DE29905472U1

DE29905472U1 - Vorrichtung zur Herstellung von Leiterbahn-Platinen

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Publication number: DE29905472U1
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Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2009-03-26

Description

Vorrichtung zur Herstellung von Leiterbahn-Platinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, also auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Leiterbahn-Platinen für elektronische Schaltungen.

Bekannte Vorrichtungen und Verfahren zur Platinenherstellung arbeiten in der Regel nach einem fotochemischen Prinzip. Bei diesen Verfahren wird auf eine Kupferschicht einer Trägerplatte ein lichtempfindlicher Lack aufgetragen. Anschließend wird die Lackseite mit Hilfe eines Leiterbahn-Filmes belichtet, wobei nur die leiterbahnfreien Bereiche der Lackschicht belichtet werden. Durch die Belichtung verliert der Lack seine Säureresistenz. Anschließend wird die Trägerplatte in ein Säurebad gegeben, wobei in den belichteten Bereichen der Lack und die darunterliegende Kupferschicht aufgelöst werden. Von der Kupferschicht bleiben also nur die nicht belichteten Leiterbahn-Bereiche stehen. Anschließend wird die Leiterbahnseite gespült

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und getrocknet. Bei diesen Verfahren werden große Mengen umweltschädigender Chemikalien benötigt, die anschließend als Abfall anfallen. Das gelöste Kupfer muß für eine Weiterverwendung in einem weiteren Verfahrensschritt wieder aus dem Säurebad gelöst werden. In geringen Stückzahlen können Platinen auch mit Hilfe einer computergesteuerten Fräsmaschine hergestellt werden. Bei diesen Verfahren ist in einer digitalen Speichervorrichtung die gewünschte Anordnung der Leiterbahnen gespeichert. Mit einer computergesteuerten Fräsvorrichtung werden gemäß der gespeicherten Leiterbahnanordnung durch Wegfräsen der Kupferbeschichtung einer Trägerplatte kupferschichtfreie Bereiche erzeugt, so daß nur die Leiterbahnen auf der Trägerplatte verbleiben. Dieses Verfahren ist technisch aufwendig und langsam, weshalb es nur für kleine Stückzahlen geeignet ist. Auch bei diesen Verfahren fällt als Abfall u.a. das weggefräste Kupfermaterial an.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung zur Platinen-Herstellung den anfallenden Abfall zu. reduzieren..

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Fototrommel auf, die eine lichtempfindliche Beschichtung aufweist, die in belichteten Bereichen ihre elektromagnetischen Eigenschaften gegenüber den unbelichteten Bereichen verändert. Ferner ist eine Belichtungsvorrichtung zum Belichten der Fototrommel entsprechend der in der Leiterbahn-Speichervorrichtung ge-, speicherten Leiterbahnanordnung vorgesehen. Benachbart zu der Fototrommel ist eine Vorrichtung zum Aufbringen von elektrisch leitfähigem Material angeordnet, das entsprechend auf der Fototrommel durch die Belichtung abgebildeten Lexterbahnanordnung auf die Trommel aufgebracht wird. An die Fototrommel angrenzend ist ferner eine Übertragungsvorrichtung zum Übertragen des

leitfähigen Materials von der Fototrommel auf eine Trägerplatte angeordnet. Damit ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Leiterbahnplatinen geschaffen, durch die die Leiterbahnen gemäß einer gespeicherten Leiterbahnanordnung auf eine unbeschichtete Trägerplatte aufgebracht werden. Es wird also nicht mehr elektrisch leitfähiges Material von einer Trägerplatte entfernt, um die Leiterbahnanordnung zu erhalten, sondern es werden auf eine unbeschichtete Trägerplatte die Leiterbahnen in einem druckähnlichen Verfahren aufgebracht. Dabei entsteht praktisch kein Abfall in Form von Säuren oder anderen aggressive und umweltbelastenden Chemikalien mehr. Es entsteht jedoch auch kein Abfall an leitfähigem Material mehr, da das leitfähige Material nur in dem Umfang eingesetzt wird, wie zur Erzeugung der Leiterbahnen erforderlich ist. ■ Mit der vorliegenden Vorrichtung können Leiterbahnen mit hoher Genauigkeit und Randschärfe erzeugt werden, so daß auch sehr engmaschige Leiterbahnanordnungen realisiert werden können.

Vorzugsweise besteht das leitfähige Material aus einem Pulver von Kupferpartikeln. Kupfer ist ein guter elektrischer Leiter, bei Legierung mit kleinen Mengen Eisen magnetisierbar und hat gute mechanische Eigenschaften. Als leitfähiges Material können jedoch auch Eisenlegierungen und andere magnetisierbare Metalle verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Fototrommel eine Fotoleitertrommel, die ihre elektrische Leitfähigkeit in den belichteten Bereichen verändert. Die Fototrommel wird in den belichteten Bereichen leitfähig, so daß eine auf der gesamten Fototrommel zuvor erzeugte elektrische Ladung in den belichteten Bereichen verlorengeht. Das leitfähige (Pulver) Material wird von den verbleibenden magnetischen Bereichen angezogen oder abgestoßen, je nach Art des verwendeten leitfähigen Materials und seiner Ladung.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Belichtungsvorrichtung ein Zeilenarray von schaltbaren lichtimitierenden Halbleitern. Hierzu sind insbesondere Leuchtdioden und Laserdioden geeignet, die durch ihre kompakte Bauweise Pixelabstände im Berich von 50 &mgr;&pgr;&igr; ermöglichen. Alternativ dazu kann auch ein lenkbarer und ein- und ausschaltbarer Lichtstrahl, insbesondere ein Laserstrahl, zur selektiven Belichtung der Fototrommel vorgesehen sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Fixiervorrichtung zum Fixieren des leitfähigen Materials auf der Trägerplatte vorgesehen. Die Fixiervorrichtung, kann eine Druckvorrichtung aufweisen, durch die das leitfähige Material fest zu einer Leiterbahn zusammengefügt wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Fixiervorrichtung eine Heizvorrichtung aufweisen, durch die das leitfähige Material zusammenhängend verschmolzen wird. Auf diese Weise wird das beispielsweise pulverartige leitfähige Material zu einer festen zusammenhängenden und einen geringen elektrischen Widerstand aufweisenden Leiterbahn zusammengefügt, die fest auf der Trägerplatte anhaftet.

Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Leiterbahn-Platine.

In der Figur ist eine Vorrichtung 10 zur Herstellung einer Leiterbahn-Platine 12 dargestellt. Die Vorrichtung 10 arbeitet nach einem opto-magnetischen Druckverfahren zum Bedrucken einer gespeicherten Leiterbahnanordnung auf eine elektrisch^ nicht leitende unbeschichtete Trägerplatte 14 mit einem elektrisch leitfähigen Material. . . . ■ . ·

Die Vorrichtung 10 zur Herstellung einer Leiterbahn-Platine 12 weist als digitale Speichervorrichtung einen Steuerungscomputer 16 auf, in dem eine Anordnung von Leiterbahnen gespeichert ist

und der alle Aggregate der Vorrichtung 10 steuert. Die Vorrichtung 10 weist als Fototrommel eine zylindrische Fotoleitertrommel 20 mit einer lichtempfindlichen Beschichtung 22. In belichteten Bereichen ändert die Beschichtung ihre elektromagnetischen Eigenschaften insofern, als eine zuvor aufgebrachte elektrische Ladung in einem belichteten Bereich neutralisiert wird, da die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung 22 in dem belichteten Bereich erhöht wird. Die Fototrommel 20 wird angetrieben mit einem Fototrommelmotor 28, der über eine Steuerleitung 30 durch den Steuerungscomputer 16 gesteuert wird.

Oberhalb der Fototrommel 20 ist als Belichtungsvorrichtung 24 ein Zeilenarray 26 von Leuchtdioden angeordnet. Auf einer Breite von 296 mm sind 7200 Leuchtdioden angeordnet. Jede Leuchtdiode ist mit einer kleinen Optik ausgestattet, so daß jede Leuchtdiode nur einen Fleck von ungefähr 4 0 pm Durchmesser auf der lichtempfindlichen Beschichtung 22 der Fototrommel 20 erzeugt.

Die Belichtungsvorrichtung 24 und die einzelnen Leuchtdioden des Zeilenarrays 26 werden über eine Steuerleitung 32 durch deri Steuerungscomputer 16 gesteuert. Der Steuerungscomputer 16 kann auf diese Weise jede einzelne Leuchtdiode des Zeilenarrays 26 ein- und ausschalten.

In Durchlauf richtung gesehen vor der Fototrommel 20 ist ein Vorratsbehälter 34 für elektrisch leitfähiges magnetisches Material 36 vorgesehen, das aus einem Kupferpartikel-Pulver besteht. Das Kupferpartikel-Pulver 36 enthält ggf. Legierungsbestandteile, beispielsweise Eisen, die die magnetischen Eigenschaften des Pulvers verbessern.

Der Vorratsbehälter 24 weist an seiner Vorderseite eine Ausgabeöffnung 38 auf, aus der das Pulver auf eine Übertragungswalze

40 ausgeschüttet wird. Die Übertragungswalze 40 ist derart geladen, daß die Kupferpartikel 36 leicht an ihr anhaften. Die Übertragungswalze 40 wird ebenfalls durch einen Motor angetrieben (nicht dargestellt) , kann aber auch über ein Getriebe mit der Fototrommel 20 gekoppelt sein. Zwischen der Übertragungswalze 40 und der Fototrommel 20 ist ein schmaler Spalt vorgesehen. In dem Spalt zwischen der Übertragungswalze und der Fototrommel ist mit einer nicht dargestellten Vorrichtung ein elektrisches Feld in radialer Richtung aufspannbar, durch das die geladenen Kupferpartikel von der Übertragungswalze 40 zu der Fototrommel bewegt werden.

Unterhalb der Fototrommel 20 ist eine Übertragungskorona-Vorrichtung 46 angeordnet, die ein elektrisches Feld in Richtung der Fototrommel 20 aufspannt, durch das die auf der Fototrommel-Beschichtung 22 haftenden Kupferpartikel von der Trommel 20 weg radial auf die Trägerplatte 14 magnetisch bewegt werden.

Auf der der Übertragungswalze 40 gegenüberliegenden Seite der Fototrommel 20 ist eine Reinigungsvorrichtung 42 und eine Ladungsvorrichtung 4 4 jeweils in einem geringen Abstand zur Fototrommeloberfläche 22 angeordnet. Durch die Reinigungsvorrichtung 42 wird restliches auf der Fototrommel-Beschichtung 22 verbliebenes Kupferpartikel-Pulver entfernt. Durch die Ladunsvorrichtung 44 wird die Fototrommel-Besehichtung 22 negativ vorgeladen. Ein weiterer Bestandteil der Reinigungsvorrichtung 22 kann eine Entladungslampe sein, durch die die Fototrommel-Beschichtung 22 über die gesamte axiale Länge zunächst vollständig entladen wird.

Die Platinen-Herstellungsvorrichtung 10 weist ferner als Fixiervorrichtung zwei druckaufbringende Walzen 50 als Druckvor-

richtung und eine Heizvorrichtung 52 auf. Die druckaufbringenden Walzen 50 sind durch einen Motor 51 angetrieben. Die Reinigungsvorrichtung 42, die Vorladungsvorrichtung 44, der Druckwalzenmotor 51 und die Heizvorrichtung 52 sind über Steuerleitungen 55 mit dem Steuerungscomputer 16 verbunden, der die vorgenannten Vorrichtungen auf diese Weise steuert, also ein- und ausschalten kann.

Die Platinen-Herstellungsvorrichtung arbeitet folgendermaßen: In der Speichervorrichtung des Steuercomputers 16 ist eine herzustellende Anordnung von Leiterbahnen gespeichert. Die Leuchtdioden des Leuchtdioden-Zeilenarrays 26 werden durch die Steuervorrichtung 16 derart ein- und ausgeschaltet, daß auf der lichtempfindlichen Fotoleiter-Beschichtung 22 der. sich im Uhrzeigersinn drehenden Fototrommel 20 die gespeicherte Leiterbahnanordnung optisch aufgezeichnet wird. Die belichteten Bereiche auf der Fototrommel-Oberfläche 22 verlieren durch die Belichtung ihre Ladung, während die unbelichteten Bereiche negativ geladen bleiben. Die Fototrommel 20 dreht sich im Uhrzeigersinn weiter, so daß anschließend an die Belichtung, die ebenfalls negativ vorgeladenen Kupferpartikel des Kupferpartikel-Pulvers 36 durch das in dem Spalt zwischen den Walzen aufgespannte elektrische Feld von der Übertragungswalze 40 auf die belichteten, nicht mehr geladenen Bereiche der Fototrommel-Beschichtung 22 überspringen, während die Kupferpartikel von den nicht belichteten , negativ geladenen Bereichen der Fototrommel-Beschichtung 22 abgestoßen werden. Die Kupferpartikel zeichnen auf diese Weise die gespeicherte Leiterbahnanordnung 54 auf die Fototrommel-Beschichtung 22.

Die Trägerplatte 14 wird von rechts nach links durch die Platinen-Herstellungsvorrichtung bewegt. Durch das Weiterdrehen der Fototrommel 20 gelangt das auf der Fototrommel-Beschichtung 22 aufgebrachte Kupferpulver in den elektromagnetischen Ein-

flußbereich der Übertragungskorona-Vorrichtung 46, die unterhalb der durchlaufenden Trägerplatte 14 ein elektrisches Feld zwischen der Fototrommel 20 und der Übertragungskorona-Vorrichtung 4 6 aufbaut, durch das die Kupferpartikel von der Trommeloberfläche 22 auf die Trägerplatte 14 bewegt werden, wodurch das Kupferpartikel-Pulver in Form der Leiterbahnen auf die Trägerplatte 14 übertragen wird.

Auf diese Weise wird die Kupferpartikel-Pulverabbildung der Leiterbahnanordnung von der Fototrommel 20 auf die Trägerplatte 14 übertragen.

Die mit Kupferpulver beschichtete Trägerplatte 14 bewegt sich weiter zwischen den druckaufbringenden Walzen 50 hindurch, durch die das auf die Trägerplatte 14 aufgebrachte Kupferpartikel-Pulver festgepreßt wird. Anschließend wird die Trägerplatte 14 mit dem fest gepreßten Kupferpartikel-Pulver durch die Heizvorrichtung 52 derart erhitzt, daß das Kupferpartikel-Pulver zu zusammenhängenden Leiterbahnen verschmilzt.

Bei dem beschriebenen Verfahren entsteht praktisch kein Abfall und es bietet die Möglichkeit, in digitaler Form vorliegende Leiterbahnanordnungen sofort herstellen zu können.

Claims

ANSPRUCHE

1. Vorrichtung zur Herstellung einer Leiterbahn-Platine, mit

einer digitalen Speichervorrichtung (16) zum Speichern einer Anordnung von Leiterbahnen,

einer Fototrommel (20), die eine lichtempfindliche Beschichtung (22) aufweist, die in belichteten Bereichen ihre magnetischen Eigenschaften verändert,

einer mit der Speichervorrichtung (16) über eine Datenleitung (30) verbundenen Belichtungsvorrichtung (24) zum Belichten der Fototrommel-Beschichtung (22) entsprechend der in der Speichervorrichtung (16) gespeicherten Leiterbahnanordnung,

einer Vorrichtung (40) zum Aufbringen von elektrisch leitfähigem magnetischen Material (36) auf die Fototrommel-Beschichtung (22), wobei das leitfähige Material (36) entsprechend der auf der Fototrommel (20) magnetisch abgebildeten Leiterbahnanordnung an der Fototrommel-Beschichtung (22) anhaftet,

einer Übertragungsvorrichtung (4 6) zum Übertragen des leitfähigen Materials von der Fototrommel-Beschichtung (22) auf eine Trägerplatte (14).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Material (36) aus einem Kupferpartikel-Pulver besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fototrommel (20) eine Fotoleitertrommel ist, die ihre elektrische Leitfähigkeit in den belichteten Bereichen verändert.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungsvorrichtung (50,52) ein Zeilenarray (26) von schaltbaren lichtemittierenden Halbleitern aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungsvorrichtung einen auf die Fototrommel gerichteten schaltbaren und lenkbaren Lichtstrahl erzeugt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fixiervorrichtung (50,52) zum Fixieren des leitfähigen Materials auf der Trägerplatte (14) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß 'die Fixiervorrichtung (52) eine Heizvorrichtung aufweist, durch die das leitfähige Material zusammenhängend verschmolzen wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiervorrichtung (50) eine Druckvorrichtung aufweist, durch die das leitfähige Material fest zu einer Leiterbahn zusammengefügt wird.