DE3789301T2

DE3789301T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von leitfähigen siebgedruckten Durchleitlöchern unter Verwendung von metallisch plattierten Dickpolymerfilmen.

Info

Publication number: DE3789301T2
Application number: DE3789301T
Authority: DE
Inventors: Stephen E Chabot; Kenneth B Gilleo; Marion A Tibesar
Original assignee: Sheldahl Inc
Current assignee: Sheldahl Inc
Priority date: 1987-02-09
Filing date: 1987-10-09
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2007-10-10
Also published as: EP0281704A2; US4747211A; EP0281704B1; EP0281704A3; DE3789301D1

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen eine verbesserte Vorrichtung und ein kosteneffizientes Verfahren zur Herstellung eines gedruckten Schaltkreises mit kupferbeschichteten Polymerdickfilmen, die auf einem Substrat mit hierauf aufgebrachten Leiterbrücken angeordnet sind, um diskrete elektrische Leiter, die auf gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Substrats angeordnet sind, elektrisch miteinander zu verbinden und wobei die Leiterbrücke dadurch gekennzeichnet ist, daß sie sich einheitlich längs und durch die Wände einer Bohrung erstreckt, die in und durch das gemeinsame Substrat eingebracht ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von zweiseitig angeordneten Schaltkreisen, die durch Leiterbrücken verbunden sind, die diskrete elektrische Leiter durch eine verbesserte Leiterbrücke elektrisch verbinden, die sich längs und durch die Innenwand einer Bohrung erstreckt, die durch das gemeinsame Substrat als im wesentlichen einheitliche Verbindung der jeweils gegenüberliegenden elektrischen Leiter eingebracht ist. Um die vollständige Herstellung der verbesserten Leiteranordnung der vorliegenden Erfindung zu erreichen, werden üblicherweise die nachfolgenden Schritte durchgeführt:
1. eine leitfähige Druckfarbe in Form eines Polymerdickfilmes wird mittels Siebdruck auf die gegenüberliegenden Seiten eines vorgestanzten Substrates aufgebracht, wobei Polymerdickfilme verwendet werden, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt und gehärtet werden;
2. alle Seiten der gehärteten Leiter werden mit einem Film aus einem leitfähigen Metall, beispielsweise Kupfer, Nickel oder einem anderen geeigneten Metall, einem platierbaren Metall oder einer Legierung elektroplatiert. Alternativ kann ein stromloses Platierverfahren angewandt werden, auch wenn das stromlose Platieren eine wesentlich geringere Ablagerungsrate aufweist;
3. Aufbringen eines dielektrischen Druckmusters per Siebdruck auf die Metallbeschichtung beispielsweise in Form von Kupfer oder Nickel, wobei Durchgangsöffnungen verbleiben, wo immer eine Verbindungsleitung erforderlich ist;
4. Aufdrucken einer zweiten Schicht eines Polymerdickfilms per Siebdruck auf beiden Seiten und Herstellen einer Verbindungsleitung zu dem metallplatierten Schaltkreis, d. h. aus Kupfer oder Nickel durch die Durchgänge; und
5. Elektroplatieren von beiden gegenüberliegenden Seiten mit einem Metallfilm, beispielsweise aus Kupfer oder Nickel.
Durch den Einsatz dieses Prozesses können vielschichtige zweiseitig angeordnete Schaltkreise hergestellt werden, die außerordentliche elektrische und physikalische Eigenschaften aufweisen.
Das Durchplatieren von Löchern wird im großen Umfang als Verfahren zum Verbinden von Leitern eingesetzt, die auf verschiedenen Ebenen eines Substrates angeordnet sind, insbesondere von Leitern, die auf gegenüberliegenden Seiten eines vorgestanzten gemeinsamen Substrates angeordnet sind, ebenso wie Leitern, die auf getrennten oder individuellen Substraten angebracht sind. Demgemäß bilden durchplatierte Löcher häufig Leiterbrücken zwischen derartigen Leitern oder leitfähigen Mustern. In der Vergangenheit wurden verschiedene Techniken eingesetzt, um elektrisch leitfähige Brücken oder Verbindungsleitungen auf Basis eines durchgehenden Loches zu bilden. Obwohl Versuche gemacht wurden, um erfolgreich derartige Leiterbrücken unter Verwendung eines Siebdruck-Durchgangslochprozesses herzustellen, haben sich diese Versuche früher als undurchführbar erwiesen, wobei Ergebnisse vorliegen, die die Unzuverlässigkeit belegen. Gemäß diesen früheren Bemühungen wurde eine flüssige Farbbeschichtung, die leitfähig und aushärtend ist, üblicherweise auf das Substrat aufgebracht und in ausreichender Menge aufgedruckt, so daß ein Teil der leitfähigen Beschichtung dazu bestimmt war, um sich auf einheitlicher Basis miteinander verbunden durch die Bohrung zu erstrecken, so daß die Wandflächen beschichtet wurden und eine Leiterbrücke gebildet wurde, die als elektrische Verbindung wirkt. Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, wurden in der Vergangenheit überzählige Öffnungen ebenso wie getrennte mechanische Verbindungsleitungen üblicherweise verwendet, um zuverlässige und haltbare Verbindungsleitungen zu schaffen, die sich von einer Seite des Substrates zu der anderen erstrecken. Der erfindungsgemäße Siebdruck-Durchgangslochprozeß verringert in beträchtlichem Umfang die Notwendigkeit von zusätzlichen Verbindungsleitungen. Weiterhin wird es durch die Kupferplatierung der Muster aus Polymerdickfilm möglich, vielschichtige Schaltkreise, bei denen sich Verbindungsleitungen von einer Ebene zu der anderen erstrecken, herzustellen, ebenso wie Verbindungsleitungen zwischen benachbarten Ebenen oder Schichten des Schaltkreises und Verbindungsleitungen, die sich quer zu in das Substrat eingebrachten Bohrungen erstrecken.
Um die Anforderungen an den Raumbedarf und das Volumen zu verringern und weiterhin um eine angemessene Dichte des Schaltkreises zu bewirken, ist es natürlich wünschenswert, wenn nicht sogar erforderlich, daß der Schaltkreis zweiseitig angeordnet auf einem flexiblen Substrat aufgebracht wird. Üblicherweise wird zunächst ein Schaltkreismuster mittels Schablonendruck auf einer Seite des Substrates unter Verwendung einer flüssigen Farbbeschichtung, die leitfähig und aushärtend ist, aufgezeichnet, wobei die leitfähige Farbbeschichtung durch Einsatz einer externen Energiequelle, beispielsweise ultravioletter Strahlung und/oder Wärme aushärtbar ist. Derartige leitfähige Druckfarben werden ebenso wie deren Aushärteigenschaften beim Aushärten häufig als "Polymerdickfilme" bezeichnet und sind bei gedruckten Schaltkreisen wohl bekannt und in allgemeiner Verwendung und natürlich im Handel erhältlich. Nach dem Drucken und Aushärten des ersten leitfähigen Druckmuster wird auf die gegenüberliegende Seite des Substrates ein zweites leitfähiges Druckmuster aufgebracht. Das Substrat, das auf beiden Hauptseiten leitfähige Muster aufweist, ist geeignet an einer Einrichtung oder einer Anordnung von Leitern als ein oder mehrere leitfähige Muster oder Leiter Verwendung zu finden. Üblicherweise können erfindungsgemäß Leiter aus Polymerdickfilmen leicht und einfach hergestellt werden, die eine Stärke von etwa 0.3 mil (0.08 mm) bis zu etwa 3 bis 4 mil (0.08 bis 0.10 mm) aufweisen. Das Material für das Substrat, das jedoch für das Verfahren nicht entscheidend ist, ist vorzugsweise flexibel, aus spannungsorientiertem Polyethylenterephthalat hergestellt und weist eine Stärke auf, die etwa zwischen 1 mil (0.02 mm) und 20 mil (0.51 mm) liegt, wobei ein Stärkenbereich zwischen 2 mil (0.05 mm) und 10 mil (0.25 mm) im allgemeinen bevorzugt ist. Bei größeren Stärken, beispielsweise Stärken von größer als etwa 20 mil (0.51 mm), müssen bestimmte Schritte des Prozesses mit einer geringeren Geschwindigkeit durchgeführt werden, um eine geeignete und wünschenswerte Härte zu erhalten. Derartige Substratmaterialien sind natürlich im Handel erhältlich.
Die im Stand der Technik bekannten Dokumente, die sich auf derartige Verfahren zur Herstellung von elektrischen Brükken beziehen, umfassen die GB-A-2 030 007 und GB-A-2 143 473.
Diese Dokumente offenbaren jeweils eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Siebdrucken von elektrischen Schaltkreisen auf gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Substrates, wobei das Substrat Bohrungen aufweist, die durch dieses hindurchgehen. In der GB-A-2 030 007 wird offenbart, daß das Substrat direkt auf eine Flachbettplatte mit vielen Öffnungen aufgebracht wird, die die Platte luftdurchlässig machen, und das Vakuum an die Platte angelegt wird, so daß die im Siebdruckschritt verwendete Druckfarbe durchgesaugt wird und die Wände der Bohrungen beschichtet werden, wodurch elektrische Brücken zwischen den aufgedruckten elektrischen Schaltkreisen gebildet werden. Die GB-A-2 143 473 offenbart ein ähnliches Verfahren, wobei jedoch das Substrat direkt auf einem ebenen Arbeitstisch mit einer einzigen Öffnung aufgebracht wird, statt auf einer Flachbettplatte, wie in der GB-A-2 030 007.
Die US-A-3,741,116 offenbart eine Fördereinrichtung zum Zuführen und Abführen von Druckmaterialien an und von einem ausgewählten Bereich zum Drucken oder dergleichen. Die Fördereinrichtung besteht in kostengünstiger Weise aus einem Endlosband eines Siebes aus Monofilpolyester, das sich quer zu einer Vakuumbasis bewegt, die unter dem Druckkopf angeordnet ist. Das Sieb wirkt als Fördereinrichtung und wird während des Druckens von der Vakuumbasis gehalten. Die Siebgröße ist fein genug, um das Drucken mit hoher Qualität von dünnem Papiermaterial zu gestatten, ohne daß nach Beendigung des Druckvorganges wahrnehmbare Siebmarken auftreten. Das Vakuum wird an die Unterseite des zu druckenden Materiales über eine Vakuumbasis eines bekannten Types aufgebracht, die eine ausreichende Kraft erzeugt, um das Druckmaterial während des Druckens und das Zuführen sicher zu halten.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich vom Stand der Technik durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
Weiterhin schlägt die Erfindung eine Vorrichtung vor, die speziell zur Durchführung des Verfahrens ausgestaltet ist, wie in den Ansprüchen 12 und 19 beansprucht wird.
Bei einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Vorratsband eines im allgemeinen undurchlässigen flexiblen Substrates (spannungsorientiertes Polyethylenterephthalat) vorgesehen, das eine Anzahl von Bohrungen aufweist, die in das Substrat eingebracht sind, um, wo erwünscht, elektrische Verbindungsleitungen anzuordnen. Zur Herstellung eines ersten leitfähigen Musters längs einer Oberseite des flexiblen Substratvorratsbandes wird das Band zunächst über ein zweites Substrat aufgebracht, wobei das zweite Substrat ein im allgemeinen poröses, flexibles, nicht gewebtes Bandmaterial ist, was in dem vorliegenden Schritt als das Vakuum verteilendes Trägerband dient. Dieses nicht gewebte, flexible Band ist durchlässig für Luft, aber undurchlässig für flüssige Druckfarben, die flüssig und härtbar sind, wodurch dessen Verwendung in Richtung auf ein vakuumverteilendes Trägerband bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei der Vorrichtung angepaßt wird.
Gemäß dem bevorzugten Verfahren werden die übereinanderliegenden Bandpaare längs eines Weges innerhalb einer Substratdruckzone bewegt, in der die Bänder wenigstens über einen Bereich des genauen Randes einer zylindrischen Druckunterlage laufen, die eine äußere ringförmige Wand aufweist, die einen Hohlkern umgibt, der mit einer Vakuumquelle verbunden ist. Die äußere ringförmige Wand ist mit einer Vielzahl von Bohrungen perforiert, um einen perforierten, rotierenden Druckzylinder zu bilden, der das Bandpaar mit vorbestimmter Umfangsgeschwindigkeit trägt. Während das Bandpaar über die Oberseite der perforierten, zylindrischen Druckunterlage läuft, wird eine Schicht leitfähiger Druckfarbe, die aushärtbar und flüssig ist, auf die Oberseite des Substrates durch ein überlagertes Schablonensieb aufgebracht, wobei das anliegende Vakuum dazu führt, daß die leitfähige Druckfarbenbeschichtung durch das Substrat gezogen wird und wobei das luftdurchlässige und das vakuumverteilende Trägerband die leitfähige Druckfarbe aufnimmt und so deren Bewegung, Lauf und Endablagerung steuert.
Das poröse, nicht gewebte und flexible Trägerband, das das Vakuum verteilt, ist üblicherweise ein unverbrauchtes Filterpapier oder ein anderes poröses Gewebe, wobei das Material eine bevorzugte Stärke von etwa 5 mil (0.13 mm) bis etwa 8 mil (0.20 mm) und ein Gewicht von etwa 1.28 Unzen pro Quadratyard (30 g/m²) aufweist. Derartige Filterpapiere sind natürlich im Handel erhältlich und es wurde gefunden, daß sie sich gut als flexibles, das vakuumverteilende Trägerband eignen, das durchlässig für Luft aber undurchlässig für eine leitfähige Druckfarbe ist, die aushärtbar und flüssig ist. Im Anschluß an die Herstellung des ersten leitfähigen Musters längs einer ersten Seite des flexiblen Substratvorratsbandes werden die Schritte zur Herstellung des ersten leitfähigen Musters auf der gegenüberliegenden Seite des Substratvorratsbandes wiederholt, um ein zweites leitfähiges Muster auf der gegenüberliegenden Hauptseite des Bandes zu bilden.
Um Vielschichteigenschaften auf dem zuvor beschichteten Band zu schaffen, wird ein Film oder eine Schicht aus Kupfer, Nickel oder einem anderen geeigneten Metall gleichzeitig auf beide Seiten des Substrates elektroplatiert. Anschließend wird ein dielektrischer Film mit durch den dielektrischen Film gebildeten Durchgängen auf die Kupferplatierung aufgedruckt, um die Verbindung mit der danebenliegenden kupferplatierten Schicht zu ermöglichen. Im Anschluß an die Bildung des dielektrischen Filmes wird ein zweiter Polymerdickfilm auf das Substrat aufgebracht, wobei der zweite Film direkt über die gerade hergestellte dielektrische Filmschicht aufgebracht wird. Anschließend kann die Außenseite des zweiten Polymerdickfilmes mit Kupfer, Nickel oder einem anderen geeigneten Metall platiert werden, wodurch ein hochhaltbarer und hochzuverlässiger Schaltkreis, der vielschichtig und zweiseitig aufgebaut ist, geschaffen. Die endgültigen Außenschichten des elektroplatierten Metalls können weiter mit einem nicht oxidierenden oder einem Edelmetall, beispielsweise Gold oder möglicherweise Silber platiert werden.
Deshalb ist es eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von rasterförmigen Durchgangsbohrungen für gedruckte Schaltkreise vorzuschlagen, um zuverlässige Leiterbrücken für einzelne Leiter von Schaltkreisanordnungen zu schaffen, die auf gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Substrates oder auf getrennten Substraten angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von rasterförmiger Durchgangslöchern auf einem flexiblen gedruckten Schaltkreis vor, wobei die in das Substrat eingebrachten Bohrungen mit einer leitfähigen Druckfarbenbeschichtung, die aushärtend und flüssig ist, beschichtet werden und wobei ein poröses oder halbporöses flexibles Trägerband, das das Vakuum verteilt, mit einem Substratband zusammenwirkt, um eine zuverlässige Beschichtung der Bohrungen zu gewährleisten.
Vorteilhaft können weiterhin vielschichtige zweiseitige Schaltkreise hergestellt werden, wobei die in das Substrat eingebrachten Bohrungen zunächst mit einer leitfähigen Druckfarbenbeschichtung, die aushärtbar und flüssig ist, auf beiden Hauptseiten hiervon beschichtet wird, und wobei ein poröses oder halbporöses flexibles Trägerband, das das Vakuum verteilt, mit einem Substratband zusammenwirkt, um eine zuverlässige Beschichtung der Bohrungen zu bilden; das Schaltkreismuster wird nachfolgend mit Kupfer, Nickel oder einem anderen geeigneten Metall aufplatiert und nachfolgend mit einem dielektrischen Material beschichtet, um eine Vielschichtanordnung zu bilden.
Nachfolgend wird auf die beigefügten Zeichnungen bezug genommen, in denen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines typischen Systems zur Durchführung von Druck- und Trockenschritten bei Schaltkreisen, die auf einer Rollenanordnung durchgeführt werden, zeigt;
Fig. 2 eine detaillierte Seitenansicht mit geringfügig vergrößertem Maßstab der Druckstation, die bei dem in Fig. 1 dargestellten System zum Einsatz kommt, wobei Details der zylindrischen Siebdruckstation hervorgehen, die teilweise weggebrochen gezeigt ist, zeigt;
Fig. 3 eine Seitenansicht einer anderen Ausgestaltung der Druckstation, die beim Flachbettsiebdruck zum Einsatz kommt, zeigt;
Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht zeigt, die längs einer Vertikalebene weggeschnitten ist, um die Mehrfachschichten des Schaltkreises darzustellen, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wurde; und
Fig. 5 ein vertikaler Teilschnitt durch ein Substrat ist, aus dem die typische Anordnung des vielschichtigen, zweiseitig ausgebildeten Schaltkreises hervorgeht, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, weist das System zum Drucken und Trocken von Schaltkreisen, das insgesamt mit 10 bezeichnet ist, einen mit "A" bezeichneten Abwickelstationsbereich oder -segment, eine mit "B" bezeichnete Siebdruckvorrichtung, eine mit "C" bezeichnete UV-Strahl- und Trockenstation, einen Horizontaltrockenbereich und -station "D", eine mit "E" bezeichnete Vertikaltrockenstation und eine mit "F" bezeichnete Aufwickelstation auf. Die Abwickelstation "A" umfaßt einen Abwickelmechanismus 11, der ein Schaltkreissubstratband 12 von einer Rolle 13 gemeinsam mit Filterpapier 14, abgezogen von einer Filterpapiervorratsrolle 15, liefert. Wie später noch deutlicher wird, werden zwei getrennte Durchläufe für das Substratband 12 vorgesehen, wobei eine geeignete Beschichtung aus Polymerdickfilm auf einer erste Hauptseite des Substratbandes 12 bei jedem Durchgang aufgebracht wird.
Während die Behandlung bei jedem der Polymerdickfilm-Beschichtungsdurchgänge jeweils identisch ist, wird der durchgeführte Betrieb für den ersten Durchgang in einer Weise durchgeführt, wie dies nachfolgend dargelegt ist. In diesem Zusammenhang wird das Substratband 12 zunächst durch eine Vielzahl von Tänzerrollen zugeführt, die insgesamt mit 18 bezeichnet sind, wobei sich das Filterband und das Substratband in übereinanderliegender Anordnung als Vorratsbänder, wie mit 20 bezeichnet, zusammengeführt werden. Die Substrat/Filterpapierbänder werden gemeinsam längs mit Führungs- und Spannungsstationen 21 geführt, wobei die Bänder an einer Führungsrollenstation 22 getrennt werden, das Substratband über die Spannrolle 23 geführt wird und mit dem Filterpapierband an der Spannrolle 24 zusammentrifft. Die Bänder bewegen sich gemeinsam durch einen Bereich 25 und werden dann wiederum an einer Antriebsrolle 26 und einer Rolle 27 getrennt, um einen unabhängigen Durchtritt durch ein Paar von Bandführungssensoren 28 und 29 zu gestatten. Nach dem Passieren einer Gruppe von Spannrollen 30, 31 und 32 wird das Substratband 12 durch einen Feststellungssensor 34 geführt, wobei das Filterpapierband 14 an dem Sensor 34 vorbeiläuft. Der Sensor 34 wirkt in der Praxis als Laufkontrolle für den Gesamtdruckbetrieb.
Nach dem Feststellungssensor 34 treffen sich das Filterpapier und das Substrat an der Verbindungsstelle zwischen der Rolle 35 und dem Druckzylinder 36, wobei der Druckzylinder 36 mit Vakuumöffnungen versehen ist, um den Druckbetrieb zu steuern, wie nachfolgend eingehend dargelegt wird. Obwohl ein Überführen über die Oberseite des Druckzylinders 36 erfolgt, ist die Siebdruckanordnung, die allgemein mit 37 bezeichnet ist, ausgelegt, um abwechselnd vor- und zurückbewegt zu werden, wobei der Siebdruck während der Bewegung der Siebdruckanordnung 37 in Richtung des Pfeiles 38 von statten geht. Es ist vorteilhaft, daß die Bewegung in Richtung des Pfeils 38 synchron oder andersartig zeitabhängig mit der Drehbewegung des Druckzylinders 36 ausgeführt wird, zu Zwecken, die nachfolgend noch eingehend dargelegt werden.
Nach dem Passieren der Druckstation, einschließlich dem Passieren über einen Bereich des Umfanges des Druckzylinders 36, wird das gedruckte Substrat längs der Filterpapierspur als gemeinsames Band oder Bandpaar über die Antriebsrolle 40 geführt, wobei das Filterpapier auf einer Aufnehmerrolle 41 aufgerollt wird, und die Aufnehmer- oder Aufwickelrolle 41 ein steuerbares Drehmoment aufbringt, das zu einet konstanten Spannung in dem Filterpapier 14 führt, wenn dieses durch die Druckstation über den Druckzylinder 36 geführt wird.
Nach dem Passieren der Siebdruckeinrichtung "B" weist das Substratband 12, eine aufgebrachte Polymerdickfilmbeschichtung auf (aufgrund entsprechender Behandlung in der Siebdruckstation "B"), wobei das Substrat durch ein Vakuumtransportband durch den Horizontaltrockner 44 geführt wird. In Fig. 1 ist eine UV-Trockenstation "C" gezeigt, die in dem System als Betriebsstation vorgesehen ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Bestrahlung mit UV-Licht nicht in allen Fällen erforderlich ist, wobei die Bestrahlung bei bestimmten Polymerfilmen Verwendung findet und weiterhin eingesetzt wird, um bestimmte dielektrische Beschichtungen auszuhärten. Die UV-Quelle 45 härtet, sofern diese eingesetzt wird, bestimmte Komponenten, die in dem zum Einsatz kommenden Polymerdickfilm vorliegen, der auf die Oberseite des Substratbandes 12 aufgebracht ist, wobei das Aushärten der Polymerbeschichtung im wesentlichen innerhalb des Horizontaltrockners 44 vollendet wird. Nach dem Passieren der UV-Trockenstation "C" und des Horizontaltrockners "D" wird das Band 12 über den Vakuumtransportzylinder 47 und die insgesamt mit 48 gekennzeichnete Tänzerrollenanordnung geführt und dann durch ein Vakuumtransportband durch den Vertikaltrockner "E" getragen. Das Band 12 setzt seine Bewegung durch den Vertikaltrockner "E" über eine Spannrolle 50 fort und gelangt schließlich zu einer Aufwickelstation "F", die durch eine Aufwickelrolle 51 gekennzeichnet ist.
Die Aufmerksamkeit wird nun auf die Fig. 2 der Zeichnung gerichtet, in der der Druckzylinder 36 in Kombination mit der Siebdruckeinrichtung gezeigt ist, insbesondere der Siebdruckanordnung 37. Das Schablonensieb 53 ist zwischen Halteblöcken 56 und 57 in gespanntem Zustand gehalten, wobei eine mit 58 bezeichnete Abstreifklinge, die gelegentlich auch als Abstreifer bezeichnet wird, vorgesehen ist, um Rohdruckfilm zu sammeln, der einen Druckmaterialrückstand 59 bildet, und die für einen ungestörten Durchtritt durch die in dem Schablonensieb 53 eingebrachten Öffnungen sorgt. Die Schablonensiebanordnung oder Siebdruckanordnung 37 bewegt sich, wie in Fig. 2 dargestellt ist, in Richtung des Pfeiles 54 zeitgleich mit der Rotationsbewegung des Zylinders 36, wie dies natürlich im Stand der Technik wohl bekannt ist und in der US-A- 3,228,093 und US-A-3,448,516 offenbart wird.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, bewegt sich das Filterpapierband 14 synchron mit dem Substratband 12, wobei das Filterpapierband 14 der Oberseite des Druckzylinders 36 gegenüberliegt. Üblicherweise wird das Bandpaar über die Oberseite des zylinderförmigen Druckzylinders 36 über weniger als annähernd 180º des Umfanges geführt, wobei ein Bereich von annähernd 115º des Umfanges sich als wünschenswert erwiesen hat.
Der Zylinder 36 weist die Form eines ringförmigen Zylinderringes 61 auf, der einen segmentierten Hohlkern 60 umgibt. Bohrungen 62, die sich in Radialrichtung erstrekken, sind aufgrund der zeichnerischen Möglichkeiten in übertriebener Größe als in den Ring 61 eingebracht dargestellt. Das Vakuum wird auf einem Bereich des Hohlkernes 60 aufgebracht, was zum Durchtreten von Luft durch das Filterpapierband 14 führt, während die Bänder 12 und 14 über die Oberseite des Zylinders 36 über einen Winkel von Näherungsweise 120º des Umfangs innerhalb der Innengrenzen des Zylinders 36 bewegt werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Deshalb wirkt in dieser Anordnung das Filterpapierband 14 als Vakuumverteiler und trägt zur Anordnung und Positionierung des Polymerdickfilmes 59 bei, wenn dieser auf die Oberseite des Substrates 12 in dem Gebiet der Durchgangslöcher aufgebracht wird, die in das Schaltkreissubstrat 12 eingebracht sind.
Wie vorstehend erwähnt, ist das Substratband 12 vorbehandelt und teilweise vorbereitet und enthält eine Vielzahl von hierin eingebrachten Bohrungen, um die Aufnahme von leitfähigem Polymer zu erleichtern, das nach dem Aushärten elektrisch leitfähige Verbindungsleitungen zwischen Bereich des Schaltkreises bildet, die auf gegenüberliegenden Seiten des Bandes 12 angeordnet sind. In diesem Zusammenhang wird, wie vorstehend schon erwähnt wurde, das Band 12 nach dem Aushärten des Polymerdickfilmes, der auf die erste Seite hiervon aufgebracht wurde, ein zweites Mal durch das gesamte System geführt, um das gewünschte Schaltkreismuster auf die gegenüberliegende Seite des Bandes 12 aufzubringen. Bei diesem zweiten Durchgang wird eine Beschichtung aus Polymerdickfilm auf beiden Seiten des Bandes 12 aufgebracht, wodurch zweiseitige Eigenschaften geschaffen werden.
Die Funktion des Filterpapiers als Vakuumverteiler unterstützt den Druckvorgang dahingehend, daß daß flüssige Rohpolymer in die in dem undurchlässigen Substratband 12 eingebrachte Öffnung oder Bohrung gezogen wird, wobei jeglicher Überschuß und/oder Rückstand auf der Oberseite des Filterpapieres zurückgehalten wird. Deshalb wirkt das Filterpapier 14 als Sammel- oder Dickfilmbeschichtung aus Rohpolymer und bewirkt eine Steuerung der Filmmenge, die in dem Gebiet der in das Band 12 eingebrachten Durchgangslöcher zurückbleibt.

Halbporöses Band

Bei der Durchführung der Beschichtungsvorgänge der vorliegenden Erfindung wird das Filterpapier verwendet, um als poröses oder halbporöses Band zu wirken. Das halbporöse Band wirkt mit dem Schaltkreissubstratband 12 zusammen. Das Filterpapier liegt als nicht gewebtes Band vor, das eine Stärke von näherungsweise 6 mil (0.15 mm) und eine Dichte von etwa 1.28 Unzen pro Quadratyard (30 g/m²) aufweist.

Druckzylinder

Der Druckzylinder 36 weist beabstandete Vakuumöffnungen auf, um den Durchtritt von Luft durch das Papier zu gestatten, nachdem diese die in das Band 12 eingebrachten Öffnungen passiert hat. Diese Öffnungen weisen vorzugsweise eine einheitliche Größe und Abstand auf, wobei die Öffnungen einen Durchmesser von näherungsweise 0.032 Inch (0.81 mm) aufweisen, wobei größere Durchmesseröffnungen natürlich nützlich sind. Bei einem System, bei dem Löcher oder Bohrungen von näherungsweise 0.030 bis 0.036 Inch (0.76 bis 0.9 mm) im Druckzylinder 5 vorgesehen sind, sind die Zentren dieser Öffnungen 0.4 Inch (10 mm) beabstandet. Bei Löchern mit einem Durchmesser von 0.032 Inch (0.81 mm) und mit 0.4 Inch (10 mm) beabstandeten Zentren weist der Zylinder eine Öffnungsfläche von etwa 1% auf, wobei darauf hingewiesen wird, daß die Perforationen eine solche Dichte und Größe aufweisen können, daß diese zwischen etwa 1% und 15% des segmentierten Vakuumdruckzylinder 36 bilden. Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem System der vorliegenden Erfindung natürlich Bohrungen bis zu etwa 0.08 Inch und größer Verwendung finden können.

Polymerdickfilm

Der Polymerdickfilm wird aus den im Handel erhältlichen Polymerfilmen ausgewählt, die einen leitfähigen Füllstoff aufweisen. Insbesondere können Polymerdickfilme eingesetzt werden, die mit Silber, Kupfer, Nickel, Kohlenstoff oder Mischungen hiervon gefüllt sind. Es wurde gefunden, daß die erfindungsgemäße Anordnung gut mit Rohfilmen funktioniert, die eine Viskosität zwischen 25.000 und 75.000 Zentipoises besitzen.

Flachbettsiebdruck

Bezugnehmend auf Fig. 3 der Zeichnungen kann festgestellt werden, daß das in Fig. 3 dargestellte Beschichtungssystem einen Flachbettverteiler statt des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Druckzylinders verwendet. Insbesondere werden, wie aus Fig. 3 hervorgeht, die Funktionen des Druckzylinders 36 durch eine Druckplatte 63 mit Flachbettverteiler durchgeführt. Durch diese Anordnung wird jedoch die Relativbewegung zwischen der Flachbett-Druckplatte 63 und dem Sieb 53 durch eine Linearbewegung entweder der Siebdruckanordnung 37 oder alternativ der Flachbett-Druckplatte 63 erreicht. In dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel zeigt die Anordnung eine Linearbewegung der Siebdruckanordnung 37.

Optionale Nachbehandlung

Abhängig von der Endverwendung der Polymerdickfilm-Produkte kann es in bestimmten Fällen wünschenswert sein, die Oberseite der Polymerdickfilme mit einem leitfähigen Metall, beispielsweise Kupfer oder Nickel zu platieren. Eine derartige Behandlung ist jedoch natürlich insoweit optional, als die leitfähigen Polymerdickfilme auch ohne Nachbehandlungen verwendbar sind.
Wenn die ausgehärteten Polymerdickfilme mit einem leitfähigen Metall, beispielsweise Kupfer oder Nickel, beschichtet werden, können konventionelle elektroplatierte Verfahren oder stromlose Platierverfahren angewandt werden, wobei beide Seiten des Substrates gleichzeitig mit einem leitfähigen Metall platiert werden. Das Metallplatierverfahren von derartigen Polymerdickfilmen ist natürlich im Stand der Technik bekannt und wohl vertraut und braucht hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden.
Nach der Bildung der leitfähigen Beschichtung oder nach dem Aufplatieren von Metall, beispielsweise Kupfer oder Nickel, auf dem Polymerdickfilm können die Vielschichteigenschaften des Schaltkreises weiter entwickelt werden. Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 der Zeichnungen ist das Substratband 12 mit einer ersten Beschichtung eines Polymerdickfilmes 59 auf gegenüberliegenden Seiten hiervon dargestellt. Die Außenseite des leitfähigen Filmes 59-59 wird nachfolgend mit einer Metallschicht, beispielsweise Kupfer oder Nickel 65, platiert, wobei konventionelle Platiertechniken in geeigneter Weise eingesetzt werden.
Nach dem Metallplatiervorgang wird ein dielektrischer Film, wie mit 66-66 dargestellt, auf die Kupferseiten aufgebracht, wobei geeignet positionierte oder angeordnete Durchgänge in dem Film 66-66 eingebracht werden. Die Durchgänge in dem dielektrischen Film werden verwendet, um die Vielschichteigenschaften für jede Seite der zweiseitigen Schaltkreisanordnung des Einzelsubstrates zu verwirklichen.
Der dielektrische Film 66-66 kann aus jeglichen konventionellen Materialien für dielektrische Filme ausgewählt werden, wobei geeignete dielektrische Filme erhältlich sind und aus derartigen Materialien, wie beispielsweise Polyestermaterialien und/oder Materialien auf Epoxidbasis ausgewählt werden. Derartige Materialien für dielektrische Filme sind natürlich im Handel erhältlich und können in konventioneller Weise beispielsweise durch Siebdruck auf das elektroplatierte Kupfer aufgebracht werden.
Nach dem Aushärten des dielektrischen Filmes 66-66 wird eine zweite Schicht eines Polymerdickfilmes, wie mit 67-67 dargestellt, auf die gegenüberliegenden Seiten des Substrates 12 aufgebracht, wobei die zweite Schicht des Polymerdickfilmes direkt auf den ausgehärteten dielektrischen Film 66-66 aufgebracht wird. Nach Beendigung des Aushärtens der zweiten Beschichtung des Polymerdickfilmes 67-67 wird ein weiterer Metallplatiervorgang durchgeführt, um eine Metallschicht 68-68 auf die gegenüberliegenden Seiten des Polymerdickfilmes aufzubringen. Im allgemeinen wird Kupfer bevorzugt, obwohl für einige Anwendungen auch Nikkel ein bevorzugtes leitfähiges Metall ist. Mit diesem Aufbau wird eine haltbare, zuverlässige uns sehr wirtschaftliche zweiseitige Schaltkreisanordnung in Vielschichtbauweise geschaffen, bei der Verbindungsleitungen durch den Substratträger 12 ebenso wie in den dielektrischen Film 66-66 eingebrachte Durchgänge erhältlich sind. Edelmetallbeschichtungen können weiterhin alternativ aufgebracht werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Leiterbrücken zur elektrischen Verbindung von diskreten, elektrischen Leitern, die auf gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Substrates angeordnet sind, wobei sich die Leiterbrücke längs und durch die Wände einer Bohrung erstreckt, die durch das gemeinsame Substrat als Verlängerung der jeweils gegenüberliegenden elektrischen Leiter verläuft, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte aufweist: Bereitstellung eines Sieb-Layouts (53) des zu bildenden Schaltkreismusters und Befestigung des Sieb-Layouts unter Spannung zur Verwendung beim Aufdrucken einer abbildenden, flüssigen Farbbeschichtung (59), die aushärtet und leitfähig ist und das auf der Substratoberfläche zu bildende Schaltkreismuster festlegt; Bereitstellung eines Materialbandes (12) aus einem im wesentlichen undurchlässigen, flexiblem Substrat zur Aufnahme des Schaltkreismusters und mit hierin eingebrachten Bohrungen zum Anbringen von elektrischen Verbindungen zwischen den Schaltkreismustern, die auf den gegenüberliegenden Hauptseiten hiervon gebildet werden; Anordnung des Substrates auf einer Oberseite einer Druckbettplatte, wobei die Druckbettplatte (61, 63) luftdurchlässig ist; Verbindung der Platte mit einer Vakuumquelle und Aufbringen einer Schicht der aushärtenden, flüssigen und leitfähigen Farbbeschichtung (59) auf die Oberseite des flexiblen Substratbandes (12) durch das Sieb-Layout, während gleichzeitig Vakuum an die Platte (61, 63) angelegt wird, gekennzeichnet durch eine Durchströmung eines porösen, nicht-gewebten, flexiblen, das Vakuum verteilenden Trägerbandes (14), das durchlässig für Luft, aber undurchlässig für die Farbe ist, entlang eines Strömungsweges, wobei das Substratband (12) dem Trägerband (14) überlagert ist, und der Strömungsweg die Druckzone einschließt, in der das Trägerband über die Oberseite der Platte geführt wird, und daß die Oberseite (61, 63) der Platte und des Siebdruck-Layouts (53) relativ zueinander bewegt werden, wenn die Bahnen (12, 14) über die Platte geführt werden und daß die Plattenoberfläche (61, 63) porös oder mit Bohrungen (62) versehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (61) als Druckzylinder ausgebildet ist und die Bahnen (12, 14) um weniger als etwa 180º Bogengrad über die Oberseite des Druckzylinders gezogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß das Sieb-Layout (53) linear in Synchronisation mit der rotierenden, gekrümmten Bewegung der Oberseite des Druckzylinders (61) bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß das Sieb-Layout (53) linear längs einer Ebene bewegt wird, die im wesentlichen tangential zu der Oberseite des Druckzylinders angeordnet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Plattenoberseite (63) als flaches Diffuserbett ausgebildet ist und entweder das Diffuserbett oder das Sieb-Layout (53) linear bewegt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei denen die freien Oberseiten der aushärtenden, leitfähigen Farbbeschichtung (59) mit einer Schicht (65) aus einem leitfähigen Metall überzogen werden, eine Schicht (66) einer dielektrischen Farbe als Entwurfsmuster auf die Oberseiten der leitfähigen Metallschicht (65) aufgebracht wird und nachfolgend die dielektrische, leitfähige Farb- Metallschicht ausgehärtet wird, eine zweite Schicht (67) einer aushärtenden, flüssigen, leitfähigen Farbe auf die Oberseite der aushärtenden dielektrischen Schicht (66) aufgebracht wird und nachfolgend die zweite, aushärtende, flüssige und leitfähige Farbschicht ausgehärtet wird und die freien Oberflächen der aushärtenden, leitfähigen Farbschicht (67) mit einer Schicht (68) eines leitfähigen Metalles überzogen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Metallschichten (65, 68) aus Kupfer oder Nickel sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schichten aus leitfähigem Metall mit einem galvanischen Verfahren aufgebracht werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei denen die Verfahrensschritte der Bildung eines Schaltkreismusters aus Farbe und der Bildung von Leiterbrücken wiederholt werden, wobei das Schaltkreismuster auf der gegenüberliegenden Oberseite des Substrates gebildet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Farbe (59) eine Viskosität zwischen etwa 25.000 und 75.000 Zentipoise aufweist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das poröse Medium ein Filterpapier mit einer Stärke ist, die zwischen etwa 5 Milli-Inch (0,13 mm) und 8 Milli- Inch (0,20 mm) liegt und ein Gewicht von etwa 1,28 Unzen pro Quadratyard (30 g/m²) aufweist.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, zur Herstellung von Leiterbrücken zur elektrischen Verbindung von diskreten, elektrischen Leitern, die auf gegenüberliegenden Seiten eines gemeinsamen Substrates angeordnet sind, wobei sich die Leiterbrücke längs und durch die Wände einer Bohrung erstreckt, die durch das gemeinsame Substrat als Verlängerung der jeweils gegenüberliegenden elektrischen Leiter verläuft, wobei die Vorrichtung aufweist:

(a) eine Drucksiebhalteeinrichtung (56, 57) zur Aufnahme eines Siebdruck-Layouts (53) zum Aufdrucken eines Entwurfschaltkreismusters mit einer aushärtenden, flüssigen und leitfähigen Farbe (59) auf einer Oberseite eines Substratbandes (12), wobei die Drucksiebhalteeinrichtung eine Halteeinrichtung zur führenden Aufnahme des Siebdruck-Layouts in der Betriebsstellung innerhalb der Druckstation (B) aufweist;

(b) eine Druckstation zur Aufnahme des zu druckenden Substrates, und eine Einrichtung (58) zum Aufbringen der aushärtenden Farbe auf ausgewählten Bereichen der Oberseite des Substratbandes, die innerhalb der Druckstation zur Bildung des Schaltkreismusters angeordnet ist;

(c) eine Einrichtung (23, 40) zur führenden Bewegung des Substratbandes (12) durch die Druckstation (B) zum Aufbringen des Schaltungsmusters;

(d) ein im allgemeinen poröses, nicht-gewebtes, flexibles, das Vakuum verteilendes Trägerband (14), das durchlässig für Luft, aber undurchlässig für die aushärtende, flüssige, leitfähige Farbe ist und betreibbar ist, um das Substratband (12) zu tragen;

(e) eine Einrichtung (31, 32, 35, 40) zur führenden Bewegung des Trägerbandes (14), mit der dieses gemeinsam mit dem Substratband (12) als Bandpaar durch die Druckstation (B) geführt wird;

(f) wobei die Druckstation einen Druckzylinder (36) umfaßt, der eine äußere, ringförmige Wand (61) aufweist, die einen Hohlkern (60) umgibt, um den Druckzylinder an eine Vakuumquelle anzuschließen, und mit einer Vielzahl von Bohrungen (62), die in die ringförmige Wand eingebracht sind, um eine perforierte, zylindrische Oberfläche zu bilden, eine Halte- und Antriebseinrichtung für den Druckzylinder, die ausgebildet ist, um den Druckzylinder zur Drehbewegung innerhalb der Druckstation an Lage genau zum Siebdruck-Layout (53) drehbeweglich zu lagern und mit einer Geschwindigkeit anzutreiben, die mit der linearen Bewegung der überlagerten Bandpaare durch die Druckstation synchronisiert ist;

(g) eine Einrichtung zum Anschließen des Druckzylinders an eine Vakuumquelle zum Aufbringen von Vakuum auf den Druckzylinder (36), durch die Bohrungen (62) und durch das luftdurchlässige, das Vakuum verteilende Trägerband (14) gleichzeitig mit dem Aufbringen des Farbstoffes (59).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Einrichtung (31, 32, 35, 40) zur Führung des Bandpaares ausgebildet ist, um das Paar längs eines Weges über den Druckzylinder (36) zu führen, wobei das Paar über etwa 115 Bogengrad am Umfang des Druckzylinders festgeführt wird.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die perforierte Oberfläche (61) einheitlich beabstandete, kreisförmige Löcher (62) von im wesentlichen einheitlichem Durchmesser aufweist und wobei die Löcher zwischen etwa 1% und 15% der ringförmigen Wandoberfläche einnehmen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Löcher einen Durchmesser von weniger als etwa 0,080 Inch (2,0 mm) aufweisen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Siebdruck-Layout (53), das Substratband (12) und das Trägerband (14) in paßgenauer Zuordnung durch die Druckstation (B) gehalten werden.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Durcksiebhalteeinrichtung (56, 57) sich linear längs eines hin- und hergehenden Weges in Synchronisation mit der Drehbewegung des Druckzylinders bewegt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die Einrichtung (23, 40) zur führenden Bewegung des flexiblen Substratbandes eine Einrichtung aufweist, die auf das Band eine im wesentlichen konstante Spannung in der Druckstation (B) aufrechterhält.

19. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Druckzylinder (36) durch eine flache Diffuserbettplatte (63) ersetzt ist, die mit Bohrungen versehen ist und wobei die Halte- und Antriebseinrichtung für den Druckzylinder durch eine Einrichtung ersetzt ist, die ausgebildet ist, um entweder das Diffuserbett oder das Sieb-Layout (53) zu bewegen.