DE1640472C - Verfahren zur Herstellung elek frischer Schaltplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Schaltplatten mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von elektrischen Leitern, die jeweils parallel zueinander angeordnet sind und einander in einem Winkel kreuzen sowie voneinander isoliert sind.

Es wurde bereits vorgeschlagen, auf einer Unterlage befestigte Bauelemente miteinander dadurch zu verbinden, daß Stromleiter auf beiden Seiten in Form von gedruckten Schaltungen ausgebildet werden, wobei die Bauelemente mit den Stromleitern durch Löten oder Schweißen in Verbindung gebracht werden. Jede erforderliche Zwischenverbindung zwischen zwei Stromleitern auf entgegengesetzten Seiten der Unterlage i-rfolgt dann in der Weise, daß ein Loch durch die Leiter und die Unterlage gestanzt und ein Stift oder eine Öse durch das Loch geführt wird. Andererseits kann eine Verbindung dadurch erreicht werden, daß die Oberfläche der Unterlage innerhalb der Lochstelle mit stromleitendem Material überzogen wird. Derartige Verfahren zur Ausbildung der Stromleiter und der Zwischenverbindungen sind kostspielig und immer schwieriger herzustellen, da die Dimensionen der Bauelemente, der Unterlagen und der Stromleiter immer kleiner werden.

Elektrische Stromkreisanordnungen, bei denen auf einer Unterlage befestigte elektrische Bauelemente über eine Stromleiteranordnung auf der Unterlage verbunden sind, sind bereits bekannt (Funk-Technik Nr. 24/1947); auf einer Grundplatte aus Isolierstoff wird auf einer Seite eine Gruppe von parallelen, horizontalen Metallstreifen einzeln mit einem Stempel aufgepreßt und mit der Grundplatte über thermoplastisches Material verklebt. Eine Gruppe von paralle-

ao len. vertikalen Metallstreifen ist in ähnlicher Weise ausgebildet und mit der tntgegengesetztcn Seite der Grundplatte verklebt. Eine Verbindung zwischen einem vertikalen Streifen und einem horizontalen Streifen erfolgt an einer Kreuzungsstelle durch Nieten

as oder durch einen Verbindungsdraht, der durch ein Loch in der Grundplatte geführt ist. Eine derartige Zwischenverbindung ist nicht einwandfrei und entspricht nicht den Anforderungen, die von der Technik gestellt werden.

Weiterhin ist eine optische Vorrichtung bekannt (USA.-Patentschrift 2 906 016), mit der die exakte Anordnung von Stromkreiselementen in vorbestimmten Stellungen auf einer vorbereiteten Anschlußplatte vereinfacht wird.

Nach einem weiteren bekannten Vorschlag (USA.-Patentschrift 3 159 486) ist eine Speicherplatte bekannt, auf der stromleitende Wicklungen auf entgegengesetzten Flächen einer Grundplatte dadurch hergestellt werden, daß eine getrennte Belichtungsmaske für jede Fläche verwendet wird. Hierbei handelt es sich um eine grundlegend andere Herstellungsmethode als im Falle vorliegender Erfindung.

Auch ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von identischen, gedruckten Schaltungen unter Verwendung eines Musters in Form eines Kondensi.tors. dessen Fläche in zwei elektrisch stromleitende Teile unterteilt ist, wobei ein Teil die Konfiguration der gewünschten Leitungszüge aufweist, bekannt (deutsche Auslegeschrift 1061401). Der Kondensator ist elektrostatisch aufgeladen und mit einem thermoplastischen, dielektrischen Pulver bestäubt, das eine Affinität für eine Polarität der Ladung besitzt. Das durch dieses dielektrische Pulver gebildete Schema aus Leitungszügen wird dann auf eine gedruckte Schaltplatte übertragen, die selektiv geätzt werden muß, damit die gewünschte Schaltung entsteht. Die Schritte des Aufladens, Bestäubcns und Übertragens des Staubschemas auf weitere gedruckte Schaltungsplatten wird dann wiederholt.

Schließlich ist auch eine Mikroschaltung mit einem Kondensator und einem Widerstand auf einer gedruckten Schaltungsplatte bekannt (deutsche Auslegeschrift I 142 397), wobei der hohe elektrische Widerstand von Tantal für das Widerstandselemcnt und der niedrige Widerstand von Silber für die Platten des Kondensators und die Endverbindungen des Widerstandes verwendet wird.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein

Verfahren zur Herstellung elektrischer Schallplatten anzugeben, bei denen die Zwisehenverbinduncen zwischen der ersten und der zweiten Gruppe von Siromleitern in besonders einfacher, zweckmäßiger und billiger Weise hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird crfindungsgemäti dadurch gelöst, daß eine Schicht aus einem Photowiderstandsmaterial auf einer ersten Gruppe von Leitern aufgebracht wird, daß dann eine zweite Gruppe von Leitern auf der Obe-^f'äche der Schicht aus Photowiderstandsmatenal au ·· bildet wird und daß die zweite Gruppe von Leilern wahrend der Belichtung des Photowiderstandsmaterials als die nicht durchscheinenden Flachen einer Maske dienen und die belichteten Teile der Photowiderstandsschicht anschließend entfernt werden.

Vorzugsweise werden an ausgewählten Kreuzungsstellen der Stromleiter Zwischenglieder ausgebildet. die treigelegte Teile von Stromleiterp der beiden Gruppen miteinander verbinden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die elektrischen Leiter der zweiten Gruppe durch Aufbringen einer kontinuierlichen Schicht eines stromleitenden Materials auf die Photowiderstandsschicht und durch selekiives Wegätzen der Schicht aus stromleitendem Material zur Bildung der getrennten I eiter der zweiten Gruppe ausgebildet werden.

Ferner wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, daß eine Schicht aus Photowiderstandsmaterial ube.r der zweiten Gruppe von Stromleitern und den freigelegten Teilen der ersten Gruppe von Stromleitern ausgebildet wird, daß die Photowiderstandsschicht von den ausgewählten Kreuzungsstellen entfernt wird, daß eine kontinuierliche Schicht aus stromleitendem Material aufgebracht wird, und daß die Teile der Schicht aus stromleitendem Material entfernt werden, die auf der Photowiderstandsschicht aufliegen, indem der Rest der Schicht aus Photowiderstandsmaterial entfernt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich auf besonders einfache und zweckmäßige Weise eine Zwischenverbindung zwischen zwei Gruppen von Stromleitern erreichen, die auf einer elektrischen Schaltplatte aufgebracht sind.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung erläutt/t.

F i g. I zeigt aufgeschnitten eine Ansicht eines Teiles einer elektrischen Stromkreisanordnung und

Fig. 2 eine Schrägansicht eines Details einer elektrischen Stromkreisanordnung gemäß der Erfindung.

Eine Unterlage I zur Aufnahme einer Matrix integrierter Stromkreisbauteile 2 ist aus einer gesinterten Aluminiumoxydkeramik hergestellt. Ein Satz von Speiseleitern 3, die Energiequellen mit den integrierten Stromkreisbauteilen 2 verbinden, sind auf der Unterlage 1 dadurch ausgebildet, daß ein Überzug aus Gold in einer Glasmatrix durch einen Seidenraster niedergeschlagen und dann der Überzug gebrannt wird.

Eine Isolierschicht 4 wird über den Stromleitern 3 dadurch ausgebildet, daß die Unterlage I und die Stromleiter 3 mit einer Glasur durch einen Seidenraster hindurch überzogen werden, der ein solches Muster aufweist, daß eine Matrix von öffnungen 5 in der Schicht4 erzeugt wird; der Überzug wird dann nach dem Niederschlagen gebrannt. Andererseits kann ein kontinuierlicher Glasurüberzug niedergeschlagen und gebrannt und die öffnungen 5 dann durch Ätzen ausgebildet werden. Aus Gründen der einfacheren Darstellung sind die Schicht 4 und eine weitere Isolierschicht, die weiter unten beschrieben wird, in Fig. 2 weggelassen.

Eine Erdungsebene 6 wird dann über der Isolierschicht 4 durch ein ähnliches Verfahren ausgebildet, wie es für das Niederschlagen der Speiseleiter 3 verwendet wurde; die Erdungsebene 6 besitzt dabei Öffnungen, die den öffnungen 5 entsprechen. Die Er-

dungsebene 6 weist eine Reihe von Erhebungen 7 auf, von denen eine sich in jede Öffnung erstreckt, damit eine Verbindung zu dem Bauteil 2 erhalten wird. Die Erdungsebene 6 ergibt einen Rückführpfad für die Speiseströme und isoliert auch die Stromleiter 3 gegen

die Signalleiter, die weiter unten beschrieben sind.

Eine weitere Isolierschicht 18 ähnlich der Schicht 4 wird dann über der Erdungsebene 6 ausgebildet, und ein Satz von parallelen Sigr.„:Ieitern8, die sich längs der Unterlage 1 erstrecken, wiru auf der Schicht 18

durch Vakuumniederschlag von Gold durch eine Maske hindurch hergestellt. In der Mask.·; sind solche Öffnungen vorhanden, daß die Stromleiter 8 sich nur in einem kleinen Abstand über die öffnungen 5 erstrecken. Die Stromleiter 8 können eine Breite in der Größenordnung von 0,125 mm aufweisen.

Die gesamte Oberfläche w ird dann mit einer positiven photoempfindlichen Schutzschicht überzogen, worauf dann ein aufgedampfter Goldfilm folgt. Ein weiterer Belag der positiven Schutzschicht wird über die

ganze Fläche niedergeschlagen und eine photografische Maske über die Schutzschicht gelegt, wobei die Maske ein Schema von undurchsichtigen Stäben besitzt, die den Isülierstreifen 9 entsprechen, welche über den Leitern 8 und vorzugsweise rechtwinkelig zu den Leitern 8 ausgebildet werden sollen. Die Decklage der Schutzschicht wird dann durch die Maske hindurch mit ultraviolettem Licht belichtet und entwickelt, die belichteten Teile der Schutzschicht werden dann aufgelöst, damit Goldstreifen zwischen den erwünschten holzstreifen 9 sichtbar werden. Diese Goldstreifen werden dann weggeätzt, wobei Streifen der unteren Schutzschicht sichtbar werden. Diese Schutzschichtstreifen werden belichtet und entwickelt, wodurch die belichteten Schutzschichtstreifen aufgelöst werden.

Der übrige Teil der Decklage der Schutzschicht wird ebenfalls aufgelöst. Somit wird ein Satz von parallelen Schutzschichtstreifen 9 mit einem Satz von Goldsignalleitern 10, die darauf aufgebracht sind, ausgebildet. Die Löcher in der Maske weisen eine solche Gestalt auf, daß die Stromleiter 10 die Öffnungen S nicht kreuzen, bestimmte Leiter 10 besitzen jedoch Erhebungen, die in die Öffnungen 5 hineinragen, damit sie mit den Bauteilen 2 verbunden werden.

Nunmehr ind zwei aufeinander senkrecht stehende Sätze von Signalleitern 8 und 10 ausgebildet worden. Da die Isolation 9 unterhalb der Stromleiter 10 die Form von Streifen aufweist, liegen die Leiter 8 zwischen den Leitern 10 frei.

Um die größte Flexibilität bei dieser Stromleiteran-Ordnung zu erzielen, ist es erforderlich, in einigen der Stromleiter 8 und 10 Diskontinuitäten herzustellen, durch die die Stromleiter 8 und 10 in Abschnitte unterteilt werden. Dieser Vorgang wird durch Funkenbearbeitung erzielt, bri dereine Elektrode in der Nähe der Stromleiter 8 oder 10 angeordnet wird, und ein Funken durch Anlegen einer Spannung zwischen der Elektrode und dem Stromleiter erzeugt wird. Ein Teil des Stromleiters 8 oder 10 wird dahei entfernt und hil-

det eine Diskontinuität, z.B. die Diskontinuität 11. Durch die Ausbildung von Diskontinuitäten an verschiedenen Stellen werden Abschnitte von Stromleitern, z·. B. die Abschnitte 12 bis 14 ausgebildet.

Verbindungen zwischen ausgewählten Stromleiterabschnittcn werden durch die Ausbildung von stromleitenden Gliedern, z. B. den Gliedern 15 und 16, an den Krcuzungrpunkten der ausgewählten Stromleiterabschnitte hergestellt. Um die Glieder an vorbestimmten Kreuzungsstellen auszubilden, wird eine positive Schutzschicht oberhalb des gesamten Stromleiterbereiches erzeugt und von einer Elektronenstrahlquelle abgetastet, die eingeschaltet wird, wenn jede der vorbestimmten Kreuzungsstellen abgetastet wird. Dieser Elektronenstrahl bringt die Schutzschicht an diesen Kreuzungsstellen zum Erweichen, und die weich gewordene Schutzschicht wird durch ein entsprechendes Lösungsmittel entfernt, so daß öffnungen bleiben. Eine Schicht aus Aluminium wird dann durch Vakuumniederschlag über der Schutzschicht ausgebildet. Die verbleibende Schutzschicht wird dann durch ein entsprechendes Lösungsmittel in einem mit Ultraschall behandelten Bad entfernt, wobei die unerwünschten Teile der Aluminiumschicht damit entfernt und nur die Glieder belassen werden. Damit ist nun ein stromleitender Pfad vorhanden, der z. B. durch den Stromleiterabschnitt 12, das Glied 15, den Abschnitt 13 und das Glied 16 zu einem Teil i 7 eines der Stromleiter 8 verläuft. Durch Ausdehnung dieser Vorgänge können sehr komplizierte Stromleiterausbildungen erstellt werdr n.

Wenn es zu irgendeinem Zeitpunkt erwünscht ist, die Stromleiterausbildung zu ändern, können weitere Glieder und Diskontinuitäten in ähnlicher Weise hergestellt werden, es können Glieder durch Funkenbearbeitung oder durch chemische Wirkung entfernt und unerwünschte Diskontinuitäten durch neue Glieder überbrückt werden. Damit wird ein sehr flexibles System von Zwischenverbindungen erreicht.

Wenn die erwünschte Stromleiterausbildung vorgesehen worden ist, werden die Bauteile 2 (von denen nur zwei in F i g. 1 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit dargestellt sind) über die öffnungen 5 gesetzt, wobei die Verbindungsstege auf den Bauteilen 2 in Berührung mit den Teilen der Stromleiter 3,8 und 10 und der Erdungsebenc 6 stehen, welche in die öffnungen 5 hineinragen. Die Stege werden dann mit diesen Teilen nach einem Ultraschallschweißverfahren verschweißt. Um ein Verschweißen zu vereinfachen, können Aluminium- oder Goldauflager beispielsweise durch einen Plattiervorgang mit jedem der Stromleiterteile oder mit den Verbindungsstegen befestigt werden, bevor der Sch weiß Vorgang durchgeführt wird.

Obgleich in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Unterlage aus Alumiumoxyd besteht, kann sie andererseits auch aus Glas, aus Silizium oder aus einem stromleitenden Material, wie z. B. Aluminium, hergestellt sein. In letzterem Falle würde eine Schicht aus Isoliermaterial, z. B. Aluminiumoxyd, Siliziummonoxyd, oder eine Photowiderstandssrhicht über der Unterlage 1 ausgebildet werden, bevor die Leiter 3 niedergeschlagen werden.

Die Bauteile 2 können andererseits in Aussparungen in der Unterlage 1 eingesetzt werden, entweder vor dem Niederschlagen der Leiter oder hinterher. Mine Verbindung würde dann zwischen den Stegen und den Stromleitern entweder während des Niederschlagens der Stromleiter oder mit Hilfe von Aluminiumgliedern ähnlich den Gliedern 15 und 16 hergestellt werden. Andererseits können die Aussparungen durch öffnungen durch die Unterlage 1 hindurch ersetzt werden. Die Öffnungen könnten mit einem Füllstoff, z. B. einem geeigneten Wachs, gefüllt werden, und dann könnten die Stromleiter niedergeschlagen werden, wobei sie den Füllstoff überlappen. Die Stromleiter ίο könnten dann durch Elektroplattieren verstärkt, der Füllstoff entfernt, die Bauteile 2 in die öffnungen von der Unterseite der Unterlage 1 eingesetzt und die Stromleiter mit den Stegen durch einen Schweißvorgang verbunden werden, indem Aluminiumgliedcr niedergeschlagen werden oder ein anderes entsprechendes Verfahren zur Anwendung kommt.

Obgleich die Stromleiter 3.8 und 10 und die Erdungsebene 6 aus Gold bestehen können, können auch andere Metalle, vorzugsweise Edelmetalle verao wendet werden. Die Stromleiter 3 können andererseits durch Vakuumniederschlag einer Schicht aus Chrom oder Nickel-Chrom durch eine mit entsprechenden öffnungen versehene Maske ausgebildet und anschließend mit einer Schicht aus Gold versehen werden, die as in der gleichen Weise während des gleichen Evakuierungszyklus ausgebildet wird. Chrom oder Nickel-Chrom ergibt eine gute Bindung mit der Aluminiumoxydunicriage 1, während Gold einen Siiuni'iciici cigibt, der einen niedrigeren elektrischen Widerstand besitzt, jedoch widerstandsfähig gegen Oxydation ist. Die Isolierschichten können andererseits aus einer Schutzschicht bestehen, die durch eine Maske hindurch belichtet und entwickelt wird, oder sie können aus einem Polymer, z. B. polymerisiertem Dimethyl-Poly-Siloxan oder aus Siliziummonoxyd oder anderem entsprechenden Material hergestellt sein.

Die Goldleiter 8 und 10 können über entsprechende Chrom- oder Nickel-Chrom-Streifen ausgebildet sein, die dann die Goldleiter verstärken.
Die Isolationsschicht kann in Streifen zusammen mit den Stromleitern 8 in der gleichen Weise wie die Isolierstreifen 9 und die Signalleiter 10 ausgebildet werden.

Andere Verfahren des Niederschlagens.und andere Metalle können anstatt des verdampften Alurr. liums für die Glieder 15 und 16 verwendet werden; es können auch andere Verfahren zum Belichten der Schutzschicht an den vorbestimmten Kreuzungsstellen verwendet werden, z. B. durch Lichtstrahlabtastung. Andererseits könnte die Schutzschicht ultraviolettem Licht über eine Maske ausgesetzt sein, dies würde jedoch erfordern, daß eine unterschiedliche Maske für jede Stromkreisausbildung verwendet wird.

Die Funkenbearbeitung ist ein zweckmäßiges Verfahren zur Ausbildung der Diskontinuitäten 11, es können jedoch auch andere Verfahren, z. B. Elektronenstrahlabtastung oder Laserstrahlabtastung, chemisches Ätzen, mechanisches Einkratzte oder Trennen durch Kondensatorentladung vorgesehen werden.
Obgleich das Zwischenverbindungssystem besonders vorteilhaft zur Anwendung bei integrierten Stromkreisen ist, kann es auch zur Zwischenverbindung anderer Arten von elektrischen bzw. einschließlich elektronischen Bauelementen verwendet werden, die auf einer Unterlage befestigt sind.

Schul/ wird nur für ein Verfahren gemäß den Patentansprüchen begehrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltplatte mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von elektrischen Leitern, die jeweils parallel zueinar ' r angeordnet sind und einander in einem Winkel kreuzen sowie voneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem Photowiderstandsmaterial auf einer ersten Gruppe von Leitern (8) aufgebracht wird, daß dann eine zweite Giuppe von Leitern (10) auf der Oberfläche der Schicht aus Photowiderstandsmaterial ausgebildet wird und daß die zweite Gruppe von Leitern (10) während der Belichtung des Photowiderstandsmalerials als die nicht durchscheinenden Flächen einer Maske dienen und die leuchteten Teile der Photowiderstandsschicht anschließend entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an ausgewählten Kreuzungsstellen der Stromleiter (8 und 10) Zwischenglieder (15, 16) ausgebildet werden, die freigelegte Teile von Stromleitern der beiden Gruppen miteinander verbinden.

3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (10) der zweiten Gruppe durch Aufbringen einer kontinuierlichen Schicht eines stromleitenden Materials auf die PhotowiderstandsSs-hicht -nd durch selektives Wegätzen der Schich. ?.us stromleitendem Maierial zur Bildung der getrenr. .en Leiter der zweiten Gruppe ausgebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus Photowiderstandsmaterial über der zweiten Gruppe von Stromleitern (10) und den freigelegten Teilen der ersten Gruppe von Stromleitern (8) ausgebildet wird, daß die Photowiderstandsschicht vor. den ausgewählten Kreuzungsstellen entfernt wird, daß eine kontinuierliche Schicht aus stromleitendem Material aufgebracht wird, und daß die Teile der Schicht aus stromlei .ndern Material entfernt werden, die auf der Photowiderstandsschicht aufliegen, indem der Rest der Schicht aus Photciwiderstandsmaterial entfernt wird.