DE112021006070T5

DE112021006070T5 - Wechsel des dielektrischen materials zum optimieren der elektrischen und mechanischen eigenschaften einer flexiblen schaltung

Info

Publication number: DE112021006070T5
Application number: DE112021006070.8T
Authority: DE
Inventors: John R. Dangler; Arthur J. HIGBY; Philipp K. BUCHLING REGO; David Clifford Long; James Busby; Matthew Doyle; Edward N. Cohen; Michael Fisher; William Santiago-Fernandez
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2023-09-14
Also published as: CN116671266A; GB202310316D0; US20220201839A1; JP2023554586A; US11382210B1; GB2616810A; WO2022127389A1

Abstract

Es wird eine flexible Schaltung mit gleichmäßiger Dicke gelehrt, die mehr als eine dielektrische Schicht verwendet. Eine erste dielektrische Schicht ist flexibler und in der Lage, sich mit einem Krümmungsradius zuverlässig zu biegen, mit dem eine zweite dielektrische Schicht nicht zuverlässig gebogen werden kann. Die zweite dielektrische Schicht hat mindestens eine wünschenswertere elektrische Eigenschaft als die erste dielektrische Schicht, beispielsweise in Bezug auf den Leckverlust. Ebenfalls beschrieben wird die Verwendung der flexiblen Schaltung gleichmäßiger Dicke, um sensibles Material in einem Elektronikgehäuse zu schützen.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein elektronisches System mit einer flexiblen Schaltung. Die flexible Schaltung kann sich in einem Elektrikgehäuse befinden. Die flexible Schaltung im Elektrikgehäuse ist in einem ersten Bereich der flexiblen Schaltung in einer bestimmten Biegung mit einem ersten Krümmungsradius gebogen oder geformt. Ein erstes Dielektrikum in der flexiblen Schaltung wird im ersten Bereich verwendet und ein zweites Dielektrikum in der flexiblen Schaltung wird in einem zweiten Bereich der flexiblen Schaltung, der einen längeren Krümmungsradius hat oder ein flacher Bereich ist, verwendet.
KURZDARSTELLUNG
Ausführungsformen der Erfindung stellen eine flexible Schaltung gleichmäßiger Dicke mit einem ersten Dielektrikum mit Eigenschaften, die es ermöglichen, dass die flexible Schaltung ohne Beschädigung der elektrischen Leiterbahnen in der flexiblen Schaltung gebogen werden kann, und mit einem zweiten Dielektrikum mit Eigenschaften, die einen geringeren Leckverlust als den Leckverlust im ersten Dielektrikum bereitstellen, bereit.
Bei einer Ausführungsform hat das erste Dielektrikum einen geringeren Elastizitätsmodul als das zweite Dielektrikum, so dass das erste Dielektrikum mit einem kleineren Krümmungsradius gebogen werden kann als das zweite Dielektrikum. Das erste Dielektrikum hat einen höheren elektrischen Verlust als das zweite Dielektrikum.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem ersten Dielektrikum als nichteinschränkendes Beispiel um „FR“, wobei FR sich auf einen feuerhemmenden, modifizierten Acrylklebstoff bezieht. Bei dem zweiten Dielektrikum handelt es sich um „HT“ mit Bezug auf eine Klasse von Hochtemperatur-Laminatmaterialien, die günstige Material- und elektrische Eigenschaften bieten. Solche Materialien können eine höhere Glasübergangstemperatur (Tg) und geringere Verlusteigenschaften als Materialien wie FR aufweisen. Sowohl der erste als auch der zweite dielektrische Bereich können einen AP-Kern verwenden, auf dem eine Metallisierung gebildet und geätzt wird, um elektrische Leitungspfade zu schaffen. „AP“ wird hierin allgemein mit Bezug auf eine Klasse von klebstofffreien/Hochleistungslaminatmaterialien verwendet, zu denen ein kupferkaschiertes Laminat und ein Polyimidverbundstoff aus einem mit einer Kupferfolie verklebten Polyimidfolie gehören. AP7163E wird hier als beispielhafte „AP“-Folie verwendet.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Leiterbahnstruktur in einer oder mehreren Leiterbahnebenen der flexiblen Schaltung gebildet. Die Leiterbahnstruktur kann aus Signalleitern bestehen, die einen ersten Halbleiterchip mit einem zweiten Halbleiterchip verbinden. Eine Batterie kann den ersten Halbleiterchip und den zweiten Halbleiterchip mit Energie versorgen. Bei der Leiterbahnstruktur kann es sich um eine serpentinenförmige Struktur handeln, die durch Bohren oder Reißen aufgebrochen würde, um eine Manipulation am elektrischen Gehäuse zu zeigen.
KURZBESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Die 1A und 1B zeigen Draufsichts- und Querschnittsansichten einer flexiblen Schaltung mit Leiterbahnebenen und Abschnitte mit einem ersten dielektrischen Bereich und einen zweiten dielektrischen Bereich.

1C zeigt einen Querschnitt eines Halbleiterchips und eines auf einer flexiblen Schaltung montierten Halbleiterchips.
2A zeigt einen Querschnitt der Rohmaterialien vor dem Ätzen und dem Laminieren eines Querschnitts, bei dem FR als Dielektrikum verwendet wird.
2B zeigt einen Querschnitt der Materialien aus 2A nach dem Ätzen.
2C zeigt einen Querschnitt der Materialien aus 2A nach dem Ätzen und Laminieren.
3A zeigt einen Querschnitt der Rohmaterialien vor dem Ätzen und Laminieren eines Querschnitts, bei dem HR als Dielektrikum verwendet wird.
3B zeigt einen Querschnitt der Rohmaterialien aus 3A nach dem Ätzen.
3C zeigt einen Querschnitt der Materialien aus 3A nach dem Ätzen und Laminieren.
3D zeigt eine Gegenüberstellung eines FR-Abschnitts und eines HT-Abschnitts, wobei beide Abschnitte nach dem Laminieren die gleiche Dicke haben, um eine einheitliche Dicke über die Länge der flexiblen Schaltung herzustellen.
Die 4A und 4B zeigen eine Draufsichts- und Querschnittsansicht eines Elektrikgehäuses, wobei die dielektrischen Bereiche FR und HT dargestellt sind.
4C zeigt die Querschnittsansicht des Elektrikgehäuses mit einer Leiterplatte (printed circuit board, PCB) und einem Chip im Inneren des Elektrikgehäuses.
5 zeigt ein Elektronikgehäuse mit einer um 180° gefalteten flexiblen Schaltung, wobei dielektrische FR- und HT-Bereiche dargestellt sind.
6 zeigt Abschnitte von zwei Ebenen, wobei beide Ebenen einen FR-Abschnitt und einen HT-Abschnitt aufweisen, die sich teilweise überlappen, um ein Reißen zu erhöhen, falls das Elektronikgehäuse aufgehebelt wird. Durch das Reißen würden einige oder alle Leiterbahnen in den Leiterbahnschichten, die durch die FR- und HR-Bereiche verlaufen, brechen.
7 zeigt einen Abschnitt mit abwechselnden FR- und HR-Bereichen nahe einer Kante eines Elektronikgehäuses, der auch das Reißen zum Brechen der Leiterbahnen in den FR- und HR-Bereichen nahe einer Kante des Elektronikgehäuses fördert, wenn das Elektronikgehäuse aufgehebelt wird.
8 zeigt das Layout einer Schicht einer flexiblen Schaltung mit teilweisen „Lücken“ in den flexiblen Schaltungen, die das Reißen erleichtern würden, wenn das Elektronikgehäuse aufgehebelt wird.
9 zeigt einen Kurvenverlauf des Leckverlusts über der Frequenz für die dielektrischen FR- und HT-Bereiche.
10 zeigt ein Verfahren, das es ermöglicht, FR-Abschnitte zu verwenden, wenn die flexible Schaltung stärker gebogen werden muss, als sich ein HT-Abschnitt zuverlässig biegen kann, und HT-Abschnitte, wo HT zuverlässig verwendet werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein elektronisches System mit einer flexiblen Schaltung, die stark gebogen oder gefaltet werden muss. Die flexible Schaltung kann in einem Elektrikgehäuse untergebracht sein. Die flexible Schaltung im Elektrikgehäuse ist in einem ersten Bereich der flexiblen Schaltung mit einer bestimmten Biegung mit einem ersten Krümmungsradius gebogen oder geformt. Ein erstes Dielektrikum in der flexiblen Schaltung wird im ersten Bereich verwendet und ein zweites Dielektrikum in der flexiblen Schaltung wird im zweiten Bereich der flexiblen Schaltung verwendet, der einen längeren Krümmungsradius hat und/oder einen flachen Bereich hat. Die flexible Schaltung hat eine gleichmäßige Dicke.
Die hierin beschriebene flexible Schaltung kann verwendet werden, wenn die flexible Schaltung stärker gebogen sein muss als ein Krümmungsradius, der kleiner ist als der durch das zweite Dielektrikum unterstützte. Das zweite Dielektrikum hat wünschenswerte Eigenschaften wie etwa in Bezug auf Verluste bei Hochfrequenzsignalen, Leckverlust und Ausdehnungskoeffizient. Bei einer solchen Biegung dient das erste Dielektrikum zum Unterstützen der nötigen Biegung ohne Rissbildung in den Leiterbahnen auf der flexiblen Schaltung. Wo eine solche Biegung nicht erforderlich ist, d. h. in einem „flacheren“ Teil der flexiblen Schaltung, wird das zweite Dielektrikum verwendet, wodurch vorteilhafterweise die oben genannten wünschenswerteren Eigenschaften genutzt werden.
Kleine Krümmungsradien können bei verschiedenen Anwendungen erforderlich sein. Beispielsweise könnte eine vollständig in sich umgebogene flexible Schaltung nötig sein. In einem anderen Beispiel könnte ein Elektronikgehäuse sensible, vielleicht kryptographische Komponenten enthalten, und das Erkennen von Manipulationen wie Aufbohren des Elektronikgehäuses oder Aufhebeln des Elektronikgehäuses ist eine Anforderung. Die flexible Schaltung könnte in einen konkaven Teil des Elektronikgehäuses „eingeformt“ werden, was typischerweise zu einem kleinen Krümmungsradius führt. Die flexible Schaltung könnte eine Leiterbahnstruktur auf einer oder mehreren Ebenen enthalten. Durch Aufbohren oder Aufhebeln des Elektronikgehäuses würden eine oder mehrere Leiterbahnen in der Leiterbahnstruktur brechen und so die Manipulation aufdecken. Mehrere Zeichnungen von Elektronikgehäusen mit flexiblen Schaltungen werden später erörtert.
In den Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung beziehen sich gleiche Zahlen im Allgemeinen auf gleiche Komponenten, Teile, Schritte und Prozesse.
Nun auf 1A, 1B und 1C Bezug nehmend, ist eine Draufsicht einer flexiblen Schaltung mit Ausführungsformen der Erfindung gezeigt.
1A ist eine Draufsicht der flexiblen Schaltung 101. Auf der flexiblen Schaltung 101 können Halbleiterchips 150 und 151 durch herkömmliche Mittel wie Drahtbonden oder oberflächenmontierte Verbindungen montiert sein. Auf der flexiblen Schaltung 101 kann auch eine Batterie 152 montiert sein, um einen oder beide Halbleiterchips 150 und 151 mit Strom zu versorgen. Der Querschnitt A-A in ist in dargestellt.
1B zeigt die Querschnittsansicht A-A. Es werden Leiterbahnebenen 102, 103 und 104 gezeigt. In Betracht kommen mehr oder weniger Leiterbahnebenen. Die Bereiche 110 (einer links, einer rechts) sind Bereiche, die das oben beschriebene Dielektrikum 2 verwenden und im Folgenden als HT-Bereiche bezeichnet werden. Der Bereich 111 verwendet das Dielektrikum 1, das Dielektrikum, das sich zuverlässig mit einem kleinen Krümmungsradius biegen kann, wird im Folgenden als FR-Bereich bezeichnet. 1B zeigt die flexible Schaltung 101, die mit einem Krümmungsradius 106 gebogen ist. Der Biegungsbereich wird Übergangszone genannt. Leiterbahnen auf den Leiterbahnebenen 103 und 104 sind als durchgehend dargestellt. Leiterbahnen auf der Leiterbahnebene 102 sind als Leiterbahnen 102A und 102B dargestellt, die brechen würden, dargestellt als Lücke 105, wenn der Bereich 111 mit dem spröderen HT-Dielektrikum ausgeführt wäre. Daher ist der Bereich 111 mit einem FR-Dielektrikum ausgeführt, um einen solchen Bruch in der Übergangszone zu verhindern.
1C zeigt den Halbleiterchip 150, der auf der flexiblen Schaltung 101 montiert ist, und eine Vergrößerung des Chips, der Verbindung und der Leiterbahnstruktur ist gezeigt. Der Halbleiterchip 150 ist auf der flexiblen Schaltung 101 mit Hilfe eines Oberflächenverbindungselements 161 an der Plattierung 170 befestigt und steigt über 171 ab zu einem Leiterbahnsignal der oberen Ebene. In einem Elektronikgehäuse, das eine sensible Schaltung schützt, kann die flexible Schaltung 101 gegen einen konkaven Abschnitt des Elektronikgehäuses geformt und dort mit einem Klebstoff 465 gehalten werden, wie es z.B. in gezeigt und später beschrieben wird. Bei einem Versuch, das Elektronikgehäuse durch Bohren zu manipulieren, würden ein oder mehrere der Leiterbahnstrukturen auf den Leiterbahnebenen brechen, wodurch der Manipulationsversuch erkannt würde.
Die 4A und 4B zeigen ein Elektronikgehäuse 400, eine Draufsicht in 4B und eine Querschnittsansicht B-B aus 4A. Das Elektronikgehäuse 400 weist ein Gehäuseoberteil 402, einen Gehäuseboden 401 und einen Hohlraum 403 auf. Die flexiblen Schaltungen 101A und 101B sind als in die Einbuchtungen des Gehäuseoberteils 402 und des Gehäusebodens 401 geformt und mit dem Klebstoff 465 an die Konturen des Gehäuseoberteils 402 und des Gehäusebodens 401 geklebt gezeigt. Der HT-Bereich 110 und der FR-Bereich 111 sind in der Draufsicht 4B und in der Querschnittsansicht 4A gezeigt. In der Querschnittsansicht 4A nutzen die flexiblen Schaltungen 101A und 101B im Bereich der mit 110 bezeichneten Doppelpfeillinie den HT-Bereich 110; in den beiden Bereichen der mit 111 bezeichneten Doppelpfeillinien nutzen die flexiblen Schaltungen 101A und 101B den FR-Bereich 111, in dem ein Übergangsbereich im Gehäuseoberteil 402 und im Gehäuseboden 401 vorliegt, um die Biegungen in den Übergangsbereichen aufzunehmen. Im flachen Bereich in der Mitte des Hohlraums 403 wird der HT-Bereich 110 genutzt, um von den wünschenswerteren dielektrischen Parametern des HT-Dielektrikums zu profitieren. In der Praxis würde der größte Teil des Gehäuseoberteils 402 und des Gehäusebodens 401 üblicherweise vom HT-Bereich eingenommen wie in 8 dargestellt. Aktuell sind die 4A und 4B so gezeichnet, dass die gekrümmten Bereiche hervorgehoben werden, die in der Praxis im Vergleich zur tatsächlichen Größe des Elektronikgehäuses üblicherweise klein sind (siehe 8 für typischere gekrümmte Bereiche). Beispielsweise kann der HT-Bereich 110 90 % oder mehr des Bereichs in 4B betragen und der FT-Bereich 111 kann 10 % oder weniger des Bereichs in 4B betragen. Die in 4B gezeigte Anordnung in konzentrischen Rechtecken erleichtert Laminierungen der beiden unterschiedlichen Materialien (d.h. des HT-Bereichs 110 und des FT-Bereichs 111) bei unterschiedlichen Laminierungstemperaturen. Der HT-Bereich 110 wird bei 300 °C laminiert und der FR-Bereich 111 wird bei 200 °C laminiert.
4C zeigt das Elektronikgehäuse 400 mit einem Querschnitt der Leiterplatte (PCB) 470, die wie gezeigt sandwichartig zwischen den flexiblen Schaltungen 101A und 101B eingefügt ist. Die PBC 470 kann mit dem Klebstoff 465 an die flexiblen Schaltungen 101A und 101B geklebt sein. Die PCB 470 kann einen Halbleiterchip 471 und eine Batterie 472 aufweisen, die elektrisch und mechanisch befestigt sind. Im Halbleiterchip 471 können sensible Informationen wie kryptografische Schlüssel gespeichert sein. Die Batterie 472 kann Energie liefern, um die sensiblen Informationen im Halbleiterchip 471 zu zerstören, wenn eine Manipulation des Elektronikgehäuses 400 erkannt wird.
5 ist ein Beispiel für ein Elektronikgehäuse 500. Die flexible Schaltung 101 ist mit einer 180°-Biegung dargestellt. Das Elektronikgehäuse 500 ist im Querschnitt dargestellt und weist den Gehäuseboden 501, das Gehäuseoberteil 502 und die flexible Schaltung 101 auf. Es versteht sich, dass Halbleiterchips oder andere elektronische Komponenten auf der flexiblen Schaltung 101 montiert sein können, sind aber der Einfachheit halber in 5 nicht gezeigt. Die flexible Schaltung 101 ist mit einer 180°-Biegung dargestellt und ist in einer Übergangszone, in der die Faltung stattfindet, vollständig in sich umgebogen, was zu einem kleinen Krümmungsradius an der Biegung führt. HT-Bereiche 110 sind in den flachen Abschnitten der flexiblen Schaltung 101 verwendet gezeigt und der FR-Bereich 111 ist an der Biegung gezeigt. Wie zuvor bietet dies große Bereiche der flexiblen Schaltung 101 mit den wünschenswerten Eigenschaften des HT-Dielektrikums und einen relativ kleinen Bereich der flexiblen Schaltung 101, der die wünschenswerten Eigenschaften des HT-Dielektrikums aufgibt, aber die Flexibilität des FR-Dielektrikums im Biegungsbereich gewinnt. Die flexible Schaltung 101 ist mit dem Klebstoff 465 an den Gehäuseboden 501 und das Gehäuseoberteil 502 geklebt. Das Gehäuseoberteil 502 und der Gehäuseboden 501 können an der Stelle, an der sie aufeinandertreffen, durch Klebstoff, Schrauben oder andere bekannte Befestigungsverfahren befestigt werden.
Nun auf 2A Bezug nehmend, werden Rohstoffe für den Bereich 111 der flexiblen Schaltung als Rohstoffe vor dem Ätzen und dem Laminieren gezeigt. Der dielektrische Bereich 111 ist der dielektrische „FR“-Bereich, der dort verwendet wird, wo sich die flexible Schaltung 101 mit einem kleinen Krümmungsradius biegen muss. Ein „kleiner Krümmungsradius“ bedeutet, dass der Bereich 111 zuverlässig mit diesem Krümmungsradius gebogen sein kann, aber der Bereich 110 nicht zuverlässig mit diesem Krümmungsradius gebogen sein kann. Die in den 2A, 2B, 2C (für das Dielektrikum des FR-Bereichs 111) und in den 3A, 3B und 3C beispielhaft verwendete flexible Schaltung 101 zeigt drei Kerne, es kommen aber auch mehr oder weniger Kerne in Betracht.
2A zeigt die mit Bezugszahlen versehenen Schichten und die Dicken der einzelnen Schichten.
„Kern 1" 201 weist eine 8,89 µm (0,35 mil) dicke Kupfermetallisierung (Cu) 202 und 204 und ein 25,4 µm (1,0 mil) dickes Polyimid 203 auf. Wie bereits erwähnt, kann es bei dem Kern 201 um AP7163E handeln.
"Klebefolie 1" 231 weist 12,7 µm (0,50 mil) dicke FR-Klebstoffschichten 232 und 234 und ein 12,7 µm (0,5 mil) dickes Polyimid 233 auf.
"Kern 2" 211 weist 8,89 µm (0,35 mil) dicke Metallisierungsschichten 212 und 214 und ein 25,4 µm (1,0 mil) dickes Polyimid 213 auf. Bei dem Kern 311 kann es sich um AP7163E handeln.
"Klebefolie 2" 241 weist 12,7 µm (0,5 mil) dicke FR-Klebstoffschichten 242 und 244 und ein 12,7 µm (0,5 mil) dickes Polyimid 243 auf.
"Kern 3" 221 weist 8,89 µm (0,35 mil) dicke Metallisierungsschichten 222 und 224 und ein 25,4 µm (1,0 mil) dickes Polyimid 223 auf. Bei dem Kern 201 kann es sich um AP7163E handeln.
2B zeigt einen Querschnitt der Rohstoffschichten aus 2A nach dem Ätzen der Metallisierungsschichten. Wie gezeigt, wird ein 50%iges Ätzen durchgeführt, um eine feine Leiterbahnstruktur zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform hat die feine Leiterbahnstruktur Leiterbahnen, die in dieselbe Richtung verlaufen, aber sich abwechselnde Leiterbahnschichten haben Leiterbahnen und Zwischenräume, die sich wie gezeigt abwechseln. Dies kann nützlich sein, um zu verhindern, dass die flexible Schaltung 101 durchbohrt wird, ohne eine Leiterbahn auf einer Leiterbahnschicht zu unterbrechen. Die obere Metallisierungsschicht 202 und die untere Metallisierungsschicht 224 sind in 2B als nicht geätzt dargestellt; Teile der Metallisierungsschichten 202 und 224 können jedoch in einer Struktur geätzt werden, um Metallverbindungen zu Schaltungen wie den Halbleiterchips 150 und 151 bereitzustellen.
2C zeigt einen Querschnitt der Rohstoffschichten aus 2B nach dem Laminieren. Es sei darauf hingewiesen, dass die flexible Schaltung 111170,8 µm (6,7 mil) dick ist. Die Metallisierungsebenen 202 und 224 wurden in diesem Querschnitt entfernt. Die Bezugszahlen beziehen sich auf die gleichen Ebenen wie in 2A und 2B gezeigt.
Nun auf 3A Bezug nehmend, sind die Rohstoffe für den Bereich 110 der flexiblen Schaltung 101 als Rohstoffe vor dem Ätzen und Laminieren dargestellt. Der dielektrische Bereich 110 ist der dielektrische „HT“-Bereich, der dort genutzt wird, wo sich die flexible Schaltung 101 mit einem relativ großen Krümmungsradius oder einer ebenen Fläche biegen kann. 3A zeigt die mit Bezugszahlen versehenen Schichten und die Dicken der jeweiligen Schichten.
„Kern 1“ 301 aus 3A ist derselbe wie „Kern 1“ 201 aus 2A, wird aber als „Kern 1“ 301 bezeichnet und weist 8,89 µm (0,35 mil) dicke Cu-Metallisierungsschichten 302, 304 und eine 25,4 µm (1,0 mil) dicke Polyimidschicht 303 auf. Bei dem Kern 301 kann es sich um AP7163E wie zum Beispiel Pyralux^®AP (AP7163E, DuPont) handeln.
„Klebefolie 1“ 331 weist ein 38,1 µm (1,5 mil) dickes HT-Polyimid 333 auf.
„Kern 2" 311 weist 8,89 µm (0,35 mil) dicke Cu-Schichten 312, 314 und ein 25,4 µm (1,0 mil) dickes Polyimid 313 auf. Bei dem Kern 311 kann es sich um AP7163E handeln.
„Klebefolie 2“ 341 weist ein 38,1 µm (1,5 mil) dickes HT-Polyimid 343 auf.
„Kern 3“ 321 weist 8,89 µm (0,35 mil) dicke Cu-Schichten 322, 324 und ein 25,4 µm (1,0 mil) dickes Polyimid 323 auf. Bei dem Kern 321 kann es sich um AP7163E handeln.
3B zeigt die Rohmaterialien mit denselben Bezugszahlen wie 3A mit den in die metallisierten Schichten 304, 312, 314 und 322 geätzten Strukturen. Wie bei den Querschnitten der FR-Bereiche zuvor können die metallisierten Schichten 302 und 324 geätzt sein oder nicht.
3C zeigt einen Querschnitt der flexiblen Schaltung 101 in einem „HT“-Bereich des Abschnitts 110. Die Bezugszahlen sind dieselben wie vorhin aufgeführt.
Die Dicke der flexiblen Schaltung des HT-Bereichs 110 nach dem Laminieren beträgt 170,8 µm (6,7 mil), wie in 3C dargestellt. Dies ist dieselbe Dicke wie bei dem FR-Abschnitt 111 der flexiblen Schaltung, wie in 2C dargestellt. Die Kernabschnitte sind aus denselben Materialien aufgebaut und haben dieselbe Dicke wie in den Bereichen 111 und 110. Die Abschnitte der Klebstoff-Lagenbindungen für den FR-Bereich 111 und den HT-Bereich 110 müssen so spezifiziert sein, dass die Dicke der flexiblen Schaltung 101 nach dem Laminieren gleichmäßig ist.
Zwar zeigen die Zeichnungen der Einfachheit halber die Kerne getrennt (d.h. die Kerne 201, 211 und 221 getrennt von den Kernen 301, 311 und 321), jedoch umfassen diese Kerne alle Leiterbahnen der flexiblen Schaltung 101, und diese Kerne sind durchgehend. Zum Beispiel handelt es sich bei den Kernen 201 und 301 um denselben Kern, der sich über die Länge der flexiblen Schaltung 101 erstreckt; ebenso handelt es sich bei den Kernen 211 und 311 um denselben Kern, der sich über die Länge der flexiblen Schaltung 101 erstreckt. Im Gegensatz dazu sind die Klebefolien für die FR-Bereiche 111 (Bezugszahlen 231 und 241) und die HT- Bereiche 110 (Bezugszahlen 331 und 341) getrennt und müssen an den Verbindungsstellen zwischen den FR-Bereichen 111 und den HT-Bereichen 110 aneinander liegen.
Nun auf 6 Bezug nehmend, ist eine Ausführungsform gezeigt, die die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ein oder mehrere Leiterbahnen der flexiblen Schaltung 101 reißen und brechen, wenn das Elektronikgehäuse bei einem Manipulationsversuch aufgehebelt wird. Bei dem Elektronikgehäuse 400 (4A, 4B und 4C), das der Einfachheit halber als Teil des jenseits der gestrichelten Linie 640 reichenden Elektronikgehäuses 400 dargestellt ist, brechen beim Aufhebeln die Leiterbahnen in mindestens einem der Bereiche 111 und 110. Der Klebstoff 465 wie etwa ein Epoxidharz oder ein anderer starker Klebstoff wird dem Aufhebeln widerstehen und einen Leiterbahnbruch in der flexiblen Schaltung 101 verursachen. Der FR-Bereich 111 ist in einem gekrümmten Bereich 631 gezeigt, der einen kleinen Krümmungsradius des FR-Bereichs 631 als erste Schicht 611 und zweite Schicht 621 aufnimmt. Ein gekrümmter Bereich 631 kann entstehen, wenn die flexible Schaltung 101 in einen Hohlraum 403 eingeformt wird wie in 4A gezeigt. Wie in 6 gezeigt, überlappen Bereiche des FR-Bereichs 111 auf der ersten Schicht 611 Bereiche des HT-Bereichs 110 auf der zweiten Schicht 621 wie durch die gestrichelte Linie 630 dargestellt, wobei ein FR-Bereich 111 auf der ersten Schicht 611 eine Grenze zwischen dem FR-Bereich 111 und dem HT-Bereich 110 auf der zweiten Schicht 621 überlappt. Wenn das Elektronikgehäuse aufgehebelt wird, erhöht die Überlappungsstruktur erheblich die Wahrscheinlichkeit, dass sowohl im FR-Bereich 111 als auch im HT-Bereich 110 ein Riss entsteht, wodurch die Leiterbahnen brechen und dadurch eine Manipulation des Elektronikgehäuses erkannt wird.
7 zeigt eine andere Ausführungsform, die die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die flexible Schaltung 101 reißt und bricht, wenn das Elektronikgehäuse 400 aufgehebelt wird. Wiederum ist der Einfachheit halber nur ein Teil der Schicht 711 dargestellt, der an der gestrichelten Linie 740 abgeschnitten ist. Bei dieser Ausführungsform wechseln sich auf einer einzigen Schicht der flexiblen Schaltung 101 Teile des FR-Bereichs 111 und des HT-Bereichs 110 ab und erstrecken sich bis zu einem Rand der flexiblen Schaltung 101, auch über den gekrümmten Bereich 731. Es versteht sich, dass bei dieser Ausführungsform des Elektronikgehäuses 400 der Krümmungsradius dem minimalen Krümmungsradius des HT-Bereichs 110 entsprechen muss.
8 zeigt eine andere Ausführungsform, die die Wahrscheinlichkeit des Reißens und Brechens von Leiterbahnen erhöht, wenn das Elektronikgehäuse 400 aufgehebelt wird. Diese Ausführungsform kann auch als eine Variante der zuvor beschriebenen Ausführungsformen enthalten sein. Gezeigt ist eine Draufsicht des Gehäusebodens 401 (des Elektronikgehäuses 400 aus 4A und 4B). Ein vergrößerter Abschnitt 801 zeigt eine serpentinenförmige Leiterbahnstruktur im HT-Bereich 110, in einem flachen Bereich nahe der Kante des Gehäusebodens 401. Die Lücken 802 sind „Schlitze“ in einer oder mehreren Schichten mit Leiterbahnen in der flexiblen Schaltung 101. Der FR-Bereich 111 wurde in den 4A und 4B am Rand der flexiblen Schaltung 101 gezeigt, der sich an den Kanten des Elektronikgehäuses 400 befindet. Bei der Ausführungsform von 8 kann der HT-Bereich 110, da die Kante des Gehäusebodens 401 wie gezeigt um den Umfang herum flach ist, auf dem flachen Teil verwendet werden, um von seinen wünschenswerten elektrischen Eigenschaften zu profitieren, wobei der FR-Bereich 111 genutzt wird, um den kleinen Krümmungsradius des flachen Bodenteils des Gehäusebodens 401 im Gehäuse 400 zu bewerkstelligen (4A, 4B). Wie in den 4A und 4B dargestellt ist, würde der HT-Bereich 110 auch für das flache Bodenteil verwendet werden. Der Laminierungsprozess würde es wiederum ermöglichen, beide HR-Bereiche 110 bei einer Temperatur von ca. 300 °C und den Ring des FR-Bereichs 111 innerhalb des Umfangs des Gehäusebodens 401 des Elektronikgehäuses 400 bei einer Temperatur von ca. 200 °C zu laminieren. Unterschiedliche Laminierungstemperaturen können durch aufeinanderfolgendes Laminieren des HT-Bereichs 110 mit der heißeren Temperatur von etwa 300 °C und anschließendem Laminieren des FR-Bereichs 111 mit der geringeren Temperatur von etwa 200 °C erreicht werden. Alternativ kann die Zwei-Temperatur-Laminierung durch die Verwendung von zwei Platten mit unterschiedlichen Temperaturen erfolgen, die mit der Struktur zwischen dem HR-Bereich 110 und dem FR-Bereich 111 korrelieren.
9 zeigt einen beispielhaften Kurvenverlauf des dielektrischen Leckverlusts in Dezibel (dB) über der Frequenz in Kilohertz (kHz). Beispielsweise kann ein Bereich für die vertikale Achse etwa -92 dB am Boden bis -70 dB am Oberteil umspannen. Genauso kann ein Bereich für die horizontale Achse etwa 0 kHz bis 1,0 kHz umspannen. Die Leiterbahnen in einer der Schichten der flexiblen Schaltung 101 müssen möglicherweise relativ große Frequenzsignale oder gelegentliche Impulse mit Komponenten hoher Frequenzen übertragen. Der Kurvenverlauf zeigt sehr deutliche Leistungsverluste in den FR-Bereichen 111, die in 9 als FR-Dielektrikum 902 dargestellt sind, gegenüber den HT-Bereichen 110, die in 9 als HT-Dielektrikum 904 dargestellt sind. Bei einer Manipulationserkennungsanwendung kann es erforderlich sein, dass die Energie aus einer Batterie (z.B. der Batterie 152 in den 1A und 1B) im Inneren des Elektronikgehäuses 400 sensible Informationen auf einem Halbleiterchip (150, 151) im Inneren des elektronischen Gehäuses 400 zerstört. Bei den sensiblen Informationen kann es sich zum Beispiel um kryptographische Schlüssel handeln. Eine Aktion, die eine Unterbrechung in den Leiterbahnen signalisiert, kann ein Löschen von Verschlüsselungscodes im Elektronikgehäuse umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Mindestbetriebsdauer einer Batterie durch eine veröffentlichte Kryptosicherheitsspezifikation wie den Federal Information Processing Standard (FIPS) 140-2 Security Requirement for Cryptographic Modules der US-Regierung festgelegt sein. Bei solchen Anwendungen ist die Erhaltung der in der Batterie gespeicherten Energie wichtig.
10 zeigt ein Verfahren 1000, das zum Herstellen einer flexiblen Schaltung 101 dienen kann, die HT-Bereiche nutzt, wo dielektrische HT-Bereiche zuverlässig genutzt werden können, und FR-Bereiche nutzt, wobei das HT-Dielektrikum nicht zuverlässig genutzt werden kann.
In Schritt 1010 wird ein Kernmaterial ausgewählt, das ein leitfähiges Material auf mindestens einer Seite hat, das zu Leiterbahnen geätzt werden kann.
In Schritt 1012 wird eine erste Klebeschicht ausgewählt, die ein Dielektrikum und einen Klebstoff auf mindestens einer Seite des Dielektrikums aufweist und einen ersten Krümmungsradius unterstützt. Die erste Klebeschicht hat eine Dicke, wenn sie mit dem Kernmaterial laminiert ist.
In Schritt 1014 wird eine zweite Klebeschicht ausgewählt. Die zweite Klebeschicht hat mindestens eine elektrische (z.B. Leckverlust) oder mechanische Eigenschaft (z.B. Temperaturausdehnungskoeffizient), die wünschenswerter ist als die gleiche elektrische oder mechanische Eigenschaft der ersten Klebeschicht. Die zweite Klebeschicht kann nicht zuverlässig mit einem ersten Krümmungsradius gebogen werden. Die zweite Klebeschicht hat die Dicke, wenn sie an das Kernmaterial laminiert ist.
In Schritt 1016 erfolgt ein Ermitteln eines oder mehrerer Bereiche in einem Elektronikgehäuse, in denen eine Biegung mit dem ersten Krümmungsradius erforderlich ist.
In Schritt 1018 erfolgt ein Ermitteln von Bereichen im Elektronikgehäuse, in denen die zweite Klebeschicht zuverlässig verwendet werden kann.
In Schritt 1020 wird die erste Klebeschicht mit dem Kernmaterial in dem einen oder mehreren Bereichen laminiert, in denen eine Biegung mit dem ersten Krümmungsradius erforderlich ist, und die zweite Klebeschicht wird in einem oder mehreren Bereichen, in denen die zweite Klebeschicht zuverlässig verwendet werden kann, auf das Kernmaterial laminiert.

Claims

Vorrichtung, die aufweist: eine flexible Schaltung, die ferner aufweist: einen Kern, wobei der Kern eine Polyimidschicht mit einer Oberfläche hat und eine Struktur von Leiterbahnen auf der Oberfläche angebracht ist; einen ersten dielektrischen Bereich, der an der Oberfläche des Kerns angebracht ist, wo eine Übergangszone vorliegt; einen zweiten dielektrischen Bereich, der an der Oberfläche des Kerns dort angebracht ist, wo das erste Dielektrikum nicht an der Oberfläche des Kerns angebracht ist; die Übergangszone ist ein Bereich, der eine Biegung mit einem bestimmten Radius umfasst, in dem der erste dielektrische Bereich zuverlässig gebogen sein kann und der zweite dielektrische Bereich nicht zuverlässig gebogen sein kann; und eine Dicke der flexiblen Schaltung ist über eine Länge der flexiblen Schaltung gleichmäßig.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite dielektrische Bereich einen geringeren Leckverlust als der erste dielektrische Bereich hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem ersten dielektrischen Bereich um einen feuerhemmenden Acrylklebstoff (FR) und bei dem zweiten dielektrischen Bereich um ein Hochtemperatur-Laminatmaterial (HT) handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist: eine oder mehrere elektronische Komponenten, die mechanisch und elektrisch mit den flexiblen Schaltungen verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist: ein Elektronikgehäuse, in dem mindestens ein Teil der flexiblen Schaltung untergebracht ist, wobei das Elektronikgehäuse einen vertieften Bereich mit einer Übergangszone hat, in den ein Teil der flexiblen Schaltung eingeformt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Elektronikgehäuse ferner aufweist: einen Gehäuseboden, der den vertieften Bereich aufweist, wobei die flexible Schaltung durch einen Klebstoff an einer Oberfläche des Gehäusebodens befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Elektronikgehäuse ferner aufweist: ein Gehäuseoberteil, wobei die flexible Schaltung durch einen Klebstoff an einer Oberfläche des Gehäuseoberteils befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Leiterbahnstruktur sich überlappende Leiterbahnebenen hat, um zu bewirken, dass bei einem Manipulationsereignis durch einen Bohrer mindestens eine Leiterbahn in der Leiterbahnstruktur gebrochen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein dielektrischer Bereich, der aus dem ersten und/oder zweiten dielektrischen Bereich ausgewählt ist, eine zu reißende Struktur aufweist, wobei bei einem Manipulationsereignis, bei dem das Oberteil und der Boden des Gehäuses aufgehebelt werden, mindestens eine Leiterbahn in der Leiterbahnstruktur gebrochen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die zu reißende Struktur eine serpentinenförmige Leiterbahnstruktur mit einem Schlitz ausgehend von einem Rand des dielektrischen Bereichs zur Verbesserung des Reißens aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei sich eine erste Struktur auf einer ersten dielektrischen Ebene und eine zweite Struktur auf einer zweiten dielektrischen Ebene zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struktur überlappen, die so angeordnet sind, dass sie ein Reißen bewirken.
Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Schaltung, das umfasst: Auswählen eines Kernmaterials mit einem elektrisch leitfähigen Material auf einer Oberfläche; Auswählen einer ersten dielektrischen Schicht, die ein Biegen mit einem ersten Krümmungsradius unterstützt, wobei die erste Klebeschicht eine Dicke hat, wenn sie mit dem Kernmaterial laminiert ist; Auswählen einer zweiten dielektrischen Schicht, die eine wünschenswertere elektrische Eigenschaft als die erste Klebeschicht aufweist, aber nicht zuverlässig das Biegen mit dem ersten Krümmungsradius unterstützen kann. Die zweite Klebeschicht hat die Dicke, wenn sie mit dem Kernmaterial laminiert ist; Ermitteln eines ersten Bereichs der flexiblen Schaltung, der sich mit ersten Krümmungsradius biegen muss; Ermitteln eines zweiten Bereichs der flexiblen Schaltung, der sich nicht mit dem ersten Krümmungsradius biegen muss; und Laminieren des Kernbereichs mit der ersten dielektrischen Schicht im ersten Bereich der flexiblen Schaltung und Laminieren des übrigen Kernbereichs mit der zweiten dielektrischen Schicht.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Auswählen eines „AP-Kerns“ für den Kern umfasst, wobei es sich bei „AP-Kern“ um eine Klasse klebstofffreier Hochleistungslaminatmaterialien handelt.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst Auswählen einer „FP“-Klebeschicht als erster dielektrischer Bereich, wobei es sich bei „FP“ um einen feuerhemmenden modifizierten Acrylklebstoff in den flexiblen Laminatmaterialien handelt; und Auswählen einer „HT“-Klebeschicht als zweiter dielektrischer Bereich, wobei es sich bei „HT“ um eine Klasse Hochtemperatur-Laminatmaterialien handelt.
Verfahren zum Einschließen sensiblen Materials in ein Elektronikgehäuse, das die Schritte umfasst: Herstellen eines Bodengehäuses im Elektronikgehäuse, wobei das Elektronikgehäuse einen vertieften Bereich und eine Übergangszone zwischen einer Kante des Bodengehäuses und einem Boden der Vertiefung hat; Herstellen eines Obergehäuses im Elektronikgehäuse; Aufkleben der flexiblen Schaltung derart, dass sie die Innenoberfläche des Obergehäuses und des Bodengehäuses bedeckt, wobei die flexible Schaltung dazu dient, eine Manipulation am Elektronikgehäuse zu erkennen; wobei die flexible Schaltung einen ersten dielektrischen Bereich hat, der die Übergangszone zuverlässig überwindet; und wobei die flexible Schaltung einen zweiten dielektrischen Bereich hat, der die Bereiche bedeckt, in denen die flexible Schaltung nicht von dem ersten dielektrischen Bereich bedeckt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner Verwenden eines feuerhemmenden, modifizierten Acrylklebstoffs, „FR“, als ersten dielektrischen Bereich und von Hochtemperatur-Laminatmaterialien „HT“ als zweiten dielektrischen Bereich umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner Verwenden einer Leiterbahnstruktur in der flexiblen Schaltung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine Manipulation des Elektronikgehäuses erkennt.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner eine Layout-Struktur für den ersten und zweiten dielektrischen Bereich nutzt, um das Reißen zu verstärken und das Brechen der Leiterbahnen in der flexiblen Schaltung zu fördern, wenn das Ober- und das Bodengehäuse auseinandergehebelt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner Platzieren einer Leiterplatte (PCB) zwischen dem Obergehäuse und dem Bodengehäuse umfasst, wobei die PCB außerdem einen Halbleiterchip umfasst, der das sensible Material enthält.