DE3342611A1 - Verfahren zum fertigen einer gedruckten schaltkarte mit gewuenschter form - Google Patents
Verfahren zum fertigen einer gedruckten schaltkarte mit gewuenschter formInfo
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Description
9244-RD-13955
GENERAL ELECTRIC COMPANY
Verfahren zum Fertigen einer gedruckten Schaltkarte mit
gewünschter Form
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fertigen einer gedruckten Schaltkarte mit einer gewünschten Form.
Bekannte Verfahren zur Massenherstellung gedruckter Schaltkarten arbeiten offenbar am besten auf einem ebenen Substrat,
Die meisten Fertigungseinrichtungen für gedruckte Schaltkarten, wie beispielsweise Siebdrucker, automatische Teileeinsetzraaschinen,
Wellenlötmaschinen und Trocken- und Brennofen können normalerweise nur mit gedruckten Schaltkarten
auf einem ebenen Substrat verwendet werden. Die gedruckte Schaltkarte muß jedoch häufig eine gewünschte Form haben,
die nicht eben ist, und die meisten bekannten Techniken zur Fertigung von gedruckten Schaltkarten gestatten nicht, daß
die Karte geformt wird, nachdem die Leiterbahnen hergestellt und Teile darauf angebracht sind. Beispielsweise können
bekannte gedruckte Schaltkarten aus Glasepoxid oder Phenolharz nicht in einem großen Grad gebogen werden, ohne daß
Risse auftreten, und sie können eine gebogene Form nicht beibehalten, selbst wenn sie nur ein kleines Stück gebogen
werden. Ähnliche Substrate, wie beispielsweise mit Porzellan überzogener Stahl oder Aluminiumoxid, sind im wesentlichen
vollständig starr und brechen, wenn sie irgendwie gebogen werden. Es gibt zwar gewisse Techniken zur Fertigung flexibler
Schaltkarten, wobei blattförmiges Material mit plastischem Substrat verwendet wird, aber die daraus entstehenden
flexiblen Substrate haben nicht genügend Festigkeit, um eine bestimmte Form zu halten, und gewöhnlich muß ein zweites
Substratteil vorgesehen sein, um die Form der flexiblen Schaltkarte beizubehalten.
Es ist deshalb wünschenswert, eine gedruckte Schaltkarte zu schaffen, auf der Leitermuster und elektronische Komponenten
angebracht werden können, während die Schaltkarte eine ebene Form hat, wobei anschließend das Substrat gebogen werden kann,
um eine gewünschte Form zu erreichen, ohne daß das Substrat, die Leiter oder Bauteile beschädigt werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Formen einer gedruckten Schaltkarte zu einer bleibenden, gewünschten Form auj
einem ebenen Substrat zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird eine gedruckte Schaltkarte mit einer gewünschten
Form dadurch hergestellt, daß eine flexible Isolierschicht auf wenigstens einer Oberfläche eines biegbaren,
massiven, leitfähigen Substratteils gebildet wird, ein Muster aus Leitern auf einer freien Oberfläche der Isolierschicht
gebildet wird, Komponenten auf dem Leitermuster angebracht werden und dann das ebene Substrat in eine gewünschte Form
gebogen wird, ohne das Leitermuster und die darauf befindlichen Komponenten zu beschädigen.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht von einem ebenen Schaltkartensubstrat und der Leiter und der darauf
befindlichen Komponenten vor dem Abschluß des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Endansicht von dem Substrat gemäß Fig. 3, während der Formgebung zu einer bestimmten Form
gemäß dem Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht von einer gedruckten Schaltkarte, die gemäß
dem Verfahren nach der Erfindung geformt ist.
Wie in der Zeichnung dargestellt ist, wird eine gedruckte Schaltkarte aus einem zunächst ebenen Substrat 11 hergestellt,
das aus einem Material gebildet ist, das seine Form nach einem Formgebungsvorgang beibehält. Vorteilhafterweise wird ein
leitfähiges Substratmaterial verwendet, beispielsweise Stahl, Aluminium, Kupfer oder ähnliches. Eine Schicht 12 aus einem
Isoliermaterial wird auf einer Oberfläche 11a des leitfähigen Substrats gebildet. Das Material der Isolierschicht 12 muß
mehrere Eigenschaften aufweisen: Es muß genügend flexibel sein, um eine Formgebung zu gestatten, nachdem es auf die
ebene Substratoberfläche 11a aufgebracht ist; es muß eine
ausreichende Spannungsfestigkeit aufweisen, um Betriebsspannungen in dem vorgesehenen Anwendungsgebiet der gedruckten
Schaltkarte mit einem angemessenen Sicherheitsspielraum und bei der Dicke der Isolierschicht standzuhalten; es muß an
dem Substrat 11 richtig anhaften und eine Basis bilden, an der die Leiter der gedruckten Schaltkarte selbst anhaften;
und es muß die vorgenannten Eigenschaften während anderer notwendiger Verarbeitungsschritte beibehalten, wie beispielsweise
während des Aushärtens von nachfolgenden Schichten und dem Anlöten von Bauteilen auf den Leiterbahnen und es muß
auch die Temperatur- und Feuchtigkeits-Beanspruchungen über der Lebensdauer der zu bildenden gedruckten Schaltkarte aushalten.
Zu dem gegenwärtige bevorzugten Isoliermaterialien gehören Polyimide, Amidimide, Polyätherimidharze (Handelsname
Ultem) und flexibilisierte Epoxidharze. Das gewählte Isoliermaterial
kann auf die Substratoberfläche 11a aufgewalzt werden
oder es kann durch Siebdruck nur auf diejenigen Bereiche der Oberfläche 11a aufgebracht werden, wo es erforderlich ist,
aufgrund der relativ teuren Natur dieser Materialien. Diese Materialien sorgen jedoch für die dielektrische Spannungsfestigkeiten von etwa 4000 V/0,025 mm (Millizoll) Dicke und
sie haben auch eine exzellente Anhaftfähigkeit auf Aluminium-,
Stahl- und Kupfersubstraten mit einer angemessenen Formungsflexibilität. Es können auch andere Hochleistungs-Drahtemaillen
verwendet werden.
Nachdem die dielektrische Schicht 12 hergestellt und richtig ausgehärtet ist, wird ein Muster aus Leitern 14, beispielsweise
leitfähige Segmente 14a - 14d, auf der oberen, freien Oberfläche 12a der Schicht hergestellt. Vorteilhafterweise
werden die Leiter 14 durch Verstärkungs-Ersatz von Kupfer auf der Oberfläche von einer metallisches Pulver enthaltenden
Tinte hergestellt.
Nach der Fertigung des gewünschten Musters der Stromleiter 14
kann wenigstens eine Schaltungskomponente 16 daran befestigt werden, beispielsweise durch Lötzinn- Ablagerung 18 oder ähnliches.
Die Komponente 16 kann irgendwelche Chip-Komponenten umfassen, beispielsweise Kondensatoren, Widerstände und ähnliches,
integrierte Schaltkreise und Transistoren, in hoher Packungsdichte oder Blockform und andere erforderliche Bauteile,
deren Leiter in irgendeiner gewünschten Weise mit den entsprechenden Leitern 14 verbunden sind. Fig. 1 zeigt zwar
nur einen einzelnen elektronischen Stromkreis, aber es können in .Massenfertigung hergestellte Vielfach-Stromkreise erhalten
werden, indem ein Muster des Leiters 14 in einer Anordnung
auf einem großflächigen Substrat gedruckt wird und anschliessend die einzelnen fertigen Stromkreise von der Anordnung getrennt
werden.
Eine einzelne elektronische gedruckte Schaltkarte 14 wird nach ihrer Trennung von einer in großer Stückzahl hergestellten
Anordnung in die gewünschte Form gebracht (Fig. 2). Dort ist die gewünschte Form ein hexagonales Rohr, bei dem die
Leiter 14 und Bauteile 16 auf dessen innerer Oberfläche angeordnet sind. Die Verwendung einer Form mit einer Vielzahl
von ebenen Seiten anstatt einer rohrförmigen Form mit einer
- sr- δ
kontinuierlich gekrümmten Topologie ist wünschenswert, um
ebene Bereiche zu schaffen, auf denen große Bauteile und integrierte Schaltkreise angebracht werden können, um zu
verhindern, daß Biegebeanspruchungen die Verbindungen zu diesen Bauteilen brechen. Eine Fläche der gedruckten Schaltkarte
10 neben der einen Subtratkante 11b wird von Komponenten
freigehalten, damit die Schaltkarte in einen Halteschlitz 20a eines Formwerkzeugs 20 eingesetzt werden kann.
Wie ist zur Formgebung der hexagonalen, gedruckten Schaltkarte 10' (Fig. 3) dargestellt ist, weist das Werkzeug 20
eine entsprechende hexagonale Form auf. Auf den Oberflächen des Werkzeugs sind geeignete Vertiefungen 20b vorgesehen,
um Bauteile 16 aufzunehmen, die an den Leitern der gedruckten
Schaltkarte befestigt sind. Nach dem Einsetzen des Substratendes 11b in den Schlitz 20a des Formwerkzeugs wird dann das
Werkzeug 20 in Richtung des Pfeiles A gedreht, und ein Element 20 übt Druck in Richtung des Pfeiles B gegen die Bodenfläche
11c des Substrates aus, um das Substrat, beispielsweise
entlang der Linie 1Id7 zu biegen und die gewünschte
Endform der gedruckten Schaltkarte herzustellen.
In einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde eine gedruckte Schaltkarte 10' in Form eines hexagonalen Rohres dadurch
hergestellt, daß ein sauberes, aber ansonsten unbehandeltes Stahlsubstrat 11 mit einer Isolieremaille (Handelsname Pyre
ML der Firma DuPont) überzogen wurde, wobei ein Stab verwendet wurde, der mit 1,5 mm (60 rail) Draht bewickelt war. Das
überzogene Substrat wurde dann ausgehärtet durch Trocknen für 10 Minuten bei 150°C, dann durch Brennen für 20 Minuten
bei 200°C und durch ein abschließendes Brennen für 20 Minuten bei 300 C, um die Herstellung der Isolierschicht 12 auf
dem Substrat 11 abzuschließen.
Danach wurden die Leiter 14 auf das Isoliersubstrat aufgedruckt, indem eine Leitertinte verwendet wurde, in der 6,66 g
Polyimid-Isolierharz (Handelsname Pyre ML) mit 20 g eines metallischen Pulvers gemischt waren. Das metallische Pulver
wurde aus etwa 70 Gew.-% pulverformigem Nickel und etwa
30 Gew.-% pulverformigem Eisen hergestellt, die beide eine Teilchengröße entsprechend einer Siebung mit einer lichten
Maschenweite von etwa 0,045 mm (-325 mesh) haben. Die somit gebildete leitfähige Tinte wurde dann durch Siebdruck aufgebracht,
um ein gewünschtes Leitermuster zu bilden. Das Tintenmuster wurde dann für 10 Minuten bei 150 C getrocknet
und durch Brennen für 15 Minuten bei 2000C und für 20 Minuten
bei 300°C ausgehärtet. Das isolierte Substrat mit seinem Leitermuster wurde dann in eine Lösung aus Kupfersulfat eingetaucht,
und auf der gemusterten Leitertinte wurde eine durchgehende Kupferschicht gebildet. Eine Widerstandstinte
wurde über den Leitern aufgedruckt, um gedruckte Widerstands-
2 elemente zu bilden. Das entstehende Substrat von 5 χ 7,5 cm
wurde dann um eine hexagonale Form gebogen, um die fertige gedruckte Schaltkarte 10' mit der gewünschten Form zu bilden.
Messungen an den Leitern zeigten keine meßbare Widerstandsänderung aufgrund des Biegens.
Leerseite
Claims (11)
- Patentansprüchev.l. Verfahren zur Herstellung einer gedruckten Schaltkarte mit einer gewünschten Form,
dadurch gekennzeichnet, daß(a) ein biegbares, massives Substratteil mit wenigstens einer ersten Oberfläche gebildet wird,(b) eine flexible Isolierschicht auf der ersten Oberfläche des Substratteils hergestellt wird,(c) ein leitfähiges Muster auf der freien Oberfläche der Isolierschicht gebildet wird und(d) dann das Substrat in die gewünschte Form gebracht wird, ohne die darauf befindliche Isolierschicht und das Leitermuster zu beschädigen. - 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß Bauteile auf dem leitfähigen Muster vor dem Formen der gedruckten Schaltkarte in die gewünschte Form angebracht werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daßdas Substrat ein leitfähiges Teil ist.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Stahl, Aluminium oder Kupfer gebildet ist.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daßdie flexible Isolierschicht eine Drahtemaille ist.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial aus Polyimiden, Amidimiden, PoIyätherimid-Harzen oder flexibilisierten Epoxidharzen besteht.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet, daß eine leitfähige Tinte mit einer Menge einer pulverförmigen, metallischen Zusammensetzung in einem aushärtbaren Polymer gebildet wird, die Tinte in dem gewünschten Muster abgeschieden wird und die Oberfläche der Tinte mit einer Lösung in Kontakt gebracht wird, die eine zusammenhängende Schicht eines leitfähigen Materials auf der Oberfläche der Tinte abscheidet.
- 8. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß ein Formwerkzeug mit einem Schlitz gebildet wird, eine Kante des Substrats der gedruckten Schaltung in dem Schlitz des Formwerkzeugs angeordnet wird und das Substrat der gedruckten Schaltkarte durch das Werkzeug in die gewünschte Form gebracht wird.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug gedreht wird und eine Kraft auf das Substrat ausgeübt wird, um das Substrat um das Werkzeug herum in die gewünschte Form zu biegen.
- 10. Verfahren nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß vor der Formgebung Bauteile an dem leitfähigen Muster auf der Isolierschicht befestigt werden und auf der Oberfläche des Formwerkzeuges Vertiefungen ausgebildet werden, um die Bauteile bei der Formgebung des Substrats aufzunehmen.
- 11. Verfahren nach Anspruch 10,dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Form eine geschlossene Kurve ist und wenigstens ein Teil des leitfähigen Musters und der daran befestigten Bauteile auf dem Innenteil der zu einer geschlossenen Kurve geformten gedruckten Schaltkarte angeordnet werden.
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