DE3624627A1 - Verfahren zum herstellen von drahtgeschriebenen leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft individuelle Drahtverbindungen und Verfahren zur Herstellung von Leiterzügen nach der "Drahtschreibmethode" auf Trägerplatten zur Herstellung oder Abänderung von elektrischen Verbindungen zwischen vorbestimmten Punkten.

Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten unter Verwendung von Drähten als verbindendes Medium sind bekannt. Ein derartiges Verfahren ist unter der Bezeichnung "Stitch Weld ^TM " Verfahren bekannt geworden. In diesem Verfahren wird eine Standard-Schaltplatte verwendet, die mit verschiedenen Anschlußflächen und Löchern versehen ist, die den verschiedenen Bauteilen und der Dichte der Anschlußstifte von Bauteilen entsprechen. Die Verbindungen werden hergestellt, indem die Enden eines jeden Drahtes durch Schweißen an den Anschlußflächen befestigt werden. Dies gestattet, daß Drähte quer über die Schaltungsplatte gezogen und an den entsprechenden Endpunkten befestigt werden. Die gezogenen Drähte bedecken in der Regel die gesamte Plattenoberfläche, so daß das Anbrigen von Bauteilen wegen des Platzmangels schwierig wird und automatische Verfahren zum Bestücken in den meisten Fällen nicht benutzt werden können.

Nach der US-PS 44 14 741 ist vorgeschlagen worden, die Plattenoberfläche temporär mit Stiften zu versehen und so Kanäle auszubilden, die die Plätze zum Anbrigen von Bauteilen freilassen. Die Drähte werden innerhalb dieser Kanäle geführt, die temporären Stifte werden entfernt und die Drähte vermittels einer Plastikfolie eingekapselt und so innerhalb der Kanäle fixiert. Dennoch werden auch nach diesem Verfahren Drähte quer über die Oberfläche gezogen, und zwar vom Ende der Kanäle zu den entsprechenden Anschlußpunkten, und der für die Anbringung von Bauteilen zur Verfügung stehende Raum wird durch den Platzbedarf der Kanäle sowie durch die für die Stifte erforderlichen Löcher sehr verringert. Elektrische Interferenzen sowie Signalverzerrungen können durch die Vielzahl der Drähte, die in den Kanälen zusammengedrängt sind, auftreten.

"Automatic Wiring Equipment for Hybrid Substrates", Proceedings of th 32nd Electronic Component Conference, May 1982, beschreibt ein Verfahren, nach dem zunächst entlang dem Leiterzugweg ein feiner Haftvermittlerstrich gezogen wird. Anschließend werden die Leiterzugdrähte aufgebracht und durch den Haftvermittler mit der Oberfläche verbunden. Anschließend werden die Drahtenden mit den Anschlußflächen verbunden. Der zusätzliche Verfahrensschritt zum Aufbringen des Haftvermittlers vor der Drahtniederlegung verdoppelt die Arbeitszeit und macht das Verfahren unökomisch. Zusätzlich besteht an den Kreuzungsstellen der Drähte keine Haftung zwischen diesen.

In den US-PS 36 74 914 und 36 74 602 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, welche die Drahtschreibung auf Oberflächen von Isolierstoffplatten ermöglichen. Ein Strang von vorgeformtem Draht wird kontinuierlich aufgebracht und gleichzeitig mit der Oberfläche fest verbunden. An zuvor bestimmten Endpunkten auf der Unterlage wird der Draht abgeschnitten und hierdurch ein bestimmtes Schaltungsmuster hergestellt. In der Praxis, und wie in den US-Patenten beschrieben, werden die Drähte auf der Oberfläche vermittels einer Haftvermittlerschicht fixiert, die zuvor aufgetragen wurde und die während der Drahtschreibung aktiviert wird. Eine Schwierigkeit dieses bekannten Verfahrens besteht jedoch darin, daß die Drähte in der erweichten Haftvermittlerschicht verschieblich sind und erst dann fixiert werden, wenn die Schicht sich erhärtet. Werden die Drähte aus der vorbestimmten Position verschoben, so kann dies zu Kurzschlüssen und Stromunterbrechungen führen. In den genannten US-Patenten wird auch ein Verfahren beschrieben, nach dem der Draht selbst mit dem Haftvermittler überzogen wird; sie enthalten aber keine Angaben zur praktischen Durchführung eines solchen Verfahrens.

In der JA-Offenlegungsschrift No. 57-1 36 391 wird ein Verfahren beschrieben, nach dem der Draht entsprechend einem vorgegebenen Muster auf eine mit einer Haftvermittlerschicht versehene Unterlagen im "Drahtschreibverfahren" aufgebracht wird. Die Haftvermittlerschicht wird durch Laser- oder Ultraschallenergie erweicht und der niedergelegte Draht in diese eingedrückt.

Das GB-PS 15 04 252 beschreibt ein Verfahren zur Fixierung und Verlötung isolierter Drähte auf der Oberfläche eines Trägers in einem zuvor bestimmten Schaltungsmuster zur Herstellung leitender Verbindungen zwischen bestimmten Bezirken der Trägerplattenoberfläche. Der zur Bindung des aufgebrachten Drahtes verwendete Haftvermittler wird in Form einer Folie aufgebracht, in der die erhitzten Drähteeingebettet werden, oder der mit einem Trockenfilm überzogene Draht kann durch Erwärmen oder durch Lösungsmittel selbst klebend gemacht werden.

Verfahren nach denen Drähte als elektrisch leitende Verbindungen verwendet werden zur Modifizierung von gedruckten Leiterplatten sowie von Vielebenen- Schaltungen und drahtgeschriebenen Schaltungen sind Stand der Technik. Solche Modifizierungen können aus verschiedenen Gründen erforderlich sein. Ein Schaltplan kann abgeändert werden müssen, um der Schaltplatte weitere Funktionen hinzuzufügen. Ein Leiterzug kann entfernt werden müssen, oder eine falsche Verbindung im Schaltungsmuster der Schaltplatte muß korrigiert werden oder ein Defekt, der während des Herstellungsvorganges auftrat, muß ausgebessert werden.

Üblicherweise werden Leiterplatten abgeändert, indem unerwünschte Verbindungen durchtrennt und isolierte Drähte von Hand eingelötet werden. Die Leiterplatte weist nach solchen Modifizierungsverfahren im allgemeinen eine große Zahl kreuzt und quer gezogener Drähte auf, und die Anbringung von Bauteilen kann nicht automatisch sondern nur von Hand vollzogen werden. Auch für den Verlötungsvorgang sowie zum Testen können in diesen Fällen keine automatischen Vorrichtungen verwendet werden. Die Vielzahl der manuellen Arbeitsschritte ist zeitraubend, kostenintensiv und zusätzlich häufig fehlerhaft.

Wenn Hersteller großer Mengen vom Leiterplatten gezwungen sind, dieses Verfahren zu verwenden, so ist dies äußerst kostspielig, weil es so arbeitsintensiv ist. Zusätzlich können nach diesem Verfahren keine präzisen, geometrischen Leiterzuganordnungen wiederholbar hergestellt werden, so daß alle Leiterplatten eines Postens das gleiche, wiederholbare Muster aufweisen. Auch ist es schwierig, bei Verwendung von so vielen kreuz und quer gezogenen Leiterzugdrähten eine definierte Impedanz und andere elektrische Parameter einzuhalten.

Die Entwicklungen auf demHalbleiter-Gebiet sind auf Funktionszunahme ausgerichtet, beispielsweise wird die Zahl der von einem Halbleiter ermöglichten Rechenschritte erhöht, während die Größe des Halbleiterpaketes abnimmt. Dies bedeutet eine größere Anzahl von Kontaktpunkten auf einem kleineren Bezirk. Deshalb muß mit einer größeren Leiterzugdichte gearbeitet werden. Dieses erhöht die Zahl der Fehlermöglichkeiten bei von Hand durchgeführten Korrekturen.

In "Electronics", Vol. 52, No. 15, August 2, 1979 wurde unter dem Titel "Making 100 000 Circuits Fit, Where At Most 6 000 Fit Before" ein Verfahren beschrieben, nach welchem eine Seite der Schaltplatte der Abänderung oder Modifizierung der Schaltung vorbehalten ist. Eine solche Maßnahme verkürzt die Reparaturzeit, aber andererseits muß eine zusätzliche Leiterplattenebene hergestellt werden, um die erwünschten Änderungen unterzubringen, was eine Steigerung der Kosten sowie der Herstellungszeit und eine Vergrößerung der Dimensionen des Leiterplattenpaketes bedeutet.

Es sind auch bereits Verfahren zur pseudo-automatischen Reparatur oder Modifikation von Leiterplatten vorgeschlagen worden. Derartige Vorrichtungen weisen automatische Positionierungseinrichtungen sowie optische Lichtindikatoren und Laser-Lötvorrichtungen auf. Durch derartige Verfahren wurde die Produktivität gesteigert, aber sie beruhen immer noch in großem Maße auf manueller Arbeit. Alle automatischen Verfahren benötigen eine ebene glatte Oberfläche, um Modifikationen durchführen zu können.

Aus der US-PS 43 72 124 ist ein Verfahren bekannt, nach dem die Schaltungsmodifikationen im Siebdruck aufgebracht werden. Dies wird für Leiterplatten verwendet, die im Ätzdruck hergestellt wurden. Die bestehenden Leiterzüge werden mit einem Photowiderstandslack abgedeckt, dem Licht ausgesetzt, entwickelt und ausgehärtet. Auf dieser Unterlage werden die nachträglich gewünschten Leiterzüge im Siebdruck unter Verwendung einer mit Metallteilchen beladenen leitfähigen Druckfarbe aufgebracht. Vor Trocknen der Druckfarbe wird die Oberfläche mit Kupferpulver bestäubt, das Pulver wird in die Oberfläche gepreßt und ausgehärtet. Anschließend wird das Lötmittel aufgebracht und Kupfer Lötzinn in einer Infrarot-Lötverbindung verschmolzen. Wegen seiner Umständlichkeit hat dieses Verfahren keine verbreitete Anwendung gefunden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum einfachen und exakten Herstellen von Leiterplatten und danach hergestellte Leiterplatten.

Es ist eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe, solche Verbindungen herzustellen, deren Leiterzüge auf einer Vielzahl von Oberflächen haften; noch eine weitere Aufgabe besteht in einem Verfahren, das die Reparatur oder Abänderung bereits fertiggestellter Leiterplatten ermöglich, und zwar so, daß anschließend vermittels automatischer Verfahren Bauteile angebracht und gelötet und automatische Prüfgeräte verwendet werden können.

Es ist eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe, Abänderungen und/oder Reparaturen mittels automatisch arbeitender Vorrichtungen vorzunehmen, welche die genaue geometrische Positionierung der Leiterzüge ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke haben die folgende Bedeutung:

Ein "Leiter" ist wenigstens ein vorgeformtes, fadenartiges Gebilde mit wenigstens einem Licht oder Elektrizität leitenden Bestandteil; die Leiter können mit einer isolierenden Hülle umgeben sein.

Ein "Träger" ist eine Unterlage mit einer Oberfläche, auf der eine Schaltung angebracht werden kann; der Träger kann auch bereits mit einer Schaltung ausgerüstet sein.

"Drahtschreibung" ist ein Verfahren, mit Hilfe dessen Leiterzüge auf einer Trägerplatte entsprechend einem vorherbestimmten Muster angebracht und fixiert werden.

"Klebend" ist der Zustand eines Haftvermittlers, der eine Bindung von meßbarer Stärke direkt nach Kontakt mit diesem ermöglicht.

"Verkleben" ist ein unerwünschtes Haften von aufeinander gebrachten Schichten eines Materials, beispielsweise während der Lagerung unter einem gewissen Druck.

Eine "Verbindungsleitung" ist ein Verfahren oder ein System, welches das Zusammenschalten bestimmter Leiterzüge ermöglicht.

"C-Zustand" ist der Endzustand eines wärmeaushärtbaren Harzes, in welchem dieses relativ unlöslich in Lösungsmitteln schmelzbar ist.

Ein "wärmeausgehärtetes" Material ist ein solches, das durch eine chemische Reaktion unter Einwirkung von Strahlung oder Wärme in einen Zustand gelangt ist, in dem es praktisch unschmelzbar ist.

Ein "Leiterendpunkt" ist ein solcher, der mit einem Anschlußpunkt verbunden werden kann.

Ein "wärmeaktivierbarer" Haftvermittler ist ein trockener Haftvermittlerfilm oder -überzug, der unter Anwendung von Wärme oder Wärme und Druck in den klebenden Zustand gebracht oder verflüssigt werden kann.

Ein "lichtaktivierbarer" Haftvermittler ist ein trockener Haftvermittlerfilm oder -überzug, der klebend oder verflüssigbar unter Einwirkung von optischer Energie ist.

Ein "heißschmelzender" Haftvermittler ist ein solcher, der in geschmolzenem Zustand aufgebracht wird und der bei Abkühlung in den festen Zustand eine Bindung eingeht.

Ein "Anschlußpunkt" ist ein Punkt, in dem eine Verbindung mit wenigstens einem Leiterzug gemacht wird. Derartige Anschlußpunkte können metallisierte Oberflächenbezirke oder Löcher oder Öffnungen mit oder ohne metallisierte Wände sowie andere leitfähige Gebilde sein.

Nach dem Verfahren ist der Leiter vor dem Schreibvorgang mit einem Haftvermittlerüberzug versehen. Der Haftvermittler ist im nicht klebenden Zustand und biegsam. Beim Aufbringen des Leiters auf die Oberfläche wird der Haftvermittler durch Energiezufuhr aktiviert und so in den klebenden Zustand versetzt. Der Haftvermittler ist so gewählt, daß er sich schnell verfestigt und, nachdem er eine Bindung eingegangen ist, in den nicht klebenden Zustand zurückkehrt. Der Haftvermittlerüberzug, der wenigstens einen Teil des Leiters umgibt, wird entweder direkt vor oder gleichzeitig mit dem Kontakt mit der Oberfläche der Unterlage aktiviert. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der aktivierte Haftvermittler mit der Oberfläche in Kontakt gebracht, benetzt diese und kehrt dann in den nicht klebenden Zustand zurück und geht eine feste Bindung mit der Oberfläche des Trägers ein. Anschließend kann sich der Haftvermittler abkühlen und in den C-Zustand oder voll ausgehärtet werden. Der verwendete Haftvermittler ist wärmeaktivierbar und hat vorzugsweise die folgende Zusammensetzung:
(a) ein filmbildendes polymeres Harz
(b) ein Füllstoff und/oder wenigstens eine polyfunktionelle Verbindung mit einem polyaromatischen Skelett
(c) ein Härter, der unter den Bedingungen der Wärmeaktivierung nicht reagiert, der aber in der Lage ist, mit den anderen Komponenten zu reagieren und den Haftvermittler in den C-Zustand auszuhärten.

Vorzugsweise wird der Haftvermittler vermittels gepulster Laserenergie aktiviert; hierbei entspricht die Impulsfrequenz der Drahtvorschubgeschwindigkeit. Die Impulsenergie wird so eingestellt, daß sie genau der erforderlichen Aktivierungsenergie entspricht. Aufeinanderfolgende Impulse aktivieren benachbarte Leiterteilstücke oder überlappen geringfügig. Die Anzahl der Impulse per Drahtlänge bleibt konstant. Darum ändert sich die Impulswiederholungsrate als Funktion der Geschwindigkeit, und die dem Leiter zugeführte Energie bleibt somit unabhängig vor der Schreibgeschwindigkeit konstant.

Das Verbindungsnetzwerk entsprechend der vorliegenden Erfindung weist mindestens einen Leiterzug auf, welcher auf der Oberfläche der Trägerplatte fixiert ist vermittels eines nicht klebenden und nicht verklebenden Haftvermittlers, mit dem der Leiter mindestens teilweise überzogen ist. Im Querschnitt betrachtet weist der Haftvermittlerüberzug eine charakteristische Glockenform auf. Der Haftvermittler bindet sich an die Oberfläche des Trägers im Berührungspunkt des Leiterzuges mit der Oberfläche. In der Umgebung eines Leiterzugkreuzungspunktes wird durch den Haftvermittler eine Bindung zwischen den Leiterzügen hergestellt.

Die Fig. 1A bis 1D zeigen beispielhaft die Veränderungen einer Schalterplatte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Fig. 1A ist die perspektivische Ansicht in Teilschnittdarstellung einer fertigen Leiterplatte mit Anschlußlöchern zum Anbringen von Bauteilen.

Fig. 1B zeigt die Leiterplatte von 1A nach dem Anbringen zusätzlicher Leiterzüge mit Hife des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1C ist eine perspektivische Ansicht der modifizierten Leiterplatte von 1B nach dem Anbringen von drei Bauteilen.

Fig. 1D zeigt die Leiterplatte von 1C, nachdem Lötzinn in die Anschlußlöcher gebracht wurde.

Fig. 1E zeigt eine perspektivische Ansicht einer modifizierten Vielebenen-Schaltung mit Schaltungen in drei Ebenen und Verbindungslöchern zwischen den einzelnen Ebenen.

Fig. 2A bis 2C zeigen in Reihenfolge perspektivische Ansichten von der Modifikation einer Leiterplatte für auf der Oberfläche angebrachte Bauteile.

Fig. 2A zeigt die Leiterplatte mit sechs Anschlußbezirken vor dem Anbringen der Bauteile.

Fig. 2B zeigt die Leiterplatte von 2A mit zusätzlichen erfindungsgemäß aufgebrachten Leiterzügen.

Fig. 2C ist eine perspektivische Ansicht der Leiterplatte von 2B nach dem Anbringen von Bauteilen auf deren Oberfläche.

Fig. 3A ist eine perspektivische Ansicht einer Leiterplatte mit sechs Anschlußlöchern und zwei auf der Oberfläche angebrachten Bauteilen, auf der zwei Leiterzüge zusätzlich angebracht wurden.

Fig. 3B ist eine perspektivische Ansicht einer Leiterplatte mit leitfähigen Anschlußbezirken auf der Oberfläche, die nach dem Anbringen von Bauteilen modifiziert wurde.

Fig. 4A ist eine perspektivische Ansicht einer vorfabrikzierten Leiterplatte mit zwanzig Standardlöchern mit metallisierten Lochwandungen in Stadard-Positionen.

Fig. 4B ist eine Ansicht der Leiterplatte aus Fig. 4A mit zwei Leiterzügen zwischen zwei Anschlußlöchern und mit diesen durch Verlöten verbunden.

Fig. 4C zeigt die Leiterplatte von 4B mit einem Bauteil, dessen Zuleitungen in die Anschlußlöcher eingeführt sind.

Fig. 5A bis 5C zeigen in perspektivischer Ansicht die Reihenfolge zur Herstellung einer nicht standardisierten Leiterplatte mit acht Anschlußlöchern und acht metallisierten Anschlußflächen.

Fig. 5A zeigt eine Leiterplatte mit Anschlußlöchern und metallisierten Oberflächen-Anschlußbezirken, auf die erfindungsgemäß Leiterzüge im Drahtschreibverfahren aufgebracht werden.

Fig. 5B zeigt die Leiterplatte von 5A, nachdem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren drei mit Haftvermittler versehenen Leiterzüge zwischen Anschlußpunkten aufgebracht wurden.

Fig. 5C zeigt die Leiterplatte von 5B, nachdem Bauteile aufgebracht und befestigt wurden.

Fig. 6 ist eine Querschnittansicht einer Leiterplatte einschließlich mit einem Haftvermittler versehener Leiterzüge, die auf beiden Seiten der Trägerplatte angebracht sind.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel von mit Haftvermittler überzogenen Leiterzügen, die in einem vorbestimmten Muster auf der Oberfläche angebracht werden, beschrieben.

Der Haftvermittler wird während des Schreibens der Leiterzüge aktiviert, um diese auf der Oberfläche zu fixieren. Anschließend wird die Leiterplatte vorzugsweise ausgehärtet, um eine permanente Bindung des Leiterzugnetzes an die Oberfläche zu schaffen.

Vor dem Aktivieren ist der Haftvermittler nicht klebend und nicht verklebend und elastisch; dieses vereinfacht die Handhabung vor und während des Schreibvorganges. Der überzogene Leiterzug kann aufgespult in Vorrat gehalten werden und hinterläßt keine Haftvermittlerspuren in der Vorrichtung, was zum Verkleben führen würde. Der Haftvermittlerüberzug im aktivierten Zustand bewirkt eine Verbindung zwischen Leiterzug und Oberfläche der Trägerplatte. Die Bindung an die Oberfläche reicht aus, um Krümmungen und Wendungen des Leiterzuges vorzunehmen und diesen anschließend zu fixieren. Haftvermittlerüberzüge, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden, verbinden sich mit einer großen Zahl von Materialien, aus welchen die Trägerplatten bestehen, oder die in diesen enthalten sind.

Die Trägerplatte kann entweder leer sein oder aber bereits durch Ätzen einer zuvor aufgebrachten Kupferfolie mit Strom- und Erdanschlüssen versehen sein, oder sie kann eine elektronische Leiterplatte einschließlich mit Drahtleiterzügen versehenen Platten, eine Vielebenenschaltung, eine mit Bauteilen bestückte Platte oder eine Leiterplatte in irgendeinem Verarbeitungszustand sein.

Wenn der Haftvermittler aktiviert wird, geht er in den klebenden Zustand über und fixiert den Leiter auf der Oberfläche der Trägerplatte. Ist der Leiterzug aufgebracht und auf der Oberfläche fixiert, kehrt der Haftvermittler schnell in den festen, nicht klebenden Zustand zurück, ohne eine beträchtliche Änderung des Volumens des Haftvermittlerüberzuges. Die Rückkehr in den festen Zustand dauert etwa 50 bis 200 Millisekunden, was genügend schnell ist, um eine Dimensionsstabilität zu gewährleisten. So wird eine Verschiebung der Leiterzuganordnung vermieden.

Die Haftvermittlerschicht und, falls vorhanden, die den Leiter umgehende Isolierstoffhülle sollten an den Endpunkten entfernbar sein. Ist die Isolation entfernt, so können elektrische Verbindungen zwischen Leiterzug und Anschlußpunkten hergestellt werden.

Die durch den Haftvermittler hergestellte Bindung kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedem der nachfolgenden Verfahrensschritte standhalten. Sie ist beständig gegen Chemikalien, wie diese während der Durchführung des Verfahrens verwendet werden, sowie beispielsweise Reinigungslösungen oder Lötmittel.

Ein erfindungsgemäß verwendbarer Haftvermittler hat die folgende Zusammensetzung:

(a) eine erste Komponente aus einem filmbildenden polymeren Harz mit (1) einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 10 000 bis 100 000 und (2) mit einem Epoxid oder Hydroxyl oder einer ungesättigten Funktionalität über 2. Dieses polymere Harz wird aus der Gruppe der Polyester, Polyurethane, Polyäther, Epoxide, Allylpolymere und Akryle ausgewählt:

(b) eine zweite Komponente wird aus der Gruppe bestehend aus Füllstoffen, polyfunktionellen Verbindungen und Mischungen von diesen ausgewählt. Jene polyfunktionellen Verbindungen haben ein mittleres Molekulargewicht von unter 7000 und enthalten ein Polyphenolskelett. Das Gewichtsverhältnis der ersten zur zweiten Komponente beträgt zwischen 1,5 : 1 und 9 : 1; und

(c) einen Härter, der in der Lage ist, eine Reaktion einzuleiten zwischen den funktionellen Gruppen des polymeren Harzes, um eine Vernetzung zu erzielen und das polymere Harz bis zum C-Zustand zu härten, wenn genügend Energie in Form von Wärme oder Strahlung zugeführt wird. Dieser Härter reagiert nicht bei den Temperaturen, die für die Aktivierung des Haftvermittlers erforderlich sind. Er soll in einer solchen Menge vorhanden sein, die ausreicht, um das polymere Harz in den C-Zustand zu versetzen.

Die Mischung ist elastisch und im C-Zustand unschmelzbar. Sie verfließt nicht oder zersetzt sich weder bei Löttemperaturen von 260°C innerhalb von 10 Sekunden, noch erweicht sie bei Verwendung von Dichlormethan bei 25°C. Die Haftvermittlerschicht kann thermoplastisch oder wärmeaushärtbar sein. Der Haftvermittler kann Komponenten enthalten, wie hochmolekulare Polyester, hochmolekulare Phenoxyharze, hochmolekulare Polyurethane, hochmolekulare Epoxyharze und Polyolefine. Weitere Mischungen für den erfindungsgemäßen Haftvermittler sind in der unter gleichem Datum eingereichten Patentanmeldung (US-Ser. No. 7 57 026) beschrieben mit dem Titel "Wärmeaktivierbarer Haftvermittler für drahtgeschriebene Leiterplatten".

Der Leiterüberzug kann aus einer, zwei oder mehreren Schichten bestehen. Eine Schicht kann ein Haftvermittler sein, und eine andere Schicht kann andere Aufgaben haben. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem Haftvermittler bestehen und darüber kann eine Schutzschicht angebracht werden, die bei Wärmezufuhr zerstört wird. Die äußere, trockene Schicht erleichtert die Handhabung und das Aufrollen auf Spulen; die innere Schicht kann klebend sein und Benetzereigenschaften aufweisen.

Nach einer anderen Ausgestaltungsform kann der Überzug aus einer Mischung bestehen, die haftvermittelndes Material in mikroverkapselter Form enthält, das mittels örtlicher Druckanwendung freigesetzt wird.

Es sind verschiedene Verfahren zum Aufbringen des Haftvermittlers auf den Leiterzugdraht bekannt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Leiter während des Schreibvorganges auf der Oberfläche fixiert. Der Träger wird vorzugsweise auf einem verschiebbaren Arbeitstisch befestigt. Der Leiter wird der Oberfläche vermittels einer Schreibvorrichtung zugeführt und auf der Oberfläche niedergelegt, indem der Arbeitstisch relativ zum Schreibkopf bewegt wird, und durch Drehung des Schreibkopfes in Richtung der Tischbewegung. Die Schreibvorrichtung und die Tischbewegung werden vorzugsweise numerisch gesteuert.

Der Leiter wird der Oberfläche zugeführt und kurz vor Erreichen der Oberfläche wird der Haftvermittler in dem Teil des Leiterzuges, der mit der Oberfläche in Berührung gebracht wird, aktiviert. Nach oder gleichzeitig mit der Aktivierung wird der Leiter fest auf die Trägeroberfläche gedrückt und der aktivierte Haftvermittler kommt so in engen Kontakt mit der Oberfläche und bildet eine Verbindung mit diesem. Die zur Aktivierung erforderliche Energie wird in Form gepulster Strahlung bzw. eines erhitzten Gas- oder Flüssigkeitsstrahles zugeführt. Die Energiemenge muß ausreichend sein für die Aktivierung, muß aber unterhalb der Ebene bleiben, durch die dem Leiterzug oder der Trägeroberfläche Schaden zugeführt werden konnte. Als Strahlungsenergiequelle kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Laser verwendet werden oder fokussierte Infrarotstrahlung. Die Energiequellen können einzeln oder gemeinsam verwendet werden. Vorzugsweise werden zur Aktivierung ein oder mehrere Laserstrahlen verwendet. Die Energiemenge sowie der Durchmesser des auftreffenden Stahles werden numerisch gesteuert. Der Laserstrahl wird auf die zu aktivierende Haftvermittlerschicht in dem Drahtabschnitt, der auf der Oberfläche fixiert werden soll, ausgerichtet. Es können ganz verschiedene Arten von Energiestrahlung und Techniken wie Strahlspaltung und ähnliches im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Ein erster Energiestrahl kann zur Aktivierung des Haftvermittlers verwendet werden; ein zweiter zur Verdampfung der Haftvermittlerschicht und der Drahtisolation und für den Lötvorgang.

Zur Aktivierung des Haftvermittlers wird ein Energiestrahl entweder direkt auf den Kontaktpunkt des Leiterzuges mit der Oberfläche oder direkt vor diesen gerichtet, so daß der Haftvermittler im klebenden Zustand ist, wenn der Draht die Oberfläche berührt.

Vorzugsweise wird ein pulsierender Laserstrahl für die Aktivierung verwendet, besser ein CO₂- Laser, der Infrarot-Strahlung emittiert. Der Laserstrahl wird auf den erwünschten Bezirk auf der Unterseite des Leiters benachbart zum Träger ausgerichtet und entladen, um einen pulsierenden Strahl zu erhalten. Die Impulse können durch Stromunterbrechung erzielt werden oder durch "O"-Schaltung unter Verwendung von optischen oder mechanischen Verschlußklappen oder akustisch/optischen Kupplern.

Die Laserstrahlimpulse sind praktisch einheitlich. Ihr Energiegehalt wird entsprechend den bestehenden Bedingungen geregelt (z. B. Strahlfokus, benötigte Aktivierungsenergie etc.), so daß die Energie ausreicht, ohne der Umgebung Schaden zuzufügen. Deshalb sollte die Möglichkeit bestehen, das Produkt aus Impulsamplitude (Energieebenen) und Impulsdauer konstant zu halten. Der Durchmesser des auftreffenden Strahles sollte genügend groß gewählt werden, damit dieser ohne Schwierigkeit auf den Leiter ausgerichtet werden kann. Ein zu großer Durchmesser hat allerdings auch unerwünschte Folgen. Die Impulse werden vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit ausgesendet, die ein Überlappen auf dem Draht ermöglicht, um so zu einer gleichmäßigen und vollständigen Aktivierung zu gelangen. Ein Impuls wird jedesmal nach Durchgang einer bestimmten Drahtlänge ausgelöst.

Sind der richtige Strahldurchmesser, die Impulsamplitude und die Impulsbreite festgestellt, so muß zusätzlich jeweils eine Nachregelung erfolgen für die verschiedenen Laserausbeuteschwankungen sowie für die Drahtstärke und die besonderen Anforderungen des verwendeten Haftvermittlers. Da die Impulszahl eine Funktion der Drahtlänge ist, ist die Impulswiederholungsgeschwindigkeit eine Funktion der Schreibgeschwindigkeit.

Wird ein Dauerstrich-CO₂-Laser 20 Watt verwendet und die Schreibgeschwindigkeit beträgt 5 bis 15m/Min, soll die Impulsbreite zwischen 200 bis 2000 Mikrosekunden und der Durchmesser des auftreffenden Strahles zwischen 0,5 und 2,5 mm liegen. Falls die Schreibgeschwindigkeit genügend groß ist, kann die Fixierungsgeschwindigkeit bis zu 25m/Min betragen. (In diesem Zusammenhang wird auf die unter gleichem Datum eingereichte Patentanmeldung (US-Ser. No. 7 56 691) verwiesen mit dem Titel "Verfahren zum Herstellen von Schaltungsplatten")

Die Schreibgeschwindigkeit kann während des Schreibvorganges beträchtlichen Schwankungen unterliegen. Im Anlauf des Schreibvorganges beschleunigt sich die Schreibgeschwindigkeit; während dieses Zeitraumes würde die Aktivierung des Haftvermittlers nicht entsprechen. Diese Schwierigkeit wird durch die Einstellung der Impulszahl auf die Durchgangsdrahtlänge vermieden. Jede Längeneinheit empfängt die gleiche Impulszahl, unabhängig von der Schreibgeschwindigkeit.

Nach dem Aufbringen des Drahtes auf der Oberfläche verliert der Haftvermittler Energie und kehrt in den festen nicht klebenden Zustand zurück und schafft so eine feste Verbindung zwischen Leiterzug und Trägerplattenoberfläche. Der Draht wird so von einem Anschlußpunkt zum nächsten geführt. Nachdem das ganze Leiterzugmuster aufgebracht und fixiert ist, kann die Platte nachträglich ausgehärtet werden durch Wärme- oder UV-Einwirkung.

Vorzugsweise enthält der Haftvermittler einen Härter, der unter den Aktivierungsbedingungen nicht reagiert, aber der bei höheren Temperaturen oder unter Einwirkung von UV-Strahlung eine vollständige Aushärtung bewirken kann.

Beispiel 1

Ein Drahtleiterzug, beispielsweise ein Kupferdraht von 0,1 mm Durchmesser mit einer Silberplattierung von 0.5 µm ist mit einer isolierenden Hülle aus Polyurethan versehen, die einen Durchmesser von 0,38 µm aufweist. Der Leiter ist weiterhin mit einem Überzug eines Haftvermittlers der folgenden trockenen Zusammensetzung versehen:hochmolekulares Polyurethanakrylat100 gEpoxyakrylat15 gPolyisocyanurat von Toluendiisocyanat9,8 gUV-Härter3,5 g4-Methoxyphenol0,5 g

Die fertige Überzugsmasse hat die folgende Zusammensetzung
hochmolekulares Polyurethanakrylat(Lösung 32 %)333,3 gEpoxyakrylat15,0 gPolyisocyanurat (50% Lösung)19,6 gUV-Härter3,5 g4-Methoxyphenol0,5 g
und Toluol in einer Menge von 7 Gew.% der Gesamtmenge.

Die Haftvermittlerüberzugsmasse wird durch wiederholtes Durchlaufen des Leiterzugdrahtes durch die feuchte Überzugsmasse und eine Anzahl von Diamantziehsteinen mit sich vergrößernden Durchmessern aufgebracht. Durch Trocknen im Ofen wird der Überzug von Lösungsmittelresten befreit. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis der Drahtdurchmesser 266.7 ± 5.1 µm beträgt. Der Draht wird dann aufgespult und gelagert. Nach dem Aufbringen und Fixieren auf der Trägeroberfläche kann der Haftvermittlerüberzug durch UV einer Intensität von mindestens 15 Joule/cm² ausgehärtet werden.

Beispiel 2

Ein Drahtleiter wird nach Beispiel 1 mit einem Haftvermittlerüberzug versehen. Die trockene Haftvermittlermischung hat die folgende Zusammensetzung:
Polyester mit einem Molekular-gewicht von ca. 25 000100 ggeblocktes Isocyanat30 ggerauchtes Silikon (fumed silica)7,5 gZirkon-Silikat5,0 gFarbstofforange1,5 gMethylethylketon Lösungsmittel20 g

Die entsprechende gebrauchsfertige Mischung hat die folgende Zusammensetzung:
Polyester (Molekulargewicht
von ca. 20 000)192,3 ggeblocktes Isocyanat40,0 ggerauchtes Silikon (fumed silica)7,5 gZirkon-Silikat5,0 gFarbstofforgange1,5 gMethylethylketon20,0 g

Der mit dem Haftvermittler überzogene Draht wird in einen Schreibkopf eingeführt. Als Träger dient eine übliche Standard-Leiterplatte, auf der vermittels eines Ätzverfahrens bereits Kupferleiterzüge angebracht wurden und die mit einer Lötmaske versehen ist. Während des Schreibvorganges wird ein Heißluftstrahl mit einer Temperatur zwischen 120 bis 150°C auf den Leiterdraht gerichtet, um den Haftvermittler zu aktivieren, der für 0,5 Sek. im geschmolzenen und gleichzeitig aktivierten Zustand verbleibt. Die Schreibgeschwindigkeit beträgt 13 mm/Sek. Der Heißluftstrom wird deshalb auf einen Punkt gerichtet, der etwa 1,5 mm oberhalb der Leiterplattenoberfläche liegt, um den Haftvermittler jeweils zum Schmelzen zu bringen, wenn der Leiter fortlaufend durch den Schreibkopf geführt wird und durch eine Walze, die dazu dient, den Draht auf die Oberfläche zu drücken. Der Haftvermittler ist noch flüssig, wenn der Leiterdraht auf die Oberfläche gedrückt wird und verfestigt sich wider und geht innerhalb einer Sekunde in den nicht klebenden Zustand über. Nach Beendigung der Drahtschreibung wird der Haftvermittler im Ofen bei 150°C voll ausgehärtet.

Beispiel 3

Ein mit einer Haftvermittlerschicht überzogener Drahtleiter, wie im Beispiel 1 beschrieben, wird auf eine gedruckte Leiterplatte aufgebracht, wie in Beispiel 2 beschrieben. Ein pulsierender Laserstrahl wird als Energiequelle verwendet. Es kann zum Beispiel ein versiegelter CO₂, mit Radiofrequenz betriebener Laser mit einer Ausgangsleistung von 20 Watt CW(Strichlaser) mit einer Gausschen Strahlform und einer maximalen Modulationsfrequenz von 10 kHz verwendet werden. Die Laserenergie wird in Form eines gepulsten Strahles am Draht entladen. Der Strahldruckmesser beträgt etwa 1 mm. Wenn der Leiterdraht 0,2 mm vorgeschoben wurde, wird der Strahl gepulst. Die Schreibgeschwindigkeit beträgt 5 m/Min. Strahldurchmesser und Impulsfrequenz sind so eingestellt, daß jeder Leiterdrahtabschnitt fünf sich überlappende Impulse empfängt. Die aktivierte Haftvermittlerschicht wird mit der Oberfläche der Trägerplatte in Kontakt gebracht und, indem diese Energie verliert, verfestigt sie sich und geht etwa innerhalb 200 Millisekunden in den nicht klebenden Zustand über. Wenn alle Leiterzüge entsprechend dem vorgegebenen Muster ausgelegt sind, wird der Haftvermittler vermittels UV voll ausgehärtet.

BEISPIEL 4

Ein mit einer Haftvermittlerschicht überzogener Draht wird auf einer Unterlage im Schreibverfahren aufgebracht, entsprechend Beispiel 3. Der Haftvermittler besteht aus einer trockenen Mischung von 100 g (166,67 g beträgt die zum Aufbringen fertige Mischung) Polyether mit an dem Polyether- Skelett angebrachten Carboxylgruppen und vernetzt mit Toluoldiisocyanat, 166,7 g Propylenglykolmono- methylethylazetat (PMA) und 25 g MEK. Der Haftvermittler wird nach dem unter Beispiel 1 beschriebenen Verfahren aufgebracht.

BEISPIEL 5

Ein Drahtleiter wird mit dem Haftvermittler nach Beispiel 1 nach dem dort beschriebenen Verfahren überzogen. Die Haftvermittlerschicht wird aktiviert, entsprechend dem Verfahren nach Beispiel 3. Jedoch wird der Leiter auf die Oberfläche einer Leiterplatte aufgebracht, auf der bereits drahtgeschriebene, individuelle Leiterzüge vorhanden sind. Die bestehende Schaltung wird durch Hinzufügen eines weiteren Drahtleiters zwischen zwei Anschlußpunkten modifiziert.

BEISPIEL 6

Ein wärmeaktivierbarer Haftvermittler wird aus einer Mischung von im B-Zustand befindlichem hochmolekularem Polymer, Allylurethan und im B-Zustand befindlichem Epoxyakrylat hergestellt. Der B-Zustand ist das Ergebnis der Reaktion von Polyisocyanurat mit den Hydroxylgruppen von beiden Polymeren. Ein durch UV aktivierbarer Härter wurde der Mischung zugesetzt, um die vollständige Aushärtung durch die Allyl- und Akrylgruppen bis zum C-Zustand zu bewirken.

Ein Kupferdraht, 0,1 mm im Durchmesser, mit einem isolierenden Überzug aus Polyurethan einer Stärke von 0,14 mm wird gleichmäßig mit einer Haftvermittlerschicht überzogen. Der Außendurchmesser des mit einer trockenen Haftvermittlerschicht überzogenen Drahtes betrug 0,26/0,27 mm. Der fertige Draht wurde aufgespult und so gelagert, daß er vor UV-Strahlung geschützt war. Zu einem späteren Zeitpunkt wurde der Draht für die Modifizierung einer gedruckten Leiterplatte verwendet. Während des Schreibverfahrens wurde der Draht automatisch auf die Leiterplatte aufgebracht und fixiert. Die Leiterplatte wies neben Leiterzügen mit Lötzinn bedeckte Bezirke, Epoxyharzbezirke und unbedeckte metallisierte Oberflächen auf.

Der Leiterdraht wurde nach den bisher beschriebenen Verfahren aufgebracht und zur Aktivierung des Haftvermittlers wurde ein CO₂ Laserstrahl verwendet. Die Impulsamplitude des Strahles betrug 20 Watt; der Strahldurchmesser betrug 1 mm; der Strahl wurde gepulst, sobald etwa 0,2mm Draht aufgebracht waren; die Schreibgeschwindigkeit betrug 5 m/min. Der Strahldurchmesser und die Impulsfrequenz wurden so eingestellt, daß jeder Drahtabschnitt fünf sich überlappende Impulse empfing. Die aktivierte Haftvermittlerschicht wurde in Kontakt mit der Oberfläche der Leiterplatte gebracht und bildet eine feste Bindung mit einer Oberfläche nach etwa 200 Millisekunden. Der Draht wurde an alle zuvor genannten Oberflächenbezirke der Leiterplatte fest gebunden. Nachdem alle erforderlichen, zusätzlichen Leiterzüge aufgebracht und fixiert waren, wurde die Haftvermittlerschicht durch UV-Bestrahlung (19,5 Joules/cm²) ausgehärtet.

Gedruckte Leiterplatten mit den zusätzlich aufgebrachten Drahtverbindungen wurden bei 265°C innerhalb von 10 Sekunden verlötet.

Die Drahtfixierung wies keine einzige Fehlstelle auf und die Haftvermittlerschicht war vollständig unbeschädigt. Die Platten für 10 Sekunden in Dichlormethan gebracht und für 10 Minuten an der Luft getrocknet und mikroskopisch untersucht. Sie zeigten weder Fehlstellen in der Drahtfixierung noch Schäden an der Haftvermittlerschicht.

BEISPIEL 7

Eine wärmeaktivierbare Haftvermittlermischung basierend auf dem Diakrylatester eines Diepoxy Bi-Phenol A Harzes mit festem Epoxyharz wurde hergestellt. Das feste Epoxyharz hatte ein Epoxyäquivalent-Gewicht von 1600. Um diese Mischung nichtverklebend zu machen, wurde das Molekulargewicht des Epoxyharzes von 3200 auf 35 000 angehoben, indem es mit einem Polyamid- Härter zur Reaktion gebracht wurde. Ähnlich wurde das Molekulargewicht des Diakrylatesters durch Zusatz von 3 g Polyisocyanurat pro 100 g Epoxyakrylatester verändert, um das System teilweise auszuhärten oder in den B-Zustand zu bringen; dabei wurde das Molekulargewicht von 830 auf 5500 angehoben. Der Epoxyakrylatester und das Polyisocyanurat wurden zurückgewonnen durch Erwärmen auf 80°C für 30 Min; gleichzeitig ging der Epoxyakrylatester in den B-Zustand über.

Ebenfalls wurde ein Initiator für freie Radikale zugesetzt, um den Übergang in den C-Zustand zu ermöglichen nachdem der Haftvermittler eine Bindung zwischen Draht und Oberfläche bewerkstelligt hatte.

Zur Wärmeaushärtung wurde Dicumylperoxid zugesetzt, das bei Temperaturen über 150°C freie Radikale herstellt. Für die UV-Härtung wurde Dimethoxy-2- phenylazetophenon zugesetzt, das unter dieser Bedingung ebenfalls die Bildung freier Radikale bewirkt. Der Haftvermittler wurde am Rückflußkühler für 30 Min. bei 80°C gehalten, um ihn in den B-Zustand zu überführen, ehe er auf dem Leiterdraht aufgebracht wurde.

Die entstehnede Mischung wurde in Methylethylketon gelöst, um eine Lösung mit 20% Feststoffgehalt herzustellen. Die Lösung wurde auf einen isolierten Draht aufgebracht mit einem Außendurchmesser von 0,14 mm, und die Haftvermittlerschicht wurde mit Heißluft bei 65°C getrocknet. Der Gesamtdurchmesser des Drahtes betrug nunmehr 0,24 mm (eine Zunahme von 64%). Der mit einer wärmeaktivierbaren Haftvermittlerschicht überzogene Draht wurde auf eine FR-4 Trägerplatte aufgebracht und durch einen Warmluftstrom, wie im Beispiel 2 beschrieben, aktiviert. Die Bindung des Drahtes an die Oberfläche war viel schlechter als im Beispiel 2.

Drähte, die mit der gleichen Haftvermittlerschicht überzogen waren, aber auf einen Druchmesser von 0,26 mm (85% Zuwachs) gebracht waren, zeigten, nach dem Aufbringen und Fixieren eine gute Haftfestigkeit, was zeigt, daß dickere Haftvermittlerschichten vorzuziehen sind.

Wenn der Leiterdraht ein mit einer Isolierstoffhülle umgebener metallischer Draht ist, werden bei jedem Anschlußpunkt elektrische und mechanische Abtrennungen durchgeführt. Das Drahtende wird abisoliert, um die Verbindung herstellen zu können.

Die Abisolierung kann mechanisch mit Hilfe zweier gegenüberstehender Klingen vorgenommen werden, die so nahe zusammengebracht werden, daß sie die Isolierstoffhülle durchschneiden, ohne den Draht zu verletzen. Die Messer gleiten dann auf dem Draht entlang, um das überflüssige Material zu entfernen. Ein anderes Verfahren besteht in der Behandlung mit Sandstrahl bei großer Geschwindigkeit und konzentriertem Strahl. Die Isolationsschicht kann auch chemisch oder durch Wärmebehandlungen entfernt werden.

Vorzugsweise wird die Entfernung der Isolation vermittels Laserstrahl vorgenommen. Die Energie des eindringenden Laserstrahles verdampft das Isolationsmaterial. Es gibt mindestens zwei Verfahren, nach denen hier vorgegangen werden kann: Nach dem ersten Verfahren wird ein Laserstrahl mit großem Strahldurchmesser im Vergleich zum Drahtdurchmesser verwendet. Der Laserstrahl wird für das entsprechende Drahtstück mindestens einmal gepulst. Obgleich der große Strahldurchmesser einen verhältnismäßig großen Drahtabschnitt von der Isolation befreien kann, ist es doch möglich, daß an den diffusen Rändern die Energie nicht ausreicht, um die Isolation vollständig zu entfernen. Zu große Impulsdauer kann eine Wärmeleitung im Draht bewirken, was die Drahtisolation in den umgebenden Bezirken beschädigen kann.

Nach einer zweiten, vorzugsweisen Methode wird ein Strahl kleinen Durchmessers längs des Drahtes hin- und herbewegt oder stationär über dem sich bewegenden Draht gehalten oder beide werden bewegt, was eine höhere Energiekonzentration bei gleicher Laserleistung zur Folge hat und den Draht sauber abisoliert hinterläßt. Bei Verwendung eines CO₂- Lasers ist der Strahldurchmesser vorzugsweise gleich dem fünffachen Drahtdurchmesser. Die Frequenz der Durchgänge wird nach dem Material eingestellt. Die Überreste können durch Vakuum abgesaugt oder durch einen Luftstrom weggeblasen werden. Ein Reflektor kann verwendet werden, um das entfernte Drahtende von der Isolation zu befreien. Alternativ können auch eine Vielzahl von Laserstrahlen verwendet werden, die von gegenüberliegenden Seiten den Draht treffen, oder der Draht kann im Strahl rotieren.

Ein Excimer-Laser^TM strahlt UF und ist auch für den Abisolierungsvorgang brauchbar. Ein Laserstrahl von einem Excimer-Laser verdampft das den Leiterdraht umgebende organgische Material durch "Licht-Zersetzung" und ohne den Draht zu beeinträchtigen. Nachdem die Leiterendpunkte von Isolation befreit sind, können diese elektrisch und mechanisch mit den Anschlußpunkten verbunden werden. Die Anschlußpunkte können metallisierte Oberflächenbezirke sein, Löcher oder Öffnungen mit oder ohne metallisierte Wandungen oder Anschlußdrähte von Bauteilen, leitfähige Finger oder dergleichen. Metallisierte Oberflächenbezirke können verwendet werden, um auf der Oberfläche angebrachte Bauteile zu verbinden, oder für die Modifizierung von mit Löchern versehenen Leiterplatten, die mit Lötzinn gefüllt sind. Die Verbindung der aufgebrachten Leiterzugdrähte mit den Anschlußflächen kann durch Wiederverflüssigung von Lötzinn, Laser-Verlötung oder Schweißen hergestellt werden.

Das von Isolation befreite Ende eines Leiterdrahtes kann in ein Loch eingeführt werden und dort elektrisch und mechanisch durch Löten verbunden werden. Verbindungen können auch erzielt werden durch Bohrungen durch den Draht und in der Trägerplatte und Anbringen einer Metallschicht. Mit Anschlußdrähten versehene Bauteile können in die Schaltlöcher eingebracht werden, nachdem die Leiterdrähte eingeführt wurden und vor der Verbindung. Der mit einer Haftvermittlerschicht überzogene Leiterdraht kann von der Isolation befreit werden, direkt vor dem Aufbringen oder direkt, ehe das Anschlußloch erreicht ist. Vorzugsweise wird der Draht von der Isolation befreit und abgeschnitten durch eine geeignete Apparatur direkt vor der Verbindung. So kann ein Leiterzug gleichzeitig so weit abisoliert werden, daß der blanke Draht für die Verbindung an einem End- und Anfangspunkt ausreicht. In der Mitte des abisolierten Drahtteilstückes wird der Draht durchgetrennt.

Fig. 1A zeigt eine Leiterplatte 110 a mit Strom- und Erdanschlüssen 111 a und 111 a, auf welchen die Leiterzüge 116 a angebracht wurden. Die Leiterzüge wurden in eine dielektrische Schicht 115 a eingebettet. Die Schaltlöcher 120 a wurden gebohrt und die Lochwandungen metallisiert, um diese mit den Leitern 116 a und den Leiterzügen auf der anderen Seite der Trägerplatte verbinden zu können, sowie auch mit Stromzuführungen und Erdleitungen. Falls erwünscht, kann beispielsweise eine Leiterplatte, wie sie in Fig. 1A gezeigt ist, modifiziert werden. Die Modifikation kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt werden.

Fig. 1B zeigt die Leiterplatte 110 b aus der Fig. 1A, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgeändert. Der Leiterzug 130 b mit einem Haftvermittlerüberzug 140 b beispielsweise vom Loch 126 b auf die Oberfläche 115 b entsprechend einem vorgegebenen Weg zum Loch 128 b verlegt und fixiert. Der Haftvermittlerüberzug 140 b wird vom Leiter 130 b entfernt zum Beispiel durch Lasereinwirkung vor dem Einführen in das Loch 126 b im Abschnitt 132 b. Der Abschnitt 132 b wird in das Loch 126 b gebracht und die Haftvermittlerschicht 140 b wird aktiviert, beispielsweise durch wiederholte Laserimpulse. Der Leiter 130 b wird dann auf der Oberfläche 115 b angebracht. Der nur klebende Haftvermittlerüberzug sorgt für fortgesetzte Fixierung während der Draht niedergelegt wird. Der Leiterzug 130 b wird entsprechend einem vorgegebenen Muster aufgebracht, bis er das Loch 128 b erreicht. Zur Verbindung mit der Lochwand des durchplattierten Loches 128 b wird die Isolation wieder von dem Drahtleiter 130 b entfernt. Der Abschnitt 134 B ist demnach blank und wird in das Loch 128 b eingeführt.

Die Verbindung zwischen den Löchern 122 b und 124 b wird durch Bohren des Loches 150 b durchtrennt. Mit Hilfe des mit einer Haftvermittlerschicht überzogenen Drahtes 135 b wird eine zusätzliche leitende Verbindung entsprechend einem zuvor bestimmten und wiederholbaren Weg angebracht, die vom Loch 122 b bis zum Loch 129 b reicht. Beide Löcher weisen metallisierte Lochwandungen auf. Die Verbindungen zu den Lochwandungen werden nach den in der Technik üblichen Verfahren hergestellt.

Die Fig. 1C zeigt eine modifizierte Leiterplatte entsprechend Fig. 1B. Der Leiterzug 130 c ist zusätzlich eingefügt. Nachdem die Änderung einmal durchgeführt ist, können Bauteile 160 c mit den Anschlußlöchern der Leiterplatte verbunden werden. Ein Bauteilanschlußdraht 165 c wird in das gleiche Anschlußloch eingeführt wie der Leiterzug 130 c. Sind die Bauteile einmal angebracht, so können sie durch die üblichen Techniken, wie Löten und Schweißen mechanisch und elektrisch verbunden werden.

Fig. 1D zeigt die gleiche Leiterplatte 110 d, nachdem die entsprechenden Anschlüsse gemacht wurden. Die Anschlußdrähte 165 d des Bauteiles sowie der Leiter 130 d wurden mit dem Anschlußloch 120 d durch Löten verbunden, mit einem Lötzinnüberschuß 170 d, der für den elektrischen und mechanischen Kontakt sorgt.

Die Fig. 1E zeigt eine Vielebenenschaltung 180 e mit einer Ebene für Stromanschluß 182 e, einer geätzten Platten zur Erdung 184 e und einer Signalebene 186 e. Zur Einführung eines weiteren Signals wurde ein Leiterzug 130 e angebracht.

Fig. 2A zeigt eine Leiterplatte 200 a mit Oberflächenanschlußbezirken 240 a, einem kurzen Leiterzug 231 a, der auf der Oberfläche 215 a angebracht ist und die beiden Anschlußflächen 241 a und 242 a verbindet.

Die Fig. 2B zeigt die Leiterplatte 200 b der Fig. 2A entsprechend der Erfindung modifiziert. Hierzu wurden die Leiterzüge 232 b und 234 b zugefügt. Der Leiterzug 232 b beispielsweise wurde zuerst an einem Ende abisoliert und mit dem Oberflächenanschluß 240 b verbunden. Der Leiter 232 b wird dann aufgebracht und fixiert durch Aktivierung seines Haftvermittlerüberzuges 233 b. Das andere Ende des Leiters 232 b wird dann von der Isolierung befreit und mit dem Anschluß 243 b verbunden. Mit dem Leiter 234 b wird ähnlich verfahren.

Die Fig. 2C zeigt die nach den Fig. 2A und 2B gezeigten Verfahrensschritten modifizierte Leiterplatte 200 c mit dem verbundenen Bauteil 210 c.

Fig. 3A zeigt die modifizierte Leiterplatte, auf deren Oberfläche das Bauteil 312 a angebracht ist und ein Dual-in-line-Gehäuse 310 a. Duplikate paralleler Reparaturlöcher 320 a werden vorgesehen, um nach Anschluß der Bauteile die Endpunkte erreichen zu können. Diese Art von Leiterplatten kann sogar nach dem Anbrigen der Bauteile modifiziert werden. Die Verfahren zur Modifizierung sind in den Fig. 1A und 1D gezeigt.

Der Leiterzug 330 a hat einen Haftvermittlerüberzug 340 a, der an einem Ende entfernt worden ist. Das blanke Drahtende wird in das Loch 335 a eingebracht. Der Leiterzug 330 a erreicht den Anschlußpunkt 336 a, nachdem der die Oberfläche 315 a überquert hat und auf dieser fixiert wurde. Nach Erreichen des Anschlusses 336 a wird das Drahtende wieder von der Isolation befreit und in das Loch eingeführt. Die elektrische Verbindung mit der metallisierten Lochwand kann durch Löten erzielt werden.

Fig. 3B zeigt eine weitere Modifizierungstechnik für eine Leiterplatte, die bereits bestückt und mit auf der Oberfläche befestigten Bauteilanschlüssen versehen ist. Die Leiterplatte weist Reparaturanschlußflächen 335 b auf, um Anschlüsse zu ermöglichen, nachdem die Bauteile bereits verbunden sind. Derartige Leiterplatten können nach der für Fig. 2 beschriebenen Technik modifiziert werden.

Die Fig. 4A zeigt eine vorfabrizierte Standard- Leiterplatte, die mit Anschlußflächen und Löchern für eine Vielzahl verschiedener Bauteile versehen ist. Die Bauteile, die verwendet werden sollen, werden in den passenden Anschlußflächen und Löchern angebracht. Lage und Größe der Anschlußlöcher sind standardisiert, um die gleiche Standardplatte für eine Vielzahl verschiedener Schaltungen verwenden zu können. Die Grundplatte 410 a hat Strom- und Erdanschlüsse 420 a und 430 a. Die Schaltlöcher 450 a werden gebohrt und metallisiert, bevor die Leiterzüge aufgebracht werden. Die Löcher werden mit leitfähigen Anschlußfächern 470 a versehen, um dort eventuell einen Leiter verbinden zu können.

Fig. 4B zeigt die Standardplatte 410 b aus Fig. 4A mit den mit einer Haftvermittlerschicht versehenen Leiterzügen 482 b und 484 b, die für elektrische Verbindungen sorgen. Der Haftvermittlerüberzug 486 b fixiert die Leiter 482 b und 484 b auf der Oberfläche 400 b. Die Fig. 4B zeigt weiterhin, daß die auf dem Leiter 486 b angebrachte Haftvermittlerschicht auch an Kreuzungspunkten für eine einwandfreie Bindung sorgt. Der Haftvermittlerüberzug 486 b erscheint zwischen den Leitern 482 b und 484 b am Kreuzungspunkt 480 b.

Der Leiter 482 b mit dem Haftvermittlerüberzug 486 b wird an einem Ende von der Isolierstoffhülle befreit und an der Anschlußfläche 472 b befestigt. Der Leiterzug 482 b wird dann aufgebracht und auf der Oberfläche 400 b befestigt. Wenn der Leiter 482 b den Endpunkt 422 b erreicht hat, wird er wieder von der Isolierung befreit und an der Anschlußfläche 474 b angelötet. Die elektrische Verbindung kann, wie zuvor beschrieben, hergestellt werden.

Fig. 4C zeigt die fertiggestellte Leiterplatte 410 c mit dem Bauteil 465 c, das auf der Leiterplatte angebracht ist. Die Anschlußdrähte 460 c des Bauteils 465 c werden nachträglich elektrisch und mechanisch verbunden.

Die Fig. 5A bis 5C zeigen die Herstellung einer neuen Leiterplatte unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Fig. 5A zeigt die Trägerplatte mit bereits angebrachten Strom- und Erdleitungen 520 a und 530 a. Die Löcher 540 a und 542 a sind gebohrt und ihre Innenwandungen metallisiert. An den oberen Löcherändern sind ringförmige Anschlußflächen 544 a und 545 a ausgebildet. Die Oberflächenanschlüsse 548 a und 549 a sind auf der Oberfläche 500 a angebracht zum Anbringen von Bauteilen. Die Fig. 5B zeigt eine vorfabrizierte Platte 510 b, die mit mit Haftvermittler überzogenen Leiterzügen 582 b, 584 b und 592 b versehen ist. Der Haftvermittlerüberzug wird während des Schreibvorganges aktiviert und dient zur Befestigung der Leiterzüge 582 b, 584 b und 592 b auf der Plattenoberfläche 500 b. Der Haftvermittlerüberzug 586 b sorgt ebenfalls für ausreichende Bindung an den Kreuzungsstellen 580 b der Leiter 582 b und 584 b. Anschießend kann der Leiter 582 b an einem Ende abisoliert und mit dem Anschluß 572 b durch Löten verbunden werden. Der Leiterzug 582 b wird dann aufgebracht oder geschrieben auf die Oberfläche 500 b. Wenn der Leiter 582 b den Anschlußpunkt 522 b erreicht, wird sein anderes Ende abisoliert, um ihn mit der Anschlußfläche 574 b in 522 b zu verbinden. Der Leiter 592 b wird nach Abisolierung mit der Anschlußfläche 544 b verbunden, dann auf der Oberfläche 500 b aufgebracht und wenn er den Anschlußpunkt 524 b erreicht, wird sein anderes Ende abisoliert und durch Löten mit der Anschlußfläche 546 b verbunden. Die elektrische Verbindung wird hergestellt, wenn die Leiter auf der Oberfläche fixiert sind durch Löten oder ähnliches. Der Leiterzug 584 b wird ähnlich behandelt. Die fertige Leiterplatte ist in Fig. 5C gezeigt.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausgestaltungsform der Erfindung, bei der die mit einer Haftvermittlerschicht versehenen Leiterzüge auf beiden Seiten der Trägerplatte angebracht und anschließend eingekapselt werden. Die Trägerplatte 610 weist Ebenen mit Erd- und Stromanschlüssen 612 und 614 auf sowie gedruckte Leiterzüge 618 und 620, die Anschlußflächen bilden und, falls erwünscht, ein Leiterzugmuster. Mit einer Haftvermittlerschicht überzogene Leiterzüge 622 werden auf der oberen Plattenseite angebracht, wobei die abisolierten Enden mit den Anschlußflächen, beispielsweise 620, verbunden werden. Ähnlich werden die mit einer Haftvermittlerschicht überzogenen Leiterzüge 624 auf der unteren Plattenseite angebracht und die abisolierten Enden mit den Anschlußflächen, beispielsweise 618, verbunden. Danach werden die Leiterzüge mit den Schichten 626 und 628 verkapselt und in die mit den Schichten 626 und 628 versehene Platte 610 Lochungen gebohrt, deren Wandungen metallisiert werden (616).

Die so hergestellten Anschußlöcher 630 sind mit den innenliegenden Leitern und Schichten elektrisch leitend verbunden. Anschließend wird die Platte mit dem Bauteil 632 bestückt, dessen Anschlußdraht 634 in das Anschlußloch 630 eingeführt und mit diesem durch Verlöten fest verbunden wird (nicht gezeigt).

Claims (26)

1. Verfahren zum Aufbringen von Leiterzügen entsprechend einem vorbestimmten Leiterzugnetzwerk mittels eines Leiterzugschreibvorgangs auf die Oberfläche einer Trägerplatte mit mindestens einem Leiterzug, einer Trägerplatte und einem Haftvermittler zur Verankerung des Leiterzuges bzw. der Leiterzüge in der dem vorbestimmten Leiterzugnetzwerk entsprechenden Lage unter Verwendung eines Haftvermittlers, der vor der Aktivierung nicht-klebend ist, mittels Aktivierung in den klebenden Zustand gebracht wird und sich anschließend wieder verfestigt und zugleich in den nicht-klebenden Zustand zurückkehrt, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Aktivierung des Haftvermittlers erforderliche Energie in Form von gepulster Strahlung bzw. eines erhitzten Gas- oder Flüssigkeitsstahles zugeführt wird, so daß der bzw. die auf der Oberfläche festgelegten Leiterzüge mindestens teilweise von Haftvermittler umschlossen werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Leiterzug auf der Trägeroberfläche zwischen zwei zugeordneten, voneinander entfernten Endpunkten angeordnet ist, und daß jeder dieser Endpunkte einen Anschlußpunkt für ein Leiterzugende darstellt.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterzug aus einem isolierten, elektrisch leitenden Draht besteht, und daß die Haftvermittlerschicht im Bereich der Endpunkte nicht aktiviert wird.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler während des Schreibvorgangs aufgebracht wird.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplattenoberfläche bzw. der Leiterzug oder beide vor dem Aufbringen des Leiterzuges mit Haftvermittler versehen wird bzw. werden.
6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Haftvermittlerschicht nach dem Aktivieren schnell in den nicht-klebenden Zustand zurückkehrt und in einem späteren Verfahrensschritt durch Einwirkung von Wärme- bzw. Lichtstrahlung ausgehärtet werden kann.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler ein Polymer aus der Gruppe der hochmolekularen Phenoxyharze, der hochmolekularen Epoxyharze und Polyolefine enthält, und daß er nach dem Aktivieren auf unterschiedlichen Materialien einschließlich der (den) Oberfläche(n) einer Leiterzugplatte fest haftet.
8. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler aus einer Mischung besteht, die haftvermittelndes Material in mikroverkapselter Form enthält, und daß dieses durch örtliche Anwendung von Druck freigesetzt wird, ehe bzw. sobald der aufzubringende Leiterzug mit der Trägerplattenoberfläche in Kontakt gebracht wird.
9. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungsenergie in Form eines gepulsten Laserstrahls zugeführt wird, und daß die Pulswiederholungsfrequenz eine Funktion der Schreibgeschwindigkeit bzw. der Länge des Leiterzuges pro Zeiteinheit oder von beiden ist.
10. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der vom einzelnen Laserpuls bestrahlte Bezirk entlang dem Weg des Leiterzuges den vom vorangegangenen Laserpuls bestrahlen Bezirk überlappt.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung 10 bis 90% beträgt.
12. 12. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der einzelnen Laserstrahlpulse zwischen 200 und 2000 Mikrosenkunden und die von den einzelnen Laserpulsen bestrahlte Strecke entlang des Leiterzuges 0,5 bis 0,25 mm beträgt, und daß jeweils ein weiterer Laserpuls ausgelöst wird, sobald 0,1 bis 0,25 mm Leiterzugmaterial auf die Trägerplattenoberfläche ausgebracht sind.
13. 13. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine mit einem Leitermuster ausgestattete Leiterplatte ist, und das das Leitermuster vermittels des Leiterzugschreibvorganges durch Anbringen von mindestens einem Leiterzug zwischen zwei Anschlußkontakten entlang eines vorbestimmten Weges in präziser und von Leiterplatte zu Leiterplatte gleicher, geometrischer Anordnung in vorbestimmter Weise modifiziert wird.
14. 14. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Leiterzuges vor bzw. nach dem Aufbringen des Leiterzuges auf die Trägerplattenoberfläche von der Isolation und, falls vorhanden Haftvermittlerschicht befreit und damit der blanke Leiterzugkern freigelegt wird.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß dieses die folgenden Verfahrensschritte aufweist: Entfernen der Isolation und der Haftvermittlerschicht vom Leiterzugende; Anbrigen und Verankern des Leiterzugmaterials auf der Trägerplattenoberfläche mittels des Schreibvorgangs entlang eines vorbestimmten Leiterzugverlaufs, beginnend mit dem blanken Leiterzugkern an einem zugeordneten ersten Kontaktpunkt und endend an einem zweiten, zugeordneten Kontaktpunkt; Abtrennen des Leiterzugmaterials in der Nähe des zweiten Kontaktpunktes; Entfernen der Isolation und der Haftvermittlerschicht vor bzw. nach dem Abtrennen.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht und, falls vorhanden, Haftvermittlerschicht mittels chemischer oder mechanischer Verfahren bzw. durch Einwirken von Strahlungsenergie an den vorbestimmten Stellen entfernt wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kohlendioxid-Laserstrahl benutzt wird, dessen Energie und Strahldurchmesser am Auftreffort ausreicht, um die Isolation und, falls vorhanden, Haftvermittlerschicht des Leiterzugmaterials zu verdampfen, und daß dies durch mehrfaches Überstreichen des freizulegenden Leiterzugabschnittes mit dem Laserstrahl bewirkt wird.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie als Excimer-Laserstrahl zugeführt wird, um so die Isolier- und ggfls. Haftvermittlerschicht des Leiterzugmaterials durch Photo-Zersetzung zu entfernen.
19. 19. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterzugmaterial mittels Laserstrahlenergie abgetrennt wird.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlenergie von einem zweiten Laserstrahl geliefert wird.
21. 21. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger mit Kontaktpunkten in Form von Lötaugen versehen ist, und daß wenigstens ein von der Isolation befreites Leiterzugende durch Löten, vorzugsweise unter Verwendung eines Laserstrahls, mit dem Kontaktpunkt elektrisch verbunden wird.
22. 22. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlußpunkte Lochungen im Trägermaterial dienen, deren Wandungen metallisiert sind, und daß die vom Isoliermaterial befreiten Leiterzugenden in die Lochungen eingeführt und letztere mitLötzinn gefüllt werden.
23. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Verfa-hrensschritt der Drahtanschluß eines Bauelementes bzw. ein sonstiger Leiter vor dem Löten in die Lochung eingeführt wird.
24. 24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplattenoberfläche mit Anschlußflächen als elektrische Kontaktpunkte versehen ist, und daß die freigelegten Leiterzugenden mit dem zugeordneten Anschlußflächen elektrisch verbunden werden.
25. 25. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die den auf der Trägerplattenoberfläche angebrachten Leiterzug umschließende Haftvermittlerschicht einen glockenförmigen Querschnitt aufweist.
26. 26. Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, daß diese nach dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 25 hergestellt ist.