DE1262394B - Verfahren zum Herstellen von gedruckten Schaltungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIb

Deutsche KL: 21c-2/34

Nummer: 1262 394

Aktenzeichen: S 70876 VIII d/21 c

Anmeldetag: 14. Oktober 1960

Auslegetag: 7. März 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von gedruckten Schaltungen, bei dem ein Kupferblech unter Anwendung von Hitze und Druck auf einer Unterlage auf thermoplastischem Material plattiert und das gewünschte Leitungsmuster ausgeätzt wird, worauf auf das Leitungsmuster ein Schutzüberzug aufgebracht wird.

Die bisher bekanntgewordenen biegsamen gedruckten Schaltungen werden im allgemeinen aus flachen, verhältnismäßig dünnen Kunststoffplatten hergestellt, in die dünne flache Leiter für den elektrischen Strom eingebettet werden, die entweder in derselben Ebene oder aber in mehreren Ebenen übereinanderliegen. Bei solchen Schaltungen haben die Leiter die gleiche Breite und den gleichen Abstand voneinander.

Biegsame gedruckte Schaltungen hat man auch schon in Form von Kabeln dadurch hergestellt, daß Stromleiter aus Kupferfolien ausgeätzt wurden, die als Belag mit einem biegsamen thermoplastischen Kunststoff verbunden waren. Die ausgeätzten Leiter wurden dann mit einem Überzug versehen, um sie voneinander zu isolieren und gegen mechanische Abnutzung und Feuchtigkeit zu schützen. Dieser Überzug wurde im allgemeinen mit den Leitern und der isolierenden Unterlage durch Anwendung von Wärme und Druck verbunden. Hierbei trat der Nachteil auf, daß die einzelnen Leiter schon während dieses Arbeitsvorgangs ihre Lage zueinander veränderten.

Es besteht häufig die Aufgabe, die fertige mehrschichtige Schaltung an den Kanten zu beschneiden, damit die einzelnen Tafeln gleiche Gesamtabmessungen aufweisen. Bei der Massenherstellung solcher gedruckter Schaltungen verwendet man im allgemeinen eine Stanzform. Werden die gedruckten Schaltungen jedoch nur in kleinen Stückzahlen hergestellt, dann ist die Herstellung einer besonderen Stanzform hierfür besonders unwirtschaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe man gedruckte Schaltungen erhält, bei denen die gegenseitige Lage der Leiter zueinander oder ihre gesamte Konfiguration nicht verändert wird, wenn der Schutzüberzug mit Hilfe von Hitze und Druck auf die gedruckte Schaltung aufgebracht wird.

Die Erfindung.geht von einem bekannten Verfahren zum Herstellen von gedruckten Schaltungen aus, bei dem ein Kupferblech unter Anwendung von Hitze und Druck auf eine Unterlage aus thermoplastischem Material plattiert und das gewünschte Leitungsmuster ausgeätzt wird, worauf auf das Leitungsmuster ein Schutzüberzug aufgebracht wird.

Verfahren zum Herstellen von gedruckten
Schaltungen

Anmelder:

Sanders Associates, Inc.,

Nashua, N. H. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,

1000 Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:

Benjamin Morris Mikulis, Nashua, N. H.;

Howard William Wegener,

HoIIiS₅N. H. (V. St. A.)

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß auf mindestens zwei Seiten der gedruckten Schaltung, vorzugsweise rings um das Leitungsmuster herum, ein in der Ebene des Leitungsmusters liegender Rand aus nichtthermoplastischem Material angebracht wird.

Vorzugsweise wird der Rand aus nichtthermoplastischem Material nach dem Einbetten der Stromleiter abgetrennt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kupferblech vor dem Aufbringen auf die Unterlage, wie an sich bekannt, mit einem Kupferoxyd überzogen.

Der Hauptvorteil des neuen Verfahrens ist darin zu sehen, daß es außerordentlich wirtschaftlich in der Praxis ausgeführt werden kann, insbesondere, wenn kleine Mengen von gedruckten Schaltungen hergestellt werden sollen. So kann man auch die Umrandung des Leitungsmusters auf einfachste Weise durch Aufschlitzen des mehrschichtigen Aufbaus längs der Kante, die dem Leitungsmuster am nächsten liegt, abtrennen, und zwar derart, daß dieses durch thermoplastisches Material begrenzt ist.

Der in der Beschreibung häufig gebrauchte Ausdruck »Kunststoff« bezeichnet ein synthetisches organisches Material mit hohem Molekulargewicht, welches, obwohl es in fertigem Zustand fest ist, in einer bestimmten Herstellungsstufe noch weich ist oder fließfähig, so daß es in die gewünschte Form gebracht werden kann.

809 517/515

Beispiele für derartige Kunststoffe sind Polymonochlorotrifluoräthylen, Tetrafluöräthylen, plastische Stoffe, die ein Äthylenradikal, ein Venylradikal oder ein Venylidinradikal enthalten oder auch andere Kunststoffe, die ähnliche Eigenschaften aufweisen, wie beispielsweise Polyamide od. dgl.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung des Ablaufs der Herstellung einer biegsamen gedruckten Schaltung mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Teil eines biegsamen Kabels mit gedruckten Leitern, deren Anschlußenden von einer nichtthermoplastischen Umrandung umgeben sind, die bei der Herstellung den gegenseitigen Abstand der Leiter voneinander festlegt,

F i g. 3 eine Draufsicht auf eine sich wiederholende biegsame gedruckte Schaltung, welche die Anordnung der Abfallstücke zum Festlegen der gegenseitigen ao Abstände der Leiter während der Herstellung zeigt,

F i g. 4 einen Querschnitt durch einen Teil und durch einen Leiter einer gedruckten Schaltung,

F i g. 5 eine schaubildliche Darstellung einer nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten gedruckten elektrischen Schaltung und

F i g. 6 eine schaubildliche Darstellung, wefche die Benutzung der nichtthermoplastisehen Umrandung beim Beschneiden der Kante der in der F i g. 5 dargestellten gedruckten Schaltung zeigt.

Unter Hinweis auf die Fig. 1 wird nunmehr ein Verfahren zum Aufbringen von nach einem bestimmten Muster angeordneten elektrischen Leitern auf ein thermoplastisches Material beschrieben. Ohne Beschränkung auf bestimmte Materialien bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich die Verbindung von aus Kupfer bestehenden Leitern mit einer Isolierung aus Polymonochlorotrifluoräthyleii als besonders geeignet erwiesen.

Das Verfahren zum Aufbringen von Kupferleitem auf Folien aus Pölymonochlorotrifluoräthylen wird in der folgenden Weise durchgeführt:

Folien aus Kupfer werden in ein mildes alkalisches Bad 16 (Fig. 1) eingetaucht, in fließendem kaltem Wasser abgespült und dann in einen Behälter 17 eingetaucht, der eine Salzsäurelösung enthält, der eine kleine Menge Eisenchlorid beigefügt ist. Zwischen jeder einzelnen Behandlung findet ein Spülvorgang statt. Nach dem Eintauchen in die Salzsäurelösüng wird die Folie in der Verfahrensstüfe 18 (Fig. 1) in eine Lösufig von Nätriumzyanid eingetaucht und dann in der Stufe 19 einem öxydierungsmittel ausgesetzt. Nach erfolgter Oxydation wird das Blech erüeut abgespült und dann in einem Vorgewärmten Ofen 2® bei einer Temperatur oberhalb von 1ÖÖ° C getrocknet, bis alle Spuren von Feuchtigkeit entfernt sind.

Als Ergebnis dieses Verfahrens erhalt man, wie an sich bekannt, ein Kupferblech mit einer Oberfläche aas Kupferöxyd, die durch Anwendung eines ehemischen Mittels und nicht durch Wärmeanwendung erzielt worden ist. Dabei ist das so erzeugte Kupferöxyd von dem durch Erhitzen erzielten Kupferoxyd grundverschieden. Es besteht im wesentlichen aus einem homogenen samtschwarzen Überzug intensiver Färbung. Bei über SÖOfacher Vergrößerung kann man feststellen, daß die Oxydkristalle ein feines und nadelartiges Aussehen haben; sie sind viel kleiner als die Kristalle, die durch Erhitzung von Kupfer gewonnen werden. Vermutlich ist das chemisch erzeugte Kupferoxyd mit der Kupferunterlage sehr viel fester verbunden als das durch Erhitzung erzeugte Kupferoxyd, denn es blättert nicht ab.

Nach dem Trocknen Werden die Kupferbleche mit einem Überzug aus plastischem Material versehen, wobei sich in einer Presse 22 der in F i g. 1 gezeigte Aufbau 21 ergibt, und dann ein Druck von anfangs ungefähr 350 g/cm² ausgeübt, der allmählich erhöht wird. Dann wird das Ganze bei einer Temperatur von 216 bis 219° C während 40 Sekunden gebacken. Der mit Kupfer belegte Kunststoff wird nunmehr aus der Presse herausgenommen und in kaltem Wasser abgeschreckt und schließlich eine Metallfolie, beispielsweise eine Aluminiumfolie, die während des Preßvorganges als abnehmbare Form diente, entfernt.

Bei der Herstellung eines Bauelements einer elektrischen Schaltung, bei welcher das Kupfer in der oben beschriebenen Weise behandelt werden kann, wird das auf der rechten Seite der Fi g. 1 dargestellte Verfahren angewendet. Auf das Kupfer wird entsprechend dem gewünschten Leitungsrnuster ein ätzfester Belag aufgetragen, worauf das überschüssige Kupfer durch ein geeignetes Ätzverfahren entfernt wird. Anschließend wird der ätzfeste Belag wieder entfernt, und die Schaltung kann anschließend dadurch eingekapselt werden, daß auf das überzogene Kupfer eine Folie aus thermoplastischem Kunststoff gelegt wird. Das Gänze wird danach in der oben beschriebenen Weise in einer Presse behandelt. Während dieser Verfahrensstufe zeigen die Leiter die stärkste Neigung, ihre gegenseitigen Abstände zu verändern. Der Grund hierfür ist natürlich .die Tendenz des thermoplastischen Materials, unter der Einwirkung von Wärme und Druck zu fließen.

Die F i g. 2 zeigt ein flaches biegsames Kabel 23 mit den gedruckten Leitern 24 und den Anschlüssen 25. Diese liegen in derselben Ebene und gegenüber den entsprechenden Anschlüssen eines elektrischen Bauelements, mit dem eine Verbindung hergestellt werden soll. In der Nähe der Anschlüsse 25 und mit diesen in derselben Ebene liegt eine nichtthermoplastische Umrandung 26, die ein Auseinanderspreizen der Anschlußenden 25 sowie der Leiter 24, wenn diese mit einem thermoplastischen Material überzogen oder plattiert werden, wirksam verhindert. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, soll die Umrandung 26 breiter sein als die einzelnen Leiter 24 und in bezug auf diese so angeordnet sein, daß sie an der einen Stelle senkrecht zum Strompfad der Leiter und an einer anderen Stelle parallel hierzu Hegt. Weiterhin befindet sich die Umrandung 26 so nahe wie möglich an den Leitern 24 unter Belassung von nur so viel Raum zwischen den Leitern 24 und der Umrandung 26", daß eine plastische Kante geschaffen wird, die zum Schutz und zur Isolierung der Leiter 24 ausreicht, wenn die Umrandung 26 abgeschnitten wird. Der Einfachheit halber kann die Umrandung 26 aus demselben Material hergestellt werden wie die Leiter 24. Dies trifft zu bei der Ausführungsforrü flach Fig. 3; jedoch können für die Umrandung26 auch andere Materialien, beispielsweise härtbare Phenolharze^ andere Metalle und keramische Stoffe Verwendet werden.

Die Fi g. 3 zeigt ein sich wiederholendes Leitungsmuster 27, das auf ein thermoplastisches Material 28 aufgetragen ist. Nach dem Ausätzen der Leiter 24

wird der Kupferabfall 29 nicht entfernt, sondern dient als ausgedehnte Umgrenzung, die eine Bewegung der Leiter 24 während der Plattierung verhindert. Der Abfall 29 kann nach dem Plattieren durch Ausstanzen oder andere geeignete Verfahren entfernt werden. Desgleichen kann die nichtthermoplastische Umrandung 26 in der F i g. 2 durch Ausstanzen oder Beschneiden längs der gestrichelten Linien am innenliegenden Rand der Umrandung 26 entfernt werden.

Die Fig.4 zeigt in Schnittansicht den fertigen mehrschichtigen Aufbau eines biegsamen Kabels mit einem gedruckten Leiter 24 aus Kupfer sowie den Kupferoxydüberzug 30 und die thermoplastische Isolation 28.

In F i g. 5 ist eine andere Ausführung des in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Kabels dargestellt, im besonderen ein biegsames Kabel 23 mit den gedruckten Leitern 24, den Anschlüssen 25 und einer nichtthermoplastischen Umrandung 26. Diese liegt mit den Leitern 24 in einer Ebene, wobei deren Kante 31 die Schaltung 28 vollständig umgibt. Die Umrandung 26 weist eine Kante 31 auf, längs der die mehrlagige Tafel aufgeschnitten und das unerwünschte Material entfernt werden kann.

Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die Umrandung 26 aus dem Kupfer, das nach dem Ätzen stehenbleibt. Nach den F i g. 5 und 6 erstreckt sich die Umrandung 26 zum Umfang der mehrschichtigen Tafel hin. Die Umrandung weist jedoch eine Kante zum Abtrennen auf, selbst wenn überschüssiges Material sich über den Außenumfang hinaus erstreckt.

Das Abtrennen der Umrandung 26 längs der Kante 31 kann leicht von Hand erfolgen, wenn die Dicke des mehrschichtigen Aufbaus weniger als 0,38 mm beträgt, wie in F i g. 6 dargestellt. Es ist jedoch oftmals erforderlich, vor dem Abtrennen von Hand in der Umrandung 26 einen Einschnitt zu machen.

Die Dicke der Kupferumrandung ist kritisch. Dicken unter 0,05 mm ergeben nicht genügend Festigkeit zum Abscheren des Kunststoffes während des Abtrennens. Außerdem ist für dickere mehrschichtige Tafeln stärkeres Kupfer erforderlich, um nach dem Abtrennen eine saubere Kante zu erhalten.

Die vorliegende Erfindung bedeutet einen erhebliehen Fortschritt in der Technik der Herstellung von gedruckten Schaltungen insofern, als die Biegsamkeit der thermoplastischen Materialien mit Erfolg zusammen mit dem Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen ausgenutzt werden kann, um höherwertige elektrische Gegenstände zu erzeugen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen, bei dem ein Kupferblech unter Anwendung von Hitze und Druck auf einer Unterlage auf thermoplastischem Material plattiert und das gewünschte Leitungsmuster ausgeätzt wird, worauf auf das Leitungsmuster ein Schutzüberzug aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens zwei Seiten der gedruckten Schaltung, vorzugsweise rings um das Leitungsmuster (24) herum, ein in der Ebene des Leitungsmusters liegender Rand (26) aus nichtthermoplastischem Material angebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (26) aus nichtthermoplastischem Material nach dem Einbetten der ■Stromleiter (24) abgetrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausätzen des Leitungsmusters (24) ein äußerer Rand (26) des auf die Unterlage aufgebrachten Kupferbleches bestehenbleibt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (26) durch Reißen entlang der dem Leitungsmuster (24) zugewandten Kante (31) entfernt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferblech vor dem Aufbringen auf die Unterlage, wie an sich bekannt, mit einem Kupferoxyd überzogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferblech in einem Lösungsmittel oxydiert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 970 339;
schweizerische Patentschriften Nr. 161620,251647; »Modem Plastics« 1951, S. 99;
»Umschau« 1953, H. 1, S. 14;
»Kunststoffe« 1952, H. 5, S. 150.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

809 517/515 2.68 © Bundesdruckerei Berlin