DE3016769C2

DE3016769C2 - Verfahren zur Herstellung einer Öffnung vorbestimmter Dimensionierung in einem blattförmigen Material

Info

Publication number: DE3016769C2
Application number: DE3016769A
Authority: DE
Inventors: George John Philadelphia Pa. Whitley
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1979-05-04
Filing date: 1980-04-30
Publication date: 1983-03-03
Also published as: FR2455489B1; DE3016769A1; JPS55150294A; JPS594880B2; FR2455489A1; US4248075A

Description

IU

a) Ausbilden einer öffnung (12) mit einer Dimensionierung, die größer ist als die endgültige Dimensionierung,

b) Prägen bzw. Drücken der Kanten der Öffnungen in zwei Gesenken, so daß das Material des die Lochwandungen bildenden Bleches den Konturen der Gesenke folgend derart abgerundet wird, daß die Abstände zwischen auf den abgerundeten Oberflächen sich gegenüberliegenden Punkten zum Lochinneren bis zu einem Pur>k\ hin kontinuierlich abnehmen, wo die ^bcrflscher! ineinander übersehen.

2. Gedruckte Schaltung aus einer mit einem elektrisch isolierenden Material, das Leiterbahnen trägt, beschichteten Metallblech, in dem mindestens eine öffnung ausgebildet ist, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Öffnung vorbestimmten Dimensionierung in einem blattförmigen Material, wie es im Oberbegriff des a Anspruchs 1 vorausgesetzt ist. I.in solches Verfahren dient etwa zur Herstellung eines Kernblcches aus Stahlblech für i'me gedruckte Schaltungsplatte mit einem isolierten Kern. Derartige Platten, deren Kern durch ein Isolationsmaterial wie Porzellan bedeckt ist, werden als Substrat für Hybridschaltungen in Dickfilmtechnik und gedruckte Schaltungen verwendet. Eine gedruckte Schaltungsplatte mit isoliertem Kern dieser Bauart weist ausgezeichnete mechanische und thermische Eigenschaften auf und ist vergleichsweise kostengünstig. Außerdem verträgt sie Umgebungen, bei denen gedruckte Schaltungsplatten aus einem anderen konventionellen Material Schaden nehmen würden. Sie bildet auch ihre eigene Wärmesenke und Masseebene aus und kann in einer Größe gefertigt werden, die nicht durch das Kernmaterial oder das Material der Beschichtung begrenzt wird.

Die Leiter und anderen Schaltungselemente werden bei derartigen Hybrid- und gedruckten Schaltungen dadurch ausgebildet, daß zuerst Muster aus geeigneter Tinte auf der Substratoberfläche aufgebracht werden. Wird das mit dem Tintenmuster versehene Substrat gebrannt, so verschmelzen die Tintenmaterialien (Kupfer. Gold, etc.) mit der Porzcllanbeschichtung des Substrats und bilden die erwähnten Leiter und anderen fen Schaltungselemente aus.

Üblicherweise werden die Tintenmuster durch ein Siebdruckverfahren auf die Substratoberfliiche atilge bracht. Deshalb muß die Substratnbcrfläche flach sein, um sicherzustellen, daß die Tinlendicke und die <■'■ Musterform gul kontrollier! weruen. dennglugige Vusbuchtungen oder andere Veränderung!.¹!) in di ; ( liierflache führen /\i unerwünschten Veraiidcnint'cu im der Tintendicke und in der Muslerform.

Sämtliche Teile des Substrats müssen eine Porzellanbeschichtung in ausreichender Dicke aufweisen, damit Kurzschlüsse zwischen der Masseebene (die durch den Stahlkern gebildet wird) und den Schalungselementen verhindert werden, die auf dem Substrat befestigt sind. Die Dicke der Porzellanbeschichtung muß auch in Substratbereichen beibehalten werden, welche die Wände von das Substrat durchsetzenden Löchern enthalten und umgeben; durch solche Lochet verlaufen beispielsweise Leitungen zu diskreten Schaltungselementen, die auf dem Substrat ausgebildet sind.

Unregelmäßigkeiten in der flachen Ausgestaltung der Oberfläche und in der Dicke der Porzellanbeschichlung des Substrats können durch Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Kernmaterials verursacht werden. Diejenigen Teile des Kernmaterials, welche öffnungen im Keriimaterial (beispielsweise gestanzte Öffnungen; umgeben, sind besonders empfindlich gegenüber Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche. Aus diesem Grund ist die Ausbildung von Löchern durch ein derartiges Kernblaumaterial kritisch.

Bisherige Versuche, Oberflächen-Unregelmäßigkeiten des Kernmaterials in den Griff zu bekommen, umfassen ein »Abrunden« (Glätten der Rauhigkeit) des Kernmaterials neben den Löchern. Bekanntlich sind scharfe Ränder oder Ecken bei einem derartigen Loch lediglich dünn mit einer Porzellanbeschichtung bedeckt. wobei das Kernmaterial durch die Porzellanbeschichtung an diesen Stellen vorstehen kann. Die Verwendung eines Gesenkes mit einem Dorn oder Locheisen zuAusbildung der gewünschten Rundung bei den Löchern ist nicht zufriedenstellend, da Gesenk und Dorn Ausbuchtungen des Kernmaterials hervorrufen, welches dadurch eine unebene Oberfläche bekommt. Darüber hinaus runden Gesenk und Dorn lediglich einige der Lochränder ab und es bleiben andere Ränder scharf zurück. Auch ist es aus der DE-AS 22 64 536 bekannt, den nach außen vorstehenden Umfangsrand einer Dose durch Walzen wegzubrechen. Dieses Verfahren eignet sich aber nicht für die Bearbeitung der hier betrachteten Kernbleche.

Man kann eine Abrundung auch ansenken, jedoch ist das kosienintcnsiv und langsam, insbesondere dann, wenn viele Löcher in jedem Kern auszubilden sind. Darüber hinaus können Bohrmaschinen nicht verwendet werden, wenn das Loch nicht kreisförmig ist.

Die Aufgabe der Erfindung somit in der Angabe eines Verfahrens zur Ausbildung eines Loches gewünschter Querschnittsabmessiingen ohne scharfe Ränder in einem blattförmigen Kernmaterial, beispielsweise aus Stahl, das mit einer Beschichtung aus elektrisch isolierendem Material (beispielsweise Porzellan) bedeckt werden soll und zusammen mit dieser Beschichtung eine gedruckte Sdialtungsplatic mit isoliertem Kern darstellt. Insbesondere sollen die Lochränder keine die Isolationsbeschichtung behindernden Unstetigkeiten aufweisen, sondern durch eine Oberfläche definiert sein, die sanft in die beiden Oberflächen des Blattmaterials übergeht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch t angegebene Erlmdung ):■■ los;

|-.rfindii'igsgi-m.il.i wird die Öffnung im
einem größeren Oueisclimn
wünschten ausgcbildc. wobei
Oberflächen de, Blaues 11 ».'
Die l'cken werde;: dann so g

Blau mit als dem endgültig ge ;· \V,md dci Olliuiiig die kiuvn Ecken schneide: ruckt, dab da- Material

den Ecken m -lic Öffnung flieht und dabei in dr.

Foim der entsprechenden abgerundeuii Oberflächen gedruckt wird. Diese Oberflächen verlaufen kontinuierlich und gehen in der Öffnung glatt ineinander über und laufen in den Oberflächen des Blattes jenseits der öffnung glatt aus, so daß nach dem Drücken in einem Querschnitt durch das Blatt die Abstände zwischen entsprechenden Punkten auf den abgerundeten Oberflächen zunehmend bis zu einem Punkt kontinuierlich abnehmen, bei dem die aus dem Material der Ecken gebildeten abgerundeten Oberflächen ineinander übergehen und das Loch mit der gewünschten Querdimensionierung ausgebildet wird.

Die Et findung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen Seitenschnitt durch ein Gesenk zum Drücken eines blattförmigen Stahlkerns für ein Substrat, welches als gedruckte Schaltungsplatte verwendbarist,

Fig. 2A —2E Schnitte durch den Rand eines Loches, das mit üblichen Bearbeitungsmethoden in einem Blech ausgebildet wird,

F i g. 3 einen Schnitt durch einen wie in den Fig. 2A —2E ungünstigen Lochrand mit um dr,s Locii aufgebrachter Isolationsschicht.

Fig. 4 einen Schnitt durch ein nach der Erfindung ausgebildetes Loch und

Fig. 5 einen vergrößerten Endschnitt einer Seitenwand eines nach der Erfindung ausgebildeten Lochs.

Nach Fig. 1 ist ein Blatt 10, vorteilhafterweise aus wenig Kohlenstoff enthaltendem Stahlblech, mit einem oder mehreren Löchern 12 ausgebildet, die kreisförmig, quadratisch, rechtwinklig, länglich oder anders geformt sind. Das Loch 12 bildet an den Rändern mit den Oberflächen 18 und 20 des Blechs 10 vergleichsweise scharfe Ecken 14 und 16. Die Kanten 14 und 16 sind bei einem Blatt unerwünscht, das für ein Substrat eine gedruckte Schaltungsplatte verwenden soll, weil die später aufzutragende Porzellan-Email-Beschichtung die scharfen Kanten nicht vollständig bedeckt und demzufolge das Kernmetall bei 14 und 16 durch die Beschichtung I :rvorstehl und Fehler in den Schaltungen verursachen kann, welche in den Löchern 12 befestigte Schaltungselemente enthalten.

Bisher durchgeführte Versuche zur Vermeidung solcher scharfen Ecken waren wenig erfolgreich. Der Versuch gemäß F i g. 2A, ein Loch 22 in ein Blech 24 zu prägen bzw. ζ j schlagen, führte zu eine. Versetzung des Materials bei 26 und 28 unter Bildung von Ausbuchtungen, die um einen Abstand d über die Oberfläche 30 des Blechs hinausragen. Diese Ausbuchtungen sind nicht tragbar, da sie das Siebdruck en gedruckter Widerstände und der .Schaltungswege auf der Oberfläche 30 stören. Darüber hir.aus kann jede bei 26 ausgebildete Verformung zu einer dünneren Beschichtung des Porzellan-Emails an dieser Stelle führen und einen möglichen Kurzschluß zwischen dem Basismctall an dieser Stelle und einem darüberliegcnden Schaltungselement bewirken.

In Fig. 2B wurde das Blech 32 bei 34 durch einen Dorn gestanzt. Es verbleibt jedoch ein scharfer Grat 36 an der entgegengesetzten Kante des Blechs 32. Einige I Km steiler entfernen den Cirai Ί6 jedoch nicht, und dabei u'halt man ein Metallkcrnmaterial. das durch eine iinsehhel.k'iid aufgebrachte Emiiilhcschichtuni; hervorsteht, was /ti möglichen Schaltungsfehlcrn führt.

In Fig./¹C ist ein anderer Schnitt durch ein Loch *. erair-chaiilicht. das m üblicher Weise abgerundet «.wiiden Ki. Hierbei ist /var der eine Kami bei W gerundet, jedoch sind auf der anderen Seite bei 40 Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche aufgetreten, die ein Siebdrucken so stark stören können, daß das Blatt unbrauchbar wird. Die Einbuchtung 42 erhält eine besonders dicke Beschichtung aus Siebdruckmaterial, während auf den höherem Bereiche bei 44 die Siebdruckbeschichtung zu dünn wird. Auch kann der Bereich bei 44 scharfkantig ausgebildet sein, so daß aus diesem Grund die Beschichtung mit isolierendem

ίο Porzellan-Email übermäßig dünn wird und Fehlfunktionen der Schaltung die Folge sein können. In Fig. 2D ist ein Schnitt in etwa ähnlich der Fig. 2B gezeigt, allerdings ohne Grat an der Ecke 46 aber mit einer scharfen Kante, so daß kein ausreichendes Beschichten mit Porzellan-Email erfolgt und Schaltungsstörungen eintreten können. In Fig. 2E sind die Ränder des Lochs mittels eines Gesenks bei 48 abgerundet, aber durch das Gesenk ist bei 50 eine Stufe mit einer scharfen Ecke entstanden, so daß dieser Bereich von der Po^rzellanbeschichtung nicht richtig überzogen werden kann. Außerdem führen die unterschiedlichen Ebenen der Oberfläche zu den bereits erläuterten .iiebdruck-Problemen.

In Fig. 3 ist ein Lochrand mit einer unerwünschten runden Kante dargestellt, die mit einer Beschichtung 52 überzogen ist, auf die eine Schaltung 54 aufgedruckt ist. Die Beschichtung ist bei 56 und 58 nicht gleichmäßig dick und hoch ausgebildet, weil das Substrat im Bereich 60 Ungleichförmigkeiten aufweist. Die Beschichtung

in vergrößert die Ungleichförmigkeiten im Substrat. Diese Ungleichförmigkeiten beeinträchtigen selbstverständlich ein Siebdruckverfahren.

Die soeben erörterten Probleme des Stands der Technik werden durch das nun zu beschreibende

Γι Drückverfahren überwunden, bei dem zwei Gesenke 60 und 62 vorgesehen sind. Die Cesenke 60 und 62 sind in der Form jeweils identisch und spiegelbildlich zueinander. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das gewählte Loch 12 kreisförmig ausgebildet, wobei in diesem Falle

•in die Mittelbereiche 64 der Gesenke ebenfalls kreisförmig sind und einen Durchmesser c/i aufweisen, der kleiner ist als de Durchmesser des Lochs 12. Wäre das Loch quadratisch oder rechteckig oder anders geformt, wäre der Bereich 64 entsprechend geformt und dessen Fläche

⁴J etwas kleiner als die des Lochs. Der Mittelber-jich 64 bestimmt die Innenabmessungen des endgül'igen Lcchs. wie kurz erläutert wird. |edes Gesenk verjüngt sich in einer glatter: bzw. stetigen Kurve 66. die sich vom Umfangsrand des Mittelbercichs zur Hauptfläche (Oberfläche 70) des Gesenks erstreckt. Die Kurve hat im Bereich der I.ochkante einen Radius r, und der Krümmungsradius der Kurve nimmt beim Überg-ng in die flache Oberfläche 70 zu. Ein Beispiel eines typischen Werts für r wird nachfolgend angegeben. Die Obc.fläcne 70 verläuft unter einem Winkel λ zu einer Oberfläche 18 des Substrats. Der Winkel λ ist von besonderer Bedeutung. Ist er zu groß oder zu klein, können die Ränder des Lochs 12 nicht richtig abgerundet werden. In der Praxis hat sich gezeigt, daß

^hft ein Winkel λ von ca. 2" — 3° zufriedenstellende Ergebnisse bei einem Stahlblechmaterial mit wenig Kohlenstoff ergibt, dns mit Gesenken gedrückt wurde.

Bei diesem Material ließen sich bei einem Winkel λ von 4" Ausbuchtungen wie bei 2h gemäß I i g. 2Λ er/engen. "' Bei einem Winkel λ von I oder kleiner bildete sich eine Stufe wie b.. ι "0 femäü '' ι;:. 21 .iüs. Andere Materials-n können einen anderen Winke !bereich für \ /weeks Erzielung einer optimalen Leistung erfordern.

Bei der I lerstelliing wird /iicrsl i-iiic Öffnung im Blech 10 beispielsweise durch Stan/en nder dergleichen, hergestellt, die einen etwas . ■ olleren Durchmesser .ils </i hat. Diese Öffnung hat zunächst «ander mit einer scharfen Kante wie dargestellt beispielsweise wie .n I'ig. 1 oder in einem beliebigen anderen lall mit einer unerwünschten etwas rauhen b/w. mirunden Ausbildung, welche für eine Por/ellanbeschichtiing nicht geeignet ist. Das Blech wird anschließend /wischen einem Gesenkpaar angeordnet, wie dies in Fig. I gezeigt ist. und eine hydraulische Presse 74 druckt das Gesenk 60 in Richtung des Gesenks 62, welches auf einer festen Unterlage 76 befestigt ist. Die beiden Gesenke 60 und 62 drücken dabei an den Leken 78 des Lochs 12 gegen das Blech und bewirken, dal! diese ■ ■ Fxkcn die erwünschte runde form annehmen. Die Gesenke bewirken auch, daß das bei den Fckcn ursprünglich ausgebildete Material längs der Oberflächen 66 in den Spalt /wischen den Oberflächen 66 und ULI * 'U^t ι luv. iri_ t.n.1 iLiiLiiwairu UV-.Λ i.uui.i ■ s. ιιιν,υί. i;i C ^:

Oberflächen 70 der Gesenke drücken die Oberflächen 18 und 20 des Substrats 10 in einem Maß zusammen, daß auch das Material in Richtung des Durchmessers t/i fließt. Somit wird bei einem Abrunden der Kanten überschüssiges Material verlagert. Der kleinere Durch- _'< messer d\ ist im Bereich 64 vorgesehen, um /ti ermöglichen, daß das verlagerte überschüssige Material in die Riüsnie /wischen

(a) ilen Gesenken 60 und 62 und den Durchmessern <7, in und

(b) den früheren Wänden des Lochs 12 im nicht verformten Zustand fließen kann.

Die gestrichelte Linie gemäß F-'i g. I zeigt die Stellung )ί der Gesenke 60 und 62 während des Zusammendrück-/yklus (für eine realistischere Darstellung jedoch ist das untere Gesenk, welches tatsächlich feststehend bleibt, in gestrichelter L.inie über seiner Stellung — gemäß ausgezogener Linie — gezeigt, und selbstverständlich *< > werden im praktischen Betrieb das obere Gesenk 60 sowie das Stahlblech 10 bewegt).

Diese Bcarbeitungsweise führt dazu, daß die Gesenke und 62 das Loch 12 soweit verkleinern, daß sein Durchmesser in der Nähe des Durchmessers d\ liegt. ■*> Dadurch verbleibt kein überschüssiges Material, um •\usbuchtungen wie in den Fig. 2A und 2C gezeigt zu bilden. Auch ergibt die sieh verjüngende Oberfläche 70 eine allmähliche Schräge bzw. Neigung zwischen den Oberflächen 18 und 20 des Substrats und der "><> abgerundeten F.cke. so daß eine Ausbuchtung nach oben wie bei 26 in Fi^. 2A oder eine Stufe wie in Fig. 2E gezeigt nicht entsteht. Vielmehr entsteht das in Fig. 4 gezeigte abgerundete Loch. Hier ist die Oberfläche 80 des Lochs eine kontinuierliche bzw. stetige Kurve, die alimählich in die Oberfläche 18 des Substrats übergeht und ebenfalls kontinuierlich und glatt in die Oberfläche auf der anderen Seite des Substrats überseht. In Ι· ι g. 4 smd schematisch mich die nach Ausbildung ikr Lcken aufgebr.ichle l'or/cllanheschii htui.g 40 heim Loch und ein gedrucktes Schaltungselement 42 gezeigt. In I·'i g. ") sind /in Darstellung der verformten Oberfläche 18 h/w. 20 nach einem Dn'ick\org,ing Schnittlinien </</", durch das Blech vom Punkt /> gezogen, der an der Grenz- oder /.wischenfläche der Oberlläche 80 und der Oberfläche 82 längs der Linie a-a liegt. Die Linie />■/> auf der Oberfläche 18 und die l.inie c-c auf der Oberfläche 2ü /eigen den nicht gedruckten Hereich. Man sieht, daß die Länge der Linen (/bis </'. zunimmt, uiul /u;ir beginnend \om Punkt p. wobei der Blecht|iierschniti llmahlich und nach einer glatten Kurve dicker wird, welche in die einander entgegengesetzten parallelen Oberflächen 18 und 20 des Blechs weich übergeht. Im Ergebnis wird eine Tangente an die Oberfläche 18 sich beim Übergang von der Oberfläche 18 vorbei an der Stelle ,/ .1 /ur Oberfläche 20 kontinuierlich in gleicher Winkelrichtung drehen.

Wahrend c;ne nach einer Kurve verlaufende kr.ntin;; ierlichc Oberfläche /wischen Oberfläche 18 und 20 gezeigt ist. versteht sich, daß bei genügend großer Dicke I die /wischen b-b und a-a liegende Kurve eine (erste) »Feke« des Lochs bildet, während die /wischen an und cc liegende Kurve die /weite F.cke festlegt. Die Zwischenflächc zwischen diesen beiden Oberflächen kann eine ebene Oberfläche sein. Wesensmerkmal ist die graduelle Neigung der Oberflächen und der allmäh' .;he Übergang der Oberflachen ineinander ohne nennenswerte Winkelsprünge in der Richtung Lind ohne scharfe F.cken.

Geringfügige kleine lingenauigkeiten in der Oberfläche sind selbstverständlich zulässig, wie etwa der Schnitt durch beide Oberflächen, der einen vergleichsweise großen stumpfen Winkel zwischen den Oberflächen einschließt, die sich einer glatten kontinuierlichen Oberfläche nähern. Dies ist in F i g. 5 bei 86 gezeigt und kann hingenommen werden. Praktisch wird durch eine geringfügige Ungenauigkeit bei 86 der kontinuierliche bzw. stetige abnehmende Schnitt durch das Blech von d',. zu c/'im wesentlichen nicht beeinträcr· tigt.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Gesenke bei der Oberfläche 66 mit einem vergleichsweise kleinen Radius r (F ig. 1) von ca. 0.381 mm bei einer Dicke des Metallblechs von 0.889 mm ausgebildet. Die Oberfläche 68 hat einen Durchmesser d\ von 14.7 mm. Das Loch 12 hat einen Durchmesser von 1.55 mm. Die Oberflächen 68 der Gesenke 60 und 62 sind in der geschlossenen Stellung gemäß gestrichelter Linie in Fig. 1 0.0762 mm voneinander entfernt. Die Oberfläche 70 der Gesenke verjüngt sich in einer ebenen Fläche in einem Winkel von Υ (Winkel χ in Fig. 1). und zwar bezügliv.,1 der Ebene der Oberflächen 18 und 20 des Blechs 10. Die 3⁵-Verjüngung reicht, bis die Oberfläche 70 zumindest 0.508 mm von der Ebene der Oberfleche 68 entfernt liegt. Das Loch 12 verringert sich im Durchmesser nach dem Drücken durch die in der beschriebener Weise aufgebauten Gesenke um 0.0762 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunaen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer öffnung vorbestimmter Dimensionierung in einem Metallblech, etwa aus Stahl, auf das später eine Beschichtung aus einem elektrisch isolierendem Material und danach Leiterbahnen aufgebracht werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: