DE2347217A1 - Verfahren zum durchkontaktieren eines beidseitig metallkaschierten basismaterials fuer gedruckte schaltungen - Google Patents

Verfahren zum durchkontaktieren eines beidseitig metallkaschierten basismaterials fuer gedruckte schaltungen

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DE2347217A1 DE19732347217 DE2347217A DE2347217A1 DE 2347217 A1 DE2347217 A1 DE 2347217A1 DE 19732347217 DE19732347217 DE 19732347217 DE 2347217 A DE2347217 A DE 2347217A DE 2347217 A1 DE2347217 A1 DE 2347217A1
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den Berlin und München Wittelsbacherplatz 2
ν Ζ /ι IiO
Verfahren zum Durchkontaktieren eines beidseitig metallkaschierten Basismaterials für gedruckte'Schaltungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchkontaktieren eines beidseitig metallkaschierten Basismaterials für ge- . druckte Schaltungen, bei welchem die Metallkaschierungen an den Stellen der Durchkontaktierung eng zusammengebracht und elektrisch leitend verbunden werden. .
Der Wunsch nach einer grundsätzlichen Verkleinerung von gedruckten Schaltungen und die damit verbundene doppelseitige Kaschierung des Basismaterials brachte die Aufgabe mit sich, Durchkontaktierungen zwischen den Leiterebenen an gewünschten Stellen zu schaffen. Neben der Verkleinerung bringen Durchkontaktierungen eine Vielzahl von Vorteilen. So hat es sich gezeigt, daß Durchkontaktierungen die Leiterbahnen fest im Basismaterial verankern und daß die Lötqualität wesentlich gesteigert wird, wenn Bauteile in durchkontaktierte Löcher eingelötet werden. : ■ '
Zur Herstellung derartiger Durchkontaktierungen sind Verfahren bekannt, bei welchen eine Kombination von stromlosen und galvanischen Metallabscheidungen und Ätzen angewandt wird. Hier- ' bei wird ein beidseitig metallkaschiertes Basismaterial zugeschnitten, gelocht, sensibilisiert und aktiviert, mittels stromloser Metallabscheidung in den Bohrungen leitend gemacht und mit einer galvanobeständigen Farbe negativ bedruckt. Die Leiterbahnen und Bohrungen erhalten nun auf galvanischem Wege einen Metallaufbau und eine dünne ätzfeste Endoberfläche. Nach Entfernung der Resistfarbe wird die freie Metallkaschierung weggeätzt. Die Durchkontaktierungen und Leiterbahnen bleiben er-
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halten, da sie durch die ätzfeste Endoberfläche geschützt sind (Schikarski, H,: Die gedruckte Schaltung, Telekosmos-Verlag, Stuttgart, 1966, S. 60). Dieses bekannte Verfahren, das in verschiedener Weise abgewandelt.werden kann,, ist durch die relativ große Anzahl von Verfahrensschritten, . die für die stromlose Metallabscheidung erforderlich sind, aufwendig und teuer. Außerdem wirkt das stromlos abgeschiedene Metall als eine Art Trennfläche .zwischen den Kaschierungs-. metallen und dem galvanisch abgeschiedenen Metall. Es besitzt einen geringeren Reinheitsgrad, weist eine niedrigere Duktilität auf und hat schlechtere mechanische Eigenschaften.
Diese Schwierigkeiten bei der stromlosen Metallabscheidung werden bei anderen bekannten Verfahren dadurch vermieden, daß die Metallkaschierungen an den Stellen der Durchkontaktierung eng zusammengebracht und elektrisch leitend verbunden werden. So wird in der DT-OS 1 640 468 ein Verfahren zur Herstellung , von Durchkontaktierungen beschrieben, bei welchem eine Schaltkarte auf eine harte Unterlage gelegt wird und an den vorbestimmten Stellen der Durchkontaktierung angespitzte Werkzeuge in die obenliegenden Leiterbahnen eingestochen werden, so daß kaltgezogene das Basismaterial durchdringende hohlkegelstumpfartige Fortsätze entstehen, die die gegenüberliegenden Leiterbahnen berühren. Anschließend wird an den Berührungssteilen eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt» beispielsweise durch galvanische Metallabscheidung in den Hohlräumen der hohZkegelstumpfartigen Fortsätze. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch auf bestimmte Dicken und Werkstoffe, des Basismaterials beschränkt, da eine elastische Rückverformung des verdrängten Basismaterials zu Spannungen, Rissen und Unterbrechungen der, Durchkontaktierungen führen kann. Weiterhin lassen sich die dem Basismaterial zugewandten Seiten der. nicht verformten Leiterbahnen an den Stellen der Durchkontaktierung nicht oder nur schlecht reinigen, wodurch keine zuverlässig und mechanisch stabile Durchkontaktierung erfolgen kann.
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Andererseits wird in der DT-OS 1 814 805 eine Durchkontaktierung beschrieben, bei welcher ein einseitig metallkaschiertes Basismaterial gelocht und anschließend auf der unkaschierten Seite eine zweite Metallkaschierung unter Einwirkung von Druck und Temperatur aufgeklebt wird. Nach Herstellung der Leiterbahnen wird die zuletzt aufgebrachte Metallkaschierung mit Lochnadeln in die Löcher gedruckt und die dabei entstehenden Lappen auf Lötaugen der ersten Metallkaschierung umgelegt und angelötet. Die auf diese Weise hergestellten Durchkontaktierungen sind zwar zuverlässig und mechanisch stabil, die Herstellung ist jedoch äußerst aufwendig und kostspielig, da von keinem handelsüblichen beidseitig metallkaschierten Basismaterial ausgegangen werden kann. Außerdem ist die Lage der Durchkontaktierungen mit Toleranzen behaftet, da sich durch die Temperatureinwirkung beim Aufkleben der zweiten Metallkaschierung ein Verzug des Basismaterials nicht vermeiden läßt.
Die US-PS 2 889 393 schlägt eine Durchkontaktierung vor, bei welcher ein unkaschiertes Basismaterial gelocht wird und anschließend unter Einwirkung von Druck und Temperatur beidseitig Metallkaschierungen auf das gelochte Basismaterial geklebt werden. Daraufhin v/erden die Metallkaschierungen an den Stellen der Löcher kegelstumpfartig verformt, so daß sie sich in den Löchern in einem kreisförmigen Bereich berühren. Die Kontaktierung erfolgt durch Punktschweißen oder nach dem Einbringen von Löchern in die kreisförmigen Kontaktbereiche durch galvanische Metallabscheidung oder Löten. Auch die Herstellung dieser Durchkontaktierungen ist aufwendig und kostspielig, da von,keinem handelsüblichen beidseitig metallkaschierten Basismaterial ausgegangen werden kann. Außerdem sind die verdeckten Löcher im Basismaterial bei der Verformung der Metallkaschierungen schwer aufzufinden, was, in Verbindung mit einem Verzug des Basismaterials beim Aufkleben der Metallkaschierungen unter Temperatureinwirkung, erhebliche Toleranzen in der Lage der
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Durchkontaktierungen bewirken kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Durchkontaktieren eines Basismaterials für gedruckte Schaltungen zu schaffen, bei welchem von einem handelsüblichen bereits beidseitig metallkaschierten Basismaterial ausgegangen werden kann und bei welchem eine mechanisch und elektrisch zuverlässige Durchkontaktierung genau an den vorgesehenen Stellen erfolgt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art in das beidseitig metallkaschierte Basismaterial Löcher eingebracht werden, der Durchmesser der Löcher im Basismaterial erweitert wird und anschließend die über die erweiterten Löcher überstehenden ringförmigen Bereiche der Metallkaschierungen zusammengedrückt und elektrisch leitend verbunden werden. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß zuverlässige und mechanisch stabile Durchkontaktierungen erzeugt werden, und daß zur Herstellung der Leiterbahnen verwendete Verfahrensschritte gleichzeitig dazu benutzt werden können, die elektrisch leitende Verbindung zwischen den zusammengedrückten Bereichen der Metallkaschierungen herzustellen.
Vorteilhaft werden die Löcher im Basismaterial durch eine definierte Hinterätzung der Metallkaschierungen mittels einer Ätzlösung erweitert. Insbesondere bei der Serienfertigung gedruckter Schaltungen mit einer großen Anzahl von Durchkontaktierungen kann auf diese Weise die Erweiterung der Löcher rasch und einfach durchgeführt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die sich auf die Art der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den zusammengedrückten ringförmigen Bereichen der Metallkaschierungen beziehen, gehen aus den Unteransprüchen 3
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bis 5 hervor.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung näher erläutert, Gleiche Teile der einzelnen Figuren sind durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 ein beidseitig kupferkaschiertes Basismaterial, das
ein Loch aufweist,
Figur 2 das beidseitig kupferkaschierte Basismaterial der
Figur 1 mit erweitertem Loch im Basismaterial, Figur 3 das beidseitig kupferkaschierte Basismaterial der
Figur 2 mit zusammengedrückten Kupferkaschierungen, Figur 4 das beidseitig kupferkaschierte Basismaterial der Figur 3 mit einer durch galvanische Metallabscheidung
fertiggestellten Durchkontaktierung, Figur 5 die Durchkontaktierung der Figur 4 nach Entfernung
der unerwünschten Bereiche der Kupferkaschierungen, Figur 6 eine Variante, bei der auf die Kupferkaschierungen der Figur 3 Galvanikabdeckungen durch.Rollbeschiehtung
aufgebracht sind,
Figur 7 eine nach der Variante der Figur 6 fertiggestellte
Durchkontaktierung und
Figur 8 eine weitere Variante, bei der die zusammengedrückten Kupferksischierungen der Figur 3 unmittelbar durch ein Lot verbunden sind.
Die Figuren 1 bis 5 zeigen die einzelnen Verfahrensschritte bei der· erfindungsgemäßen Herstellung einer durch galvanische Metallabscheidung verstärkten Durchkontaktierung. Ein Basismaterial 1, dessen beide Seiten mit Kupferkaschierungen 2 und 3 versehen sind, wird zunächst durch 3ohren oder Stanzen gelocht (Figur 1). Anschließend erfolgt eine Behandlung in einer Ätzlösung, bei welcher das Loch im Basismaterial 1 durch eine definierte Hinterätzung über den ursprünglichen Lochdurchmesser
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hinaus so erweitert wird, daß die Kupferkaschierungen 2 und 3 in einem ringförmigen Bereich von innen her freiliegen (Figur 2). Die Wahl der Ätzlösung richtet sich nach dem verwendeten Basismaterial 1, so kann z.B. bei Polyester- und Epoxidharzen Schwefelsäure und bei Polyamiden Natronlauge angewandt werden. Nach dem Ätzen werden die freiliegenden ringförmigen Bereiche der Kupferkaschierungen 2 und 3 zusammengedrückt bis sie dicht aneinanderrücken oder sich berühren (Figur 3). Beim Zusammendrücken werden entweder zwei starre Stempel im Lochbereich gegeneinander gedruckt oder zwei auf die Kupferkaschierungen 2 und 3 aufgelegte elastische Platten zusammengepreßt, so daß sich die hinterätzten Bereiche der Kupferkaschierungen 2 und 3 in bleibender Verformung gegeneinander legen. Die weiteren Verfahrensschritte zur Fertigstellung der Durchkontaktierung bzw. einer Anzahl von Durchkontaktierungen werden gleichzeitig dazu benutzt, die Leiterbahnen der gedruckten Schaltung herzustellen. So werden die Kupferkaschierungen 2 und 3 mit Galvanikabdeckungen 4 und 5 versehen, welche die zusammengedrückten Bereiche der Durchkontaktierungen und die Strukturen der Leiterbahnen freilassen. Die freibleibenden Bereiche v/erden nun durch galvanische Metallabscheidung mit einer Kupferschicht 6 und einer dünnen Zinnschicht 7 überzogen (Figur-4). Hierbei wachsen Spalte zwischen den zusammengedrückten Bereichen der Kupferkaschierungen 2 und 3 durch Wulstbildung bei dem galvanischen Niederschlag der Kupferschicht 6 zu. Nach Entfernung der Galvanikabdeckungen 4 und 5 werden die unerwünschten Bereiche der Kupferkaschierungen 2 und 3 durch Ätzen mittels einer Ätzlösung entfernt, so daß die Durchkontaktierungen und die Leiterbahnen stehenbleiben, da die Zinnschicht 7 als Ätzschutz wirkt (Figur 5).
Die Figuren 6 und 7 zeigen eine Variante, bei welcher bis zum Zusammendrücken der Kupferkaschierungen 2 und 3 (Figur 3), wie bereits beschrieben, vorgegangen wird. Nach dem Zusammendrücken werden auf die Kupferkaschierungen 2 und 3 Lackabdeckungen 8 bzw. 9 mittels einer Rolle aufgetragen. Bei dieser Rollbeschich-
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tung werden die Flächen der Kupferkaschierungen 2 und 3 "bis auf die schüsseiförmigen Vertiefungen um die Löcher herum abgedeckt (Figur 6). Auf die nicht abgedeckten Bereiche der Löcher wird nun galvanisch eine Kupferschicht 9 aufgebracht. Nach Entfernung der Lackabdeckungen 8 und 9 und dem Druck eines negativen Leiterbildes wird eine dünne Zinnschicht 10 ebenfalls galvanisch auf die Leiterbahnen und Durchkontaktierungen aufgebracht. Durch Ätzen mittels einer Ätzlösung werden dann die unerwünschten Bereiche der Kupferkaschierungen 2 und 3 entfernt, wobei die Zinnschicht 10 als Ätzschutz wirkt, so daß die Durchkontaktierungen und die Leiterbahnen stehenbleiben (Figur 7). Bei Bedarf wird die Kupferschicht 9 vor dem Aufbringen der Zinnschicht 10 soweit abgeschliffen, bis sie mit den Kupferkaschierungen 2 und 3 eine Ebene bildet.
Die Figur 8 zeigt eine weitere Variante, bei welcher ebenfalls bis zum Zusammendrücken der Kupferkaschierungen 2 und 3 (Figur 3) wie bereits beschrieben vorgegangen wird. Anschließend wird auf die Kupferkaschierungen 2 und 3 ein positives Leiterbild aufgebracht und die unerwünschten Bereiche durch Ätzen mittels einer Ätzlösung entfernt. Die eigentliche Kontaktierung erfolgt dann erst beim Einlöten der Bauteile, mit denen die gedruckte Schaltung bestückt wird. Das Lot 11 verbindet dann die zusammengedrückten Bereiche der Kupferkaschierungen 2 und 3 und den Anschlußdraht 12 eines Bauteiles elektrisch leitend miteinander.
5 Patentansprüche
8 Figuren
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zum Durchkontaktieren eines beidseitig metallkaschierten Basismaterials für gedruckte Schaltungen, bei welchem die Metallkaschierungen an den Stellen der Durchkontaktierung eng zusammengebracht und elektrisch leitend verbunden werden, dadurch gekennzeichnet , daß in das beidseitig metallkaschierte Basismaterial Löcher eingebracht werden, der Durchmesser der Löcher im Basismaterial erweitert wird und anschließend die über die erweiterten Löcher überstehenden ringförmigen Bereiche der Metallkaschierungen zusammengedrückt und elektrisch leitend verbunden werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Löcher im Basismaterial durch eine definierte Hinterätzung der Metallkaschierungen mittels einer Ätzlösung erweitert werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die ringförmigen Bereiche der Metallkaschierungen nach dem Zusammendrücken durch galvanische Metallabsclieidung elektrisch leitend verbunden werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die ringförmigen Bereiche der Metallkaschierungen nach dem Zusammendrücken durch ringförmige Elektroden miteinander verschweißt werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrisch leitende Verbindung zwisehen den zusammengedrückten ringförmigen Bereichen der Metallkaschierungen durch ein Lot beim Löten der gedruckten Schaltung hergestellt wird.
    VPA 9/731/3011a
    509813/0657
DE19732347217 1973-09-19 1973-09-19 Verfahren zum durchkontaktieren eines beidseitig metallkaschierten basismaterials fuer gedruckte schaltungen Pending DE2347217A1 (de)

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