AT510079A1 - Verfahren zur herstellung von mehrschichtigen schaltungen und mehrschichtige schaltung - Google Patents

Description

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Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Schaltungen und mehrschichtige Schaltung

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Schaltungen bestehend aus zumindest einer Isolierschicht und zumindest einer Leiterschicht auf jeder Seite der Isolierschicht, wobei eine erste Leiterschicht auf einem Substrat hergestellt wird, und wobei eine Isolierschicht über die erste Leiterschicht gedruckt wird und Öffnungen in der Isolierschicht ausgespart bleiben, sodass die erste Leiterschicht dort frei von Isoliermaterial ist und zwischen den beiden Leiterschichten zumindest eine leitende Verbindung durch die Isolierschicht hergestellt wird, sowie eine durch dieses Verfahren hergestellte mehrschichtige Schaltung.

STAND DER TECHNIK

Die WO 91/14015 A1 zeigt ein derartiges Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Anordnung, wobei die erste Leiterschicht subtraktiv mittels Fotolithografie hergestellt wird, ein Dielektrikum als Isolierschicht aufgedruckt wird und eine leitende Paste mittels Siebdruck auf das Dielektrikum aufgebracht wird. Andere Ausführungsformen zeigen die Aufbringung einer leitenden Schicht mittels elektrolytischen oder stromlosen Mitteln.

Nachteilig an diesem Verfahren ist die unterschiedliche Art der Herstellung der einzelnen Schichten.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu steilen, mit welchem dieser Nachteil überwunden wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 so gelöst, dass beim eingangs genannten Verfahren die erste Leiterschicht mittels eines Druckverfahrens auf dem Substrat hergestellt wird, und dass eine zweite Leiterschicht mittels eines Druckverfahrens auf die Isolierschicht aufgedruckt wird, wobei die zweite Leiterschicht über zumindest eine Öffnung in der Isolierschicht gedruckt wird, sodass sich eine leitende Verbindung zwischen erster und zweiter Leiterschicht ergibt. * * 2

Das heißt, sowohl die erste und die zweite Leiterschicht als auch die Isolierschicht werden mittels Druckverfahren hergestellt, es kommen also nur additive Verfahren bei der Herstellung von Leiterschichten und Isolierschichten zum Einsatz, und keine substraktiven Verfahren, wie die Fotolithografie.

Der Herstellungsprozess wird vereinfacht, wenn sowohl die Leiterschichten als auch die Isolierschichten mit dem gleichen Druckverfahren, etwa mit Siebdruck, hergestellt werden. Es ist dann nämlich nur eine Druckvorrichtung nötig, die nur mit unterschiedlichen Materialien, nämlich leitenden und isolierenden Materialen, beschickt werden muss.

Selbstverständlich ist es auch schon von Vorteil, wenn nur die Leiterschichten mit einem Druckverfahren, die Isolierschichten mit einem anderen Druckverfahren hergestellt werden.

Unter einer Leiterschicht versteht man hier leitendes, auf ein in der Regel flächiges Substrat aufgebrachtes Material mit einer im Wesentlichen konstanten Dicke, wobei das leitende Material nicht das gesamte Substrat bedeckt, sondern Leiterbahnen auf diesem bildet. Die Leiterbahnen können etwa eine beliebige freie Form haben, so wie Leiterbahnen auf konventionellen bedruckten Leiterplatten.

Meist wird eine Leiterschicht in einem einzigen Druckschritt hergestellt Es können aber auch Leiterschichten in mehreren Druckschriften hergestellt werden, etwa, wenn eine große Dicke bzw. Höhe der Leiterschicht bzw. der Leiterbahnen gewünscht ist, die in einem Druckschrift nicht hergestellt werden kann. Dabei können dann zwei oder mehrere deckungsgleiche Teilschichten übereinander gedruckt werden.

Typische Schichtdicken einer Leiterschicht beginnen bei 0,5 pm und können bis zu mehreren 100 pm reichen. Die Leiterbahnen können je nach Druckverfahren wenige pm breit sein, typische Breiten liegen zwischen 50 und 400 pm. Der Breite sind nach oben keine Grenzen gesetzt. Es könnten also auch Leiterbahnen mit einem Länge/Breite-Verhältnis von eins hergestellt werden, was aber bezüglich Platzbedarf nicht sinnvoll ist.

Unter einer Isolierschicht versteht man hier isolierendes, auf ein in der Regel flächiges Substrat aufgebrachtes Material mit einer im Wesentlichen konstanten Dicke, wobei das isolierende Material entweder das gesamte Substrat und damit die « * * · « * * · * » « ·· · t · ι · · ** ««*«· t ι i ι « 3 * · · t ·#«·* ··*« • · * · * « · · « • · ·· * * * ·· ·* * direkt unter dem isolierenden Material befindliche Leiterschicht - bis auf die gewünschten Öffnungen - bedeckt. Oder das isolierende Material bedeckt nur jenen Bereich des Substrats, wo es eine zu isolierende Leiterschicht bedecken soll.

Auch die Isolierschicht wird in der Regel in einem einzigen Druckschritt hergestellt. Es ist aber auch hier denkbar, dass eine Isolierschicht in mehreren Druckschriften hergestellt wird. Dabei können dann zwei oder mehrere deckungsgleiche Teilschichten übereinander gedruckt werden. Das mehrmalige Drucken deckungsgleicher Schichten des Dielektrikums etwa ist von Vorteil, weil in einer Teilschicht vorhandene Druckfehler in Form winziger Löcher (sogenannte Pinholes) durch Aufbringen einer weiteren Teilschicht geschlossen und damit mögliche Kurzschlüsse verhindert werden können.

Typische Schichtdicken einer Isolierschicht liegen zwischen 5 und 200 pm.

Die Öffnungen in der Isolierschicht sind in der Regel zumindest so groß wie die zu verbindenden Leiterbahnen an dieser Stelle jeweils breit sind. Sie sollten am besten um die doppelte Drucktoleranz breiter sein als die Breite der Leiterbahnen. Beim Siebdruck beispielsweise kann von einer Drucktoleranz (im Sinne einer Positioniergenauigkeit und Verzugsgenauigkeit) von ca. 100 μηι ausgegangen werden.

Beim erfindungsgemäßen Drucken der zweiten Leiterschicht auf die Isolierschicht werden die Öffnungen in der Isolierschicht nicht - wie in einigen Verfahren aus dem Stand der Technik - komplett bis zu Ihrer Oberkante mit einer leitenden Substanz aufgefüllt, sondern die Dicke der zweiten Leiterschicht ist in der Öffnung genauso groß wie die Dicke der zweiten Leiterschicht auf der Isolierschicht. Das heißt, die Vertiefung, welche die Öffnung in der Isolierschicht darstellt, bleibt auch nach dem Drucken der zweiten Leiterschicht über diese Öffnung erhalten.

Die Erfindung kann besonders gut im Bereich der sogenannten „gedruckten Elektronik“ (engl, printed electronics) eingesetzt werden. Die gedruckte Elektronik bezeichnet elektronische Bauelemente, Baugruppen und Anwendungen, die vollständig oder teilweise mittels Druckverfahren hergestellt werden. Anstelle der Druckfarben werden elektronische Funktionsmaterialien, die in flüssiger oder pastöser Form vorliegen, verdruckt. Häufig handelt es sich dabei um organische

Materialien. Durch eine erhebliche Reduzierung der Herstellungskosten, durch die Möglichkeit, großflächige und flexible Substrate zu bedrucken, sowie durch neuartige Funktionalitäten werden Anwendungsfelder für die Elektronik erschlossen, die der konventionellen (anorganischen) Elektronik bisher nicht oder nur eingeschränkt zugänglich waren. Neue Entwicklungen durch die gedruckte Elektronik zeichnen sich unter anderem in Anwendungen wie RFID, Displays und Solarzellen ab.

Ein wesentliches Charakteristikum der gedruckten Elektronik stellt die Verwendung von flexiblen Substraten dar, die sich günstig auf die Herstellungskosten auswirkt und die Herstellung von mechanisch flexiblen elektronischen Anwendungen ermöglicht. Während im Tintenstrahl- und Siebdruck zum Teil noch auf starren Substraten wie Glas und Silizium gearbeitet wird, werden in den Massendruckverfahren aufgrund ihres rotativen Verfahrensprinzips fast ausschließlich Folie und Papier eingesetzt. Aufgrund des Kostenvorteils kommt häufig Polyethylenterephthalat-Folie (PET), wegen der höheren Temperaturstabilität gelegentlich auch Polyethylennaphthalat-(PEN) und Polyimid-Folie (PI) zum Einsatz. Weitere wichtige Kriterien für die Verwendung des Substrates sind eine niedrige Rauheit und eine geeignete Benetzbarkeit, die gegebenenfalls durch Vorbehandlungen (Beschichtung, Coronabehandlung) angepasst werden kann. Im Gegensatz zum konventionellen Druck wirkt sich eine hohe Saugfähigkeit in der Regel ungünstig aus. Aufgrund der niedrigen Kosten und der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten stellt Papier ein attraktives Substrat für die gedruckte Elektronik dar, bereitet jedoch wegen der hohen Rauheit und Saugfähigkeit technologische Schwierigkeiten.

Als Druckverfahren für die gegenständliche Erfindung - sowohl für die Leiterschichten als auch für die Isolierschichten - kommen insbesondere die folgenden Verfahren zur Anwendung: Siebdruck, Flexodruck, Tiefdruck, Offsetdruck, Tintenstrahldruck oder Schablonendruck. Diese können auch untereinander kombiniert werden. Die Druckverfahren sind dem Fachmann bekannt und werden hier nur kurz wiedergegeben, um deren Vor- und Nachteile für die gegenständliche Erfindung anzugeben.

Der Siebdruck ist ein Druckverfahren, bei dem das Druckmaterial mit einer Gummirakel durch ein feinmaschiges Gewebe hindurch auf das zu bedruckende Material gedruckt wird. An denjenigen Stellen des Gewebes, wo dem Druckbild entsprechend kein Druckmaterial aufgedruckt werden soll, werden die ·* ϊ - H 4« ί • * * I · * . * — · * * · * «i · *««· 3 · * β * * * 4 · # **» **·· · «*· » *· * · 44* * * 44 ·

Maschenöffnungen des Gewebes durch eine - meist fotografisch aufgebrachte -Schablone farbundurchlässig gemacht.

Im Siebdruckverfahren ist es möglich, viele verschiedene Materialien zu bedrucken, sowohl flache (Folien, Platten etc.) wie auch geformte. Ein Vorteil des Siebdrucks besteht darin, dass durch verschiedene Gewebefeinheiten der Druckmaterialauftrag variiert werden kann, so dass hohe Schichtdicken erreicht werden können. Im Vergleich zu anderen Druckverfahren können sehr hohe Auftragsmengen und Schichtdicken (bis zu mehreren 100 Mikrometern) erreicht werden, was z.B. geringe Widerstände bei schmalen Leiterbahnen ermöglicht. Im Vergleich zu anderen Druckverfahren ist die Druckgeschwindigkeit jedoch relativ gering. Der Nachteil des Siebdrucks besteht darin, dass lediglich Linienstärken von ca. 100 gm und Abstände von 100 gm zwischen den Linien möglich sind. Werden nun z.B. viele Leiterbahnen benötigt, dann wird der Platzbedarf groß. Allerdings können die Leiterbahnen mit der gegenständlichen Erfindung auf mehrere Schichten aufgeteilt werden, was wiederum der Platzersparnis dient.

Der Flexodruck ist ein direktes Hochdruckverfahren. Es handelt sich dabei um ein Rollen rotationsdruckverfahren, bei dem flexible Druckplatten, die aus Fotopolymer oder Gummi bestehen, und niedrigviskoses Druckmaterial verwendet wird. Als Hochdruckverfahren sind die erhabenen Stellen der Druckform bildtragend, während der Druckwerksaufbau sehr einfach ist und dem des Tiefdruckverfahrens ähnelt. Der Flexodruck zeichnet sich besonders durch seine vielseitigen Einsatzgebiete aus, denn im Flexodruck lassen sich viele Materialien bedrucken, die mit anderen Druckverfahren nicht oder nur eingeschränkt zu bedrucken sind, beispielsweise Kunststoff (wie z. B. PE, PET, PVC, PS, PP, PC) oder metallisierte Folie. Der Flexodruck kann vorteilhaft z.B. für das Dielektrikum eingesetzt werden, da bei dieser Schicht nicht die Dicke der wichtigste Parameter ist, sondern die Geschlossenheit der Schicht. Die hohe Geschwindigkeit des Flexodruckes ermöglicht dann ein ökonomisches Aufbringen von mehreren Dielektrikumsschichten zur Sicherung der geschlossenen Schicht. Die Auftragsmengen lassen sich im Flexodruck jedoch nur in geringen Grenzen steuern.

Das Tiefdruckverfahren ist eine Drucktechnik, bei der die druckenden Elemente vertieft sind. Die nichtdruckenden Partien liegen auf einem konstanten höheren Niveau. Die gesamte Druckform wird vor dem Druck mit Druckmaterial versehen und λ* «··* « * • « · » ·

• · das überschüssige Druckmaterial danach mit einer Rakel oder einem Wischer entfernt, so dass sich das Druckmaterial nur noch in den Vertiefungen befindet. Ein hoher Anpressdruck und die Adhäsionskräfte zwischen zu bedruckendem Material und Druckmaterial bewirken die Übertragung des Druckmaterials auf das zu bedruckende Material. Der Tiefdruck bringt neben einer weiteren Produktivitätserhöhung (höhere Geschwindigkeit und größere Druckbreiten) auch gegenüber dem Flexodruck noch den Vorteil der besseren Auflösung, was kleinere Strukturen ermöglicht. Zusätzlich lassen sich die Auftragsmengen im Tiefdruck besser steuern als im Flexodruck.

Der Offsetdruck ist ein indirektes Flachdruckverfahren, das auf dem unterschiedlichen Benetzungsverhalten verschiedener Stoffe beruht. Physikalische Grundlage ist die unterschiedliche Oberflächenstruktur der Druckplatte. Die druckenden Teile der Druckplatte sind lipophil, sie ziehen Öle an und stoßen Wasser ab, nehmen daher das Druckmaterial auf. Der nicht druckende Teil der Druckplatte ist hydrophil, zieht also Wasser an. Die so zuvor mit Wasser benetzten Teile nehmen daher kein Druckmaterial auf, sondern nur der lipophile, druckende Teil. Die Druckformherstellung bzw. Druckplattenherstellung im Offsetdruck ist einfacher, schneller und preiswerter als die einer Hochdruckplatte oder eines Tiefdruckzylinders. Die üblichen Druckträger des Offsetdrucks sind Monometallplatten aus Zink oder Aluminium mit einer Stärke von 0,1 bis 0,5 mm. Offsetdruckmaterial ist pastös und hat eine Viskosität von 40 bis 100 Pa s. Als das schnellste Druckverfahren kann der Offsetdruck obengenannte Vorteile noch verstärken, wenngleich die Auftragsmenge noch schlechter steuerbar ist.

Alle Druckverfahren können natürlich sowohl für die Isolierschichten als auch für die Leiterbahnen eingesetzt werden, je nachdem, ob Auflösung oder Auftragsmenge gefragt sind. Für mehrere der oben genannten Druckverfahren sind UV-Druckfarben verfügbar: Diese Verfahren setzen dann Druckmaschinen mit UV-Trocknung ein und bieten die Möglichkeit, auf Polyester, PVC, PET, PC, Metallicfolie und andere geschlossene Oberflächen zu drucken. Für den UV-Druck werden spezielle, UV-härtende Druckmaterialien eingesetzt, die im Vergleich zu konventionellen Druckmaterialien keine Lösemittel enthalten. Basisbestandteile der UV- Druckmaterialien sind Mono-, Oligomeren und Fotoinitiatoren. Durch die Bestrahlung mit speziellen UV-Lampen wird durch die Fotoinitiatoren eine Polymerisation innerhalb des Druckmaterials ausgelöst, so dass die frisch aufgedruckte Schicht blitzartig eine harte Oberfläche ausbildet. Speziell für das Dielektrikum, also die Isolierschicht, lassen sich solche schnell und ohne Lösungsmittelfreisetzung trocknende Systeme vorteilhaft einsetzen. 5 Beim Tintenstrahldruck werden Matrixdrucker eingesetzt, bei denen durch den gezielten Abschuss oder das Ablenken kleiner Tintentröpfchen bzw. Tröpfchen eines anderen Druckmaterials ein Druckbild erzeugt wird und die daher ohne Druckform auskommen. Allerdings ist er den Massendruckverfahren Tief-, Offset- und Flexodruck in Bezug auf den Flächendurchsatz unterlegen. Mit Labordruckern lässt 10 sich jedoch eine gute Auflösung erzielen, die wesentlich höher als 50 pm ist. Für das Aufbringen der Leiterbahnen kann auch Schablonendruck verwendet werden. Der Schablonendruck wurde bisher hauptsächlich in der Elektronik zum Aufträgen von großen Schichtdicken von meist partikelgefüllten Pasten eingesetzt.

Als Druckmaterialien für die Leiterschichten eignen sich Silberleitpaste oder 15 Kohlenstoffpaste (engl.: carbon paste) oder Mischungen aus anderen, später genannten Materialien.

Es können auch die aus der gedruckten Elektronik bekannten leitfähigen Materialien wie leitfähige Polymere Poly-3,4-ethylendioxythiophen, das mit Polystyrensulfonat dotiert wird (PEDOT:PSS), und Polyanilin (PANI) verwendet werden. Beide Polymere 20 sind kommerziell in verschiedenen Formulierungen erhältlich und wurden bereits im Tintenstrahl-, Sieb- und Offsetdruck bzw. im Sieb-, Flexo- und Tiefdruck verdruckt. Alternativ werden Silber-Nanopartikel im Flexo-, Offset- und Tintenstrahldruck, im letztgenannten Verfahren auch Gold-Partikel, verwendet. Es können aber auch andere Leitmaterialien als Nanopartikel eingesetzt werden. Neben den polymeren 25 und metallischen Materialien rückt zudem auch der Kohlenstoff als robustes Material für gedruckte elektronische Anwendungen in den Fokus dieser Technologie.

Die Leiter können auch mittels Galvanisieren, das gleichbedeutend mit Elektroplating ist, oder Elektroless Plating aufgebracht werden. Beim Galvanisieren oder Elektroplating erfolgt eine elektrochemische Abscheidung von metallischen 30 Niederschlägen (Überzügen) durch galvanische Prozesse auf einem gedruckten 8 » - sogenannten Seed-Layer, das ist eine Startschicht, die geringere Leitfähigkeit aufweist als der metallische Überzug.

Beim stromlosen Metallisieren oder Elektroless Plating treten ohne Verwendung einer externen elektrischen Stromquelle in einer wässrigen Lösung chemische Reaktionen auf, indem Wasserstoff durch eine Reduktionsmittel freigesetzt und oxidiert wird und daher eine negative Ladung an der zu metallisierenden Oberfläche bildet. Auch dieses Verfahren kann erfindungsgemäße dazu verwendet werden, auf vorgedruckten Seed-Layers einen Metallüberzug aufzubringen.

Druckbare organische (z.B. verschiedene Polymere) und anorganische Isolatoren bzw. Dielektrika für die Isolierschicht existieren in großer Zahl und können in den verschiedenen Druckverfahren verarbeitet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst auch mehrschichtige Schaltungen mit mehr als zwei Leiterschichten bzw. mehr als einer Isolierschicht. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass über die zweite Leiterschicht abwechselnd weitere Isolierschichten und weitere Leiterschichten aufgedruckt werden. Also es wird über die zweite Leiterschicht eine weitere Isolierschicht und auf die weitere Isolierschicht eine dritte Leiterschicht aufgedruckt, u.s.w.. Die einzelnen Schichten können selbstverständlich wieder aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein, die gemeinsam eine Leiterschicht bzw. eine Isolierschicht bilden.

Neben der Herstellung von Leiterbahnen beider Leiterschichten mit freien Formen kann auch eine Anordnung der Leiterbahnen in einer Matrix vorgesehen werden, indem zumindest zwei aufeinander folgende Leiterschichten aus parallel zueinander verlaufenden geraden Leiterbahnen bestehen, wobei die Leiterbahnen der einen Leiterschicht in einem Winkel, insbesondere normal oder in einem Winkel von 45°, zu den Leiterbahnen der folgenden Leiterschicht verlaufen. Zwei aufeinander folgende Leiterschichten sind nur durch eine Isolierschicht voneinander getrennt. So könnte etwa sowohl die erste Leiterschicht als auch die zweite Leiterschicht aus parallel zueinander verlaufenden geraden Leiterbahnen bestehen, wobei die Leiterbahnen der ersten Leiterschicht in einem Winkel, insbesondere normal, zu den Leiterbahnen der zweiten Leiterschicht verlaufen. Würde man noch eine weitere Isolierschicht über die zweite Leiterschicht drucken, so könnte noch eine dritte Leiterschicht auf die weitere Isolierschicht drucken, deren parallel zueinander verlaufende geraden • · * « 9 » · « *

Leiterbahnen parallel zu denen der ersten Leiterschicht und in einem Winkel, insbesondere normal, zu denen der zweiten Leiterschicht verlaufen. Über eine solche dritte Leiterschicht könnte - nach einer Isolierschicht - eine vierte Leiterschicht angeordnet werden, deren Leiterbahnen gleich wie jene der zweiten Leiterschicht verlaufen würden, und so weiter.

Durch die Verwendung von unterschiedlichen Winkeln zwischen Leiterbahnen von aufeinander folgenden Leiterschichten in Matrix-Anordnung kann die Lage der Kreuzungspunkte von übereinander liegenden Leiterbahnen bzw. die Lage der Öffnungen in der Ebene der Leiter- bzw. Isolierschichten variiert werden. So könnte etwa eine erste Leiterschicht parallele Leiterbahnen aufweisen, deren Richtung mit 0° festgelegt wird. Die zweite Leiterschicht könnte parallele Leiterbahnen aufweisen, die normal zu jenen der ersten Schicht verlaufen, also in Richtung 90° orientiert sind. In der dritten Leiterschicht könnten die parallelen Leiterbahnen einen Winkel von 45° gegenüber jenen der ersten bzw. zweiten Leiterschicht aufweisen, also in Richtung 45° orientiert sein. Die parallelen Leiterbahnen der vierten Leiterschicht könnten wieder einen Winke! von 90° mit jenen der dritten Leiterschicht einschließen, also in Richtung 135° verlaufen und somit mit jenen der ersten bzw. zweiten Leiterschicht ebenfalls einen Winkel von 45° aufweisen. Auch wenn der gegenseitige Abstand der Leiterbahnen in allen vier Schichten der gleiche ist, ergibt sich durch die Verdrehung der Leiterbahnen der ersten beiden Leiterschichten gegenüber jenen der dritten und vierten Leiterschicht eine andere Lage der Kreuzungspunkte zwischen erster und zweiter Leiterschicht einerseits und dritter und vierter Leiterschicht andererseits. Damit kann die Dichte von möglichen Kontaktpunkten erhöht werden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, über oder unter Leiterschichten mit freien Leiterbahnen solche mit Matrix-Anordnung anzuordnen.

Die Herstellung von gedruckten elektronischen Baugruppen wird vereinfacht, wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren beim Drucken einer Leiterschicht und/oder Isolierschicht auch Elemente von kapazitiven elektronischen Bauteilen, wie z.B. Kondensatoren, und/oder auch Elemente anderer elektronischer Bauteile, wie Batterien, Schalter oder Displays, gedruckt werden. Kondensatoren können etwa dadurch hergestellt werden, dass in einer - sowieso zu druckenden - Leiterschicht eine erste Leiterfläche gedruckt wird, über diese zumindest in selber Größe ein Dielektrikum in Form der - sowieso zu druckenden - Isolierschicht und auf die 10 10 • · » · • » * »

Isolierschicht wieder eine mit der ersten Leiterfläche deckungsgleiche zweite Leiterfläche, dies ebenfalls im Zuge des Drückens der zweiten Leiterschicht. Eine andere Möglichkeit zur Herstellung eines Kondensators besteht darin, dass das Substrat als Dielektrikum dient und auf beiden Seiten des Substrats eine Leiterfläche gedruckt wird, sodass sich diese Leiterflächen gegenüber liegen.

Als Substrat für die erfindungsgemäße Schaltung wird vorzugsweise eine Kunststofffolie mit einer Dicke von 12 bis 500 gm, insbesondere von 25 bis 100 gm, verwendet.

Eine erfindungsgemäße mehrschichtige Schaltung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, besteht aus zumindest einer Isolierschicht und zumindest einer Leiterschicht auf jeder Seite der Isolierschicht, wobei eine erste Leiterschicht auf einem Substrat hergestellt ist, und wobei eine Isolierschicht über die erste Leiterschicht gedruckt ist und Öffnungen in der Isolierschicht ausgespart sind, sodass die erste Leiterschicht dort frei von Isoliermaterial ist und zwischen den beiden Leiterschichten zumindest eine leitende Verbindung durch die Isolierschicht besteht. Dabei ist die erste Leiterschicht auf das Substrat aufgedruckt, und die zweite Leiterschicht auf die Isolierschicht aufgedruckt, wobei die zweite Leiterschicht über zumindest eine Öffnung in der Isolierschicht gedruckt ist, sodass sich eine leitende Verbindung zwischen erster und zweiter Leiterschicht ergibt.

Die Schaltung kann über eine oder mehrere weitere Leiterschichten verfügen, die mittels Isolierschichten voneinander getrennt sind, indem etwa über die zweite Leiterschicht zumindest eine weitere Isolierschicht und eine weitere Leiterschicht aufgedruckt sind.

Als Abschluss der Schaltung kann eine Leiterschicht, eine Isolierschicht, eine Schmuckfarbe oder auflaminierte Folie vorgesehen werden.

Wie beim erfindungsgemäßen Verfahren erläutert, kann die Schaltung Leiterbahnen in Matrix-Anordnung aufweisen. Entsprechend kann eine Leiterschicht und/oder Isolierschicht auch Elemente anderer elektronischer Bauteile, wie Batterien, Schalter oder Displays, und/oder Elemente von kapazitiven elektronischen Bauteilen, wie z.B. Kondensatoren, enthalten. Insbesondere das gleichzeitige Herstellen von kapazitiven 11

Elementen mit dem erfindungsgemäßen Aufbau einer Verschaltung ist vorteilhaft, da die so geschaffene Leiterplatte für sich schon eine Kapazität darstellt. Das Substrat kann eine Kunststofffolie mit einer Dicke von 12 bis 500 pm, insbesondere von 25 bis 100 pm, sein.

Erfindungsgemäß sind dreidimensionale Verschaltungen mit mehrfachen Überkreuzungen der Leiterbahnen möglich. Es können also Schaltungen wie bei klassischen komplexen Mehrschichtplatinen hergestellt werden, nur eben mit geringerer Dicke der Schaltung und im Druckverfahren hergestellt.

Obwohl die meisten Druckverfahren eine nach unten beschränkte Auflösung haben, z.B. beim Siebdruck sind Abstände bzw. Linienstärken von kleiner 100 pm in der Produktion schwer zu realisieren, kann durch das Aufteilen der Leiterbahnen auf mehrere Ebenen eine komplexe Schaltung auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, und es kann zusätzlich Platz in der Ebene der Schaltung gespart werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schaltung mit Leiterbahnen in

Freiform (Fig. 1a), wobei die Isolierschicht auch allein dargestellt ist (Fig. 1b)

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Schaltung mit Leiterbahnen in

Matrix-Anordnung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Schaltung mit Leiterbahnen in Matrix-Anordnung mit zusätzlichen Bauelementen,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Leiterbahnen der ersten

Leiterschicht in Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Leiterbahnen der zweiten

Leiterschicht in Fig. 3.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 ist eine zweischichtige Schaltung dargestellt. Die Fig. 1a zeigt die beiden Leiterschichten 1, 2 sowie die dazwischen angeordnete Isolierschicht 3, in Fig. 1b ist 5 nur die Isolierschicht 3 mit Öffnungen 7 dargestellt.

Die erste Leiterschicht 1 besteht nur aus den dargestellten Leiterbahnen in Freiform. Jene Bereiche der Leiterbahnen 1, die unter der Isolierschicht 3 liegen, erscheinen grau, jene Bereiche, die nicht von der Isolierschicht 3 bedeckt sind, erscheinen schwarz. Die erste Leiterschicht 1 ist auf einem nicht explizit dargestellten Substrat 10 aufgedruckt.

Die zweite Leiterschicht 2 besteht ebenfalls nur aus den dargestellten Leiterbahnen in Freiform. Sie erscheinen allesamt schwarz, da sie ja auf die Isolierschicht 3 aufgedruckt sind. Dort, wo die grau dargestellte rechteckige Isolierschicht 3 Öffnungen aulweist, werden die Leiterbahnen der zweiten Leiterschicht 2 beim 15 Drucken auf die Leiterbahnen der ersten Leiterschicht 1 aufgedruckt und dadurch mit diesen elektrisch leitend verbunden.

In Fig. 2 ist eine Schaltung dargestellt, bei der die erste Leiterschicht 1 aus parallelen senkrechten Leiterbahnen gleicher Breite und mit gleichem gegenseitigen Abstand voneinander besteht. Die zweite Leiterschicht 2 besteht ebenfalls aus parallelen 20 Leiterbahnen mit gleicher Breite und gleichem gegenseitigen Abstand voneinander, sind jedoch waagrecht angeordnet. Breite und Abstand der Leiterbahnen sind für beide Leiterschichten 1, 2 gleich, sodass eine Matrix mit quadratischem Raster entsteht. Selbstverständlich könnten die Abstände und/oder Breiten der Leiterbahnen zwischen den beiden aufeinander folgenden Leiterschichten variieren, sie könnten 25 auch in einer Leiterschicht variieren.

Die Isolierschicht 3 in Fig. 2 hat die gleiche Form wie jene in Fig. 1b, ist also gleich groß und hat die acht Öffnungen 7 an den gleichen Stellen. Sie wurde daher nicht nochmals alleine dargestellt. Die Öffnungen 7 der Isolierschicht liegen in Fig, 2 jeweils an Kreuzungspunkten der Leiterbahnen der beiden Leiterschichten 1,2. • « 13 * *

In Fig. 3 ist eine Anwendung der gegenständlichen Erfindung auf eine gedruckte Schaltung dargestellt. Sie enthält zwei Displays 4, eine Batterie 5 sowie zehn Schalter 6. Die grau dargestellte Isolierschicht 3 dient der Verschaltung der fünf oben angeordneten Schalter 6 mit den fünf unten angeordneten Schaltern 6. Der Schalter 8 dient zum Löschen der Displays 4.

Bei der Herstellung der gedruckten Schaltung mit Bauelementen wird ein Substrat 9 verwendet, das hier als rechteckige Karte mit den Abmessungen einer Kreditkarte ausgebildet ist. Das Substrat hat hier eine Dicke von 75 pm und ist aus PET gefertigt. Auf das Substrat wird eine erste Leiterschicht mittels Siebdruck aufgedruckt, weiches die unteren fünf Schalter 6 sowie deren Leiterbahnen zur Verbindung mit den oberen fünf Schaltern 6 umfasst. Diese verlaufen in Fig. 3 unter der Isolierschicht 3 in waagrechter Richtung und sind aufgrund der Abdeckung durch die Isolierschicht 3 grau dargestellt. Die Leiterschicht wird mit Silberleitpaste gedruckt. Es werden im ersten Schritt die Leiterbahnen in Fig. 4 gedruckt. Zusätzlich zur Verschaltungsmatrix werden in diesem Fall die Schalter, die Basiselektroden der Batterie und die Anspeisungen der Displays mitgedruckt.

Nach der ersten Leiterschicht wird die Isolierschicht 3 aufgedruckt, in Fig. 3 hellgrau dargestellt. Sie weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, die als weiße Ausnehmungen dargestellt sind. Über diese Isolierschicht 3 wird dann eine zweite Leiterschicht gedruckt, welche die oberen fünf Schalter 6 umfasst, die von diesen ausgehenden, über die Isolierschicht 3 senkrecht verlaufenden Leiterbahnen (Fig. 5). Die zweite Leiterschicht wird ebenfalls mit Silberleitpaste gedruckt.

Es wird in diesem Fall noch eine Isolierschicht über die zweite Leiterschicht gedruckt, bevor die zweite Hälfte des Modules, welches bezüglich Form und Material dem Substrat 9 entspricht, auflaminiert wird.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 erste Leiterschicht 2 zweite Leiterschicht 3 Isolierschicht 4 Display

Batterie

Schalter Öffnungen

Schalter zum Löschen der Displays 4 Substrat

Claims (15)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Schaltungen bestehend aus zumindest einer Isolierschicht (3) und zumindest einer Leiterschicht (1, 2) auf jeder Seite der Isolierschicht, wobei eine erste Leiterschicht (1) auf einem Substrat (9) hergestellt wird, und wobei eine Isolierschicht (3) über die erste Leiterschicht (1) gedruckt wird und Öffnungen (7) in der Isolierschicht ausgespart bleiben, sodass die erste Leiterschicht (1) dort frei von Isoliermaterial ist und zwischen den beiden Leiterschichten (1, 2) zumindest eine leitende Verbindung durch die Isolierschicht (3) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterschicht (1) mittels eines Druckverfahrens auf dem Substrat (9) hergestellt wird, und dass eine zweite Leiterschicht (2) mittels eines Druckverfahrens auf die Isolierschicht (3) aufgedruckt wird, wobei die zweite Leiterschicht (2) über zumindest eine Öffnung (7) in der Isolierschicht (3) gedruckt wird, sodass sich eine leitende Verbindung zwischen erster (1) und zweiter Leiterschicht (2) ergibt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschichten (1, 2) und die Isolierschicht (3) mit dem gleichen Druckverfahren hergestellt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschicht (1, 2) mittels Siebdruck, Flexodruck, Tiefdruck, Offsetdruck, Tintenstrahldruck oder Schablonendruck hergestellt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (3) mittels Siebdruck, Flexodruck, Tiefdruck, Offsetdruck, Tintenstrahldruck oder Schablonendruck hergestellt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass über die zweite Leiterschicht (2) abwechselnd weitere Isolierschichten und weitere Leiterschichten aufgedruckt werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei aufeinander folgende Leiterschichten (1, 2) jeweils aus parallel zueinander verlaufenden geraden Leiterbahnen bestehen, wobei die Leiterbahnen der einen Leiterschicht in einem Winkel, insbesondere normal oder in einem Winkel von 45°, zu den Leiterbahnen der folgenden Leiterschicht verlaufen.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Drucken einer Leiterschicht (1, 2) und/oder Isolierschicht (3) auch Elemente von kapazitiven elektronischen Bauteilen, wie z.B. Kondensatoren, hergestellt werden.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Drucken einer Leiterschicht (1, 2) und/oder Isolierschicht (3) auch Elemente anderer elektronischer Bauteile, wie Batterien (5), Schalter (6, 8) oder Displays (4), gedruckt werden.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat (9) eine Kunststofffolie mit einer Dicke von 12 bis 500 pm, insbesondere von 25 bis 100 pm, verwendet wird.
10. 10. Mehrschichtige Schaltung, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bestehend aus zumindest einer Isolierschicht (3) und zumindest einer Leiterschicht (1, 2) auf jeder Seite der Isolierschicht, wobei eine erste Leiterschicht (1) auf einem Substrat (9) hergestellt ist, und wobei eine Isolierschicht (3) über die erste Leiterschicht (1) gedruckt ist und Öffnungen (7) in der Isolierschicht ausgespart sind, sodass die erste Leiterschicht (1) dort frei von Isoliermaterial ist und zwischen den beiden Leiterschichten {1, 2) zumindest eine leitende Verbindung durch die Isolierschicht (3) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterschicht (1) auf das Substrat (9) aufgedruckt ist, und dass die zweite Leiterschicht (2) auf die Isolierschicht (3) aufgedruckt ist, wobei die zweite Leiterschicht (2) über zumindest eine Öffnung (7) in der Isolierschicht (3) gedruckt ist, sodass sich eine leitende Verbindung zwischen erster (1) und zweiter Leiterschicht (2) ergibt.
11. 11. Mehrschichtige Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass über die zweite Leiterschicht (2) zumindest eine weitere Isolierschicht und eine weitere Leiterschicht aufgedruckt sind.
12. 12. Mehrschichtige Schaltung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei aufeinander folgende Leiterschichten (1, 2) jeweils aus parallel zueinander verlaufenden geraden Leiterbahnen bestehen, wobei die Leiterbahnen der einen Leiterschicht in einem Winkel, insbesondere normal oder in einem Winkel von 45°, zu den Leiterbahnen der folgenden Leiterschicht verlaufen.
13. 13. Mehrschichtige Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterschicht (1, 2) und/oder Isolierschicht (3) auch Elemente von kapazitiven elektronischen Bauteilen, wie z.B. Kondensatoren, enthält.
14. 14. Mehrschichtige Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterschicht (1, 2) und/oder Isolierschicht (3) • ft • ·

    auch Elemente anderer elektronischer Bauteile, wie Batterien (5), Schalter (6, 8) oder Displays (4), enthält.
15. 15. Mehrschichtige Schaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (9) eine Kunststofffolie mit einer Dicke 5 von 12 bis 500 pm, insbesondere von 25 bis 100 pm, ist.