NO860985L - Elektrisk kretsanordning og fremgangsmaate for dens fremstilling. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår kretsanordninger og/eller sær-lige sådanne kretser hvor ledende baner er påført i form av elektrisk trykkfarge på et isolerende substrat. Sådanne kretser kalles iblant hybridkretser. Det har vært vanlig å utnytte for dette formål elektriske trykkfarger som påføres i flytende tilstand gjennom en finmasket sikt mot overflaten av et ildfast substrat, f.eks. av aluminiumoksyd, som kan motstå meget høye temperaturer, vanligvis 350°C, som er innbrenn-ingstemperaturen for de trykkfarger som har vært anvendt, og disse trykkfarger kalles da cermet-trykkfarger. Bruk av elektriske trykkfarger som kan herdes ved meget lavere temperaturer, f.eks. av størrelsesorden 150°C, er imidlertid sterkt å foretrekke da dette innebærer at substratet ikke behøver å være av et ildfast material. I stedet kan alterna-tive, mer lettbehandlbare materialer, slik som varmeherdende plastmaterialer anvendes. Det er imidlertid funnet at lavtemperaturherdende polymertrykkfarger ikke er egnet for på-føring av et loddemiddelbelegg hvilket er meget ønskelig hvis elektroniske komponenter skal forbindes med de lederbaner som er dannet av de elektrisk ledende trykkfarger på vanlig måte. Denne alvorlige ulempe hindrer utbredt anvendelse av lav-temperaturbehandling. Foreliggende oppfinnelse har derfor som formål å frembringe en forbedret trykk-kretsanordning hvor denne ulempe i høy grad er nedsatt.

En første aspekt av foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for utforming av en krets på et isolerende substrat, og går ut på at det på vedkommendes substrat påføres et mønster av ledende polymertrykkfarge, som derpå herdes, hvorpå polymertrykkfargen dekkes med en katalytisk aktivator og en elektrodeløs plettering utføres på de aktiverte områder.

Trykkfarge er det uttrykk som vanligvis benyttes for å be-skrive det fluid som danner vedkommende krets (som i alminne-lighet kalles en trykt-krets) og dette uttrykk omfatter hovedsakelig hvilken som helst væske som kan herdes og er egnet for foreliggende formål. Vanligvis omfatter trykkfargen en væske med oppslemmede partikler hvis elektriske egenskaper bestemmer trykkfargens elektriske data etter herdingen.

Den resulterende pletterte overflate, som fortrinnsvis utgjøres av et metall slik som nikkel eller kobber, vil kunne motta loddemiddel uten å skade eller ødelegge den underliggende polymertrykkfarge når loddemiddelet oppvarmes til sin flytetemperatur. I fravær av denne plettering er det funnet at påføring av varmt loddemiddel direkte på trykkfargen vil medføre løsgjøring av trykkfargen fra substratet. Det er sannsynlig at varmen og loddemiddelet tapper ut de ledende partikler,vanligvis sølv, fra trykkfargemassen, og av denne grunn har det vist seg umulig å feste elektriske komponenter direkte til trykte kretser av påført polymertrykkfarge ved anvendelse av vanlig loddeteknikk. Den påførte plettering tjener også til å hindre vandring av de ledende partikler, vanligvis sølv, ut fra trykkfargen, og øker derfor i høy grad kretsenes levetid samt gjør dem mer motstandsdyktige overfor virkningene av ugunstige omgivelser. Foreliggende oppfinnelse overvinner denne vanskelighet på meget tilfredsstillende måte og tillater bruk av lavtemperaturherdende trykkfargetyper i mange anvendelser.

En aktivator som fungerer vel er en palladiumforbindelse som er kjent som MacDermid Macuplex Accelerator D4.5. Anvendelse av aktivatoren tillater påføring av et metallovertrekk på den elektriske trykkfarge ved hjelp av en elektrodeløs pletter-ingsteknikk. I fravær av aktivatoren er elektrodeløs plettering ikke mulig, og det antas derfor at aktivatorens virkning er er å modifisere det elektrokjemiske potensial av trykk-fargeoverflaten til et nivå hvor elektrodeløs plettering kan finne sted uten behov for å danne metallisk kontakt med de enkelte områder av den påførte elektriske trykkfarge, og aktivatoren kan derfor anses som en katalysator for pletterings-prosessen. Aktivatorer med liknende elektrokjemisk virkning kan således godt være tilfredsstillende for dette formål. Et passende material som kan påføres elektrodeløst på den akti verte elektriske trykkfarge, er nikkel. Det er ikke nødvendig å påføre nikkel i stor tykkelse, og nikkeltykkelsen er vanligvis meget mindre enn sjikttykkelsen av den elektriske trykkfarge som den er påført på. I normal drift ledes størstedelen av den elektriske strøm av den elektriske trykkfarge, og det elektrodeløst påførte metall tjenér hovedsakelig som en barriære for å beskytte den elektriske trykkfarge når varmt loddemetall påføres den ytre overflate. Nærvær av aktivatoren nedsetter på ingen måte den elektriske arbeidsfunksjon av den således dannede elektriske krets.

En annen aspekt ved foreliggende oppfinnelse gjelder en kretsanordning som omfatter et isolerende substrat, et mønster av påført ledende polymertrykkfarge på substratet, et belegg av katalytisk aktivator ovenpå polymertrykkfargen, samt et lag av ledende metall utformet på oversiden av aktivatoren ved elek-trodeløs påføring. Substratet utgjøres fortrinnsvis av et varmeherdende plastmaterial. Et sådant material kan støpes i hvilken som helst hensiktsmessig form og danne en meget hensiktsmessig overflate for utforming av elektriske kretser ved hjelp av en avskjermet siktpåføringsprosess. For å øke ved-heftingen av den elektriske trykkfarge på plastmaterialet, kan substratets overflate rifles opp på en måte som er beskrevet i den samtidige innleverte norske patentansøkning nr. 86.0983.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av et ut-førelseseksempel og under henvisning til den vedføyde tegning, hvis eneste fiaur viser et snitt giennom en del av et trykt k^ets.

På tegningen er det vist et substrat 1 som består av et forholdsvis tykt parti av et termoplastma+-erial. Vanligvis anvendes et varmeherdende material slik som pnlvsulfon, som er tilajenaelia i granulform. For å fremstille substratet i rek-tangelform, sprøytes granulene inn i en passende støpeform og utsettes for forhøyet temperatur og tykk. Den påkrevede støpeformtemperatur er av størrelsesorden 95°C, mens materi- altemperaturen er omkring 395°C og trykket er 1380 bar.

Fortrinnsvis er oversiden av plastsubstratet 1 påført et opp-riflet område 2 for å forbedre vedheftinaen av den elektrisk ledende polymertrykkfarge 3 som er trykket på substratet. Polymertrykkfargen påføres gjennom en delvis avskjermet sikt

på vanlig måte og således at det danne et forut fastlagt mønster av ledende baner og grener. I tillegg kan polymertrykkfarger med forskjellig spesifikk motstand og dielektri-ske egenskaper påføres for å danne kretskomponenter med for-skjellige elektriske data etter ønske. Laget av polymertrykkfarge gjøres tilstrekkelig tykt til å kunne føre den påkrevede strøm i kretsen, mens det påførte metalls bidrag til strøm-føringsevnen kan være forholdsvis lite.

Overflaten ?>v plastmaterialet og trykkfargen rengiøres så grundig ved anvendelse av et avfettingsmiddel. Derpå påføres et tynt lag av en aktiv^tor, som i foreliggende tilfelle er den ovenfor nevnte palladiumforbindelse, ved neddyopina av substratet i et flytende bad av aktivatoren i minst en halv time og ved romtemperatur. Under denne tid absorberes aktivatoren inn i trykkfargens overflate. Substratet fjernes så og vaskes i vann. Uten å tillate akti vatoroverflaten å tørke an-bringes substratet i en pl etter "i ngsløsnina og elektrodeløs pletterina innledes på vanlia måte. Det antas at palladium-forbindelsen virker slik at trykkfargens elektrokjemiske potensial modifiseres. En pletteringsløsning av st3nda*-dtyi->e for elektrodeløs påføring av kobber eller nikkel kan anvendes. Den elektrodeløse plette^ingsprosess finner typisk sted ved

en temperatur omkring 80°C inntil én tykkelse på omkring 0,075 mm er oppnådd når det gjelder nikkel.

Det er funnet at det elektrodeløst plettertemetall -hefter godt til de områdre av plastsubstratet som er påført elektrisk trykkfarge. Pletterin<g>smetallet avsetter se"imidlertid ikke på de ubelagte områder av plastsubstratet, selv om disse også er behandlet med aktivatoren, således at metallsjiktet bygges bare opp på de områder av substratet som er påført herdet trykkfarge og hvor ledende områder er- påkrevet. Dette er et meget viktig trekk ved oppfinnelsen. Det er funnet at loddemetall derpå kan påføres det pletterte overtrekk selv om dette i seg selv er ytterst tynt. Skjønt grunnen til dette ikke er fullstendig forstått, antas det at det pletterte metall fungerer som en barriere som hindrer uttrekk av ledende partikler fra de..elektriske trykkfarger. Pletteringen tjener også til å hindre utvandring av de sølvpartikler som vanligvis foreli<g>ger i trykkfargen, oa i fravær av en sådan soerrevir''-ning kan srilvp^rtiklene spres (meget langsomt) og tilslutt bli årsak til uønskede elektriske kortslutninger.

Som vist på teaningen har en komponent 8 ledere 9 tilkoblet det påførte metall 5 ved hjelp av loddemiddel 6. Påføringen av varmt loddemiddel på det pletterte metall 5 svekker ikke bindingen mellom metallet 5 og trvkkfaraen 3, heller ikke mellom trykkfargen 3 oa substratet 1. Bindingen er tilstrekkelig god til å kunne bære rimelia massive elektroniske komponenter av typisk utførelse.

I fravær av aktiv^torlaaet, som er ytterst tynkt (så tynt at •måling av dets tykkelse er vanskelig,' om ikke umulig i prak-sis) kan den elektrodeløse pletteringsprosess ikke finne sted. I fravær av et plettert overtrekk av metall på polymertrykkfargen, vil påføring av varmt,smeltet loddemiddel direkte på trykkfargen bevi^k^ stor skade på trykkfargen. Hvis sådan varme påføres i mer enn noen få sekunder, vil trykkfargen bli utvasket, hvilket vil ødelegge vedkommende ledende bane eller gren, alt etter det foreliggende tilfellet. Anvendelse av foreliggende oppfinnelse tillater derfor en meget stor forbed-ring når det gjelder påføring av polymertrykkfarger. oa således også anvendelse av støpte lavtemperatursubstrater i stedet for de tidligere anvendte ildfaste keramikksubstrater, slik som aluminiumoksyd.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en krets på et isolerende substrat, karakterisert ved at det på substratet frembringes et mønster av ledende polymertrykkfarge som derpå herdes, hvorpå den herdede polymertrykkfarge påføres en katalytisk aktivator, og en elektrodeløs plettering utføres på de aktiverte områder.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at aktivatoren påføres hele substratets overflate og også trykkfargen, samt bringes til å modifisere polymertrykkfargens elektroniske potensial for å gjøre plettering ovenpå trykkfargen mulig, mens de områder av substratet som ikke er påført trykkfarge forblir uplettert.

3. Fremgangsmpte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at substratet er et varmeherdende plastmaterial.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at aktivatoren er en palladiumforbindelse.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at nikkel eller kobber påføres ved nevnte plettering.

6. Kretsanordning som omfatter et isolerende substrat, karakterisert ved at et mønster av ledende polymertrykkfarge er påført på substratet, mens et belegg av en katalytisk aktivator befinner seg ovenpå polymertrykkfargen, og et lag av ledende metall er påført ovenpå aktivatoren ved elektrodeløs plettering.

7. Kretsanordning som angitt i krav 6, karakterisert ved at substratet er et termoherdende plastmaterial.

8. Kretsanordning som angitt i krav 6 eller 7, karakterisert , ved at tykkelsen av det pletterte metall er vesentlig mindre enn sjikttykkelsen av den underliggende trykkfarge.

9. Kretsanordning som angitt i krav 6-8, karakterisert ved at det påførte metall ved pletteringen bærer vedheftet loddemiddel som tjener til feste av en elektronisk komponent til substratet.