DE2053231A1

DE2053231A1 - Gedruckte Schaltung sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2053231A1
Application number: DE19702053231
Authority: DE
Inventors: James F La Canada Calif Shiellsjun (V St A) P
Original assignee: Thomas and Betts Corp
Current assignee: ABB Installation Products Inc
Priority date: 1969-10-29
Filing date: 1970-10-29
Publication date: 1971-05-13
Also published as: FR2066670A5

Description

Thomas & Betts Corporation
Elizabeth. New .lpnc_{Qy UsA}

Gedruckte Schaltung sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine gedruckte Schaltung, die aus einer Unterlageschicht aus dielektrischem Material und einer thermoplastischen Deckschicht aus dielektrischem Material und zwischen diesen angeordneten elektrischen Leitern besteht.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung solcher gedruckten Schaltungen.

Es sind gedruckte Schaltungen bekannt, bei denen elektrische Leiter zwischen zwei Schichten eines dielektrischen Materials eingebettet sind. Diese bekannten gedruckten Schaltungen werden nach zwei Verfahren hergestellt. Nach einem dieser bekannten Verfahren werden die miteinander zu verschmelzenden Schichten und den dazwischen angeordneten elektrischen Leitern der gedruckten Schaltung zwischen die Platten einer Flachdruckpresse gelegt, deren Platten bis auf die Flußtermperatur des thermoplastischen Materials der Schichten erhitzt sind. Unter gleichzeitiger Anwendung der notwendigen Hitze werden die Platten unter hohem Druck zusammen gepresst und unter Aufrechterhaltung des Druckes bis auf die Erstarrungstemperatur des thermoplastischen Materials gekühlt.

Nach einem kontinuierlichen Verfahren werden die Schichten, die miteinander zu verschmelzen sind, unter hohem Druck zwischen geheizten RoHen geführt und nach dem Verschmelzen von Kühlrollen gepresst.

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Es hat sich herausgestellt, daß bei der Verwendung von Flachdruckpressen eine verhältnismäßig lange Bearbeitungszeit von bis zu 30 Minuten benötigt wird, um eine gedruckte Schaltung herzustellen. Dies hat seine Ursache darin, daß die Platten aufgrund ihrer großen Masse verhältnismäßig lange beheizt werden müssen, um die Flußtermperatur des thermoplastischen Materials zu erreichen und eine gleichlange Zeit benötigt wird, um die Platten wieder auf die Erstarrungstemperatur des thermoplastischen Materials zu kühlen. Die bekannten kontinuierlichen Verfahren haben den Nachteil, daß die gedruckte Schaltung nach dem Pressen unter den Heizrollen |f drucklos den Kühlrollen zugeführt wird·

Bei beiden Verfahren besteht der Nachteil, daß durch den höhen, von einer Richtung ausgeübten Drück unter gleichzeitiger Erhitzung des thermoplastischen Materials auf Flußtemperatur die Gefahr besteht, daß die elektrischen Leiter zwischen den thermoplastischen Schichten zu schwimmen beginnen und sich verschieben. Es besteht ferner der Nachteil, daß sich zwischen den verschmolzenen Schichten Lufteinschlüsse oder Hohlräume bilden, die dadurch entstehen, daß zwischen den Schichten vorhandene Luft nicht seitlich entweichen kann oder in den & Schichten befindliche Feuchtigkeit verdampft und dieser Wasserdampf Hohlräume formt.

Durch die Bildung derartiger Lufteinschlüsse oder Hohlräume können unkontrollierbare Veränderungen der elektrischen Eigenschaften der Schaltung entstehen, die die Verwendung der gedruckten Schaltungen in elektronischen Systemen ausschließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine gedruckte Schaltung zu finden, die aus Zwischenschichten von dielektrischem

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Material angeordneten elektrischen Leitern besteht und die zwischen und in den miteinander verschmolzenen Schichten keine LufteinschJüsse oder Hohlräume enthält.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung solcher gedruckten Schaltungen zu finden, die hohen Ansprüchen an die elektrischen Eigenschaften genügen.

Die Lösung der Aufgabe wird in einer gedruckten Schaltung gesehen, die aus einer Unterlageschicht aus dielektrischem Material und einer thermoplastischen Deckschicht aus dielektrischem Material und zwischen diesen angeordneten elektrischen Leitern besteht, bei der die Deckschicht unter Vermei- λ dung'von Hohlräumen zwischen den Schichten und den elektrischen Leitern mit der Unterlageschicht verschmolzen ist.

Bei bestimmten gedruckten Schaltungen ist es vorteilhaft, daß beide Schichten aus thermoplastischem Material bestehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung solcher gedruckten Schaltungen besteht darin, daß die übereinander gelegten, miteinander zu verschmelzenden Schichten mit den dazwischen angeordneten elektrischen Leitern in einem Behälter angeordnet werden, dessen Deckfläche aus einem gasdichten,

verformbaren Material besteht und die der Deckschicht der ge- ^

druckten Schaltung aufliegt, sodann der Behälter unter Vakuum gesetzt wird, der Innenraum des Behälters unter Aufrechterhaltung des Vakuums bis zur Flußtemperatur des thermoplastischen Materials erhitzt und weiter unter Aufrechterhaltung des Vakuums nach dem Verschmelzen der Schichten bis zum Erstarren der Schichten gekühlt wird.

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Es hat sich als Vorteilhaft erwiesen, auch die Bodenfläche ._: . - ,= des Behälters aus verformbarem, gasdichten Material aus- - ·.-zubilden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Bodenplatte, einem mit Löchern versehenen Zwischenrahmen und einem U-förmigen Deckrahmen sowie einer zwischen der Bodenplatte und dem Zwischenrahmen angeordneten Bodenfläche und einer zwischen dem Zwischenrahmen und dem Deckrahmen angeordneten, mit sich mit den Löchern des Zwischenrahmens deckenden Löchern versehenen, verformbaren, gasdichten Deckflache: Der so gebildete Innenraum des Behälters ist über ein Ventil und den U-förmigen Innenrahmen des Deckrahmens mit einer Vakuumpumpe verbunden.

Es ist vorteilhaft, auch für die Bodenfläche ein verformbares gasdichtes Material zu verwenden.

An der Vorrichtung sind vorzugsweise Klammern angeordnet, die ein Aufpressen des Deckrahmens auf die Bodenplatte gestatten.

Über der Deckfläche ist eine Heizquelle angeordnet, die vorzugsweise aus einem Strahler besteht.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, auf der Bodenfläche oder auf der Bodenfläche und unter der Deckfläche Matten aus porösem Material anzuordnen, zwischen denen unmittelbar die miteinander zu verschmelzenden Schichten angeordnet sind.

Das Verfahren und die Vorrichtung haben den Vorteil, daß mit ihnen gedruckte Schaltungen hergestellt werden können, bei

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denen die thermoplastischen Schichten vollständig miteinander verschmolzen sind und damit eine sehr gute Verbindung zwischen den Schichten und den anderen Teilen erreicht wird, während Lufteinschlüsse und Hohlräume, die durch Dampfblasen entstehen, auf ein Minimum gesenkt werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß Distorsionen, die .von Unterschieden in der Dicke der Schichten herrühren, wenn diese zwischen Platten oder Rollen aufeinander gepresst werden, vermieden werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß ein Schwimmen der elektrischen Leiter, daß bei dem Zusammenpressen der Schichten zwischen Platten oder Rollen möglich ist, vermieden wird, da der atmosphärische Druck auf die.Schichten von allen Seiten wirksam ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf ein in den beigefügten Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung verwiesen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung; Fig. 2 eine Aufsicht auf die Vorrichtung; Fig. 3 einen Schnitt durch die Vorrichtung von Fig. 1 mit einer Abänderung;

Fig. 4-6 die Verfahrensschritte beim Herstellen der gedruckten Schaltungen;

Fig. 7 einen Schnitt durch eine elektrische Schaltung, die mit herkömmlichen Methoden hergestellt ist.

Die Vorrichtung A beschreibt einen hermetisch abgeschlossenen Innenraum B, der im wesentlichen von zwei verformbaren, gas-, dichten Flächen 1 und 2 gebildet wird, die an ihrem Umfang von einer Rahmenkonstruktion gehalten werden. Die Rahmen-

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konstruktion besteht aus einer Bodenplatte 13, einem Zwischenrahmen 4 und einem beckrahmen 3. Der Deckrahmen 3 hat einen U-förmigen Querschnitt, dessen Öffnung gegen den Zwischenrahmen 4 gerichtet ist. An den durch den U-förm igen Querschnitt gestalteten Innenraum des Deckrahmens 3 ist mit einem Ventil 6 eine nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen. Der Zwischenrahmen 4 ist im Bereich der Öffnung des Innenraumes des Deckrahmens 3 mit Löchern vei— sehen. Auf der Bodenplatte 13 ist eine Bodenfläche 2 angeordnet, auf der eine luftdurchlässige Matte 9 Hegt. Zwischen dem Zwischenrahmen 4 und dem Deckrahmen 3 ist eine Deckfläche ,1 angeordnet. Die Rahmen werden nach dem Einlegen der zu verschmelzenden Schichten von Klammern 11 zusammengepresst. Über der Deckfläche 1 ist eine elektrische Heizquelle, vorzugsweise ein Strahler 10 angeordnet.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist es vorteilhaft, über der Deckschicht der elektrischen Schaltung noch eine poröse Matte 9 anzuordnen.

Die Bodenfläche 2 und die Deckfläche 1 müssen in der Lage sein, hohen Temperaturen zu widerstehen. Darüber hinaus müssen sie unter Druck verformbar sein, um durch den atmosphärischen Druck beim Evakuieren des Innenraumes B sich allseits fest an die zu verschmelzenden Schichten 7 und 8 der gedruckten Schaltung anzupassen und diese bei Erreichen des plastischen Zustandes gegeneinander und um die dazwischenliegenden elektrischen Leiter zu pressen. Als Material hat sich vorzugsweise Silikongumrrii oder- ein Filmmaterial aus Teflon oder Polyamid als brauchbar erwiesen. Ferner kann zusätzlich zu diesen plastischen Flächen ein metallischer

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Film wie beispielsweise Aluminiumfolie oder eine Folie aus einem anderen wärmeleitenden Material als Abdeckung der Deckfläche 1 verwendet werden. Da die Metallfolie regelmäßig der Verformung der Deckfläche 1 unter dem atmosphärischen Druck nicht folgt, ist die Metallfolie jeweils zu ersetzen.

Die Matten 9 dienen dazu, das Entweichen von Luft und Feuchtigkeit aus den miteinander zu verschmelzenden Schichten zu erleichtern. Das Material der Matten muß nicht nur ebenfalls hohen Temperaturen widerstehen können, sondern auch so verformbar sein, daß es sich der Oberfläche der miteinander zu

verschmelzenden Schichten 7 und 8 anpasst. Als Material hat M

sich als vorteilhaft eine Glasfasermatte, ein Metallnetz oder eine Matte aus rostfreier Stahlwolle erwiesen.

Zur Anwendung des Verfahrens werden die miteinander zu verschmelzenden Schichten übereinander gelegt auf die Matte 9 gebracht. Die Unterlageschicht 21 ist mit einer Vielzahl von elektrischen Leitungen 21'versehen, die in bekannter Weise aufgebracht worden sind. Als Material für die miteinander zu verschmelzenden Schichten wird vorzugsweise FEP Teflon, TFE Teflon, Polyäthylen, Nylon, Polyvinyl chlorid oder ähnliches verwendet. _

Sobald die Schichten in dem Innenraum B angeordnet sind, werden die Bodenplatte 13, der Zwischenrahmen 4 und der Deckrahmen 3 durch die Klammern 11 fest zusammengepresst. Sodann wird der Innenraum B evakuiert, wodurch im wesentlichen alle freie Luft oder Gase einschließlich der freien Luft zwischen den Schichten 20, 21 entfernt wird. Durch den atmosphärischen Druck werden dabei die verformbaren Flächen 1 und 2 fest gegen die Schichten 20, 21 gedruckt.

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Als nächster Schritt wird unter Aufrechterhaltung des Vakuums in dem Innenraum B die Heizquelle 10 einge-

schaltet, wodurch die Flächen 1 und 2, die Matten 9 und die dazwischen liegenden Schichten 20, 21 bis zur Flußtemperatur des thermoplastischen Materials erhitzt werden. Unter dem atmosphärischen Druck werden dabei die Schichten 20, 21 miteinander so verschmolzen, daß sie die elektrischen Leiter 21'vollständig umschließen. Etwa sich bildende Dampfblasen treten aus dem plastischen Material aus und werden evakuiert. Dies ist möglich, da die thermoplastischen Schichten 20, 21 regelmässig eine verhältnismäßig hohe Gasdurchlässigkeit bei hohen Temperaturen haben. Ebenfalls tritt etwa noch vorhandene Luft zwischen den Schichten durch· diese hindurch aus.

Nach dem vollständigen Verschmelzen der Schichten wird die Heizquelle ausgeschaltet. Unter AufrechterhaUung des Vakuums laßt man nunmehr die miteinander verschmolzenen Schichten 20, 21 mit der ganzen Vorrichtung^uskühlen. Da die Vorrichtung im Vergleich zu der Masse der Platten einer Flachdruckpresse eine geringe Masse hat, kühlt sich die Vorrichtung und die darin liegende gedruckte Schaltung verhältnismäßig schnell ab. Falls es wünschenswert ist, können jedoch zusätzlich KühlmitteI bekannter Art verwendet werden.

Nach dem Abkühlen wird durch Öffnen des Ventils 6 das Vakuum aufgelöst, die Vorrichtung demontiert und die gedruckte Schaltung entnommen..

Bei Versuchen hat sich'herausgestellt, daß ein Einschalten der Vakuumpumpe für eine Minute genügt, um in dem Innenraum B ein Vakuum von 14,4 p. s. i. zu erreichen. Für das Aufheizen

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auf eine Flußtemperatur von 575 F von FEP Teflon dauerte 4 Minuten. Das Abkühlen konnte unter Verwendung eines Ventilators innerhalb von 5 Minuten erreicht werden. Einschließlich der Montage und Demontage war es möglich, das Verschmelzen der Schichten der gedruckten Schaltung innerhalb von 14 Minuten durchzuführen. Der Zeitzyklus ist also wesentlich geringer als bei der Anwendung des Verfahrens mit einer Flachdruckpresse.

Gegenüber den bekannten Vorrichtungen hat die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner den Vorteil, daß sie wenig aufwendig ist, hinsichtlich der Höhe der miteinander zu verschmelzenden Schichten leicht angepasst werden kann und sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung so einfach ist, daß hochqualifiziertes Personal nicht benötigt wird, um derartige gedruckte Schaltungen herzustellen. Ferner ist das Problem des Schwimmens der elektrischen Leiter wesentlich verringert, da die Schichten 20, 21 nicht einem hohen Druck unterworfen werden.

Die Aufrechterhaltung des Vakuums während des Aufheizens und des Kühlens hilft wesentlich dazu, daß Lufteinschlüsse vermieden werden, wie dies bei nach den bekannten Verfahren hergestellten gedruckten Schaltungen zumeist im Bereich der elektrischen Leiter der Fall ist, wie aus Fig. 7 ersichtlich.

Bei einem weiteren Versuch mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 4 bei der die Flächen 1, 2 aus Silikongummi bestanden und die Matte 9 eine Glasgewebematte war, wurden Teflonschichten von 0, 0075 Inch Dicke miteinander verschmolzen. Das Aufheizen und Evakuieren wurde gleichzeitig innerhalb von 3 Minuten durchgeführt, worauf die Vorrichtung auf eine kalte Aluminiumplatte gesetzt wurde. Um das Abkühlen zu verschnei lern, wurde ein Becher mit kaltem Wasser auf die Deckfläche 1 im Bereich

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der gedruckten Schaltung gestellt. Die so hergestellte gedruckte Schaltung zeigte eine;vollständige Verschmelzung der beiden Schichten, keine Lufteihschlüsse oder Hohlräume, keine Distortion der Schichten, minimale Schrumpfung und eine gleichmäßige, den Eindruck des Glasfasergewebes zeigende Oberfläche.

Bei einem weiteren Test wurde eine Schicht von Kapton 021 F beidseits auf eine Schicht von 0. 0075 Inch Dicke von FEP Teflon laminiert, wobei jedoch keine Glasfasermatten verwendet wurden. Die Verschmelzung war von hoher Qualität und Gase oder Wasserdampf war vollständig von dem Kapton-Film entfernt. Es ist dabei zu bemerken, daß Kapton 2, 9 % Feuchtigkeit enthält. Die Herstellung der gedruckten Schaltung wurde innerhalb der obengenannten Zeit erreicht, was gegenüber den bekannten Verfahren atleine deshalb von Vorteil ist, da bei diesen der Kapton-Fitm für mehrer Stunden unmittelbar vor dem Laminieren auf 250 F vorgeheizt werden muß.

Bei einem weiteren Versuch wurden mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 eine Teflon FEP-Schicht mit einer Teflon-TFE-Schicht miteinander verschmolzen. Dazu war eine Temperatur

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von 650 F notwendig, um den Flußpunkt des TFE Teflons zu erreichen. Dabei ist zu bemerken, daß bei dieser Temperatur

der Flußpunkt von FEP_ Teflon bereits um 100 F überschritten ist. Bei diesem Versuch zeigte sich der Vorteil der Vorrichtung, da durch den aitseits ausgeübten atmosphärischen Druck die weiche FEP Teflon-Schicht in ihrer Struktur erhalten wurde, was bei der Verwendung einer Flachdruckpresse bei diesen Temperatüren nicht möglich gewesen wäre.

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Der Vorteil des allseits wirkenden Druckes zeigte sich auch bei einem weiteren Versuch, bei dem eine Vielzahl von Schichten mit gedruckten Schaltungen miteinander
verbunden wurden, ohne daß ein Schwimmen der Schaltungen festgestellt wurde.

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Claims

Thomas & Betts Corporation Elizabeth, New Jersey, USA

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1. !Gedruckte Schaltung, bestehend aus einer Unterlageschicht aus dielektrischem Material und einer thermoplastischen Deckschicht aus dielektrischem Material und zwischen diesen angeordneten elektrischen Leitern, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht unter Vermeidung von Hohlräumen zwischen den Schichten und den elektrischen Leitern mit der Unterlageschicht verschmölzen ist. '■"· r"-: ,

2. Gedruckte Schaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Unterlageschicht aus thermoplastischem Material besteht. ' ' ^;

3. Verfahren zur Herstel Iung voh' gedruckten Schal tungen gemäß Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinahdergeiegten Schichten mit den dazwischen ^J angeordneten elektrischen Leitern in einem Behälter an- · geordnet werden, dessen Deckfläche aus einem gasdichten, verformbaren Material besteht und der Deckschicht aufliegt·,· der Behälter unter Vacuum geöet^t wird, der Innenraum des Behälters unter Aufrechterhaitung des Vacuums bis zur Flußtemperatur des thermoplastischen Materials erhitzt und nach dem Verschmelzen der Schichten bis zum Er-'starreader Schichten gekühlt wird^

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

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auch die Bodenfläche des Behälters aus verformbarem, gasdichten Material besteht.

"5. Vorrichtung zur Herstellung von gedruckten Schaltungen gemäß Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Bodenplatte (13), einem mit Löchern (5) versehenen Zwischenrahmen (4) und einem Unförmigen Deckrahmen (3), eine zwischen der Bodenplatte (13) und dem Zwischenrahmen (4) angeordnete Bodenfläche (2) und einer zwischen dem Zwischenrahmen (4) und dem Deckrahmen (3) angeordneten, mit sich mit den Löchern (5) des Zwischenrahmens deckenden Löchern versehenen, verformbaren, gasdichten Deckfläche (1) und einer über dieser angeordneten Heizquelle (10), einer Vacuumpumpe, die mit einem Ventil (6) über den U-förmigen Deckrahmen-Innenraum mit dem Innenraum verbunden ist, der durch die Bodenfläche (2), den Zwischenrahmen (4) und die Deckfläche (1) gebildet ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche (-2) aus verformbarem Material besteht.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit Klammern (11) zum Aufpressen des Deckrahmens (3) auf den Zwischenrahmen (4) und die Bodenplatte (13) versehen ist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Bodenfläche (2) eine Matte (9) aus porösem Material angeordnet ist.

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9. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Bodenfläche (2) und unter der Deckfläche (1) Matten (9) aus porösem Material angeordnet sind.

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