DE2753901B2

DE2753901B2 - Gedruckte Schaltung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2753901B2
Application number: DE2753901A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Chem. Peter 8740 Brendlorenzen Ambros; Walter 8741 Wülfershausen Budig; Ing.(grad.) Erich 8740 Bad Neustadt Gatzke; Franz 8740 Brendlorenzen Griebel; Wolf-Erhard Dipl.-Ing. 8740 Bad Neustadt Steigerwald
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 1977-12-03
Filing date: 1977-12-03
Publication date: 1981-05-27
Also published as: DE2753901A1; DE2753901C3

Description

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 aus.

Gedruckte Schaltungsplatten werden in elektrischen Geräten, wie z. B. 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 Dickschichttechnik aufgebaut sind, können wenn auch kleine gedruckte Schaltungen darstellen.

Auf einem nieisl 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 Tauchlölverfahren. Die gedruckte Schaltungsplatte und die Verbindungsteile der Schaltkreise sind mehrere Sekunden lang Temperaturen bis zu 260°C ausgesetzt. Ohne Abfall der Kennwerte sollen diese diesen Temperaturschock überstehen. Es ist dabei selbstverständlich, dab die elektrisch leitenden Schichten der Verbindungsteile gut auf dein Träger halten 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 (DE-OS 19 47 962), 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 120⁰C erfolgt, wird der Erhitzungsprozeß bei Temperaturen zwischen 420⁰C bis 650' C vorgenommen. Die Bindemittel werden verflüchtigt und das Metallpulver und das Metalloxydpulver werden in die Oberfläche des Isolierstoff trägers eingebrannt.

Die hohen Temperaturen erfordern einen hitzebesländigen Isolierstoffkörper aus Keramik oder Quarzkristall.

In Dickschichtlechnik hergestellte Festwiderstände bestehen in bekannter Weise (US-PS 34 97 859) meist aus einem Isolierstoffkörper ai's Keramik oder einem synthetischen Kunststoff, auf dessen Oberfläche eine Icilfähige Schicht und/oder -'ine Widerstandsschiehl aufgebracht sind. Der Isoliersioffkörper ist reehteckförmig ausgebildet, wobei seillieh zwei oder mehrere Ansätze vorhanden sind, mit denen der Isoliersioffkörper in Löcher der gecliuckien .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 Festwidei ständen 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 Schallung bekannt (DE-OS 16 40 635), 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 darauffol- ;ί jjenden 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.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung zu finden, bei der die Haftfestigkeit zwischen Leiterbah- κι nen und Substrat verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebene Merkmal gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der gedruckten Schaltung sind den Unteransprüchen zu r> entnehmen.

Durch die Anwendung des im Kennzeichnungsteil des Anspruches ! angegebenen Verfahrensschrittes wird erreicht, daß die Poren und Risse zur Verankerung der Kupferschicht der Leiteibahnen tiefer werden und ίο gleichzeitig die Hinterschneidungen sich seitlich verbreitern. Hierdurch wird eine Verbesserung der Haftfestigkeit erreicht.

Die gedruckte Schaltung wird nach folgendem Verfahren hergestellt: v>

Aufbringung einer Hafivcrmittlerschicht, bestehend aus einer Mischung aus elektrisch leitenden Edelmetallen und/oder Unedelmetallen und/oder deren Legierungen in Form von kleinsten Teilchen _b() in einem organischen Bindemittel, in dein gewünschten Muster auf das Substrat,
Aushärtung des Bindemittels.

Einbringung des beschichteten Substrats in ein g-ilvanisches Kupferbad und Beschallung des μ Substrats als Anode.

anschließend Beschallung 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 Legierungsteilchen im elektrischen Kontakt steht.

Als Alternative können auch folgende Verfahrensschritte Anwendung finden:

Aufbringung einer Haftvermittlerschicht, 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 Substrai..
Aushärtung des Bindemittels,
Einbringung des beschichteten Substrats in ein galvanisches Kupferbad und Beschallung 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 Uncdelmetall 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 Substrats in das galvanische Bad einer mechanischen Behandlung unterworfen werden.

Zweckmäßigerweise ist die Haftvermittlerschicht im Siebdruckverfahren auf das nichtleitende 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 caprclaktamblokkierien Addukt des Isoporondiisocyanates und einem hydroxylgruppenhaltigen Oxyester und einem Polyvenylacetat sein.

Um noch günstigere 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 /weiten Schicht bedeckt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer mit Leiterbahnen auf einem nichtle'tenden Substrat versehenen gedruckten Schaltung, das sich aus folgenden Verfahrensschritten zusammensetzt:

a) Aufbringung einer aus einem organischen Bindemittel mit einem Zuschlagstoff in Form von Kleinstteilchen bestehenden Haftvermittlerschicht im Siebdruckverfahren auf das Substrat,

b) Aushärtung des Bindemittels,

c) Behandlung der Oberfläche der Haftvermittlerschicht zur Verbesserung der Haftfestigkeit,

d) Aufbringung der Leiterbahnen auf die Haftvermittlerschicht in einem galvanischen oder chemischen Kupferbad,

d;j durch gekennzeichnet, _>,

daü vor dem Aufbringen der Leiterbahnen im Kupferbad das Substrat als Anode geschaltet wird.

2. Nach dem Verfahren des Anspruches 1 hergestellte gedruckte Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlagstoff im Bindemittel aus ■■'> einer Mischung aus elektrisch leitenden Edelmetallen und/oder Unedelmetallen und/oder deren Legiei ungen besteht.

i. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelmetall z. B. Silber ist. ■'·

4 Gedruckte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unedelmetalle z. B. Kupfer oder Zinn sind.

5. GedrucKte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein wärmehär ' tendes Harz ist.

b. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Bindemittel ein Duroplast ist.

7. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 6, dadurch ^l(l gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Duroplast auf der Basis eines caprolaktamblockiertcn Addukts des Isoporondiisocyanates und einem hydroxylgruppenhaltigen Oxyester ist.

8. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch ^4Γ> gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Thermoplast ist.

9. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Thermoplast auf der Basis von Polyvinylacetalen ist. ⁵"

10. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel eine Mischung aus einem Duroplast und eine Thermoplast ist.

11. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 10, ^v> dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel aus einem caprolaktamblockiertcn Addukt des Isoporondiisocyanates und einem hydroxylgruppenhaltigen Oxyester und einem Polyvinylacetat besteht. f>o

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupfcrschicht der Leiterbahnen mit einer /weiten, relativ dünnen Metallschicht ;ius einem Edelmetall überzogen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metallschicht nur in bestimmten Bereichen auf die ausgehärteten Leiterbahnen aufgebracht wird, wobei vor der Aufbringung der Metallschicht eine isolierende Schicht aus einem organischen Harz aufgetragen wird derart, daß die zu metallisierenden Abschnitte der Leiterbahnen frei bleiben.