lötbaren Material trägt, wobei sich die erste Schicht zur Bildung von zum Anschweißen von Drähten geeigneten Anschlußbereichen freiliegend über die zweite Schicht hinaus erstreckt.

Die gebräuchlichsten Arten gedruckter Schaltkreisplatinen weisen eine Platte aus Isoliermaterial sowie eine darauf angeordnete Kupferschicht auf, die in einen vorbestimmten Schaltungsmuster geätzt wurde. Be

;iner Art dieser Schaltkreisplatinen werden durch die Platte Löcher gebohrt und die Löcher im Inneren und in unmittelbar umgebenden Bereichen kupferplattiert. Die Zuleitungen der Schaltungselemente ader anderer Komponenten werden dann von der Oberseite der Platte in die Löcher eingeführt Die gesamte Bodenoberfläche der Platte wird dann schwallgelötet, um die Löcher mit Lötmittel auszufüllen und die Zuleitungen hierdurch zu befestigen. Bei manchen Anwendurgsfällen müsse:, nachträglich an bestimmte Bereiche der gedruckten Schaltung Drähte angeschlossen werden, insbesondere an Bereiche um Löcher, welche Bauteil-Zuleitungen enthalten. Obwohl die Drähte an die KupferanschlußPächen angelötet werden können, sind derartige Anschlüsse vielfach unzuverlässig und können durch automatische Schweißmaschinen nicht oder nur sehr schwer hergestellt werden. Im allgemeinen werden geschweißte Drahtanschlüsse durch Widerstandschweißen hergestellt Dem steht jedoch entgegen, daß Kupfer kein »schweißbares« Material ist Dies bedeutet, daß die gegenwärtige Technologie keine zuverlässigen Widerstandsschweißungen mit Kupfer zu niedrigen Kosten gestattet. Der Grund hierfür liegt im besonders niedrigen spezifischen Widerstand von Kupfer. Ein Bereich, in dem geschweißt werden soll, kann damit nicht schnell genug durch den hindurchtretenden Elektrodenstrom aufgeheizt werden.

Geschweißte Drahtanschlüsse werden im allgemeinen bei gedruckten Schaltkreisen unter Verwendung separater Stifte aus schweißbarem Material hergestellt, die sich durch die Platte hindurch erstrecken und an Ort und Stelle festgelötet sind. An die Stifte können dann Drähte aus einer Nickellegierung, deren spezifischer Widerstand ein Mehrfaches desjenigen von Kupfer ist, angeschweißt werden. Die Verwendung separat eingesetzter Stifte führt zu erhöhten Kosten und verringert die Zuverlässigkeit

Au? der US-PS 35 66 005 ist darüber hinaus eine Schaltkreisplatine bekannt, deren stromführende Leiterbahnen zwischen zwei elektrisch isolierenden Trägerplatten eingeschlossen und über nietenartige, durchplattierte Lochauskleidungen mit einer auf einer der Plattenseiten bereichsweise angeordneten Nickelschicht verbunden sind. Durch die Löcher hindurchtretende Drähte von Bauelementen sind an den durch die Nickelschicht gebildeten Anschlußbereichen angeschweißt. Die bekannte Schaltkreisplatine wird hergestellt, indem durch die auf wenigstens einer Seite mit der Nickelschicht beschichtete Trägerplatte an den zur Kontaktierung mit einem Draht vorgesehenen Stellen Löcher gebohrt werden, die Löcher mit Kupfer und dann mit Gold plattiert werden und schließlich die Nickelschicht an den nicht zum Anschweißen der Drähte benötigten Stellen abgeätzt wird. Die Lochauskleidungen verbinden die Nickelschicht mit den aus Kupfer bestehenden, auf der gegenüberliegenden Plattenseite vorgesehenen Leiterbahnen der gedruckten Schaltung.

Schweißverbindungen sind jedoch aufwendig und teuer; sie bleiben deshalb in der Regel auf solche Verbindungen beschränkt, an die besonders hohe mechanische Anforderungen gestellt sind, wie z. B. Anschlußverbindungen externer Drähte. Die bekannte Schaltkreisplatine kann jedoch nicht schwallgelötet werden, wie es etwa aus Kostengründen bei weniger beanspruchten Anschlußdrähten von Bauelementen wünschenswert wäre. Da Nickel sowohl schweißbar als auch lötbar ist würden die Anschlußbereiche der Schaltkreisplatine beim Sehwallöten mit einer Zinnschicht überzogen werden, was ein nachträgliches Anschweißen externer Anschlußdrähte unmöglich machen würde.

Die Erfindung hat nun die Aufgabe, eine Schaltkreisplatine mit lötbaren Anschlußbereichen als auch schweißbaren Anschlußbereichen anzugeben, zu deien Bestückung mit Bauelementen herkömmliche Lötverfahren der Massenhersteilung angewandt werden können, ohne die Schweißbarkeit der schweißbaren Anschlußbereiche zu beeinträchtigen.

Ausgehend von der eingangs näher erläuterten Schaltkreisplatine löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß die erste Schicht aus einem nicht lötbaren Material besteht

Hierdurch wird eine gedruckte Schaltungsplatine erhalten, die sowohl Löt- als auch Schweißverbindungen zuläßt und die mit Verfahren der Massenherstellung selbst bei sehr komplizierten Schaltkreisen mit minimalen Kosten hergestellt werden kann. Da die schweißbaren Anschlußbereiche aus einem schweißbaren, jedoch nicht lötbarem Material, insbesondere rostfreiem Stahl, hergestellt sind, bleiben die schweißbaren Anschlußbereiche beim Schwallöten der mit Bauelementen bestückten Schaltkreisplatine sauber. An die schweißbaren Anschlußbereiche können nachträglich problemlos externe Anschlußdrähte angeschweißt werden.

Der spezifische Widerstand der durch die erste Schicht gebildeten schweißbaren Bereiche ist vorzugsweise mehr als zehnmal so groß wie der spezifische Widerstand von Kupfer, aus dem die zweite Schicht vorzugsweise besteht.

Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Schaltkreisplatine kann ein zweistufiges Atzverfahren angewandt werden, in dessen einer Stufe ein Ätzmittel verwendet wird, welches sowohl das lötbare als auch das schweißbare Material angreift und die Leiterbereiche herausformt und in dessen anderer Stufe ein Ätzmittel verwendet wird, welches lediglich das lötbare Material angreift und es in gewissen Flächen der Leiterbereiche abträgt, womit schweißbare Anschlußflächert zurückbleiben. Es kann noch gleichmäßiger geschweißt werden, wenn unter dem schweißbaren Material eine Unterschicht aus hoch leitfähigem Material vorgesehen ist.

Im Einzelnen kann die Schaltkreisplatine hergestellt werden, indem Folien aus schweißbarem Material, wie z. B. rostfreiem Stahl, auf beide Oberflächen der z. B. aus Epoxyglaslaminat als Isoliermaterial bestehenden Platte in bekannter Weise aufgebracht und in die Baueinheit Löcher gebohrt werden. Dann wird auf beide Folien aus rostfreiem Stahl und auf die Wände der Löcher herkömmlich eine Kupferschicht aufplattiert. Auf das Kupfer wird in einem vorbestimmten Muster eine erste Deckschicht aufgebracht. Die Baueinheit wird sodann mit einem ersten Ätzmittel, wie z. B. Eisenchlorid, das sowohl gegen rostfreien Stahl als auch gegen Kupfer wirksam ist, besprüht. Auf diese Weise bleiben doppelschichtige Anschlußbereiche um die Löcher zurück. Über den Löchern und über kleinen, die Löchei umgebenden Flächen der Baueinheit wird eine zweite Deckschicht aufgebracht, die somit lediglich gewisse Bereiche jedes Anschlußbereichs bedeckt. Die Bauein heit wird dann mit einem zweiten Ätzmittel, wie ζ. Β Chromsäure!, behandelt, das nur gegenüber Kupfer um nicht gegen rostfreien Stahl wirksam ist. An Stellen, ai denen der rostfreie Stahl frei zugänglich ist, bleibei schweißbare Anschlußflächen zurück, die mit dei

kupferbedeckten und bis zu den Löchern sich hinstrekkenden Bereichen des rostfreien Stahls einstückig verbunden sind. Die Zuleitungen der Bauteile können von der Oberseite in die Löcher eingesetzt werden und die gesamte Bodenoberfläche der Baueinheit kann dann schwallgelötet werden, um die Löcher mit Lötmittel auszufüllen und die Zuleitungen zu befestigen. Das Lötmittel wird nicht am rostfreien Stahl haften bleiben. Drähte aus einem Material, wie z. B. Nickel, können durch Anschweißen an den schweißbaren Anschlußflächen aus rostfreiem Stahl an der gedruckten Schaltungsplatine befestigt werden.

In einer anderen Ausführungsform einer gedruckten Schaltungsplatine wird auf der Platte aus Isoliermaterial unter der Schicht aus rostfreiem Stahl eine Unterschicht aus Kupfer aufgebracht. In der fertiggestellten Platte weisen deshalb alle schweißbaren Anschlußbereiche unter dem frei zugänglichen rostfreien Stahl eine Kupferschicht auf. Die Unterschicht aus Kupfer stellt einen niederohmigen Stromweg zu jedem Punkt der schweißbaren Anschlußfläche sicher, da der in den rostfreien Stahl eintretende Strom entlang der Unterschicht zum Lochbereich fließen kann. Diese Ausführungsform ermöglicht einen gleichmäßigeren Widerstand beim Widerstandsanschweißen von Drähten an die schweißbaren Bereiche, unabhängig vom speziellen Punkt, an dem die Schweißung durchgeführt wird.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt

F i g. 1 eine teilweise, perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß konstruierten Schaltungsbaueinheit,

F i g. 2 eine teilweise, nicht maßstabsgetreue Schnittansicht einer gedruckten Schaltkreisplatte in einer ersten Stufe des Herstellungsverfahrens, in der auf einem Träger aus Isolierstoff eine Schicht aus schweißbarem Material, wie z. B. rostfreiem Stahl, aufgebracht wurde und die Löcher der Baueinheit gebohrt wurden,

Fig.3 eine der Fig.2 entsprechende Ansicht, nachdem die Löcher rückgeätzt wurden,

Fig.4 eine der Fig.3 entsprechende Ansicht, nachdem der rostfreie Stahl mit einem Nickelüberzug beschichtet wurde,

F i g. 5 eine der F i g. 4 entsprechende Ansicht, nachdem die Baueinheit nach F i g. 4 einschließlich der Innenseiten der Löcher mit einem lötbaren Material, wie z. B. Kupfer, elektroplattiert (panel-plated) wurde,

F i g. 6 eine Draufsicht auf die Baueinheit nach F i g. 5 nach dem Aufbringen einer Deckschicht in einem ersten Muster,

F i g. 7 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 7-7 aus Fig.6, nachdem die Baueinheit mit einem sowohl die Kupfer- als auch die rostfreien Stahlschichten angreifenden ersten Ätzmittel behandelt wurde,

F i g. 8 eine Draufsicht auf die Baueinheit nach F i g. 7, nachdem eine Deckschicht in einem zweiten Muster aufgebracht wurde,

F i g. 9 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 9-9 aus Fig.8, nachdem die Baueinheit mit einem zweiten Ätzmittel behandelt wurde, das zwar die Kupferschicht und die Nickelschicht, nicht jedoch die Schicht aus rostfreiem Stahl angreift,

Fig. 10 eine teilweise Schnittansicht der Baueinheit nach Fig.9 nach dem Einlöten der Bauteile und während des Anschweißens eines Anschlußdrahts,

Fig. 11 eine teilweise Schnittansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer gedruckten Schaltungsplatte.

F i g. 1 zeigt eine gemäß der Erfindung konstruierte Schaltungsbaueinheit 10 mit einer gedruckten Schaltung 12, die eine Isolatorgrundplatte 14 und darauf in Form von Schichten aufgebrachte Leiterbereiche aufweist. Die Leiterbereiche umfassen Anschlußflächen 16, die im allgemeinen voneinander getrennt sind und langgestreckte Leiterstreifen 18, die einige der Anschlußflächen 16 miteinander verbinden. »Integrierte Schaltkreis«-Bauelemente 20 weisen Zuleitungen 22 auf, die an der gedruckten Schaltung 12 durch Lötverbindungen befestigt sind. Jede Zuleitung 22 erstreckt sich durch ein Loch in der gedruckten Schaltung 12 und ist dort festgelötet. Einige der Anschlußflächen 16, wie z. B. die Anschlußflächen 16a und 166, sind außerdem durch angeschweißte Drähte 24 miteinander verbunden. Sowohl lot- als auch schweißbare Verbindungen werden durch Anschlußflächen 16a, 16b ermöglicht, die jeweils einen lötbaren Bereich 26 und einen schweißbaren Bereich 28 aufweisen. Im lötbaren Bereich 26 besteht die oberste Schicht aus einem lötbaren Material, wie z. B. Kupfer, und im schweißbaren Bereich 28 besteht die oberste Fläche aus rostfreiem Stahl. Fig. 10 zeigt Einzelheiten zweier auch zum Anschweißen geeigneter Anschlußflächen 16. Sie zeigt, wie die lötbaren und schweißbaren Bereiche 2(5 bzw. 28 unabhängig voneinander zum Herstellen von Verbindungen verwendet werden können, indem die Zuleitungen 22 der Bauteile angelötet und die Drähte 24 angeschweißt werden.

Löten und Widerstandsschweißen sind zwei zum Herstellen elektrischer Verbindungen gebräuchliche Verfahren, die jedoch unterschiedliche Materialeigenschaften erfordern. Gutes Löten erfordert im allgemeinen ein Material mit relativ hoher chemischer Aktivität, damit dessen Oberflächenoxyde durch Kolophonium-Flußmittel schnell entfernt werden können und sich das Lot schnell mit ihm verbindet. Widerstandsschweißen erfordert im allgemeinen Materialien mit mäßigem Widerstand, damit durch den hindurchtretenden Strom ausreichende Hitze erzeugt werden kann. Materialien, wie z. B. Kupfer, werden durch Flußmittel auf Kolophoniumbasis leicht aktiviert und lassen sich deshalb leicht löten; sie lassen sich aber auf Grund ihrer hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit nicht zuverlässig widerstandsschweißen. Es wurde herausgefunden, daß gut geschweißt werden kann, wenn Drähte aus einem Material, wie z. B. Nickel oder einer Nickellegierung, verwendet werden, dessen spezifischer Widerstand etwa das Sechsfache desjenigen von Kupfer ist und wenn sie an einem Material angeschweißt werden, dessen spezifischer Widerstand ebenso hoch ist wie der von rostfreiem Stahl, also etwa das Vierzigfache des spezifischen Widerstandes von Kupfer beträgt.

Reines Kupfer hat einen spezifischen Widerstand von l,67mikroohm-cm, während reines Nickel einen spezifischen Widerstand von etwa 10 mikro ohm-cm, rostfreier Stahl Typ 302 von etwa 70 mikro ohm-cm und rostfreier Stahl Typ 430 etwa 55 mikro ohm-cm hat. Das widerstandsschweißbare Material sollte normalerweise einen nicht um eine Größenordnung höheren Wert des spezifischen Widerstands haben als rostfreier Stahl (d. h. nicht mehr als etwa 500 mikro ohm-cm); es wäre anderenfalls mit üblichen Schweißdrähten, z. B. aus Nickel oder einer Nickellegierung, nur schwer widerstandsschweißbar. Es soll hervorgehoben werden, daß sich Ausdrücke »mäßig hoher Widerstand« in diesem Zusammenhang auf Materialien beziehen, die im allgemeinen als gute Leiter zum Übertragen von Informationssignalen in elektronischen Schaltungen

angesehen werden und daß ihr Widerstand lediglich beim Widerstandsschweißen od. dgl. spürbar ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Anschlußbereiche vorgesehen, die zum Löten geeignete kupferbedeckte Flächen aufweisen, die mit unbedecktem rostfreiem Stahl verschmolzen sind, der seinerseits Schweißen ermöglicht.

Die Fig. 1 bis 10 zeigen Schritte beim Herstellen einer erfindungsgemäßen Schaltung. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist auf einer Isolierplatte 32 aus einem Epoxy-Glas-Laminat eine Schicht 30 aus einem sehr gut schweißbaren Material, wie z. B. rostfreiem Stahl vom Typ 400, aufgebracht. Die Schicht 30 aus rostfreiem Stahl wird am einfachsten durch Aufkleben einer Folie aus rostfreiem Stahl auf eine Oberfläche 34 der Isolierplatte 32 aufgebracht. Entsprechend wird auf der unteren Oberfläche 38 der Isolierplatte 32 eine weitere Folie 36 aus rostfreiem Stahl aufgebracht. In den Aufbau werden dann chemisch oder mechanisch Löcher 40 gebohrt. Die Löcher 40 sind, entsprechend der fertigen Schaltungsplatte, in einem vorbestimmten Muster angeordnet. F i g. 3 zeigt den nächsten Verfahrensschritt, durch den die Wände der Löcher 40 in die Isolierplatte 32 rückgeätzt werden, was die spätere Verankerung in einer aufplattierten Kupferschicht verbessert. Fig.4 zeigt die Baueinheit nach dem nächsten Schritt, durch den auf die Schichten 30,36 aus rostfreiem Stahl eine Nickel-Deckschicht 42 aufgebracht wird- Hierdurch wird der rostfreie Stahl auf das nachfolgende Überziehen mit Kupfer vorbereitet. Die Wände der Löcher 40 in der Isolierplatte 32 werden, um das Überziehen mit Kupfer zu ermöglichen, sensibilisiert, indem die Baueinheit in ein Sensibilisierungsmittel, wie z. B. das von Mcdermid Company hergestellte Metex PTH 9072, getaucht werden.

F i g. 5 zeigt die Anordnung nach dem nächsten Schritt, durch den sie mit einer im wesentlichen alle Oberflächen bedeckenden Kupferschicht 44 überzogen (panel-plated) wird. Die Kupferschicht 44 bedeckt die mit einem Nickelchloridüberzug versehenen Oberflächen der Schichten 30 und 36 aus rostfreiem Stahl sowie die sensibilisierten Wände der Löcher 40 in der Isolierplatte 32. In einer typischen Ausführungsform einer Schaltungsplatte hat die Isolierplatte 32 eine Dicke /i von etwa 3,2 mm, jede Schicht 30, 36 aus rostfreiem Stahl vom Typ 430 hat eine Dicke i₂ von etwa 0,13 mm, und die Kupferschicht 44 hat eine Dicke ti von 0,05 mm. Die Nickelstrichdeckschicht 42 ist ein Film von etwa 5 μ Dicke und dient lediglich zum Vorbereiten der Oberfläche für den Kupferüberzug. Auf den rostfreien Stahl können Filme aus hoch leitendem Material, wie z. B. Gold, aufgebracht werden, ohne die Schweißbarkeit zu beeinflussen, wenn sie sehr dünn, z. B. dünner als etwa 25 μ, sind.

Nach dem Aufbringen der Schichten aus rostfreiem Stahl und Kupfer kann mit dem Ätzen des Schemas der gedruckten Schaltung begonnen werden. Die Schemata werden in die auf den gegenüberliegenden Oberflächen der Isolierplatte 32 angeordneten leitenden Schichtgebilden 46,48 eingearbeitet Das obere Schichtgebilde 46 weist die Schicht 30 aus rostfreiem Stahl und eine darüber aufgebrachte Kupferschicht 50 auf, und das untere Schichtgebilde 48 besteht aus der Schicht 36 aus rostfreiem Stahl und einer darauf aufgebrachten Kupferschicht 52 Gemäß der Erfindung werden die leitenden Schichten in zwei Stufen geätzt, wobei in einer ersten Stufe durch die gesamte Dicke der leitenden Schichtgebilde 46 und 48 geätzt wird und in einer zweiten Stufe lediglich durch die Kupferschichten 50,52 jedoch nicht durch die darunterliegenden Schichten 30 und 36 aus rostfreiem Stahl geätzt wird.

Beim ersten Ätzvorgang wird eine erste Abdeckschicht 60, wie in Fig.6 dargestellt, in einem vorbestimmten Muster über beiden Kupferschichten 50, 52 aufgebracht. In der gedruckten Schaltungsplatte gemäß der Erfindung, in der Anschlußflächen ausgebildet werden sollen, bildet die erste Abdeckschicht 60 an

ίο der Fläche 16a Reihen von Anschlußflächen. Die erste Abdeckschicht 60 wird so aufgebracht, daß sie auch die Löcher 40 bedeckt. Nach dem Aufbringen der ersten Abdeckschicht 60 wird die gesamte Baueinheit, einschließlich der von der Abdeckschicht bedeckten Flächen als auch der nicht von der Abdeckschicht bedeckten Flächen geätzt. Als Ätzmittel wird z. B. Eisenchlorid verwendet, da es gegenüber Kupfer als auch gegenüber rostfreiem Stahl gleichgut wirksam ist. Die nicht durch die erste Abdeckschicht 60 bedeckten Flächen werden damit bis zur Isolierplatte 32 heruntergeätzt Es sollte ein solches Ätzmittel verwendet werden, das zu Ätzgeschwindigkeiten gleicher Größenordnung im lötbaren (Kupfer) und schweißbaren (rostfreier Stahl) führt, um saubere Ätzungen durch beide Schichten zu erhalten, ohne daß eine der beiden Schichten übermäßig unterätzt wäre. Eisenchlorid greift sowohl rostfreien Stahl als auch Kupfer mit etwa der gleichen Geschwindigkeit an und ergibt somit saubere Ätzungen durch die leitenden Schichtgebilde 46, 48.

Nach Beendigung des ersten Ätzschritts und Entfernen der ersten Abdeckschicht 60 hat die gedruckte Schaltungsplatte die in F i g. 7 dargestellte Form, in der die leitenden Schichtgebilde 46, 48 lediglich bereichsweise auf der Isolierplatte 32 stehengeblieben sind.

Der zweite Ätzschritt beginnt, wie in F i g. 8 dargestellt, durch Aufbringen einer zweiten Abdeckschicht 66 in einem zweiten Muster beiderseits der gedruckten Schaltkreisplatte in die Löcher 40 unmittelbar umgebenden und überdeckenden Bereichen. Anschließend läßt man ein zweites Ätzmittel, wie z. B. Chromsäure, einwirken, das die lötbaren Materialien (Kupfer und Nickel), jedoch nicht das schweißbare Material (rostfreier Stahl) angreift Geeignete Ätzmittel haben geringe Ätzwirkung auf rostfreien Stahl; die

Ätzgeschwindigkeit ist jedoch vorzugsweise wenigstens eine Größenordnung kleiner (weniger als '/io) als bei Kupfer, womit das frei liegende Kupfer bei minimalem Abtragen von rostfreiem Stahl weggeätzt werden kann. Nachdem die Baueinheit genügend lang dem zweiten

Ätzmittel ausgesetzt wurde und die zweite Abdeckschicht 66 anschließend entfernt wurde, erhält man die Schaltkreisplatte 10 nach Fig.9 mit Anschlußflächen 16, die jeweils einen lötbaren Bereich 26 und einen schweißbaren Bereich 28 aufweisen. Der lötbare Bereich 26 wird von den Kupferschichten 50, 52 bedeckt, die Teil einer kontinuierlichen, durch die Löcher 40 sich erstreckenden Schicht 44 sind. Die schweißbaren Bereiche 28 werden durch die Schichten 30, 36 aus rostfreiem Stahl in den durch Kupfer oder Nickel nicht bedeckten Rächen gebildet; sie setzen sich im Bereich des Bodens der lötbaren Bereiche 26 einstückig fort Es soll hervorgehoben werden, daß die Ätzschritte auch umgekehrt werden können, indem zuerst die in F i g. 8 dargestellte zweite Abdeckschicht 66 aufgebracht wird, mit dem zweiten Ätzmittel lediglich Kupfer abgeätzt wird und dann die erste Abdeckschicht 60 nach F i g. 6 aufgebracht und mit dem ersten Ätzmittel geätzt wird.

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Die Lötbarkeit der Kupferoberflächen kann erhöht werden, indem vor dem Aufbringen der ersten Abdeckschicht die Schaltkreisplatte mit einem Lötmittelfilm überzogen wird. Ein derartiger, etwa 50 μ dicker Lötmittelfilm kann während des ersten Ätzschritts durch das Eisenchlorid-Ätzmittel leicht durchätzt werden. Der Lötmittelfilm muß in den Bereichen, in denen Kupfer entfernt werden soll, vor dem Chromsäure verwendenden zweiten Ätzschritt abgezogen werden. Das Abziehen des Lötmittelfilms erfolgt nach dem Aufbringen der zweiten Abdeckschicht durch Eintauchen der Schaltkreisplatte in eine Abziehlösung, wie z. B. die von Macdermid Company hergestellte Metex-Lösung. Ein anderes Verfahren der Lötmittelbesehichtung besteht im Eintauchen der fertiggestellten Platten ,₅ nach Fig.9 in geschmolzenes Lötmittel und im anschließenden Entfernen überschüssigen Lötmittels von den lötbaren Bereichen durch ein Hydro-Absaugverfahren oder ein Lötmitteieinebnungsverfahren, wobei beide Verfahren in Fachkreisen bekannt sind.

Die vollständige Schaltungsbaueinheit nach Fig. 10 wird hergestellt, indem zuerst die Zuleitungen 22 der Bauelemente 20 in die Löcher 40 eingesetzt werden und dann die untere Oberfläche der Baueinheit zum großflächigen Aufbringen von Lötmittel schwallgelötet wird. Während des Schwall-Lötens wird auf das Kupfer Kolophonium-Flußmittel und Lötmittel 70, wie z. B. eine Zinn-Blei-Legierung, aufgebracht, wobei das Lötmittel 70 durch das Loch 40 wie durch einen Docht aufsteigt. Das Lötmittel 70 liegt damit an allen Kupferoberflächen und in allen Löchern 40 an und befestigt die Zuleitungen 20 sicher an Ort und Stelle. Das Lötmittel 70 bedeckt auch die Umgebungsbereiche der Löcher 40. Es bedeckt jedoch nicht die schweißbaren Bereiche 28 aus rostfreiem Stahl, da diese das Lötmittel abweisen. Dieses Abweisen ergibt sich in erster Linie aus der selbst bei Einwirkung von Flußmitteln auf Kolophoniumbasis chemisch relativ passiven Oberflächeneigenschaft von rostfreiem Stahl. Nach dem Einlöten der Bauteile können die Drähte 24 in den schweißbaren Bereichen 28 aus rostfreiem Stahl angeschweißt werden. Eines der Schweißverfahren verwendet sich gegenüberliegende Elektroden 72, 74, die an gegenüberliegende Seiten der Schaltkreisplatte drücken, wobei der Draht 24 zwischen einer der Elektroden, hier 72, und einem der schweißbaren Bereiche 28 zu liegen kommt. Über die Elektroden 72, 74 ist ein hoher Strom zuführbar, der durch den Draht ?4 und den schweißbaren Bereich 28 tritt und den Draht 24 mit dem schweißbaren Bereich 28 verschweißt Das in Fig. 10 dargestellte Schweißverfahren ist ein »durch die Isolation«-Schweißverfahren, bei dem zum Durchbrechen der Isolation 78 auf den Draht 24 ausreichend hohe Kräfte ausgeübt werden müssen, um vom Nickeldraht 76 einen direkten Kontakt zur Elektrode 72 und zum schweißbaren Bereich 28 herzustellen. Nachdem der Draht 24 an einem der schweißbaren Bereiche 28 angeschweißt wurde, kann er aus der Elektrode 72 herausgezogen und an einem inderen schweißbaren Bereich 28 der gedruckten Schaltkreisplatte nochmals angeschweißt werden. Aul diese Weise können sowohl Lot- als auch Schweißverbindungen zuverlässig hergestellt werden.

F i g. 11 zeigt nun eine gedruckte Schaltkreisplatte 80 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die der Schaltkreisplatte nach Fig. 9 bis auf Unterschichten 82, 84 aus elektrisch hoch leitfähigem Material, wie z. B. Kupfer, entspricht, wobei diese unterhalb der Schichten 30,36 aus rostfreiem Stahl oder anderem schweißbaren Material vorgesehen sind. Die gedruckte Schaltkreisplatte 80 entspricht ansonsten der bereits beschriebenen Schaltkreisplatte und weist Kupferschichten 50, 52 auf, die sich über gewisse Bereiche des rostfreien Stahls und durch die Löcher 40 in der Platte erstrecken. Die unter dem rostfreien Stahl zusätzlich angeordneten Unterschichten 82, 84 aus Kupfer ermöglichen niederohmige Stromwege durch den rostfreien Stahl. Der rostfreie Stahl ist für den zuverlässigen Betrieb der gedruckten Schaltung im allgemeinen ein ausreichend guter Leiter zur Übertragung von Signalen der elektronischen Bauelemente, wobei ein Signalweg um Bruchteile von Ohm erhöht werden kann, ohne den Betrieb zu beeinflussen. Der Widerstand des rostfreien Stahls ist jedoch hoch genug, um gleichmäßig Schweißen zu können.

Beim Widerstandsschweißen tritt ein hoher Strom durch den rostfreien Stahl, und die an der Schweißstelle erzeugte Wärmemenge ändert sich merklich bei kleinen Änderungen des Widerstands im Serienstromweg. Wenn der Strom, wie in Fig. 10, eine beträchtliche Entfernung nur durch rostfreien Stahl tritt, ist die an der Schweißstelle erzeugte Wärmemenge davon abhängig, wie nahe die Schweißstelle an den Kupferschichten liegt. Ein größerer Abstand hat kleinere Ströme und damit möglicherweise eine für eine zuverlässige Schweißung unzureichende Erwärmung zur Folge; ein kleinerer Abstand führt zu einem größeren Strom und möglicherweise zu einer Überhitzung, die die Isolierplatte 32 beschädigen kann. Die Verwendung von Unterschichten 82, 84 aus Kupfer, die sich entweder unmittelbar oder durch dünne Filme aus leitendem Material, wie z. B. von Nickel-Deckschichten, in elektrischem Oberflächenkontakt mit dem rostfreien Stahl befinden, führen beim Schweißen, unabhängig davon, wie nahe ein Schweißpunkt an den das Loch 40 umgebenden Kupferschichten 50, 52 liegt, zu gleichmäßig niederohmigen Stromwegen. Dies beruht darauf, daß der größte Teil des Schweißstroms durch die niederohmigen Unterschichten 82, 84 fließen kann. In Anwendungsfällen, bei denen lange, schmale Leiterstreifen auf der gedruckten Schaltkreisplatte verwendet werden sollen und bei denen der rostfreie Stahl auf der Oberfläche dieser Leiterstreifen, wie z. B. dem in F i g. 1 dargestellten Streifen 18, liegen soll, wird damit über eine Unterschicht aus Kupfer oder anderem hochleitenden Material ein niedriger elektrischer Widerstand und ein niedriger Wärmewiderstand entlang des Streifens ermöglicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Schaltkreisplatine mit einer Löcher zur Aufnahme von Anschlußdrähten von Bauelementen aufweisenden, aus Isoliermaterial bestehenden Trägerplatte, die auf wenigstens einer Plattenfläche in zumindest an einen Teil der Löcher unmittelbar angrenzenden Bereichen eine erste Schicht aus elektrisch leitendem, widerstandsschweißbarem Material und zumindest in an die Löcher unmittelbar angrenzenden Bereichen eine zweite, über der ersten Schicht angeordnete Schicht aus einem elektrisch leitenden lötbaren Material trägt wobei sich die erste Schicht zur Bildung von zum Anschweißen von Drähten geeigneten Anschlußbereichen freiliegend über die zweite Schicht hinaus erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (30, 36) aus einem nicht lötbaren Material besteht.

2. Schaltkreisplatine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der ersten Schicht (30,36) mehr als lOmal so groß ist wie der spezifische Widerstand von Kupfer und der spezifische Widerstand der zweiten Schicht (50,52) weniger als 1/10 des spezifischen Widerstands der ersten Schicht (30,36) beträgt.

3. Schaltkreisplatine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (30, 36) aus rostfreiem Stahl und die zweite Schicht (50, 52) aus Kupfer bestehen.

4. Schaltkreisplatine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter der ersten Schicht (30,36) in flächenhaftem Kontakt eine Unterschicht (82,84) au» elektrisch hochleitendem Material angeordnet ist, deren spezifischer Widerstand kleiner ist als der spezifische Widerstand der ersten Schicht (30,36).

5. Schaltkreisplatine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der Unterschicht (82,84) kleiner als 1 /10 des spezifischen Widerstands der ersten Schicht (30,36) ist.

6. Schaltkreisplatine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand von an die erste Schicht (30, 36) anzuschweißenden Drähten (24) zwischen den spezifischen Widerständen der ersten und der zweiten Schicht (30,36 bzw. 50,52) liegt.

7. Schaltkreisplatine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der Drähte (24) wenigstens doppelt so groß wie der spezifische Widerstand der zweiten Schicht (50, 52) und weniger als halb so groß als der spezifische Widerstand der ersten Schicht (30,36) ist.

8. Schaltkreisplatine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (24) aus einer Nickellegierung bestehen.

9. Schaltkreisplatine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (32) beidseitig mit Strombahnen bildenden ersten und zweiten Schichten (30,36 bzw. 50,52) versehen ist, daß die Trägerplatte (32) Löcher (40) zur Aufnahme anzulötender Drähte (24) aufweist und sich die ersten und zweiten Schichten (30,36 bzw. 50,52) um die Löcher (40) herum, sowie die zweiten Schichten (50, 52) entlang der Wände der Löcher (40) erstrecken und daß die ersten Schichten (30, 36) einander gegenüberliegende, freiliegende Anschlußbereiche (28) bilden, die das Aufsetzen von Schweißelektroden (72, 74) auf gegenüberliegenden Plattenflächen ermöglichen.

10. Verfahren zur Herstellung der Schaltkreisplatine nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die auf wenigstens einer Seite mit der ersten Schicht aus widerstandsschweißbarem Metall beschichtete Trägerplatte an den zur Kontaktierung mit einem Draht vorgesehenen Stellen mit Löchern versehen wird, die Löcher und zumindest die dem zweiten Muster der Strombahnen entsprechenden Bereiche der ersten Schicht mit der zweiten Schicht aus lötbarem Material plattiert werden und die erste Schicht entsprechend dem ersten Muster der Strombahn abgeätzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (40) für eine Elektroplattierung sensibiüsiert werden und im wesentlichen die gesamte Oberfläche der mit der ersten Schicht (30, 36) beschichteten Trägerplatte (32) mit dem lötbaren Material elektroplattiert wird, daß eine erste Deckschicht (60) im ersten Muster aufgebracht wird und die erste und die zweite Schicht (30,36 bzw. 50, 52) mit einem in unbedeckten Bereichen wirksamen ersten Ätzmittel bis auf die Trägerplatte (32) hin abgeätzt werden, daß eine zweite Deckschicht (66) im zweiten, die schweißbaren Anschlußbereiche unbedeckt lassenden Muster auf der zweiten Schicht (50, 52) aufgebracht und die zweite Schicht (50, 52) mit einem in unbedeckten Bereichen wirksamen, die zweite Schicht (50,52) stark, die erste Schicht (30,36) jedoch nur schwach angreifenden, zweiten Ätzmittel so lange behandelt wird, bis die zweite Schicht (50, 52) abgeätzt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Löcher (40) vor der Sensibilisierung rückgeätzt werden, so daß der Lochdurchmesser in der Trägerplatte (32) größer ist als in der ersten Schicht (30,36).

!2. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (40) durch die erste und zweite Deckschicht (60 bzw. 66) verschlossen werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (30, 36) aus einer Folie aus rostfreiem Stahl besteht und auf die Trägerplatte (32) aufgeklebt wird.