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Verfahren zur Herstellung einer geschichteten, gedruckten Schaltungsplatte
Die Miniaturisierung von Schaltungen ist in letzter Zeit zu einer sehr wesentlichen
Aufgabe der Elektronik geworden. Während die Miniaturisierung der Bauelemente wie
Widerstände, Kondensatoren, Dioden, Transistoren, Transformatoren usw. große Fortschritte
gemacht hat, stellt eine entsprechende Gestaltung der Verdrahtung immer noch ein
erhebliches Problem dar.
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Es sind schon viele Versuche gemacht worden, um die früher üblichen
einzelnen isolierten Drähte zwischen den verschiedenen Klemmen der Bauelemente durch
platzsparendere Anordnungen zu ersetzen. So hat man in eine Kunststoffolie eingebettete
Adern oder gedruckte bzw. geätzte Schaltbretter verwendet. Hierbei wird aber nur
der Ort des Problems von den einzelnen Schaltkreisen zu einer entfernteren Stelle
verschoben, wo die viel Platz wegnehmenden Kabelbäume leichter angebracht werden
können. Das Problem wird aber nicht wirklich gelöst. Dabei wird sogar häufig noch
die Anzahl der verwendeten Adern unnötig gesteigert, weil manche Signale von einer
Klemme zu einer benachbarten Klemme einen großen Umweg machen müssen. Ferner werden
durch die langen Leitungswege die Effekte der Streukapazität und Streuinduktivität
vergrößert. Die Anzahl der Lötstellen wird erhöht, wodurch die Zuverlässigkeit der
fertigen Schaltung sinkt.
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Ferner ist es bekannt, mehrere gedruckte Schaltbretter aufeinanderzulegen.
Die einzelnen Bretter müßten verhältnismäßig dick sein, um genügende Festigkeit
zu ergeben. Sie sind infolgedessen schwierig so auszurichten, daß die Verbindungsstellen
der einzelnen Schichten genau übereinanderliegen. Ferner können sich die einzelnen
Schaltbretter unter dem Einfluß von Erschütterungen und bei der Handhabung voneinander
trennen und so zu Störungen Anlaß geben. Der Anschluß und die Entfernung von Bauteilen
ist bei dieser Anordnung sehr heikel, weil die Gefahr besteht, daß überschüssiges
Lot zwischen die Bretter eindringt oder daß Feuchtigkeit zwischen ihnen eingeschlossen
wird.
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Bei einer bekannten geschichteten, gedruckten Schaltungsplatte dieser
Art sind Löcher zur Bildung von Zugangsöffnungen vorhanden, welche von einer Oberfläche
der Schichtplatte durch die übereinanderliegenden Folien bis zu den einzelnen Anschlußstellen
hindurchreichen, um so Anschlußdrähte in den verschiedenen Schichten anbringen zu
können. Die Löcher in den einzelnen Folien werden hierbei sämtlich vorher gebohrt.
Infolgedessen müssen die einzelnen Folien mit äußerster Präzision aufeinandergestapelt
werden, da die Bohrungen genau übereinanderliegen müssen; sonst ergibt sich keine
Zu-' gangsöffnung. Je enger die Löcher sind, desto größer ist die erforderliche
Präzision. Hierbei ist zu beachten, daß die Verbindung der einzelnen Schichten durch
Druck und Wärme vor sich gehen muß. Je kleiner nun die Löcher sind, desto größer
ist die Gefahr, daß bei der Anwendung von Druck und Wärme einige Löcher durch geschmolzenes
oder erweichtes Material verstopft werden. Infolgedessen ist das bekannte Herstellungsverfahren
für geschichtete Schaltungsplatten bei Miniaturschaltungen nicht anwendbar.
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Diesem Nachteil hilft das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen
einer geschichteten, gedruckten Schaltungsplatte mit Löchern der angegebenen Art
ab. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher mindestens teilweise
nach der Verbindung der einzelnen Folien miteinander angebracht werden.
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Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Folien sich
nicht mehr gegeneinander verschieben, und die Löcher in den einzelnen Schichten
fluchten deshalb zwangläufig. Wegen der verringerten Anforderungen an die Präzision
können die gedruckten Schaltungen also mit kleineren Abmessungen hergestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Zugangsöffnungen
an denjenigen Stellen der einzelnen Folien, die über die Anschlußstellen anderer
Folien zu liegen kommen, vor dem Verbinden
der Folien angebracht,
während engere, die Zugangsöffnungen fortsetzende Löcher bis zur gegenüberliegenden
Oberfläche der Schichtplatte, durch welche die Anschlußdrähte eingeführt werden
können, nach dem Verbinden angebracht werden. In die Zugangsöffnungen kann dann
das Lot eingefüllt werden. Da der Durchmesser dieser Öffnungen verhältnismäßig groß
ist, ist beim Bohren bzw. Stanzen und Zusammensetzen keine allzu große Präzision
erforderlich. Dagegen müssen die von den Zugangsöffnungen zur anderen Seite hin
durchreichenden Löcher, die einen geringeren Durchmesser als die Zugangsöffnungen
haben müssen, um die Anschlußstellen freizulegen, weit engere Toleranzen aufweisen.
Zumindest diese Löcher werden also erfindungsgemäß nach dem Zusammensetzen und Verbinden
der Folien angebracht.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung werden zuerst alle
Schichten miteinander verbunden und dann erst durch die ganze Schichtplatte hindurchreichende
Zugangsöffnungen angebracht. Anschließend werden die Innenwände der Löcher galvanisch
verkupfert. Durch diese Galvanisierung entsteht eine elektrisch leitende Verbindung
zwischen den Anschlußstellen und der Oberfläche der Schichtplatte. Es wurde gefunden,
daß auch auf diese Weise ein guter Kontakt erzielt werden kann. Offenbar besteht
bei dieser Ausführungsform praktisch keine untere Grenze für den Lochdurchmesser.
Die Löcher brauchen also nicht dicker als die Anschlußdrähte gewählt zu werden.
So läßt sich eine größere Anzahl von Anschlüssen auf der Flächeneinheit unterbringen,
und eine Präzisionsausrichtung der einzelnen Folien ist nicht erforderlich, so daß
eine weitere Miniaturisierung ermöglicht wird.
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Die einzelnen Folien werden z. B. durch Zwischenlage hitzehärtbarer
Klebefolien und Anwendung von Druck und Hitze miteinander verbunden. Vorzugsweise
werden die Klebefolien an den die Verdrahtung tragenden Folien angebracht, bevor
die Zugangsöffnungen hergestellt werden.
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Um das Eindringen des wärmehärtbaren Klebstoffes in die Zugangsöffnungen
zu verhindern, kann man mindestens eine gummiartige Folie (z. B. aus Silikongummi)
auf diejenige Außenfläche der geschichteten Folien legen, in der die Zugangsöffnungen
angebracht sind, derart, daß bei Anwendung von Druck und Hitze der erweichte gummiartige
Stoff in die Zugangsöffnungen fließt. Nach dem Ausformen läßt sich der gummiartige
Stoff abziehen und gibt die sauberen Zugangsöffnungen frei.
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Um eine sichere Kontaktgabe zwischen den Zugangsöffnungen und den
Anschlußstellen zu erzielen, ist vorzugsweise der Durchmesser der Zugangsöffnungen
etwas geringer als derjenige der Anschlußstellen.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen
beschrieben. Hierin ist F i g. 1 eine teilweise aufgebrochene Draufsicht eines erfindungsgemäßen
Schichtkörpers, F i g. 2 ein Schnitt längs der Linie 11-II in F i g. 1 in Richtung
der Pfeile, F i g. 3 und 4 Draufsichten verschiedener Einzelschichten aus der Anordnung
nach F i g. 1, F i g. 5 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schichtkörpers,
auf dem verschiedene Schaltbretter mit Bauteilgruppen angebracht sind, F i g. 6
ein Schrägbild einer Preßvorrichtung für die Anordnung nach F i g. 1 bis 4 in zerlegtem
Zustand, F i g. 7 ein Schnitt durch die Preßvorrichtung, F i g. 8 ein Schnitt durch
den Schichtkörper in der Presse, F i g. 9 ein Schnitt durch eine andere Ausführungsform
des Schichtkörpers, F i g. 10 ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des
Schichtkörpers, F i g. 11 ein Schrägbild einer Presse zur Herstellung der Ausführungsform
nach F i g. 10 in zerlegtem Zustand und F i g. 12 ein Schnitt durch eine ähnliche
Ausführung wie F i g. 10, wobei jedoch an den Außenseiten der Anordnung jedenfalls
Schaltungsverbindungen angebracht sind.
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F i g. 1 bis 4 zeigen einen typischen Schichtkörper 10 gemäß
der Erfindung, der eine Verdrahtung zur Verbindung verschiedener Schaltbretter mit
Bauelementen eines Elektronenrechners enthält. Der Schichtkörper 10 dient
zur Übermittlung der Informationssignale und zur Anlegung der Betriebsspannungen
und Betriebsströme an die aktiven Elemente der einzelnen Schaltbretter.
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Der Schichtkörper 10 besteht aus einzelnen Schichten 12. Die
Schichten 12 sind in bekannter Weise mit leitenden Bahnen 14 versehen,
welche die Leitungsverbindungen darstellen. Die Herstellung kann beispielsweise
mittels Photoätzung des betreffenden Musters auf einer metallisierten glasfaserverstärkten
Kunststoffolie geschehen. Eine solche Folie besteht z. B. aus einem Glasfasergewebe,
das mit Epoxyharz imprägniert ist und 0,1 mm dick ist. Es trägt einen Kupferüberzug
von 0,07 mm Dicke. Nach dem Atzvorgang bleiben nur noch diejenigen Metallstellen
stehen, die dem Verdrahtungsschema entsprechen.
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Jede Ader 14 besitzt zwei oder mehr Verbreiterungen 20, die
zum Anschluß eines Stiftes oder Anschlußdrahtes (nicht dargestellt) durch Lötverbindung
dienen. Jede Schicht 12 außer der untersten ist mit einer oder mehreren ausgestanzten
großen Öffnungen 16 versehen, wobei jede Öffnung sich über einer Anschlußstelle
20 einer der darunter befindlichen Schichten 12 befindet, um den Zugang zu
dieser Anschlußstelle bzw. der Ader 14 zu ermöglichen. Von unten her weisen
die Schichten engere öffnungen 18 auf, die sich jeweils koaxial mit den größeren
Öffnungen 16 fortsetzen und zur Einführung von Stiften oder Anschlußdrähten
zwecks Verlötung mit einer Anschlußstelle 20 dienen. Innere Verbindungen zwischen
den einzelnen Schichten können entweder durch Verkupfern eines Loches oder durch
äußere Verbindungen von Klemmen, die mit verschiedenen Schichten verbunden sind,
vorgenommen werden.
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Jede Anschlußstelle 20 ist etwas größer als die darüber befindliche
Zugangsöffnung 16. Alle über einer bestimmten Anschlußstelle liegenden Schichten
12 sind an der betreffenden Stelle ausgestanzt. Durch die Zugangsöffnungen
16 kann das Lot auf die Anschlußstelle 20 gebracht werden.
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Wie F i g. 1 zeigt, kreuzen sich Adern 14 in verschiedenen
Höhen, sind aber durch die zwischenliegenden Isolierschichten voneinander getrennt.
Die Leitungswege müssen sorgfältig geplant werden, um den Öffnungen 16 und
Bohrungen 18 auszuweichen,
falls nicht eine Anschlußstelle
20 geschaffen werden soll. Da die Anschlußstellen 20 etwas größer als die Zugangsöffnungen
sind, werden sie durch die Barüberliegenden Schichten gegen Ablösung geschützt.
Infolgedessen können zahlreiche Lötvorgänge ausgeführt werden, ohne daß die Anschlußstellen
beschädigt werden.
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F i g. 5 zeigt einen Schichtkörper 10' gemäß der Erfindung, auf dem
mehrere Bauteilträger 24 angeordnet sind, die je mehrere elektronische Bauteile
26 tragen. Die Bauteilträger 24 können selbst als mehrschichtige Verbindungskörper
ausgebildet sein. Jeder Träger 24 weist an einem Ende eine Stiftreihe 28 auf, die
in die schmäleren Öffnungen 18 eingesetzt werden kann. Nach dem Einsetzen aller
Schaltungsbretter 24 in den Schichtkörper 10' können alle Verbindungen
gleichzeitig durch Tauchlöten hergestellt werden, so daß die Stifte 28 mit den zugehörigen
Anschlußstellen 20 verbunden werden.
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Will man einzelne Schaltungsbretter wieder abnehmen, so läßt sich
dies leicht durch Ablöten der Stifte 28 bewerkstelligen. Am besten bläst man hierbei
das geschmolzene Lot mittels eines Luftstromes von den einzelnen Stiften 28 weg.
Das Einsetzen und Abnehmen der einzelnen Schaltbretter 24 kann beliebig oft wiederholt
werden.
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F i g. 6 zeigt in schematischer Weise die zur Herstellung des Schichtkörpers
nach F i g. 1 bis 5 verwendete Presse. Zunächst werden in der oben beschriebenen
Weise die einzelnen duroplastischen Kunststoffolien 12 hergestellt und mit
dem Verdrahtungsmuster versehen. Nach dem Ätzen werden die nicht verkupferten Seiten
gereinigt und aufgerauht, um die Verschweißung erschwerende Fettschichten zu entfernen.
Dies kann beispielsweise mittels eines Sandstrahlgebläses geschehen. Nach dem Aufrauhen
wird jede Folie mit einem Tuch abgewischt, das mit Aceton oder Trichloräthylen befeuchtet
ist. Werden die Folien 12 nicht sofort weiterbearbeitet, so sollten sie in einem
reinen und trocknen Behältnis aufbewahrt werden.
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Nun wird eine Folie 22 aus duroplastischem Klebstoff zurechtgeschnitten
und an der Rückseite jeder Schicht angebracht, kurz bevor das ganze Paket gestanzt
und verschweißt wird. Die Folie kann aus einem trockenen Phenolformaldehyd-Klebstoff
bestehen. Vorzugsweise ist dieser Film etwa 0,05 mm dick. Wenn die Ecken der Folie
mit Aceton oder mit Methyläthyl benetzt werden, so haftet der Film 22 nach dem Aufdrücken
von Hand.
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Anschließend werden die Zugangsöffnungen 16 an den jeweils erforderlichen
Stellen gestanzt. Andere nicht dargestellte Löcher können am Rand zwecks leichteren
Zusammenbaues mittels einer Lehre vorgesehen werden.
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Die einzelnen Folien 12 werden nun wieder mit Aceton abgewischt und
in derjenigen Reihenfolge, die sie im fertigen Schichtkörper 10 annehmen, in einer
Spannvorrichtung aufeinandergestapelt. Hierbei können alle Zugangsöffnungen
16 geprüft werden, ob sie den Zugang zu den betreffenden Anschlußstellen
20 ermöglichen. Falsch angebrachte Löcher können gegebenenfalls nachgestanzt
werden. Zum Schutz der obersten Schaltung wird eine Deckschicht aus dem gleichen
glasfaserverstärkten Kunststoff ohne Verkupferung auf _ der Rückseite mit einem
Klebstoffilm 22 versehen und entsprechend der obersten Schaltung gestanzt. Dann
wird sie auf diese aufgelegt. Um eine Verschiebung zu verhindern, können die einzelnen
Schichten mit Klammern zusammengeheftet werden.
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Die Herstellung der Schichtplatte geschieht in einer Presse
30 mit Heizplatten 31 und 31', die Drücke bis zu 21 kg/cm2
und Temperaturen bis zu 190° C erzeugen können. Vorzugsweise sind die Preßplatten
31 und 31' wassergekühlt, so daß eine rasche Temperaturerniedrigung
durchgeführt werden kann. Eine Preßform 32 wird in die Form eingesetzt. Eine solche
ist in F i g. 6 und 7 beispielsweise dargestellt. Die Matrize derselben besteht
aus einer Unterplatte 34, auf die vier Rahmenleisten 36, 36', 38, 38' mit Schrauben
42 aufgeschraubt sind. Die Patrize besteht aus einer Deckplatte
44 und einem mit Schrauben 48 daran angeschraubten Stempel
46, der in den Rahmen 40 der Matrize paßt.
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In den Rahmen 40 wird als erstes eine Folie 50 aus Silicongummi eingelegt.
Die Gummifolie ist etwa 3 mm dick und hat vorzugsweise eine Härte von 60 ± 5 in
der Härteskala nach S h o r e. Der geheftete Schichtkörper 10 wird auf die
Silicongummifolie 50
aufgelegt und eine zweite Gummifolie 50' von den
gleichen Abmessungen und Eigenschaften daraufgelegt. Dann werden die beiden Teile
der Form zusammengesetzt.
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Die Heizplatten 31 und 31' werden auf eine Temperatur von l74±3° C
vorgeheizt und dann ohne Druck auf die Zwischenplatten 34 und 44 und
die Form 32 aufgelegt, um diese Teile etwa 1 Minute lang zu erwärmen. Dann wird
die Presse 30 geöffnet, um die Ausrichtung zü prüfen und eingeschlossene Dämpfe
entweichen zu lassen. Nun werden die Heizplatten 31 und 31' wieder
geschlossen und Druck angewandt. Für den Schichtkörper 1.0 nach F i g. 1 bis 5 führt
ein Druck von 10,5 ± 0,4 kg/
cm2 zu befriedigenden Resultaten. Wenn die einzelnen
Schichten 12 viele Löcher 16 mit geringem Abstand haben, ist unter Umständen ein
geringerer Druck erforderlich. Der günstigste Druck kann experimentell ermittelt
werden, wobei man am besten mit einem Druck von etwa 3,5 kg/cm2 beginnt. Ist das
Erzeugnis ungenügend, so wird der Druck in Stufen von 1,75 kglcm2 erhöht, bis ein
Schichtkörper entsteht, bei dem die einzelnen Schichten weder gerissen noch übermäßig
gestreckt sind.
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Während des Verschweißens werden Wärme und Druck während 30 Minuten±5
Minuten aufrechterhalten. Danach wird die Heizung abgeschaltet, und die Preßplatten
31, 31' werden rasch auf Zimmertemperatur abgekühlt. Dann wird der Druck weggenommen
und die Form geöffnet. Anschließend wird die Schichtplatte 10 entnommen und kann
auf Fehler geprüft werden. Solche Fehler, z. B. Lufttaschen, erscheinen als hellere
Stellen in der normalerweise durchscheinenden Schichtplatte. Unvollständig verschweißte
Schichtplatten können nochmals in die Form eingesetzt werden, wobei sie um 90° in
ihrer Ebene gedreht sind. Beim zweiten Preßvorgang soll die Temperatur wie vorher
174° C betragen, aber der Druck soll um 3,5 kg!cm2 erhöht sein. Der zweite Preßvorgang
soll nicht mehr als 10 Minuten betragen. Während des Pressens soll die Form 30 von
Zeit zu Zeit untersucht werden. Falls der Silicongummi herausgedrückt wird, sollte
der Druck weggenommen und die Form wieder eingerichtet werden, bevor Wärme und Druck
wieder angelegt werden.
Wie F i g. 8 zeigt, fließt der Silicongummi
50, 50'
während des Preßvorgangs in die Zugangsöffnungen 16. Der Gummi
wirkt als Matrize, welche das Eindringen des Klebstoffes 22 in die Öffnungen
ver-hindert und während des Preßvorgangs die freiliegenden Anschlußstellen
20 schützt.
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Die fertige Schichtplatte 10 wird auf die gewünschte Länge
und Breite zugeschnitten. Die engeren Löcher 18 werden an den entsprechenden
Stellen gestanzt oder gebohrt, und dann ist die Schichtplatte 10 entweder
zur unmittelbaren Anbringung und Verbindung einzelner Bauelemente oder zur Anbringung
von Grundplatten mit Bauelementgruppen bereit. Auf einer solchen Platte können z.
B. mehrere Schaltkreise aus Gates, bistabilen Multivibratoren, Invertern, Verstärkern,
Impulstransformatoren usw. angebracht sein. Ein Elektronenrechner besteht aus zahlreichen
solcher Schaltkreisgruppen.
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Bei einer anderen, in F i g. 9 dargestellten Ausführungsform werden
innere Verbindungen zwischen einzelnen Schichten dadurch ermöglicht, daß eine Verkupferung
52 von einer freiliegenden Anschlußstelle 20' auf einer inneren Schicht
12' durch das engere Loch 18' entweder zu weiteren Anschlußstellen
20' auf darunter befindlichen Schichten 12' oder zu einer geätzten Verdrahtung
54 auf der Außenseite der untersten Schicht 12' führt. Da die Außenseite
der untersten Schicht 12' sonst unbenutzt ist, kann diese ohne weiteres verkupfert
und geätzt werden. Statt dessen kann auch eine weitere Schicht mit nach unten weisender
Verkupferung hinzugefügt werden. Eine Verkupferung beider Seiten einer Kunststoffolie
ist aber ohne weiteres durchführbar.
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Die Herstellung dieser Ausführungsform entspricht derjenigen im vorhergehenden
Beispiel. Nach dem Verschweißen und dem Bohren der engeren Löcher 18' werden
die letzteren durchgehend verkupfert. Dies geschieht in bekannter Weise dadurch,
daß zunächst auf chemischem Wege ein Kupferüberzug 52 auf der gesamten Oberfläche
der Schichtplatte 10" einschließlich der inneren Flächen der Löcher angebracht wird.
Anschließend wird der Kupferüberzug galvanisch verstärkt. Soll auf der Außenseite
noch ein Verdrahtungsmuster aufgedruckt werden, so geschieht dies in bekannter Weise
durch Ätzen. Die unerwünschte chemische Verkupferung der Oberseite der Schichtplatte
kann durch Behandlung mit dem Sandstrahlgebläse oder mit der Schleifscheibe entfernt
werden, während die Unterseite und die Löcher 16' und 18' ihren Kupferüberzug
behalten. Dann wird die galvanische Verstärkung des chemisch niedergeschlagenen
Kupferüberzuges durchgeführt.
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Anschließend kann wieder die Photoätzung auf der Unterseite durchgeführt
werden. Dies kann bekanntlich mittels eines Positivs oder eines Negativs geschehen.
Hierzu werden entweder die unerwünschten Stellen photographisch mit einem Überzug
versehen, und dann wird die Platte galvanisch vergoldet, oder die erwünschten Stellen
werden photographisch mit dem Überzug versehen, und das freiliegende Kupfer wird
durch ein Ätzmittel entfernt. Nach dem Vergolden wird die Platte in ein Ätzbad gebracht,
das von allen nicht vergoldeten Stellen das Kupfer entfernt. Als Ätzlösung
kann z. B.
dreiwertiges Eisenchlorid (FeCl3) dienen.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 10 dargestellt.
Hierbei werden die einzelnen Schichten ohne vorherige Anbringung der großen Zugangsöffnungen
16 und 16' nach F i g. 2 und 9 miteinander verschweißt. Infolgedessen
kann eine größere Lötstellendichte ohne Festigkeitsminderung erzielt werden. Außerdem
sind beide Außenflächen der fertigen Schichtplatte 10"' für Verbindungen
mit auf den Außenflächen angebrachten Verdrahtungsschemen verfügbar. Wegen des Wegfalls
der Zugangsöffnungen ist auch in den einzelnen Schichten mehr Verdrahtungsfläche
verfügbar, und die Größe der einzelnen Anschlußstellen 20" kann verringert
werden.
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Bei dieser Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft herausgestellt,
wenn die Ober- und die Unterseite der fertigen Schichtplatte vollständig glatt und
eben sind. Die bei der Schichtplattenherstellung nach der ersten Ausführungsform
entstehende unregelmäßige Oberfläche ist nämlich für das photographische Ätzverfahren
weniger gut geeignet. Deshalb wird vorzugsweise ein etwas anderer Aufbau der Schichtplatte
gewählt. Die einzelnen Schichten 12" sind hier beiderseits verkupfert. Die einzelnen
Folien 12" sind etwa doppelt so dick wie vorher, also z. B. 0,2 mm dick. Auf beiden
Oberflächen der Folien sind Verdrahtungsschemen 14" aufgedruckt. Zwischen die einzelnen
Folien werden Zwischenfolien 56 eingelegt, die z. B. aus einer trockenen
hitzehärtbaren, aber nur teilweise ausgehärteten Epoxyglasfolie im sogenannten Resitolzustand
bestehen. Sie dienen gleichzeitig zum Isolieren und Zusammenkleben der Verdrahtungsträger.
Die Isolierfolien 56 können z. B. eine Dicke von 0,03 mm besitzen, da sie
unter Hitze und Druck etwas nachgeben. Während des Verschweißens bettet sich die
Verdrahtung 14" in die Zwischenfolien 56 ein, und die Oberflächen benachbarter
Schichten verschmelzen miteinander.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung von beiderseitig verkupferten
Folien ist die verbesserte Ausrichtung in verschiedenen Ebenen liegender Schaltkreise.
Beim photographischen Ätzen lassen sich die auf einer einzigen Folie geätzten Verdrahtungen
viel besser genau ausrichten als Verdrahtungen auf mehreren Folien. Bei sechs Verdrahtungsebenen
müssen z. B. nur drei Schichten mit je zwei Verdrahtungsschemen genau ausgerichtet
werden, während bei der ersten Ausführungsform sechs solche Schichten aufeinandergelegt
werden müssen.
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Die einzelnen Verdrahtungen müssen genau übereinstimmen, damit die
Löcher nur durch die gewünschten Anschlußstellen 20" der verschiedenen Schichten
hindurchgehen und nicht unbeabsichtigt andere Verbindungen 14" der gedruckten
Schaltungen berühren. Da bei dieser Ausführungsform die Breite der Anschlußstellen
20" und der Verbindungen 14" verringert ist, ist eine geringere Toleranz
des Bohr- oder Stanzvorganges erforderlich.
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Bei der Herstellung dieser Ausführungsform werden nach dem Ausätzen
der Verdrahtungsschemen auf beiden Seiten der vollständig verkupferten Folien an
deren Außenkante Löcher für den Angriff von Werkzeugen und Lehren angebracht. Dann
wird zwischen je zwei geätzten Folien eine Zwischenfolie gelegt und der Stapel für
die Verschweißung vorbereitet. Da hierbei keine Löcher oder Öffnungen im Verdrahtungsbereich
vorhanden sind, sind die Randlöcher sehr wesentlich, um den Stapel genau ausrichten
zu können.
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In diesem Falle kann die Schichtpresse 58 einfachere Konstruktion
aufweisen, da keine Wasserkühlung
erforderlich ist. Eine solche
Presse ist in F i g. 11 dargestellt. Auch braucht hier keine Preßform verwendet
zu werden. Statt dessen dienen vollständig glatte Metallplatten 60 zur Erzielung
der ebenen und glatten Außenflächen des fertigen Produktes. Zur gleichmäßigen Druckverteilung
können Silicongummikissen wie vorher zwischen den Platten 58 und den Preßplatten
62 Verwendung finden, sind aber nicht erforderlich.
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Zum Verschweißen werden die Preßplatten 62 auf eine Temperatur von
etwa 160 bis 180° C erhitzt, und der Stapel wird etwa 15 bis 20 Minuten lang unter
Hitze und Druck gehalten. Da die Schichten 12" noch nicht gebohrt sind, ist
die Stärke des Drucks weit weniger kritisch als bei der ersten Ausführungsform.
Ein Druck von 10 kg/cm2 führt im allgemeinen zu einer guten Schichtplatte, aber
bei anderen Stoffen und Dicken können auch andere Drücke angewandt werden.
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Nach dem Verschweißen kann die Schichtplatte wieder betrachtet werden,
um Schweißfehler festzustellen. Wie vorher erscheinen solche Fehler als dunkle Stellen
in einem sonst durchscheinenden Stoff. Die Verdrahtungen 14" an der Ober- und Unterseite
sind in die Platte eingebettet worden und somit vollständig plan mit der Oberfläche.
Wenn eine Platte fehlerfrei ist, so werden enge Löcher 18" durch sämtliche Anschlußstellen
20" hindurchgebohrt oder gestanzt. Wenn in verschiedenen Ebenen liegende Adern miteinander
verbunden werden sollen, so treffen die betreffenden Löcher 18" Anschlußstellen
20" in verschiedener Höhe. Die Schichtplatte wird dann verkupfert, wobei sich metallisches
Kupfer 52' auf allen Oberflächen niederschlägt. Nach der galvanischen Verstärkung
des Kupferniederschlags sind auch die eingebetteten Verbindungen auf den Außenflächen
mit Kupfer überzogen. Sie können durch chemische oder mechanische Mittel freigelegt
werden, oder es kann auch ein identisches Verdrahtungsschema aufgedruckt und das
überflüssige Kupfer weggeätzt werden.
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F i g. 12 zeigt im Querschnitt eine Schichtplatte mit durchgehend
verkupferten Löchern und einer nachträglichen Verstärkung der Verdrahtungsschemen
auf den Außenflächen. Die Schichtplatte 110 besteht abwechselnd aus beiderseitig
verkupferten Schichten 112, die also auf beiden Flächen Verdrahtungsschemen
114 tragen, und nicht verkupferten Zwischenschichten 116. Die geätzten Verdrahtungen
114 auf den Außenflächen der äußersten Schichten 112, sind, wie erwähnt, in die
Oberfläche eingebettet. Die geätzten Verdrahtungen 114 auf den Innenflächen sind
dagegen in die angrenzenden Flächen der Zwischenschichten 116 eingebettet, weil
nicht oder nur teilweise ausgehärtetes hitzehärtbares Material verwendet wurde.
Die Schichtplatte 110 ist also kompakt und fest zusammenhängend ohne Taschen
oder Hohlräume. Die nach dem Verschweißen angebrachten Löcher 118 gehen durch die
Anschlußstellen 120 der einzelnen Verdrahtungspläne 114 hindurch und verbinden diese
mittels der Kupferschichten 122. Die Art der intermetallischen Verbindung zwischen
den Anschlußstellen 120, dem chemisch niedergeschlagenen Kupfer und dem galvanisch
niedergeschlagenen Kupfer ist nicht genau bekannt, aber ein Mikrobild eines Schnittes
mit 1000facher Vergrößerung hat einen sehr homogenen Querschnitt gezeigt. Es kann
also zuverlässig angenommen werden, daß die elektrische Verbindung zwischen den
Anschlußstellen 120 und dem Kupferüberzug 122 gut ist.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, nicht das gesamte Kupfer von
den Außenflächen abzusanden, abzuschleifen oder abzuätzen, sondern ein mit dem ursprünglich
aufgebrachten Verdrahtungsschema identisches Schema aufzuätzen. Um die Verkupferung
in den Löchern 118 und die Oberflächenverdrahtung 114 zu schützen, werden vorzugsweise
die zu ätzenden Stellen zunächst photographisch bedeckt und dann das Verdrahtungsmuster
vergoldet. Anschließend kann ein Ätzmittel zur Entfernung des überschüssigen Kupfers
verwendet werden. Die fertige Schichtplatte 110 nach F i g. 12 besitzt ein in die
Oberfläche eingebettetes Verdrahtungsmuster 114 mit darüber befindlichen Kupferteilen
122, die über die Oberfläche herausstehen.
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Bauelemente oder Bauelementgruppen, die auf Schaltbrettern fertig
montiert sind, können in gleicher Weise wie vorher mit dieser Schichtplatte verbunden
werden. Die einzelnen Stifte oder Drähte werden von einer der beiden Seiten in die
Löcher eingeführt und an die betreffende Anschlußstelle auf der Oberfläche der Schichtplatte
angelötet. Als Träger für die Bauelemente können ihrerseits wieder gleichartige
Schichtplatten Verwendung finden. Die Verwendung hitzehärtbarer Kunststoffe mit
Glasfaser ergibt eine hohe Stabilität und Festigkeit. Auch können sich die einzelnen
gedruckten Schaltungen nicht gegeneinander verschieben, so daß keine Ausrichtungsprobleme
mehr auftreten können.