DE2541667A1 - METHOD OF MANUFACTURING PRINTED CIRCUIT BOARDS - Google Patents
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Description
P ATE N TA N WALTEP ATE N TA N WALTE
MANITZ, FINSTERWALD & CRÄMKOWMANITZ, FINSTERWALD & CRÄMKOW
IS. SEP. 1975 München, den Ur/wf - N 2063 IS. SEP. 1975 Munich, the original / wf - N 2063
Northern Electric Company Limited 1600 Dorchester Boulevard West Montreal Que., CanadaNorthern Electric Company Limited 1600 Dorchester Boulevard West Montreal Que., Canada
Verfahren zur Herstellung gedruckter SchaltungsplatinenProcess for manufacturing printed circuit boards
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatinen in Mehrfacheinheiten. The invention relates to a method of manufacturing printed circuit boards in multiple units.
Gedruckte Schaltungsplatinen werden sehr weitverbreitet und in vielen Industriezweigen verwendet. Die Montage von Bauelementen auf solchen Platinen kann von Hand erfolgen, doch wird die Maschinenbestückung mit Bauelementen bevorzugt, sowohl wegen der Ausstoßgeschwindigkeit als auch wegen derPrinted circuit boards are becoming very widespread and used in many industries used. The assembly of components on such boards can be done by hand, but the machine assembly with components preferred both because of the ejection speed and because of the
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Verminderung der Lohnkosten. Überdies werden dadurch mögliche Montagefehler vermieden. Reduction in labor costs. This also avoids possible assembly errors.
Während verhältnismäßig große gedruckte Schaltungsplatinen einzeln wirtschaftlich gehandhabt werden können, Ist dies bei kleinen Platinen weniger wirtschaftlich. Damit eine Bauelemente-Einführungs- bzw. Bestückungsmaschine möglichst wirksam ausgenutzt wird, werden im Idealfall mehrere kleine Platinen zur selben Zeit an der Maschine bestückt. Dies erfordert jedoch Montage- bzw. Einspannvorrichtungen oder andere Einrichtungen, die die Platinen halten und außerdem ist der Einbau in die Montagevorrichtungen zeitraubend und verhältnismäßig langsam. Die Montagevorrichtungen sind teuer und können normalerweise nicht so viele Platinen aufnehmen, wie von der Maschine verarbeitet werden könnten, da Halteklammern u.a. Einrichtungen erforderlich sind.While relatively large printed circuit boards individually economical can be handled, this is less economical with small boards. Thus a component insertion or placement machine is used as effectively as possible, ideally several small ones Boards assembled at the same time on the machine. However, this requires assembly or clamping devices or other devices that the Hold circuit boards and also the installation in the mounting devices is time consuming and relatively slow. The mounting fixtures are expensive and usually cannot accommodate as many boards as the one Machine could be processed, as retaining clips and other facilities required are.
Nach dem Bestücken der Platinen mit Bauelementen werden die Verbindungsstellen gewöhnlich wellengelötet; während auch hierbei große Platinen einzeln gehandhabt werden können, wäre es wirtschaftlicher, mehrere kleinere Platinen gleichzeitig zu handhaben. Dies erfordert wiederum Halterungen und Arbeitskräfte, die die Platinen in die Halterungen einbringen und überdies bereiten die Halterungen selbst Probleme.After assembling the boards with components, the connection points usually wave soldered; While large boards can also be handled individually here, it would be more economical to use several smaller ones Handle boards at the same time. This in turn requires holders and workers who bring the circuit boards into the holders and moreover the brackets themselves cause problems.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungsplatinen geschaffen, bei dem die Platinen, nachdem sie bedruckt oder kopiert und auch aus einer MateriaIplatte herausgetrennt bzw. herausgeschnitten worden sind, in dieser Material platte in ihrer Lage ohne zusätzliche Halte- oder Befestigungseinrichtungen festgehalten werden, während die Bestückung mit Bauelementen und das Wellenlöten ausgeführt wird. Vorzugsweise ist das Platinenmaterial ein glasfaserverstärktes Kunstharz und das Harz kann die besondere Eigenschaft aufweisen, daß es zwar nominell durch Wärme härtbar bzw. duroplastisch ist, daß es jedoch bei erhöhten Temperaturen in einemThe invention provides a method for producing printed Circuit boards created in which the circuit boards, after they have been printed or copied and also separated or cut out of a material plate have been in this material plate in their location without additional Holding or fastening devices are held in place while the assembly is being carried out with components and wave soldering is carried out. Preferably, the board material is a glass fiber reinforced synthetic resin and the resin can have the special property that it is nominally heat curable or thermosetting is that it is, however, at elevated temperatures in one
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begrenzten Bereich in geringem Umfang thermoplastisch ist.limited area is thermoplastic to a small extent.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden die einzelnen Platinen, nachdem die Schaltungen auf den einzelnen Platinen erzeugt worden sind, aus einer Materialplatte ausgeschnitten bzw. ausgetrennt, dann werden die Platinen in die Öffnungen in der Materialplatte zurückgeführt, die Materialplatte und die zurückgeführten Platinen auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt und die Platten beschwert bzw. unter Druck gesetzt, um ihre Flachheit, d.h. ihre flache Gestalt während der Abkühlung aufrecht zu erhalten. Nach der Abkühlung werden die Bauelemente montiert und die Verbindungsstellen, wie erforderlich, wellengelötet. Dann werden die einzelnen Platinen aus der Materialplatte herausgedrückt bzw. -gestoßen.In the method according to the invention, the individual blanks, After the circuits have been produced on the individual boards, cut or separated from a sheet of material, then the Sinkers returned to the openings in the material plate, the material plate and the returned blanks are heated to a predetermined temperature and the plates are weighted or pressurized to reduce their flatness, i.e. maintain their flat shape while cooling. After cooling down, the components are assembled and the connection points, as required, wave soldered. Then the individual boards pushed or pushed out of the material plate.
Die Erfindung besteht also darin, daß gedruckte Schaltungsplatinen nach dem Bedrucken und Ausschneiden aus einer Materialplatte in die Materialplatte zurückgeführt werden, die Platte und die rückgeführten Platinen auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt und während der Abkühlung unter Druck gesetzt bzw. beschwert werden. Die Platinen können dann von Hand oder durch Maschinenbestückung mit Bauelementen versehen werden. Auch kann eine Wellenlötung erfolgen, bevor die einzelnen Platinen aus der Platte herausgepreßt bzw. -gedrückt werden. Das verwendete Material ist gewöhnlich ein faserverstärktes Kunstharz und insbesondere wird ein wärmehärtendes bzw. duroplastisches Kunstharz verwendet, das die besondere Eigenschaft hat, in einem begrenzten Bereich bei erhöhten Temperaturen leicht thermoplastisch zu sein.The invention consists in that printed circuit boards according to the Printing and cutting out of a material plate are fed back into the material plate, the plate and the returned circuit boards are heated to a predetermined temperature and put under pressure while cooling or complained. The boards can then be provided with components by hand or by equipping them with a machine. Can also be a Wave soldering takes place before the individual boards are pressed out of the plate or -pressed. The material used is usually a fiber-reinforced synthetic resin and, in particular, a thermosetting resin is used. Thermosetting synthetic resin is used, which has the special property of being slightly thermoplastic in a limited area at elevated temperatures to be.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:The invention is referred to below using an exemplary embodiment explained in more detail on the drawing; it shows:
Figur 1, eine Draufsicht auf eine Materialplatte mit gestanzten Herstellungsund Positionierlöchem sowie ausgestanzten und zurückgeführten einzelnen ge-Figure 1, a plan view of a material plate with punched manufacturing and Positioning holes as well as punched and returned individual
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druckten Schaltungsplatinen;printed circuit boards;
Figur 2 α und 2 b, Querschnitte durch eine Platte entlang der Linie Il II der Figur I, in denen die nacheinander folgenden Stellungen der Platinen nach dem Ausstanzen aus der Platte und der Rückführung in die Platte dargestellt sind.Figure 2 α and 2 b, cross sections through a plate along the line II II of Figure I, in which the successive positions of the sinkers shown after punching out of the plate and return into the plate are.
Wie in der Figur 1 dargestellt ist, wird eine Vielzahl von einzelnen gedruckten Schaltungsplatinen 10 aus einer Platte aus glasfaserverstärktem Kunstharz 11 geformt. Jede Platine 10 ist mit einer gedruckten Schaltung versehen, die schematisch dargestellt und mit den Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Zur bequemeren Handhabung ist gewöhnlich eine Öffnung 13 an einem Ende jeder Platine gestanzt. Der Rand jeder Platine 10 ist mit dem Bezugszeichen 14 versehen dargestellt und diese Linie stellt auch die Abscherlinie dar zum Ausstanzen jeder Platine 10.As shown in Figure 1, a plurality of individual printed Circuit boards 10 made from a plate made of glass fiber reinforced synthetic resin 11 shaped. Each circuit board 10 is provided with a printed circuit, which is shown schematically and denoted by the reference numeral 12. For more convenient Handling is usually an opening 13 punched in one end of each board. The edge of each board 10 is provided with the reference number 14 and this line also represents the shear line for punching out each board 10.
Herstellungsbedingte Löcher und Positionierlöcher 15 sind ebenfalls in die Platte 11 eingestanzt.Manufacturing holes and positioning holes 15 are also in the Plate 11 stamped.
Das Verfahren zur Herstellung der Platinen 10 ist nachfolgend allgemein dargestellt, wobei festgestellt werden soll, daß dieses Verfahren mit Abwandlungen versehen werden kann, um den sich verändernten Anforderungen zu entsprechen. Ausgehend von dem ursprünglich vorliegenden glasfaserverstärkten Material wird die Platte 11 auf ihre Größe zugeschnitten. Dann werden die Löcher 15 gestanzt. Auf diesen Vorgang folgt das Ausstanzen der Fenster oder Öffnungen 13, wenn solche Öffnungen erforderlich sind. Dann werden die gedruckten Schaltungen in herkömmlicher Weise geformt, wie beispielsweise durch Beschichten der Platinen 10 mit Kupfer, Abdecken bzw. Maskieren, und durch einen abschließenden Äzvorgang. Unter Verwendung der Löcher 15 als Positionseinrichtungen wenden dann die Platinen 10 aus der Platte ausgestanzt. Die Stanzpresse ist so ausgestaltet, daß nachdem die Platinen in eine, wie in der Fig. 2 aThe method for producing the circuit boards 10 is shown in general below, it should be noted that modifications can be made to this method to meet changing requirements. Starting from the originally present glass fiber reinforced material, the plate 11 is cut to size. Then the holes will be 15 punched. This process is followed by punching out the windows or openings 13 if such openings are required. Then the printed Circuits formed in a conventional manner, such as by coating of the boards 10 with copper, covering or masking, and by a final etching process. Using the holes 15 as positioning means then turn the boards 10 punched out of the plate. The punch press is designed so that after the blanks in a, as in Fig. 2a
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dargestellte Lage ausgestanzt wurden, die federvorgespannte Druckplatte 16 unterhalb der MateriaIplatte Π die Platinen 10 zurückführt und sie zurück in die in der Materialplatte verbliebenen Öffnungen drückt. Bei einer Materialplatte, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, können die,Platinen 10 an einer Kante gestanzt und bei einem ersten Stanzvorgang zurückgeführt werden und dann die Materialplatte herumgedreht und die Platinen an der anderen Kante gestanzt und zurückgeführt werden. Die Anzahl und Anordnung der auf einmal ausgestanzten Platinen hängt weitgehend von der Leistungsfähigkeit der Presse ab; ebenso aber auch von der Größe des Werkzeugs, das man herzustellen wünscht und das zur Herstellung der Platinen erforderlich ist. Nach dem Stanzen und Rückführen der Platinen ist die MateriaIplatte gekrümmt, bzw. gebogen; dies ist teilweise auf Spannungen zurückzuführen, die sich aus dem Stanzvorgang ergeben. Die MateriaIplatten werden dann aufeinander gestapelt und in einen Heizofen eingebracht, in dem der Stapel auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, während einer Zeitspanne, die ausreichend ist um sicher zu stellen, daß der Stapel durchgehend erhitzt ist. Während der Erhitzung werden die Material platten unter Druck gesetzt bzw. beschwert, um sie wieder flach zu machen. Danach wird der Stapel aus dem Ofen entfernt und abgekühlt, während er noch unter Druck verbleibt, bzw. beschwert ist.The position shown were punched out, the spring-loaded pressure plate 16 below the material plate Π returns the plates 10 and presses them back into the openings remaining in the material plate. In the case of a sheet of material as shown in FIG. 1, the blanks 10 can be punched at one edge and returned in a first punching process and then the sheet of material turned around and the blanks punched and returned at the other edge. The number and arrangement of the blanks punched out at once largely depends on the performance of the press; but also on the size of the tool that one wishes to produce and that is required for the production of the blanks. After punching and returning the blanks, the material plate is curved or bent; this is due in part to stresses resulting from the stamping process. The sheets of material are then stacked on top of one another and placed in a heating furnace in which the stack is held at a predetermined temperature for a period of time sufficient to ensure that the stack is continuously heated. During the heating process, the material plates are put under pressure or weighted down in order to make them flat again. The stack is then removed from the oven and cooled while it remains under pressure or is weighted down.
Nach dem Abkühlen wird gewöhnlich auf die Seite, auf der die Schaltungen aufgedruckt sind, eine Beschichtung aus Alkohol mit Baumharz bzw. Holzharz aufgebracht, um die Kupfer-Schaltung zu schützen. Die MateriaIplatten mit den an ihren Plätzen sitzenden Platinen werden dann zu den BestückungsstationenAfter cooling, it is usually printed on the side on which the circuits are printed are, a coating of alcohol with tree resin or wood resin is applied to protect the copper circuit. The material plates with The boards sitting in their places then become the assembly stations
könnencan
gebracht. Die Bauelemente/in die Platinen 10 von Hand oder durch automatische Bauelementeeinführungsmaschinen eingebaut werden. Es kann auch sowohl eine automatische Einführung als auch ein Zusammenbau von Hand erfolgen. Auf den Zusammenbau folgend werden die integralen bzw. einstückigen MateriaIplatten dann zu den Wellen-Lötmaschinen weitergeleitet, in denen die Kontakte zwischen den Bauelementenanschlüssen und der gedruckten Schaltung gelötet werden.brought. The components / in the boards 10 by hand or by automatic Component insertion machines are installed. Both automatic insertion and manual assembly can also take place. On the Following assembly are the integral or one-piece material plates then forwarded to the wave soldering machines, in which the contacts between the component connections and the printed circuit are soldered will.
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Nach der Weltenlötung können weitere Zusammenbau- oder andere Vorgänge an den Platinen ausgeführt werden oder auch nicht. Die Platinen werden aus den Platten mittels einer einfachen Presse entfernt, die auf die Platinen drückt, während der umgebende Rahmen oder das Skelett festgehalten wird. Die Platinen können in einem vollständig fertiggestellten Zustand sein, es können jedoch auch ein weiterer Zusammenbau oder andere Arbeiten ausgeführt werden.After world soldering, further assembly or other processes can be carried out may or may not be performed on the boards. The boards are removed from the boards by means of a simple press that is applied to the boards while holding the surrounding frame or skeleton in place. The boards can be in a fully finished state, there however, further assembly or other work can also be carried out.
Wenn die einzelnen Platinen 10 aus der Platte 11 ausgeschnitten bzw. ausgesehen werden, erfolgt wegen der Eigenschaften des Materials ein gewisses Maß an Abbröckeln bzw. Zerkrümeln an den Schneid- bzw. Abscherlinien der Schnitt ist also nicht vollständig sauber und scharf. Wenn die Platinen in ihre vorherigen Stellungen in der Platte zurückgedrückt oder zurückgeführt werden, werden viele von diesen Krümeln ebenfalls in die Abscherlinie bzw. Schneidlinie zurück gedrückt. Man nimmt daher an, daß das leichte Erweichen dieser Krümel und des Kunstharzes während der Erhitzung der Platten und der Platinen dabei hilft, eine Haftung zwischen den Platinen und dem Plattenrahmen oder Skelett zu schaffen. Der Ausdruck "Haftung" ist im allgemeinen Sinn benutzt, da keine Verschmelzung oder ein Verschweißen eintritt, sondern die leicht rauhen Kanten der Abscherlinien und die Krümel ein hohes Ausmaß an reibender Wechselwirkung und Klebrigkeit während des Erweichens hervorrufen.When the individual boards 10 are cut or looked out of the plate 11 a certain amount occurs because of the properties of the material Degree of crumbling or crumbling at the cutting or shearing lines of the So cut is not completely clean and sharp. When the sinkers are pushed back or returned to their previous positions in the plate, many of these crumbs are also pushed back into the shear line or cutting line. It is therefore believed that the slight softening of these Crumbs and resin during the heating of the plates and the boards helps to create an adhesion between the boards and the board frame or Creating skeleton. The term "liability" is used in the general sense, since there is no fusion or welding, but the slightly rough edges of the shear lines and the crumbs have a high degree of rubbing Create interaction and stickiness during softening.
Die Dicke der Ausgangs-Materialplatte hat einen gewissen Einfluß auf die Stärke der Bindung zwischen den rückgeführten oder wieder eingesetzten Platinen. Je dünner das Material ist, umso schwächer ist die Verbindung und es wurde gefunden, daß Dicken von 1,27 mm (0,05 inches) und mehr wirksame Verbindungen ergeben, obwohl in einigen Fällen ein dünneres Material verwendet werden kann, wenn nach dem Wiedereinsetzen auf die Platinen minimale Belastungen ausgeübt werden.The thickness of the starting material plate has a certain influence on the Strength of the bond between the returned or reinserted blanks. The thinner the material, the weaker the connection and it it has been found that thicknesses of 1.27 mm (0.05 inches) and greater give effective joints, although in some cases a thinner material is used can be achieved if minimal stress is applied to the boards after they have been reinserted.
Wie bereits ausgeführt, scheint die besondere Eigenschaft des Kunstharzes einenAs already stated, the special property of the synthetic resin seems to be one
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vorteilhaften Einfluß auf die Wirksamkeit der Verbindungen zu haben. Ein Harz mit einer leichten bzw. geringen thermoplastischen Erweichung in einem bestimmten Temperaturbereich ergibt verbesserte Verbindungen, vermutlich deshalb, weil die geringfügige Erweichung eine kleine Bewegung oder Vermischung der rauhen Kanten verursacht, sowie eine Kompression bzw. ein Zusammendrücken der losen Krümel in die Lücken an der Abscherlinie hinein. Obwohl eine solche Verbindung stark genug ist, um die Platinen in der Platte während des Zusammenbaus bzw. der Bestückung und während anderer Vorgänge zu tragen, kann sie - falls erwünscht - ohne weiteres zerbrochen werden, um die Platinen aus der Materialplatte heraus zu nehmen.to have a beneficial influence on the effectiveness of the compounds. A Resin with a slight or low thermoplastic softening in a certain temperature range gives improved bonds, presumably This is because the slight softening causes a little movement or mixing of the rough edges, as well as compression Squeeze the loose crumbs into the gaps at the shear line. Although such a connection is strong enough to keep the boards in the board during assembly and other operations To carry, it can - if desired - be easily broken in order to take the circuit boards out of the material plate.
Ein besonderes Kunstharz, das sich als geeignet erwiesen hat, ist ein Bis-chlorophenyl Α-Harz. Dieses Harz zeigt eine leichte Erweichung im Bereich von etwa 145 bis 180 . In diesem Temperaturbereich werden die bedruckten und gestanzten MateriaIplatten wärmebehandelt. Eine Dicke von 1,58 mm (0,062 inches) - eine der Standarddicken von Ausgangs-Plattenmaterial - ist sehr wirksam und geeignet, dickeres Material ist jedoch auch sehr gut; die Dicke wird mitbestimmt durch die Pressenleistung, die Festigkeitsanforderungen der fertiggestellten Platine und den Kosten.One particular synthetic resin that has been found to be suitable is a bis-chlorophenyl Α resin. This resin exhibits a slight softening ranging from about 145 to 180. In this temperature range, the printed and punched Heat-treated material sheets. A thickness of 1.58 mm (0.062 inches) - one of the standard thicknesses of starting plate material - is very effective and suitable, but thicker material is also very good; the thickness is also determined by the press performance, the strength requirements of the finished blank and the costs.
Als zusätzliches Merkmal soll genannt werden, daß die Alkohol-Baumharz bzw. Holzharz-Beschichtung, die auf die Platine aufgebracht wird, um die Kupfer-Schaltung gegen Oxidation zu schützen, ebenfalls dazu beitragen kann, die Stärke der Verbindung zwischen der zurückgeführten Platine und der Materialplatte dadurch zu verbessern, daß etwas von dem Harz in die Verbindungslinie eindringt und auf diese Weise in einem gewissen Ausmaß wie ein Leim wirkt.As an additional feature it should be mentioned that the alcohol tree sap or Wood resin coating that is applied to the circuit board to make the copper circuit Protecting against oxidation can also help improve the strength of the connection between the returned circuit board and the material plate to be improved in that some of the resin penetrates into the joint line and in this way acts to some extent like a glue.
Durch die Anwendung der Erfindung lassen sich beträchtliche Kosteneinsparungen erzielen. In speziellen Fällen wurden Einsparungen bis zu 30 % der Kosten der bestückten und gelöteten Platinen erzielt.Significant cost savings can be made by using the invention achieve. In special cases, savings have been made up to 30% of the cost of the populated and soldered boards achieved.
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