DE2759915C1

DE2759915C1 - Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung

Info

Publication number: DE2759915C1
Application number: DE2759915A
Authority: DE
Inventors: Gordon Francis Arbib; Wallace Hemel Hempstead Hertfordshire Rubin
Original assignee: Multicore Solders Ltd
Current assignee: Multicore Solders Ltd
Priority date: 1976-06-11
Filing date: 1977-06-07
Publication date: 1982-07-15
Also published as: HU177241B; IN146478B; IT1083506B; DE2725701A1; USRE30696E; IL52187A; FI771674A7; AU502483B2; LU77523A1; AU2604077A; CA1085275A; NL175705B; DE2725701C2; FR2354172B1; SU1042607A3; NL175705C; BE855242A; US4092182A; TR19703A; DK257877A

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, die für einen Einsatz in der Elektroindustrie sowie in der Elektronikindustrie geeignet Ist.

Zur Herstellung von gedruckten Schaltungen, wie sie beispielsweise In elektronischen Vorrichtungen eingesetzt werden, wird In herkömmlicher Welse ein Kupferleitermuster auf einem mit Kupfer beschichteten Kunststofflaminat durch Auftragen einer Ätzreserve, was Im allgemeinen durch Siebdrucken erfolgt, auf die Flächen erzeugt, an denen Kupferleiter vorliegen sollen, worauf beispielsweise mit einer Elsen(III)chlorldlösung das nichtbeschichtete Kupfer weggeätzt, die Ätzreserve entfernt, Im allgemeinen durch Siebdrucken eine Lötreserve auf die Flächen der gedruckten Schaltung, auf welche anschließend kein Lötmittel aufgebracht werden muß, aufgebracht wird, worauf die Schaltung vor dem Anmontieren der erforderlichen Komponenten gelagert, ein Schutzüberzug auf die Schaltung aufgebracht wird, wobei dieser Schutzüberzug entweder aus einem Zlnn/Blel-Lötmittelüberzug oder einem chemischen Schutzlack bestehen kann, der nicht vor der Flußmittelbehandlung und dem Löten entfernt werden muß. Anschließend werden die erforderlichen Komponenten auf der gedruckten Schaltung In der Welse montiert, daß die Bleidrähte von den Komponenten durch Löcher In der Schaltung geführt und mit den aufgedruckten Kupferleitern durch Löten verbunden werden. Das Löten kann von Hand erfolgen, beispielsweise unter Verwendung eines Lötkolbens, wobei ein Lötdraht mit einem Flußmittelkern verwendet werden kann, es kann auch automatisch in der Welse durchgeführt werden, daß zuerst ein flüssiges Flußmittel aufgebracht wird, beispielsweise durch Aufpinseln oder nach einer anderen bekannten Aufbringungsmethode, worauf auf die mit dem Flußmittel behandelte gedruckte Schaltung ein Lötmittel aufgebracht wird, beispielsweise durch Eintauchen oder durch eine ähnliche bekannte Methode. Um eine Zuverlässigkeit der auf diese Weise zusammengelöteten Verbindungen zu gewährleisten, werden die Bleldrähte mit einer Zlnn/Blei-Lötmlttelleglerung während der Herstellung der Komponenten überzogen. Flußmittelreste, die nach dem Löten übrig bleiben, werden Im allgemeinen entfernt, und es wird oft ein Schutzüberzug auf die fertige gedruckte Schaltung durch Aufplnse^^^derj^elcl^ aufgemacht, um die Schaltung gegenüber~"elr1erBescnaälgüng, beispielsweise In einer korrosiven Atmosphäre, zu schützen.

In der DE-AS 16 90 265 bzw. der DE-OS 23 12 482 werden Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen beschrieben, bei denen auf eine mit Kupfer beschichtete Trägerplatte zunächst eine auf der Trägerplatte verbleibende Ätzreserve auf die Leiterbahnen bildenden Stellen der Kupferkaschierung aufgebracht wird, und bei denen anschließend die nlchtabgedeckten Kupferbereiche abgeätzt werden.

Nachteilig bei allen bisher bekannten Verfahren Ist die arbelts- und kostenaufwendige Aufbringung eines Schutzüberzugs auf die fertigen gedruckten Schaltungen.

ίο Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen zu schaffen, bei dessen Durchführung sich die Aufbringung eines Schutzüberzugs erübrigt.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber den bekannten Verfahren den Vortel, daß die verwendete, aus einem Flußmittel bestehende Ätzreserve sowohl als Ätzreserve sowie anschließend als Flußmittel beim Verlöten von elektrischen Komponenten mit der Schaltung dient und darüber hinaus auch noch als Schutzüberzug über den bemusterten Flächen der geätzten Druckschaltung dient, auf welchen es nach Beendigung des Verfahrens zurückbleibt, so daß es nicht mehr notwendig 1st, einen getrennten Schutzüberzug aufzubringen, was eine erhebliche Zelt- und Kosteneinsparung bedingt.

Die Verwendung eines Materials, das sowohl als Ätzreserve als auch als Lötflußmittel dient, war bisher noch nicht bekannt und wird auch durch keines der bekannten Verfahren nahegelegt.

Bei dem eingesetzten Ester, der ein Molekulargewicht von mindestens 300 aufweist und Insbesondere ein Molekulargewicht von 300 bis 3000 besitzt und bei Raumtemperatur fest 1st, kann es sich um ein Ester handeln, der gebildet wird durch Umsetzung eines Polyhydroxyalkohols, wie z. B. Diäthylenglykol, Neopentylglykol, Glycerin, Trläthylenglykol, Dipropylenglykol, Trlmethyloläthan, Trlmethylolpropan, Pentaerythrit, Dlpentaerythrit, Sorbit, Mannit, Inosit oder Saccharose, mit einer organlsehen Mono- oder Polycarbonsäure. Geeignete Säuren können ausgewählt werden aus gesättigten Fettsäuren, wie z. B. Essigsäure oder Stearinsäure, aus ungesättigten Fettsäuren, wie z. B. Ölsäure, oder aus aromatischen oder cyclischen Carbonsäuren, wie z. B. Benzoesäure, Abietlnsäure oder modifizierte Abietinsäuren. Ester, die sich als besonders geeignet erwiesen haben, sind solche, die abgeleitet sind von Polyhydroxyalkoholen, die 2 bis 8, vorzugsweise 3 bis 6 Hydroxylgruppen enthalten, wie z. B. Pentaerythrittetraacetat, Pentaerythrittetrastearat, Pentaerythrittetraoleat, Pentaerythrittetrabenzoat, Mannithexaacetat, Triäthylen, Glykoldlbenzoat, Glycerinztribenzoat, Neopentylglykoldibenzoat, Trlmethyloläthantribenzoat und Saccharoseoctaacetat.

Es kann eine organische Säure (a) als Hilfsflußmittel verwendet werden, um dem Flußmittel eine ausreichende Azidität zu verleihen, so daß der Ester besser als Flußmittel wirken kann. Es kann sich um eine aliphatlsche oder aromatische Mono- oder Polycarbonsäure handeln, wie z. B. Stearinsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Linolsäure, Benzoesäure oder Salicylsäure. Die Menge der in dem Flußmittel vorhandenen organischen Säure übersteigt normalerweise nicht 20 Gew.-% der gesamten Zubereitung.

Zur Verbesserung der Flußmittelaktivität des Esters

(d. h. der Geschwindigkeit des Flleßens bzw. Schmelzens) wird ein Flußmittelaktivator verwendet. Ein derartiger Aktivator kann ausgewählt werden aus organischen Säuren, beispielsweise den vorstehend angegebenen Säu-

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ren, Sulfonsäuren, ζ. B. Dinonylnaphthalinsulfonsäure, sowie aliphatischen oder aromatischen Aminen und Hydrohalogeniden davon, wie z. B. Glycerin, Octadecylamln, Nikotinsäure, Cyclohexylaminhydrochlorid, 2-Chloräthylmorpholinhydrochlorid, Diäthylaminhydrochlorid, Trläthylaminhydrobromid sowie Anilinhydrochlorid. Die Menge des verwendeten Aktivators sollte normalerweise 20 Gew.-% der gesamten Zubereitung nicht übersteigen.

Da die Ester von Polyhydroxyalkoholen im allgemeinen wachsartig oder weich sind und bis zum Aushärten zu einem harzartigen Zustand nach dem Erhitzen auf die Verlötungstemperaturen und nach Abkühlenlassen einige Zelt benötigen, wird ein Flußmlttelrückstands-Härter (c) verwendet, bei dem es sich um einen Ester, beispielsweise Saccharosebenzoat, oder um eine Abietinsäurederlvat, z. B. ein polymerisates Harz, oder einen Ester einer modifizierten Abietinsäure, z. B. einen Pentaerythrttester eines mit Maleinsäure umgesetzten Harzes (maleinierten Harzes) handeln kann. Diese Flußmittelrückstands-Härter sollten einen erhöhten Schmelzpunkt, d.h. einen Schmelzpunkt von mindestens 100⁰C und vorzugsweise einen Schmelzpunkt innerhalb eines Bereichs von 100 bis 200° C, aufweisen. Die Menge des verwendeten Härters sollte normalerweise 20 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zubereitung, nicht übersteigen. Übt ein einzelner zusätzlicher Bestandteil die Funktion von 2 oder mehreren der Bestandteile (a), (b) und (c) aus, dann kann die Menge dieses Bestandteils kumulativ sein. Dies bedeutet, daß dann, wenn beispielsweise ein einziger Bestandteil alle drei Funktionen ausübt, bis zu 60 Gew-% dieses Bestandteils verwendet werden können.

Die eingesetzten Flußmittelzubereitungen können in Form einer Flüssigkeit hergestellt werden durch Auflösen der Bestandteile In einem organischen Lösungsmittel, dessen Auswahl von der gewünschten Viskosität und der gewünschten Trocknungsgeschwindigkeit der flüssigen Flußmittelzusammensetzung abhängt. Derartige erfindungsgemäße flüssige Flußmittelzusammensetzungen können mit Vorteil für die Herstellung von gedruckten Schaltungsanordnungen verwendet werden, da sie die Vereinfachung der vorstehend beschriebenen normalen Systeme ermöglichen und dadurch die Herabsetzung der Produktionskosten für die gedruckten Schaltungsanordnungen ermöglichen. Dadurch können die eingesetzten flüssigen FiuflmMeiZutoereimngei^ wenn sie auf eine saubere, trtfi Kupfer beschichtete Kunstsioffiarnirraiplatte, beispielsweise unter Anwendung eines Siebdruckverfahrens, aufgebraucht werden, als Ätzreserven in der nachfolgenden Ätzstufe wirken und sie können auf der gedruckten Schaltung als Schutzüberzug für das in der Ätzstufe erzeugte Kupferschaltungsleitermuster verbleiben, so daß die Schaltungen leicht gelagert werden können für die spätere eventuelle Verwendung In Lötverfahren. Falls erforderlich, können auf den gedruckten Schaltungen die erforderlichen Komponenten befestigt werden durch Einführen der Anschlußdrähte durch die in der Tafel erzeugten Löcher nach dem Ätzen und Verbinden derselben mit den gedruckten Schaltungsleitern durch Aufbringen eines Lötmittels, ohne daß eine vorausgehende, getrennte, weitere Aufbringung von Flußmittel auf die gedruckte Schalttafel erforderlich Ist, vorausgesetzt, daß die Komponenten-Anschlußdrähte In einem lötbaren Zustand vorliegen. Die beim Löten erhaltenen Flußmittelrückstände müssen normalerweise nicht entfernt werden und sie können als endgültiger Schutzüberzug wirken.

Aus den vorstehenden Angaben ist ohne weiteres ersichtlich, daß Im Vergleich zu den konventionellen Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen, wie welter oben beschrieben, die Herstellung stark vereinfacht und damit die Notwendigkeit der Verwendung einer großen, komplexen und teuren Vorrichtung in mehreren Produktionsstufen und auch die Verwendung eines entflammbaren flüssigen Flußmittels in der Lötvorrichtung vermieden werden kann.

Die eingesetzten flüssigen Flußmittel-Zubereitungen können, wie weiter oben erwähnt, hergestellt werden durch Auflösen der Bestandteile in einem geeigneten organischen Lösungsmittel oder in einem Gemisch solcher Lösungsmittel. Geeignete Lösungsmittel können ausgewählt werden aus Ketonen, wie z. B. Methylisobutylketon und Aceton, Alkoholen, wie z. B. Isopropanol, und aromatischen Lösungsmitteln, wie z. B. Toluol und Xylol.

Die eingesetzten Flußmittel-Zubereitungen enthalten, wenn sie in flüssiger Form vorliegen, mindestens 40, zweckmäßig mindestens 50 Gew.-% des Esters eines Polyhydroxyalkohols, bezogen auf den Feststoffgehalt der Zubereitung, während sie in fester Form vorzugsweise mindestens 80, vorzugsweise mindestens 90 Gew.-% des Esters, bezogen auf die gesamte Zubereitung, enthalten.

In den folgenden Beispielen werden eingesetzte Flußmittel-Zubereitungen näher erläutert.

Beispiel 1

Aus den nachfolgend angegebenen Bestandteilen wurde eine Flußmittelzubereitung in flüssiger Form hergestellt:

Pentaerythrittetrabenzoat 15 Gew.-%

dimerisiertes Harz (Kolophonium) 4 Gew.-%

2-Chloräthylmorpholinhydrochlorid 1 Gew.-%

Methylisobutylketon 80 Gew.-%

Die In dem vorstehenden Beispiel 1 beschriebene Flußmittel-Zubereitung wurde mittels eines Pinsels auf eine saubere, mit Kupfer beschichtete Kunststofflaminatplatte unter Erzeugung eines Musters aufgebracht, nach welehern Kupferschaltungsleiter erzeugt werden sollen. Die erhaltene Platte wurde bei Raumtemperatur etwa 15 min lang trocknen gelassen und dann in eine ElsendlDchlorldätzlösung eingetaucht, aus der sie nach etwa 15 min wieder herausgenommen wurde. Die Ätzlösung hatte den gesamten freMiegenden Kupferüijefzug entfernt, wobei nur das erforderliche Kupfermuster zurücktoiteb, das von der Flußmittel-Zubereitung überzogen war, die als Ätzabdeckmaterial gewirkt hatte. Die Platte wurde dann bei Raumtemperatur in fließendem Wasser gewaschen und getrocknet. Nach dem künstlichen Altern unter feuchten Bedingungen wurde die Platte getrocknet und untersucht, wobei festgestellt wurde, daß sie noch einen klaren Flußmittel-Zubereitungsüberzug auf dem Kupferleitungsmuster aufwies. Die Platte wurde dann in herkömmlicher Weise über eine stehende Welle von geschmolzenem Lötmittel hinweggeführt, ohne daß zuvor flüssiges Lötmittel oder Lösungsmittel aufgetragen wurde. Dieser Arbeltsgang wurde In einer herkömmlichen Wellenlötvorrichtung durchgeführt, In welcher vor der Lötstufe auf 90° C vorerwärmt wurde, in der jedoch die Flußmittelauftragung entfiel. Das in der Lötstufe verwendete Lötmittel war eine 60/40 Zinn/Blel-Legierung, die bei einer Temperatur von 250° C verwendet wurde. Nachdem die Platte über die Lötmittelwelle hinweggeführt worden war, wurde sie untersucht, wobei man feststellte, daß das Kupferleitungsmuster vollständig mit einem ebenen gleichmäßig geschmolzenen Lötmlttelüberzug verlötet war.

Beispiel 2

Der Lösungsmittelgehalt der in dem vorstehenden Beispiel 6 beschriebenen flüssigen Flußmittel-Zubereitung wurde derart eingestellt, daß die Zubereitung durch Siebdruck auf ein Kupfer-Kunststoff-Laminatbrett aufgebracht werden konnte. Die Zubereitung wurde dann durch Siebdruck auf ein sauberes mit Kupfer beschichtetes Kunststofflaminatbrett unter Bildung eines Musters aufgebracht, nach welchem Kupferschaltungsleiter gebildet werden sollen. Das Brett wurde dann nach der in Beispiel IO beschriebenen Welse geätzt, gewaschen und getrocknet, worauf Löcher in das Brett an den Stellen eingestanzt wurden, an denen Leitungen anschließend durch das Brett geleitet werden sollten. Anschließend wurden elektronische Komponenten mit Leitungen, die mit der gleichen Flußmittel-Zubereitung beschichtet waren, auf der unbeschichteten Seite des Brettes befestigt, indem man die Leitungen durch die jeweils ausgestanzten Löcher zu der Seite des Brettes mtt dem Kupferleitungsmuster hindurchführte, und die dabei erhaltene Anordnung wurde dann durch eine Vorwärmungsstufe und anschließend durch eine Lötstufe einer herkömmlichen Wellenlötvorrichtung nach der in Beispiel 10 beschriebenen Weise geschickt. Die dabei erhaltene fertige gedruckte Schaltung wies perfekt verlötete Lötstellen auf.

Wie weiter oben im Zusammenhang mit herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen erwähnt worden ist, werden die jeweiligen Leitungsdrähte im allgemeinen vor dem Befestigen auf der gedruckten Schaltungsplatte mit einem Lötmittel beschichtet. Es wurde gefunden, daß die flüssigen Flußmittel-Zubereitungen ebenfalls als Schutzüberzüge für Leitungsdrähte für elektronische Komponenten verwendet und als solche als Alternative zum Löten verwendet werden können.

Beispiel^

Eine gedruckte Schaltung wurde nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise hergestellt, mit der Ausnahme, daß die flüssige Flußmittel-Zubereitung aus den folgenden Bestandteilen hergestellt wurde:

Trimethyloläthantribenzoat 12 Gew.-H> polymerisates Harz (Kolophonium) 6 Gew.-^

Adipinsäure 2 Gew-%

Mehtylisobutylketon 40 Gew.-%

Aceton 40 Gew.-%

Beispiel 4

Eine gedruckte Schaltung wurde nach der in Beispiel 1 beschriebenen Weise hergestellt, mit der Ausnahme, daß die flüssige Flußmittelzubereitung aus den folgenden Bestandteilen hergestellt wurde:

Beispiel 5

Pentaerythrittetrabenzoat 10 Gew.-%

Adipinsäure 1 Gew.-*

Pentaerythritester eines maleinierten 10 Gew.-%

Harzes (Kolophoniums)

Toluol 58 Gew-%

Aceton 21 Gew.-%

Pentaeryhrittetrabenzoat	15	Gew.-%
Cyclohexylaminhydrochlorid	1	Gew.-%
Pentaerythritester eines maleinierten	5	Gew.-%
Harzes (Kolophoniums)
Toluol	58	Gew.-%
Aceton	21	Gew.-%

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltung, bei dem auf eine mit Kupfer beschichtete Trägerplatte eine auf der Trägerplatte verbleibende Ätzreserve (Resist) auf die die Leiterbahnen bildenden Stellen der Kupferkaschierung aufgegbracht und anschließend die nicht abgedeckten Kupferbereiche abgeätzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzreserve aus einem Flußmittel besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flußmittel verwendet wird, das aus mindestens einem neutralen Ester sowie aus Zusatzstoffen besteht, wobei der Esteranteil mindestens 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, beträgt.