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Gedruckte Schaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung
bezieht sich auf eine gedruckte Schaltung und insbesondere auf eine solche gedruckte
Schaltung, bei der von einem aus Metall bestehenden Träger Gebrauch gemacht wird.
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Bisher angewendete Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen
waren grundsätzlich subtraktive Verfahren; das bedeutet, daß zur Bildung der Leitermuster
die wnerwünschten Bereiche der Kupferfolie auf den Oberflächen der Schichtstruktur
weggeätzt werden mußten, wobei entweder ätzbeständige Filme oder überplattiertes
Metall zum Schutz der Leiter während des Ätzens angewendet wurden.
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Die Anforderungen hinsichtlich der hohen Packungsdichte zum Verbinden
von in mittlerem Maßstab oder in großem Maßstab integrierten Schaltungen mit einer
Vielzahl von Schw/Ba
Anschluß stiften konnten mit der subtraktiven
Technik nur schwer erfüllt werden. Bei der subtraktiven Technik tragen folgende
Hauptprobleme auf: Ein Unterhöhlen, das die Hauptursache für Abmessungsschwankungen
bei Leiterbahnenbreiten unter 250Ein ist und die Leiterbahnbreiten stark begrenzt,
die mit vorhandenen Massenproduktionsverfahren hergestellt werden können; ein ungleichmässiges
Plattieren in dem Loch, das sich aus der Feldverteilung um das zu plattierende Werkstück
ergibt und eine Vergrößerung des Bohrlochdurchmessers erfordert, damit eine Unterschreitung
des nach dem Plattieren erforderlichen minimalen Lochdurchmessers vermieden wird;
ein ungleichmässiges Plattieren in dem Loch führt auch zu einer zusätzlichen Einschränkung
der Lochtiefe, die mit angemessener Ausbeute unter normalen Produktionsbedingungen
mit Erfolg plattiert werden kann.
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Die bei der subtraktiven Technik auftretenden, oben erwähnten Schwierigkeiten
wurden durch ein additives Schaltungsherstellungsverfahren beträchtlich reduziert.
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Ein additives Verfahren ist eines, bei dem das Leitermuster direkt
zu einer katalysierten, selektiv aktivierten isolierenden Grundplatte oder zu einer
von einer sehr dünnen Kupferschicht überzogenen Grundplatte hinzugefügt wird und
nicht durch Ätzen einer Kupferfolienschicht gebildet wird. Bei der additiven Technik
treten folgende Hauptschwierigkeiten auf:
Elektrolyse-Kupferbäder
sind schwierig zu kontrollieren oder aufrecht zu erhalten; die Abziehfestigkeit
des Kupfers ist allgemein niedriger als die von laminiertem Kupfer; der Plattierungszyklus
in einem Bad ist typischerweise zwanzigmal länger als der für ein äquivalentes galvanisiertes
Teil.
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Bei den subtraktiven und additiven Verfahren sind viele verschiedene
Grundmaterialien als isolierender Träger verwendet worden. Beispiele für solche
Materialien sind Phenolharzpapier, Epoxydharzpapier, Polyester-Glasmatten, Mylar,
Teflon, Kapton urdandere flexible Filme, Keramik Kunststoff-Pressteile und isolierte
Metallrohlinge. In der Vergangenheit wurde bei den isolierten Metallrohlingen von
rauhen Kunststoffüberzügen Gebrauch gemacht, die auf die hergestellten Rohlinge
unter Verwendung eines vorgewärmten Substrats und unter Anwendung eines Flüssigbett-Pulverbeschichtungsvorgangs
aufgebracht wurden. Die mit einem erwärmten Substrat arbeitende Flüssigbett-Pulverbeschichtung
hat folgende Nachteile: Beschichtungen ohne feine Löcher erfordern eine Beschichtw1gsdicke
von etwa 375 das Erfordernis eines erwärmten Substrats führt zu Schwierigkeiten
bei der Kontrolle der Beschichtungsdicke; eine typische Beschichtungsdicke von 375
e hat einen nachteiligen Einfluß auf die Gesamtdicke der gedruckten Schaltung; infolge
der notwendigen Beschidhtungsdicke von 375 rm treten erhöhte Materialkosten auf.
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Bei den bisherigen Mehrschicht-Schaltungsplatten ergeben sich mehrere
Probleme. Beispielsweise ist es schwierig, die Mehrschicht-Schaltungsplatten so
auszurichten, daß die Verbindungslöcher einen Kontakt zwischen den Schichten herstellen.
Das Bohren der Löcher führte zu einem Verschmieren des Epoxydharzes, das die internen
Stromkreise während der Durchplattierung der Löcher vom elektrischen Anschluß isoliert.
Überdies traten während der Herstellung zahlreiche weitere Toleranzprobleme auf.
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Das erste,oft als Fehlausrichtung von Schicht zu Schicht bezeichnete
Problem hat die folgenden Ursachen: Eine Instabilität der Trägerplatte, die sich
aus dem unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalt und den unterschiedlichen Kupfermengen
ergibt, die die auf Träger geätzten Schaltungsmuster bilden; die Unterschiede des
Wärmeausdehnungskoeffizienten des in den gedruckten Schaltungen verwendeten Materials,
die zu ungleichmässigen Schichtausdehnungen führen.
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Das Problem des Verschmierens des Epoxydharzes tritt auf, wenn das
Lochmuster der Schaltung gebohrt wird. Die Bohrer verschmieren das isolierende Epoxydharz
über die aus Kupfer bestehenden Schaltungsverbindungen, das die Kupferleiterverbindungen
äußerst wirksam isoliert, wenn es nicht vor dem Plattieren der Löcher mit Hilfe
eines Abätzvorgangs beseitigt wird.
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Die Toleranzprobleme ergeben sich aus den zur Bildung der Leitermuster
angewendeten subtraktiven Verfahren; jeder Träger reagiert dabei in ganz besonderer
Weise, wenn unterschiedls he he Mengen des Kupfers von den Oberflächen
abgeätzt
werden und wenn sie den mit Feuchtigkeit verbundenen Ätz- und Reinigungsbehandlungen
ausgesetzt werden. Der isaminierungsvorgang führt zu zusätzlichen Toleranzschwierigkeiten
auf Grund der thermischen Fehlanpassung von Schicht zu Schicht; das bedeutet, daß
der Wärmegradient durch die Schichten und die daraus resultierenden Spannungen zur
Fehlausrichtung der einzelnen Schichten beitragen.
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Zur Überwindung der oben angegebenen Probleme werden die einzelnen
Schichten zur Verbesserung der Stabilität einer Wärmebehandlung unterzogen. Zur
Redugierung der Fehlausrichtung von Schicht zu Schicht sind spezielle Stiftbefestigungen
verwendet worden, damit die Deckung von Schicht zu Schicht aufrecht erhalten wird.
Bei einigen Verfahren ist die laminierte Platte mit Röntgenstrahlen durchleuchtet
worden, und die Schaltungslöcher sind versetzt gebohrt worden, damit elektrische
Kurzschlüsse und Stromkreisunterbrechungen auf Grund fehlausgerichteter Schichten
vermieden wurden. Ein versetztes Bohren ist nicht besonders erwünscht, und es ist
ausgeschlossen, wenn Bauelemente durch automatisch arbeitende Einsetzvorrichtungen
angebracht werden sollen, da die Verwendung solcher automatischer Einsetzvorrichtungen
eine äußerst genau kontrollierte Lochanordnung erfordert.
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Mit Hilfe der Erfindung soll demnach ein Verfahren zur Herstellung
einer gedruckten Schaltung mit Metallträger geschaffen werden, das wirtschaftlich
ist und sich für Massenproduktionstechniken eignet.
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Ferner soll mit Hilfe der Erfindung eine gedruckte Schaltung mit Metallträger
geschaffen werden, die eine wesentlich erhöhte Festigkeit gegenüber bisher bekannten
Konstruktionen gedruckter Schaltungen aufweist und die sich während des Schwall-Lötens
nicht verbiegt oder wirft.
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Mit dem mit Hilfe der Erfindung zu schaffenden Verfahren soll eine
gedruckte Schaltung mit Metallträger geschaffen werden, deren Kanten und Ecken vollständig
mit einer nadellochfreien Beschichtung überzogen sind.
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Ferner soll mit Hilfe der Erfindung ein stabiler Metallträger geschaffen
werden, der zur exakten Kontrolle der Lochstellen mit einem aus Epoxydharz bestehenden
Dielektrikum beschichtet ist, wobei sich Lochhalbmesser ergeben, die das Einsetzen
der Psischlußleiter der Bauelemente erleichtern.
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Außerdem soll mit Hilfe der Erfindung eine gedruckte Vielfachschaltung
(Multiadd-Schaltung) geschaffen werden, deren Dicke und Gewicht beträchtlich kleiner
als bei einer gedruckten Mehrschicht-Schaltung (Multilayer-Schaltung) sind.
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Die mit Hilfe der Erfindung zu schaffende gedruckte Vielfach;-Schaltung
soll einen einfachen Stabilen Träger und hinzugefügte Schichten enthalten.
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Die mit Hilfe der Erfindung zu schaffende gedruckte Vielfach-Schaltung
soll nicht unbedingt ein hindurchgehendes Loch für Verbindungen zwischen den Schichten
erfordern, so daß dadurch die effektiv verfügbare Schaltungsfläche vergrössert wird.
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Kurz gesagt befaßt sich die Erfindung mit einem additiven Verfahren
zur Herstellung von gedruckten Schaltungen auf einem Metallträger. Zur Anpassung
des Verfahrens an die Technik der Massenproduktion wird der Metallträger in Form
einer Spule angewendet, und er ist mit engem Leiterrahmen versehen, der zum Transport
während der Herstellung und der
Prüfung der gedruckten Schaltung
verwendet wird. Während der Herstellung wird eine Blechspule abgewickelt; die Träger
und die gewünschten Lochmuster werden in dem Blech durch Lochen, Stanzen und/oder
chemisches Gravieren hergestellt. Eine Pulverbeschichtung aus dielektrischem Material
wird dann elektrostatisch auf beide Seiten des Metallrohrlings aufgebracht. Die
dielektrische Pulverschicht wird dann durch Wärmeeinwirkung auf dem Metallsubstrat
verschmolzen oder gehärtet. Als nächstes wird eine kontinuierliche vorkatalysierte
Haftfolie auf alle Flächen aufgebracht. Diese ~ Haftschicht wird dann thermisch
getrocknet und gehärtet. Auf allen Bereichen, auf denen Kupfer nicht ensünscht ist,
wird dann ein plattierungsbeständiges Schutzmittel angebracht. Der freiliegende
katalysierte Haftstoff wird dann aktiviert und in einem stromlosen Bad verkupfert.
Diese Schicht bildet die Grundschicht für hinzugefügte weitere Schichten. Zur Bildung
einer gedruckten Schaltung mit hinzugefügten weiteren Schichten wird die Grundschicht,
die die ersten und zweiten Stromkreise auf jeweils einer Seite des Trägers bildet,
entweder durch Verwendung eines lichtempfindlichen Epoxydharzes oder eines durch
Siebdruck aufgebrachten Epoxydharzes selektiv mit einem Epoxydharzdielektrikum beschichtet.
Auf das dielektrische Material wird dann ein positives Muster aus einem katalytischen
Haftstoff aufgedruckt und gehärtet. Das katalysierte Haftstoffmuster wird aktiviert,
und ein elektrisch leitendes Muster wird dann in einem stromlosen Bad, das das gewünschte
Leitermaterial enthält, durch Plattieren gebildet. Dieser Vorgang wird wiederholt,
bis die gewünschte Anzahl von Schichten und Schichtverbindungen an durchgehenden
Löchern oder an Verbindungsfenstern erhalten ist. Anschließend wird eine Lötmaske
hinzugefügt, die die Bereiche zum Anschließen der mit mehrfach hinzugefügten Schichten
ausgestatteten gedruckten Schaltung an ein elektrisches System begrenzt.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert.
Es zeigen: Fig.1a und 1b Blockdarstellungen eines Fließbandes zur Herstellung gedruckter
Schaltungen nach der Erfindung, Fig.2 eine Teilansicht des Leiterrahmens und der
Metallträger für die gedruckte Schaltung,wie sie aus dem Metallblech ausgeschnitten
sind, Fig.3 eine Seitenansicht mehrerer Metallträgerspulen, die auf einem Umwickelgestell
zum chemischen Plattieren gestapelt sind, Fig.4 eine Draufsicht auf die gestapelten
Metallträgerspulen, Fig.5 ein Teilschnittansicht des Metallträgers mit einer oeffnung
eines eingestanzten Lochmusters, Fig.6 eine Teilschnittansicht des Metallträgers
von Fig.5 mit einer darauf gebildeten isolierenden Schicht, Fig.7 eine Teilschnittansicht
des Metallträgers von Fig.6, mit einer darauf angebrachten katalytischen Haftstoffschicht,
Fig.8a und 8b eine Teildraufsicht bzw. eine Teilschnittansicht des Metallträgers
von Fig.7, auf dem in selektiver Weise ein photographisches Bild oder ein Epoxydharz-Resist
angebracht ist, Fig.9a und 9b eine Teildraufsicht bzw. eine Teilschnittansicht des
Metallträgers der Figuren 8a und 8b mit selektiv aufplattiertem elektrischem Leitermuster,
Fig.iOa
und 10b eine Teildraufsicht bzw. eine Teilschnittansicht des Metallträgers der Figuren
9a und 9b mit einer darauf angebrachten dielektrischen Maske, die ein von Schicht
zu Schicht führendes Verbindungsfenster für die hinzugefügte Schicht aufweist, Fig.11a
und lib eine Teildraufsicht bzw. eine Teilschnittansicht des Metallträgers der Figuren
10a und 10b, auf dem in ausgewählter Weise der katalytische Haftstoffüberzug für
die dritte und vierte Leiterschicht und die Schaltungsverbindungen für die Mehrfachschichten
angebracht ist, Fig.12a und 12b eine Teildraufsicht bzw. eine Teilschnittansicht
des Metallträgers der Figuren lla und leib, auf dem durch chemisches Plattieren
das Leiterbahnmuster und Zwischenverbindungen gebildet sind, und Fig.13 eine Teilschnittansicht
des Metallträgers der Figuren 12a und 12b, wobei die Leiteroberfläche und die Epoxydharz-Lötmaske
mit einer Kollophoniumschutzschicht überzogen sind.
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In Fig.la ist ein zur Massenproduktion eingesetztes Fließband 10,
das mit einem Abwickler 12 für eine Metallblechspule 14 beginn; die beispielswese
eine Spule aus Stahl-, Kupfer- oder Aluminiumblech oder aus einem Blech aus einer
Legierung mit einer Dicke von etwa 400 bis 750 Zm (16 bis 30 mil) sein kann. Die
Metallblechspule wird zunächst in eine Geraderichtanordnung 16 eingegeben, die eine
mit Walzen versehene Anordnung sein kann. Die Walzen der Geraderichtanordnung 16
ziehen das Stahlblech aus dem Abwickler 12. Nach dem Geraderichten gelangt das Stahlblech
in
eine automat; che Stanzmaschine 18 zur Erzeugung mehrerer Metallträger 20 (Fig.2)
zwischen einem Leiterrahmen 22. In der automatischen Stanzmaschine 18 wird folgendes
ausgestanzt: Perforationslöcher 24 und Abstandslaschen 25 im Leiterrahmen 22; Horizontalschlitze
26,-die die Metallträger 20 vom Leiterrahmen 22 trennen; Längsschlitze 28, die die
Metallträger 20 voneinander trennen; ein geamnschtes Muster von Löchern 30 in jedem
der Metallträger 20. Die Spulenzufuhranordnung und die automatische Stanzmaschine
können beispielsweise ein integriertes Stanz- und Spulenzufuhrsystem sein, wie es
von der Firma Wind United Incorporated hergestellt wird. Das gestanzte Blech wird
dann beispielsweise durch Sandstrahlen entgratet.
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Das gestanzte Metallblech 14 durchläuft dann einen Entfetter 32. Der
Entfetter 32 kann ein Sprühentfetter sein, der folgende Teile enthält: ein Abteil
für einen Dampfentfetter, der beispielsweise mit Trichloräthylen arbeitet; einen
Behälter, der eine Entrostungschemikalie, beispielsweise eine Salzsäurelösung enthält;
ein erstes Wasserspülabteil zum Abspülen der Salzsäure; einen zweiten Behälter mit
einer alkalischen Lösung, wie sie beispielsweise unter der Handeibezeichnung Oakite
190 vertrieben wird; ein zweites Wasserspülfach zum Abspülen der alkalischen Lösung;
einen dritten Behälter mit einer Zinkphosphatlösung, beispielsweise einer Lösung,
wie sie unter der Handeibezeichnung PhosdipR2 vertrieben wird; ein zweites Entfettungsabteil,
in dem das gestanzte Metallblech entfettet und beispielsweise mit Trichloräthylen
in Dampf getrocknet wird. Das gestanzte Metallblech wird dem entfettenden Dampf
für eine Dauer von etwa 5 bis 10 Minuten ausgesetzt; der Entrostungschemikalie wird
es ausgesetzt, bis der Rost oder dæ Metalloxid entlernt ist; die Einwirkungsdauer
der alkalischen Lösung
beträgt etwa 3 bis 5 Minuten, während die
der Zink -phosphatlösung etwa 6 Minuten beträgt; der rocknende Dampf wirkt bis zum
Trocknen ein. Wenn das gestanzte Metallblech trocken ist, durchläuft es ein Sandstrahlgerät
34 zum Entgraten der beiden Seiten. Nach dem Verlassen des Trockners wird das ausgestanzte
Metallblach wieder aufgewickelt und in einem Hängetransportbereicheingegeben.
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Das gestanzte Metallblech wird dann durch Ziehen des Metalls durch
die Metallzubereitungsvorrichtung 36, in der es gewaschen und getrocknet wird, für
eine elektrostatische Pulverbeschichtung vorbereitet. Das gestanzte Metallblech
durchläuft einen Ofen 38, der ein Infrarotofen sein kann, damit es unmittelbar vor
der Einführung in eine Pulverkammer 40 auf eine Temperatur von etwa 150 bis 2600C
erwärmt wird. Die Pulverkammer 40 ist mit einer von Hand betätigten oder automatisch
arbeitenden Pulversprühvorrichtung versehen, damit das gestanzte Metallblech elektrostatisch
mit Pulver beschichtet wird. Geeignete Beschichtungspulver sind im Handel unter
den Bezeirhnungen Naresa 285, Pratt and Lambert 88-922, Polymer Corporation ECA-1283
WHN und Minnesota Mining and Manufacturing Company Scotchcote 2017 erhältlich. Nach
der Pulverbeschichtung wird das gestanzte Metallblech in einem Ofen 42 für die Dauer
von 10 Minuten einer Wärmebehandlung bei 2600C unterzogen, damit der isolierende
Überzug härtet oder schmilzt. Eine geeignete Anordnung für elektrostatische Pulverbeschichtung
wird von der Nordson Corporation vertrieben.
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Die Pulverbeschichtung ist nach dem Schmelzen oder Aushärten ein dielektrischer
Überzug 43 (Fig.6), der die Metallträger von den elektrischen Stromkreisen der gedruckten
Schaltung
isoliert. Der so gebildete isolierende Überzug hat eine
glatte Oberfläche ohne kleine Löcher, damit eine absolute elektrische Isolation
erzielt wird; sie weist eine ausgezeichnete Ecken- und Randbedeckung mit guten Durchstanz-
und Durchschneideigenschaften auf, und ihre Durchschlagfestigkeit ist gleich oder
größer als 500 Volt pro 25 Zm. Überdies ist der isolierende Überzug abriebfest,
und er besitzt eine Dauertemperaturstabilität in einem Mindestbereich von 120 bis
130°C und eine Stabilität bei 2600C für die Dauer von wenigstens 30 Sekunden.
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Das isolierte gestanzte Metallblech ist nun für einen vorkatalysierten
Haftstoffüberzug 45(Fig.7) bereit, der mit Hilfe einer geeigneten Beschichtungsvorrichtung
44 (Fig.1a), beispielsweise einer doppelseitigen Walze, einer Sprühvorrichtung oder
einem Tauchbehälter aufgebracht werden kann. Ein geeigneter Haftstoff ist ein mit
Paladium als Füllstoff versehener Kleber, der von der Firma Photocircuits Incorporated
unter der Bezeichnung RC 204 vertrieben wird. Vorzugsweise wird auf dem isolierten
gestanzten Metallblech eine trockene Haftfolie mit einer Mindestdicke von 25 P aufgebracht.
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Die Haftfolie wird dann in einem Infrarotofen 46 für die Dauer von
etwa 7 bis 12 Minuten bei einer Temperatur zwischen 165 und 2250C (325 und 4350F)
ausgehärtet, damit die in ihr enthaltenen Lösungsmittel ausgetrieben werden. Das
mit der Haftfolie beschichtete isolierte und ausgestanzte Metallblech wird nun zum
Abbildungsteil des Förderbandes (Fig.lb) weiterbewegt.
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In der Abbildungsstrecke des Fließbandes (Fig.1b) wird die Spule des
mit dem Haftstoff beschichteten, isolierten und gestanzten Blechs der Metallträger
in einem sauberem Raum 54
abgewickelt, und die die Metallträger
tragenden Leiterrahmen 22 (Fig.2) werden von in die Perforationslöcher 24 eingreifenden
Zähnen vorwärtsbewegt, damit die Metallträger durch einen Siebdrucker 56 zum Bedrucken
der ersten Seite mit einem Plattierungsschutzmittel 57 (Fig.8a und Fig.8b) transportiert
wird. Ein für diesen Zweck geeigneter Siebdrucker ist der unter der Bezeichnung
ITRON Squeen Printer erhältliche Drucker,der unter Verwendung eines Epoxydharz-Resists
arbeitet, wie er unter der Bezeichnung E12 von der FirmaPhotocircuitslncorporated
vertrieben wird. Das durch Siebdruck aufgebrachte Leiterbahumuster ist ein Negativmuster,
was bedeutet, daß die gesamte Fläche mit Ausnahme des gewünschten Leiterbahnmusters
bedeckt ist.
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Die mit der Siebdruckabbildung versehenen, Haftstoff beschichteten
isolierten Metallträger (Fig .1 b) werden dann in einem Infrarotofen 58 für die
Dauer von 2,5 bis 3 Minuten bei einer Temperatur von 1660C abgehärtet, und sie werden
dann zu einem zweiten sauberen Raum 60 weitertransportiert, in dem sich ein zweiter
ITRON-Siebdrucker 62 befindet, bei dem die zweite Seite des Metallträgers mit einer
Siebdruckabbildung bedruckt wird. Die Siebdruckabbildung auf der zweiten Seite wird
dann in einem Ofen 64 ausgehärtet.#Die mit Siebdruckabbildungen versehenen Metallträger
durchlaufen dann eine Prüfstelle 66, an der sie überprüft werden, ehe sie auf einem
Spulenplattierungs gestell 48 (Fig.3) für den Transport zu dem Abschnitt, an dem
sie chemisch verkupfert werden, wieder aufgewickelt werden. Das Spulenplattierungsgestell
ist mit einem Spulenhalteglied 50 versehen, das senkrecht zu einer in der Mitte
verlaufenden Stapelstange 52 verläuft. Auf diese Weise können mehrere Spulen an
dem Spulenplattierungsgestell übereinandergestapelt werden, wobei sie durch Abstandshalter
53 voneinander getrennt gehalten werden.
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Während des Wiederaufwickelns werden die Abstandslaschen 25
(Fig.2)
senkrecht zum Leiterrahmen 22 umgebogen, damit zwischen den einzelnen Wicklungen
der Spule nach Fig.4 ein Abstand erzeugt wird.
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Die übereinandergestapelten Spulen der mit Abbildungen aus dem Plattierungs-Resist
versehenen, mit klebstoffbeschichteten isolierten Metallträgern werden in Aktivierungsbehälter
72 eingesetzt, die beispielsweise eine Mischung aus Chromsäure und Schwefelsäure
oder Chromsäureund Brom-Fluor-Säure zum Ätzen von Haftporen in dem vom freiliegenden
Haftstoff gebildeten Leiterbahnmuster enthalten. Nun werden die aktivierten, mit
einer Abbildung aus Plattierungs-Resist versehenen und mit haftstoffbeschichteten
isolierten Metallträger in Plattierungsbehälter 74 gebracht, die eine chemische
Metallplattierungslösung (Verkupferungslösung) enthalten.
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Beispielegeeigneter Verkupferungslösungen sind in der US-PS 3 095
309 angegeben. Die Spulen bleiben für die Dauer vnn etwa 18 bis 20 Stunden in der
chemischen Verkupferungslösung, damit das Leiterbahnmuster 75 (Fig.9a und 9b) für
die gedruckten Schaltungen durch Verkupfern gebildet werden. Falls es ervmnscht
ist, kann in diesem Stadium eine Nickel-Bor-Lösung zum Plattieren der gesamten Kupferstromkreise
verwendet werden, während noch die aufgewickelte Spulenform vorliegt. Nickel-Bor
hat sich als brauchbarer Ersatz für alle erforderlichen Goldlaschen erwiesen. Die
verkupferten Spulen werden dann in Spülbehälter 76 (Fig.lb) gebracht und mit Wasser
gespült, damit die chemische Plattierungslösung entfernt wird.
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Die metallplattierten Spulen werden dann abgewickelt, und sie durchlaufen
einen Abbürsttrockner 78 zum Trocknen und Entfernen von Fehlplattierungen von
den
metallenen Schaltungsbahnen. Der Abbürsttrockner, bei dem von Bürsten aus feinem
Edelstahldraht Gebrauch gemacht wird, hat sich für diesen Vorgang als zufriedenstellend
erwiesen. Für einschichtige gedruckte Schaltungen werden die Schaltungsplatten dann
in den sauberen Raum 54 zurücktransportiert, damit eine Lötmaske 79 durch Siebdruck
auf der Aussenseite (Fig.13) aufgebracht wird. Ein Epoxydharz, wie das Epoxydharz
Photocircuits PC-410 Soldermask wird durch Siebdruck so aufgebracht, daß es alle
Flächenbereiche bedeckt, die nicht gelötet werden sollen. Die die Lötmasken tragenden
Metallträger werden dann zum Aushärten durch den Ofen 58 (Fig.lb) geschickt und
in den sauberen Raum 60 transportiert. Im sauberen Raum 60 wird auf der zweiten
Seite der gedruckten Schaltung durch Siebdruck eine Lötmaske wie im Fall der ersten
Seite angebracht. Die mit den Lötmasken bedruckten Schaltungsplatten werden dann
für die Dauer von 2,5 bis 3 Minuten bei 163 0C im Ofen 64 ausgehärtet. Die mit den
Lötmasken bedruckten Schaltungsplatten werden vom Prüfgerät 66 dann überprüft, wieder
auf dem Spulenplattierungsgestell 48 aufgewickelt und in die Ladevorrichtung 80
eingegeben.
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Wenn die gedruckten Schaltungen der Luft ausgesetzt worden sind, wird
die Spule in eine Sprühvorrichtung 82 eingeführt, in der ein mildes Ätzmittel vorhanden
ist, wie es unter der Handelsbezeichnung Copperbrite vertrieben wird, damit Kupferoxid
von den Stromkreisanschlußflächen entfernt wird. Als Alternative könnte das Material
in einen Ätzbehälter auf einem Rollensystem eingeführt werden. Nach dem Ätzen wird
eine Wasserspülung 84 zum Neutralisieren des Ätzmittels angewendet, und die gedruckten
Schaltungen werden dann mittels Luftturbinen 86 getrocknet. Anschliessend werden
die gedruckten Schaltungen durch eine Vorrichtung 88 transportiert, die ein Kollophonium
enthält, damit die gedruckten Schaltungen und insbesondere die Stromaaschlußflächen
mit einer dünnen Schutzschicht 87 (Fig.13)
überzogen werden. Eine
geeignete Vorrichtung enthält einen doppelseitigen Rollenbeschichter, einen Tauchbehälter
oder eine Sprühanordnung, wobei ein Material auf Kollophoniumbasis benutzt wird,
wie es unter der Handelsbezeichnung Lonko Sealbrite 230-10-100 vertrieben wird.
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Das Kollophoniummaterial schützt die Kupferplattierung gegen Oxydation.
Von der Vorrichtung 88 (Fig.1b) gelangt die Bahn mit den gedruckten Schaltungen
durch einen mit einem Förderband ausgestatteten Infrarotofen 90, der ein Transportsystem
vom V-Typ enthält.
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Der Ofen wird dazu benutzt, Lösungsmittel abzutrocknen; er enthält
einen Kühlabschnitt zum Vermindern der Klebrigkeit, die sich aus dem Erwärmen der
Beschichtung aus dem unter der Bezeichnung Sealbrite erhältlichen Mittel.
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ergeben könnte. Nach dem Verlassen des Ofens 90 wird die Bahn der
gedruckten Schaltungen auf dem Spulenplattierungsgestell 48 aufgewickelt, damit
sie entweder in Spulenform zu einer Zusammenbauabteilung versandt wird, oder eine
Stanzmaschine 94 durchläuft,in der die gedruckten Schaltungen durch Schneiden voneinander
und vom Leiterrahmen zum Verpacken und Versenden zu dem nicht dargestellten Zusammenbaubereich
getrennt werden.
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Die aufgewickelte Bahn aus den gedruckten Schaltungen oder die gestapelten
gedruckten Schaltungen werden auf einer Ladeplatte zum Zusammenbaubereich versandt.
Die Ladeplatte mit der Spule oder dem Stapel aus gedruckten Schaltungen wird zum
Schutz mit einer wärmeschrumpfenden Kunststoffolie überzogen. An der Zusammenbaustelle
wird die Spule mit den gedruckten Schaltungen in einer automatischen Anordnung ebgewickelt,
die den Leiterrahmen als Indexbefestigung und die Abstandslaschen als Zusammenbaustützen
benutzt. An dem Fließband werden alle weiteren aktiven Bauelemente in die gedruckte
Schaltung eingesetzt, wobei ihre Anschlußleiter in
die Löcher der
gedruckten Schaltung eingefügt werden. Die An,scfrlußleiter werden vorzugsweise
durch Schwall-Löten elektrisch mit der gedruckten Schaltung verbunden. Zum Schwall-Löten
wird die gedruckte Schaltung durch Schwall-oder Schaum-Beschichtung mit einem geeigneten
Flußmittel, beispielsweise mit dem unter der Handelsbezeichnung #lpha-No.7l1 Flux
überzogen. Die Schaltungsplatten werden dannin einem Vorheizofen auf eine Temperatur
von 77 bis 100° C vorgewärmt, und eine Schwallötung mit einer Geschwindigkeit von
0,9 bis 1,8 Lz/min auf einem fliessenden Strom eines bei einer Temperatur von 2500C
durch eine Öffnung nach oben gepumpten Lötmittels unterzogen. Die Kontaktzeit mit
dem Schwall beträgt 5 bis 10 Sekunden.
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Das Schwallöten, das Reinigen und das Prüfen können unter Verwendung
des Leiterrahmens als Transportvorrichtung durchgeführt werden.
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Zu Bildung mehrfach hinzugefügter Schichten wird die gedruckte Schaltung
vor der Bildung der Lötmaske zu der das Dielektrikum erzeugenden Stelle zurückgeführt,
bei der der Epoxydharz-Resist 57 und die durch Verkupfern gebildeten Leiterbahnmuster
75 und 75' auf jeder Seite des Trägers 14 selektiv mit einem dielektrischenMaterial
überzogen werden, damit durch das Dielektrikum 96 (Fig.iOa und 10b) die ersten und
zweiten Leiterbahnmuster der ersten hinzugefügten Schicht selektiv mn dritten und
vierten Leiterbalinmustern der zweiten hinzugefügten Schicht isoliert werden, wie
anschliessend beschrieben wird. Ein geeignetes Epoxydharz-Dielektrikum ist das von
der Firma Photocircuits unter der Bezeichnung PC 401 oder E12 hergestellte Dielektrikum.
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Das Muster der dielektrischen Schichten ist so ausgebildet, daß die
ersten und zweiten Leiterbahnmuster für die Herstellung elektrischer Verbindungen
mit den dritten und vierter Leiterbahnmustern sowie erforderliche Lochverbindungen
freigelegt
sind. Das Epoxydharz-Dfelektrikum 96 wird vorzugsweise durch Siebdruck auf dem Epoxydharz-Resist
durch ein Edelstahlsieb aufgebracht, wobei Verbindungsfenster 98 und Schaltungslöcher
(Fig.1Oa und 1Ob) abgedeckt sind. Wenn das Dielektrikum durch Siebdruck auf dem
Epoxydharz-Resist aufgebracht ist, wird auf die Oberflächen eine Haftstoffschicht
100 (Fig.11a und lib) durch Anwendung eines selektiven Siebdrucks aufgebracht.
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Ein geeigneter Haftstoff ist der von der Firma Photocircuits unter
der Handelsbezeichnung SC 204 vertriebenen Haftstoff.
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Es ist zu erkennen, daß der Haftstoff So204 ein direktes positives
Muster ergibt; er kann jedoch auch mit einem negativ abgebildeten Plattierungs-Resist
zur Bildung eines freiliegenden katalytischen Haftstoffmusters verwendet werden.
Die Haftstoffschicht 100 wird bei einer Temperatur von 1630C für die Dauer einer
Stunde ausgehärtet. Die selektive Haftstoffschicht 100 wird dann mit Hilfe einer
Lösung aus einer Mischung aus Chromsäure und Schwefelsäure oder Chromsäure und Fluorborsaure
aktiviert, damit Haftporen in dem Haftstoffmuster geätzt werden.
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Nach der Aktivierung wird die durch Siebdruck aufgebrachte Haftstoffschicht
in dem Behälter zum chemischen Plattieren der Leiterverbindungen und der Leitermuster
102 und 102' (Fig.12a und 12b) gebracht, wie es bereits bei der ersten hinzugefügten
Schicht der Fall war, damit die zweite hinzugefügte Schicht für die gedruckte Schaltung
vervollständigt wird. Zusätzliche Schichten können in der oben beschriebenen Weise
hinzugefügt werden, und zusätzliche Leiterverbindungen können durch die Löcher oder
durch Verbindungsfenster zum selektiven Verbinden der zusätzlichen Schichten hergestellt
werden.
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Es ist hier zwar eine spezielle Ausführungsform der Erfindung beschrieben
worden, doch ist für den Fachmann ohne weiteres zu erkennen, daß im Rahmen der Erfindung
auch weitere Abwandlungen möglich sind.