DE2753901A1

DE2753901A1 - Verfahren zur herstellung einer gedruckten schaltungsplatte

Info

Publication number: DE2753901A1
Application number: DE19772753901
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Chem Ambros; Walter Budig; Erich Ing Grad Gatzke; Franz Griebel; Wolf-Erhard Dipl I Steigerwald
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 1977-12-03
Filing date: 1977-12-03
Publication date: 1979-06-07
Also published as: DE2753901B2; DE2753901C3

Description

Verfahren zur Herstellung einer gedruckten
Schaltungsplatte Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltungsplatte mit elektrisch leitenden und lötbaren Leiterbahnen oder Flächen, die als Masse in einem bestimmten Muster auf ein nicht-leitendes Substrat aufgebracht sind.
Gedruckte Schaltungsplatten werden in elektrischen Geraten, wie z*BÆ Rundfunk- und Fernsehempfängern, Meß-und Prüfgeräten, Elektronenrechnern usw. in großem Maße verwendet, um die Verbindungen zu den einzelnen elektronischen Bauteilen oder Schaltkreisen zu vereinfachen.
Aber auch Schaltkreise selbst, die z.B. in Dickachichttechnik aufgebaut sind, können wenn auch kleine gedruckte Schaltungen darstellen.
Auf einem meist aus Keramik bestehenden Träger sind mittels Siebdruck leitende und isolierende Schichten als Leiterbahnen, Widerstände, Kondensatoren oder Überkreuzungen aufgebracht. Diese derartig aufgebauten Schaltkreise können ihrerseits in eine große gedruckte Schaltungsplatte eingelötet sein. Hierzu ist es erforderlich, daß die entsprechenden Verbindungsteile der Schaltkreise sowohl elektrisch gut leitend als auch lötbar sind. Der Träger der gedruckten Schaltungsplatte besteht meist aus einem Phenolharz- oder Epoxydharzhartpapier, oftmals glasfaser-verstärkt. Das Einlöten erfolgt in einem Lötbad nach dem gebräuchlichen Tauchlötverfahren. Die gedruckte Schaltungsplatte und die Verbindungsteile der Schaltkreise sind mehrere Sekunden lang Temperaturen bis zu 2600C ausgesetzt.
Ohne Abfall der Kennwerte sollen diese diesen Temperaturschock überstehen. Es ist dabei selbstverständlich, daß die elektrisch leitenden Schichten der Verbindungsteile gut auf dem Träger haften müssen. Insbesondere ist die Haftfestigkeit von Kupfer bei einigen Additivverfahren gering, so daß man mit einem Haftvermittler arbeiten muß.
Es ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung bekannt, bei dem auf einen Isolierstoffkörper eine metallhaltige und mit einem Bindemittel versehene Paste aufgebracht ist, die nach dem Antrocknen einem Erhitzungsprozeß unterworfen wird. Dieser Paste ist ein niedrigschmelzendes Oxyd oder Oxydgemisch, wie z.B. Blei-Zink-Oxyd, in Pulverform zugesetzt. Während die Antrocknung der Paste bei Temperaturen um 120 0C erfolgt, wird der Zrhitiungsprozeß bei Temperaturen zwischen 4200C bis 6500C vorgeno#en. Die Bindemittel werden verflüchtigt und das Metallpulver und das Netalloxydpulver werden in die Oberfläche des Isolierstoffträgers eingebrannt.
Die hohen Temperaturen erfOrdern einen hitzebeständigen Isolierstoffkdrper aus keramik oder Quarzkristall.
In Dickschichttechnik hergestellte Festwiderstände bestehen in bekannter Weise meist aus einem Isolierstoffkörper aus Keramik oder einem synthetischen Kunststoff, auf dessen Oberfläche eine leitfähige Schicht und/oder eine Widerstandsschicht aufgebracht sind. Der Isolierstoffkörper ist reckteckförmig ausgebildet, wobei seitlich zwei oder mehrere Ansätze vorhanden sind, mit denen der Isolierstoffkörper in Löcher der gedruckten Schaltungsplatte eingesetzt oder verlötet werden kann. Im Bereich der Ansätze ist die leitfähige Schicht und/oder die Widerstandsschicht mit einer weiteren Schicht versehen, die z.B. aus Kupfer oder Silber besteht und die vor allem elektrisch leitend und gut lötbar sein muß. Bei einer anderen Ausführungsform weisen die Ansätze nur eine elektrisch leitende und lötbare Schicht auf, während der übrige Bereich des Isolierstoffkörpers mit einer Widerstandsschicht bedeckt ist, wobei an den Übergangsstellen die Widerstandsschicht die elektrisch leitende und lötbare Schicht der Ansätze überlappt. Diese Überlappung wirkt sich bei Festwiderständen nicht störend aus, anders hingegen bei einstellbaren Widerständen, da der Schleifer mit seinem Stromabnahmeorgan die kurze, überhöhte Zone der Überlappung passieren muß. Damit sind ein höherer Abrieb und Kontaktunsicherheit an dieser Stelle verbunden, insbesondere dann, wenn die Schicht im Subtraktionsverfahren hergestellt und eine Unterätzung vorhanden ist.
Es ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung bekannt, bei dem auf einen Isolierstoffträger ein Haftvermittler aufgebracht ist. Dieser besteht aus einer Mischung eines aushärtbaren Harzes, wie z.B. Epoxyd- oder Phenolharz mit einem feinkörnigen Zuschlagstoff, wie z.B. Silikate oder Metalloxide. Vor dem Aufbringen der leitfähigen Metallschicht wird der Haftvermittler einer chemischen Anätzung unterworfen.
Zuvor kann die Haftvermittlerschicht durch eine mechanische Aufrauhung behandelt werden. Hierbei werden die Teilchen des Zuschlagstoffes angeschliffen und beim darauffolgenden Anätzen herausgelöst, ohne daß der Harzanteil angegriffen wird. Es entsteht eine mit Löchern und Hinterschneidungen versehene Oberfläche. Auf diese Oberfläche wird auf galvanischem Wege die leitfähige Metallschicht aufgebracht. Die chemische Anätzung erfolgt mit Hilfe von Natronlauge, schwachen Säuren oder organischen Lösungsmitteln. Dieser Verfahrensschritt beinhaltet einen Verlust an Ätzmittel, ganz abgesehen vom Abwasserproblem. Darüberhinaus ist eine genaue Badführung mit laufenden Kontrollen und häufigen Baderneuerungen erforderlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine einfaches Additivverfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltungsplatte mit elektrisch leitenden, lötbaren und festhaftenden Leiterbahnen oder Flächen zu finden, die auf einem Substrat aus Phenolharz-oder Epoxidharz-Hartpapier aufgebracht sind und insbesondere in Verbindung mit Widerstandsschichten Verwendung finden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Verfahreneschritte gelöst: Aufbringung einer Nasse, bestehend aus einer Mischung aus elektrisch leitenden Idelmetallen und/oder Unedelmetallen und/oder deren Legierungen in Foru von kleinstern Teilchen in eine organischen Bindemittel, in dem gew(inschten Muster auf das Substrat, Aushärtung des Bindemittels, Einbringung des beschichteten Substrats in ein galvanisches Kupferbad und Beschaltung des Substrats als Anode anschließend Beschaltung des Substrats als Kathode, wobei auf die Leiterbahnen oder Flächen eine Kupferschicht aufgebracht wird derart, daß die Kupferschicht durch Poren und Risse der ausgehärteten Masse mit den Edelmetall-und/oder Unedelmetall- und/oder deren Legierungstejichen im elektrischen Kontakt steht.
Als Alternative können auch folgende Verfahrensschritte Anwendung finden: Aufbringung einer Masse, bestehend aus einer Mischung aus Edelmetallen und/eder Unedelmetallen und/oder deren Legierungen in Form von kleinsten Teilchen in einem organischen Bindemittel, in dem gewünschten Muster auf das Substrat, Aushärtung des Bindsmittels, Einbringung des beschichteten Substrats in ein galvanisches Kupferbad und Beschaltung des Substrats als Anode, anschließend aus einer Lösung chemische Abscheidung einer Kupferschicht auf die Leiterbahnen oder Flächen.
Bei beiden Verfahren kann das Edelmetall z.B. Silber und das Unedelmetall z.B. Kupfer oder Zinn sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Aushärtung aus einem Trockenvorgang bei relativ niederer Temperatur und einem anschließenden Brennvorgang bei höherer Temperatur besteht.
Um die Haftfestigkeit noch zu verbessern, können die Leiterbahnen oder Flächen vor dem Einbringen des Bubstrats in das galvanische Bad einer mechanischen Behandlung unterworfen werden.
Zweckmäßigerweise sind die Leiterbahnen oder Flächen im Siebdruckverfahren auf das nichtwleitende Substrat aufgebracht, das aus Hartpapier oder aus einem keramischen Werkstoff besteht. Außerdem kann das Substrat flexibel sein.
Als organisches Bindemittel kann ein wärmehärtendes Harz oder ein Duroplast, wie z.B. auf der Basis eines caprolaktamblockierten Addukts des Isoporondiisocyanates und einem hydroxylgruppenhaltigen Oxyester Anwendung finden.
Ferner können auch als organische Bindemittel Thermoplaste, wie z.B. auf der Basis von Polyvenylacetalen verwendet werden. Es ist weiter denkbar, daß das organische Bindemittel eine Mischung aus einem Duroplast und einem Thermoplast ist. Weiterhin kann das organische Bindemittel aus einem caprolaktamblockierten Addukts des Isoporondiisocyanates und einem hydroxylgruppenhaltigen Oxyest-rs und einem Polyvenylacetat sein.
Um noch giinstigere elektrische Eigenschaften zu erzielen, kann die Kupferschicht mit einer zweiten, relativ dünnen Metallschicht aus einem Edelmetall überzogen sein. Falls es erwünscht ist, nicht alle Leiterbahnen und Flächen mit einer zweiten Schicht zu versehen, können bestimmte Leiterbahnen und Flächen vor dem Aufbringen der Metallschicht mit einer isolierenden Schicht aus einem organischen Harz abgedeckt werden, so daß nur die freibleibenden Leiterbahnen und Flächen mit der zweiten Schicht bedeckt werden.

Claims

Patentansprüche erfahren zur erstellung einer gedruckten Schaltungsplatte mit elektrisch leitenden und lötbaren Leiterbahnen oder Flächen, die als Masse in einem bestimmten Muster auf ein nicht-leitendes Substrat aufgebracht sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Aufbringung einer Masse, bestehend aus einer Mischung aus elektrisch leitenden Edelmetallen und/oder Unedelmetallen und/oder deren Legierungen in Form von kleinsten Teilchen in einem organischen Bindemittel, in dem gewünschten Muster auf das Substrat, b) Aushärtung des Bindemittels, c) Einbringung des beschichteten Substats in ein galvanisches Kupferbad und Beschaltung des Substrats in ein galvanisches Kupferbad und Beschaltung des Substrats als Anode, d) anschließend Beschaltung des Substrats als Kathode, wobei auf die Leiterbahnen oder Flächen eine Kupferschicht aufgebracht wird derart, daß die Kupfer schicht durch Poren und Risse der ausgehärteten Masse mit den Edelmetall~ und/oder Unedelmetall-und/oder deren Legierungsteilchen im elektrischen Kontakt steht.
2 Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltungsplatte mit elektrisch leitenden und lötbaren Leiterbahnen oder Flächen, die als Masse in einem bestimmten Muster auf ein nicht-leitendes Substrat aufgebracht sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Aufbringung einer Masse, bestehend aus einer Mischung aus Edelmetallen und/oder Unedelmetallen und/oder deren Legierungen in Form von kleinsten Teilchen in einem organischen Bindemittel, in dem gewünschten Muster auf das Substrat, b) Aushärtung des Bindemittels, c) Einbringung des beschichteten Substrats in ein galvanisches Kupferbad und Beschaltung des Substrats als Anode, d) anschließend aus einer Lesung chemische Abscheidung einer Kupferschicht auf die Leiterbahnen oder Flächen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelmetall z.B. Silber ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unedelmetalle z.B. Kupfer oder Zinn sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtung aus einem Trockenvorgang bei relativ niederer Temperatur und einem anschließenden Brennvorgang bei höherer Temperatur besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen oder Flächen vor dem Einbringen des Substrats in das galvanische Bad einer mechanischen Behandlung unterworfen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen oder Flächen im Siebdruckverfahren auf das nichtleitende Substrat aufgebracht sind.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Binaerittel ein wärmehärtendes Harz ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel ein Duroplast ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel ein Duroplast auf der Basis eines caprolaktaablockierten Addukts des Isoporondiisocyanatec und einem hydroxyltruppenhaltigen Oxyester ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel ein Thermoplast ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel ein Thermoplast auf der Basis von Polyvenylacetalen ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel eine Mischung aus einem Duroplast und eine Thermoplast ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel aus einem caprolaktamblockierten Addukt des Isoporondiisocyanates und einem hydroxylgruppenhaltigen Oxyesters und einem Polyvenylacetat ist.
15. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferschicht mit einer zweiten, relativ dünnen Metallschicht aus einem Edelmetall überzogen ist.
16. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtleitende Substrat ein Hartpapier ist.
17. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtleitende Substrat flexibel ist.
18. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtleitende Substrat aus einem keramischen Werkstoff besteht.
19. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metallschicht nur in bestimmten Bereichen auf die gedruckten und ausgehärteten Leiterbahnen oder Flächen aufgebracht ist, wobei vor der Aufbringung der Metallschicht eine isolierende Schicht aus einem organischen Harz aufgetragen wird derart, daß die zu metallisierenden Abschnitte der Leiterbahnen oder Flächen frei bleiben.