DE2759915C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, die für einen Einsatz in
der Elektroindustrie sowie In der Elektronikindustrie geeignet ist.
Zur Herstellung von gedruckten Schaltungen, wie sie beispielsweise in elektronischen Vorrichtungen eingesetzt
werden, wird in herkömmlicher Weise ein Kupferleitermuster auf einem mit Kupfer beschichteten Kunststofflaminat
durch Auftragen einer Ätzreserve, was im allgemeinen durch Siebdrucken erfolgt, auf die Flächen
erzeugt, an denen Kupferleiter vorliegen sollen, worauf beispielsweise mit einer Elsen(III)chlqrldlösung das
nichtbeschichtete Kupfer weggeätzt, die Ätzreserve entfernt, im allgemeinen durch Siebdrucken eine Lötreserve
auf die Flächen der gedruckten Schaltung, auf welche anschließend kein Lötmittel aufgebracht werden muß,
aufgebracht wird, worauf die Schaltung vor dem Anmontieren der erforderlichen Komponenten gelagert, ein
Schutzüberzug auf die Schaltung aufgebracht wird, wobei dieser Schutzüberzug entweder aus einem Zlnn/Blel-Lötmittelüberzug
oder einem chemischen Schutzlack bestehen kann, der nicht vor der Flußmittelbehandlung und
dem Löten entfernt werden muß. Anschließend werden die erforderlichen Komponenten auf der gedruckten
Schaltung In der Welse montiert, daß die Bleldrähte von
den Komponenten durch Löcher In der Schaltung geführt und mit den aufgedruckten Kupferleitern durch Löten
verbunden werden. Das Löten kann von Hand erfolgen, beispielsweise unter Verwendung eines Lötkolbens,
wobei ein Lötdraht mit einem Flußmittelkern verwendet werden kann, es kann auch automatisch In der Weise
durchgeführt werden, daß zuerst ein flüssiges Flußmittel aufgebracht wird, beispielsweise durch Aufpinseln oder
nach einer anderen bekannten Aufbringungsmethode, worauf auf die mit dem Flußmittel behandelte gedruckte
Schaltung ein Lötmittel aufgebracht wird, beispielsweise
durch Eintauchen oder durch eine ähnliche bekannte Methode. Um eine Zuverlässigkeit der auf diese Welse
zusammengelöteten Verbindungen zu gewährleisten, werden die Bleldrähte mit einer Zlnn/Blel-Lötmltteileglerung
während der Herstellung der Komponenten überzogen. Flußmittelreste, die nach dem Löten übrig bleiben,
werden Im allgemeinen entfernt, und es wird oft ein
Schutzüberzug auf die fertige gedruckte Schaltung durch Aufpinseln oder dergleichen aufgebracht, um die Schaltung
gegenüber einer Beschädigung, beispielsweise In einer korrosiven Atmosphäre, zu schützen.
In der DE-AS 16 90 265 bzw. der DE-OS 23 12 482 werden Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen
beschrieben, bei denen auf eine mit Kupfer beschichtete
Trägerplatte zunächst eine auf der Trägerplatte verbleibende Ätzreserve auf die Leiterbahnen bildenden
Stellen der Kupferkaschlerung aufgebracht wird, und bei denen anschließend die nlchtabgedeckten Kupferbereiche
abgeätzt werden.
Nachteilig bei allen bisher bekannten Verfahren ist die
arbelts- und kostenaufwendige Aufbringung eines Schutzüberzugs auf die fertigen gedruckten Schaltungen.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestallt, ein
Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen zu schaffen, bei dessen Durchführung sich die Aufbringung
eines Schutzüberzugs erübrigt.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber den bekannten Verfahren den Vortei, daß die verwendete,
aus einem Flußmittel bestehende Ätzreserve sowohl als Ätzreserve sowie anschließend als Flußmittel beim Verlöten
von elektrischen Komponenten mit der Schaltung dient und darüber hinaus auch noch als Schutzüberzug
über den bemusterten Flächen der geätzten Druckschaltung dient, auf welchen es nach Beendigung des Verfahrens
zurückbleibt, so daß es nicht mehr notwendig ist, einen getrennten Schutzüberzug aufzubringen, was eine
erhebliche Zelt- und Kosteneinsparung bedingt.
Die Verwendung eines Materials, das sowohl als Ätzreserve als auch als Lötflußmittel dient, war bisher noch
nicht bekannt und wird auch durch keines der bekannten Verfahren nahegelegt.
Bei dem eingesetzten Ester, der ein Molekulargewicht
von mindestens 300 aufweist und Insbesondere ein Molekulargewicht von 300 bis 3000 besitzt und bei Raumtemperatur
fest Ist, kann es sich um ein Ester handeln, der gebildet wird durch Umsetzung eines Polyhydroxyalkohols,
wie z. B. Dläthylenglykol, Neopentylglykol. Glycerin, Triäthylenglykol, Dlpropylenglykol, Trlmethyloläthan,
Trlmethylolpropan, Pentaerythrit, Dipentaerythrlt, Sorbit, Mannit, Inosit oder Saccharose, mit einer organisehen
Mono- oder Polycarbonsäure. Geeignete Säuren können ausgewählt werden aus gesättigten Fettsäuren,
wie z. B. Essigsäure oder Stearinsäure, aus ungesättigten Fettsäuren, wie z. B. Ölsäure, oder aus aromatischen oder
cyclischen Carbonsäuren, wie z. B. Benzoesäure, Abletlnsäure oder modifizierte Abletlnsäuren. Ester, die sich als
besonders geeignet erwiesen haben, sind solche, die abgeleitet sind von Polyhydroxyalkoholen, die 2 bis 8, vorzugsweise
3 bis 6 Hydroxylgruppen enthalten, wie z. B. Pentaerythrlttetraacetat, Pentaerythrlttetrastearat, Pentaerythrlttetraoleat,
Pentaerythrlttetrabenzoat, Mannlthexaacetat, Trläthylen, Glykoldlbenzoat, Glycerlnztrlbenzoat,
Neopentylglykoldlbenzoat, Trlmethyloläthantribenzoat und Saccharoseoctaacetat.
Es kann eine organische Säure (a) als Hllfsflußmlttel
verwendet werden, um dem Flußmittel eine ausreichende Azidität zu verleihen, so daß der Ester besser als
Flußmittel wirken kann. Es kann sich um eine allphatlsche oder aromatische Mono- oder Polycarbonsäure handeln,
wie z. B. Stearinsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Llnolsäure, Benzoesäure oder Salicylsäure. Die Menge
der in dem Flußmittel vorhandenen organischen Säure übersteigt normalerweise nicht 20 Gew.-% der gesamten
Zubereitung.
Zur Verbesserung der Flußmittelaktivität des Esters
(d. h. der Geschwindigkeit des Flleßens bzw. Schmelzens) wird ein Flußmittelaktivator verwendet. Ein derartiger
Aktivator kann ausgewählt werden aus organischen Säuren, beispielsweise den vorstehend angegebenen Säu-
ren, Sulfonsäuren, ζ. B. Dinonylnaphthalinsulfonsäure, sowie aliphatischen oder aromatischen Aminen und
Hydrohalogeniden davon, wie z. B. Glycerin, Octadecylamin.
Nikotinsäure, Cyclohexylaminhydrochlorid, 2-Chloräthylmorpholinhydrochlorid,
Diäthylaminhydrochlorid, Triäthylamlnhydrobromid sowie Anilinhydrochlorid. Die
Menge des verwendeten Aktivators sollte normalerweise 20 Gew.-% der gesamten Zubereitung nicht übersteigen.
Da die Ester von Polyhydroxyalkoholen Im allgemeinen
wachsartig oder weich sind und bis zum Aushärten zu einem harzartigen Zustand nach dem Erhitzen auf die
Verlötungstemperaturen und nach Abkühlenlassen einige Zeit benötigen, wird ein Flußmlttelrückstands-Härter
(c) verwendet, bei dem es sich um einen Ester, beispielsweise Saccharosebenzoat, oder um eine Abletlnsäurederivat,
z. B. ein polymerlslertes Harz, oder einen Ester einer modifizierten Abietinsäure, z. B. einen Pentaerythrltester
eines mit Maleinsäure umgesetzten Harzes (maleinierten Harzes) handeln kann. Diese Flußmittelrückstands-Härter
sollten einen erhöhten Schmelzpunkt, d. h. einen Schmelzpunkt von mindestens 100° C und
vorzugsweise einen Schmelzpunkt Innerhalb eines Bereichs von 100 bis 200° C, aufweisen. Die Menge des
verwendeten Härters sollte normalerweise 20 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zubereitung, nicht übersteigen.
Übt ein einzelner zusätzlicher Bestandteil die Funktion von 2 oder mehreren der Bestandteile (a), (b) und (c) aus,
dann kann die Menge dieses Bestandteils kumulativ sein. Dies bedeutet, daß dann, wenn beispielsweise ein einziger
Bestandteil alle drei Funktionen ausübt, bis zu 60 Gew.-96 dieses Bestandteils verwendet werden können.
Die eingesetzten Flußmittelzubereitungen können In
Form einer Flüssigkeit hergestellt werden durch Auflösen der Bestandteile In einem organischen Lösungsmittel,
dessen Auswahl von der gewünschten Viskosität und der gewünschten Trocknungsgeschwindigkeit der flüssigen
Flußmittelzusammensetzung abhängt. Derartige erfindungsgemäße flüssige Flußmittelzusammensetzungen
können mit Vorteil für die Herstellung von gedruckten Schaltungsanordnungen verwendet werden, da sie die
Vereinfachung der vorstehend beschriebenen normalen Systeme ermöglichen und dadurch die Herabsetzung der
Produktionskosten für die gedruckten Schaltungsanordnungen ermöglichen. Dadurch können die eingesetzten
flüssigen Flußmittelzubereitungen, wenn sie auf eine saubere, mit Kupfer beschichtete Kunststofflaminatplatte, beispielsweise unter Anwendung eines Siebdruckverfahrens,
aufgebraucht werden, als Ätzreserven In der nachfolgenden Ätzstufe wirken und sie können auf der
gedruckten Schaltung als Schutzüberzug für das In der Ätzstufe erzeugte Kupferschaltungsleltermuster verbleiben,
so daß die Schaltungen leicht gelagert werden können für die spätere eventuelle Verwendung In Lötverfahren.
Falls erforderlich, können auf den gedruckten Schaltungen die erforderlichen Komponenten befestigt werden
durch Einführen der Anschlußdrähte durch die in der Tafel erzeugten Löcher nach dem Ätzen und Verbinden
derselben mit den gedruckten Schallungsleltern durch
Aufbringen eines Lötmittel^, ohne daß eine vorausgehende,
getrennte, weitere Aufbringung von Flußmittel auf die gedruckte Schalttafel erforderlich Ist, vorausgesetzt,
daß die Komponenten-Anschlußdrähte In einem lötbaren Zustand vorliegen. Die beim Löten erhaltenen
Flußmittelrückstände müssen normalerweise nicht entfernt werden und sie können als endgültiger Schutzüberzug
wirken.
Aus den vorstehenden Angaben Ist ohne weiteres ersichtlich, daß Im Vergleich zu den konventionellen
Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen, wie weiter oben beschrieben, die Herstellung stark vereinfacht
und damit die Notwendigkeit der Verwendung einer großen, komplexen und teuren Vorrichtung in
mehreren Produktionsstufen und auch die Verwendung eines entflammbaren flüssigen Flußmittels in der Lötvorrichtung
vermieden werden kann.
Die eingesetzten flüssigen Flußmittel-Zubereitungen können, wie weiter oben erwähnt, hergestellt werden
durch Auflösen der Bestandteile in einem geeigneten organischen Lösungsmittel oder in einem Gemisch solcher
Lösungsmittel. Geeignete Lösungsmittel können ausgewählt werden aus Ketonen, wie z. B. Methylisobutylketon
und Aceton, Alkoholen, wie z. B. Isopropanol, und aromatischen Lösungsmitteln, wie z. B. Toluol
und Xylol.
Die eingesetzten Flußmittel-Zubereitungen enthalten, wenn sie in flüssiger Form vorliegen, mindestens 40,
zweckmäßig mindestens 50 Gew.-% des Esters eines Polyhydroxyalkohols, bezogen auf den Feststoffgehalt
der Zubereitung, während sie in fester Form vorzugsweise mindestens 80, vorzugsweise mindestens 90 Gew.-%
des Esters, bezogen auf die gesamte Zubereitung, enthalten.
In den folgenden Beispielen werden eingesetzte Flußmittel-Zubereitungen
näher erläutert.
Aus den nachfolgend angegebenen Bestandteilen wurde eine Flußmittelzubereitung in flüssiger Form hergestellt:
Pentaerythrlttetrabenzoat 15 Gew.-%
dimerisiertes Harz (Kolophonium) 4 Gew.-%
2-Chloräthylmorpholinhydrochlorid 1 Gew.-%
Methylisobutylketon 80 Gew.-%
Die In dem vorstehenden Beispiel 1 beschriebene Flußmittel-Zubereitung
wurde mittels eines Pinsels auf eine saubere, mit Kupfer beschichtete Kunststofflaminatplatte
unter Erzeugung eines Musters aufgebracht, nach welchem Kupferschaltungsleiter erzeugt werden sollen. Die
erhaltene Platte wurde bei Raumtemperatur etwa 15 min lang trocknen gelassen und dann in eine ElsendlDchlorldätzlösung
eingetaucht, aus der sie nach etwa 15 min wieder herausgenommen wurde. Die Ätzlösung hatte den
gesamten freiliegenden Kupferüberzug entfernt, wobei nur das erforderliche Kupfermuster zurückblieb, das von
der Flußmittel-Zubereitung überzogen war, die als Ätzabdeckmaterial gewirkt hatte. Die Platte wurde dann
bei Raumtemperatur In fließendem Wasser gewaschen und getrocknet. Nach dem künstlichen Altern unter
feuchten Bedingungen wurde die Platte getrocknet und untersucht, wobei festgestellt wurde, daß sie noch einen
klaren Flußmittel-Zubereitungsüberzug auf dem Kupferleitungsmuster aufwies. Die Platte wurde dann In herkömmlicher
Welse über eine stehende Welle von geschmolzenem Lötmittel hinweggeführt, ohne daß
zuvor flüssiges Lötmittel oder Lösungsmittel aufgetragen wurde. Dieser Arbeltsgang wurde In einer herkömmlichen
Wellenlötvorrichtung durchgeführt. In welcher vor der Lötstufe auf 9O0C vorerwärmt wurde. In der jedoch
die Flußmittelauftragung entfiel. Das In der Lötstufe verwendete
Lötmittel war eine 60/40 Zinn/Blei-Legierung, die bei einer Temperatur von 250° C verwendet wurde.
Nachdem die Platte über die Lötmittelwelle hinweggeführt
worden war, wurde sie untersucht, wobei man feststellte, daß das Kupferleitungsmuster vollständig mit
einem ebenen gleichmäßig geschmolzenen Lötmiüelüberzug verlötet war.
Der Lösungsmittelgehalt der in dem vorstehenden Beispiel 6 beschriebenen flüssigen Flußmittel-Zubereitung
wurde derart eingestellt, daß die Zubereitung durch Siebdruck auf ein Kupfer-Kunststoff-Laminatbrett aufgebracht
werden konnte. Die Zubereitung wurde dann durch Siebdruck auf ein sauberes mit Kupfer beschichtetes
Kunststofflaminatbrett unter Bildung eines Musters aufgebracht, nach welchem Kupferschaltungsleiier gebildet
werden sollen. Das Brett wurde dann nach der in Beispiel 10 beschriebenen Weise geätzt, gewaschen und
getrocknet, worauf Löcher in das Brett an den Stellen eingestanzt wurden, an denen Leitungen anschließend
durch das Brett geleitet werden sollten. Anschließend wurden elektronische Komponenten mit Leitungen, die
mit der gleichen Flußmittel-Zubereitung beschichtet waren, auf der unbeschichteten Seite des Brettes befestigt,
indem man die Leitungen durch die jeweils ausgestanzten Löcher zu der Seite des Brettes mit dem Kupferleitungsmuster
hindurchführte, und die dabei erhaltene Anordnung wurde dann durch eine Vorwärmungsstufe
und anschließend durch eine Lötstufe einer herkömmlichen Wellenlölvorrichtung nach der in Beispiel
10 beschriebenen Weise geschickt. Die dabei erhaltene fertige gedruckte Schaltung wies perfekt verlötete Lötstellen
auf.
Wie weiter oben im Zusammenhang mit herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen
erwähnt worden ist, werden die jeweiligen Leitungsdrähte im allgemeinen vor dem Befestigen auf der
gedruckten Schalungsplatte mit einem Lötmittel beschichtet. Es wurde gefunden, daß die flüssigen Flußmittel-Zubereitungen
ebenfalls als Schulzüberzüge für Leitungsdrähte für elektronische Komponenten verwendet
und als solche als Alternative zum Löten verwendet werden können.
Eine gedruckte Schaltung wurde nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise hergestellt, mit der Ausnahme, daß
s die flüssige Flußmittel-Zubereitung aus den folgenden
Bestandteilen hergestellt wurde:
Trimethyloläthaniribenzoat 12 Gew.-%
polymerisiertes Harz (Kolophonium) 6 Gew.-",,
Adipinsäure 2 Gew.-'\,
Mehtylisobutylketon 40 Gew.-°„
Aceton 40 Gew.-'1,,
Eine gedruckte Schaltung wurde nach der in Beispiel 1
beschriebenen Weise hergestellt, mit der Ausnahme, daß die flüssige Flußmittelzubereitung aus den folgenden
Bestandteilen hergestellt wurde:
Eine gedruckte Schaltung wurde nach der in Beispiel 1
beschriebenen Welse hergestellt, mit der Ausnahme, daß die flüssige Flußmiltelzubereitung aus den folgenden
Bestandteilen hergestellt wurde:
Pentaeryhrittetrabenzoat | 15 Gew.-'Ai |
Cyclohexylaminhydrochlorld | 1 Gew. -% |
Peniaerylhrilesier eines maleinierten | 5 Gew.-'t, |
Harzes (Kolophoniums) | |
Toluol | 58 Gew.-% |
Aceton | 21 Gew.-% |
Pentaerythrittetrabenzoal | 10 | Gew.-% |
Adipinsäure | 1 | Gew.-A, |
Pentaerythritester eines maleinierten | 10 | Gew.-% |
Harzes (Kolophoniums) | ||
Toluol | 58 | Gew. -% |
Aceton | 21 | Gew.-% |
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, bei dem auf line mit Kupfer beschichtete
Trägerplatte eine auf der Trägerplatte verbleibende Ätzreserve (Resist) auf die die Leiterbahnen bildenden
Stellen der Kupferkaschlerung aufgegbracht und anschließend die nicht abgedeckten Kupferbereiche
abgeätzt wfcrden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzreserve aus einem Flußmittel besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flußmitte! verwendet wird, das aus
mindestens einem neutralen Ester sowie aus Zusatzstoffen besteht, wobei der Esteranteil mindestens 25
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, beträgt.
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