DE102014013565A1

DE102014013565A1 - Schaltungsträgerfolie-Leiterplatten-Aufbau

Info

Publication number: DE102014013565A1
Application number: DE102014013565.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Tanda; Christoph Ramsauer; Philipp Weissel
Original assignee: PLASTIC ELECTRONIC GmbH
Current assignee: PLASTIC ELECTRONIC GmbH
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2016-03-24
Also published as: WO2016042418A1; WO2016042418A8

Abstract

Flächiger Verbund aus zumindest einer mit elektronischen Bauteilen (1) bestückbaren oder bestückten Schaltungsträgerfolie (2, 3, 4) mit zumindest einer auf der Schaltungsträgerfolie angeordneten Leiterbahn (5, 5', 5'') und aus zumindest einer mit elektronischen Bauteilen bestückbaren oder bestückten Leiterplatte (6) mit zumindest einer auf der Leiterplatte angeordneten Leiterbahn (7, 7', 7''), wobei Schaltungsträgerfolie (2, 3, 4) und Leiterplatte (6) sich in zumindest einem flächigen Überlappungsbereich (8, 9, 10) gegenseitig überlappen, wobei sich zumindest eine Schaltungsträgerfolien-Leiterbahn (5, 5', 5'') und zumindest eine Leiterplatten-Leiterbahn (7, 7', 7'') in den zumindest einen Überlappungsbereich (8, 9, 10) hinein erstrecken und in dem Überlappungsbereich (8, 9, 10) zumindest bereichsweise geometrisch flächig korrespondieren dergestalt, dass in dem Überlappungsbereich (8, 9, 10) zwischen der zumindest einen Schaltungsträgerfolien-Leiterbahn (5, 5', 5'') und der zumindest einen Leiterplatten-Leiterbahn (7, 7', 7'') ein gemeinsamer Überlappungsflächenbereich (11, 12) gebildet ist, innerhalb dessen die zumindest eine Schaltungsträgerfolien-Leiterbahn (5, 5', 5'') mit der zumindest einen Leiterplatten-Leiterbahn (7, 7', 7'') mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmaterials (13) elektrisch flächig miteinander verbunden ist.

Description

Stand der Technik (Nachteile des Standes der Technik)
Wie ist die Bezeichnung des bereits bekannten Produkts/Verfahrens, das durch die Erfindung verbessert werden soll?
Die Herstellung von leitfähigen Strukturen auf Kunststofffolie (Leiterbahnen auf Kunststofffolie) ist bekannt. Die Herstellverfahren sind so entwickelt, dass leitfähige Strukturen mit verhältnismäßig groben Strukturen auf verhältnismäßig großen Flächen hergestellt werden können (Large Area Electronics). Die Herstellprozesse umfassen verschiedene Druck-, Beschichtungs- oder Laminierverfahren, die entweder Rolle zu Rolle oder in großen Bögen durchgeführt werden. In aller Regel handelt es sich bei leitfähigen Strukturen auf Folie um einlagige Leiterbahnen (eine Verdrahtungsebene). Auch bei einfachen Leiterbahnendesigns sind Überkreuzungen der Leiterbahnen oft nicht zu vermeiden, diese werden dann z. B. durch Leiterbahnenbrücken realisiert. Solcherart hergestellte Schaltungsträgerfolien können auch mit elektronischen Bauteilen bestückt werden, wobei für die leitfähige Verbindung oft leitfähige Verklebungen oder auch spezielle Lötverfahren verwendet werden. Die Bauteildichte auf solchen Schaltungsträgern ist meist verhältnismäßig gering.
Komplexere Schaltungen mit Bauteilen in hoher Dichte erfordern mehrlagige Schaltungsträger mit feinen Strukturgrößen und stabilen Durchkontaktierungen. Dafür werden meist starre Leiterplatten verwendet.
Bei manchen Systemen, wie z. B. bei Bedienkonsolen, sind elektronische Funktionen, z. B. Touchsensoren oder LEDs für die Hintergrundbeleuchtung, auf einer verhältnismäßig großen Fläche verteilt. Hier hat sich die Verwendung von Schaltungsträgerfolien als vorteilhaft erwiesen. Andererseits erfordern solche Systeme aber auch komplexere Schaltungen z. B. für die Auswertung der Touchsensoren und für die Ansteuerung von LEDs oder für die Spannungsversorgung des Systems. Dafür werden z. B. Schaltungen mit Mikrocontrollern auf einer Leiterplatte verwendet. Die bei solchen Systemen erforderliche Verbindung von Schaltungsträgerfolie mit der Leiterplatte erfolgt beispielsweise durch Anschlussfahnen.
Wo ist das bekannte Produkt oder Verfahren beschrieben?
z. B. Patent Nr. ..., Fachzeitschrift ..., Produktprospekt ...)

Eigene Patentanmeldungen, EP2378846A1 (Bayer)
Nachteile dieses bekannten Standes der Technik:
Die Einschränkung von Schaltungsträgerfolien auf eine Lage (Verdrahtungsebene) erweist sich für manche Lösungen als hinderlich. So kann es beispielweise wünschenswert sein, bei einer Bedienkonsole jeweils eine Verdrahtungsebene für die Touchsensoren und eine für die LEDs zu haben. Der Aufbau von mehreren, aufeinander exakt ausgerichteten Verdrahtungsebenen auf einer einzigen Folie ist prozesstechnisch derzeit nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand zu beherrschen. Daher werden für den Aufbau von mehrlagigen Folienschaltungsträgern oft 2 oder mehrere Schaltungsträgerfolien laminiert, welche dann elektrisch kontaktiert werden müssen. Die Kontaktierung von 2 oder mehreren Schaltungsträgerfolien ist derzeit aber auch noch nicht oder nur unzureichend gelöst.
Die gängigste Art der Kontaktierung von maximal 2 Schaltungsträgerfolien ist wiederum über eine externe Leiterplatte. Die Verbindung zwischen 2 Schaltungsträgerfolien und Leiterplatte erfolgt über eine mehrlagige Anschlussfahne, die auf der Leiterplatte mit einem Nullkraftstecker verbunden wird. Bei komplexeren Schaltungen müssen viele Leiterbahnen auf die Leiterplatte kontaktiert werden, was bei den groben Strukturen der Leiterbahnen auf Folie zu breiten Anschlussfahnen führt.
Die Anschlussfahne muss aufwendig in mehreren Herstellschritten konfektioniert werden. Dieser Herstellprozess kann derzeit auch nicht automatisiert werden und ist per Hand herzustellen. Damit verbunden sind hohe Kosten, hohe Ausschussraten und generell eine geringe Prozessstabilität. Die fertiggestellte Anschlussfahne ist anfällig auf mechanische Beschädigungen und auf Oxidation der Leiterbahnen. Die Verbindung der Anschlussfahne mit dem Nullkraftstecker erfolgt wiederum in aufwändiger Handarbeit mit entsprechenden negativen Auswirkungen auf Kosten und Ausschuss. Der Gesamtaufbau Schaltungsträgerfolien mit Leiterplatte ist in weiterer Folge schwer weiterzuverarbeiten (unhandlich). Auch ist die mechanische und elektrische Zuverlässigkeit dieser Verbindung gering, was den Anwendungsbereich solcher Aufbauten deutlich einschränkt.
Aufgabe der Erfindung
Welche der obigen Nachteile des Standes der Technik werden durch die Erfindung überwunden?
Die Erfindung ermöglicht die elektrisch stabile, platzsparende/kompakte und prozesssichere Kontaktierung von einer, zwei oder mehreren Schaltungsträgerfolien mit einer Leiterplatte. Dadurch wird eine Durchkontaktierung zwischen den Schaltungsträgerfolien ermöglicht. Des Weiteren wird es durch die Erfindung möglich, Bereiche mit einer hohen Integrationsdichte von Bauteilen in eine Schaltungsträgerfolie (oder in ein Laminat aus mehreren Schaltungsträgerfolien) elektrisch stabil und prozesssicher mittels Leiterplatte zu integrieren.
Eigenschaften der Erfindung
Welche sind die wesentlichsten neuen Merkmale (Bauteile/Abläufe) der Erfindung?
Die einzelnen Schaltungsträgerfolien werden so geschnitten/gestanzt und laminiert, dass sich eine Leiterplatte mit allen Schaltungsträgerfolien des Laminats kontaktieren lässt. Die Leiterplatte wird dann vorzugweise mittels automatisiertem Pick-and-Place Verfahren auf die Schaltungsträgerfolie (das Laminat von Schaltungsträgerfolien) bestückt. Die Verbindung zwischen den Leiterbahnen der Schaltungsträgerfolie(n) und der Leiterplatte erfolgt durch leitfähige Verklebung oder spezielle Lötverfahren.
Beispiel für einen Ablauf, bei dem die neuen Merkmale der Erfindung zum Einsatz kommen:

Aufbaubeispiel mit 3 Schaltungsträgerfolien und einer Leiterplatte:
Siehe 9

Vorteile der Erfindung
Welche Vorteile ergeben sich bei der Herstellung der Erfindung?
Die Herstellung der Schaltungsträgerfolie(n)/Leiterplatte Einheit kann vollautomatisiert erfolgen.
Es entsteht ein integrierter Verbund, der sowohl elektrisch als auch mechanisch stabil ist.
Welche Vorteile ergeben sich beim Einsatz der Erfindung?
Der Wegfall der Anschlussfahne und deren Ersatz durch eine mechanisch und elektrisch stabile Verbindung ermöglicht den Einsatz von Schaltungsträger-Leiterplatten-Einheiten auch in Anwendungen mit hohen Anforderungen wie beispielsweise im Automobil.
Ergeben sich noch weitere Vorteile im Zusammenhang mit der Erfindung?
(Kann man die Erfindung beispielsweise auch auf einem anderen technischen Gebiet erfolgversprechend einsetzen?)
Der erfindungsgegenständliche Aufbau, insbesondere sofern er den Flächenbereich der Schaltungsträgerfolien umfasst, lässt sich unter Verwendung des Herstellverfahrens laut PLA-003 ”Bestückt umformbare Schaltungsträgereinheit” (s. Anlage, deren Inhalt hierwmit in diese Anmeldung aufgenommen wird) auch zumindest bereichsweise 3D-verformen und/oder durch FIM-Techniken in Spritzgussteile integrieren.
Anlagen
Zeichnungen:
1 und 2 zeigen ein Aufbaubeispiel mit zwei Schaltungsträgerfolien und einer Leiterplatte
3 und 4 zeigen die Touch-Lage der Schaltungsträgerfolie des Aufbaubeispiels gemäß 1 und 2
5 und 6 zeigen die Bauteil-Lage der Schaltungsträgerfolie des Aufbaubeispiels gemäß 1 und 2
7 und 8 zeigen die Leiterplatte des Aufbaubeispiels gemäß 1 und 2
9 zeigt ein Aufbaubeispiel mit drei Schaltungsträgerfolien, einer Leiterplatte und bestückten LEDs

– Erfindungsunterlagen der weiteren Erfindung ”Bestückt umformbare Schaltungsträgereinheit” (deren Inhalt in diese Anmeldung aufgenommen wird)
[amtliches Aktenzeichen 10 2014 013 563.2]
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2378846 A1 [0005]