DE2541667A1 - Verfahren zur herstellung gedruckter schaltungsplatinen - Google Patents

Description

P ATE N TA N WALTE

MANITZ, FINSTERWALD & CRÄMKOW

IS. SEP. 1975 München, den Ur/wf - N 2063

Northern Electric Company Limited 1600 Dorchester Boulevard West Montreal Que., Canada

Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatinen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungsplatinen in Mehrfacheinheiten.

Gedruckte Schaltungsplatinen werden sehr weitverbreitet und in vielen Industriezweigen verwendet. Die Montage von Bauelementen auf solchen Platinen kann von Hand erfolgen, doch wird die Maschinenbestückung mit Bauelementen bevorzugt, sowohl wegen der Ausstoßgeschwindigkeit als auch wegen der

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Verminderung der Lohnkosten. Überdies werden dadurch mögliche Montagefehler vermieden.

Während verhältnismäßig große gedruckte Schaltungsplatinen einzeln wirtschaftlich gehandhabt werden können, Ist dies bei kleinen Platinen weniger wirtschaftlich. Damit eine Bauelemente-Einführungs- bzw. Bestückungsmaschine möglichst wirksam ausgenutzt wird, werden im Idealfall mehrere kleine Platinen zur selben Zeit an der Maschine bestückt. Dies erfordert jedoch Montage- bzw. Einspannvorrichtungen oder andere Einrichtungen, die die Platinen halten und außerdem ist der Einbau in die Montagevorrichtungen zeitraubend und verhältnismäßig langsam. Die Montagevorrichtungen sind teuer und können normalerweise nicht so viele Platinen aufnehmen, wie von der Maschine verarbeitet werden könnten, da Halteklammern u.a. Einrichtungen erforderlich sind.

Nach dem Bestücken der Platinen mit Bauelementen werden die Verbindungsstellen gewöhnlich wellengelötet; während auch hierbei große Platinen einzeln gehandhabt werden können, wäre es wirtschaftlicher, mehrere kleinere Platinen gleichzeitig zu handhaben. Dies erfordert wiederum Halterungen und Arbeitskräfte, die die Platinen in die Halterungen einbringen und überdies bereiten die Halterungen selbst Probleme.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungsplatinen geschaffen, bei dem die Platinen, nachdem sie bedruckt oder kopiert und auch aus einer MateriaIplatte herausgetrennt bzw. herausgeschnitten worden sind, in dieser Material platte in ihrer Lage ohne zusätzliche Halte- oder Befestigungseinrichtungen festgehalten werden, während die Bestückung mit Bauelementen und das Wellenlöten ausgeführt wird. Vorzugsweise ist das Platinenmaterial ein glasfaserverstärktes Kunstharz und das Harz kann die besondere Eigenschaft aufweisen, daß es zwar nominell durch Wärme härtbar bzw. duroplastisch ist, daß es jedoch bei erhöhten Temperaturen in einem

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begrenzten Bereich in geringem Umfang thermoplastisch ist.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden die einzelnen Platinen, nachdem die Schaltungen auf den einzelnen Platinen erzeugt worden sind, aus einer Materialplatte ausgeschnitten bzw. ausgetrennt, dann werden die Platinen in die Öffnungen in der Materialplatte zurückgeführt, die Materialplatte und die zurückgeführten Platinen auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt und die Platten beschwert bzw. unter Druck gesetzt, um ihre Flachheit, d.h. ihre flache Gestalt während der Abkühlung aufrecht zu erhalten. Nach der Abkühlung werden die Bauelemente montiert und die Verbindungsstellen, wie erforderlich, wellengelötet. Dann werden die einzelnen Platinen aus der Materialplatte herausgedrückt bzw. -gestoßen.

Die Erfindung besteht also darin, daß gedruckte Schaltungsplatinen nach dem Bedrucken und Ausschneiden aus einer Materialplatte in die Materialplatte zurückgeführt werden, die Platte und die rückgeführten Platinen auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt und während der Abkühlung unter Druck gesetzt bzw. beschwert werden. Die Platinen können dann von Hand oder durch Maschinenbestückung mit Bauelementen versehen werden. Auch kann eine Wellenlötung erfolgen, bevor die einzelnen Platinen aus der Platte herausgepreßt bzw. -gedrückt werden. Das verwendete Material ist gewöhnlich ein faserverstärktes Kunstharz und insbesondere wird ein wärmehärtendes bzw. duroplastisches Kunstharz verwendet, das die besondere Eigenschaft hat, in einem begrenzten Bereich bei erhöhten Temperaturen leicht thermoplastisch zu sein.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

Figur 1, eine Draufsicht auf eine Materialplatte mit gestanzten Herstellungsund Positionierlöchem sowie ausgestanzten und zurückgeführten einzelnen ge-

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druckten Schaltungsplatinen;

Figur 2 α und 2 b, Querschnitte durch eine Platte entlang der Linie Il II der Figur I, in denen die nacheinander folgenden Stellungen der Platinen nach dem Ausstanzen aus der Platte und der Rückführung in die Platte dargestellt sind.

Wie in der Figur 1 dargestellt ist, wird eine Vielzahl von einzelnen gedruckten Schaltungsplatinen 10 aus einer Platte aus glasfaserverstärktem Kunstharz 11 geformt. Jede Platine 10 ist mit einer gedruckten Schaltung versehen, die schematisch dargestellt und mit den Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Zur bequemeren Handhabung ist gewöhnlich eine Öffnung 13 an einem Ende jeder Platine gestanzt. Der Rand jeder Platine 10 ist mit dem Bezugszeichen 14 versehen dargestellt und diese Linie stellt auch die Abscherlinie dar zum Ausstanzen jeder Platine 10.

Herstellungsbedingte Löcher und Positionierlöcher 15 sind ebenfalls in die Platte 11 eingestanzt.

Das Verfahren zur Herstellung der Platinen 10 ist nachfolgend allgemein dargestellt, wobei festgestellt werden soll, daß dieses Verfahren mit Abwandlungen versehen werden kann, um den sich verändernten Anforderungen zu entsprechen. Ausgehend von dem ursprünglich vorliegenden glasfaserverstärkten Material wird die Platte 11 auf ihre Größe zugeschnitten. Dann werden die Löcher 15 gestanzt. Auf diesen Vorgang folgt das Ausstanzen der Fenster oder Öffnungen 13, wenn solche Öffnungen erforderlich sind. Dann werden die gedruckten Schaltungen in herkömmlicher Weise geformt, wie beispielsweise durch Beschichten der Platinen 10 mit Kupfer, Abdecken bzw. Maskieren, und durch einen abschließenden Äzvorgang. Unter Verwendung der Löcher 15 als Positionseinrichtungen wenden dann die Platinen 10 aus der Platte ausgestanzt. Die Stanzpresse ist so ausgestaltet, daß nachdem die Platinen in eine, wie in der Fig. 2 a

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dargestellte Lage ausgestanzt wurden, die federvorgespannte Druckplatte 16 unterhalb der MateriaIplatte Π die Platinen 10 zurückführt und sie zurück in die in der Materialplatte verbliebenen Öffnungen drückt. Bei einer Materialplatte, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, können die,Platinen 10 an einer Kante gestanzt und bei einem ersten Stanzvorgang zurückgeführt werden und dann die Materialplatte herumgedreht und die Platinen an der anderen Kante gestanzt und zurückgeführt werden. Die Anzahl und Anordnung der auf einmal ausgestanzten Platinen hängt weitgehend von der Leistungsfähigkeit der Presse ab; ebenso aber auch von der Größe des Werkzeugs, das man herzustellen wünscht und das zur Herstellung der Platinen erforderlich ist. Nach dem Stanzen und Rückführen der Platinen ist die MateriaIplatte gekrümmt, bzw. gebogen; dies ist teilweise auf Spannungen zurückzuführen, die sich aus dem Stanzvorgang ergeben. Die MateriaIplatten werden dann aufeinander gestapelt und in einen Heizofen eingebracht, in dem der Stapel auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, während einer Zeitspanne, die ausreichend ist um sicher zu stellen, daß der Stapel durchgehend erhitzt ist. Während der Erhitzung werden die Material platten unter Druck gesetzt bzw. beschwert, um sie wieder flach zu machen. Danach wird der Stapel aus dem Ofen entfernt und abgekühlt, während er noch unter Druck verbleibt, bzw. beschwert ist.

Nach dem Abkühlen wird gewöhnlich auf die Seite, auf der die Schaltungen aufgedruckt sind, eine Beschichtung aus Alkohol mit Baumharz bzw. Holzharz aufgebracht, um die Kupfer-Schaltung zu schützen. Die MateriaIplatten mit den an ihren Plätzen sitzenden Platinen werden dann zu den Bestückungsstationen

können

gebracht. Die Bauelemente/in die Platinen 10 von Hand oder durch automatische Bauelementeeinführungsmaschinen eingebaut werden. Es kann auch sowohl eine automatische Einführung als auch ein Zusammenbau von Hand erfolgen. Auf den Zusammenbau folgend werden die integralen bzw. einstückigen MateriaIplatten dann zu den Wellen-Lötmaschinen weitergeleitet, in denen die Kontakte zwischen den Bauelementenanschlüssen und der gedruckten Schaltung gelötet werden.

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Nach der Weltenlötung können weitere Zusammenbau- oder andere Vorgänge an den Platinen ausgeführt werden oder auch nicht. Die Platinen werden aus den Platten mittels einer einfachen Presse entfernt, die auf die Platinen drückt, während der umgebende Rahmen oder das Skelett festgehalten wird. Die Platinen können in einem vollständig fertiggestellten Zustand sein, es können jedoch auch ein weiterer Zusammenbau oder andere Arbeiten ausgeführt werden.

Wenn die einzelnen Platinen 10 aus der Platte 11 ausgeschnitten bzw. ausgesehen werden, erfolgt wegen der Eigenschaften des Materials ein gewisses Maß an Abbröckeln bzw. Zerkrümeln an den Schneid- bzw. Abscherlinien der Schnitt ist also nicht vollständig sauber und scharf. Wenn die Platinen in ihre vorherigen Stellungen in der Platte zurückgedrückt oder zurückgeführt werden, werden viele von diesen Krümeln ebenfalls in die Abscherlinie bzw. Schneidlinie zurück gedrückt. Man nimmt daher an, daß das leichte Erweichen dieser Krümel und des Kunstharzes während der Erhitzung der Platten und der Platinen dabei hilft, eine Haftung zwischen den Platinen und dem Plattenrahmen oder Skelett zu schaffen. Der Ausdruck "Haftung" ist im allgemeinen Sinn benutzt, da keine Verschmelzung oder ein Verschweißen eintritt, sondern die leicht rauhen Kanten der Abscherlinien und die Krümel ein hohes Ausmaß an reibender Wechselwirkung und Klebrigkeit während des Erweichens hervorrufen.

Die Dicke der Ausgangs-Materialplatte hat einen gewissen Einfluß auf die Stärke der Bindung zwischen den rückgeführten oder wieder eingesetzten Platinen. Je dünner das Material ist, umso schwächer ist die Verbindung und es wurde gefunden, daß Dicken von 1,27 mm (0,05 inches) und mehr wirksame Verbindungen ergeben, obwohl in einigen Fällen ein dünneres Material verwendet werden kann, wenn nach dem Wiedereinsetzen auf die Platinen minimale Belastungen ausgeübt werden.

Wie bereits ausgeführt, scheint die besondere Eigenschaft des Kunstharzes einen

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vorteilhaften Einfluß auf die Wirksamkeit der Verbindungen zu haben. Ein Harz mit einer leichten bzw. geringen thermoplastischen Erweichung in einem bestimmten Temperaturbereich ergibt verbesserte Verbindungen, vermutlich deshalb, weil die geringfügige Erweichung eine kleine Bewegung oder Vermischung der rauhen Kanten verursacht, sowie eine Kompression bzw. ein Zusammendrücken der losen Krümel in die Lücken an der Abscherlinie hinein. Obwohl eine solche Verbindung stark genug ist, um die Platinen in der Platte während des Zusammenbaus bzw. der Bestückung und während anderer Vorgänge zu tragen, kann sie - falls erwünscht - ohne weiteres zerbrochen werden, um die Platinen aus der Materialplatte heraus zu nehmen.

Ein besonderes Kunstharz, das sich als geeignet erwiesen hat, ist ein Bis-chlorophenyl Α-Harz. Dieses Harz zeigt eine leichte Erweichung im Bereich von etwa 145 bis 180 . In diesem Temperaturbereich werden die bedruckten und gestanzten MateriaIplatten wärmebehandelt. Eine Dicke von 1,58 mm (0,062 inches) - eine der Standarddicken von Ausgangs-Plattenmaterial - ist sehr wirksam und geeignet, dickeres Material ist jedoch auch sehr gut; die Dicke wird mitbestimmt durch die Pressenleistung, die Festigkeitsanforderungen der fertiggestellten Platine und den Kosten.

Als zusätzliches Merkmal soll genannt werden, daß die Alkohol-Baumharz bzw. Holzharz-Beschichtung, die auf die Platine aufgebracht wird, um die Kupfer-Schaltung gegen Oxidation zu schützen, ebenfalls dazu beitragen kann, die Stärke der Verbindung zwischen der zurückgeführten Platine und der Materialplatte dadurch zu verbessern, daß etwas von dem Harz in die Verbindungslinie eindringt und auf diese Weise in einem gewissen Ausmaß wie ein Leim wirkt.

Durch die Anwendung der Erfindung lassen sich beträchtliche Kosteneinsparungen erzielen. In speziellen Fällen wurden Einsparungen bis zu 30 % der Kosten der bestückten und gelöteten Platinen erzielt.

- Patentansprüche -

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Claims (9)

1. 5 <4 ! b b

   Patentansprüche

   Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungsplatinen in Mehrfacheinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Platinen (10) aus einer Material platte (11) ausgeschert werden, daß die ausgescherten Platinen (10) in die Materialplatte (11) zurückgeführt werden, daß die MateriaIplatten (11) und die zurückgeführten Platinen (10) auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt werden, und daß die Materialplatten (11) während der Abkühlung unter Druck gehalten werden, damit ihre ebene Gestalt aufrecht erhalten bleibt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß auf den einzelnen Platinen (10) vor dem Ausscheren der Platinen gedruckte Schaltungen (12) erzeugt werden.
3. . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abkühlen Bauelemente auf die einzelnen Platinen (10) montiert wenden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungen der Bauelemente zur gedruckten Schaltung (12) durch eine Wellen-Lötung erfolgt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daßdie

   ORIGINAL

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   einzelnen Platinen (10) nach der Fertigstellung des Einbaus der Komponenten in die Platinen herausgedrückt werden.
6. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Materia I platte aus glasfaserverstärktem Kunstharz besteht.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das glasfaserverstärkte Kunstharzmaterial ein durch Wärme aushärtbares Harz ist, das in einem begrenzten Bereich erhöhter Temperaturen thermoplastische Eigenschaften hat.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die MateriaIplatten (11) und die zurückgeführten Platinen (10) in den begrenzten Bereich erhöhter Temperaturen aufgeheizt werden.
9. 9. Verfahren nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialplatte (11) und die zurückgeführten Platinen (10) an der Seite, an der die gedruckten Schaltungen (12) angeordnet sind, mit einer Lage aus Alkohol - Baumharz beschichtet werden.

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