DE102021121249A1

DE102021121249A1 - Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus einem elektrisch leitenden Flächenelement und Leiterplatte mit wenigstens einem solchen Formteil

Info

Publication number: DE102021121249A1
Application number: DE102021121249.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Wölfel
Original assignee: Jumatech GmbH
Current assignee: Jumatech GmbH
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2023-02-16
Also published as: EP4388826A1; CN117796163A; WO2023020775A1; KR20240042653A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen (1) aus einem elektrisch leitenden Flächenelement (2), wobei das elektrisch leitende Flächenelement (2) zur Konturierung wenigstens eines Formteils (1) entlang von ersten Konturlinien (3) vollständig durchtrennt wird, um das Formteil (1) abschnittsweise freizulegen. Um die weitere Bearbeitung dieses Formteils zu erleichtern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das elektrisch leitende Flächenelement (2) entlang von zweiten Konturlinien (4) in seiner Dicke verringert wird, sodass das Formteil (1) lediglich entlang der zweiten Konturlinien (4) über Materialbrücken (5) verbunden bleibt und unter Durchtrennung dieser Materialbrücken (5) lösbar ist. Eine Leiterplatte mit wenigstens einem solchen Formteil (1) ist ebenfalls offenbart.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus einem elektrisch leitenden Flächenelement sowie eine Leiterplatte mit wenigstens einem solchen Formteil.
Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Formteilen für Leiterplatten aus einem elektrisch leitenden Flächenelement werden die Konturen der Formteile abschnittsweise freigelegt, sodass die Formteile lediglich noch an vereinzelten Materialbrücken miteinander oder mit dem elektrisch leitenden Flächenelement verbunden bleiben und unter Durchbrechung dieser Materialbrücken anschließend voneinander und aus dem elektrisch leitenden Flächenelement lösbar sind.
Ein entsprechendes Verfahren ist u.a. in der DE 10 2020 145 140.8 (noch unveröffentlicht) offenbart. Formteile für Leiterplatten sind u.a. aus der DE 10 2011 102 484 bekannt.
Beim Durchbrechen dieser Materialbrücken werden die Formteile aber möglicherweise nicht sauber voneinander getrennt, sodass die Konturen der herausgetrennten Formteile an den Bruchstellen der früheren Materialbrücken unscharf sind und ggf. nachgearbeitet werden müssen, insbesondere, wenn die Formteile zur Leiterplattenherstellung in Formen anhand ihrer Außenkontur positioniert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus einem elektrisch leitenden Flächenelement dahingehend zu verbessern, dass eine Weiterbearbeitung der Formteile zur Leiterplattenherstellung erleichtert wird.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung das Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus einem elektrisch leitenden Flächenelement bereit, wobei das elektrisch leitende Flächenelement zur Konturierung wenigstens eines Formteils entlang von ersten Konturlinien vollständig durchtrennt wird, um das Formteil abschnittsweise freizulegen, und entlang von zweiten Konturlinien in seiner Dicke verringert wird, sodass das Formteil lediglich entlang der zweiten Konturlinien über Materialbrücken verbunden bleibt und unter Durchtrennung dieser Materialbrücken lösbar ist. Die Materialbrücken können zwischen zwei Formteilen bestehen oder zwischen einem Formteil und einem Teil oder Rand des elektrisch leitenden Flächenelements, welcher als Materialausschuss zurückbleibt. Gemäß dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wurden die Konturen der Formteile lediglich teilweise definiert, wobei an den Materialbrücken als Solbruchstellen keine Konturierung der Formteile erfolgte. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Kontur jedes herauszutrennenden Formteils durch die ersten und zweiten Konturlinien vollständig definiert, d. h. um den gesamten Umfang des Formteils, insbesondere auch an den zu durchbrechenden Materialbrücken. Durch die Verringerung dessen Dicke entlang der zweiten Konturlinien wird das elektrisch leitende Flächenelement erheblich geschwächt. Zur Durchbrechung der verbleibenden Materialbrücken ist nur noch ein geringer Kraftaufwand erforderlich. Durch die Konturierung der Formteile entlang der zweiten Konturlinien konzentriert sich dieser Kraftaufwand genau auf die Materialbrücken, wenn zum Beispiel die Formteile entlang dieser Materialbrücken aus der Ebene des elektrisch leitenden Flächenelements herausgetrennt werden. Nach der Konturierung der Formteile sind die Formteile aber noch über die Materialbrücken verbunden und können im Verbund weiter verarbeitet werden, zum Beispiel durch Entfernen der ätzresistenten Maske entfernen und/oder Aufbringen einer Haftvermittlerschicht. Nach der Bearbeitung im Verbund können die einzelnen Formteile dann vereinzelt und aus dem Verbund herausgelöst werden.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Konturierung der Formteile entlang der ersten und zweiten Konturlinien im Ätzverfahren erfolgt, wobei das elektrisch leitende Flächenelement vorzugsweise mit einer ätzenden Substanz beaufschlagt wird, bevorzugt mit einer ätzenden Substanz besprüht wird. Grundsätzlich ist eine Konturierung der Formteile mit beliebigen Techniken möglich, zum Beispiel im spanabhebenden Verfahren oder mittels Laserschneiden. Im Ätzverfahren können aber besonders komplexe Konturen vergleichsweise einfach und schnell hergestellt werden, weil die Ätzbehandlung zeitgleich an verschiedenen Stellen des elektrisch leitenden Flächenelements erfolgen kann.
Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn die ätzende Substanz entlang der ersten und zweiten Konturlinien gleichzeitig und/oder gleich lange auf das elektrisch leitende Flächenelement einwirkt. Dies erleichtert die Handhabung des elektrisch leitenden Flächenelements während der Ätzbehandlung. Grundsätzlich frisst sich die ätzende Substanz ausgehend von der damit beaufschlagten Seite des elektrisch leitenden Flächenelements mit fortschreitender Zeit zunehmend durch dessen Dicke. Folglich kann durch die Einwirkdauer der ätzenden Substanz die Tiefe einer eingeätzten Struktur bzw. die verbleibende Materialstärke/Dicke des elektrisch leitenden Flächenelements beeinflusst werden. Die Tiefe einer eingeätzten Struktur hängt aber nicht ausschließlich von der Einwirkdauer der ätzenden Substanz ab, sondern auch von anderen Faktoren wie der Länge und Breite der Oberfläche, auf welche die ätzende Substanz einwirkt, und auch von der ätzenden Substanz selbst, beispielsweise von deren Aggressivität oder Sättigungsgrad.
Es kann sinnvoll sein, wenn zur Definition der ersten und zweiten Konturlinien eine ätzresistente Maske auf das elektrisch leitende Flächenelement aufgetragen wird, vorzugsweise auf eine oder beide Seiten des elektrisch leitenden Flächenelements, sodass einige Oberflächenabschnitte des elektrisch leitenden Flächenelements von der ätzresistenten Maske verdeckt sind und andere Oberflächenabschnitte des elektrisch leitenden Flächenelements zur Bildung der ersten und zweiten Konturlinien freiliegen. Mit dieser Maske werden die Konturen der Formteile bzw. die ersten und zweiten Konturlinien festgelegt. Die Oberflächenabschnitte innerhalb dieser auszubildenden Konturlinien werden von der Maske verdeckt und sind somit für die ätzende Substanz während der Ätzbehandlung unzugänglich. Demnach kann an diesen verdeckten Oberflächenabschnitten keine ätzende Substanz auf das elektrisch leitende Flächenelement einwirken.
Es kann sich als praktisch erweisen, wenn die freiliegenden Oberflächenabschnitte ein die verdeckten Oberflächenabschnitte durchziehendes, insbesondere verzweigtes Kanalnetz mit dickeren und dünneren Kanalabschnitten bilden, wobei die dickeren Kanalabschnitte zur Bildung der ersten Konturlinien dienen und die dünneren Kanalabschnitte zur Bildung der zweiten Konturlinien dienen. Nach dieser Variante wird an den freiliegenden Oberflächenabschnitten die Ätzrate - und damit die Eindringtiefe der ätzenden Substanz bzw. die verbleibende Materialstärke des elektrisch leitenden Flächenelements - über die Breite der Kanalabschnitte bzw. über die Abstände zwischen den verdeckten Oberflächenabschnitten gesteuert. Gerade bei lang gestreckten Kanalabschnitten konstanter Breite kann über die Kanalbreite die Eindringtiefe der ätzenden Substanz vergleichsweise präzise festgelegt werden. Dabei ist es vorteilhaft, dass alle ersten Kanalabschnitte jeweils dieselbe Breite aufweisen und alle zweiten Kanalabschnitte jeweils dieselbe, geringere Breite als die ersten Kanalabschnitte aufweisen.
Es kann nützlich sein, wenn auf beide Seiten des elektrisch leitenden Flächenelements ätzresistente Masken zur Bildung der ersten und zweiten Konturlinien aufgetragen werden, wobei die Masken auf beiden Seiten des elektrisch leitenden Flächenelements deckungsgleich oder nicht deckungsgleich sind, wobei vorzugsweise im Falle nicht deckungsgleicher Masken auf beiden Seiten des elektrisch leitenden Flächenelements einige oder alle der dickeren Kanalabschnitte zur Bildung der ersten Konturlinien sich zumindest abschnittsweise decken bzw. einander überlappen und/oder einige oder alle der dünneren Kanalabschnitte zur Bildung der zweiten Konturlinien zumindest teilweise zueinander versetzt sind, bevorzugt parallel zueinander verlaufen, sodass das elektrisch leitende Flächenelement bei der Konturierung der Formteile ausgehend von beiden Seiten unter Ausbildung von zueinander versetzten zweiten Konturlinien in seiner Dicke verringert wird, wobei bevorzugt der minimale Abstand der zueinander versetzten zweiten Konturlinien in der Ebene des elektrisch leitenden Flächenelements geringer ist als die Überlappung der zueinander versetzten zweiten Konturlinien senkrecht zur Ebene des elektrisch leitenden Flächenelements. Bei dieser Variante können komplexe räumliche Strukturen entstehen. Insbesondere kann die Kontur eines Formteils bei dieser Variante besonders präzise festgelegt werden, weil sich der schwächste Teil einer Materialbrücke zwischen zwei sich in Dickenrichtung überlappenden Abschnitten des elektrisch leitenden Flächenelements befindet. Demnach liegt die Materialbrücke eines Formteils innerhalb dessen Außenkontur und ist in der Draufsicht auf das Formteil nicht sichtbar.
Es kann sich als zweckdienlich erweisen, wenn durch die Konturierung entlang der ersten und zweiten Konturlinien für jedes Formteil eine in sich geschlossene Außenkontur erzeugt wird, vorzugsweise für alle Formteile eine identische Außenkontur. So kann das Formteil mit geringem Aufwand aus dem elektrisch leitenden Flächenelement herausgetrennt werden.
Es kann vorteilhaft sein, wenn bei der Konturierung der Formteile alle linearen Konturen der Formteile, vorzugsweise die jeweils parallelen Längs- und Querkanten der Formteile, freigelegt werden und alle nichtlinearen Konturen der Formteile über Materialbrücken mit weiteren Formteilen oder einem Rand des elektrisch leitenden Flächenelements verbunden bleiben. Dadurch werden die linearen Konturen dieser Formteile besonders genau definiert.
Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn sich einige oder alle der ersten Konturlinien jeweils abschnittsweise oder vollständig entlang einer Geraden erstrecken und/oder sich einige oder alle der zweiten Konturlinien jeweils abschnittsweise oder vollständig entlang einer gekrümmten, insbesondere kreisbogenförmigen Linie erstrecken, wobei vorzugsweise zumindest einige der zweiten Konturlinien in sich geschlossen sind.
Es kann sinnvoll sein, wenn jede erste Konturlinie an einer zweiten Konturlinie beginnt und an einer zweiten Konturlinie endet. Dadurch lassen sich die ersten und zweiten Konturlinien präzise definieren.
Es kann sich als praktisch erweisen, wenn einige oder alle der ersten und zweiten Konturlinien im rechten Winkel aufeinandertreffen. Dadurch lassen sich die ersten und zweiten Konturlinien besonders genau voneinander trennen.
Es kann nützlich sein, wenn die herauszutrennenden Formteile in dem elektrisch leitenden Flächenelement matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet sind, vorzugsweise mit gleicher Form und/oder Orientierung bzgl. des Umrisses des elektrisch leitenden Flächenelements. Dadurch kann aus einem elektrisch leitenden Flächenelement die größtmögliche Anzahl von Formteilen hergestellt werden.
Es kann sich als zweckdienlich erweisen, wenn jedes Formteil eine polygonale, insbesondere rechteckige Grundkontur aufweist, vorzugsweise mit konkav gerundeten Ecken, die entlang der zweiten Konturlinien verlaufen und bevorzugt mit konvex gerundeten, insbesondere kreis(abschnitts-)förmigen Strukturen, welche Teile der Materialbrücken bilden, verschnitten sind. Dadurch ergibt sich auch nach der Konturierung der Formteile noch ein vergleichsweise stabiler Verbund, der einfach bearbeitet, aber unter Durchbrechung dieser Materialbrücken dennoch leicht aufgelöst werden kann.
Es kann vorteilhaft sein, wenn jedes Formteil über wenigstens eine Materialbrücke mit wenigstens einem weiteren Formteil verbunden ist, vorzugsweise mit zwei, drei oder mehr als drei anderen Formteilen. Dadurch wird der Materialausschuss des elektrisch leitenden Flächenelements minimiert.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit wenigstens einem Formteil, das nach dem Verfahren nach einer der vorangehenden Ausführungen hergestellt ist, wobei das Formteil zumindest abschnittsweise in Isolierstoff eingebettet ist und vorzugsweise an Anschlussstellen mit einer Leiterstruktur der Leiterplatte elektrisch verbunden ist, wobei die Leiterstruktur der Leiterplatte bevorzugt geätzte Leiterbahnen aufweist. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile lassen sich besonders gut zur Übertragung großer Strom-und/oder Wärmemengen innerhalb von Leiterplatten einsetzen.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der hierin offenbarten Merkmale.
Figurenliste
Es zeigen:

1: ein elektrisch leitendes Flächenelement in Rechteckform in der Draufsicht.
2: das elektrisch leitende Flächenelement aus 1, das an seiner Oberseite mit einer ätzresistenten Maske beaufschlagt ist, wobei die Maske Inseln von verdeckten Oberflächenabschnitten innerhalb eines die Inseln umgebenden Netzes von dicken und dünnen Kanälen, an welchem die Oberfläche des elektrisch leitenden Flächenelements zur Ätzbehandlung zugänglich ist, aufweist.
3: das elektrisch leitende Flächenelement aus 2 nach der Ätzbehandlung, in welcher das elektrisch leitende Flächenelement entlang der dicken Kanalabschnitte vollständig durchtrennt wurde und entlang der dünnen Kanalabschnitte lediglich in seiner Dicke verringert wurde, sodass die Formteile über Materialbrücken untereinander und mit dem Rand des elektrisch leitenden Flächenelements verbunden bleiben.
4: eine schematische Teilansicht einer Oberfläche des elektrisch leitenden Flächenelements mit einer ätzresistenten Maske zur Definition der Konturen und Konturlinien der herauszutrennenden Formteile, wobei die herauszutrennenden Formteile matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die konkav gerundeten Eckbereiche der in benachbarten Zeilen und Spalten angeordneten Formteile mit einer Kreisstruktur, die später als Materialbrücke erhalten bleibt, verschnitten sind.
5: Ein vergrößertes Detail aus 4 zur Darstellung der Konturen und Konturlinien eines einzelnen herauszutrennenden Formteils, wobei sich die ersten Konturlinien entlang von Geraden an den Längs- und Querseiten des im Wesentlichen rechteckigen, herauszutrennenden Formteils erstrecken, und die zweiten Konturlinien sich näherungsweise viertelkreisförmig in den konkav gerundeten Eckbereichen erstrecken.
6: Ein anderes vergrößertes Detail aus 4 zur Darstellung der Konturen und Konturlinien im Eckbereich vierer herauszutrennender Formteile.
7a: eine perspektivische fotografische Ansicht eines elektrisch leitenden Flächenelements nach einer Ätzbehandlung, wobei die matrixartig in Zeilen und Spalten angeordneten Formteile lediglich an eckseitigen Knotenpunkten über Materialbrücken verbunden sind.
7b: eine perspektivische fotografische Ansicht des elektrisch leitenden Flächenelements aus 4 nach dem mechanischen Heraustrennen einzelner Formteile unter Durchtrennung der Materialbrücken.
8: eine perspektivische fotografische Ansicht eines unter Durchtrennung der Materialbrücken herausgetrennten Formteils.
9: eine computergenerierte Draufsicht eines Formteils mit in den vier Ecken angebundenen Materialbrücken nach einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
10: eine perspektivische, computergenerierte Ansicht eines Eckbereichs des Formteils aus 9, wobei das Formteil unter Verwendung eines elektrisch leitenden Flächenelements hergestellt wurde, dass an beiden Seiten mit unterschiedlichen ätzresistenten Masken beaufschlagt wurde, sodass die Dicke des elektrisch leitenden Flächenelements im Zuge des Ätzverfahrens von beiden Seiten ausgehend verringert wurde und im Ergebnis eine im Querschnitt durch das elektrisch leitende Flächenelement mäanderförmige Materialbrücke ergibt, die ihre dünnste Stelle in einer zu den Oberflächen des Flächenelements bzw. Formteils parallelen Ebene bzw. Richtung aufweist.
11: eine andere perspektivische, computergenerierte Ansicht des Eckbereichs des Formteils aus 9 und 10.
12: eine andere computergenerierte Seitenansicht des Eckbereichs des Formteils aus 9 bis 11.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
Das hierin beschriebene Verfahren dient zur Herstellung von Formteilen 1, insbesondere aber nicht ausschließlich für Leiterplatten, aus einem Flächenelement 2, insbesondere aus einem elektrisch leitenden Flächenelement 2.
Leiterplatten werden unter anderem zur kompakten Verschaltung von elektronischen Bauteilen mit auf der Leiterplatte bereitgestellten Leiterstrukturen eingesetzt. Zur Übertragung großer Strom- und Wärmemengen werden elektrisch leitende Formteile 1 eingesetzt, die im Gegensatz zu Leiterdrähten i.d.R. eine größere und uneinheitliche Querschnittsfläche aufweisen. Ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen für Leiterplatten sowie eine Leiterplatte mit entsprechenden Formteilen ist beispielsweise aus der DE 10 2011 102 484 bekannt.
Formteile 1 dieser Art bestehen beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Kupfer oder Kupferlegierungen.
Um solche Formteile 1 in großen Stückzahlen und mit hohe Präzision herzustellen, werden mehrere, in der Regel identische Formteile 1 aus einem einzelnen elektrisch leitenden Flächenelement 2 wie z.B. einer Kupferplatte hergestellt. Zu bestimmten Zwecken, insbesondere zur Verbindung dieser Formteile 1 mit weiteren Bauteilen der Leiterplatte, ist es in der Regel wünschenswert, diese Formteile 1 gegenüber diesen weiteren Bauteilen der Leiterplatte besonders genau positionieren zu können. Der Trend zum Miniaturisierung von Elektrobauteilen verstärkt diesen Wunsch.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das elektrisch leitende Flächenelement 2 zur Konturierung der Formteile 1 entlang von ersten, insbesondere geraden Konturlinien 3 vollständig durchtrennt, um die Formteile 1 abschnittsweise freizulegen. Entlang von zweiten, beispielsweise kreisabschnittsförmigen oder kreisförmigen Konturlinien 4 wird das elektrisch leitende Flächenelement 2 lediglich in seiner Dicke verringert. Im Ergebnis bleiben die Formteile 1 lediglich entlang der zweiten Konturlinien 4 über Materialbrücken 5 miteinander oder mit dem elektrisch leitenden Flächenelement 2 verbunden. Unter Durchtrennung dieser Materialbrücken 5 sind die Formteile 1 nachträglich voneinander oder aus dem elektrisch leitenden Flächenelement 2 lösbar.
Erstes Ausführungsbeispiel (Figuren 1-8)
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Konturierung der Formteile 1 entlang der ersten und zweiten Konturlinien 3, 4 im Ätzverfahren. Dabei wird das elektrisch leitende Flächenelement 2, z.B. in Gestalt einer Metallplatte, insbesondere einer rechteckigen Kupferplatte, mit einer ätzenden Substanz besprüht, sodass die ätzende Substanz entlang der ersten und zweiten Konturlinien 3, 4 gleichzeitig und gleich lange auf das elektrisch leitende Flächenelement 2 einwirkt.
In Vorbereitung der Ätzbehandlung wird zur Definition der ersten und zweiten Konturlinien 3, 4 eine ätzresistente Maske 6 auf das elektrisch leitende Flächenelement 2 aufgetragen.
Eine Kupferplatte 2 mit einseitig aufgetragener Maske 6 ist beispielsweise in 2 dargestellt. Auf der sichtbaren Oberfläche dieser Kupferplatte 2 sind einige Oberflächenabschnitte von der ätzresistenten Maske 6 verdeckt, während dazwischen andere Oberflächenabschnitte freiliegen, die zur Bildung der ersten und zweiten Konturlinien 3, 4 dienen.
Diese freiliegenden Oberflächenabschnitte bilden ein die verdeckten Oberflächenabschnitte durchziehendes und verzweigtes Kanalnetz mit dickeren und dünneren Kanalabschnitten. Die dickeren Kanalabschnitte dienen zur Bildung der ersten Konturlinien 3 und die dünneren Kanalabschnitte zur Bildung der zweiten Konturlinien 4.
Im Zuge der Ätzbehandlung wird die Kupferplatte 2 entlang der dickeren Kanalabschnitte, welche die ersten Konturlinien 3 bilden, vollständig durchtrennt, und entlang der dünneren Kanalabschnitte, welche die zweiten Konturlinien 4 bilden, lediglich in seiner Dicke verringert. Durch die Konturierung entlang der ersten und zweiten Konturlinien 3, 4 entsteht für jedes Formteil 1 dieselbe, in sich geschlossene Außenkontur. Dabei werden alle linearen Konturen der Formteile 1, d.h. die jeweils parallelen Längs- und Querkanten der Formteile 1 freigelegt. Die kreisabschnittsförmig konkav gerundeten Eckbereiche der Formteile 1 bleiben über die Materialbrücken 5 mit weiteren Formteilen 1 oder einem Rand des elektrisch leitenden Flächenelements 2 verbunden.
Alle ersten Konturlinien 3 beginnen und enden vorzugsweise an einer senkrecht dazu stehenden zweiten Konturlinie 4.
Nach der Ätzbehandlung sind die herauszutrennenden Formteile 1 in dem elektrisch leitenden Flächenelement 2 matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet. Jedes Formteil 1 weist eine rechteckige Grundkontur mit konkav gerundeten Ecken auf, die entlang von kreisabschnittsförmigen Strukturen, welche Teile der Materialbrücken 5 bilden, verschnitten sind.
So ist jedes Formteil 1 über wenigstens eine Materialbrücke 5 mit dem Rand des Flächenelements 2 oder wenigstens einem weiteren Formteil 1 verbunden.
Zweites Ausführungsbeispiel (Figuren 9-12)
Das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung, das nachstehend mit Bezug auf die 9-12 beschrieben wird, basiert im Wesentlichen auf dem ersten Ausführungsbeispiel. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen. Für identische Merkmale werden identische Bezugszeichen verwendet. Die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel werden nachstehend erläutert.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden auf beide Seiten des elektrisch leitenden Flächenelements 2 verschiedene ätzresistente Masken 6 zur Bildung der ersten und zweiten Konturlinien 3, 4 aufgetragen. Die auf beiden Seiten des elektrisch leitenden Flächenelements 2 aufgetragenen Masken 6 sind in Blickrichtung senkrecht auf das elektrisch leitende Flächenelement 2 nicht deckungsgleich.
In dieser Blickrichtung überlappen lediglich die dickeren Kanalabschnitte zur Bildung der ersten Konturlinien 3 einander bzw. sind deckungsgleich. Dagegen sind zumindest einige der dünneren Kanalabschnitte zur Bildung der zweiten Konturlinien 4 zumindest teilweise parallel zueinander versetzt.
Bei der Konturierung der Formteile 1 wird das elektrisch leitende Flächenelement 2 im Rahmen der Ätzbehandlung mit einer Ätzflüssigkeit besprüht und entlang der ersten Konturlinien 1 vollständig durchtrennt. Entlang der dünneren Kanalabschnitte wird das elektrisch leitende Flächenelement 2 ausgehend von beiden Seiten unter Ausbildung von zueinander versetzten zweiten Konturlinien 4 lediglich in seiner Dicke verringert. Wie in den 10-12 und insbesondere 12 dargestellt ist, sind die entstehenden, zweiten Konturlinien 4 geringfügig parallel zueinander versetzt. Wie in 12 eingezeichnet, ist der minimale Abstand A dieser zweiten Konturlinien 4 in der Ebene des elektrisch leitenden Flächenelements 2 kleiner als die Überlappung B der zueinander versetzten zweiten Konturlinien 4 senkrecht zur Ebene des elektrisch leitenden Flächenelements 2. Bei Draufsicht auf die Oberfläche des Formteils 1 bleibt die Kontur des Formteils 1 auch nach dem Durchbrechen dieser Materialbrücken 5 erhalten, da die Materialbrücken 5 bzw. die schwächsten Materialquerschnitte vollständig innerhalb der Außenkontur dieser Formteile 1 liegen. So ist gegebenenfalls nach dem Durchbrechen dieser Materialbrücken 5 keine weitere Nachbearbeitung der Außenkontur der Formteile 1 erforderlich.
Eine erfindungsgemäße Leiterplatte umfasst wenigstens ein Formteil 1, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Das Formteil 1 ist dabei zumindest abschnittsweise in Isolierstoff eingebettet und mit einer Leiterstruktur der Leiterplatte elektrisch verbunden. Die Leiterstruktur der Leiterplatte umfasst geätzte Leiterbahnen. Eine ähnliche Leiterplatte ist aus der DE 10 2011 102 484 A1 bekannt.
Die Vorteile der vorliegenden Ausführungsbeispiele der Erfindung lassen sich in anderen Worten wie folgt umschreiben:

Der Grundgedanke der vorliegenden Ausführungsbeispiele besteht darin, die Formteile 1 bzw. Shapes durch Variieren der Ätzrate austrennbar zu machen.

Nach dem Ätzen soll ein elektrisch leitendes Flächenelement 2 in Gestalt einer Metall- oder Kupferplatte 2 mit noch zusammenhängenden, jedoch leicht trennbaren Formteilen 1 bzw. Shapes erhalten werden. Dadurch entfällt ein mehrstufiger Ätzprozess (Vorätzen mit Vakuum und Durchätzen) und es ist kein Handling der Kupferplatte 2 zwischen den Ätzprozessen erforderlich. Das Handling der Kupferplatte 2 sowie der Formteile 1 wird insgesamt vereinfacht. Die Positionssicherheit der Formteile 1 bleibt bis zum Austrennen erhalten, ein Verschwimmen der bereits positionierten Formteile 1 kann verhindert werden.
Durch die Ätzbehandlung der Kupferplatte 2 ergibt sich ein homogenes Ätzbild, weil kein Verschwimmen der Formteile 1 erfolgt.
Die Ätzrate hängt unter anderem von dem Austausch der Oberfläche des elektrisch leitenden Flächenelements 2 mit der Ätzflüssigkeit ab. Diese ist bei besonders schmalen und tiefen Kanälen bzw. Konturen, welche die zweiten Konturlinien 4 bilden, vermindert und der Abtrag verringert sich dadurch. Dieser Effekt soll genutzt werden, um entlang der zweiten Konturlinien 4 dünne Stege als Materialbrücken 5 bzw. „Halter“ nach dem Ätzprozess stehen zu lassen, welche mit geringer Kraft und ohne großen Überstand automatisiert getrennt werden können.
Als Kontur für diese Materialbrücken 5 wurde ein Kreis gewählt, welcher in einer Außenkante bzw. Außenkontur der Formteile 1 so verschnitten ist, dass ein möglicher Überstand nicht stören würde.
Im Rahmen des Schutzbereichs der Ansprüche sind beliebige Abwandlungen dieser Ausführungsbeispiele möglich.
Bezugszeichenliste

1: Formteil
2: Elektrisch leitendes Flächenelement (z.B. Kupferplatte)
2': Elektrisch leitendes Flächenelement mit ätzresistenter Maske
2": Elektrisch leitendes Flächenelement nach Ätzung
3: Erste (breite) Konturlinien
4: Zweite (schmale) Konturlinien
5: Materialbrücken
6: Maske
7: Kreisstruktur
A: Abstand in Erstreckungsebene des elektrisch leitenden Flächenelements
B: Überlappung der zweiten Konturlinien senkrecht zur Erstreckungsebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011102484 [0003, 0026, 0042]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Formteilen (1) aus einem elektrisch leitenden Flächenelement (2), wobei das elektrisch leitende Flächenelement (2) zur Konturierung wenigstens eines Formteils (1) entlang von ersten Konturlinien (3) vollständig durchtrennt wird, um das Formteil (1) abschnittsweise freizulegen, und entlang von zweiten Konturlinien (4) in seiner Dicke verringert wird, sodass das Formteil (1) lediglich entlang der zweiten Konturlinien (4) über Materialbrücken (5) verbunden bleibt und unter Durchtrennung dieser Materialbrücken (5) lösbar ist.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturierung der Formteile (1) entlang der ersten und zweiten Konturlinien (3, 4) im Ätzverfahren erfolgt, wobei das elektrisch leitende Flächenelement (2) vorzugsweise mit einer ätzenden Substanz beaufschlagt wird, bevorzugt mit einer ätzenden Substanz besprüht wird.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die ätzende Substanz entlang der ersten und zweiten Konturlinien (3, 4) gleichzeitig und/oder gleich lange auf das elektrisch leitende Flächenelement (2) einwirkt.
Verfahren nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Definition der ersten und zweiten Konturlinien (3, 4) eine ätzresistente Maske (6) auf das elektrisch leitende Flächenelement (2) aufgetragen wird, vorzugsweise auf eine oder beide Seiten des elektrisch leitenden Flächenelements (2), sodass einige Oberflächenabschnitte des elektrisch leitenden Flächenelements (2) von der ätzresistenten Maske (6) verdeckt sind und andere Oberflächenabschnitte des elektrisch leitenden Flächenelements (2) zur Bildung der ersten und zweiten Konturlinien (3, 4) freiliegen.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die freiliegenden Oberflächenabschnitte ein die verdeckten Oberflächenabschnitte durchziehendes, insbesondere verzweigtes Kanalnetz mit dickeren und dünneren Kanalabschnitten bilden, wobei die dickeren Kanalabschnitte zur Bildung der ersten Konturlinien (3) dienen und die dünneren Kanalabschnitte zur Bildung der zweiten Konturlinien (4) dienen.
Verfahren einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf beide Seiten des elektrisch leitenden Flächenelements (2) ätzresistente Masken (6) zur Bildung der ersten und zweiten Konturlinien (3, 4) aufgetragen werden, wobei die Masken (6) auf beiden Seiten des elektrisch leitenden Flächenelements (2) deckungsgleich oder nicht deckungsgleich sind, wobei vorzugsweise im Falle nicht deckungsgleicher Masken (6) auf beiden Seiten des elektrisch leitenden Flächenelements (2) einige oder alle der dickeren Kanalabschnitte zur Bildung der ersten Konturlinien (3) einander überlappen und/oder einige oder alle der dünneren Kanalabschnitte zur Bildung der zweiten Konturlinien (4) zumindest teilweise zueinander versetzt sind, bevorzugt parallel zueinander verlaufen, sodass das elektrisch leitende Flächenelement (2) bei der Konturierung der Formteile (1) ausgehend von beiden Seiten unter Ausbildung von zueinander versetzten zweiten Konturlinien (4) in seiner Dicke verringert wird, wobei bevorzugt der minimale Abstand (A) der zueinander versetzten zweiten Konturlinien (4) in der Ebene des elektrisch leitenden Flächenelements (2) geringer ist als die Überlappung (B) der zueinander versetzten zweiten Konturlinien (4) senkrecht zur Ebene des elektrisch leitenden Flächenelements (2).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Konturierung entlang der ersten und zweiten Konturlinien (3, 4) für jedes Formteil (1) eine in sich geschlossene Außenkontur erzeugt wird, vorzugsweise für alle Formteile (1) eine identische Außenkontur.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Konturierung der Formteile (1) alle linearen Konturen der Formteile (1), vorzugsweise die jeweils parallelen Längs- und Querkanten der Formteile (1), freigelegt werden und alle nichtlinearen Konturen der Formteile (1) über Materialbrücken (5) mit weiteren Formteilen (1) oder einem Rand des elektrisch leitenden Flächenelements (2) verbunden bleiben.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich einige oder alle der ersten Konturlinien (3) jeweils abschnittsweise oder vollständig entlang einer Geraden erstrecken und/oder sich einige oder alle der zweiten Konturlinien (4) jeweils abschnittsweise oder vollständig entlang einer gekrümmten, insbesondere kreisbogenförmigen Linie erstrecken, wobei vorzugsweise zumindest einige der zweiten Konturlinien (4) in sich geschlossen sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede erste Konturlinie (3) an einer zweiten Konturlinie (4) beginnt und an einer zweiten Konturlinie (4) endet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einige oder alle der ersten und zweiten Konturlinien (3, 4) im rechten Winkel aufeinandertreffen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die herauszutrennenden Formteile (1) in dem elektrisch leitenden Flächenelement (2) matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet sind, vorzugsweise mit gleicher Form und/oder Orientierung bzgl. des Umrisses des elektrisch leitenden Flächenelements (2).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Formteil (1) eine polygonale, insbesondere rechteckige Grundkontur aufweist, vorzugsweise mit konkav gerundeten Ecken, die entlang der zweiten Konturlinien (4) verlaufen und bevorzugt mit konvex gerundeten, insbesondere kreisförmigen Strukturen, welche Teile der Materialbrücken (5) bilden, verschnitten sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Formteil (1) über wenigstens eine Materialbrücke (5) mit wenigstens einem weiteren Formteil (1) verbunden ist, vorzugsweise mit zwei, drei oder mehr als drei anderen Formteilen (1).
Leiterplatte mit wenigstens einem Formteil (1), das nach dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche hergestellt ist, wobei das Formteil (1) zumindest abschnittsweise in Isolierstoff eingebettet ist und vorzugsweise an Anschlussstellen mit einer Leiterstruktur der Leiterplatte elektrisch verbunden ist, wobei die Leiterstruktur der Leiterplatte bevorzugt geätzte Leiterbahnen aufweist.