DE1616734A1

DE1616734A1 - Verfahren zum wahlweisen Verbinden der in mehreren Ebenen verlaufenden flaechenhaften Leitungszuege eines mehrschichtigen Isolierstofftraegers

Info

Publication number: DE1616734A1
Application number: DE19651616734
Authority: DE
Inventors: Paulsen Robert Charles; Allen Lowell Garth; Karl Hinck
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1964-12-24
Filing date: 1965-12-24
Publication date: 1971-04-01
Also published as: JPS517824B1; GB1111088A; FR1458859A; US3243498A

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 9. Oktober 197O ne-br

Anmelder: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: P 16 16 734.3-35

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket PO 914 133

Verfahren zum wahlweisen Verbinden der in mehreren Ebenen verlaufenden flächenhaften Leitungszüge eines mehrschichtigen Isolierstoffträgers

In modernen elektronischen Geräten erfolgt die Verbindung der Bauelemente über flächenhafte Leitungszüge, die auf einem Isolierstoffträger aufgebracht sind. Ein solcher Isolierstoffträger mit den aufgebrachten flächenhaften Leitungszügen wird nachfolgend als Karte mit gedruckter Schaltung bzw. als Karte mit gedruckten Leitungszügen bezeichnet.

Bei der Herstellung elektrischer Schaltungen für verschiedene Zwecke, wie sie in elektronischen Geräten, wie z. B. Datenverarbeitungsmaschinen und dergleichen verwendet werden, ergibt sich das Problem der Normung der Karten mit gedruckten Leitungszügen. Dabei ist es erwünscht, so viel wie möglich der verschiedenen Karten mit gedruckten Leitungszügen zu normen. Andererseits wird jedoch eine sehr große Anzahl verschiedener Karten mit gedruckten Leitungszügen benötigt. In den letzten Jahren haben sich die Karten mit gedruckten Leitungszügen von solchen, bei denen nur eine Seite der Karte mit gedruck-

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ten Leitungszügen versehen war, zu solchen entwickelt, bei denen beide Seiten· der Karte mit gedruckten Leitungszügen versehen sind und neuerdings werden mehrschichtige Karten verwendet, bei denen auf jeder Zwischenschicht ebenfalls gedruckte Leitungszüge aufgebracht sind, die miteinander und mit den gedruckten Leitungszügen auf den äußeren Schichten verbunden sind, um die erforderlichen Schaltungsverbindungen vorzusehen.

Mehrschichtige Karten, bei denen die gedruckten Leitungszüge der Schichten sowohl zur Fortleitung der Signale als auch zum Zuführen der Betriebsspannungen und des Erdpotentials dienen, haben eine sehr hohe Dichte der elektrischen Verbindungen ermöglicht. Auf der anderen Seite aber erfordert die Herstellung spezieller gedruckter Schaltungen sehr viel Zeit.

Bei mehrschichtigen Karten mit gedruckten Leitungszügen, wie sie bekannt sind, werden die inneren Ebenen für das Zuführen der Betriebsspannungen oder das Weiterleiten der Signale verwendet. Verbindungen von den inneren Schichten oder Ebenen zu den .äußeren Flächen der Karte werden durch Galvanisieren der Wandungen von Bohrungen hergestellt, die sich durch die geschichtete Karte erstrecken. Das durch Ätzen auf den inneren Schichten, die mit einem leitfähigen Belag versehen sind, erzeugte Muster bestimmt, ob die galvanisierte Bohrwand die Schicht kontaktiert oder nicht. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, daß, wenn die inneren Schichten einmal geätzt worden sind, die elektrischen Verbindungen zu ihnen nicht mehr geändert werden können, und ein gesonderter Satz von Zwischenschichten für jede Schaltung vorgesehen werden^nuß. Es ist sehr wirtschaftlich, die Karten für gedruckte Schaltungen durch Normung der Leitungszüge der Zwischenebenen durch Massenfertigung zu erzeugen, und die Karte bis auf das Ätzen der Oberfläche der Karte zu vervollständigen.

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Da jedoch einige der Bohrwandungen bereits mit den inneren Ebenen leitend verbunden sind, ist die Variationsmöglichkeit der auf den Oberflächen der Karte aufzubringenden Leitungszüge begrenzt und damit die^Anzahl der Schaltungen, die auf der Karte untergebracht werden können» Diese Begrenzung nimmt mit der Größe der Karte und der Anzahl der Bohrungen, die mit den inneren Ebenen der Karten verbunden sind, zu und die Verbindungsleitungen, die für eine. spezielle Schaltung erforderlich sind, werden langer und verlaufen zickzackförmig.

Diese Nachteile werden durch ein Verfahren zum wahlweisen Verbinden der in mehreren Ebenen verlaufenden flächenhaften Leitungszüge eines mehrschichtigen Isolierstoffträgers dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß die flächenhaften Leitungszüge derart auf die Isolierstoffträger aufgebracht werden, daß sie sich bis auf vorherbestimmte, unterschiedliche Abstände von den Achsen von in dem Isolierstoffträger anzubringenden Bohrungen erstrecken und daß je nach der gewünschten Verbindung der flächenhaften Leitungszüge der Durchmesser einer anzubringenden Bohrung so gewählt wird, daß die Bohrwandungen nach dem Leitendmachen mit den von ihnen geschnittenen flächenhaften Leitungszügen eine leitende Verbindung bilden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht ein Teil der Bohrungen aus konzentrischen Teilbohrungen mit unterschiedlichem Durchmesser.

Die Erfindung v/ird nachfolgend in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben, von denen zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer mehrschichtigen erfindungsgemäßen

Karte mit gedruckten Leitung s zug en.

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil der Karte mit gedruckten

Leitungszügen, von der die Bauelemente entfernt sind, so daß die obere Schicht und eine innere Schicht sichtbar

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werden, von denen die letztere gedruckte Leitungszüge trägt, die einen Teil der auf ihr aufgebrachten gedruckten Leitungszüge bilden,

Fig. 3 eine Teilansicht eines längs der Linie 3-3 geführten Schnittes

durch die Karte mit gedruckten Leitungszügen nach Fig. Z,

Fig. 4 die Teilansicht eines längs der Linie 4-4 (Fig. 3) geführten

Schnittes durch eine Karte mit gedruckten Leitungs zügen,

Fig. 5 die Ansicht eines längs der Linie 5-5 (Fig. 3) geführten

Schnittes durch eine Karte mit gedruckten Leitungs zügen, und

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Karte mit gedruckten Leitungszügen

der weitere Ausführungsformen der Erfindung zeigt.

Die erfindungsgemäße Karte 10 mit gedruckten Leitungzügen besteht aus mehreren Schichten und enthält elektrische und elektronische Bauelemente 12, die in der Figur schematisch dargestellt sind und die mit verschiedenen Stromkreisen verbunden sind, die durch die gedruckten Leitungs züge in den verschiedenen Schichten der mehrschichtigen Karte 10 verlaufen. Die Karte 10 mit gedruckten Leitungszügen enthält in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Schichten 14 , 15, 16, die aus einem geeigneten Isoliermaterial bestehen, wie Epoxyglas, auf dem ein elektrisch leitfähiges Material, wie geätzte Kupferfolien aufgebracht sind.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist die elektrisch leitende Kupferfolie 18 auf der Schicht 15 gemäß einem vorher bestimmten Muster geätzt. Dieses Muster kann in die Kupferfolie vor dem Laminieren der Schichten geätzt werden und es kann ein geeignetes, unterschied-

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liches Muster für jede der genormten Anzahl von inneren Schichten oder Ebenen vorgesehen sein. Eine Reihe grosser Bohrungen 20 und kleiner Bohrungen 22 ist in gleichem Abstand durch die laminierten Schichten gebohrt. Das Leitermuster 18 erstreckt sich dicht an die Mittelpunkte oder Achsen der Bohrungen an bestimmten Punkten, wie das bei 26 angezeigt ist, um einige Achsen kleine Zwischenräume zu erzeugen, die frei von gedruckten Leitungszügen sind. An anderen Stellen ist der Abstand der gedruckten Leitungszüge von der Achse 24 grosser wie bei 28, um einen Zwischenraum mit grösserem Durchmesser zu bilden, der von den gedruckten Leitungszügen frei ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß der von gedruckten Leitungszügen freie Zwischenraum um eine Achse aus zwei halbkreisförmigen Teilen 44 und 46 besteht, die eine unterschiedliche Grosse aufweisen. In einigen Fällen erstrecken sich die gedruckten Leitungszüge bis zu den Mittelpunkten 24, wie das bei 3O in Fig. 2 dargestellt ist. ES können auch Streifen aus dem leitenden Material herausgeätzt werden, wodurch die leitende Verbindung zwischen Teilen des leitenden Materials unterbrochen wird, wie das bei 32 in Fig. 2 dargestellt ist.

Durch Auswahl entweder eines kleineren Durchmessers 22 oder eines grösseren Durchmessers 20 einer Bohrung, können wahlweise Verbindungen der gedruckten Leitungszüge hergestellt werden, abhängig davon, ob die Bohrwaridung die gedruckten Leitungszüge in den verschiedenen Schichten schneidet oder nicht. Die Bohrung 22 mit kleinem Durchmesser weist einen kleineren Durchmesser auf als der von gedruckten Leitungszügen freie Zwischenraum 26, aber würde die gedruckten Leitungszüge bei 30 schneiden, wenn sie in der Achse gebohrt würde. In ähnlicher Weise ist der Durchmesser der Bohrung 20 grosser als der Durchmesser des von gedruckten Leitungszügen freien Zwischenraums 26, aber kleiner als der Durchmesser des von Leitungszügen freien Zwischenraumes 28. Daher wird kein Kontakt hergestellt. Dieser wird hergestellt^ wenn eine Bohrung längs einer Achse 24 angebracht wird, um die sich ein von gedruckten Leitungswagen freier Zwischenraum von kleinem Durchmesser 26 erstreckt.

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Drei von den Möglichkeiten, eine elektrische Verbindung herzustellen oder nicht herzustellen oder selektiv herzustellen, sind in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Im linken Teil der Fig. 4 ist eine Bohrung 20 mit grossem Durchmesser dargestellt, aber die Leitungszüge der Schicht 18 sind durch einen von Leitungszügen freien Zwischenraum 28 mit grossem Durchmesser von diesem getrennt und daher ist ein ringförmiger Bereich 40 von Isoliermaterial vorhanden, so daß der leitende Belag 34 der Bohrwand der Bohrung 20 keine elektrische Verbindung mit den Leitungszügen 18 herstellt.

Nach Fig. 5 erstrecken sich die gedruckten Leitungszüge in der zweituntersten Schicht 16 näher an die Achse der Bohrung 20, so daß sie durch die Bohrwandung geschnitten werden. Daher werden die gedruckten Leitungszüge mit der leitend gemachten Bohrwandung an der Stelle 38 dieser inneren Schicht kontaktiert.

Im rechten Teil der Fig. 4 ist eine Bohrung 22 mit kleinem Durchmesser dargestellt, aber die gedruckten Leitungszüge erstrecken sich bis zu einem von Leitungszügen freien Zwischenraum 26 mit kleinem Durchmesser , so daß dort auch ein ringförmiger Bereich von Isoliermaterial 40 vorliegt, durch den der leitende Belag 36 der Bohrwandung der Bohrung mit kleinem Durchmesser und die gedruckten Leitungszüge voneinander getrennt werden. Die angedeutete Linie 20 zeigt, was geschehen würde, wenn eine Bohrung 20 mit grösserem Durchmesser in die Karte gebohrt worden wäre. In diesem Fall würde die Bohrwandung die gedruckten Leitungszüge ausserhalb des diesen freien Zwischenraums mit dem Durchmesser 26 geschnitten haben, so daß der leitende Belag 36 eine elektrische Verbindung hergestellt hätte. Auf der anderen Seite zeigt die gestrichelte Linie 28, was geschehen wäre, wenn ein von gedruckten Leitungszügen freier Zwischenraum 28 mit einem grossen Durchmesser vorhanden gewesen wäre, wie er auf der Schicht 17 vorhanden ist und eine Bohrung 20 mit grossem Durchmesser gebohrt worden wäre. Das würde dasselbe Ergebnis ge-

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habt haben, wie es im linken Teil der Fig. 4 dargestellt ist. Um die Achsen einiger Bohrungen erstrecken sich von gedruckten Leitungszügen freie, halbkreisförmige Zwischenräume 44 von kleinem Durchmesser, an die sich ebenfalls von Leitungszügen freie halbkreisförmige Zwischenräume 46 von grösserem Durchmesser anschließen. Die Halbmesser dieser Zwischenräume entsprechen dem Halbmesser der von Leitungszügen freien Zwischenräume 26 und 28. Wenn eine Bohrung 20 mit grossem Durchmesser gebohrt wird, ermöglicht sie die elektrische Verbindung mittels des leitenden Belags der Bohrwandung mit gedruckten Leitungszügen, die sich bis auf den Halbkreis 44 mit schmalem Durchmesser, an die Achse der Bohrung erstrecken, während kein Kontakt mit dem von gedruckten Leitungszügen freien grossen Zwischenraum 46 hergestellt wird. Daher wird eine leitende Verbindung von der Bohrwandung nur zu den Leitungszügen auf einer Seite der Bohrung hergestellt. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Muster wird das leitende Material zwischen den Linien 32 elektrisch nur durch eine Bohrung 22 mit kleinem Durchmesser verbunden oder durch Bohrungen mit grossem Durchmesser, die an den Stellen der Achsen gebohrt werden, längs denen sich von gedruckten Leitungszügen freie Zwischenräume 26 mit kleinem Durchmesser befinden. Dies würde auch eine"elektrische Verbindung trotz der von leitendem Material befreiten Linie 32 in einer gegebenen Ebene ergeben, wodurch zusät zliche Flexibilität gegeben wird. Die Verbindung würde nicht durch Bohrungen 20 mit grossem Durchmesser längs irgendwelcher Achsen hergestellt werden, längs denen von gedruckten Leitungszügen freie Zwischenräume 28 mit grossem Durchmesser vorhanden sind oder durch die halbkreisförmigen, von gedruckten Leitungszügen freien Zwischenräume 46. Das Muster, das die von leitendem Material befreiten Linien 32 und die halbkreisförmigen von gedruckten Leitungszügen freien Zwischenräume 46 und 44 einschließt, ermöglicht die Verteilung einer Reihe verschiedener Signalspannungen.

Die Bohrungen 20 und 22 können in zwei getrennten Schritten gebohrt

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werden, indem zuerst alle Löcher der einen Grosse und dann die der anderen durch Gruppenbohrmaschinen gebohrt werden.

Die leitenden Beläge 34 und 36 können in allen Löchern gleichzeitig durch Galvanisieren oder dergleichen erzeugt werden. Nach dem Galvanisieren der Löcher wird eine oberste Schicht 42 aus leitendem Material geätzt, um die gewünschten Leitungszüge vorzusehen, die Bauteile 12 können eingefügt und die elektrische Verbindung mittels Tauchlöten oder anderer bekannter Verfahren hergestellt werden. Es ist nicht notwendig, die oberste Schicht 42 mit allen Zwischenebenen über alle Löcher zu verbinden. Mit anderenWorten kann das Prinzip der Erfindung benutzt werden, um die inneren Ebenen nur selektiv zu verbinden.

Die inneren Ebenen können der Verteilung einer Reihe verschiedener Betriebsspannungen, des Erdpotentials und der Signale dienen und durch Verwendung genormter innerer Ebenen können selektive Verbindungen nur durch die Wahl des Durchmessers der Bohrungen hergestellt werden. Mit dieser Anordnung ist es möglich gewesen, die Anzahl der inneren Ebenen um einen Faktor 10 : 1 zu reduzieren, ohne die Anzanl der Stromkreise dadurch zu verringern. Dadurch wurde sehr viel Zeit, Kosten und Arbeit gespart.

Die Ausführungsform nach Fig. 6 illustriert weiter die Flexibilität der selektiven Verbindungstechnik der Erfindung. Der linke Teil der Fig. 6 zeigt eine konisch verlaufende Bohrung 50. Die Grosse der konischen Bohrung ist so gewählt, daß die leitende Schicht 52, die einen von leitendem Material freien Zwischenraum von geringerem Durchmesser als der Durchmesser des sich verringernden Loches aufweist, über der die leitend gemachte Bohrwandung kontaktiert wird. Die konisch zulaufende Bohrung schneidet jedoch nicht die gedruckten Leitungszüge 54 , auch wenn der von Leitungszügen freie Zwischenraum 56 die gleiche Grosse aufweist, wie der Zwischenraum in der

Schicht 52. ""

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Der rechte Teil der Fig. 6 zeigt die Anwendung der Prinzipien der Erfindung durch Verwenden einer Bohrung mit gestuftem Durchmesser. Der obere Teil 62 der Bohrung 60 hat einen grösseren Durchmesser, um eine Verbindung mit den gedruckten Leitungszügen der Schicht 52 zu ermöglichen, jedoch besitzt der untere Teil 64 der Bohrung 60 einen geringeren Durchmesser, der den leitenden Belag 64 nicht berührt.

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Claims

1618734 - ίο - PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum wahlweisen Verbinden der in mehreren Ebenen verlaufenden flächenhaften Leitungszüge eines mehrschichtigen Isolierstoffträgers, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenhaften Leitungszüge (18s Fig. 3) derart auf die Isolierstoffträger (14, 15, 16, 17) aufgebracht werden, daß sie sich bis auf vorherbestimmtes unterschiedliche Abstände von den Achsen (24; Fig. 6) von in dem mehrschichtigen Isolierstoffträger (10; Fig. 1) anzubringenden Bohrungen (20. 22; Fig. 3) erstrecken und daß je nach der gewünschten Verbindung der flächenhaften Leitungszüge der Durchmesser einer anzubringenden Bohrung so gewählt wird, daß die Bohrwandungen (34, 36) nach dem Leitendmachen mit den von ihnen geschnittenen flächenhaften Leitungszügen eine leitende Verbindung bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekessnzeielmet., daß ein Teil der Bohrungen (60; Fig. 6) aus konzentrischen Teilbohrungen (62, 64) mit unterschiedlichem Durchmesser besteht.

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