DE3821303A1

DE3821303A1 - Method and system for producing metal-core printed circuit boards which are coated with a dielectric

Info

Publication number: DE3821303A1
Application number: DE19883821303
Authority: DE
Inventors: Stauros Dr Smernos; Horst Dr Richter; Matjaz Dr Florjancic; Karin Ruess
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1988-06-24
Filing date: 1988-06-24
Publication date: 1989-12-28

Abstract

The holes in metal cores which are used for producing enamelled printed circuit boards must be carefully deburred and their input edges must be chamfered in order that the enamel or glass-ceramic layer is also uniform in these regions and has the necessary electrical dielectric strength. In the case of conventional methods, this is achieved by means of an embossing process, which is carried out after drilling or stamping, or even by a combined stamping and embossing process. However, edges with a large radius of curvature are produced in this case, which cause the holes to have an hour-glass-like shape. Such holes require solder lands with a large diameter, which consume a large amount of space and are thus inconsistent with high wiring densities on the circuit carriers. The object is thus to solve the problem of producing metal-core printed circuit boards with correctly coated holes which have solder lands with diameters which allow circuit densities similar to those achieved using epoxy/glass materials. This problem is solved by the metal cores being treated in a wet-chemical or electrochemical errosion bath (4) and by the holes being finely deburred at the same time and the edges being rounded with a small radius. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mit einem Dielektrikum beschichteten Metallkern-Leiterplatten, bei dem der Metallkern mit Löchern versehen und diese Löcher entgratet und an ihren Kanten abgerundet werden, sowie eine Anlage zum Durchführen dieses Verfahrens.The invention relates to a method for producing coated with a dielectric Metal core circuit boards, in which the metal core with Provide holes and deburred these holes and on theirs Edges are rounded, as well as an attachment to Performing this procedure.

Löcher oder Bohrungen in Metallkernen für Leiterplatten müssen sorgfältig entgratet und an ihren äußeren Rändern oder Kanten abgerundet werden. Dies ist notwendig, um beim Beschichten der Leiterplatte mit einem Dielektrikum, z.B. mit einer Glaskeramik, insbesondere einem Email, auch im Bereich der Bohrungen eine gleichmäßige Dielektrikumschicht zu erreichen, die Voraussetzung für die erforderliche Spannungsfestigkeit ist.Holes or bores in metal cores for printed circuit boards must be carefully deburred and on their outer edges or edges are rounded. This is necessary to when coating the circuit board with a Dielectric, e.g. with a glass ceramic, in particular an email, also in the area of the holes to achieve uniform dielectric layer that Prerequisite for the required dielectric strength is.

Bei bekannten Verfahren (RCA Review 42 (Juni 1981) Seiten 145 bis 158 und Electronics 15. März 1979, Seiten 125 ff) geschieht dies durch einen dem Bohren oder Stanzen nachgeschalteten Prägeprozeß, durch eine kombinierte Stanz- und Prägetechnik oder durch abrasive Methoden wie z.B. Hochdruckwasserstrahlen. Dabei werden aber die Kanten mit großem Radius abgerundet. Durchzumetallisierende Bohrungen weisen daher eine ausgesprochene "Flaschenhals"-Form auf. Dies hat zur Folge, daß die Lötaugendurchmesser sehr groß gewählt werden müssen, um noch genügend Restauflagefläche am Bohrloch aufzuweisen. Dies wiederum bedingt, daß zwischen zwei Bohrungen im Ein-Zehntel-Zoll-Raster, mit einem Abstand von 2,54 mm, keine Leiterbahnen mehr durchgeführt werden können, da der zwischen zwei Bohrungen zur Verfügung stehende Platz von den Lötaugen beansprucht wird. Derartige Leiterplatten lassen nur eine geringe Verdrahtungsdichte zu und entsprechen nicht dem Stand der bei Leiterplatten mit Epoxy/Glas-Materialien heute erreicht wird.In known methods (RCA Review 42 (June 1981) Pages 145-158 and Electronics March 15, 1979, pages 125 ff) this is done by drilling or Stamping downstream embossing process, through a combined stamping and embossing technology or by abrasive Methods such as High pressure water jets. In doing so but rounded the edges with a large radius. Holes to be metallized therefore have a pronounced "bottle neck" shape. This has to Consequence that the eye diameter is chosen very large have to be in order to still have enough remaining contact area on Show borehole. This in turn requires that between two holes in a one-tenth inch grid, with a distance of 2.54 mm, no more traces can be carried out between two Drilling available space from the pads is claimed. Such circuit boards only a low wiring density too and do not correspond the state of the with PCB Epoxy / glass materials is achieved today.

Moderne Leiterplatten weisen zwei, oftmals sogar drei Leiterbahnen zwischen zwei Lötaugen im Ein-Zentel-Zoll-Raster auf. Bei der Entwicklung neuer Leiterplatten ist gerade die Erhöhung der Schaltungsdichte, d.h., die Verringerung von Leiterbahnbreiten und -abständen sowie die Verringerung von Loch- und Lötaugendurchmesser vorrangiges Ziel.Modern circuit boards have two, often even three Conductor tracks between two pads in the One-third of an inch grid. When developing new ones PCB is just increasing the Circuit density, i.e. the reduction of Track widths and spacing as well as the reduction primary goal of hole and solder eye diameter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Metallkern-Leiterplatten zu ermöglichen, die eine gleiche Schichtdicke des Dielektrikums über den gesamten Verlauf von Bohrungen, Löchern und anderen exponierten Stellen (Kanten, Vertiefungen usw.) und damit eine hohe und gleichmäßige elektrische Spannungsfestigkeit des gesamten Substrates aufweisen, und zwar bei einer Schaltungsdichte, wie sie heute mit anderen Leiterplatten bereits erreicht wird. The invention is based, which To enable manufacture of metal core circuit boards the same layer thickness of the dielectric over the entire course of holes, holes and others exposed areas (edges, depressions, etc.) and thus a high and even electrical Have dielectric strength of the entire substrate, with a circuit density like that with today other circuit boards is already reached.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Metallkern in einem naßchemischen oder elektrochemischen Abtragungsbad behandelt und dabei die Löcher feinentgratet und mit kleinem Radius kantengerundet werden.This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned in that the Metal core in a wet chemical or electrochemical Removal bath treated and the holes deburred and rounded with a small radius will.

Die genannte Aufgabe wird andererseits durch eine Anlage zum Durchführen des eingangs genannten Verfahrens gelöst, die unter anderem eine Entfettungsstufe und eine Beizstufe sowie diesen Stufen jeweils nachgeschaltete Spülstufen aufweist, die erfindungsgemäß eine zusätzliche Stufe mit einem naßchemischen oder elektrochemischen Abtragungsbad aufweist, in dem mit Löchern versehene Leiterplatten-Metallkerne vor der Beschichtung mit einer Glaskeramik behandelt werden.On the other hand, the above-mentioned task is achieved by a system to carry out the method mentioned at the beginning solved, including a degreasing level and a Pickling stage and these stages downstream Has rinsing levels, which according to the invention additional stage with a wet chemical or has electrochemical ablation bath in which with Holed PCB metal cores in front of the Coating can be treated with a glass ceramic.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are in the Subclaims marked.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von vier Verfahrensbeispielen und einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage erläutert. Die einzige Figur zeigt eine mit den Merkmalen gemäß der Erfindung versehene Anlage zur elektrophoretischen Tauchemaillierung.The invention will now be described with reference to four Process examples and an embodiment of a Plant according to the invention explained. The only figure shows one with the features according to the invention provided system for electrophoretic Dipping enamelling.

example 1

Eine rechteckige Eisenplatte mit einer Stärke von 1 mm dient als Kern für die Herstellung einer Metallkern-Leiterplatte. Dieser Kern wird an einer NC-Bohrmaschine mit dem gewünschten Bohrbild versehen. Die dabei entstehenden Bohrgrate werden durch einen Schleifprozeß mechanisch entfernt. Bevor der gebohrte Metallkern mit einer Glaskeramik elektrophoretisch beschichtet wird, wird er einer naßchemischen Vorbehandlung unterworfen, welche neben den herkömmlichen Behandlungsstufen eine zusätzliche Stufe zur Badentgratung aufweist. Dabei wird diese Badentgratung zweckmäßigerweise zwischen die Entfettungs- und die Beizstufe des herkömmlichen Verfahrens geschaltet, so daß die gesamte Vorbehandlung naß in naß durchgeführt werden kann. Ein herkömmliches Bad zur Materialabtragung ist z.B. in der Druckschrift BN 25600 4 der Firma Blasberg Oberflächentechnik GmbH beschrieben.A rectangular iron plate with a thickness of 1 mm serves as the core for making one Metal core circuit board. This core is at one Provide the NC drilling machine with the desired drilling pattern. The resulting burrs are removed by a Mechanically removed grinding process. Before the drilled one Metal core with a glass ceramic electrophoretic is coated, it becomes a wet chemical Subjected to pretreatment, which in addition to conventional treatment levels an additional level for deburring baths. In doing so, this will Bath deburring expediently between the Degreasing and the pickling stage of the conventional Process switched so that the entire pretreatment can be carried out wet on wet. A conventional one Bath for material removal is e.g. in the publication BN 25600 4 from Blasberg Oberflächentechnik GmbH described.

Die Bearbeitungsparameter für die erfindungsgemäße Feinentgratung und Kantenrundung in einem ersten Abtragungsbad sind:
Temperatur 20°
Bearbeitungszeit 7 min
maximale Badbelastung 1 dm² Oberfläche auf 10 Liter
Badbewegung parallel zu den Bohrungen mit 48 Hüben pro Minute.The processing parameters for the fine deburring and edge rounding according to the invention in a first removal bath are:
Temperature 20 °
Processing time 7 min
maximum bath load 1 dm ² surface to 10 liters
Bath movement parallel to the holes at 48 strokes per minute.

Die derart behandelten Eisenkerne weisen an den Bohrungen Eingangsradien von etwa 50 µm auf und sind damit bestens für die Beschichtung mit Dielektrika auf der Basis rekristallisierenden Emails oder Glaskeramik und damit zur Herstellung von Metallkern-Leiterplatten geeignet. The iron cores treated in this way point to the Bores input radii of about 50 µm and are ideal for coating with dielectrics the basis of recrystallizing enamels or glass ceramics and thus for the production of metal core circuit boards suitable.

Example 2

Ein Eisenkern mit der Stärke 0,6 mm wird in Formätztechnik mit Bohrungen und Konturen versehen. Die weitere Bearbeitung, insbesondere die Feinentgratung und die Kantenrundung ist die gleiche wie bei Beispiel 1 beschrieben.An iron core with a thickness of 0.6 mm is in Form etching technology with holes and contours. The further processing, especially fine deburring and the edge rounding is the same as in example 1 described.

Es ergeben sich hier Eingangsabrundungen der Bohrungen mit einem Radius von etwa 100 µm.This results in rounding of the holes at the entrance with a radius of about 100 µm.

Example 3

Ein Eisenblech der Stärke 1 mm wird zur Herstellung von Metallkern-Leiterplatten als Mehrfachnutzen gestanzt und mit dem gewünschten Bohrbild versehen. Die Stanz- und Bohrgrate werden durch einen Schleifprozeß mechanisch entfernt. Die Beschichtung mit einem Dielektrikum auf der Basis Email/Glaskeramik findet in einer vollautomatischen Anlage zur elektrophoretischen Tauchemaillierung (im folgenden ETE-Anlage) mit Vorbehandlung statt, die erfindungsgemäß mit einer Feinentgratungs- und Kantenrundungsstufe versehen ist, wie sie anhand der Zeichnung noch erläutert wird. Um eine Anpassung an die Taktzeiten der Vorbehandlungs- und ETE-Anlage zu erreichen, werden handelsübliche schnellarbeitende Abtragungsbäder eines zweiten Typs eingesetzt. Typische Behandlungszeiten für die einzelnen Stufen einer solcher kombinierten Anlage mit einem Grundtakt von 40 s sind: A 1 mm thick iron sheet is used to manufacture Metal core circuit boards punched and used as multiple uses provided with the desired drilling pattern. The punching and Drilling burrs become mechanical through a grinding process away. The coating with a dielectric on the base enamel / glass ceramic takes place in one fully automatic system for electrophoretic Dipping enamelling (in the following ETE system) with Pretreatment instead of the invention with a Fine deburring and edge rounding level is provided, as will be explained with reference to the drawing. Around an adjustment to the cycle times of the pre-treatment and Reaching the ETE system will become standard high-speed removal baths of a second type used. Typical treatment times for the individual Stages of such a combined system with one Basic cycle of 40 s are:

Das Abtragungsbad wird im Hinblick auf gute Entgratungsergebnisse hinsichtlich seines Peroxidgehalts kontinuierlich überwacht und automatisch nachgeschärft (On-line-Kontrolle).The ablation bath is good Deburring results for its peroxide content continuously monitored and automatically re-sharpened (Online control).

Example 4

Ein Eisenblech mit der Stärke 1 mm wird durch Formätztechnik zur Herstellung von Metallkern-Leiterplatten vorbereitet. Hierbei werden in einem Schritt Nutzen, Rahmen, Bohrungen, Verbindungsstege und Aufhängelöcher geätzt. Die weitere Bearbeitung erfolgt in einer vollautomatischen Vorbehandlungs- und ETE-Anlage mit erfindungsgemäß integrierter Feinentgratungs- und Kantenrundungsstufe gemäß Beispiel 3.A sheet of iron with a thickness of 1 mm is cut through Form etching technology for the production of Prepared metal core circuit boards. Here, in one step use, frame, holes, Connecting bars and hanging holes etched. The further one Processing takes place in a fully automatic Pretreatment and ETE system with the invention Integrated fine deburring and edge rounding stage according to example 3.

Eine bekannte ETE-Kompaktanlage (vgl. Mitteilungen des Vereins Deutscher Emailfachleute, Band 33, Nr. 9, September 1985, Seiten 113 bis 124), die erfindungsgemäß ergänzt worden ist, ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Die einzelnen Behandlungsstufen, d.h. die Behälter in denen die einzelnen Behandlungsschritte durchgeführt werden, sind in einer geschlossenen Schleife angeordnet, so daß eine Endlosfördereinrichtung verwendet werden kann, die die Werkstücke den einzelnen Behandlungsstufen nacheinander zuführt.A well-known ETE compact system (see Association of German Email Specialists, Volume 33, No. 9, September 1985, pages 113 to 124), the invention has been added is shown schematically in the drawing shown. The individual treatment stages, i.e. the Containers in which the individual treatment steps are carried out in a closed Loop arranged so that an endless conveyor can be used, the workpieces the individual Treatment stages consecutively.

In einem Bereich 1 erfolgt das Beladen der Fördereinrichtung mit den Werkstücken, d.h. mit den als Leiterplatten-Metallkern dienenden Eisenplatten. In einer Stufe 2 erfolgt das Entfetten der Werkstücke, und zwar in hartnäckigen Fällen in einer kombinierten Ultraschall- und elektrolytischen Entfettung. Es schließen sich zwei kaskadenförmig hintereinander angeordnete Stufen 3 und 4 an, in denen die Werkstücke gespült werden.In an area 1 , the conveyor is loaded with the workpieces, ie with the iron plates serving as the circuit board metal core. In stage 2 , the workpieces are degreased, in stubborn cases in a combined ultrasonic and electrolytic degreasing. This is followed by two cascaded stages 3 and 4 , in which the workpieces are rinsed.

In einer weiteren Stufe 5 ist ein naßchemisches oder elektrochemisches Abtragungsbad enthalten, in dem das Feinentgraten und Kantenrunden der Metallkerne erfolgt. Hieran schließen sich zwei kaskadenartig angeordnete Stufen 6 und 7 an, in denen die Werkstücke erneut gespült werden. In a further stage 5 , a wet chemical or electrochemical removal bath is contained, in which the fine deburring and edge rounding of the metal cores takes place. This is followed by two cascade-like stages 6 and 7 , in which the workpieces are rinsed again.

In zwei Stufen 8 und 9 werden die Werkstücke einem ersten und zweiten Beizprozeß unterworfen. Darauf folgen zwei Stufen 10 und 11 in Kaskade, in denen die Werkstücke wiederum gespült werden. In einer weiteren Stufe 12 werden die Werkstücke vernickelt. In einer Stufe 13 erfolgt eine Aktivierung der Werkstückoberfläche. Zwei Stufen 14 und 15 bilden eine weitere Spülkaskade.In two stages 8 and 9 , the workpieces are subjected to a first and a second pickling process. This is followed by two stages 10 and 11 in cascade, in which the workpieces are rinsed again. In a further stage 12 , the workpieces are nickel-plated. The workpiece surface is activated in a stage 13 . Two stages 14 and 15 form a further rinsing cascade.

In einer Stufe 16 werden die Metallkerne elektrophoretisch mit einem Dielektrikum auf der Basis von Email/Glaskeramik beschichtet. In einer Stufe 17 werden die Werkstücke abtropfen gelassen und in einer Stufe 18 werden sie einer Kurzspülung unterworfen.In a stage 16 , the metal cores are coated electrophoretically with a dielectric based on enamel / glass ceramic. In a stage 17 , the workpieces are drained and in a stage 18 they are subjected to a short rinse.

In einer Stufe 19 erfolgt ein erneutes Abtropfen und in Stufe 20 werden die Werkstücke getrocknet. In einem Bereich 21 findet schließlich das Entladen der Werkstücke aus der Fördervorrichtung statt.In a stage 19 there is another dripping and in stage 20 the workpieces are dried. Finally, the workpieces are unloaded from the conveying device in an area 21 .

Die aus der Anlage entnommenen Leiterplatten müssen nun noch in herkömmlicher Weise einem Einbrennprozeß unterworfen werden, der der Beschichtung die nötige Stabilität und Härte gibt.The circuit boards removed from the system must now still a baking process in a conventional manner be subjected to the necessary coating Stability and hardness there.

Mit den vorstehend beschriebenen Verfahren gelingt es insbesondere, dielektrisch beschichtete Metallkern-Leiterplatten herzustellen, bei denen zwischen Bohrungen, die in einem Rastermaß von einem Zehntel Zoll (gleich 2,54 mm) angeordnet und mit einwandfrei ausgebildeten Lötaugen versehen sind, noch eine oder mehrere (bis zu etwa drei) Leiterbahnen unterzubringen. Vergleichbare Leiterbahndichten werden zwar heutzutage z.B. mit Epoxy-Glasfaser-Leiterplatten, nicht aber mit emaillierten Metallkern-Leiterplatten erreicht. Bei diesen war es bislang nicht möglich, zwischen Bohrungen in dem genannten Rastermaß auch nur eine Leiterbahn vorzusehen.With the methods described above it succeeds in particular, dielectric coated Manufacture metal core circuit boards where between holes that are in a grid of one Tenths of an inch (equal to 2.54 mm) arranged and with properly trained pads are provided, still one or more (up to about three) conductor tracks to accommodate. Comparable conductor densities will be nowadays e.g. with epoxy fiber optic circuit boards, but not with enamelled metal core circuit boards reached. So far it has not been possible with these between holes in the specified pitch only to provide a conductor track.

Claims

1. A process for the production of a dielectric coated metal core circuit board, in which the metal core is provided with holes and these holes are deburred and rounded at the edges, characterized in that the metal core is treated in a wet chemical or electrochemical removal bath and the holes are finely deburred and rounded with a small radius.

2. The method according to claim 1, characterized in that that fine deburring and edge rounding after the Degrease and is done before pickling the metal core.

3. The method according to claim 1, characterized in that the holes in a pitch of 2.54 mm be made and that between two side by side and provided with soldering eyes Holes at least one conductor run.

4. Plant for performing the method according to claim 1, which has, inter alia, a degreasing stage and a pickling stage and these stages downstream rinsing stages, characterized in that it has an additional stage ( 5 ) with a wet chemical or electrochemical removal bath in which provided with holes PCB metal cores are treated with a glass ceramic before coating.

5. Plant according to claim 4, characterized in that the additional stage ( 5 ) between the degreasing stage ( 2 ) with the associated rinsing stages ( 3 , 4 ) and the subsequent pickling stage ( 7 , 8 ) is arranged.