DE3523646A1 - Mehrschichtige schaltungsplatine mit plattierten durchgangsbohrungen - Google Patents

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft gedruckte Schaltungsplatinen, insbesondere metallbeschichtete Durchgangslöcher, die bei mehrschichtigen Schaltungsplatinen verwendet werden.

Normalerweise werden Durchgangslöcher durch leitende Schichten auf der Schaltungsplatine gebohrt und dazu benützt, die Lötanschlüsse zwischen den Platinen und den Vorrichtungen herzustellen, die auf den Platinen montiert werden sollen. Diese Durchgangslöcher werden dann metallbeschichtet, meist durch chemische Plattierung oder sud-galvanische Verfahren. Diese Plattierung ergibt, daß sich senkrechte Leiterbahnen oder "Durchgangsbahnen" auf den Durchgangslöchern niederschlagen. "Senkrecht" gilt für die senkrechte Richtung zur Oberfläche der Platine. Herkömmlicherweise bildet sich an der Außenfläche der Schaltungsplatine ein Wulst, wenn die einzelnen Löcher metallbeschichtet werden. Dies ergibt eine erhebliche Verbreiterung an der Außenschicht der Platine (Fig. 1) und damit eine Verkleinerung der für die gedruckte Schaltung zur Verfügung stehenden Fläche. Erheblicher noch, diese Wulste müssen vollkommen mit Lötmittel bedeckt sein, um optische Schönheitsmängel beim Endprodukt zu vermeiden. Diese Wülste neigen auch zum Ablösen, was einen weiteren Mangel darstellt. Aus diesen Gründen waren diese Wülste eine Hauptquelle für den Ausschuß von Schaltungsplatinen. Nachdem die Durchgangslöcher verlötet sind, tragen die Wülste kaum mehr etwas zur Geschlossenheit der gedruckten Schaltung auf den Schaltungsplatinen bei. Durch das Vorhandensein eines ein Durchgangsloch umschließenden Wulstes kann das Lötmittel das Loch vollkommen bedecken, ohne in dieses einzudringen, wodurch ein fehlerhafter Anschluß verborgen bleibt.

Die Wülste weisen einen Vorteil auf: Sie ergeben eine

leicht zugängliche Stelle um Lötmittel durch Dochtwirkung in das Durchgangsloch einzuführen. In Fällen, in denen der Zwecke der Durchgangslöcher darin besteht, eine Durchgangsbahn ausschließlich für den Anschluß zwischen Schichten der Schaltungsplatine zu schaffen, hat die Dochtwirkung geringe Bedeutung, da elektrolose Plattierungsverfahren verwendet werden können, um genügend leitendes Material vorzusehen, das die Durchgangsleitung mechanisch verstärkt. In anderen Fällen dient die Durchgangsleitung zur Herstellung von Verbindungen mit den Schaltungsbauteilen auf der Platine. In diesen Fällen ist die Möglichkeit einer Dochtwirkung in die Durchgangsbohrung von Bedeutung, da ein Schaltelement ohne Dochtwirkung des Lötmittels in der Durchgangsbohrung nicht fest auf der Schaltungsplatine angebracht wäre. Daher vermeiden wulstfreie Schaltungsplatinen einige Schwierigkeiten auf Kosten einer Verschlechterung der Dochtwirkung für das Lötmittel im Vergleich zu Durchgangslöchern mit Wülsten.

Obwohl solche Platinen wulstfrei sind, erstreckt sich die Metallbeschichtung in den Durchgangslöchern manchmal bis zur Oberseite oder "Lötseite" der Schaltungsplatine über den Außenumfang des Durchgangsloches hinaus. Trotzdem gelten diese Löcher als wulstfrei solange die seitliche Ausbreitung der Metallbeschichtung auf der Außenfläche der Schaltungsplatine kleiner ist als die doppelte Dicke des Beschichtungsmaterials selbst.

Erfindungsgemäß ist eine Mehrschicht-Schaltungsplatine mit metallbeschichteten Durchgangslöchern vorgesehen, die im Lotfluß-Verfahren gelötet werden. Die Oberfläche, nachstehend als "Lötseite" der Schaltungsplatine bezeichnet, ist mit Dochtansätzen in Form des Beschichtungsmaterials versehen, die mit dem beschichteten Material in den Durchgangslöchern in Verbindung stehen, die zu verlöten sind.

Die Dochtansätze bilden die erforderliche Dochtwirkung,

wobei sie eine erheblich verringerte Fläche auf der Lötseite der Platine darstellen, die beim Verlöten der Durchgangslöcher mit Lötmittel versehen werden muß.

Die Vorteile umfassen eine verringerte Ausschußquote der Schaltungsplatinen wegen Schönheitsmängeln. Die wulstfreie Anordnung läßt es unwahrscheinlich erscheinen, daß Lötanschlüsse an den Durchgangslöchern das Durchgangsloch ohne Eindringen in das Loch bedecken. Die erfindungsgemäße An-Ordnung führt zu einer Dochtwirkung, die für Durchgangslöcher mit Wulst charakteristisch ist, und erlaubt trotzdem höhere Schaltungsdichten, indem der Platzbedarf für die Wülste vermieden wird.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeichen:

Fig. 1: eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer bekannten Schaltungsplatine mit Durchgangslöchern mit Wulst und einer Leiterbahn,

Fig. 2: eine Draufsicht wie die der Fig. 1 mit einem Abschnitt einer erfindungsgemäßen Schaltungsplatine und zwei wulstfreienmetallbeschichteten Durchgangslöchern ,

Fig. 3: eine Seitenansicht eines wulstfrei beschichteten Durchgangsloches 1 längs des Schnitts 3-3 der Fig. 2.

Die Erfindung betrifft die Metallbeschichtung von Durchgangslöchern, wie die Löcher 11 und 12 der Fig. 1, oder die Löcher 15, 16 und 17 der Fig. 2. Diese Löcher werden in die Schaltungsplatinen, wie mehrschichtige Schaltungsplatinen 19 der Fig. 1 oder mehrschichtige Schaltungsplatinen 21 der Fign 2 und 3 gebohrt. Dieser Bohrvorgang legt die äußere Grenze für die Löcher an den gestrichelten Linien 11, 12 fest.

Nachdem die Löcher 11, 12 (Fig. 1) gebohrt wurden, werden sie in herkömmlicher Weise mit einem leitenden Material beschichtet, welches eine Durchgangsbahn 23 und eine seitliche Verbreiterung nach Art eines Sockels oder eines Wulstes 25 um jedes Loch 11, 12 bildet. Diese Beschichtung erfolgt meist durch chemische Plattierung. Chemische Plattierungsverfahren dienen auch zum Herstellen von Leiterbahnen 27, die mit den Wülsten 25 Teil eines Schaltungsbildes auf der Oberfläche 29 der Platine 19 darstellen. Die Platine 19 weist mehrere Schaltbilder auf, die jeweils in einer anderen Schicht angeordnet sind. Nach der chemischen Plattierung werden die Leiter häufig ein zweites Mal beschichtet, entweder durch chemisches Plattieren, Galvanisieren oder Verlöten. Die Durchgangsleitungen 23 erstrecken sich senkrecht in die einzelnen Löcher 11, 12, wobei die senkrechte Richtung, welche die Spiegelnormale zur Oberfläche 29 der Platine 19 darstellt, zwischen den Leitern auf den verschiedenen leitenden Schichten leiten kann (nicht in Fig. 1 gezeigt).

Das die Durchgangsleitungen 23 bildende beschichtete Material, die Ränder 25 und andere beschichtete Leiter, wie die Leiterbahn 27, weisen eine bestimmte mechanische Dicke auf, die sich durch den Abstand des Innendurchmessers der Durchgangslöcher 23 zu den Durchgangslochgrenzen 11, 12 ergibt. Diese Dicke ist meist 0,075 mm, obwohl diese Ab-

messung in Abhängigkeit vom verwendeten Beschichtungsverfahren erheblich schwanken kann. Die Ränder weisen meist eine Breite von 0,5 mm auf und bilden so einen Durchmesser von 1,75 mm für ein Durchgangsloch mit einem Innendurchmesser von 0,75 mm. Normalerweise weisen die Leiterbahnen, wie die Bahn 27, eine Breite von 0,25 mm auf. Um Kurzschlüsse infolge von Lötmittelüberbrückung, Ungenauigkeiten im Bild der Leiterbahnen und dergleichen zu vermeiden, weisen die beschichteten Leiterbahnen 25, 27 auf der Oberfläche einen Rasterabstand von normalerweise 0,25 mm auf. Wenn daher der Mittelabstand der Durchgangslöcher 2,5 mm beträgt, läßt sich nur eine einzige Leiterbahn 27 zwischen benachbarten beschichteten Durchgangslöchern 11, 12 unterbringen.

Erfindungsgemäß werden die Durchgangslöcher 15, 17 (Figuren 2 und 3) randlos beschichtet. Die Beschichtung führt zu Durchgangsleitern 31, deren mechanische Abmessungen sich aus der Dicke des Beschichtungsmaterials ergeben.

Trotz dieser Abmessung enden die Durchgangsleiter 31 an ihrem Außendurchmesser, welcher der Grenze der Durchgangsbohrung 15, 17 entspricht. Wie Figur 3 zeigt, können diese Durchgangsleiter 31 die Außenflächen 33, 34 der Schaltungsplatine 21 ein wenig überlappen, wodurch die Lippen 35, gebildet werden. Diese Lippen 35, 36 sind jedoch das Ergebnis des Beschichtungsverfahrens und sollten sich nicht weiter über den Außendurchmesser der Durchgangslöcher hinaus erstrecken, als die doppelte Dicke des plattierung smaterials. So können durch Herstellung der Durchgangsleiter 31 ohne Wülste 25 (Figur 1) zwei Leiterbahnen 37, 68 untergebracht werden, wobei dieselben Abmessungen und derselbe Lochraster wie bei der Figur 1 beibehalten wird.

^5 in Figur 3 wird die Beschichtung am Durchgangsloch 16 beibehalten, als ob der Durchgangsleiter 31 mit einem

Rand versehen wäre. Wenn daher der Durchgangsleiter 31 einen Anschluß mit einem Leiter 41 auf einer Innenschicht 43 der Platine 21 herstellen soll, wird der Durchgang oder die laufende Verbindung in herkömmlicher Weise hergestellt.

Andererseits hängt die Fähigkeit des Lötmittels, in die Durchgangsleiter 31 einzufließen, von der Oberfläche der Durchgangsleiter 31 an der Außenfläche der Schaltungsplatine 21 ab. Aus diesem Grund weist jedes plattierte Durchgangsloch 15, 16 einen Ansatz oder Vorsprung 45 auf, der auf die Schaltungsplatine 21 aufplattiert ist und mit seinem Durchgangsleiter 31 verbunden ist. Die Ansätze bilden einen signifikanten Flächenbereich an der Oberfläche 33 der Schaltungsplatine 21. Die Ansätze 45 erstrecken sich teilweise um die Durchgangslöcher 15, 16 herum, beispielsweise um weniger als 3/4, vorzugsweise weniger als 1/2, des Außenumfangs der Löcher 15, 16. Vorzugsweise erstrecken sich die Ansätze 45 um eine Breite von mindestens 0,1 mm und weniger als 0,5 mm um die einzelnen Löcher 15, 16 herum. Insbesondere weisen die Ansätze 45 eine Breite zwischen 0,15 und 0,3 mm auf, wodurch sie sich weniger als 1/4 um die Außendurchmesser der Löcher 15, 16 herum erstrecken. Diese Ansätze erstrecken sich von den Durchgangsleitern 31 bis auf eine Länge von mindestens dem Dreifachen der Dicke der Durchgangsleiter 31. Wenn daher die Überfläche 33 das Lötmittel berührt, ziehen die Ansätze 45 das Lot an.

Damit wird die Oberflächenspannung des Lötmittels gebrochen, wodurch das Lötmittel durch die Dochtwirkung von den Ansätzen 45 in die Durchgangsleiter 31 einfließen kann. Beim osmotischen Druck der Durchgangsleiter 31 bedeckt das Lötmittel den Innendurchmesser der einzelnen Durchgangsleiter 31, das sich dadurch dem Lötmittel anbietet, vorausgesetzt, daß die Lötbedingun-

"J -gen sonst günstig sind. Wenn somit ein nicht gezeigter Draht in den Innendurchmesser eines der plattierten Durchgangslöcher 16 hineinragt, kann das Lötmittel fließen, wodurch ein mechanischer Zusammenhang zwischen dem Durchgangsleiter 31 und dem Draht gebildet wird. Da der Durchgangsleiter 31 keine ununterbrochene Wulstfläche aufweist, welche die Durchgangslöcher 15, 16 umgibt, besteht nur eine geringe Möglichkeit, daß Lötmittel für einen Draht zwar vorhanden ist, aber nicht in den Innendurchmesser des plattierten Durchgangsloches 15 oder 16 eindringt, welches den Durchgangsleiter bildet. Außerdem werden die durch solch einen Draht ausgeübten mechanischen Kräfte auf die Platine 21 über den Durchgangsleiter 31 und nicht durch einen Wulst übertragen, wodurch sich die Möglichkeit verringert, daß der Draht Teile des plattierten Materials von der Platine 21 abhebt.

Die Ansätze 45 brauchen natürlich nicht an diesen Löehern vorgesehen zu werden, die an einer oder mehreren Leiterbahnen 48 auf der Lötseite 33 der Platine 21 angebracht sind, da die Leiterbahnen 48 die Dochtwirkungen erzeugen, die sich sonst aus den Ansätzen 45 ergeben. Es gibt natürlich Fälle, in denen wenige oder gar keine Leiterbahnen auf der Lötseite 33 an die Durchgangslöcher angeschlossen sind, wobei die Ansätze 45 die Dochteigenschaften besitzen würden.

Es gibt Fälle, in denen nicht gezeigte Ränder für den Zweck vorgesehen sind, elektrische Verbindungen oder Kontaktpunkte für elektrische Sonden anzuschließen.

Diese Ränder können entweder getrennt durch Löcher 15-17 gebildet werden, sie können sich aber auch von solch

einem Durchgangsloch aus erstrecken. 35

1 Unter Verwendung der Erfindung ist es jedoch trotzdem möglich, solche Ränder an einem oder mehreren Durchgangslöchern zu vermeiden.

5 Außer dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (8)

* 352364β PATENTANSPRÜCHE

1. Mehrschichtige Schaltungsplatine mit mehreren Leiterbahnen, die auf mehreren Schaltungsschichten angeordnet sind, zwischen denen sich mehrere Isolierschichten befinden, und die mehrere Durchgangslöcher aufweisen, die Außengrenzen besitzen und sich im wesentlichen zur Verbindung mit einem oder mehreren Leiterbahnen.senkrecht durch die Platine erstrecken, wobei die Platine eine Außenfläche und die Durchgangslöcher eine Außengrenze aufweisen, die einen Umfang auf der Außenfläche bildet, und die Löcher mit einem leitenden Material einer bestimmten Dicke beschichtet sind, um Durchgangsleiter zu bilden, die jeweils eine ein Loch definierende Innengrenze sowie eine Außengrenze aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Außengrenze jedes Durchgangsleiters (31) vor der Außengrenze des Lochs (16, 17) zuzüglich der doppelten Dicke des leitenden Materials endet und dieses Ende von einem Ansatz (45, 48) unterbrochen wird, der sich teilweise um die Außengrenze des Durchgangsloches (16, 17) herum erstreckt und sich von der Außengrenze um mehr als das Dreifache der Dicke des leitenden Materials fort erstreckt.

2. Schaltungsplatine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie (21) eine starre Schaltungsplatine ist.

3. Schaltungsplatine nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzeichnet, daß sie (21) eine biegsame Schaltungsplatine ist.

4. Schaltungsplatine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Durchgangslöcher (11) durch die Schaltungsplatine (21) von der Außenfläche (33) bis zu einer gegenüberliegen-

den Außenfläche (34) erstrecken.

5. Schaltungsplatine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Ansatz um weniger als die Hälfte um das Loch herumerstreckt.

6. Schaltungsplatine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Ansatz um mehr als 0,1 und weniger als 0,3 mm um das Loch erstreckt.

7. Schaltungsplatine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Ansatz um mehr als 0,15 und weniger als 0,3 mm um das Loch erstreckt.

8. Schaltungsplatine nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzeichnet, daß sich der Ansatz um weniger als 0,3 mm um das Loch erstreckt.

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