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DE1254727B - Verfahren zum Herstellen gedruckter Leitungen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen gedruckter Leitungen

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Publication number
DE1254727B
DE1254727B DEB70227A DEB0070227A DE1254727B DE 1254727 B DE1254727 B DE 1254727B DE B70227 A DEB70227 A DE B70227A DE B0070227 A DEB0070227 A DE B0070227A DE 1254727 B DE1254727 B DE 1254727B
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DE
Germany
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layer
metal
electrical conductivity
high electrical
carrier
Prior art date
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Pending
Application number
DEB70227A
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English (en)
Inventor
Leo Ewart Arthur Summers
Roger John Horwood
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
British Aircraft Corp Ltd
Original Assignee
British Aircraft Corp Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Description

DEUTSCHES mrtWi PATENTAMT DeutscheKl.: 21c-2/34
AUSLEGESCHRIFT
Nummer: 1254 727
Aktenzeichen: B 70227 VIII d/21 c
j[ 254 727 Anmeldetag: 5. Januar 1963
Auslegetag: 23. November 1967
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen gedruckter Leitungen aus einem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit auf einem isolierenden Träger, wobei in einer Vakuumkammer auf den Träger eine erste Metallschicht aus einem widerstandsfähigen Material aufgebracht wird, das sich von dem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit unterscheidet.
Bei Verfahren dieser Art besteht die Schwierigkeit darin, eine widerstandsfähige, gut haftende Bindung zwischen dem isolierenden Träger, beispielsweise Glas, und der Schicht hoher Leitfähigkeit, beispielsweise Gold, herzustellen.
Nach einem bekannten Verfahren wird daher auf den Träger zuerst eine dünne Schicht eines widerstandsfähigen Metalls, wie Chrom, Molybdän oder Wolfram, aufgebracht, die auf dem Träger gut haftet. Auf diese Schicht werden dann Schichten eines oder mehrerer Metalle kathodisch aufgestäubt.
Nach einem weiteren bekannten Verfahren wird auf eine erste Trägerschicht, die aus einer Chrom- ao nickel- oder einer Chromnickel-Eisen-Legierung bestehen kann, eine zweite Schicht aus Kupfer oder Gold galvanisch aufgebracht. Um das Gold besser galvanisch niederschlagen zu können, wird zunächst im Vakuum eine dünne Goldschicht auf die Trägerschicht aufgebracht und dann auf galvanischem Wege weitergearbeitet.
Die mechanische und/oder chemische Haft- und Widerstandsfähigkeit der Schichten ist jedoch bei den nach den bekannten Verfahren hergestellten Leitungen unbefriedigend, und es kommt häufig vor, daß sich die Schichten, insbesondere beim Verbinden der gedruckten Leitungen mit einem Draht nach dem bekannten Thermo-Kompressionsverfahren, ablösen.
Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, ein Verfahren zu schaffen, durch das eine gut haftende und widerstandsfähige Verbindung der Schichten erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß mindestens drei Schichten aus dem Metall hoher Leitfähigkeit auf die erste Schicht aufgebracht werden und das Aufbringen jeder folgenden Schicht aus dem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit so lange fortgesetzt wird, bis diese Schicht dicker ist als die vorhergehende Schicht, wobei die Temperatur des Trägers beim Aufbringen jeder folgenden Schicht herabgesetzt wird.
Der spezifische elektrische Widerstand des Metalls der ersten Schicht muß dabei nicht wesentlich höher liegen als der des Metalls hoher elektrischer Leitfähigkeit; für die erste Schicht werden vorzugsweise Verfahren zum Herstellen gedruckter Leitungen Anmelder:
British Aircraft Corporation (Operating) Limited, London
Vertreter:
Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt, Hamburg 36, Neuer Wall 41
Als Erfinder benannt:
Leo Ewart Arthur Summers, Nailsea, Somerset; Roger John Horwood, Shoscombe, Bath, Somerset (Großbritannien)
Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 5. Januar 1962 (553)
Chrom, Nickel, Eisen und deren Legierungen verwendet.
Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß durch den besonderen Kristallaufbau der im Vakuum aufgebrachten Schichten des Metalls hoher Leitfähigkeit die mechanische Beanspruchbarkeit wesentlich heraufgesetzt wird. So läßt sich insbesondere ein Draht durch das Thermo-Kompressionsverfahren mit den erfindungsgemäß hergestellten gedruckten Leitungen verbinden, ohne daß sich die Schichten voneinander oder von dem Träger lösen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die Schichten auf dem isolierenden Träger und
F i g. 2 das Verfahren zur Verbindung eines leitenden Drahtes mit der leitenden Schicht.
In diesem Beispiel wurde eine 1 mm starke Glasplatte so abgedeckt, daß nur das Muster des gewünschten widerstandsfähigen Materials frei blieb, und dann in eine abgedichtete Haube gestellt, die an eine Vakuumpumpe angeschlossen und mit Heiz-
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mitteln versehen war, die die Platte auf einer erhöhten Temperatur halten und das zu verdampfende sowie aufzutragende Material erhitzen sollten. Die obere Temperaturgrenze für die Erhitzung der Platte ist durch die physikalischen Eigenschaften des Grundmaterials bestimmt, wobei die Temperatur so gewählt wird, daß sie keine nachteiligen Wirkungen auf das Material ausübt. Als die Haube bis zu etwa IO-5 mm Hg luftleer gepumpt worden war, wurde die Glasplatte auf 300° C erhitzt, und die Chromnickelgrundlage wurde auf eine Temperatur von 1600° C gebracht, d. h. auf eine Temperatur, bei der sie verdampft und sich auf der Platte niederschlägt. Als die Chromnickelschicht eine Dicke von 75 A erreicht hatte, wurde die überzogene Platte aus der Haube genommen und die Abdeckung entfernt. Die Stärke der aufgetragenen Schicht von widerstandsfähigem Material hängt vom gewünschten Widerstandswert und daher vom spezifischen Widerstand des benutzten Materials ab.
Als nächstes wurde, um die gewünschten leitenden Elemente auf der Grundplatte aufzutragen, eine zweite Abdeckung, die den gewünschten leitenden Flächen entsprechende Ausschnitte aufwies, über die Glasplatte gelegt, und die abgedeckte Platte wurde wieder unter die luftleere Haube gebracht. Wieder wurde Chromnickel aufgetragen, dieses Mal bis zu einer Stärke von über 200 Ä, wobei die Glasplatte wieder auf 300° C erhitzt wurde. Die Platte hatte nun eine 200 A starke Grundschicht aus Chromnickelteilchen, die dem erforderlichen Leitkörper entsprach und die aufgetragenen, widerstandsfähigen Körper verband, die auch aus Chromnickel bestanden, aber nur 75 Ä dick waren.
Nun wurde in der luftleer gemachten Haube ein Golddraht erhitzt, um auf der Grundschicht aus Chromnickel eine ungefähr 50 A starke Goldschicht aufzubringen, wobei die gleiche Maske benutzt wurde wie die zum Aufbringen der Chromnickelgrundschicht. Wieder wurde die Glastemperatur auf 300° C gehalten.
Bei einer Glastemperatur von 150° C wurde eine zweite etwa 150 A starke Goldschicht auf der ersten Goldschicht aufgetragen, und schließlich wurde eine dritte, ungefähr 1500 A dicke Goldschicht auf der zweiten Goldschicht aufgebracht, wobei die Glasplatte ungefähr Raumtemperatur (20° C) hatte.
Der endgültige Aufbau ist in F i g. 1 gezeigt, in der die Stärke der Schichten zugunsten der Klarheit stark übertrieben ist. Auf der Plattel sind die Chromnickelschicht 2, die die widerstandsfähigen Elemente darstellt, und die Chromnickelschicht 3, die die Grundschicht des leitenden Elements darstellt, aufgebracht. Der Grundschicht sind die drei Goldschichten 4, S und 6 überlagert, deren Stärke zunimmt und die zusammen das stark leitende Verbindungsstück bilden.
Allgemein gesagt, sollte die Stärke der widerstandsfähigen Schicht, wenn das widerstandsfähige Material Chromnickel ist, nicht unter etwa 70 bis 80 Ängström-Einheiten (A) liegen, und die Aufbringungstemperatur sollte ungefähr 300 bis 350° C betragen. Wenn die aufzutragende Grundschicht aus Chromnickel besteht, ist es ratsam, dieselbe Temperatur und dieselbe zu verdampfende Materialquelle zu benutzen. Die Stärke der Ablagerung kann bis zu 300 A betragen. Wird für die Grundschicht jedoch Eisen benutzt, braucht die Stärke nur 75 A zu betra-
gen. Werden drei Schichten aus leitendem Material in Gold benutzt, bleiben die Stärke und die Ablagerangstemperaturen vorzugsweise in folgenden Bereichen:
erste Schicht 50 bis 150 A stark bei 280 bis 320° C;
zweite Schicht 150 bis 500 A stark bei 130 bis 150° C; und die
dritte Schicht 1000 bis 2000 A stark oder mehr bei unter 75° C
Es ist wichtig, daß die erste leitende Schicht einigermaßen dünn ist, sowohl um eine feste Bindung an die Platte zur fördern als auch deswegen, weil bei zu großer Stärke eine Neigung zum Aufrauhen der glänzenden Oberfläche des aufgebrachten leitenden Materials auftreten kann, die die Bindung mit der nächsten Schicht behindern würde.
Die leitenden Drähte, die an die leitenden Flächen der Schaltung angeschlossen werden sollen, können mit diesen Flächen auf der Platte durch Thermo-Kompressionsbindung, d. h. durch Anwendung von Druck und Hitze auf die Bindung, verbunden werden. Bis jetzt wurden solche Bindungen durch Löten hergestellt, denn bei Verwendung des Thermo-Kompressionsverfahrens würde der bisher durch das Aufbringen von beispielsweise Gold auf Glas erreichte schlechte Zusammenhalt beim Anbringen des Drahtes eine Neigung zum Abblättern der leitenden Fläche verursacht haben. Da gemäß der Erfindung ein guter Zusammenhalt möglich ist, kann jedoch dieses Verfahren zur Bindung mit befriedigenden Ergebnissen verwendet werden.
Dieses Verfahren ist in F i g. 2 erläutert. Die Schicht 10, die die drei überlagerten Goldschichten darstellt, soll mit einem goldenen Leiterll verbunden werden. Ein Strahl von erhitztem Inertgas, wie z. B. Stickstoff, wird durch eine feine Kapillarröhre 12 zur Verbindungsstelle geleitet und über die erforderliche Fläche geblasen, um diese vorzuwärmen.
Das verhütet die Entstehung von starken Temperaturgefällen und das sich daraus ergebende Brechen der gläsernen isolierenden Platte, wenn das Heizwerkzeug 13 darauf angewandt wird. Dieses Heizwerkzeug ist eine Stange, die durch eine Spule 14 elektrisch geheizt wird und ein keilförmiges Arbeitsende aufweist, das dazu benutzt wird, den leitenden Golddraht gegen die leitende Goldschicht zu pressen und die Verbindungsstelle zu erhitzen. Während des Heizens strömt weiterhin das erhitzte Inertgas über die Fläche und bildet einen Schild zur Verhinderung der Oxydation der Unterschichten. Wenn ein 36-SWG-Golddraht benutzt wird, wird das Heizwerkzeug am besten mit einer Kraft von 2,7 kp bei 350° C für 6 Sekunden angedrückt und dann wieder entfernt, wobei der leitende Golddraht mit der leitenden Goldschicht verbunden zurückbleibt. Die Stärke des leitenden Golddrahts bestimmt die Andrückkraft und die Anwendungsdauer.
Es hat sich herausgestellt, daß durch das Aufbauen der Goldschichten gemäß der beschriebenen Art und Weise die zusammengesetzte GoIdscbicht einen guten Halt an der isolierenden Platte hat und daß die einzelnen Schichten einen guten Zusammenhalt untereinander haben. Zusätzlich ermöglicht die zusammengesetzte Goldschicht die Herstellung einer starken Bindung.

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen gedruckter Leitungen aus einem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit auf einem isolierenden Träger, wobei in einer Vakuumkammer auf den Träger eine erste Metallschicht aus einem widerstandsfähigen Material aufgebracht wird, das sich von dem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Schichten (4, 5, 6) aus dem Metall hoher Leitfähigkeit auf die erste Schicht (3) aufgebracht werden und das Aufbringen jeder folgenden Schicht (4, 5, 6) aus dem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit so lange fortgesetzt wird, bis diese Schicht dicker ist als die vorhergehende Schicht und die Temperatur des Trägers (1) beim Aufbringen jeder folgenden Schicht herabgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- so kennzeichnet, daß als Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit Gold verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Schicht aus dem Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit aufgebracht wird, wenn der Träger im wesentlichen Raumtemperatur angenommen hat.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Träger aus Glas und die erste Schicht aus Nickel, Chrom, Eisen oder einer Legierung dieser Metalle besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Chromnickel sowohl für die erste Schicht als auch als Metall für die auf den isolierenden Träger aufgebrachten Widerstandselemente verwendet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem aufgebrachten, gut leitenden Element ein elektrisch leitender Draht durch die Anwendung von Wärme und Druck verbunden wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung in einem Strom heißen inerten Gases durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gut leitende Element auf dem isolierenden Träger durch das heiße inerte Gas vorgeheizt wird, bevor es mit dem leitenden Draht verbunden wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 006 692;
deutsche Patentschrift Nr. 656 875;
britische Patentschrift Nr. 874 965;
»Materials and Methode«, September 1953, S. 99.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 689/333 11. 67 © Bundesdruckerei Berlin
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