Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte sowie ein Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte, wobei die Leiterplatte Lötstopplack auf zu isolierenden Bereichen der Oberfläche der Leiterplatte zwischen den Leiterbahnen aufweist.

Im Stand der Technik wird bei der Herstellung von Leiterplatten Lötstopplack (auch als Lötstoppmaske bezeichnet) eingesetzt. Der Lötstopplack dient dabei zunächst dem Schutz der Leiterbahnen vor dem flüssigen Lot während der späteren Verarbeitung der Leiterplatte (d.h. dem Löten von Bauelementen auf die Oberfläche der Leiterplatte). Der Lötstopplack verhindert das Benetzen der mit ihm überzogenen Bereiche auf der Oberfläche der Leiterplatte und bewirkt dadurch, dass das flüssige Lot keine Brücken zwischen voneinander zu isolierenden Leiterbahnen ausbilden kann. Der Lötstopplack ist nur in den der elektrischen Isolation dienenden Bereichen der Oberfläche der Leiterplatte

(kurz: isolierende Bereiche) vorhanden, und muss daher selektiv aufgebracht werden. Der Lötstopplack wird hierzu zunächst vollflächig auf die gesamte Oberfläche der Leiterplatte aufgebracht und anschließend in den isolierenden Bereichen selektiv ausgehärtet, beispielsweise mittels phototechnischer Methoden. Anschließend wird der nicht-ausgehärtete Lötstopplack von der Oberfläche der Leiterplatte entfernt.

Die isolierenden Bereiche weisen einen die Leiterbahnen gegeneinander elektrisch isolierenden Widerstand auf, welcher als Isolationswiderstand bezeichnet wird. Der Isolationswiderstand wird dabei prinzipiell durch die Geometrie der Leiterbahnen bzw. des isolierenden Bereichs bestimmt; bei zwei parallel verlaufenden Leiterbahnen beispielsweise durch die Länge der parallel verlaufenden Leiterbahnen und den Abstand der Leiterbahnen zueinander. Der Isolationswiderstand wird jedoch auch durch das Material zwischen den Leiterbahnen bestimmt. Bei vorgegebener Geometrie der

Leiterbahnen wird der Isolationswiderstand daher im Wesentlichen durch die Materialeigenschaften des Lötstopplacks bestimmt. Besonders hohe Anforderungen an die isolierenden Eigenschaften des Lötstopplacks liegen dann vor, wenn die Leiterplatte Teil eines Feldgeräts der Prozess- und Automatisierungstechnik ist, welches für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen vorgesehen ist. Der Zünd- bzw.

Explosionsschutz wird hier dadurch erzielt, dass der Isolationswiderstand oberhalb eines in entsprechenden Normen geforderten Mindestwiderstands liegt. Dadurch ist ein Kurzschluss auch im Fehlerfall ausgeschlossen.

Hierbei ist ferner sicherzustellen ist, dass der Isolationswiderstand auch im Falle von schwankenden Umgebungsbedingungen wie beispielsweise

Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsschwankungen oberhalb des

Mindestwiderstands liegt. Um dies zu erreichen, sollte der

Isolationswiderstand daher deutlich, beispielsweise um eine Größenordnung, oberhalb des Mindestwiderstands liegen.

Es zeigt sich die folgende Problematik: Bei der Herstellung der Leiterplatte und/oder bei der Verarbeitung der Leiterplatte bzw. dem Löten von

Bauelementen auf die Leiterplatte kommen oftmals Chemikalien zum Einsatz, welche mit dem Lötstopplack in unvorhergesehener Art und Weise

wechselwirken. Dadurch können die Materialeigenschaften des Lötstopplacks, insbesondere die isolierenden Eigenschaften, ungünstig beeinflusst werden. Hierbei ist eine Reduktion des Isolationswiderstands prinzipiell unerwünscht.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Leiterplatte anzugeben, welche Lötstopplack auf isolierenden Bereichen der Oberfläche zwischen den

Leiterbahnen aufweist, wobei der Isolationswiderstand möglichst hoch ist. Ferner ist die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen

Leiterplatte anzugeben. Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist eine Leiterplatte mit auf zumindest einer Oberfläche der Leiterplatte angeordneten Leiterbahnen, wobei die Oberfläche zwischen den Leiterbahnen angeordnete, Lötstopplack aufweisende Bereiche umfasst, wobei die Bereiche einen die Leiterbahnen gegeneinander isolierenden Isolationswiderstand aufweisen, und wobei die Oberfläche der Leiterplatte im Wesentlichen frei, insbesondere befreit, von Polyethylenglykolen und/oder anderen in dem Lötstopplack angereicherten und/oder anreicherbaren hygroskopischen Polymeren ist.

Hygroskopische Polymere werden bei der Herstellung und/oder der

Verarbeitung von Leiterplatten eingesetzt, insbesondere in Flussmitteln. Die hygroskopischen Polymere weisen resorptive Eigenschaften und können sich im Lötstopplack anreichern. Dies gilt insbesondere für Polyethylenglykole (PEG), welche eine spezielle Klasse von hygroskopischen Polymeren bezeichnen.

Die Vorteile der Erfindung sind die folgenden:

- Es wird erreicht, dass sich das PEG und/oder die anderen

hygroskopischen Polymere nicht im Lötstopplack anreichen können. Dadurch wird auch die Einlagerung von Wasser im Lötstopplack verhindert. Darüber hinaus wird so verhindert, dass gegebenenfalls anderen Chemikalien im Lötstopplack eingelagert werden.

- Damit ist der Isolationswiderstand auch bei wird bei hoher

Umgebungsfeuchtigkeit und/oder -temperatur, bei welcher die

Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Wassereinlagerungen im Lötstopplack deutlich erhöht ist, stabil. Dies wurde in Untersuchungen der Anmelderin gezeigt.

- Aufgrund des höheren und stabileren Isolationswiderstands können gegebenenfalls auch Lackschichten geringerer Dicke eine

ausreichende Isolation bewirken. Dies bedeutet, dass die

Lackschichtstärke des Lötstopplacks geringer ausgelegt werden kann was eine oftmals technisch bedingte Forderung darstellt.

Bezüglich der Aufgabe der Herstellung der Leiterplatte wird die Aufgabe durch das in Anspruch 2 angegebene Verfahren gelöst. Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 2 wird Lötstopplack auf die isolierenden Bereiche aufgebracht, und die Oberfläche der Leiterplatte zumindest einem Reinigungsvorgang

unterzogen. In dem Reinigungsvorgang werden Polyethylenglykole (PEG) und/oder andere in dem Lötstopplack angereicherte und/oder anreicherbare hygroskopische Polymere von der Oberfläche der Leiterplatte entfernt.

Durch den zumindest einen Reinigungsvorgang wird die Leiterplatte erhalten, welche frei, insbesondere befreit, von Polyethylenglykolen und/oder von anderen in dem Lötstopplack angereicherten und/oder anreicherbaren hygroskopischen Polymeren ist.

Bei dem Reinigungsvorgang werden zum einen die auf der Oberfläche der Leiterplatte vorhandenen, in dem Lötstopplack anreicherbaren PEG und/oder anderen hygroskopischen Polymere entfernt. Zum anderen werden auch die bereits in dem Lötstopplack angereicherten PEG und/oder anderen

hygroskopischen Polymere entfernt. Im Rahmen dieser Entfernung

wird/werden auch Wasser und ggf. auch andere Chemikalien, welche/s etwa mittels der im Lötstopplack angereicherten PEG und/oder anderen

hygroskopischen Polymere bereits im Lötstopplack vorhanden ist/sind, entfernt. Dabei wird ausgenutzt, dass es sich bei der Einlagerung der im Lötstopplack angereicherten PEG und/oder anderen hygroskopischen

Polymere um einen reversiblen Vorgang handelt, welcher durch den

erfindungsgemäßen Reinigungsvorgang im Wesentlichen rückgängig gemacht wird. In einer Ausgestaltung ist die Leiterplatte bei deren Herstellung und/oder bei dem Auflöten von Bauelementen auf die Oberfläche der Leiterplatte einem Verfahrensschritt ausgesetzt, bei dem die Oberfläche mit einer Substanz in Kontakt kommt, welche Substanz Polyethylenglykole und/oder andere in dem Lötstopplack anreicherbare hygroskopische Polymere enthält. Nach der Ausführung des Verfahrensschritts werden auf der Oberfläche der Leiterplatte verbleibende und/oder im Lötstopplack angereicherte Polyethylenglykole (PEG) und/oder andere hygroskopische Polymere durch den

Reinigungsvorgang entfernt. Insbesondere handelt es sich bei der Substanz um ein Flussmittel. Flussmittel werden in der Regel bei der Herstellung der Leiterplatte und/oder dem

Auflöten von Bauelementen auf die Oberfläche der Leiterplatte eingesetzt. Durch die Flussmittel werden die Oberflächenoxide reduziert, und auch die Fließ- und Benetzungseigenschaften des flüssigen Lotes verbessert.

Durch den nachfolgenden Reinigungsvorgang werden die aufgrund dieses Kontakts gegebenenfalls auf der Oberfläche verbliebenen Rückstände, welche PEG und/oder anderen hygroskopischen Polymere enthalten entfernt und/oder die im Lötstopplack angereicherten Polyethylenglykole (PEG) und/oder anderen hygroskopischen Polymere entfernt.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Substanz bei einer

Heißluftverzinnung eingesetzt. Insbesondere handelt es sich bei der Substanz um ein Flussmittel, welches bei der Heißluftverzinnung eingesetzt wird. Die Heißluftverzinnung erfolgt dabei im Rahmen der Endbeschichtung der vorgefertigten und unbestückten Leiterplatte. Der Reinigungsvorgang schließt sich in dieser Ausgestaltung an den Verfahrensschritt der Endbeschichtung der vorgefertigten Leiterplatte an d.h. er erfolgt nach der Endbeschichtung der vorgefertigten und unbestückten Leiterplatte.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Substanz, insbesondere ein Flussmittel, bei dem Löten von Bauelementen auf zumindest eine der

Oberflächen der Leiterplatte eingesetzt. Der Reinigungsvorgang schließt sich an das Löten der Bauelementen auf die Oberfläche/n der Leiterplatte an d.h. er erfolgt also nach dem Löten der Bauelemente auf die Oberfläche/n.

In einer Ausgestaltung wird der Reinigungsvorgang wiederholt durchgeführt.

In einer Ausgestaltung wird die Leiterplatte nach dem Reinigungsvorgang einem oder mehreren weiteren Verfahrensschritten unterzogen, bei denen die Leiterplatte ausschließlich mit solchen Substanzen in Kontakt kommt, welche Polyethylenglykol (PEG)-frei und/oder frei von anderen in dem Lötstopplack anreicherbaren hygroskopischen Polymeren sind. Selbstverständlich ist es Rahmen der Erfindung auch möglich, nach dem Reinigungsvorgang eine erneute Beschichtung aufzubringen.

In einer Ausgestaltung umfasst der Reinigungsvorgang zumindest einen Spül- und/oder Wischvorgang. Selbstverständlich kann der Reinigungsvorgang auch mehrere Spül- und/oder Wischvorgänge umfassen.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Reinigungsvorgang einen

Stripping-Prozess. In dem Stripping-Prozess werden die Polyethylenglykole (PEG) und/oder die anderen in dem Lötstopplack angereicherten und/oder anreicherbaren hygroskopischen Polymere mittels mindestens eines organischen Lösungsmittels abgezogen. Hierzu eignen sich insb. organische Lösungsmittel, die Diethylenglykol enthalten. Dieses unterscheidet sich von den PEG in der Kettenlänge, wodurch unterschiedliche physikalische

Eigenschaften hervorgerufen werden. Dadurch ist es möglich, das PEG und/oder die anderen in dem Lötstopplack angereicherten und/oder anreicherbaren hygroskopischen Polymere mittels eines Diethylenglykols zu entfernen. Des Weiteren eignen sich Lösungsmittel, welche einen

modifizierten Alkohol enthalten. Letztere sind häufig stark polar und damit in der Lage, die PEG und/oder die anderen hygroskopische Polymere zu entfernen.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Reinigungsvorgang ein thermisches Verfahren. Mittels des thermischen Verfahrens werden die Polyethylenglykole (PEG) und/oder die anderen in dem Lötstopplack angereicherten und/oder anreicherbaren hygroskopischen Polymere entfernt.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden Substanzen verwendet, welche Polyethylenglykole (PEG) mit einer molekularen Masse von unter 1000 g/mol enthalten. Ab einer Molekülmasse von größer gleich etwa 1000 g/mol handelt es sich im Wesentlichen um feste PEG. Als Flussmittel eigenen sich dabei vor allem die flüssigen PEG. Die PEG sind jedoch in Abhängigkeit von der Molekülmasse bzw. Kettenlänge des Polymers hygroskopisch, wobei die Fähigkeit, Wasser aufzunehmen, mit steigender Molekülmasse abnimmt. In einer weiteren Ausgestaltung werden Substanzen verwendet , welche Polyethylenglykole (PEG) mit einer molekularen Masse von unter 500 g/mol enthalten. In einer weiteren Ausgestaltung werden Substanzen verwendet , welche Polyethylenglykole (PEG) mit einer molekularen Masse zwischen 300-500 g/mol enthalten.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Leiterplatte;

Fig. 2: ein Vergleich der Isolationswiderstände von erfindungsgemäßen Leiterplatten mit Leiterplatten nach dem Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Leiterplatte 1 mit zwei Leiterbahnen 2. Die zum Auflöten von Bauelementen BE vorgesehenen Lötkontaktflächen auf der Oberfläche 1 1 der Leiterplatte 1 sind angedeutet. Der Lötstopplack 3 ist auf die isolierenden Bereichen 4 aufgebracht, welche zwischen den Leiterbahnen 2 angerordnet sind. Die isolierenden Bereiche 4 zwischen den Leiterbahnen 2 weisen einen die Leiterbahnen 2 gegeneinander isolierenden Isolationswiderstand RISO auf. Die Pfeile markieren den kürzesten Abstand A zwischen den beiden Leiterbahnen 2.

Der Isolationswiderstand RISO sollte dabei möglichst groß, insbesondere größer als ein gegebenenfalls geforderter Mindestwiderstands RG sein. Der Mindestwiderstand RG zwischen den beiden parallelen Leiterbahnen 2 berechnet sich in Abhängigkeit von dem Abstand A und der Länge I der beiden parallelen Leiterbahnen 2 folgendermaßen: RG=5 x 10 ¹⁰ Ω A/l. Der Vorfaktor 5 x 10 ¹⁰ Ω wird durch ein Bezugsmaterial bestimmt. Dadurch ergibt sich in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Mindestwiderstand RG zu RG= 2x10 ⁹ Ω. Die Oberfläche 1 1 der erfindungsgemäßen Leiterplatte 1 ist frei, insbesondere befreit, von in dem Lötstopplack 3 angereicherten und/oder anreicherbaren PEG und/oder anderen hygroskopischen Polymeren. Auch unter Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsschwankungen wird/werden daher im Wesentlichen kein Wasser und ggf. andere Chemikalien in dem Lötstopplack 3 eingelagert. Dadurch wird ein hoher Isolationswiderstand RISO zwischen den

Leiterbahnen 2 erreicht, der insbesondere auch bei Temperatur- und

Feuchtigkeitsschwankungen stabil hoch bleibt. Aufgrund des höheren und stabileren Isolationswiderstands RISO können gegebenenfalls auch

Lackschichten mit geringerer Dicke eine ausreichende Isolation bewirken. Vorteilhaft kann daher die Lackschichtstärke des Lötstopplacks 3 prinzipiell geringer ausgelegt werden kann.

Fig. 2 zeigt den Isolationswiderstand RISO als Funktion der Zeit über einen Zeitraum, in welchem die Leiterplatten Temperatur- und

Feuchtigkeitsschwankungen ausgesetzt wurden.

Hierbei wurde eine Leiterplatte nach dem Stand der Technik A mit zwei erfindungsgemäßen Leiterplatten B und C verglichen. Die Leiterplatte A nach dem Stand der Technik und die erfindungsgemäßen Leiterplatten B, C wurden, abgesehen von dem erfindungsgemäßen Reinigungsvorgang, im Wesentlichen identisch hergestellt bzw. sie sind in einem im Wesentlichen identischen Verfahren erhalten. Bei der Herstellung der Leiterplatten A, B, C wurde im Rahmen der Heißluftverzinnung ein Flussmittel eingesetzt, welches als Trägersubstanz PEG mit einer eine molekulare Masse von etwa 400 g/mol aufweist. Bei den Leiterplatten B und C wurde zusätzlich, anschließend zu der Heißluftverzinnung, das PEG von der Oberfläche 1 1 der Leiterplatte 1 in dem erfindungsgemäßen Reinigungsvorgang entfernt. Anschließend wurden alle Leiterplatten, d.h. die Leiterplatte nach dem Stand der Technik A sowie die erfindungsgemäßen Leiterplatten B, C Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen ausgesetzt. Der Isolationswiderstand RISO wurde dabei jeweils in regelmäßigen Abständen, d.h. bei verschiedenen Temperaturen und unterschiedlicher Feuchtigkeit gemessen. Der zeitliche Verlauf des gemessenen Isolationswiderstands RSIO ist in Fig. 2 , dargestellt. Die gefüllten Quadrate zeigen dabei den Isolationswiderstand RISO der Leiterplatte A nach dem Stand der Technik. Die gefüllten und ungefüllten Kreise zeigen den Isolationswiderstand RISO der zwei

erfindungsgemäßen Leiterplatten B und C. Der Mindestwiderstand RG= 2x10' Ω ist mittels einer gestrichelte Linie dargestellt.

Der Isolationswiderstand RISO der Leiterplatte nach dem Stand der Technik A und die Isolationswiderstände RISO der erfindungsgemäßen Leiterplatten B und C liegen anfänglich alle deutlich einige Größenordnungen oberhalb des hier geforderten Mindestwiderstands RG, wobei der Isolationswiderstand RISO der erfindungsgemäßen Leiterplatten B und C bereits zu Beginn leicht höher ist. Allerdings zeigt sich ein deutlich verschiedenes zeitliches Verhalten d.h. unter verschiedenen Temperaturen und unterschiedlicher Feuchtigkeit. Während der Isolationswiderstand RISO der Leiterplatte nach dem Stand der Technik A mit der Zeit drastisch abnimmt, und dadurch in die Nähe des

Mindestwiderstands RG rückt, führen die Temperatur- und

Feuchtigkeitsschwankungen der erfindungsgemäßen Leiterplatten B, C zu einer verhältnismäßig deutlich geringen Reduktion des Isolationswiderstands RISO. Dadurch ist der Isolationswiderstand RISO der erfindungsgemäßen Leiterplatten B, C wesentlich höher. Er liegt dabei immer zumindest eine Größenordnung oberhalb des Isolationswiderstand RISO der Leiterplatte nach dem Stand der Technik A, und insbesondere auch immer zumindest eine Größenordnung oberhalb des geforderten Mindestwiderstands RG.

Bezugszeichen und Symbole

1 Leiterplatte

1 1 Oberfläche der Leiterplatte

2 Leiterbahnen

3 Lötstopplack

4 zu isolierende Bereiche von 1 1

PEG Polyethylenglykole

BE Bauelement

A Abstand der Leiter

I Länge der parallelen Leiter

RG Mindestwiderstand

RISO Isolationswiderstand

A Leiterplatten nach dem Stand der Technik

B,C erfindungsgemäße Leiterplatten