CH659163A5 - Verfahren zum herstellen einer leiterplatte mit starren und flexiblen bereichen. - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte mit starren und flexiblen Bereichen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum Herstellen von Leiterplatten nach Art gedruckter Schaltungen mit starren und flexiblen Bereichen wurde bereits vorgeschlagen, zunächst in bekannter Weise starre Leiterplatten sowie flexible Schaltungen herzustellen und diese sodann zu einer aus starren und flexiblen Bereichen bestehenden Leiterplatte zusammenzusetzen. Dies führt nicht nur zu einem aufwendigen Herstellverfahren, sondern weist auch den schwerwiegenden Nachteil auf, dass die so hergestellten Leiterplatten bei der Weiterverarbeitung, wie z.B. dem Bestücken und Löten, keine mechanische Einheit darstellen, was diese Arbeitsgänge ausserordentlich kompliziert.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, starre und flexible Bereiche aufweisende Leiterplatten durch Verpressen von starren und flexiblen Einzellagen mittels im in der fertiggestellten Leiterplatte flexiblen Bereich ausgesparten Verbundlagen, wie Pre-pregs, dergestalt herzustellen, dass eine oder beide Aussenlagen aus starrem Lagenmaterial entlang der oder den Trennlinien zwischen flexiblem und starrem Bereich zunächst vor dem Verpressen auf der, in Bezug auf die fertige Schaltung, Innenseite und nach dem Verpressen auf der Aussenseite mit Nuten versehen werden, und dass die Bereiche zwischen den Nuten in einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise nach dem Bestücken und Löten, herausgebrochen werden.
Als besonders nachteilig bei diesem bekannten Verfahren hat sich erwiesen, dass zunächst vom Leiterplattenhersteller die Aussenlagen vor dem Verpressen mit einer, beispielsweise der halben Materialstärke entsprechenden Nut versehen werden müssen, und dass sodann, nach dem Fertigstellen der Leiterplatte, von aussen her eine korrespondierende Nut ausgeführt werden muss, um das starre Lagenmaterial aus den flexiblen Bereichen entfernen zu können. Dies stellt nicht nur ein aufwendiges Herstellverfahren dar; soll der Vorteil einer bei der Bestückung und beim Lötvorgang starren Leiterplatteneinheit erzielt werden, so ist es erforderlich, dass der zweite Nutungsvorgang erst nach dem Bestücken und Löten vorgenommen wird, also nicht mehr als Teil der Leiterplattenherstellung, sondern vom Benutzer der Leiterplatten.
Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die Nut von aussen derart auszuführen, dass die starren Aussenlagen nicht vollständig durchtrennt werden und so der Teil der starren Aussenla-ge(n) über dem flexiblen Teil durch Stege bzw. durch eine dünne, stehengebliebene Schicht der Aussenlage(n) mit dem starren Schaltungsteil verbunden bleibt.
Nach dem Bestücken und Löten wird dann der den flexiblen Schaltungsbereich bedeckende Teil der starren Lage(n) durch Brechen der Stege bzw. der stehengebliebenen Schicht abgetrennt und entfernt.
Um die Bruchstege bzw. die stehengebliebene Materialschicht zu brechen, bedarf es einer Knickbeanspruchung des Materials. Damit zwangsläufig verbunden ist auch eine unerwünschte Knickbeanspruchung der vom starren in den flexiblen Schaltungsteil reichenden Leiterzüge, was zu Überdehnungen und zu mechanischen und elektrischen Fehlern bei der Fabrikation und vor allem im späteren Gebrauch Anlass gibt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Leiterplatten aus starren und flexiblen Bereichen in einfacher und wirtschaftlicher Weise herzustellen, die frei von den angeführten Nachteilen sind.
Nach der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.
In bestimmten Fällen hat es sich als zweckmässig erwiesen, voneinander räumlich getrennte, in der fertigen Leiterplatte starre Leiterplattenbereiche bildende Bereiche der starren La-ge(n) untereinander bzw. mit in der fertigen Leiterplatte nicht mehr vorhandenen Hilfsbereichen der starren Lage(n) vermittels von Stegen unter vollständiger Aussparung der Trennlinien zwischen starren und flexiblen Bereichen derart zu verbinden, dass diese in ihrer Lage während der Herstellung bzw. Weiterverarbeitung der Leiterplatte starr fixiert sind, wobei diese Stege zu einem späteren Zeitpunkt, vorzugsweise nach dem Be5
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stücken und Löten, entfernt bzw. gebrochen werden. Da die Bereiche der Trennlinie vollkommen frei von Bruchstegen bleiben können, ergibt sich dann beim Wegbrechen jener Stege auch keine Knickbelastung von Leiterzügen und/oder flexiblem Lagenmaterial.
Zweckmässigerweise wird das Verbinden der Lagen in an sich bekannter Weise durch Einwirkung von Wärme und Druck vorgenommen, wobei in der Regel Verbundfolien, beispielsweise sogenannte «Prepregs», benutzt werden, die in den in der fertigen Leiterplatte flexiblen Teilen entsprechenden Bereichen mit Aussparungen versehen sind.
Als Folienmaterial besonders geeignet haben sich Kunststoff-Folien wie beispielsweise Polyimid oder Polyester-Folien erwiesen. Es können jedoch auch Metall-, vorzugsweise Kupferfolien ebenso wie Metall-, beispielsweise Kupfer-kaschierte Kunststoff-Folien erfindungsgemäss verwendet werden.
Nach dem Verbinden der Einzellagen untereinander und mit der bzw. den Versteifungsfolie(n) ergibt sich eine in sich praktisch starre Einheit, die es ermöglicht, beim Transport bzw. der Weiterverarbeitung alle Belastungen der Übergangsstellen zwischen flexiblen und starren Schaltungsteil(en) ebenso wie sonstige Beschädigungen unbeschadet zu überstehen. Weiterhin können die starren Einheiten in einfacher Weise, entsprechend üblichen starren Leiterplatten mit Bauteilen bestückt und in allen üblichen Verfahren, beispielsweise im Massenlöt- (Tauch- oder Schlepp-) Verfahren weiterverarbeitet werden.
Zum Fertigstellen der aus flexiblen und starren Bereichen bestehenden Leiterplatten wird schliesslich die Folie bzw. werden die Folien entlang der Trennlinien zwischen den Bereichen aufgetrennt, worauf der bzw. die darunter liegende(n) Teile(n) der starren Einzellage(n) in einfacher Weise durch Abheben entfernt werden bzw. wird.
Das Auftrennen erfolgt vorteilhafterweise mit einer von Hand geführten oder maschinell arbeitenden Trennvorrichtung, beispielsweise mit einem in seiner Schnittiefe entsprechend begrenzten Trennmesser. Da lediglich die Folienstärke zu durchdringen ist und sich unter dieser in den Bereichen der Trennlinien bei dem Verfahren nach der Erfindung kein Material der starren Lagen befindet, bedarf es nur umkomplizierter Vorkehrungen, um das Verletzen der flexiblen Leiterplattenteile mit Sicherheit zu vermeiden.
Insbesondere tritt beim Auftrennvorgang keinerlei Knickoder sonstige Belastung der Leiterzüge bzw. des flexiblen Lagenmaterials im Übergangsbereich von starren zu flexiblen Leiterplattenbereichen auf.
In einer Weiterbildung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zum Folienauftrennen einen Schneidlaserstrahl zu verwenden. Besonders vorteilhaft gestaltet sich das erfin-dungsgemässe Verfahren bei Auswahl von in verschiedenen Frequenzbereichen absorbierenden bzw. reflektierenden Materialien, die dem Laserstrahl zunächst in Form des aufzutrennenden Folienmaterials und, nach dessen Durchtrennung, als Teil der darunterliegenden Leiterplatte ausgesetzt sind. Bei geeigneter Wahl der Wellenlänge des Schneidlasers wird so erreicht, dass das Folienmaterial im Trennlinienbereich abgebaut wird, ohne dass eine schädliche Wirkung auf die darunterliegende Schicht der Leiterebene erfolgt.
Anhand der Zeichnung soll das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert werden.
Fig. 1 und 2 stellen in schematischer Form eine erfindungsgemässe Leiterplatte im Zwischenstadium vor dem Auftrennen der Folie in Aufsicht und Schnittdarstellung entlang A-A in Fig. 1 dar;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Folienauftrenn-vorganges (im Schnitt);
Fig. 4 ist eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäss fertiggestellten Leiterplatte aus Fig. 2 mit starren und flexiblen Bereichen;
Fig. 5 stellt eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Mehrebenen-Leiterplatte dar, bei der zwei starre Leiterbahnebenen und drei flexible Leiterbahnebenen vorgesehen sind.
In den Fig. 1 und 2 bedeutet 1 einen Leiterzug auf dem starren Leiterplattenteil 3a, der zu einer metallisierten Lochwandverbindung 9 führt. Von dort führt der Leiterzug 2, der zum Teil im starren und zum Teil im flexiblen Leiterplattenteil 3d verläuft, zur metallisierten Lochwandverbindung 9a im starren Leiterplattenteil 3b, die mit dem Leiterzug la in Verbindung steht. Die im Bereich der Trennlinien zwischen flexiblen und starren Leiterplattenbereichen angeordneten, durch das starre Lagenmaterial 3 (Fig. 2) voll hindurchgehenden Trennfugen sind mit 6 und 6a bezeichnet. Zwischen den Trennfugen 6 und 6a befindet sich der flexible Bereich der Leiterplatte im fertigen Zustand. 3c in Fig. 2 bezeichnet den Teil der starren Lage(n), der von die starren Leiterplattenbereiche 3a und 3b bildenden Teilen durch die durchgehenden Nuten 6 und 6a vollständig getrennt ist.
In Fig. 2 wird die die durchgehende Oberfläche von 3a, 3b und 3c und die Trennfugen 6 und 6a überspannende Verbindungsfolie (Prepreg) mit 4 bezeichnet und mit 5 die im Bereich, der 3c entspricht, ausgesparte Verbindungsfolie. 7 bezeichnet die flexible Lage und 2 den vom starren über den flexiblen zum nächsten starren Bereich verlaufenden Leiterzug auf derselben. Mit 10 ist die die starren und flexible Bereiche überspannende Folie bezeichnet und 8 stellt eine Lötmaske oder Isolierfolie dar.
Fig. 3 stellt die Leiterplatteneinheit nach Fig. 2 mit schematischer Darstellung des Folienauftrennvorganges dar; ein Trennmesser 40 mit einem die Schnitt-Tiefe begrenzenden Anschlag 41 sind zu erkennen.
Fig. 4 stellt die aus den starren Bereichen 3a und 3b und dem flexiblen Bereich 3d bestehende Leiterplatte dar, wie sie sich nach dem Ausführen des Folienauftrennschnittes und Entfernen des nunmehr losen Teiles 3c ergibt.
Fig. 5 stellt eine mehrlagige, nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Leiterplatte mit starren und flexiblen Bereichen dar. Mit 3a, 3b und 13a und 13b sind die Bereiche der starren Lagen mit den Leiterzügen 1, la und 11 und IIa bezeichnet, die ihrerseits und mit den vom starren über den flexiblen in den benachbarten starren Bereich reichenden Leiterzügen 2 und 12 über die Lochwandmetallisierungen 9 und 9a verbunden sind. 7, 17 und 27 bezeichnen die flexiblen Lagen aus Isoliermaterial und 4 und 5 sowie 14 und 15 die Verbindungslagen (Prepregs); 10 und 20 stellen die vor dem Auftrennen durchgehenden Verbindungsfolien nach dem Auftrennen dar. 7 und 17a sind wahlweise Kupferfolien, 8 und 8a Lötmasken bzw. Isolierfolien.
Nachfolgend wird die erfindungsgemässe Herstellung einer aus starren und flexiblen Bereichen bestehenden Leiterplatte mit zwei Leiterbildebenen in beispielsweiser Form schematisch beschrieben,
1. Zuschneiden der verschiedenen Basismaterialien, und zwar:
— eine Lage aus unkaschiertem, starrem Trägermaterial, beispielsweise einem Epoxydharz-Glashartgewebe;
— zwei Lagen einer Polyimidfolie, z.B. 50 n Polyimid mit 35 \i Kupfer einseitig kaschiert;
— zwei Lagen der Verbundfolie zum Auflaminieren der flexiblen Polyimidfolien, von beispielsweise einer Dicke von 25 n. Die Verbundfolie ist in den flexiblen Bereichen ausgespart. Dies wird beispielsweise durch Schneiden nach Schablone bzw.
durch Stanzen mit einem Spezialwerkzeug bewirkt;
— eine Lage einer Polyimidabdeckfolie, einseitig kleberbeschichtet, zum Abdecken des flexiblen Leiterbildes. Diese Abdeckfolie ist mit Aussparungen versehen, die den Lötaugen entsprechen.
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2. Fräsen der starren Teile. In der Übergangszone vom flexiblen zum starren Bereich der Leiterplatte wird eine Nut eingefräst. Da die Nut das starre Lagenmaterial im Bereich der Trennlinie(n) zwischen starren und flexiblen Bezirken der fertigen Leiterplatte in geeigneter gewählter Breite völlig durchdringt, kann dieser Arbeitsgang im Paket, z.B. irx 3er Paketierung, auf einer Mehrspindel-CNC-Fräsmaschine ausgeführt werden.
3. Reinigen der Oberflächen mit Methylenchlorid.
4. Laminieren in einer Laminierpresse.
5. Tempern - 3 Stunden bei 120°C.
6. Bohren des durchzuplattierenden Lochbildes.
7. Entgraten und Druckwasser-Reinigen.
8. Stromlose Verkupferung.
9. Fotodruck, Leiterbild beidseitig.
10. Elektrolytische Kupfer-Plattierung nach Spezifikation.
11. Elektrolytische Sn/Pb-Plattierung nach Spezifikation.
12. Entfernen der Fotoschicht.
13. Ätzen.
14. Zwischenkontrolle.
15. Auflaminieren einer flexiblen Abdeck-Isolierfolie auf die flexible Leiterbildseite.
s 16. Tempern - 3 Stunden bei 120°C.
17. Druck der Lötstoppmaske auf die Lötseite in den starren Bereichen.
18. Kontur fräsen. Um die Leiterplatte für die spätere Bearbeitung beim Bestücken und Löten stabil zu halten, bleiben in io den starren Bereichen ausserhalb der Trennlinie(n) zwischen flexiblen und starren Bereichen mit die Trennlinie(n) kreuzenden Leiterzügen Stege stehen, die in einem nachfolgenden Arbeitsschritt entfernt werden.
19. Auftrennung der Versteifungsfolie aus Polyimid mit ei-
15 nem Anschlagmesser und Abheben der nunmehr losen, starren
Lagenteile in den flexiblen Bereichen.
20. Endkontrolle der aus flexiblen und starren Teilen bestehenden Leiterplatte.
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3 Blätter Zeichnungen

Claims (11)

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1. Verfahren zum Herstellen einer mindestens eine Leiterbildebene aufweisenden Leiterplatte mit starren (3a, 3b) und flexiblen Bereichen (3d) durch Verbinden von starren (3) und flexiblen (7) Einzellagen unter Ausschluss der Verbindung zwischen den flexiblen und starren Lagen in den flexiblen Bereichen, wobei die in den flexiblen Leiterplattenbereichen (3d) zunächst vorhandenen Teile (3c) der starren Lagen in einem nachfolgenden Arbeitsgang entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, dass jede starre Lage (3) an der Trennlinie (6, 6a) zwischen dem starren (3a, 3b) und dem flexiblen (3d) Leiterplattenbereich vor dem Verbinden der starren (3) und der flexiblen (7) Einzellage vollkommen durchgetrennt wird, dass jede nicht von flexiblem Lagenmaterial gebildete Aussenseite mit einer Folie (4, 5) bedeckt und verbunden wird, die mindestens im Bereich des Überganges zwischen dem starren (3a, 3b) und dem flexiblen (3d) Schaltungsteil keine Leiterzüge aufweist, und dass sodann die starre (3) und die flexible (7) Lage sowie die Folie (4, 5) zu einem Schichtstoff verbunden werden, wobei zu einem späteren Zeitpunkt die Folie (4, 5) an der Trennlinie (6, 6a) aufgetrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass voneinander räumlich getrennte, in der fertigen Leiterplatte starre Schaltungsteile unter Aussparen der Trennlinien zwischen starren und flexiblen Schaltungsbereichen miteinander bzw. mit in der fertigen Leiterplatte nicht mehr vorhandenen starren Hilfsbereichen mittels Stegen verbunden sind und so in ihrer Lage während der Leiterplattenherstellung bzw. nachfolgenden Verarbeitung starr fixiert werden, und dass diese Stege in einem späteren Arbeitsschritt entfernt bzw. gebrochen werden.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der verschiedenen Lagen bzw. mit jeder Aussenfolie durch Verpressen unter Druck erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden im flexiblen Bereich eine ausgesparte Verbundfolie verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie aus Kunststoff besteht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie aus Metall besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie aus mit einer Metallfolie vorzugsweise einer Kupferfolie, beschichteten Kunststoff-Folie besteht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftrennen der Folie mittels eines tiefenbegrenzten Schnittvorganges erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftrennen der Folie mittels Schneidlaser vorgenommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des Laserstrahles derart gewählt wird,
dass das Folienmaterial ohne Einwirkung auf die darunter liegende Schicht der Leiterebene abgebaut wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftrennen der Folie nach dem Bestücken der Leiterplatte mit Bauelementen und gegebenenfalls nach dem Lötvorgang ausgeführt wird.
CH8563/80A 1979-11-20 1980-11-19 Verfahren zum herstellen einer leiterplatte mit starren und flexiblen bereichen. CH659163A5 (de)

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