DE2920088A1

DE2920088A1 - Verfahren zur herstellung elektrischer leiterplatten

Info

Publication number: DE2920088A1
Application number: DE19792920088
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Chem Ambros; Egon Friedel; Roland Reinelt
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 1979-05-18
Filing date: 1979-05-18
Publication date: 1980-11-20
Also published as: DE2920088B2; DE2920088C3

Description

Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten Die Erfindung geht von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 aus.
Es ist bereits eine Reihe von Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten bekannt. Die bekanntesten arbeiten nach der Subtraktiv- oder Additiv-Methode. Bei der reinen Additiv-Methode erfolgt der Aufbau der Leiterbahnen auf chemischem Wege. Man verwendet ein Basismaterial in dessen Oberfläche Metailsalze eingearbeitet wurden, die z B. durch Licht oder chemische Agentien zersetzbat sind und dadurch Metallkeime bilden. DIese reduzierenden Metallkeime wirken katalytisch auf die stromlose Metallabscheidung z.B. eines autokatalytisch arbeitenden Kupferbades. Das Leiterbild wird auf den im Basismaterial verankerten Metallkeimen bis zur Endstärke aufgebaut, so daß ein Xtzen vollhommen entfällt. Bei der reinen Substraktiv-Methode wird ein Basismaterial mit einem dünnen Metallfilm beschichtet und durch selektives Abätzen des Metallfilrns werden die entsprechenden Leiterbahnen hergestellt. Es gibt neben diesen beiden Methcden noch die Semi-Additiv-Methode, bei der man zunächst eine relativ dünne max. 5 Fm betragende Leitkupferschicht auf dem Basismaterial herstellt, auf die das Leiterbild dann aufgedruckt wird und das daunn galvanisch verstärkt wird. Beim späteren Ätzvorgang ist lediglich die dünne Kupferleiterschicht der freien Flächen abzulösen.
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Leiterplatte bekannt, bei dem ein elektrisch isolierendes Trägermaterlal zwischen den einzelnen Leiterbahnen mit kanalartigen Vertiefungen versehen ist. Von diesen Vertiefungen ist einer der Ränder scharfkantig und der andere abgerundet oder abgeschrägt ausgebildet. Auf der Seite des Trägermaterials, auf der sich die Vertiefungen befinden, wird eine einteilige Metallfolie von etwa o,o2 bis o,2 mm Stärke, die mit einem Klebematerial beschichtet ist, aufgelegt. Das Anpressen der Metallfolie erfolgt mittels eines beheizten Metallstempels oder durch einen Stempel aus einem weichelastischen Werkstoff. Die Metallfolie wird an dem scharfkantigen Rand der Vertiefungen durchgetrennt und über den abgerundeten Rand gebogen. Das Anpressen und das Abtrennen erfolgt in einem Arbeitsgang. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß der nicht zu den Leiterbahnen laminierte Metallfolienanteli zu Abfall wird und daß, um eine einwandfreie Lötbarkeit der Leiterbahnen zu erhalten, eine galvanische bzw. chemische Verstärkung der Leiterbahnen erforderlich ist.
Es ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktes mit einer Dicke von 50 bis 300 Fm auf einem Metallträger bekannt, bei dem auf der Oberfläche des Metallträgers eine Isoliermaske angeordnet wird, die an den Stellen, an denen ein Kontakt hergestellt werden soll, Durchgänge aufweist. In diesen so entstandenen Hohlraum gibt man eine vorbestimmte Menge eines Metallpulvers, bestehend aus einer Mischung aus Silberpulver, Graphitpulver, einem organischen Bindemittel und einem Lösungsmittel. Dieses im Hohlraum liegende Metallpulver setzt man mittels einer ersten Elektrode einem Druck aus, wodurch einerseits ein komprimierter Kontakt bestehend aus dem Metallpulver gebildet wird und wobei andererseits ein guter elektrischer Kontakt zwischen dieser ersten Elektrode, diesem komprimierten Metallpulver und dem vorbestilirnten Bereich auf dem Metallträger hergestellt wird. Durch die erste Elektrode und eine elektrisch mit dem Träger verbundene Gegenelektrode wird ein elektrischer Stran geschickt. Dieser Stran durchstrdmt den Kontakt, so daß auch der Kontakt bzw. das Metallpulver erhitzt und somit eine Sinterung und Verschweißung mit dem Metallträger erreicht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren nach der eingangs genannten Art zur Herstellung elektrischer Leiterplatten zu finden, das eine einfache, möglichst abfallose und daher wirtschaftliche Herstellung von lötbaren Leiterbahnen und/oder Flächen auch bei einem dreidimensionalen Träger erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst.
Weitere vorteilhafte Verfahrensschritte sind den tkiteransprtichen zu entnehmen.
Als Basismaterial für die elektrischen Leiterplatten wird ein Träger aus einem thermoplastischen, hochtemperaturbeständigen Kunststoff verwendet. Dieser Kunststoff kann z.B. Polyäthylensulfon, Polyphenylensulfid, Polyimid oder Polyaidimid sein. Er sollte hochtemperaturbeständig sein, da der Sintervorgang bei einer Temperatur von 1600C bis zu 2500C durchgeführt wird.
Eine Möglichkeit der Leiterbahnenherstellung auf einem ebenen Träger besteht darin, daß man das zu sinternde Metallpulver auf die Oberfläche möglichst gleichm~aßig streut bzw. verteilt. Das Metallpulver kann aus Kupfer-, Silber-, kupferumhüllten Nickel-, Kobalt-, Eisen- oder Ferritteilchen bestehen. Ferner kann man noch silberumhüllte Nickel-, Kobalt-, Eisen- oder Ferritteilchen verwenden. Die Teilchengröße sollte bevorzugt kleiner lo n sein.
Es zeigte sich als vorteilhaft, einzelne Kupferteilchen oder verkupferte Metallteilchen z.B. im Reaktionsverdampfer mit einem Haftvermittler zu umhüllen. Ein solcher Haftvermittler kann ein Siliconharz, ein organofunktionelles Silan oder ein Silanester sein. Im Falle der Verwendung eines Silikonharzes wird dieses mit o,1 bis 5, vorzugsweise o,1 bis 1,5 Gew.% bezogen auf die Kupferteilchen beigefügt Bei einer Anwendung dieses Verfahrens wird eine Haftfestigkeit der Leiterbahn zum Träger, der z.B. aus Polyphenylensulfid besteht, erreicht, die den Wert 10 N/cm2 übersteigen.
Bei Leiterplatten, bei denen erhöhte Ansprüche an die Abriebfestigkeit gestellt werden (z.B. bei Schaltvorgängen und dgl.) empfiehlt es sich, mit den kupferutrrnantelten Nickelteilchen zu arbeiten. Hierbei entstehen abriebfeste und einwandfrei lötbare Leiterbahnen oder elektrisch gut leitende Flächen. Der Einsatz von kupferummantelten Nickelta zehen ist auch zweckmäßig, wenn die erforderlichen Leiterbahnen und Flächen z.B.
aus konstruktiven Gründen an einem dreidimensionalen Träger realisiert werden müssen, wobei die magnetischen Eigenschaften eines solchen Pulvers ausgenutzt werden.
Die Herstellung der Leiterbahnen und/oder der elektrisch gut leitenden Flächen erfolgt mittels einer Stempeleinrichtung. Diese besitzt endseitig erhaben die Form des musters der Leiterbahnen und/oder der elektrisch gut leitenden Flächen. Mit Hilfe dieser Stempeleinrichtung, die z.B. auf eine Temperatur von 200°C aufgeheizt ist, wird bei einem Druck von loo N/an das Metallpulver, bestehend aus z.B. verkupferten Nickelteilchen auf dem z.B. aus Polyphenylensulfid bestehenden Träger aufgesintert. Hierbei sintert die Kupferumhüllung der Nickelteilchen, so daß eine kontinuierlich verkupferte, mit Nickelteilchen gefüllte Leiterbahn bzw. Fläche entsteht.
Gleichzeitig erweicht der der Druck- und Temperatureinwirkung ausgesetzte Teil des Trägers unter den sich im Status nascendi befindenden Leiterbahnen und Flächen, so daß diese im nun erweichten Träger nach dessen Abkühlung fest verankert bleiben. Das restliche auf dem Träger noch aufgestreute Mbtallpulver kann abschließend abgeschüttelt werden.
Das Verfahren ermöglicht selbstverständlich auch den Einsatz von reinen Kupferteilchen.
Der Sintervorgang kann bei einer Temperatur von 1600C bis 2500C vorzugsweise 200°C und bei einer Druckanwendung von 80 bis 140 N/cm2, durchgeführt werden.
Eine andere Möglichkeit der Leiterbahnenherstellung besteht darin, daß man die beheizte Stempeleinrichtung zumindest teilweise, insbesondere endseitig, aus einem magnetischen Werkstoff herstellt. Auch diese Stempeleinrichtung besitzt endseitig erhaben die Form des Musters der Leiterbahnen und/oder der elektrisch gut leitenden Flächen. Als Metallpulver verwendet man verkupferte ferromagnetische Metallteilchen, wie z.B. Eisen-, Kobalt- oder Nickelteilchen. Die Stempeleinrichtung wird in einen Behälter, der mit dem Metallpulver gef(lllt ist, eingetaucht und wieder herausgezogen. Die Metallteilchen bleiben, bedingt durch die magnetischen Eigenschaften des Werkstoffes, an der Stempeleinrichtung haften. Die übrigen Verfahrensschritte entsprechen im wesentlichen denen des anderen Herstellungsverfahrens.
Das zuletzt erwähnte Herstellungsverfahren ist besonders geeignet, wenn der Träger dreidimensional ist und daher Erhebungen und Vertiefungen aufweist. Die Form der Stempeleinrichtung kann leicht an die Trägerform angepaßt werden. Es sollten allerdings für die Erhebungen und Vertiefungen keine scharfkantigen Rande sondern nur abgerundete oder abgeschrägte Ränder vorgesehen werden.
Bei beiden Herstellungsverfahren können mit der Stempeleinrichtung auch gleichzeitig mit der Aufsinterung der Leiterbahnen und/oder Flächen Metallösen umgebördelt werden, die zuvor in Bohrungen des Trägers zur Durchkontaktierung eingesetzt wurden.

Claims

Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten 1. Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten bestehend 1.1 aus einem flächigen, elektrisch isolierenden Träger und 1.2 aus in einem bestimmten Muster auf den Träger aufgebrachten Leiterbahnen und/oder elektrisch gut leitenden Flächen, dadurch gekennzeichnet, 1.3 daß der Träger aus einem ehermoplastlschen, hochtanperaturbeständigen Kunststoff besteht und 1.4 daß mittels einer Stempeleinrichtung, die erhaben die Form des Musters der Leiterbahnen und/oder Flächen aufweist, die Leiterbahnen und/oder die Flächen aus Metallpulver unter Anwendung von Druck und Temperatur auf den Träger aufgesintert werden.
2. Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 2.1 daß das zu sinternde Metallpulver aus Kupfer-, Silber-, kupferuuhüllte Nickel-, Kobalt-, Eisen- oder Ferritteilchen oder silberrhüilte Nickel-, Kobalt- Eisen- oder Ferritteilw chen besteht.
3. Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, 3.1 daß der hochtemperaturbeständige, thermoplastische Kunststoff Polyäthylensulfon, Polyphenylensulfid, Polyimid oder Polyamidimid ist.
4. Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, 4.1 daß das zu sinternde Metallpulver auf die Trägeroberfläche aufgestreut wird.
5. Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 5.1 daß die Stempeleinrichtung aus einem magnetischen Wt stoff besteht.
6. Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 6.1 daß der Sintervorgang bei einer Temperatur von 1 6o0C bis zu 250 C und bei einer Druckanwendung von 80 N/cm2 bis 140 N/cm2 durchgeführt wird.
7. Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, 7.1 daß die Metallteilchen mit einem Haftvermittler ganz oder teilweise umhüllt sind.
8. Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, 8.1 daß der Haftvermittler ein Silikonharz, ein organofunktionelles Silan oder ein Silanester ist 9 Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, 9.1 daß gleichzeitig mit der Aufsinterung der Leiterbahnen und/oder Flächen durch die gleiche Stempeleinrichtung zuvor in Bohrungen des Trägers eingesetzte Metallösen umb~ordelt werden