DE10301741A1

DE10301741A1 - Bedruckte Leiterplatte mit verbesserter leitfähiger Druckflüssigkeit

Info

Publication number: DE10301741A1
Application number: DE10301741A
Authority: DE
Inventors: Qi Tao
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2003-01-18
Publication date: 2003-09-18
Also published as: US6683259B2; US20030138610A1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplattenstruktur anzugeben, bei der negative Migrationseinflüsse eines leitfähigen druckbaren Druckmaterials, insbesondere Leittinte, vermieden werden. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung ist daher auf eine Leiterplatte (100) gerichtet, welche Leiterbahnen aufweist, die zwei Typen von leitfähiger Druckflüssigkeit aufweisen: Eine herkömmliche leitfähige Druckflüssigkeit (102) und eine verbesserte Druckflüssigkeit (104), die verbesserte Eigenschaften im Hinblick auf die Migration der herkömmlichen Druckflüssigkeit (102) aufweist, weil verbesserte Druckflüssigkeit (104) eine geringere elektrische Leitfähigkeit und/oder einer größeren Resistenz gegen Feuchtigkeit hat als die Schicht der Leittinte (102).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine bedruckte Leiterplatte und im besonderen auf eine bedruckte Leiterplatte, welche elektrische Verbindungen mittels elektrisch leitfähigem aufdruckbarem Druckmaterial ermöglicht.

Einseitig bedruckte Leiterplatten mit leitfähigen Schaltern und Überbrückungen werden sehr oft benutzt um die Anzahl der Verbindungen auf der bedruckten Leiterplatte zu erhöhen ohne dass auf die teureren zweiseitig bedruckten Leiterplatten zurückgegriffen werden müsste. In einer Schaltung, die zwei leitfähige Lagen oder Baugruppen aufweist, die durch Leiterbahnen voneinander getrennt sind, werden die Verbindungen zwischen den Lagen oder den Baugruppen hergestellt, indem zunächst eine isolierende Grundierung in die späteren Leiterbahnen und anschliessend eine leitfähige Druckflüssigkeit auf die isolierende Grundierung in die Leiterbahnen eingebracht werden, sodass eine leitende Verbindung entsteht. Um diese leitende Verbindung zu schützen, wird anschliessend noch eine isolierende Versiegelungsschicht auf der leitfähigen Druckflüssigkeit aufgebracht. Die dann getrocknete leitfähige Druckflüssigkeit kann daher wie eine Leiterbahn aus einer getrockneten Tintenspür mit einer leitfähigen Tinte angesehen werden.

Obwohl auf diese Weise eine elektrisch leitende Verbindung zwischen diesen Baugruppen erzielt ist, können äussere Einflüsse, wie Feuchtigkeit oder elektrische Felder über der leitfähigen Druckflüssigkeit, bewirken, dass die Druckflüssigkeit zu Teil aus den Leiterbahnen austritt, was einerseits die Qualität der elektrischen Verbindung verschlechtert und andererseits unerwünschte elektrische Kurzschluss auslösen kann. Im besonderen wird jede Art von Wasser in der Grundierungs- und/oder der Versiegelungsschicht polarisiert, wenn das Wasser und/oder die Druckflüssigkeit einem elektrischen Feld ausgesetzt sind. Für den Fall eines starken elektrischen Feldes, welches auf die Grundierungs- und/oder Versiegelungsschicht wirkt, können die leitfähigen Partikel der leitfähigen Druckflüssigkeit durch die Grundierungs- und/oder Versiegelungsschicht austreten und verursachen so Kurzschlüsse zwischen nebeneinanderliegenden Leiterbahnen und/oder Bauteilen in der Leiterplatte, was gezwungenermassen zu erheblichen Fehlfunktionen führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplattenstruktur anzugeben, bei der diese negativen Migrationseinflüsse der leitfähigen Druckflüssigkeit vermieden sind.

Die vorliegende Erfindung ist daher auf eine Leiterplatte gerichtet, welches Leiterbahnen aufweist, die zwei Typen von leitfähiger Druckflüssigkeit aufweisen: eine herkömmliche leitfähige Druckflüssigkeit und eine verbesserte Druckflüssigkeit, die verbesserte Eigenschaften im Hinblick auf die Migration der Druckflüssigkeit aufweist.

In einer Ausführung wird die verbesserte Druckflüssigkeit direkt auf die herkömmliche Druckflüssigkeit appliziert, bevor die Versiegelungsschicht aufgebracht wird. Der direkte Kontakt zwischen den beiden elektrisch leitenden Druckflüssigkeiten bewirkt, dass sich beide Druckflüssigkeiten auf demselben elektrischen Potential befinden, so dass die Bildung von elektrischen Feldern zwischen der Versiegelungsschicht und der Leiterbahn vermieden sind.

In einer anderen Ausführung wird die Versiegelungsschicht zwischen der herkömmlichen Druckflüssigkeit und der verbesserten Druckflüssigkeit angeordnet, so dass eine zusätzliche Feuchtigkeitsbarriere auf der Versiegelungsschicht angeordnet ist. Die verbesserte Druckflüssigkeit kann dabei im Form von mehrfachen Spuren und/oder Schichten aufgebracht werden, so dass die Spuren und/oder Schichten zu einer oder mehreren Gruppen zusammengefasst sind, und anschliessend jede dieser Gruppen an das höchste elektrische Potential in der Nähe diese Gruppen anzuschliessen. Auf diese Weise beträgt das elektrische Feld zwischen der leitfähigen herkömmlichen Druckflüssigkeit und der verbesserten Druckflüssigkeit entweder Null oder es ist negativ, was die leitfähigen Partikel in der herkömmlichen Druckflüssigkeit von der Migration abhält.

In einer weiteren Ausführung wird die normalerweise verwendete Versiegelungsschicht durch die verbessert Druckflüssigkeit ersetzt, sodass die herkömmliche DRUCKFLÜSSIGKEIT mit zwei Schichten der verbesserten Druckflüssigkeit als Versiegelungsschicht beschichtet ist. Weil die untere Schicht der verbesserten Druckflüssigkeit sowohl die untere herkömmliche Druckflüssigkeit als auch die oberste Schicht der verbesserten Druckflüssigkeit elektrisch leitend verbindet, liegen alle drei Schichten auf demselben elektrischen Potential, so dass ein elektrisches Potential über keiner der drei Schichten abfallen kann.

Durch die Benutzung dieser verbesserten Druckflüssigkeit um Feuchtigkeitseinflüsse und positive elektrische Felder um die herkömmliche Druckflüssigkeit zu vermeiden, erzielt die Erfindung die Eliminierung von Kurzschlüssen aufgrund migrierter Partikel der herkömmlichen Druckflüssigkeit.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schnittbildes durch eine Leiterplatte nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt durch die Leiterplatte gemäss Fig. 1 entlang der Linie 2-2;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Schnittbildes durch eine Leiterplatte nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
Fig. 4 einen Schnitt durch die Leiterplatte gemäss Fig. 3 entlang der Linie 4-4;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Schnittbildes durch eine Leiterplatte nach einer dritten Ausgestaltung der Erfindung; und
Fig. 6 einen Schnitt durch die Leiterplatte gemäss Fig. 5 entlang der Linie 6-6.
Die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele wird zwei Typen von leitfähiger Druckflüssigkeit aufführen: eine erste herkömmliche leitfähige Druckflüssigkeit - nachfolgend Leittinte genannt - und einer zweite verbesserte leitfähige Druckflüssigkeit - nachfolgend Schutztinte genannt. Die Leittinte kann jede herkömmliche leitfähige Flüssigkeit (unter Umständen auch adhäsive Flüssigkeit) mit eingelagerten Metallpartikel, wie Silber, Kupfer oder ähnliche Metallpartikeln, sein. Die Schutztinte demgegenüber hat verbesserte Eigenschaften. In einer Ausführungsform beinhaltet diese Schutztinte Kohlenstoff und/oder Tetrafluopolyethylen-Partikel. Anderer Materialien anstelle von Kohlenstoff und Tetrafluorpolyethylen können auch benutzt werden. Ungeachtet also von der verwendeten speziellen Zusammensetzung sollte diese Schutztinte die Migration von Metallpartikeln unterbinden, zumindest schwach leitfähig, resistent gegen Feuchtigkeit, Wärme und Metallkontakt sein. In einem der Beispiele ist die Schutztinte weniger gut leitfähig als die Leittinte.
Die Leittinte und die Schutztinte, natürlich auch zusammen mit anderen Komponenten oder Teile der bedruckten Leiterplatte, können auf verschiedene Arten angeordnet sein um die Migration der Leittinte zu unterbinden. Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Leiterplatte 100, welche die Leittinte 102 und die Schutztinte 104 in einer ersten Ausgestaltung umfasst. In allen nachfolgend beschriebenen Ausführungen wird angenommen, dass die Leiterplatte 100 eine oder mehrere Leiterbahnen 106 und zumindest zwei Potentialpunkte 108 hat. Die Erfindung ist darauf gerichtet, diese beiden Potentialpunkte 108 mit einer gegenüber den Leiterbahnen 106 isolierten Überbrückung elektrisch zu verbinden. Die Potentialpunkte 108 und die Leiterbahnen 106 selbst sind aus geeigneten leitfähigen Material gemacht und könnte jede zweckdienliche Ausgestaltung aufweisen.
Wie in den Figure 1 und 2 gezeigt, sind die Leiterbahnen 106 zu deren Schutz mit einer isolierenden Grundierungsschicht 110 überzogen. Ein Überbrückungsweg ist dann auf dieser Grundierungsschicht mittels einer Spur von Leittinte 102 zur Verbindung der beiden Potentialpunkte 108 gezogen. Eine Schicht der Schutztinte 104 ist direkt auf der Leittinte 102 aufgebracht und ist vorzugsweise so aufgebracht, dass die Ränder der Leittinte 102 großzügig überdeckt sind um das Eindringen von Feuchtigkeit an den Rändern der Leittinte 102 zu unterbinden. Eine optionale isolierende Versiegelungsschicht 112 ist dann auf der Oberfläche der Schutztinte 104 angeordnet um die gesamte schichtweise aufgebrachte Struktur zu versiegeln.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Leittinte 102 zum Stromtransport zwischen den Potentialpunkten 108 genutzt, während die Schutztinte 104 für eine gleiches Potential von Leittinte 102 und Schutztinte 104 sorgt. Durch die Eliminierung jeglicher Potentialdifferenzen zwischen der Versiegelungsschicht 112, der Schutztinte 104 und der Leittinte 102 existiert in der Leittinte 102 kein elektrisches Feld. Hierdurch wirken in der Leittinte 102 keinerlei elektrische Felder auf die leitfähigen Partikel in die Leittinte 102, welche eines Wanderung der Leittinte 102 auslösen könnten.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Ausgestaltung der Erfindung. Wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel, wird die Grundierungsschicht 110 über den Leiterbahnen 106 zu deren Schutz und die Leittinte 102 zur Verbindung der beiden Potentialpunkte 108 aufgebracht. Wie auch immer, in dieser Ausführungsvariante wird nun die Versiegelungsschicht 112 direkt auf die Leittinte 102 aufgebracht und die Schutztinte 104 nun direkt auf die Versiegelungsschicht 112. Hieraus resultiert, dass die Versiegelungsschicht 112 die Leittinte 102 von der Schutztinte 104 trennt. Die Schutztinte 104 bleibt in dieser Ausführungsvariante ohne weiteren Überzug; sie weist jedoch in jedem Fall bessere Feuchtigkeitssperreigenschaften auf als die Versiegelungsschicht 112, so dass bei dieser Variante auch die Versiegelungsschicht 112 vor Feuchtigkeit geschützt wird. So wird sichergestellt, dass die Versiegelungsschicht 112 ihre dielektrischen Eigenschaften behält und so ein Auswandern von Partikeln der Leittinte 102 verhindert. Zur Erzielung eines verbesserten Schutzes der äusseren Schicht Schutztinte 104 kann in hier nicht weiter dargestellter Weise optional eine weitere Versiegelungsschicht auf diese äussere Schicht Schutztinte 104 aufgetragen werden, wenn die hinzugefügte Schicht nicht in schlechter Weise mit dem Einsatznutzen der Leiterplatte 100 zusammenwirkt.
Weiter sei erwähnt, dass auch bei dieser Ausführungsform ein ausreichender Feuchtigkeitsschutz gegen das Ausdiffundieren der Leittinte 102 gegeben ist, obwohl eine Potentialdifferenz zwischen der Leittinte 102 und der Schutztinte 104 auftreten kann.
Es ist weiter zu bemerken, dass in der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 die Schutztinte 104 auch als Vielfachspuren ausgebildet sein kann, wobei eines Anzahl dieser Spuren zu einer oder mehreren Gruppen elektrisch verbunden und dann auf den höchsten Spannungswert, der in der Umgebung dieser Gruppe auftritt, gesetzt werden. So ist sichergestellt, dass das elektrische Feld zwischen der Leittinte 102 und der Schutztinte 104 immer null oder negativ ist anstatt positiv, so dass auch hierdurch das Wegdiffundieren der Leittinte 102 verhindert wird.
Die Fig. 5 und 6 stellen nun eine dritte Ausführungsform dar. Diese dritte Ausführungsform gleicht der ersten, hat aber eine wesentlich dickere Schicht Schutztinte 104, so dass diese dickere Schicht wie eine untere Schicht 104a und eine obere Schicht 104b angesehen werden kann. Die untere Schicht 104a kontaktiert dabei die Leittinte 102 direkt mit der Folge, dass beide Schichten auf dem gleichen Potential liegen.
Die obere Schicht 104b kann eine davon verschiedenes Potential haben, weil aufgrund der grösseren Dicke der Schicht Schutztinte 104 hierüber eine Spannung abfallen kann. Ungeachtetdessen fällt jedoch über der untere Schicht 104a keine Spannung ab, sodass aus der Leittinte 102 keine Abwanderung in die untere Schicht 104a stattfinden kann. Die grössere Dicke der Schicht Schutztinte 104 sorgt somit dafür, dass zumindest die obere Schicht 104b als Feuchtigkeits- und Metallpartikelbarriere für die Leittinte 102 wirkt. Wie schon zu den Fig. 3 und 4 erläutert, kann zusätzlich auf diese besonders dicke Schicht Schutztinte 104 noch eine Versiegelungsschicht 112 aufgetragen werden um die Schutztinte 104 vor Beschädigungen (beispielsweise durch Verkratzen) zu schützen.
Im Resultat werden durch die Verwendung der Schutztinte 104 in der elektrischen Überbrückungsstruktur zur Verbindung der Potentialpunkte 108 Fehlfunktionen minimiert oder sogar ganz vermieden, welche ansonsten durch eine Migration von metallischen Partikeln in der Leittinte 102, welche die leitende Verbindung zwischen den Potentialpunkten 102 im Ergebnis herstellt, hervorgerufen werden könnten. Die Resistenz der Schutztinte 104 gegen Feuchtigkeit und die Migration von Metallpartikeln, zusammen mit ihren günstigen elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften, erlaubt es der Schutztinte 104 gleichzeitig als Barriere und als potentialausgleichende Schicht zu dienen. Diese Eigenschaften verringern oder eliminieren die Feuchtigkeitsberührung der Leittinte 102 und/oder die Entstehung störender elektrischen Felder im Bereich der Leittinte 102, wodurch natürlich gleichzeitig der Ursache für eines Migration der Leittinte 102 ausgeschaltet ist.
Obwohl sich die vorangehenden Beispiele auf eine einseitig bedruckte und bestückte Leiterplatte 100 beziehen, kann das innovative Konzept dieser Erfindung natürlich auch in jede Art von bedruckter Leiterplatte übertragen werden (beispielsweise auch für beidseitig bedruckte und beschaltete Leiterplatten.
Durch die Verwendung der Schutztinte 104 zur Eliminierung von Feuchtigkeit und elektrischen Felder im Bereich des Leitungsweges der Leittinte 102 wird mit der vorliegenden Erfindung die Entstehung von unerwünschten Kurzschlüssen aufgrund migrierender Leittinte 102 durch die Grundierungsschicht 110 und die Versiegelungsschicht 112 sicher vermieden.
Es sei abschliessend angemerkt, dass es noch eine Vielzahl weiterer Varianten zum Einsatz der Erfindung gibt. Es ist beabsichtigt, mit den nachfolgenden Ansprüchen den Schutzumfang zu definieren und das Verfahren und die Vorrichtungen, die sich im Wirken mit der Erfindung und ihren Äquivalenten ergeben, hierdurch abzudecken. Bezugszeichenliste 100 Leiterplatte
102 Leittinte
104 Schutztinte
104a untere Schicht der Schutztinte 104
104b obere Schicht der Schutztinte 104
106 Leiterbahnen
108 Potentialpunkte
110 Grundierungsschicht
112 Versiegelungsschicht

Claims

1. Bedruckte Leiterplatte (100) mit einem ersten und einem zweiten Potentialpunkt (108), welche umfasst:
eine Schicht einer Leittinte (102), welches eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Potentialpunkten (108) herstellt;
eine Schicht einer Schutztinte (104), welche direkt oder unter Einbindung einer Zwischenschicht (112) auf der Schicht der Leittinte (102) angeordnet ist,
wobei die Schutztinte (104) eine geringere elektrische Leitfähigkeit und/oder einer grössere Resistenz gegen Feuchtigkeit hat als die Schicht der Leittinte (102).

2. Bedruckte Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutztinte (104) zumindest Kohlenstoff und/oder Tetrafluorpolyethylen enthält.

3. Bedruckte Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht der Leittinte (102) wie ein Überbrückungspfad mit Seitenkante ausgebildet ist, wobei die Schicht der Schutztinte (104) über die Seitenkanten der Leittinte (102) herausragt und diese somit voll überdeckt.

4. Bedruckte Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutztinte (104) direkt auf der Leittinte (102) angeordnet ist.

5. Bedruckte Leiterplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht der Schutztinte(104) eine untere Schicht (104a) und eine obere Schicht (104b) bildet, wobei die zumindest die untere Schicht (104a) auf dem gleichen Potential liegt wie die Schicht der Leittinte (102).

6. Bedruckte Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schicht der Leittinte (102) und der Schicht der Schutztinte (104) eine Zwischenschicht (112) angeordnet ist.

7. Bedruckte Leiterplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist.

8. Bedruckte Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht der Schutztinte (104) ist in Form einer Anzahl von Streifen geformt, wobei die Streifen in mindestens eine Gruppe zusammengefasst sind und wobei jede dieser Gruppen an das höchste elektrische Potential angeschlossen ist, welches in der Nähe der jeweiligen Gruppe auftritt.