DE2360694C3 - Schaltkreisplatine und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Schaltkreisplatine und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
- Publication number
- DE2360694C3 DE2360694C3 DE19732360694 DE2360694A DE2360694C3 DE 2360694 C3 DE2360694 C3 DE 2360694C3 DE 19732360694 DE19732360694 DE 19732360694 DE 2360694 A DE2360694 A DE 2360694A DE 2360694 C3 DE2360694 C3 DE 2360694C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- circuit board
- holes
- areas
- resistivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 54
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 54
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 53
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 53
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 29
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 14
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 11
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 6
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 4
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 claims 1
- 230000001235 sensitizing Effects 0.000 claims 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 19
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 18
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 10
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 8
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 7
- KRVSOGSZCMJSLX-UHFFFAOYSA-L Chromic acid Chemical compound O[Cr](O)(=O)=O KRVSOGSZCMJSLX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K Iron(III) chloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 4
- 241000530268 Lycaena heteronea Species 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000005340 laminated glass Substances 0.000 description 2
- 239000010965 430 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 101700036849 AMBP Proteins 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- FBOZXECLQNJBKD-ZDUSSCGKSA-N L-methotrexate Chemical compound C=1N=C2N=C(N)N=C(N)C2=NC=1CN(C)C1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 FBOZXECLQNJBKD-ZDUSSCGKSA-N 0.000 description 1
- ANUCDXCTICZJRH-UHFFFAOYSA-N Mexazolam Chemical compound C=1C=C(Cl)C=C2C=1NC(=O)CN1C(C)COC21C1=CC=CC=C1Cl ANUCDXCTICZJRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229950000412 Mexazolam Drugs 0.000 description 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L Nickel(II) chloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 231100000489 sensitizer Toxicity 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001174 tin-lead alloy Inorganic materials 0.000 description 1
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 aas 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 Schallkreisplatinen weisen eine Platte aus Isoliermaterial sowie
eine darauf angeordnete Kupferschicht auf, die in einem vorbestimmten Schaltungsmusier geätzt wurde. Bei
einer Art dieser Schaltkreisplaiinen werden durch die
Platte Löcher gebohrt und die Löcher im Inneren und in
unmittelbar umgebenden Bereichen kupferplattiert. Die Zuleitungen der Schaltungselemente oder 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 di. Zuleitungen
hierdurch zu befestigen. Bei manchen Anwendungsfällen müssen nachträglich an bestimmte Bereiche der
gedruckten Schaltung Drähte angeschlossen werden, insbesondere an Bereiche um Löcher, welche Bauteil-Zuleitungen
enthalten. Obwohl die Drähte an die Kupferanschlußflächen 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
hei gestellt. Dem steht jedoch entgegen, daß Kupfer kein »schweißbares« Material ist. Dies bedeutet, daß die
gegenwartige Technologie keine zuverlässigen Widerstandsschweißungen
mit Kupfer zu niedrigen Kosten gestattet. Der Grund hierfür liegt im besonders niedrigen spezifischen Widerstand von Kupfer. Ein
Bereich, in dein 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.
Aus 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 Plaltenseiten 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 phrh Inthar ist. würden die Anschlußbereiche der
Schallkreisplatine beim Schwallöten mit einer Zinnschicht
überzogen werden, was ein nachträgliches Ans<-hweißen externer Anschlüßdrähie unmöglich machen
würde.
Die Erfindung hat nun die Aufgabe, eine Schaltkreisplatine
mn lötbaren Anschlußbereichen als auch schweißbaren Anschlußbereichen anzugeben, zu deren
Bestückung mit Bauelementen herkömmliche Lötverfahren der Massenherstellung 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 Lot- als auch Schweißverbindungen
zuiäßt und die mit Verfahren der Massenherstellung selbst bei sehr komplizierten Schaltkreisen mit minimalen
Kosten hergestellt werden kann. Da die schweißbaren Anschiußbereiche aus einem schweiöbaren, jedoch
nicht lölbarem 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 Ätzverfahren 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 Anschlußflächen 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
Epoxjglaslaminat 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, (iber den Löchern und über kleinen, die Löcher
umgebenden Flächen der Baueinheit wird eine zweite Deckschicht aufgebracht, die somit lediglich gewisse
Bereiche jedes Anschlußbereichs bedeckt. Die Baueinheit wird dann mit einem zweiten Ätzmittel, wie z. B.
Chromsäure, behandelt, das nur gegenüber Kupfer und nicht gegen rostfreien Stahl wirksam ist. An Stellen, an
denen der rostfreie Stahl frei zugänglich ist, bleiben schweißbare Anschlußflächen zurück, die mit den
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
schwallgelölet werden, um die Löcher mit Lötmittel auszufüllen und die Zuleitungen zu befestigen. Das
Lötmitlei wird nicht am rostfreien Stahl haften bleiben. Drähte aus einem Material, wie z. B. Nickel, können
durch Anschweißen an den schweißbaren Anschlußflächcn
aus rostfreiem Stahl an der gedruckten Schaltungsplatine befestigt werden
In einer anderen Ausführungsform einer gedruckten Schiihungsplatine 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 niedemhmigen Stromweg /u jedem Punkt der
schweißbaren Anschlußfläche sicher, da der in den rostfreien Stuhl eintretende Strom entlang der Unterschicht
zum l.ochbereich 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 w ird.
Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt
I ig 1 eine teilweise, perspektivische Ansicht einer
erfindungsgemäß konstruierten .Schaltungsbaueinheit.
Γ i g. 2 eine teilweise, nicht maßstabsgetreue Schnittansicht
einer gedruckten Schaltkreisplatlc 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.
\ i g. 3 eine der F1 g. 2 entsprechende Ansicht,
nachdem die Löcher rückgeätzt wurden.
I i p. 4 eine der F i g. 3 entsprechende Ansicht,
nachdem der rostfreie Stahl mit einem Nickelüberzug beschichtet wurde.
I ig 5 eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht,
nachdem die Baueinheit nach Fig. 4 einschließlich der
Innenseiten der Löcher mit einem lotbaren 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 1 g. 7 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie
7-7 aus F i g. 6. nachdem die Baueinheit mit einem sowohl die Kupfer- als auch die rostfreien Stahlschichten
angreifenden ersten Ätzmittel behandelt wurde.
Fig 8 eine Draufsicht auf die Baueinheit nach F i g. 7,
nachdem eine Deckschicht in einem zweiten Muster aufgebracht wurde.
F 1 g P eine teilweise .Schnittansicht entlang der Linie
9·4 aus Fig.«. nachdem die Baueinheit mit einem
/weiten Ätzmittel behandelt wurde, das zwar die Kupfcrschicht und die Nickclschicht. nicht jedoch die
Schicht aus rostfreiem Stahl angreift.
F ig 10 eine teilweise Schnitlansicht der Baueinheit
nach I 1 g 9 nach dem Finlotcn der Bauteile und
währenddes Anschweißen", eines Anschlußdrahts.
\ ι ρ Il eine teilweise Schniitansichl einer zweiten
erfnulim^sf-'emaHen Aiisfiihningsform einer gedruckten
Sl 11.111'1111".[11.ItIl1
Fig. 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 Leiterbcreichc umfassen Anschlußflächen 16. die im
allgemeinen voneinander getrennt sind und langgestreckte Leiterstreifen 18, die einige der Anschlußflächen
16 miteinander verbinden. »Integrierte Schallkreis«-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 Anschlußflachen 16. wie ζ. Β die
Anschlußflächen 16,-f und 16/λ sind außerdem durch
angeschweißte Drähte 24 miteinander \erbunden. Sowohl lot- als auch schweißbare Verbindungen v\ erden
durch Anschlußflachcn 16c). 16r> ermöglicht, die jeweils
einen lötbaren Bereich 26 und einen schweißbaren Bereich 28 aufweisen. Im lötbaren Bereich 26 besteht die
oberste Schicht aus einem lölbaren Material, wie z. B.
Kupfer, und im schweißbaren Bereich 28 besteht die
oberste Fläche au1· rostfreiem Stahl. Fig. 10 zeigt
Einzelheiten zweier auch zum Anschweißen geeigneter
Anschlußflächen 16. Sie zeigt, wie die lölbaren und
schweißbaren Bereiche 26 bzw. 28 unabhängig ^ineinander zum Herstellen von Verbindungen verwendet
werden können, indem die Zuleitungen 22 der Bauteile
angelölet und die Drähte 24 angeschweißt worden.
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 hindurchiretcnden 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 herausgc
funden. daß gut geschweißt werden kann, wenn Drähte
aus einem Material, wie z. B. Nickel oder cinei 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 vor 1,67 mikro ohm-cm. während reines Nickel einer
spezifischen Widerstand von etwa 10 mikro ohm-cm rostfreier Stahl Typ 302 von etwa 70 mikro ohm-cm unc
rostfreier Stahl Typ430 etwa 55 mikro ohm-cm hat. Da'
widerstandsschweißbare Material sollte normalerweise einen nicht um eine Größenordnung höheren Wert de·
spezifischen Widerstands haben als rostfreier Stahl (d. h nicht mehr als etwa 500 mikro ohm-cm); es wärt
anderenfalls mit üblichen Schweißdrähten, ζ. Β au«
Nickel oder einer Nickellegierung, nur schwer wider standsschweißhar Fs soll hervorgehoben werden, duf:
sich Ausdrucke »maßig hoher Widerstand« in diesen
/iisiimmcnhan;.' auf Materialien bezichen die irr
allgemeinen ,iK gute leitet /um Uhctu.igcn voi
Inform.itmtv.Mj-n.ilen in elektronischen Sch,iltiin>.*ei
angesehen werden und daß ihr Widerstand lediglich beim Widerstandsschweißen od. dgl. spürbar ist. Gemäß
der vorliegenden Erfindung werden Anschlußbereiche iyorgesehen, 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 F i g. 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. F i g. 4 zeigt die Baueinheit nach dem nächsten Schritt, dun.ii 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 (iberziehen mit Kupfer zu ermöglichen, sensibihsiert.
indem die Baueinheit in ein Sensibilisicrungsmittel.
wie /. B. das von Mcdermid Company hergestellte Melex PTH 9072. getaucht werden.
I ι g. 5 zeigt die Anordnung nach dem nächsten
Schritt, durch den sie mit einer im wesentlichen alle
Oberflächen bedeckenden Kupfcrschicht 44 überzogen
(panel-plated) wird. Die Kupferschicht 44 bedeckt die
nut einem Niekelchloridübcrzug versehenen Oberflächen
der Schichten 30 und 36 aus rostfreiem Stahl sowie die sensibilisierten Wände der Löcher 40 in der
Isolierplatte 32. In einer typischen Ausführungsfoim
einer Schaltungsplatte hat die Isolierplatte 32 eine
Dicke fi von etwa 5.2 mm. jede Schicht 30, 36 aus
rostfreiem Stahl vom Typ 430 hat eine Dicke /2 von etw a
0.1 3 mm und die Kupferschicht 44 hat eine Dicke ii von
0.05 mm Die Nickelstrichdeckschicht 42 ist ein Film von
etwa 5 (i Dicke und dient lediglich /um Vorbereiten der
Oberfläche für den Kupferübcr/.ug. 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 Schichtge
bilden 46,48 eingearbeitet. Das obere Schiehtgcbildc 46
weist die Schicht 30 aus rostfreiem Stahl und eine
darüber aufgebrachte Kupfcrschicht SO auf. und das untere Schichtgcbilde 48 besteht aus der Schicht 36 aus
rostfreiem Stahl und einer darauf aufgebrachten Kupferschicht 52. Gemäß der F.rfindiing werden die
leitenden Schichten in zwei Stufen geätzt, wobei in einer
ersten Stufe durch clic ges.imtc Dicke der leitenden
SchichtL'ehildc 46 und 48 geatzt 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 Kupferschichlen 50, 52 aufgebracht. In der gedruckten Schalungsplatte
gemäß der Erfindung, in der Anschlußflächen ausgebildet werden sollen, bildet die erste Abdeckschicht 60 an
ίο der Fläche 16a Reihen von Anschlußflächcn. 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 Abdeekschicht 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 Abdeckschichl 60 bedeckten Flächen werden damit bis zur Isolierplatte 32 heruntergeätzt.
Ls 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 unlerätzt 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 1 g. 7 dargestellte Form, in der
die leitenden Schichtgebilde 46, 48 lediglich bercichs
w eise auf der Isolierplatte 32 stehengeblieben sind.
Der zweite Ätzschritt beginnt, wie in Fig. 8
dargestellt, durch Aufbringen einer zweiten Abdeckschicht 66 in einem zweiten Muster beiderseits der
gedruckten Schaltkreisplatte in die Löcher 40 unmittcl
bar umgebenden und überdeckenden Bereichen. An schließend läßt man ein zweites Ätzmittel, wie z. B.
Chromsäure, einwirken, das die lötbaren Materialien (Kupfer und Nicke!), jcHnrh nicht das schweißbare
Material (rostfreier Stahl) angreift. Geeignete Ätzmittel haben geringe Ätzwirkung auf rostfreien Stahl; die
Ätzgeschw indigkeit ist jedoch vorzugsweise wenigstens
eine Größenordnung kleiner (weniger als 7io) als bei
Kupfer, womit das frei liegende Kupfer bei minimalem
Abtragen von rostfreiem Stahl weggeät/t 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 F i g. 9 mit Anschlußflächen
16. die jeweils einen lötbaren Bereich 26 und einen schweißbaren Bereich 28 aufweisen. Der lötbarc
Bereich 26 wird von den Kupferschichten 50, 52 bedeckt, die Teil einer kontinuierlichen, durch die
Löcher 40 sich erstreckenden Schicht 44 sind. Dii schweißbaren Bereiche 28 werden durch die Schichtet
30, 36 aus nistfreiem Stahl in den durch Kupfer odci
i"> Nickel nicht bedeckten F'läehen gebildet; sie setzen sicf
im Bereich des Bodens der lötbaren Bereiche 2( einstückig fort I s soll henorgehoben werden, daß du
Ätzschrittc auch umgekehrt werden können, inden
zuerst die in F ig 8 dargestellte zweite Abdeckschich
'"· 66 aufgebracht wird, mit dem /weiten Ät/miltc
lediglich Kupfer abgeätzt wird und dann die erst
Abdeckschichl 60 nach I 1 g. b aufgebracht und mit der
ersten \tzmiitel geätzt wild
Die Lötbarkeit der Kupferoberflächen kann erhöht werden, indem vor dem Aufbringen der ersten
Abdeckschicht die Schaltkreisplatte mit einem Lötmillelfilm 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 Ätzschrilt abgezogen werden. Das Abziehen des I.ötmittelfilms erfolgt nach dem
Aufbringen der zweiten Abdeckschicht durch Eintati chen der Schaltkrcisplatte in eine Ab/iehlösung. wie
z.B. die von Macdermid Company hergestellte Metex
Lösung. Ein anderes Verfahren der Lötmittelbeschich tung besteht im Eintauchen der fertiggestellten Platten
nach Fig. 9 in geschmolzenes Lötmittel und im anschließenden Entfernen überschüssigen Lötmittels
von den lötbaren Bereichen durch ein Hydro-Absaugverfahren oder ein Lötmitteleinebnungsverfahren. 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-Legierun?. 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 24 und den schweißbaren Bereich 28
tritt und den Dra'nt 24 mit dem schweißbaren Bereich 28
verschweißt. Das in Fig. 10 dargestellte Schweißver
fahren ist ein »durch die lsolation«-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
anderen schweißbaren Bereich 28 der gedruckten Schaltkreisplatte nochmals angeschweißt werden. Auf
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 Slromwege 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 dei
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, ir
elektrischem Oberflächenkontakt mit dem rostfreier Stahl befinden, führen beim Schweißen, unabhängig
davon, wie nahe ein Schweißpunkt an den das Loch 4Γ
umgebenden Kupferschichten 50, 52 hegt, zu gleichmä
Big niederohmigen Stromwegcn. Dies beruht darauf daß der größte Teil des Schweißstroms durch du
niederohmigen Unterschichten 82, 84 fließen kann. Ii Anwendungsfällen, bei denen lange, schmale Leiterurei
fen auf der gedruckten Schaltkreisplatte verwende werden sollen und bei denen der rostfreie Stahl auf de
Oberfläche dieser Leiterstreifen, wie z. B. dem in F i g. dargestellten Streifen 18, liegen soll, wird damit übe
eine Unterschicht aus Kupfer oder anderem hochleiten den Material ein niedriger elektrischer Widerstand um
ein niedriger Wärmewiderstand entlang des Streifen ermöglicht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Schaltkreisplatine mit einer Löcher /ur Aufnahme von Anschlußdrähten von Bauelementen
aufweisenden, aus Isoliermaterial bestehenden Trägerplatte, die auf wenigstens einer Plattenflache
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 tragt, wobei
sich die erste Schicht /ur Bildung von /um Anschweißen von Drähten geeigneten Anschlußbereichen
freiliegend über die /weite Schicht liinaus
erstreckt, dadurch ge k en η / eich η e t, 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 lümal 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 Schien' (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} .n flächenhaftem Kontakt
eine Unterschicht (82, 84) aus 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 Trägerplaue (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 Plattenflachen ermöglichen.
10. Verfahren /ur Herstellung der Sehaltkreisplütine
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 Lochern
versehen wird, die Löcher und zumindest die dem zweiten Muster der Strombahnen entsprechenden
Bereiche der ersten Schicht mit der /weiten 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 Flektroplattierung sensibilisiert 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 /weite Schicht (30, 36 b/w. 50,
52) mit einem in unbedeckten Bereichen wirksamen ersten Ätzmittel bis auf die Trägerplatte (32) hin
abgeät/t 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 rückgeät/i werden, so daß der
Lochdurchmesser in der Trägerplatte (32) größer ist als in der e-sten Schicht (30,36).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (40)
durch die erste und zweite Deckschicht (60 b/w. 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.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US31173872A | 1972-12-07 | 1972-12-07 | |
US31173872 | 1972-12-07 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2360694A1 DE2360694A1 (de) | 1974-06-20 |
DE2360694B2 DE2360694B2 (de) | 1976-05-26 |
DE2360694C3 true DE2360694C3 (de) | 1977-01-20 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0605800B1 (de) | Verfahren zum Herstellen von Widerständen aus Verbundmaterial und insbesondere nach diesem Verfahren hergestellte Widerstände | |
DE69812179T2 (de) | Gedruckte schaltungsplatine mit integrierter schmelzsicherung | |
DE3233225C2 (de) | ||
DE2813968C2 (de) | Halbleiteranordnung | |
EP0162149A1 (de) | Elektrischer Kondensator als Chip-Bauelement | |
DE2810054A1 (de) | Elektronische schaltungsvorrichtung und verfahren zu deren herstellung | |
DE2247902A1 (de) | Gedruckte schaltungsplatte und verfahren zu deren herstellung | |
DE102007030057A1 (de) | Spulenkomponente | |
DE1589480B2 (de) | Leiterplatte für Halbleiteranordnungen und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE2125511A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von elektrischen Verbindungen mit zumindest einer öffnung einer Trägerschicht sowie mit diesen Verbindungen versehene Schaltungsplatte | |
DE3502744C2 (de) | ||
DE1817434B2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Leitungsanordnung | |
DE69838604T2 (de) | Gedruckte platte und verfahren zu deren herstellung | |
DE4307784C2 (de) | Verfahren zum Herstellen von mit Pads versehenen Leiterplatten für die SMD-Bestückung | |
DE3300549A1 (de) | Gedruckte schaltungsplatine und verfahren zu ihrer herstellung | |
DE2916329A1 (de) | Elektrisches netzwerk | |
DE3545527A1 (de) | Flexible elektrische verbindungsvorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung | |
DE2360694C3 (de) | Schaltkreisplatine und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
EP1729555B1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte und eines Leiterplattensystems sowie mittels solcher Verfahren hergestellte Leiterplattten und Leiterplattensysteme | |
DE102010030966B4 (de) | Elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Kontaktflächen | |
DE10009042A1 (de) | Bauteil aus Blech zur Doppelmuster-Leitungsverbindung und gedruckte Schaltungsplatte | |
DE102018209534A1 (de) | Spulenkomponente und Herstellungsverfahren derselben | |
WO2015091218A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer leiterplatte mit eingebettetem draht | |
DE102005024312A1 (de) | System und Verfahren für das Verbinden von Flachbandlitzenkabeln | |
DE2360694B2 (de) | Schaltkreisplatine und verfahren zu ihrer herstellung |