DE1171485B

DE1171485B - Process for the production of electrical components in the manner of printed circuits

Info

Publication number: DE1171485B
Application number: DE1961P0027629
Authority: DE
Inventors: Raymond J Keogh
Original assignee: Photocircuits Corp
Current assignee: Kollmorgen Corp
Priority date: 1960-07-25
Filing date: 1961-07-24
Publication date: 1964-06-04
Also published as: CH403899A

Description

Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauelementen nach Art der gedruckten Schaltungen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauelementen nach Art der gedruckten Schaltungen und insbesondere zum Herstellen von Rotoren für elektrische Motoren und Generatoren mit axialem Luftspalt.Process for the production of electrical components according to the type of printed circuits The invention is a method of manufacturing of electrical components of the printed circuit type and in particular for manufacturing rotors for electric motors and generators with an axial air gap.

übliche elektrische Bauelemente nach Art der gedruckten Schaltungen werden in der Regel derart hergestellt, daß man von einem Hartpapier oder ähnlichem Basismaterial ausgeht, das mit einer Metallfolie kaschiert ist. Diese wird teilweise entsprechend dem Leitermuster abgedeckt und sodann das nicht abgedeckte Metall durch einen Ätzvorgang entfernt, so daß die Metallfolie nur dort erhalten bleibt, wo sie gewünschten Leiterbahnen entspricht. Ein schwerwiegender Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es zu seiner Ausführung stets des metallfolienkaschierten Kunststoffbasismaterials bedarf; diese Methode eignet sich daher ausschließlich für diese eine Art von Ausgangsmaterial und ist beispielsweise vollkommen ungeeignet, wenn als Träger für die Leiterzüge Metalle, ferromagnetische Werkstoffe oder Keramik benutzt werden soll.common electrical components of the printed circuit type are usually made in such a way that one can use hard paper or the like Base material goes out, which is laminated with a metal foil. This will be partial covered according to the conductor pattern and then the uncovered metal through removed an etching process, so that the metal foil is only retained where it is corresponds to the desired conductor tracks. A serious disadvantage of this method is that it is always the metal foil-laminated plastic base material for its execution requirement; this method is therefore only suitable for this one type of starting material and is completely unsuitable, for example, when used as a carrier for the ladder tracks Metals, ferromagnetic materials or ceramics should be used.

Dieser Nachteil macht sich besonders störend bemerkbar bei der Herstellung von Rotoren nach Art gedruckter Schaltungen, da für solche, insbesondere zur Anwendung in Wechselstrommotoren und Generatoren mit axialem Luftspalt ein Basismaterial mit magnetischen Eigenschaften erforderlich ist. Ebenso ist es ungeeignet für die Anfertigung von elektrischen Bauelementen zur Verwendung bei höheren Temperaturen, da metallkaschierte Kunststoffe diesen nicht standhalten. Wohl aber ist dies der Fall für Keramik, Glas od. dgl.This disadvantage is particularly noticeable during manufacture of rotors in the manner of printed circuits, as for such, in particular for use a base material in AC motors and generators with an axial air gap magnetic properties is required. It is also unsuitable for making of electrical components for use at higher temperatures, because they are metal-clad Plastics cannot withstand these. But this is the case for ceramics and glass or the like

Es ist ferner bekannt, gedruckte Schaltungen dadurch herzustellen, daß man eine mit einem Kleber versehene Metallfolie vermittels eines dem gewünschten Leitermuster nachgebildeten Stempels, der erhitzt ist, in eine nicht vollständig ausgehärtete Kunststoffträgerplatte, beispielsweise in eine Phenolharz oder Melaminharzplatte eindrückt und dieserart eine Prägung herstellt. Hierbei sind die Fohenteile, welche dem gewünschten Leitermuster entsprechen, eingepreßt, indessen die überflüssigen Folienteile erhaben liegen und in einem nachfolgenden Arbeitsgang, beispielsweise durch Abschleifen, entfernt werden.It is also known to manufacture printed circuits by that one provided with an adhesive metal foil by means of one of the desired Conductor pattern simulated stamp, which is heated, into a not completely cured plastic carrier board, for example in a phenolic resin or melamine resin board presses in and creates an embossing in this way. Here are the Fohenteile, which correspond to the desired conductor pattern, but the superfluous ones are pressed in Foil parts are raised and in a subsequent operation, for example by grinding.

Dieses Verfahren hat sich bis jetzt in die Praxis nicht einführen können, da es bei gleicher Unwirtschaftlichkeit bezüglich des Kupferverbrauches lediglich ungleich komplizierter ist als das vorangehend beschriebene, übliche Folienätzverfahren. Es weist wie dieses als schwerwiegenden Nachteil auf, daß es lediglich für eine ganz bestimmte Sorte von Basismaterial verwendbar ist, und zwar lediglich für nicht voll ausgehärtete Kunststoffplatten.This procedure has not yet been put into practice can, as it is with the same inefficiency in terms of copper consumption is only incomparably more complicated than the conventional foil etching process described above. Like this one, it has a serious disadvantage that it is only for a very specific type of base material can be used, and only for not fully cured plastic sheets.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es., die vorbeschriebeen Nachteile der bekanntgewordenen Verfahren zu vermeiden, insbesondere aber Bauelemente nach Art der gedruckten Schaltungen - und hier besonders Rotoren dieser Art für elektrische Maschinen mit axialem Luftspalt - auf einer Vielzahl geeigneter Materialien, einschließlich magnetischen Werkstoffen, üblichen Nichtleitern, Keramik, Glas und Metallen auszubilden.The aim of the present invention is. The disadvantages described above to avoid the known method, but in particular components according to Type of printed circuits - and especially rotors of this type for electrical ones Axial Air Gap Machines - on a variety of suitable materials including magnetic materials, common non-conductors, ceramics, glass and metals.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß die Oberfläche eines geeigneten Basismaterials durch Atzen in, bestianmten, einem vorgegebenen Muster entsprechenden Gebieten abgebaut wird, daß sodann die ganze Oberfläche des Basismaterials, bestehend aus geätzten und urgeätzten Teilen, mit leitfähigem Material überzogen wird und daß dieses leitfähige Material von den Gebieten, welche nicht geätzt worden waren, wieder entfernt wird.The inventive method is that the surface of a suitable base material by etching in, certain, a given pattern corresponding areas is mined, that then the entire surface of the base material, Consists of etched and primed parts, coated with conductive material and that this conductive material is from the areas which have not been etched were removed again.

Zum Herstellen des Ätzmusters auf der Basismaterialoberfiäche kann man sich zweckmäßigerweise der bekannten Verfahren bedienen, einschließlich der sogenannten Lichtdruckverfahren. Ebenso kann man sich hierzu der Verfahren bedienen, bei denen galvanisch oder stromlos entsprechende Metalldeckschichten ausgebildet werden.To produce the etching pattern on the base material surface one expediently use the known methods, including the so-called collotype printing. You can also use the methods for this purpose, in which corresponding metal cover layers are formed galvanically or electrolessly will.

Hierbei werden alle jene Oberflächen, welche nicht abgeätzt werden sollen, durch Aufbringen einer Schutzschicht abgedeckt. Beispielsweise kann das Muster der nicht abzuätzenden Oberflächengebiete im Photodruck hergestellt werden. Nach dem Ätzen wird zweckmäßigerweise die Abdeckschicht entfernt und sodann, vorzugsweise durch galvanische Abscheidung, eine leitfähige Schicht, beispielsweise eine Kupferschicht, auf der ganzen Oberfläche des Basismaterials, also sowohl auf den geätzten als auch auf den ungeätzten Gebieten aufgebaut. Anschließend wird die auf den nicht abgeätzten Gebieten des Basismaterials aufgebaute, leitfähige Metallschicht, vorzugsweise durch Planschleifen, entfernt.All surfaces that are not etched off are removed should be covered by applying a protective layer. For example, this can Pattern of the surface areas not to be etched in photo printing getting produced. After the etching, the cover layer is expediently removed and then, preferably by electrodeposition, a conductive layer, for example a copper layer on the entire surface of the base material, thus built on both the etched and the unetched areas. Afterward becomes the conductive one built up on the non-etched areas of the base material Metal layer, preferably by flat grinding, removed.

Dieses erfindungsgemäße, im nachfolgenden noch näher beschriebene Verfahren zum Herstellen von elektrischen Bauelementen nach Art der gedruckten Schaltungen eignet sich besonders vorteilhaft zur Anfertigung von Rotoren für Maschinen der eingangs erwähnten Art mit axialem Luftspalt. Für derartige Wechselstrom-Induktions-Motoren ist vorgeschlagen worden, als Rotor eine Eisenscheibe zu verwenden, welche auf der Seite, welche der, vorzugsweise gedruckten Feldwicklung zugekehrt ist, eine Kupferauflage besitzt. Die in dem Kupfer durch den wechselnden Magnetfluß hervorgerufenen Ströme führen zum Ausbilden eines Drehmomentes und damit zu einer Drehbewegung des Rotors. Um die magnetische Kupplung zwischen dem Rotor und der Statorwicklung zu verbessern, ist es wünschenswert, einen Teil der Kupferauflage durch ein magnetisches Material zu ersetzen, um auf diese Weise den wirksamen Luftspalt zu verringern und so die Feldstärke zu erhöhen.This invention, described in more detail below Process for the production of electrical components of the printed circuit type is particularly suitable for the manufacture of rotors for machines of the type mentioned at the beginning with an axial air gap. For such AC induction motors it has been proposed to use an iron disk as the rotor, which is on the The side facing the preferably printed field winding has a copper plating owns. The currents created in the copper by the alternating magnetic flux lead to the development of a torque and thus to a rotary movement of the rotor. To improve the magnetic coupling between the rotor and the stator winding, it is desirable to have part of the copper plating through a magnetic material to replace in order to reduce the effective air gap and so the Increase field strength.

Für die wirtschaftliche und technisch einfache Herstellung solcher Rotoren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann als Basismaterial ein Stoff mit geeigneten, magnetischen Eigenschaften dienen, beispielsweise eine Scheibe aus magnetisch weichem Eisen. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, als Basismaterial eine Scheibe zu benutzen, die durch Aufwickeln eines Blechstreifens aus Material mit geringen Verlusten, beispielsweise aus Si-legiertem Blech, hergestellt wird. Um einer solchen gewickelten Scheibe den erforderlichen mechanischen Halt zu geben, kann diese vorteilhafterweise mit einer dünnen Stahlscheibe mechanisch fest verbunden werden.For the economical and technically simple production of such Rotors according to the method according to the invention can have a substance as the base material Suitable magnetic properties are used, for example a disc made of magnetic soft iron. According to one embodiment of the invention, it has proven to be special Proven to be advantageous to use a disc as the base material, which is wound by winding a sheet metal strip made of material with low losses, for example made of Si-alloyed Sheet metal, is manufactured. To get such a wound disc the required To give mechanical support, this can advantageously be done with a thin steel washer mechanically firmly connected.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand einer beispielsweisen Darstellung näher beschrieben werden. F i g. 1 zeigt einen Rotor für eitre elektrische Maschine mit axialem Luftspalt, welche nach dem erfindungsgemäßen HersmIlverfahren angefertigt ist.In the following, the invention is to be based on an exemplary representation are described in more detail. F i g. 1 shows a rotor for an electrical machine with an axial air gap, which is made according to the HersmIl method according to the invention is.

F i g. 2 zeigt den gleichen Rotor im Schnitt und die F i g. 3 a bis 3f sind Teil-Schnitt-Darstellungen einzelner Verfahrensstufen.F i g. 2 shows the same rotor in section and FIG. 3 a to 3f are partial sectional representations of individual process stages.

In F i g. 1 ist ein Rotor, wie er für Wechselstrom-InduktionsMotoren mit axialem Luftspalt nach Raymond und Henry-Baudot geeignet ist, mit 10 bezeichnet. Dieser Rotor 10 besteht aus einer Scheibe 11 aus ferromagnetischem Material auf der sich in den mit 12 bezeichneten Gebieten Kupferschichten befinden. Der Rotor kann an einem geeigneten Schaft 13 montiert werden.In Fig. 1 is a rotor like the one used for AC induction motors with an axial air gap according to Raymond and Henry-Baudot, denoted by 10. This rotor 10 consists of a disk 11 made of ferromagnetic material which are located in the areas designated by 12 copper layers. The rotor can be mounted on a suitable shaft 13.

In F i g. 2 ist der gleiche Rotor dargestellt; 11 bezeichnet wieder die Scheibe aus ferromagnetischem Material und 12 die Gebiete mit Kupfer, 13 ist wieder der Schaft des Rotors.In Fig. 2 shows the same rotor; 11 denotes again the disc of ferromagnetic material and 12 the areas with copper, 13 is again the shaft of the rotor.

In den F i g. 3 a bis 3 f wird das Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors in seinen einzelnen Stufen beispielsweise dargestellt. In F i g. 3 a ist das Basismaterial für die Scheibe aus ferromagnetischem Stoff 11 im Schnitt dargestellt.In the F i g. 3 a to 3 f is the process for making a such a rotor shown in its individual stages, for example. In Fig. 3 a is the base material for the disk made of ferromagnetic material 11 in section shown.

Wie in F i g. 3 b gezeigt, wird dessen Oberfläche beispielsweise mit einer S_hicht eines Photoresists, wie es für den Photodruck bekanntgeworden ist, beschichtet. Diese Schicht ist mit 14 bezeichnet. Nach dem Beschichten wird diese Schicht durch ein Negativ nach der bekannten Technik des Photodruckes belichtet und anschließend entwickelt. Danach bleiben lediglich die belichteten Gebiete des Photoresists erhalten, und diese bilden das Muster der Oberfläche des Basismaterials 11, welche nicht abgeätzt werden soll. Dieses Muster ist in F i g. 3 c mit 14 bezeichnet.As in Fig. 3 b, its surface is shown, for example, with a layer of a photoresist, as it has become known for photo printing, coated. This layer is denoted by 14. After coating, this Layer exposed through a negative according to the known technique of photo printing and then developed. After that, only the exposed areas of the Get photoresists, and these form the pattern of the surface of the base material 11, which should not be etched off. This pattern is shown in FIG. 3 c denoted by 14.

Das Ätzen erfolgt in einem zum Abbau des verwendeten Eisens geeigneten Bad oder indem die Oberfläche in anderer Weise mit einer solchen Ätzlösung in Berührung gebracht wird. Hierdurch wird, wie in F i g. 3 d dargestellt, das ungeschützte Eisen abgebaut. Die abgebauten Gebiete sind in dieser Figur mit 15 bezeichnet. Anschließend wird zweckmäßigerweise das Ätzresist 14 vorzugsweise durch Abreiben entfernt. Nunmehr wird die ganze Oberfläche, beispielsweise mit Kupfer, plattiert. In F i g. 3 e ist diese vorzugsweise galvanisch aufgebrachte Schicht 17 dargestellt, die sowohl die abgeätzten Oberflächenteile 15 als auch die nicht geätzten Teile 16 des Basismaterials 11 überzieht. Die Dicke eurer solchen Schicht 17, die beispielsweise aus Kupfer besteht, kann z. B. 0,1 mm betragen.The etching takes place in a suitable for breaking down the iron used Bath or by otherwise contacting the surface with such an etching solution is brought. As a result, as shown in FIG. 3 d shown, the unprotected iron reduced. The mined areas are denoted by 15 in this figure. Afterward If the etching resist 14 is expediently removed, preferably by rubbing it off. Now the entire surface is plated with, for example, copper. In Fig. 3 e is this preferably galvanically applied layer 17 is shown, which both the etched surface parts 15 as well as the non-etched parts 16 of the base material 11 covered. The thickness of your such layer 17, for example made of copper exists, z. B. 0.1 mm.

Schließlich wird das leitfähige Metall 17, soweit es sich in Gebieten befindet, welche nicht geätzt worden waren (16), durch Abschleifen, Abdrehen oder in anderer geeigneter Weise vollkommen entfernt, so daß eine einheitliche Oberfläche entsteht, in der sowohl die ungeätzten Teile 16 als auch die geätzten und mit leitfähigem Metall ausgefüllten Teile 12 eine Ebene bilden (F i g. 3 f).Finally, the conductive metal 17, insofar as it is in areas which have not been etched (16), is completely removed by grinding, turning or in any other suitable manner, so that a uniform surface is produced in which both the unetched parts 16 and the parts 12 which are etched and filled with conductive metal also form a plane (FIG. 3 f).

Die vorstehende Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand des Beispieles der Herstellung eines Rotors zeigt auch zugleich, in welcher Weise das Verfahren ganz allgemein zum Herstellen von elektrischen Bauelementen nach Art der gedruckten Schaltungen dient. Beispielsweise kann das Basismaterial 11 in einem solchen Falle aus einem geeigneten Isolator bestehen, vorzugsweise einem solchen homogener Art, wie beispielsweise Glas. Dann dienen die in den F i g. 3 a bis 3 f W schriebenen Verfahrensschritte dazu, um auf dem Isoliermaterial Leiterzüge nach einem beliebigen Leitermuster auszubilden, wobei als leitfähiges Material in einem solchen Falle vorzugsweise Kupfer dient.The above description of the method according to the invention on hand the example of the manufacture of a rotor also shows in what way the process in general for the production of electrical components according to Art used for printed circuits. For example, the base material 11 in one such a trap consist of a suitable insulator, preferably one homogeneous type, such as glass. Then serve in the F i g. 3 a to 3 f W described process steps in order to trace conductor tracks on the insulating material to form any conductor pattern, as a conductive material in one copper is preferably used for such a case.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann hierbei zum Herstellen der Leiterzüge mit Vorteil von der »stromlosen« Abscheidung von Metallen, vorzugsweise von Kupfer, Gebrauch gemacht werden.According to one embodiment of the invention, this can be used to manufacture of the conductor tracks with the advantage of the "currentless" deposition of metals, preferably of copper, use can be made.

Claims

Claims: 1. Method for producing electrical components of the printed circuit type, in particular rotors for electric motors or generators with an axial air gap, characterized in that the surface a suitable base material by etching in a specific, predetermined pattern corresponding areas is dismantled that then the whole surface of the base material, consisting of etched and non-etched parts, with conductive Material is coated and that this conductive material from the areas which have not been etched, will be removed again.

2. The method according to claim 1, characterized characterized in that the areas of the base material not to be etched by a Protective layer, preferably one that is applied by light printing, covered so that they cannot come into contact with the etchant.

3. Procedure according to claim 2, characterized in that after the etching the protective layer is removed, is preferably rubbed off.

4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that for the manufacture of rotors for electrical machines with an axial air gap as Base material a ferromagnetic substance is used, preferably iron with low levels Losses that this is etched off according to a predetermined pattern and then with a Copper plating is provided, which is then removed from the non-etched parts of the Surface of the base material is removed again.

5. The method according to claim 4, characterized in that a tape roll is used as the base material, which consists of a Sheet metal strips, preferably made of silicon-alloyed iron sheet, and to improve the mechanical strength is preferably connected to a thin steel disk is.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that the layer of conductive material is applied galvanically.

7. Procedure according to one of claims 1 to 5, characterized in that the layer of conductive Material is built up by electroless metal deposition. B. The method of claim 7, characterized in that the electrolessly built-up layer is galvanically reinforced will. Pamphlets drawn up in Bracht: "Electronics", 1957, pp. 163 to 167.