NL8602455A - Werkwijze voor het vormen van gedrukte bedradingen op een basisplaat. - Google Patents

Description

* ( *

Werkwijze voor het vormen van gedrukte bedradingen op een basisplaat

De uitvinding betreft een werkwijze voor het vormen van gedrukte bedradingen op een basisplaat met behulp van een laagje koper.

Dergelijke bedradingen moeten vaak electrisch met elkaar 5 verbonden worden. Het is gebruikelijk om dan aan beide zijden van de basisplaat bedradingen te vormen door wegetsen van een opgebrachte koperlaag, en vervolgens de bedradingen van weerszijden via gaten in de plaat met elkaar te verbinden.

Deze methode vereist echter een groot aantal handelingen, 10 zoals het aanbrengen van een koperlaag aan beide zijden van de plaat, het wegetsen van delen van de koperlaag en het maken van een aantal, gaten in de plaat met behulp van een speciaal toestel, zodat de productiekosten hoog worden.

Ter verbetering van de bekende methode zou men beide 15 lagen van gedrukte bedrading en een zijde van de plaat kunnen aanbrengen. In dit geval is het echter gewenst om een speciale koperpasta met goede electrisehe geleidbaarheid te gebruiken, die zich goed door metaal laat bekleden. In tegenstelling tot een edelmetaal zoals zilver wordt de gebruike-20 lijke koperpasta echter gemakkelijk geoxydeerd tijdens het harden van de pasta door verhitting. Een geoxydeerde pasta heeft een hogere electrisehe weerstand en laat zich minder goed lassen, zodat een dergelijke pasta vrijwel onbruikbaar is. Verder is het voor het opbrengen van een metaallaag op 25 de geharde koperpasta nodig gebleken om het oppervlak daarvan met behulp van een catalysator te activeren, zodat de koper-korrels aan het oppervlak van de pasta vrijkomen als platerings- 8502455 ι 1 f 2 kernen.

Na langdurig onderzoek is aanvraagster geslaagd in het vinden van een electrisch geleidende koperpasta die de nadelen van de bekende koperpasta's ondervangt en goed in de 5 praktijk kan worden gebruikt. Het gaat hierom de pasta's ACP-020, ACP-030 en ACP-007P van Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd., die bestaan uit koperpoeder, een kunsthars en een relatief kleine hoeveelheid toevoegsel zoals antraceen. Het product ACP-020 bevat 80 gewichtsdelen koper-10 poeder op 20 gewichtsdelen kunsthars en heeft een uitstekende electrische geleidbaarheid ofschoon de soldeereigenschappen wat minder goed zijn. Het product ACP-030' bevat 85 gewichtsdelen koperpoeder op 15 gewichtsdelen kunsthars en heeft uitstekende soldeereigenschappen, terwijl de. electrische 15 geleidbaarheid iets minder is. Het product ACP-007P is een verbetering van ACP-030 en laat zich uitstekend door een metaal bekleden, zodat men bijvoorbeeld op een uitgestreken en geharde film van dit product zonder gebruik van een cata-lysator een koperlaat uit een chemisch bekledingsbad kan 20 aanbrengen.

De uitvinding beoogt een werkwijze te verschaffen voor het vormen van ten minste twee lagen van gedrukte bedrading in electrisch contact met elkaar aan één. zijde van een basisplaat. Verder beoogt zij gebruik te maken van de electrisch 25 geleidende koperpasta,.die na harden en chemisch bekleden met een metaal eenzelfde geleidbaarheid als een normale koperlaag heeft. In <&t geval kan men afzien van het aanbrengen van be-dradingslagen aan weerszijden van de plaat en van het aanbrengen van electrische geleidingen door gaten,in de plaat.

30 Verder beoogt de uitvinding de gebruikelijke ertsmethode door een andere te vervangen, zodat het aantal bewerkingsstappen en de benodigde hoeveelheid materiaal tot de helft kunnen worden teruggebracht. Verder beoogt de uitvinding de gebruikelijke stap van het maken van gaten in de plaat, die nogal kostbaar 35 is, weg te laten, zodat de methode wordt vereenvoudigd en de kosten tot bijna de helft worden teruggebracht. Verder beoogt de uitvinding een plaat met gedrukte bedrading te verschaffen die ongeveer de helft kleiner is dan de bekende platen doordat men aan beide zijden van de basisplaat ten S S G 2 4 5 5 ' * 3 minste twee bedradingslagen aanbrengt die door gaten in de plaat met elkaar kunnen worden verbonden. Ook beoogt de uitvinding gebruik te maken van een electrisch geleidende koper-pasta, die zich goed met metaal laat bekleden, zodat men 5 geen catalysator ter activering van de pasta nodig heeft. Daarnaast beoogt de uitvinding een meerlaagse plaat met gedrukte bedrading te verschaffen, met twee bedradingslagen aan één zijde van de plaat, die beide met behulp van de geleidende koperpasta en een metaalbekleding zijn gevormd zonder 10 noodzaak van een etsproces, zodat de productiekosten door een kleiner aantal stappen en een kleinere hoeveelheid materiaal worden verminderd.

De werkwijze verschaft een werkwijze voor het vormen van gedrukte bedradingen op een basisplaat, welke gekenmerkt 15 is doordat men op één zijde van de basisplaat een eerste laag bedrading aanbrengt, vervolgens de plaat aan die zijde (met uitzondering van enkele delen van de eerste bedrading die electrisch met een later op te brengen bedrading verbonden moeten worden) van een af.deklaag voorziet, en daarna op dezelf-20 de zijde van de plaat een tweede bedradingslaag aanbrengt die op de eerder genoemde plaatsen met de eerste bedradingslaag in verbinding komt.

Bij voorkeur wordt de tweede bedradingslaag gevormd door eerst op de afdeklaag een electrisch geleidende metaalpasta 25 aan te brengen, welke de genoemde delen van de eerste bedradingslaag met elkaar verbindt, maar nog secties van die delen vrijlaat voor bekleding met een. metaal, en dan na harding van de metaalpasta deze pastalaag en de vrijgelaten secties van de eerste bedradingslaag met metaal te bekleden.

30 De eerste bedradingslaag kan naar keuze worden gevormd door eerst een doorlopende metaallaag aan te brengen en deze dan op bepaalde plaatsen weg te etsen,, maar ook door eerst een geleidende metaalpasta in de vorm van discrete delen op te brengen en na harding de pasta met een metaal te bekleden.

35 Het aanbrengen van de metaalpasta kan geschieden door opstrijken of met een drukprocêdé, terwijl het .aanbrengen van de metaalbekleding door een dompelprocêdë uit een chemisch bekledingsbad kan geschieden. Als metaal voor de pasta en de metaalbekleding geniet koper de voorkeur.

8602455 4

De uitvinding wordt nader geïllustreerd door de tekeningen, waarin

Fig. 1 tot 5 diverse bewerkingsstappen voor een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding, en 5 Fig. 6 tot 8 diverse bewerkingsstappen voor een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding weergeven.

In de uitvoeringsvorm van fig. 1 tot 5 gaat men uit van een basisplaat 1, bijvoorbeeld van een polymeer materiaal, waarop geleidende sporen van een eerste bedradingslaag 10 worden gevormd. Dit kan bijvoorbeeld geschieden door op één zijde van de plaat 1 een koperlaag 2 aan te brengen en deze dan gedeeltelijk weg te etsen.

Volgens fig. 2 wordt de genoemde zijde van de plaat 1 daarna bedekt met een afdeklaag of beschermlaag 3. Deze 15 laag 3 kan bestaan uit het product CR-2001 van Asahi Chemical Research Laboratory Co., Ltd. en laat zich doorgaans niet gemakkelijk met metaal bekleden. Het kan met een drukprocëdë worden aangebracht en dient zowel de bedrading vrije plaatsen 1a van de plaat 1 als de delen 2c van de eerste bedradings-20 laag te bedekken* Alleen de delen 2a,2b van de eerste be-dradingslaag C^, die later met een tweede bedradingslaag in contact moeten komen, blijven onbedekt.

Volgens fig. 3 wordt vervolgens een electrisch geleidende koperpasta 4 op dezelfde zijde van de plaat 1 aangebracht, 25 bijvoorbeeld door middel van safedruk-, en wel zodanig, dat de niet met de afdeklaag bedekte delen 2a,2b van de bedradingslaag C^ electrisch met elkaar worden verbonden., ofschoon bepaalde secties. 2d, 2e van de delen 2a,2b (ter breedte 1^, nog steeds onbedekt blijven. De koperpasta 4 laat zich goed 30 met metaal bekleden en kan bestaan uit het product ACP-007P van aanvraagster. Vervolgens wordt de plaat gehard door circa 30 minuten verhitting op circa 150°C.

De geharde plaat wordt schoon gemaakt door. beitsen met zuur. Dit kan geschieden door de plaat eerst enkele minuten 35 te behandelen met een 4-5 gew.%'s natriumhydroxydeoplossing en dan circa 1 minuut met een 5 gew.% waterstofchlorideoplos-sing.

Volgens fig. 4 wordt de plaat 1 vervolgens in een metaal-bekledingsbad, bijvoorbeeld een koperbad, gedompeld teneinde 8602455 5 het oppervlak van de secties 2d,2e van de bedrading en het oppervlak van de geleidende koperpasta 4 langs chemische weg van een metaalbekleding te voorzien. Een koperbekleding met een dikte van 1,0 tot 3,0 ym kan doorgaans worden bereikt 5 door 1 uur dompelen bij een badtemperatuur van 70°C en een pH van 12, ofschoon variaties kunnen worden verkregen door verandering van de samenstelling van het bad. In de praktijk is een dompeltijd van 1,7 tot 5 uren nodig omdat de dikte van de bekleding minimaal 5 urn dient te zijn. Op deze wijze 10 wordt een metaallaag 5 op de koperpasta 4 en de secties 2d, 2e van de eerste bedradingslaag gevormd. Deze laag 5 en de koperpasta 4 vormen tezamen een tweede bedradingslaag C2 en dezelfde zijde van de plaat 1 als de eerste bedradingslaag , waarbij de twee bedradingslagen electrisch met elkaar zijn 15 verbonden.

Volgens fig. 5 wordt de genoemde zijde van de plaat 1 tenslotte voorzien van een deklaag 6, bijvoorbeeld door opstrijken of opdrukken. Deze laag kan bestaan uit het product CR-2001 van aanvraagster en wordt daarna gedroogd. Zodoende 20 is het eindproduct verkregen.

In de uitvoeringsvorm van fig. 6 tot 8 wordt op ëën zijde van de basisplaat door safedrukken direct een reeks sporen van een geleidende koperpasta 4 aangebracht, die zich makkelijk met metaal laat bekleden. Het geheel wordt dan 25 30 minuten ter harding op circa 150°C verhit.- Vervolgens wordt de plaat 11 door beitsen met zuur gereinigd en dan in een metaalbekledingsbad zoals een koperbad gedompeld, zodat de delen van de geharde koperpasta 4 met een laagje metaal 5 worden bedekt.. Op deze wijze heeft men de eerste bedradings-30 laag verkregen (fig. 7).

De daarop volgende stappen zijn dezelfde als die in de eerste uitvoeringsvorm. Volgens fig.. 8 wordt een af deklaag 3 op dezelfde zijde van de plaat 11 aangebracht, waarbij de delen van de bedradingslaag die later met de bedrading 35 C2 verbonden moeten worden, vrijblijven. Daarna wordt een geleidende koperpasta 4 op dezelfde zijde van. de plaat aangebracht en wel zodanig, dat de vrij gebleven delen van de bedradingslaag met elkaar worden verbonden, terwijl toch nog secties van deze delen vrijblijven.. Nadat de plaat gehard 8602455 S' m 6 en gereinigd is, wordt hij in een koperbad gedompeld teneinde een koperlaag 5 op de geleidende pasta 4 en op de genoemde secties van de bedradingslaag aan te brengen. Deze koperlaag 5 vormt tezamen met de koperpasta 4 dan de tweede be-5 dradingslaag C^. Tenslotte wordt over de tweede bedradingslaag een deklaag 6 met een drukprocédë aangebracht, waarna het product voltooid is.

In de beschreven uitvoeringsvormen behoeven geen doorboringen in de plaat te worden gebruikt om de beide bedradings-10 lagen met elkaar te verbinden. Men kan echter ook aan beide zijden van de plaat dubbele bedradingslagen aanbrengen en dez-e dan via doorboringen in de plaat met elkaar verbinden. Verder zal het duidelijk zijn dat ook meer dan twee bedradingslagen aan ëën zijde van de plaat kunnen worden- aangebracht en dat 15 het opgebrachte metaal niet tot koper is beperkt.. Zo kan men ook zilver gebruiken. Koper is echter minder duur en beter geschikt voor massaproductie.

Thans zal de electrisch geleidende koperpasta 4 nog meer . in detail worden beschreven.

20 Voor practisch gebruik dient een film uit deze koper- -2 pasta, een soortelijke electrische weerstand van circa 1x10 _3 - 1 x 10 ohm.cm te hebben. Deze soortelijke weerstand mag bij hoge vochtigheid en bij temperaturen boven en beneden 20°C slechts weinig veranderen.

25 Neemt men alleen een mengsel van koperpoeder en fenolhars.

dan zal het koperpoeder bij het bakken van de pasta gemakkelijk aan het korreloppervlak worden geoxydeerd, waardoor de soorte- 3 lijke weerstand wel 1 x 10 ohm.cm of meer wordt.

Het geleidingsvermogen van een geleidende bekledingslaag 30 komt doorgaans tot stand door wederzijds contact tussen de metaalpoederdeeltjes in zo'n laag. Als deze metaaldeeltjes echter met een oxydatieproduct zijn bedekt zal de soortelijke weerstand.groot worden en wordt de laag ongeschikt voor de praktijk. Bij zilver heeft men niet met dit probleem te maken 35 maar bij koper wel. Koperdeeltjes worden.aan de lucht zelfs onmiddellijk met een oxydatielaagje bedekt. Daarom dient men tijdens het vormen van de geleidende film de oxydatieproduc-ten te verwijderen en ook later tijdens het bakken te verhinderen, dat zich opnieuw oxydatieproducten. vormen. Volgens 8302455 w - 7 de uitvinding kan dit geschieden door gebruik van een speciaal toevoegsel in het mengsel van koperpoeder en kunsthars.

Als toevoegsel kan antraceen (C^H^q) of antraceencarbon-zuur (C^HgCOOH) worden gebruikt, welke een uitstekend 5 resultaat geven. Daarnaast zijn ook antrazine i^28^16N2^ en antranilzuur (CgH^(NH2)(COOH)) bruikbaar. Daarentegen is aminobenzoëzuur (CgH^.COOH) practisch onbruikbaar omdat de soortelijke weerstand dan 1 x 1Q-^ ohm. cm wordtdat wil zeggen circa 10 x zo groot als die met antraceen of dergelijke.

10 De geleidende koperpasta 4 volgens de uitvinding bevat doorgaans 70 tot 85 gew.% koperpoeder, 15 tot 30 gew.% fenol-hars, epoxyhars, polyesterhars of xyleenhars, en een relatief geringe hoeveelheid (0,2-5 gew.% en bij voorkeur 0,23-1,6 gew.

%) aan antraceen, antraceencarbonzuur, antranilzuur of antra- 15 zine.

Tijdens een verhitting van de pasta reageert het antraceen of dergelijke met de oxydatieproducten van het koper tot een verbinding die in de omringende kunsthars wordt opgenomen. Daardoor gaat de electrische geleidbaarheid omhoog.

20 Bovendien wordt het doordringingsvermogen van water en zuurstof in de hars door de gevormde verbinding tegengegaan.

Neemt men bijvoorbeeld antraceencarbonzuur, dan reageert dit met het koperoxyde rondom de koperdeeltjës op de volgende wijze: CuO x 2C14H9COOH -* <C14HgCOO)2Cu + Η2<0 25 onder vorming van het koperzout van antraceencarbonzuur. Het koperpoeder vormt dan blanke metaaldeeltjes, die bij contact met elkaar voor de vorming van geleidende banen, door het materiaal en zodoende voor een minimale soortelijke weerstand zorgen.

30 Het gevormde koperzout wordt gelijkmatig.gedispergeerd over de aanwezige kunsthars en heeft geen nadelige invloed, op het harden van deze hars. Wel wordt het doordringen van water en zuurstof in de hars hierdoor tegengegaan, zodat de geharde laag beter bestand is tegen vocht en zuurstof.

35 De hoeveelheid toevoegsel kan blijkens experimenten doorgaans tussen 0,2 tot 5 gew.% liggen, terwijl een hoeveelheid tussen 0,23 en 1,5 gew.% het meest doeltreffend is.

Bij een hoeveelheid toevoegsel van 0,23 tot 1,5 g'ew.% en een filmdikte van 40 um kan de soortelijke weerstand van 8602455 -3 8 deze film practisch constant op een waarde van 1x10 ohm.cm worden gehouden. Is de hoeveelheid toevoegsel 0.,2 gew.%, dan -3 heeft de film een soortelijke weerstand van 1,3 x 10 ohm.cm, _3 terwijl een waarde van 2x10 ohm.cm wordt verkregen bij een 5 hoeveelheid toevoegsel van 5 gew.%. Bij minder dan 0,2 gew.% toevoegsel stijgt de soortelijke weerstand drastisch. Zo -2 krijgt men bijvoorbeeld een soortelijke weerstand van 1 x 10 ohm.cm bij 0,1 gew.% toevoegsel, hetgeen ongeschikt voor de praktijk is. Bij een hoeveelheid toevoegsel van meer dan 5 10 gew.% stijgt de soortelijke weerstand eveneens drastisch, -2 bijvoorbeeld tot een waarde van 1 x 10 ·-ohm.cm bij 8 gew.% toevoegsel. Ook dit is ongeschikt voor de praktijk.

Ter verklaring van de genoemde boven- en ondergrenzen kan nog het volgende worden opgemerkt. Aangezien het toe-15 voegsel met de oxydatieproducten aan de buitenzijde van de poederkorrels reageert, zijn bij deze reactie ook hoeveelheden betrokken. De benedengrens van de hoeveelheid toevoegsel (circa 0,2 gew.%) wijst erop, dat er altijd een zekere hoeveelheid oxydatieproducten in het mengsel van koperpoeder " 20 hars is, die verwijderd moet worden. De bovengrens van de hoeveelheid toevoegsel (circa 5 gew.%) wijst erop, dat een overmaat toevoegsel een nadelige invloed heeft, waarbij bijvoorbeeld. de eigenschappen van de aanwezige hars en de geleidbaarheid van de laag achteruit gaan.

25 Bi.j een filmdikte van 40 urn is de soortelijke weerstand -3 van de geharde koperpasta met toevoegsel ten minste. 1 x 10 ohm.cm, hetgeen een factor 10^ beter is dan de soortelijke weerstand van eenzelfde laag zonder toevoegsel. Bij een hoog vochtgehalte stijgt de soortelijke weerstand, iets, maar blijft 30 zij verder lange tijd, bijvoorbeeld 504. uren constant. Ook bij langere perioden wordt geen wijziging of achteruitgang waargenomen.

Wat betreft de invloed van de temperatuur, zijn de wijzigingen in soortelijke weerstand uiterst gunstig. De verande-35 ring is ongeveer de helft van die voor een.laag zilverpoeder in een toestand beneden de normale temperatuur, en vrijwel gelijk aan die van een laag zilverpoeder bij normale temperatuur. De laag van geharde koperpasta kan concurreren met een zilverlaag bij de gebruikstemperatuur van 60°C.

86 0 2 4 5 5 * ïr· .

9

De geleidende koperpasta 4 volgens de uitvinding (het product ACP-QQ7P is een verbetering van de vroegere pasta ACP-030 die zich goed liet solderen. De pasta zorgt voor aanwezigheid van poederkorrels aan het oppervlak/ die als kernen 5 dienen bij het opbrengen van een metaalbekleding. De koper-korrels, die uit een bekledingsbad komen hechten zich namelijk gemakkelijk aan de poederkorrels van de pasta. De metaalbekleding van koper laat zich daarom gemakkelijk aanbrengen, waarbij alleen een eenvoudig reinigingsproces nodig is en 10 geen activering met een catalysator.

6602455

Claims (8)

1. Werkwijze voor het vormen van gedrukte bedradingen op een basisplaat, met het kenmerk, dat men op ëën zijde van een basisplaat een eerste laag bedrading aanbrengt, vervolgens de plaat aan die zijde (met uitzondering van 5 enkele delen van de eerste bedrading die met een later op te brengen bedrading electrisch verbonden moeten worden) van een afdeklaag voorziet, en daarna op dezelfde zijde van de plaat een tweede bedradingslaag aanbrengt, die op de eerder genoemde plaatsen met de eerste bedradingslaag electrisch in 10 verbinding komt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tweede bedradingslaag wordt gevormd door eerst op de afdeklaag een electrisch geleidende metaalpasta aan te brengen, welke de genoemde delen van de eerste bedradingslaag met 15 elkaar verbindt, maar nog secties van die delen vrijlaat voor bekleding door een metaal, en door na harding van de metaalpasta deze pastalaag en de vrijgelaten secties van de eerste bedradingslaag met metaal te bekleden.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het ken-20 m e r k, dat de eerste bedradingslaag wordt gevormd door eerst een doorlopende metaallaag aan te brengen en deze laag vervolgens op bepaalde plaatsen weg te etsen.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de eerste, bedradingslaag. wordt gevormd door 25' eerst een geleidende metaalpasta in de vorm van discrete delen op. te brengen en na harding van de pasta deze met een metaal te-bekleden.

5. Werkwijze volgens conclusie. 1 tot 4, met het k e n- m e r k, dat het aanbrengen van de metaalpasta geschiedt door 30 opstrijken of een drukprocédé en het bekleden met metaal door een dompelprocédê met een chemisch bekledingsbad.

6. Werkwijze volgens conclusie 1 tot 5, met het k e n- m e r k, dat de geleidende metaalpasta bestaat uit een combinatie van koperpoeder met een kunsthars en een relatief kleine 35 hoeveelheid toevoegsel.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, 3502455 11 dat het toevoegsel in de metaalpasta bestaat uit antraceen, antraceencarbonzuur, antranilzuur of antrazine.

8. Werkwijze volgens Gonclusie 6 of 7, met het k e n-m e r kr dat de geleidende metaalpasta bestaat uit 70 tot 5 85 gew.% koperpoeder, 15 tot 30 gew.% kunsthars en 0,2 tot 5 gew.% toevoegsel. 3502455