DE2111396B2

DE2111396B2 - Verfahren zur herstellung elektrischer leiterplatten

Info

Publication number: DE2111396B2
Application number: DE19712111396
Authority: DE
Inventors: Robert Page Lloyd Harbor Huntington N.Y. Burr (V.St.A.)
Original assignee: Photocircuits Corp
Current assignee: Kollmorgen Corp
Priority date: 1970-03-05
Filing date: 1971-03-05
Publication date: 1976-04-29
Also published as: JPS5550399B1; NL7103009A; CA932478A; JPS5710592B1; GB1352557A; FR2084258A5; AT312731B; DE2111396A1; NL173907B; NL173907C

Description

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Leiterzugendpunkt aus einer Metallhülse gebildet wird, die das Trägermaterial durchdringt und mit dem Draht des Leiterzugs elektrisch verbunden

ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Leiterzüge des Leiterzugmusters aufgebracht werden, daß anschließend und vorzugsweise nach dem Aushärten der haftvermittelnden Oberflächenschicht des Trägermaterials an den Orten von Leiterzugenden sowie anderen gewünschten Orten Löcher hergestellt werden, welche das Trägermaterial und den Leiterzugdraht durchdringen, so daß Lochwandungen entstehen, die zum Teil von der oder den Leiterzugdrahtstirnflächen gebildet werden und daß anschließend die Lochwandungen in an sich bekannter Weise metallisiert bzw. mit Stiften oder Hülsen versehen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Drahtstirnfläche und Stift bzw. Röhrchen durch Löten oder Schweißen erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial zunächst in an sich bekannter Weise mit einem Leiterzugmuster nach Art der gedruckten Schaltungen versehen wird, daß anschließend eine oder beide Oberflächen mit einer Jsoliermaterialschicht versehen werden, die der Verankerung der Drähte eines Leiterzugmusters dient, hierauf die Leiterzugdrähte aufgebracht und zugleich verankert werden und schließlich die Verbindung zwischen Leitern der gedruckten Schaltung und jenen aus Draht und der Außenwelt bzw. zwischen Leitern der verschiedenen Leitermuster nach Anspruch 9 bzw. 10 erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie zum Verankern des Drahtes während des Auflegens als Ultraschallenergie zugeführt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten aus flächigem Trägermaterial und aus Leiterzügen, bestehend aus voll oder hohl ausgebildetem Draht, die auf dem Trägermaterial angeordnet sind und dort ein Leiterzumriuster aus Drahtabschnitten bilden, bei welchem der auf einer Vorratsstrommel od.dgl. befindliche Draht mittels einer Führungseinrichtung, wie einer Düse od.dgl., auf der Oberfläche des Trägermaterials angebracht wird.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art zum Aufbringen von Schaltdrahten auf plattenförmigen Trägern in Kernmelde-, insbesondere Fernsprechanlage^

zeichnet sich dadurch aus, daß die Schaltdrähte durch Einschlaufen in Bohrungen der Platten festgelegt werden (DT-AS 1245 469). Die Verdrahtung erfolgt mit einem Verlegungskopf, welcher vorzugsweise automatisch gesteuert wird, wobei dieser nach dem Nähmaschinenprinzip an abisolierten Stellen als lose Schlaufe in hierfür vorgesehene Öffnungen des Isolierstoffträgers eingeführt wird, um von einer Art Schußfaden verankert zu werden.

Damit wird zwar eine Plattenverdrahtung erhalten, bei welcher während des Verlegungsverfahrens der Schaltdraht einem sehr großen Zug unterworfen werden kann, ohne daß bereits eingeschlaufte Stellen sich wieder lösen und bei welcher schwere Bauelemente an dem verlegten Schaltdraht angehängt werden können, ohne daß er von der Platte abgerissen wird, aber keine Verdrahtung, die bezüglich ihier fertigungstechnischen Wiederholbarkeit und genauen Ausrichtung der Drahtabschnitte den hier interessierenden Anfordeiungen genügt.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren (US-PS 2 958 926) wird die Verdrahtung eines elektrischen Netzwerkes oder einer Grundplattenuntereinheit auf einem plattenförmigen Isoliermaterial dergestalt verankert, daß gefaltete Schaltdrahtabschnitte durch die Isolierstoffplatte geführt werden und als Anschlußelemente ausgebildet werden, die auf der anderen Seite herausragen. Die einzelnen die Leiterzü^e bildenden Drähte sind zwischen den Verankerungspunkten lose, d.h. nicht auf der Oberfläche des Trägermaterials festgelegt, sondern lediglich in den bestimmten Anschlußpunkten im Trägermaterial dadurch verankert, daß besondere, durch das Trägermaterials reichende Drahtschleifen gebildet werden, die auf der anderen Seite herausstehen. Bei einer solchen Verankerung ist es notwendigerweise unmöglich, dafür zu sorgen, daß die einzelnen Leiterzüge fest und unverrückbar auf der Oberfläche des Trägermaterials festgelegt sind; eine solche unverrückbare Festlegung ist jedoch nicht nur vorteilhaft, um eine besonders hohe Leiterdichte zu erreichen, sie ermöglicht es auch erst, Leiterbahnen herzustellen, bei denen der Draht zwischen zwei Anschlußpunkten eine Unstetigkeit im Bahnverlauf - also beispielsweise einen Knickpunkt, aufweist.

Die Möglichkeiten waren bisher nur bei den gedruckten Schaltungen gegeben, die jedoch für Leiterzüge hoher Dichte bekanntlich sehr viel Zeit und Aufwand benötigen, um die entsprechenden Schaltungszeichnungen oder photographische Abbilder als Vorlagen für die Herstellung der Schaltungen anzufertigen und auf die Trägerplatten zu übertragen. Neben den verhältnismäßig großen Kosten haften diesen Verfahren auch noch weitere Nachteile an. Beispielsweise sind die auf diese Weise hergestellten gedruckten Leiterlinien hoher Flächendichte verhältnismäßig dünn und neigen zu Kurzschlüssen und Unterbrechungen. Außerdem neigen gedruckte Leiter dazu, so haftfest mit der Unterlage verbunden zu sein, daß nachträgliche Änderungen oder Reparaturen sehr schwierig und kostspielig sind, wenn nicht praktisch unmöglich. Wirtschaftlich attraktiv sind die gedruckten Schaltungen daher zweifelsfrei nur für die Massenfertigung.

Die gedruckten Schaltungen waren ursprünglich entwickelt worden, um die Massenfabrikation von elektronischen Geräten mit unkomplizierten, verhältnismäßig billigen Bauteilen zu verschen. Für die mnderne Technik, die eine große Leiterdichte auf kleinem Raum für verhältnismäßig niedrige Stückzahlen ^erlangt, ist die konventionelle gedruckte Schaltungstechnik nicht immer vorteilhaft. Es werden deshalb in immer größerem Maße Drahtschaltungen der eingangs genannten Art verwendet. Bei der Herstellung von Drahtschaltungen sind die Werkzeugkosten geringer und sie sind deshalb für kleine Stückzahlen günstiger, die Leiterdichte infolge der genannten Verlegeart aber noch geringer als bei vergleichsweise gedruckten Schaltungen.

In diesem Zusammenhang ist es für drahtverlegte Leiterplatten auch schon bekannt, die Drahtabschnitte auf die Unterlage aufzukleben (US-PS

i's 3 353 263). Hierfür wird die Verbindungsseite der isolierstoffplatte mit einem Isolierfilm versehen, und zwar in einem vergrößerten Anschlußflächenbereich, so daß nachfolgend wieder ein elektrischer Leiter, der von einer Drahtspulc abgewickelt wird, auf diese Isolierschicht gelegt werden kann.

Schließlich ist es auch noch bekannt, blanke Drähte vor ihrer endgültigen Verankerung und nach Verlegung ai'f einer Unterlage temporär zu fixieren (US-PS 3 247314). Das zeitweilige Festhalten erfolgt mittels Haftkiammern und ist daher aufwendig, zeitraubend und bezüglich der Genauigkeit fehlerbehaftet.

Auch soll noch eine Vorrichtung zum Befestigen blanker Leitungsdrähte auf thermoplastischen Kunststoffunierlagen Erörterung finden (DT-PS 1 183 151), bei der durch Erwärmung von Drahtstellen, vorzugsweise durch Stromstoß, die Verlegung in Isolierstoffplatten ^wischen zwei Elektroden vorgenommen werden kann, die dann zwangläufig jedoch nur von thermoplastischer Natur sein können.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, bei dem weder die erwähnten Mängel der gedruckten Schaltungen noch die der Drahtschaltungen vorliegen sollen, so daß bei großer Anpassungsfähigkeit und nachträglich wenig aufwendiger Ärsderungsmöglichkeit der Drahtschaltung eine hohe Leiterdichte bei exakt reproduzierbarer und freizügiger Verlegung, einschließlich der gegebenenfalls erforderlichen Knickpunkte, möglich wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Weiterbildungen dieser Aufgabenlösung und vorteilhaften Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Damit sind nach dem vorliegenden Verfahren auch für höchste Leiterdichten keine exakten Zeichnungen oder photographische Vorlagen - wie bei gedruckten Schaltungen - mehr erforderlich und es können beliebig viele absolut identische Schaltungen hergestellt werden.

Das Schaltschema kann beliebig, geformte Leiter mit Knickpunkten und mit beliebig vielen Kreuzungspunkten enthalten. In einer charakteristischen Ausgehtaltungsform besteht die Schaltung aus einem Leiter mit mehreren Knickpunkten, der an jedem Ende ein Anschlußclement besitzt.

!Die als »drahtgeschriebene Schaltung« zu bezeichnende Leiterplatte ähnelt äußerlieh weitgehend einer gedruckten Schaltung. Reparaturen. Änderungen und das Austauschen einzelner Leiter ist sehr einfach und von Hand durchführbar. Falls erforderlich, ist es auch ohne weiteres möglich. Schaltungen auf Tragerplatten zu »schreiben«, die bereits mit Erdungen oder Strom-

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anschlüssen oder ähnlichem versehen sind, oder auch Knickpunkte in einem Lcitcrabschnitt ist praktisch auf solchen, die auf der anderen oder sogar auf der unbegrenzt. Ebenfalls kann die Leiterbahn auch begleichen Seite eine gedruckte Schaltung tragen. reits vorhandene Leiter kreuzen. Zusätzlich zu der

Die Lage der Leiter, ob geradlinig oder geknickt, durch die einzelnen Leiterabschnitte gegebenen Anwird durch die unmittelbare Fixierung auf der Ober- 5 Schlußelementen können weitere Anschlußelemente fläche der Trägerplatte absolut unveränderbar; abge- an beliebigen Punkten der Trägerplatte vorgesehen sehen von den Verbindungsstellen mit den Anschluß- werden, beispielsweise durch Bohren oder Stanzen elementen weisen die Leiter keinerlei Diskontinuität von Löchern. Wenigstens an Kreuzungspunkten ist ^auf· ^der verwendete Draht zu isolieren. Es ist deshalb vor-

Das Verfahren zur Herstellung von mit Knick- ₁₀ teilhaft für die erfindungsgemäßen Schaltungen in der

punkten versehenen Leitern soll im folgenden bei- Regel isolierten Draht zu verwenden,
spielsweise an Hand der Zeichnungen verdeutlicht Das vorliegende Verfahren läuft folgendermaßen

und näher beschrieben werden. Es zeigen ab:

Fig. IA bis 1 H Darstellungen der einzelnen Ver- Von einer Vorratsrolle wird der Draht in den Füh-

fahrensschritte des Verfahrens, ,₅ rungskopf einer Drahtführungsvorrichtung geführt.

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine fertige, nach dem Der Führungskopf befindet sich oberhalb der Träger-Verfahren hergestellte Leiterplatte, platte und wird zusammen mit der Vorrichtung so in

Fig. 3 eine Draufsicht entsprechend Fig. 2, jedoch seinen Bewegungsabläufen gesteuert, wie es das ge-

nach der Einbringung von Löchern für weitere An- wünschte Schaltbild erfordert. Zusätzlich ist eine Vor-

schlußelemente, ₂₀ richtung vorgesehen, welche der Oberfläche gleich-

Fig. 3A eine Draufsicht auf den Teil der Leiter- zeitig mit der Drahtniederlegung Hafteigenschaften

platte, in dem die Anschlußelemente angebracht wur- verleiht und damit den Draht im gleichen Augenblick

den, die der Verbindung mit weiteren Bauteilen die- da er die Oberfläche berührt, auch auf dieser fixiert!

^nen' ^Der Vorgang wird im einzelnen später noch erläutert

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte, die mit _a5 werden.

einer »drahtgeschriebenen Schaltung« überdeckt Wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt, besteht die Unterwerden soll, oder auf deren Rückseite eine solche an- lage 10 aus einer Trägerplatte 11 welche aus thermogebracht werden soll, plastischem oder wärmeaushärtbarem Harz oder aus

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung einer Leiter- Keramik besteht, und einem Überzug aus einem wärplatte, die auf der einen Seite eine gedruckte, auf der _3O meaushärtbaren Kleber 12, in den die isolierten Leianderen eine »drahtgeschriebene« Schaltung trägt, terdrähte eingebettet sind und der vor dem Einbetten und an welche noch ein weiteres Bauteil angefügt der Leiterzüge teilweise ausgehärtet ist. Die Leiter 14 ^wurde' werden, bevor sie in Berührung mit der Oberfläche

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung eines anderen der Trägerplatte kommen, mit einem nichtleitenden

verwendbaren Anschlußelements, ₃₅ Überzug aus wärmeaushärtbarem Harz od dgl verse-

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Draht- hen, welcher von dem Kleber auf der Trägerplatten-

führungsvorrichtung zur Durchführung des Verfah- oberfläche nicht angreifbar ist und beständig ist gegen

^re"^s: _ . . _ _u . _{J u} _Λ . _J „ ^{die zur} vollständigen Aushärtung des Klebers benö-

Fig. 7 A einen Querschnitt durch den mit der Vor- tigte Temperatur. Der Isolationsüberzug auf den

richtung von Fig. 7 auf die Trägeroberfläche auf ge- ₄₀ Drähten ist nicht in jedem Fall erforderlich und in

brachten Draht, manchen Anwendungsfällen kann auch blanker Draht

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der Vornch- verwendet werden,
tung von Fig. 7 und Isolierte Leitungsdrähte sind auf die Trägerplatte

Fig. 9,9 A, 9B einzelne Verfahrensschritte des Be- 11 gebracht und in dieser eingebettet worden Dieses

festigungsvorgangs des mit der Vorrichtung von Fig. 7 ₄₅ kann in der Weise geschehen, daß die Leiter in der

auf die Tragerplatte »geschriebenen« Drahtes. gewünschten Weise durch den programmiert geführ-

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der ten Führungskopf auf die Trägerplattenoberfläche ee-Draht auf oder in die Oberfläche einer Trägerplatte bracht werden, wie zuvor beschrieben oder daß diese gelegt und sofort auf oder in dieser verankert. Der anderweitig auf die Oberfläche der Trägerplatte geDraht wird zunächst vom Anfangspunkt zum End- ₅₀ klebt werden. Indem die Leiterzüge aufgebracht werpunkt geführt, dort abgeschnitten und anschließend den, werden sie in die Oberfläche oder den Oberflävon einem weiteren Anfangspunkt zum nächsten chenüberzug hineingepreßt und die Oberfläche Endpunkt geführt und dort wiederum abgeschnitten ausgehärtet. Hierfür werden die Leiter mittels einer und so fort, bis das gewünschte Schaltbild vollständig Walze in die Oberfläche hineingepreßt und anschlieaui die Tragerplatte geschrieben und verankert ist. ₅₅ ßend wird das wärmeaushärtbare Harz entweder Zur Verankerung des Drahtes auf der Trägeroberflä- durch Ausheizen der gesamten Leiterolatte oder ehe ist es besondere vorteilhaft, der Oberfläche durch durch Heizen nur der Leiter ausgehärtet Hierfür entsprechende Aktivierung, sei diese chemisch oder kommt eine Behandlung mit Wärmestrahlung Ultra durch Druck oder Wärmeeinwirkung oder durch Be- Schallschwingungen oder ähnlichem in Frage Die isostrahlung mit Energiequellen, wie beispielsweise Licht _6o Herten Leiter können auf einer oder beiden Oberflä oder Schall, Hafteigenschaften zu geben. chen der Trägerplatte angebracht werden. Auch kann

Bei Verwendung einer derartigen Trägerplatten- die Schaltungsplatte mit Anschlußelementen aller Art oberfläche wird gleichzeitig mit der Drahtschrift die versehen werden. Das Verfahren kann auch zur Er-Hafteigenschaft der Oberfläche aktiviert und der gänzung von bereits auf einer Isolierstoffplatte vorDraht dadurch sofort fixiert. Durch die sofortige Fi- ₆₅ handenen gedruckten Schaltungen verwendet werden xierung des Drahtes ist es ohne weiteres möglich, die In einem solchen Fall wird ein isolierter Draht einfach Richtung ein und desselben Leiters während der über die gedruckte Schaltung verlegt
»Schreibung« zu ändern. Die Zahl der so vorgebbaren Bei der Herstellung von Schaltungen nach dem vor-

liegenden Verfahren werden vorzugsweise erst die Leiter hergestellt und nachträglich die Löcher gestanzt oder gebohrt, und zwar von der mit Leitern versehenen Seite her, damit saubere und leitfähige Leiterenden entstehen. Anschließend werden in die Löcher Stifte od.dgl. eingeführt und diese mit den Leiterenden durch Schweißen oder Löten verbunden. Die Lochwandungen können vorteilhaft so vorbehandelt sein, daß sie katalytisch für die stromlose Metallabscheidung wirken. Auch läßt sich für die Trägerplatte Material verwenden, welches bereits durch ein besonderes Herstellungsverfahren katalytisch auf die Metallabscheidung wirkt.

In Fig. 1A bis IH besteht die Trägerplatte aus Isolierstoff, welche mit einer Kleberschicht 12, vorzugsweise aus einem halbgehärteten, wärmeaushärtb'aren Harz bestehend, damit sie bei Zimmertemperatur fest ist, aber bei verhältnismäßig geringer Wärmeeinwirkung Klebereigenschaften aufweist.

Der Draht 14 wird auf die Trägerplatte 22 »geschrieben« und anschließend fest mit dieser verbunden und ergibt nach vollständiger Durchführung des Verfahrens die in Fig. IB gezeigte Schaltung. Der Draht 14 hat vorzugsweise einen Isolationsüberzug 19, um Kurzschlüsse engbenachbarter Leiter oder an Kreuzungspunkten zu vermeiden. Auf diese Weise kann eine sehr hohe Leiterdichte erzielt werden, so daß Mehrschichtschaltungen in den meisten Fällen vermieden werden können. Die feste Verbindung der Leiter mit der Oberfläche kann dadurch erzielt werden, daß die Leiter in den wärmeaushärtbaren Kleber 12 eingepreßt werden, und zwar unter gleichzeitiger Anwendung von Druck und Hitze. Eine andere Möglichkeit ist, eine feste Deckschicht auf die Kleberschicht 12 aufzubringen und beide durch Wärmeaushärtung fest miteinander zu verbinden. Eine derartige Schaltung ist in Fig. IC gezeigt.

Wie schon zuvor erwähnt, werden die Löcher anschließend gebohrt, und zwar an den Enden der Leiter oder an jenen Stellen, an denen zusätzliche Anschlußelemente erwünscht sind. Wie zuvor beschrieben, enden die Leiter in der Metallisierung der Lochinnenwand 15. Eine entsprechende Darstellung findet sich in Fig. 1D. Fig. 1E zeigt die Anschlußlöcher mit der Lochinnenwandmetallisierung 16. Die Leiterdrähte an den erwünschten Kontaktstellen können beispielsweise durch Einschlagen von Stiften gespalten werden und dadurch einen innigen Kontakt vorgeben. Bei diesem Verfahren entfällt das Bohren oder Stanzen von Löchern. Eine solche Schaltung ist in Fig. IG dargestellt, die Stifte 23 spalten die Leiterdrähte 14 an den Kontaktstellen 14'. Vorzugsweise werden die Kontaktstifte 23 mit einem leicht schmelzenden Metall oder einer Legierung überzogen und durch eine Wärmebehandlung ein inniger Kontakt zwischen den Leitungsdrähten und den Anschlußstiften hergestellt. Wenn es sich um hohle Stifte handelt, können diese lötösenartig ausgebildet sein. Eine derartige Ausgestaltungsform ist in Fig. 1H dargestellt. Die gebildete Lötöse 27 wird mit einem niedrig schmelzenden Metall überzogen wie 27', durch eine Wärmebehandlung schmilzt der Überzug und ein inniger Kontakt mit dem Leiter 14' ist hergestellt.

Eine weitere Ausgestaltungsform ist in Fig. IF dargestellt. In diesem Fall wird die fertig ausgelegte Schaltung mit Löchern 29 versehen. Jedes Loch ist von einer Lötöse 33 mit Kontaktstift 33' umgeben. Die Kontaktstifte 33' ragen über die Unterseite der Trägerplatte hinaus. Der Leiter 14' wird mit der Lötöse 33 fest verbunden. Die Verbindung wird in dei Weise hergestellt, daß für die Leiter ein Spezialdrahl verwendet wird, dieser ist mit einem Kunststoffüberzug isoliert, trägt aber unter diesem Überzug eine Schicht aus leicht schmelzendem Metall. Wird der Draht nun einer Wärmebehandlung ausgesetzt, wie beispielsweise durch einen Lötkolben oder ähnlichem, so schmilzt der Kunststoffüberzug und das darunter

ίο befindliche niedrigschmelzende Metall wird ebenfalls flüssig und verbindet Lötöse und Draht.

Fig. 2 zeigt eine Leiterplatte, die eine Vielzahl von Leitern verschiedener Länge und Form enthält. Beispielsweise verlaufen die Leiter 14a und 14b völlig geradlinig und reichen noch über die übrige Schaltung hinaus. Andere, wie beispielsweise die in 14c gezeigten, haben eine Anzahl von Knick- und Kreuzungspunkten mit anderen Leitern. Andere Leiter, wie beispielsweise 14d, sind vergleichsweise sehr kurz.

Fig. 3 zeigt die Leiterplatte von Fig. 2, nachdem in diese Löcher gebohrt wurden. Einige der Löcher befinden sich an den Leiterenden. Andere, wie beispielsweise das Loch 15a im Leiter 14i>, teilen den Leiter in zwei oder mehrere Leitersegmente; die En-

2_S den der Leitersegmente liegen in der Lochwandung, um guten Kontakt mit den Anschlußelementen herzustellen. Außerdem befinden sich noch einige zusätzliche Löcher auf der Schaltungsplatte, die weder an den Drahtenden liegen noch überhaupt Kontakt zu den Leitern haben. Diese sind für weitere elektrische Bauteile vorgesehen. Die für die Leiter verwendete Drahtstärke liegt etwa zwischen 8 und 80 μ - sehr häufig wird Draht von 20 μ verwendet - als Überzug wird beispielsweise ein Polyamid verwendet. Ein isolierter Draht von 20 μ entspricht in seinen elektrischen Eigenschaften einem gedruckten Kupferleiter von 40 μ. Die Löcher in den Schaltungsplatten sind bei Verwendung von 20 μ Leiterdrahtstärke für gewöhnlich 120 μ, bei dünnerem Draht liegen diese in ihrer lichten Weite entsprechend niedriger, etwa bei 50 μ.

In F ig. 4 ist eine auf der Rückseite der Leiterplatte nach den Fig. 2 und 3 angebrachte gedruckte Schaltung gezeigt. Der Leiter 28 ist für Erdung und Strom-Versorgung vorgesehen.

Die Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch die Leiterplatten der Fig. 3 und 4. Die Leiter 14 sind auf die zuvor beschriebene Weise in der Kleberschicht 12 eingebettet. Das Bauteil 30 ist mit Stiften 30a und 3Of? versehen, die in die Löcher 15 eingeführt wurden und hier über die metallisierte Lochinnenwand den Kontakt zu den Leitern 14 herstellen. Die »drahtgeschriebene Schaltung«, die nach den vorliegenden hergestellt ist, wird in konventioneller Weise mit den übrigen Bauteilen verbunden. Wie dies in Fig. 3 A gezeigt wird, sind hierfür Anschlußfinger 8 vorgesehen; in Fig. 6 dienen hierfür die Nieten 102.

Für den eigentlichen »Drahtschreibevorgang« sind verschiedene Verfahren entwickelt worden. So kann in einer Ausgestaltungsform Ultraschallenergie für die Befestigung des Drahtes in der Kleberschicht 12 verwendet werden. Diese arbeitet gleichzeitig mit dem Führungskopf. Diese Ausgestaltungsform wird in Fig. 7 dargestellt. Der Draht tritt aus einer Vorrats-

₆. röhre aus und wird unter dem Einfluß eines durch Ultraschall mit Energie versehenen Druckfußes durch die Bewegung des Apparates in die gewünschte Lage gebracht; gleichzeitig wird die Oberfläche erweicht.

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Dabei ist der Spielraum zwischen dem Brett und der Drahtschreibevorrichtung genügend groß, um Drahtkreuzungen zu erlauben.

Was geschieht ist folgendes: Der Draht 14 wird bis zur Hälfte seines Durchmessers in die Kleberschicht eingebettet. Auf jeder Seite des Drahtes wird hierbei eine Furche gebildet, wie dies in Fig. 7 A gezeigt ist. Dies bewirkt eine besonders gute Haftfestigkeit des Drahtes in der Unterlage. Die Geschwindigkeit des Vorgangs beträgt im Durchschnitt 8 cm/sec. Dabei wird eine sehr gute Haftfestigkeit erzielt. Es ist aber durchaus denkbar, daß noch größere Geschwindigkeiten bis zu 30 cm/sec und darüber erreichbar sind. In der charakteristischen Ausgestaltungsform von Fig. 7 wird der Draht nach acht verschiedenen Richtungsvektoren ausgelegt. Neben dem Ultraschalldruckfuß ist der Führungskopf mit einem Mechanismus versehen, der die Drahtenden abschneidet und zu Beginn der neuen Zeile wieder Draht spendet. Die Drahtführungsrichtung ist gegeben durch die Bewegung des Arbeitstisches relativ zum Führungskopf. Der Führungskopf ist automatisch gesteuert. Während des »Schreibprozesses« legt der Führungskopf den Draht auf die Oberfläche des Trägers und sorgt gleichzeitig für seine Befestigung auf diesem. Bei jedem Knickpunkt formt und führt er den Draht entsprechend der gewünschten Richtung. Am Ende jeder Zeile schneidet er den Draht ab. Die automatische Steuerung des Führungskopfes bewirkt die großen Vorteile der Schaltungsherstellung vermittels »Drahtschrift«; nicht nur, daß eine exakte Lokalisation des Leiterverlaufs gewährleistet ist und diese exakt reproduzierbar ist, sondern darüber hinaus kann sie schon im voraus exakt bezeichnet werden und durch numerische Daten festgelegt werden.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann wie folgt gekennzeichnet werden: Der automatisch gesteuerte Arbeitstisch bekommt Steuerimpulse in X- oder y-Richtung. Jede Position betrifft entweder den Anfang oder das Ende eines Leiterabschnitts oder eine Knickstelle im Leiter, an der dieser seine Richtung ändert. Zwischen den einzelnen Positionen bewegt der Arbeitstisch sich linear. Der Führungskopf spricht auf Steuerimpulse an. Wenn die Schaltung vollständig ausgeführt ist, wird diese dem Arbeitstisch entnommen und für drei Minuten in eine Presse gebracht und gleichzeitig geeigneter Temperatur ausgesetzt. Dieser Vorgang dient der Verfestigung der eingebetteten Drähte in der Kleberschicht. Anschließend wird diese Kleberschicht voll ausgehärtet, indem sie etwa eine Stunde auf einer Temperatur von etwa 160° C gehalten wird. Die dem Führungskopf übermittelten Steuerimpulse können beispielsweise wie folgt lauten:

(1) Drehen des Drahtzuführungssystems im Uhrzeigersinn, und zwar in 1 bis 4 Schritten zu je 45°.

(2) Wie (1), aber im entgegengesetzten Drehsinn:

(3) führe neuen Draht zu;

(4) senke den Druckfuß;

(5) hebe den Druckfuß und schneide den Draht ab. ίο Die Drahtschreibvorrichtung ist in ihren wesentlichen Grundzügen in den Fig. 8 bis 9B dargestellt. Der Arbeitstisch kann durch das gesteuerte Triebwerk 18 in zwei Koordinaten frei bewegt werden. Die Platte kann deshalb in alle vier Richtungen bewegt und ihre Bewegung genau, entsprechend dem vorgezeichneten Programm, gesteuert werden, das mit dem Programm des Führungskopfes koordiniert ist. Der isolierte Draht 20 geht durch die Drahtführung 21; nach Austritt aus der Drahtführung geht er unter einer U-för-

ao migen öffnung 22 des Führungskopfes 24 hindurch. Der Führungskopf ist auf der Abbildung gerade gehoben; er senkt sich, um den Draht auf die Plattenoberfläche zu bringen. Eine Heizspirale 25 ist mit dem Führungskopf gekoppelt und hält diesen auf der ge-

a₅ wünschten Temperatur (1), um das wärmeaushärtbare Harz der Abdeckschicht 12 vorzuwärmen (2) und um diese Schicht anschließend so weit zu erwärmen, daß diese erweicht wird, so daß der Draht in diese eingebettet werden kann. Ein Abschneidegerät 26 ist benachbart zum Führungskopf angeordnet, und zwar zwischen Kopf und Drallführung 21. Das Abschneidegerät ist hier nicht in Funktion, es wird am Ende jeder »Schreibzeile« oder jedes Leiters gesenkt, um diesen von dem Vorratsdraht abzutrennen. Ein besonderer Mechanismus 30 schiebt zu Beginn der neuen Zeile ein entsprechendes Drahtstück vor. Zu diesem Mechanismus gehören auch die Rollen 31 und 32. Wenn sich der Führungskopf in Bewegung setzt, wird er zunächst so weit gesenkt, daß die Beine 34 die Trägerplatten berühren. Dann wird der Leiter 14 zum Teil in die Harzüberzugsmasse hineingedrückt. In dem Augenblick, in dem der Führungskopf die Überzugsmasse 12 berührt, und zwar, wie in Fig. 9 gezeigt, in den Punkten 35, beginnt er das Harz zu erwärmen. Letzteres wird dadurch erweicht und an den Rändern werden kleine Erhöhungen gebildet. Hai der Kopf seine Endposition erreicht und die Beine 34 berühren die Trägerplatte 11, so haben sich die Randwülste 37 um den Leiter gebildet. Die vollendete

J₀ Einbettung zeigen dieFig. 9 A und 9B; die Eindruckfurchen 38 werden von den Beinen 34 erzeugt.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplatten aus flächigem Trägermaterial und aus Leiterzügen, bestehend aus voll oder hohl ausgebildetem Draht, die auf dem Trägermaterial angeordnet sind und dort ein Leiterzugmuster aus Drahtabschnitten bilden, bei welchem der auf einer Vorratstrommel od. dgl. befindliche Draht mittels einer Führungseinrichtung wie einer Düse od.dgl. angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der auf das Trägermaterial nach einem vorgegebenen Muster aufzubringende mit einer Isolierschicht versehene Draht unmittelbar mit dem Auflegen auf die Oberfläche des Trägermaterials in seiner Lage fixiert wird, indem dieser Oberfläche bei der Drahtniederlegung Hafteigenschaften verliehen werden, so daß die Leiterzüge in ihrer geometrischen Lage zueinander und zum Trägermaterial festgelegt sind und der Verlauf eines jeden Leiterzuges kongruent mit der von der Führungseinrichtung bei seinem Aufbringen durchlaufenen Bahn ist, wobei die Bahn mindestens eines der Leiterzüge mindestens in einem Punkt unstetig verläuft bzw. einen Knickpunkt aufweist und mindestens zwei Leiterzüge einen Kreuzpunkt besitzen, und daß die eine beliebige Form aufweisenden Leiterzüge in ihrer Länge durch die zwei Endpunkte des dem betreffenden Leiterzug zugeordneten Verbindungsnetzes bestimmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial mit einer Schicht versehen wird, die aus einem wärmeaushärtbaren Material besteht, und daß diese Schicht beim Auflegen eines Drahtes lokal zumindest teilweise gehärtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auswärmehärtbarem Material bestehende Schicht zunächst beim Aufbringen des Drahtes durch Wärme klebfähig gemacht und soweit gehärtet wird, daß der Draht in seiner Lage eindeutig und zuverlässig fixiert wird, und daß die Schicht in einem späteren Verfahrensschritt voll gehärtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitig mit dem Aufbringen des Drahtes geschehene Verankerung desselben dadurch bewerkstelligt wird, daß dem Draht bzw. der mit diesem in Kontakt stehenden Stelle der Oberfläche des Trägermaterials über ein Bauelement der Drahtführungseinrichtung Wärme-Energie zugeführt wird, welche die Verankerung des Leitermaterials in der Oberflächenschicht des Trägermaterial bewirkt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

4. dadurch gekennzeichnet, daß der Draht beim Erreichen des Endpunktes des dem betreffenden Leiterzug zugeordneten Verbindungsnetzes vermittels eines Bauelements der Drahtführungsvorrichtung abgeschnitten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Leiterzugendpunkt durch Bohren oder Stanzen eines den Leiterzug und das Trägermaterial durchsetzenden Lochs gebildet wird, dessen Wandune in an sich bekannter Weise mit einem Metallbelag versehen wird, so daß der Leiterzug in der Lochwandmetallisierung endet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Leiterzugendpunkt aus einem Kontaktstift besteht, der das Trägermaterial durchdringt und mit dem Draht des Leiterzugs elektrisch verbunden