DE2845573A1

DE2845573A1 - Elektrische leitplatte und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2845573A1
Application number: DE19782845573
Authority: DE
Inventors: Dominic Erriciello
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1977-10-19
Filing date: 1978-10-19
Publication date: 1979-04-26
Also published as: AU4065978A; GB2006537A

Description

2845573 DiPh-PHyS-O-E. Weber ds München 71

Patentanwalt Hofbrunnstraße 47

Telefon: (089)7 9150

Telegramm: monopolweber münchen

Telex: 05-2128 77

M 930

MOTOROLA INC.
East Algonquin Road
Schaumburg, 111. 60196
USA

Elektrische Leitplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Die Erfindung betrifft eine elektrische Leiterplatte und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Leiterplatte, die vorzugsweise nach dem Spritzgußverfahren hergestellt wird.

Es sind im wesentlichen zwei Verfahren zur Herstellung gedruckter Leiterplatten bekannt. In beiden Fällen wird von einem Substrat ausgegangen, welches im allgemeinen auf einer phenol-, papier- oder durch glasfaserverstärkten Epoxy-Basis aufgebaut ist.

Das zuerst genannte Verfahren ist auch als subtraktives Verfahren bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Schicht aus Kupfer auf das Substratmaterial aufgebracht. Ein Fotowiderstandsmaterial wird dann in !Form einer entsprechenden chemischen Substanz auf die Eupferoberfläche aufgesprüht. Der Fotowiderstand reagiert auf Licht in der Weise, daß ein chemisches Ätzverfahren angewandt werden kann, um den belichteten Fotowiderstand von der Platte zu entfernen. Auf diese Weise wird ein negatives Schaltungsmuster auf die Platte aufgebracht, und die Platte wird chemisch geätzt, um alle unerwünschten Kupferbereiche zu entfernen.

Bei der zweiten bekannten Technik zur Herstellung gedruckter Leiterplatten wird ein additives Verfahren angewandt. Anstatt eine Kupferschicht auf die Oberfläche der Platte aufzubringen, wird ein Klebstoff entweder auf die Platte aufgedruckt oder in anderer Weise aufgebracht, welcher denjenigen Flächenbereichen entspricht, in denen eine Kupferschicht zur Erzeugung eines Leitungsmusters verbleiben soll. Dann wird in einem chemischen Prozeß eine Kupferlösung über die Oberfläche der Platte gebracht, mit dem Ergebnis, daß das Kupfer an dem Klebstoff haften bleibt.

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Wenn Platten, die nach einem der beiden genannten Verfahren herzustellen sind, verlötet werden sollen, ist es üblich, einen chemischen Widerstand zu verwenden. Dieser chemische Widerstand deckt die Oberfläche des Kupfers mit Ausnahme derjenigen Stellen ab, an denen Lötverbindungen hergestellt werden sollen. Auf diese Weise verhindert dieser Widerstand einen unnötigen Verbrauch an Lötmittel, und er sorgt zugleich dafür, daß das Kupfer gegen Korrosion auf Grund von Umwelteinflüssen geschützt wird.

Beide grundsätzlich bekannten Verfahren haben ernsthafte Nachteile. Es werden nämlich erhebliche Mengen an chemischen Stoffen benötigt. Außerdem sind kostspielige und zeitraubende chemische Verfahren erforderlich, die sich für eine Massenproduktion wenig eignen. Außerdem wird jeweils ein kostspieliges Substratmaterial benötigt, weil das Substrat in der Lage sein muß, daß Kupfer daran haftet, und in den meisten Fällen muß das Substrat auch für ein automatisches Lötverfahren wie ein Wellenlötverfahren geeignet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Leiterplatte zu schaffen, welches im Hinblick auf eine Großserien-Fertigung sowohl bei den benötigten Materialien als auch bei den Herstellungsschritten nur einen besonders geringen Aufwand erfordert, indem insbesondere keine kostspieligen Chemikalien erforderlich sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß nicht nur kostspielige Chemikalien überflüssig werden, sondern auch die zum Teil aufwendigen und zum Teil kritischen Anwendungsschritte dieser Chemikalien überflüssig werden. Weiterhin ist

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gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß nicht nur kostspielige Chemikalien überflüssig werden, sondern auch die zum Teil aufwendigen und zum Teil kritischen Anwendungsschritte dieser Chemikalien überflüssig werden. Weiterhin ist gemäß der Erfindung der Vorteil erreichbar, daß ein besonders preiswertes Substratmaterial verwendet werden kann.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird zunächst ein geeignetes Folienmaterial ausgewählt, es wird dann ein leitendes Schaltungsmuster auf dem Folienmaterial erzeugt, so daß die Folie als Abdeckschicht ausgebildet wird. Nachdem ein geeignetes Substratmaterial ausgewählt wurde, welches mit der Folie verklebt werden kann, erfolgt die Verklebung zwischen dem Substratmaterial und der Folie, so daß die gewünschte Schaltungsplatte oder Leiterplatte entsteht. Dabei wird die Platte mit der darauf verklebten Folie in eine registergerechte Anordnung oder eine deckungsgleiche Anordnung gebracht.

Gemäß der Erfindung wird nicht nur eine besonders preiswerte und mit geringem Aufwand ausführbare Methode geschaffen, sondern es führt insgesamt die erfindungsgemäße Vorgehensweise, insbesondere die Verklebung zwischen der Folie und dem Substrat, zu einer besonders preiswerten Anordnung, zumal auch ein besonders billiges Substrat verwendet werden kann.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung "beschrieben; in dieser zeigen:

Pig. 1 eine Explosionsdarstellung, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren der Herstellung einer vorgeformten Auflageschicht veranschaulicht ist, und

Fig. 2 eine weggebrochene Darstellung einer fertiggestellten Platte, welche mit dem anhand der Fig. 1 veranschaulichten erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer vorgeformten Auflageschicht für eine gemäß der Erfindung hergestellte Leiterplatte wird anhand der Fig. 2 erläutert. In dieser Figur ist ein Substrat 10 dargestellt, über welchem eine vorgeformte Auflageschicht 20 angeordnet ist, die aus einem Filmmaterial oder einem Folienmaterial 22 und einem Kupfermuster besteht, von dem ein Teil bei 24 dargestellt ist. Weiterhin ist ein oberer Film- oder Folienabschnitt 30 veranschaulicht, und es sind schließlich ein oberes Formteil 40 und ein unteres Formteil 50 dargestellt.

Die Leiterplatte wird insgesamt folgendermaßen hergestellt: Die Form 40, 50 entspricht einer herkömmlichen Bauart für das Sießen oder Pressen von Plastikteilen und ist der Herstellung von gegossenen oder gepreßten Leiterplatten angepaßt. Eine Mehrzahl von vorstehenden Elementen, von denen eines mit 52 bezeichnet ist, erstrecken sich von dem Basisteil der unteren Formhälfte 50 aus nach oben. Die verschiedenen vorspringenden Elemente entsprechen den gewünschten Löchern, Schlitzen usw., die in der fertiggestellten Leiterplatte vorhanden sein sollen. Solche Löcher und Schlitze

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AO

haben eine vorgegebene Abmessung sowie eine entsprechend vorgegebene Lage, um die Schaltungselemente wie Widerstände, Kondensatoren, Induktionsspulen, Transistoren, Sockel usw. aufzunehmen. Eine genauere Beschreibung der gepreßten oder gegossenen Leiterplatte wird in der US-Patentanmeldung "Molded Circuit Board", Serial ITo. 813 380 beschrieben, die von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung am 26. August 1976 hinterlegt wurde.

Zunächst muß ein geeignetes Material für das Substrat 10 ausgewählt werden. Dieses Material muß sich für das Herstellungsverfahren natürlich eignen. Für eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Substratmaterial ein warmhärtendes Pkeno!material ausgewählt. Vorzugsweise wird das Material Fiberite, Type M-2014 verwendet. Das Substratmaterial legt die Auswahl des entsprechenden Filmmaterials oder Folienmaterials fest, welches oben bereits angesprochen wurde. Die Auswahl des Substratmaterials 10 ist jedoch nicht auf die Laminate beschränkt, wie sie grundsätzlich bekannt sind, was nachfolgend näher erläutert wird. Das Verfahren erfordert nur, daß der Film oder die Folie mit dem Substrat verklebt wird, und zwar im Gegensatz zu dem Kupfer bei den bekannten Verfahren. Es können daher sehr preiswerte, jedoch zugleich sehr dauerhafte Substratmaterialien bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, die bei den subtraktiven oder aditiven Verfahren zur Herstellung bekannter gedruckter Leiterplatten nicht verwendbar waren.

Gemäß den obigen Ausführungen ist die Art des Filmmaterials oder Folienmaterials 22, welches zur Herstellung der Auflageschicht 20 verwendet wird, von der Art des Substrates abhängig. Das Kriterium besteht darin, daß die Folie 22 mit dem Substrat verklebbar sein muß. Daher wird vorzugsweise

+ entspricht der deutschen Patentanmeldung P 28 28 146.1

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ΛΛ

das Folienmaterial 22 so ausgewählt, daß ein Material mit einem Bestandteil von 65 % Phenol und 35 % Alpha-Cellulose verwendet wird. Dieses Material wird zur Herstellung von Auflageschichten oder Abdeckschichten allgemein verwendet, und es zeichnet sich dadurch aus, daß es auf Phenolsubstraten ausgezeichnet haftet.

Es bestehen grundsätzlich zwei Wege, auf denen das Kupfermuster auf der Folie 22 ausgebildet werden kann. Auf dem ersten Weg wird ein Seidegitter oder ein Sieb oder auch ein Standartdruckvorgang verwendet, um eine leitende oder klebende Farbe auf die Folie aufzubringen. Dann wird durch einen chemischen Prozeß eine Lösung, welche Kupfer enthält, über den Film gebracht, wobei das Kupfer an der klebenden Farbe haftet, so daß auf diese Weise das Kupfermuster ausgebildet wird.

Bei der alternativen Vorgehensweise wird eine Lösung aus Kupfer und Klebstoff direkt auf den Film aufgedrückt. Derartige Verfahren sind grundsätzlich bekannt, und der Druckvorgang kann nach einer herkömmlichen Drucktechnik oder auch unter Verwendung einer Siebdrucktechnik durchgeführt werden.

Dann kann eine zusätzliche Folienschicht 30 über den positiven Kupferbereichen wie dem Bereich 24 auf der Auflageschicht angeordnet werden. Gemäß der Darstellung ist die Folienschicht 30 mit Ausnehmungen oder öffnungen wie 32 ausgestattet, welche einen Zugang zu Befestigungsöffnungen für Bauteile ermöglicht, wie es beispielsweise durch eine Befestigungsöffnung 26 auf der Auflageschicht dargestellt ist. Nachdem die Auflageschicht auf das Substrat 10 aufgeklebt ist, können somit die Bauteile in ihrer entsprechenden Befestigungsöffnungen eingesetzt werden, und die gesamte Anordnung kann verlötet werden, wobei das Lot

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oder Lötmittel auf dem abgelagerten Kupfer nur in solchen Bereichen haftet, welche durch die öffnungen in der oberen Polienschicht 30 freigelegt sind. Somit dient die obere Folienschicht 30 dem Zweck, daß sie einerseits die Funktion des bekannten Ätzwiderstandes übernimmt, indem sie nämlich verhindert, daß die gesamte Kupferoberfläche verlötet wird, so daß auf diese Weise Lötmittel gespart wird, zugleich dient die obere Folienschicht jedoch auch dazu, das Kupfer einzukapseln, so daß auf diese Weise .eine Korrosion verhindert wird.

Bei der praktischen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Substratmaterial in das untere Formteil 50 eingefüllt, und die Form wird dann geschlossen. Sobald das Substrat in der Form der Leiterplatte ausgehärtet ist, wird die Form geöffnet, und die Auflageschicht 20 einschließlich der oberen Folienschicht 30, welche darauf geklebt ist, wird in die Form eingebracht. Eine deckungsgleiche Anordnung zwischen der Platte und der Auflageschicht kann durch Kernstifte erreicht werden, welche in öffnungen wie 28 in der Auflageschicht 20 eingreifen und mit einer entsprechenden öffnung wie 12 in der Substratplatte fluchten. Die Form wird dann geschlossen und die Auflageschicht 20 wird mit dem Substratmaterial 10 verklebt. Weiterhin dringen die vorspringenden Elemente in der Basis der unteren Hälfte 50 der Form in die öffnungen wie 26 in dem Kupfer ein, wie es beispielsweise bei 24 dargestellt ist, so daß auf diese Weise die Befestigungsöffnungen für die Bauelemente gebildet werden.

Die Fig. 2 ist ein Querschnitt, welcher entlang der Linie 2-2 durch eine fertiggestellte, gemäß der Erfindung hergestellte Leiterplatte gelegt ist. Die Auflageschicht 20

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welche aus Kupferbereichen wie 24- besteht, ist zwischen der unteren Folie 22 und der oberen Folie 30 eingeschlossen, so daß sie mit dem Substrat 10 verklebt ist. Ein Schnitt durch die öffnung 26 veranschaulicht die deckungsgleiche Anordnung mit der entsprechenden öffnung in dem Substratmaterial 22 und zeigt weiterhin den weggeschnittenen Abschnitt 32 in der oberen Folienschicht 30, so daß dadurch eine Möglichkeit geschaffen wird, ein eingesetztes Bauteil mit der Kupferschicht 24 zu verlöten.

Gemäß der Erfindung wird eine wesentlich verbesserte gedruckte Leiterplatte geschaffen, da bei der Herstellung nur die Verklebung von Folien miteinander erforderlich ist, wobei ein zwar hinreichend festes, jedoch sehr preiswertes Substratmaterial verwendet werden kann. Gemäß der Erfindung erübrigen sich die verhältnismäßig schwierigen und teueren chemischen Verfahren, die bisher angewandt werden.

Natürlich können anstatt der oben erwähnten Phenolmaterialien für die Folie und das Substrat auch andere Materialien wie Melamine oder Epoxyharze für die Folie und das Substrat verwendet werden. Es ist dem Fachmann auch bekannt, daß für das Substrat und die Folie für das erfindungsgemäße Verfahren eine große Vielfalt weiterer geeigneter Materialien zur Verfügung steht.

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Claims

Patentansprüche

1.j Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, daß ein Folienmaterial ausgewählt wird, daß auf dem Folienmaterial ein leitendes Schaltungsmuster erzeugt wird, so daß dadurch eine Auflageschicht gebildet wird, daß ein Substratmaterial ausgewählt wird, welches mit der Folie verklebt werden kann, daß das Substratmaterial durch Verkleben in die Form der Leiterplatte gebracht wird, daß die Auflageschicht mit der Leiterplatte in eine deckungsgleiche Anordnung gebracht wird und daß die Auflagesehicht mit der Leiterplatte verklebt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines leitenden Schaltungsmusters auf dem Folienmaterial eine Farblösung aus leitendem Material und ein Klebstoff aufgebracht werden und daß das Leitungsmuster auf die Folie mit der Farblösung aufgedruckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines leitenden Schaltungsmusters auf dem Folienmaterial eine Lösung aus einem Klebstoffmaterxal vorgesehen wird, daß das Leitungsmuster auf die Folie mit dem Klebstoffmaterxal aufgedruckt wird und daß ein leitendes Material an dem gedruckten Klebstoffmaterxal angebracht wird.

4-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines leitenden Schaltungsmusters auf dem Folienmaterial eine weitere Folienschicht über dem leitenden Schaltungsmuster angeordnet wird, so daß das leitende Schaltungsmuster sandwich-artig zwischen den Folieηschichten angeordnet ist.

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer weiteren Folienschicht über dem leitenden Schaltungsmuster Öffnungen in der weiteren Polienschicht angebracht werden, so daß dadurch durch ausgewählte Ausnehmungen ein Zugang durch diese
Öffnungen zu dem Schaltungsmuster ermöglicht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Formen des Substratmaterials
in die Gestalt der Leiterplatte, beim deckungsgleichen Anordnen der Auflageschicht in bezug auf die Leiterplatte und beim Verkleben der Auflageschicht mit der Leiterplatte das Substratmaterial bis zu seinem Schmelzpunkt erhitzt wird, das Substratmaterial in eine entsprechende Form gebracht wird, daß die Form geöffnet wird und die Auflageschicht deckungsgleich mit der Leiterplatte eingebracht wird und daß die Form wieder geschlossen wird, um die Auflageschicht mit der Leiterplatte zu verkleben.

7· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auswählen des Folienmaterials ein Material mit etwa 65 % Phenol und etwa 35 % Alpha-Cellulose ausgewählt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7>dadurch gekennzeichnet, daß beim Auswählen des Substratmaterials ein Phenolmaterial ausgewählt wird.

9· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auswählen des Folienmaterials ein Epoxyharz ausgewählt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß beim Auswählen des Substratmaterials ein Epoxyharz ausgewählt wird.

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11. Gedruckte Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, daß ein entsprechend geformter Substratteil mit einer vorgegebenen Konfiguration vorhanden ist, der aus einem vorgegebenen Material besteht, daß mit dem entsprechend geformten Substrat in einer deckungsgleichen oder registergerechten Anordnung eine Auflageschicht verklebt ist, daß die Auflageschicht ein Schaltungsmuster aufweist, welches aus einem elektrischleitenden Material auf einer Folie gebildet ist, und daß die Folie derart ausgebildet ist, daß sie zugleich als Verklebung mit dem Substratmaterial dient.

12. Leiterplatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageschicht ein leitendes Muster aufweist, welches sandwich-artig zwischen zwei Folienschichten angeordnet ist, von denen eine die Primärverklebung mit dem Substrat bildet, während die andere mit öffnungen ausgestattet ist, so daß dadurch ein Zugang zu ausgewählten Abschnitten des Leitungsmusters gewährleistet ist.

13· Leiterplatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat öffnungen aufweist, welche vorgegebene Abmessungen haben und an vorgegebenen Stellen auf dem Substrat angeordnet sind, so daß dadurch elektrische Bauteile aufgenommen werden können, und daß das Auflagaschicht-Schaltungsmuster benachbart zu den öffnungen angeordnet ist, so daß dadurch ein Mittel geschaffen wird, um die Bauelemente mit dem Schaltungsmuster zu verbinden.

14. Leiterplatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial im wesentlichen aus Phenol besteht.

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15. Leiterplatte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial im wesentlichen
aus Phenol besteht.

16. Leiterplatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial im wesentlichen
aus Epoxyharz besteht.

17· Leiterplatte nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das ITolienmaterial im wesentlichen aus Epoxyharz besteht.

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