DE19738589A1 - Leiterplatte mit einem isoleirenden Trägersubstrat und einer Leiterbahnstruktur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit einem isolieren­ den Trägersubstrat und wenigstens einer auf dem Trägersubs­ trat vorgesehenen Leiterbahnstruktur, die aus einem leitenden Folienmaterial hergestellte Leiterbahnen aufweist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstel­ lung einer solchen Leiterplatte.

Im Stand der Technik sind kostengünstige und einfache Verfah­ ren zur Herstellung eines elektrisch leitenden Layouts auf einem Trägersubstrat bekannt. Das verbreitetste Verfahren zur Erzeugung einer Leiterplattenstruktur, d. h. eines elektrisch leitenden Layouts auf einem Substratträger, sieht die fol­ genden Schritte vor.

Zunächst wird eine metallische Schicht im Kaschier- oder La­ minierverfahren mit oder ohne zusätzlicher Klebstoffschicht auf ein Trägersubstrat aufgebracht. Anschließend wird ein umweltbelastender Fotoresistlack aufgetragen, der nach dem Trocknen mit fototechnischen Mitteln belichtet und entwickelt wird. Schließlich wird ätztechnisch die nicht benötigte Zwi­ schenmetallisierung zwischen den gewünschten Leiterbahnen subtraktiv abgetragen.

Additivverfahren sehen einen Auftrag von teuren und aufwendig aufzubringenden elektrisch leitenden Schichten vor, wobei auch galvanische Schritte nachgeschaltet werden können, um dickere Schichten zu erzielen. Solche dickeren Schichten wer­ den beispielsweise zur Reduzierung des Widerstands der so erzeugten Leiterbahnen aufgebracht.

Ein weiteres sehr ähnliches Verfahren ist ein sogenanntes Heißprägeverfahren, bei dem eine vornehmlich kupferkaschierte Thermoplastfolie mittels eines heißen Stempels einer Prägung unterzogen wird. Dabei ist das Stanz- oder Preßwerkzeug so ausgebildet, daß die Metallfolie in ein thermoplastisches Trägersubstrat eingepreßt wird, und zwar an denjenigen Stel­ len, die später die Leiterbahnen der Leiterplatte darstellen. Auf der Oberseite des Trägersubstrats bleiben bei diesem Ver­ fahren überstehende Strukturen von Kupfer zurück, die in ei­ nem weiteren Verfahrens schritt entfernt werden, so daß nur die gewünschten Strukturen der Leiterbahnen in dem Träger­ substrat verbleiben. Wenn bei der Kaschierung des Trägersub­ strats mit der flächigen Kupferfolie Klebstoffe eingesetzt werden, müssen diese Klebstoffe nach der Entfernung der ver­ bleibenden Kupferreste ebenfalls entfernt werden.

Die vorstehenden Verfahren sind sehr aufwendig und daher teu­ er. Darüber hinaus sind gerade Subtraktivverfahren in hohem Maße umweltbelastend.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzu­ stellen, mit dem Leiterplatten einfach und kostengünstig her­ gestellt werden können. Es ist darüber hinaus Aufgabe der Er­ findung, eine Leiterplatte bereitzustellen, die sich kosten­ günstig und umweltschonend herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Leiterplatte ge­ löst, die die folgenden Merkmale aufweist:

• - das Trägersubstrat weist im Zwischenbereich zwischen den Leiterbahnen eine oder mehrere Vertiefungen auf,
• - im Bereich der Vertiefungen ist wenigstens teilweise leitendes Folienmaterial vorgesehen.

Bei der Auslegung der Merkmale der erfindungsgemäßen Leiter­ platte ist von Bedeutung, daß sich eine Vertiefung im Zwi­ schenbereich zwischen den Leiterbahnen auf dem Trägersubstrat dadurch auszeichnet, daß das Niveau der Oberfläche des Trägersubstrats bzw. des Folienmaterials im Bereich der Ver­ tiefung niedriger gelegen ist als das Niveau der Oberfläche des Trägersubstrats im Bereich der Leiterbahn bzw. der Lei­ terbahnen selbst. Dabei kann auch nur ein Teilbereich der Oberfläche des Trägersubstrats im Bereich der Vertiefung nie­ driger gelegen sein als die Oberfläche des Trägersubstrats im Bereich der Leiterbahnen.

Weiterhin kann das im Bereich der Vertiefungen wenigstens teilweise vorgesehene leitende Folienmaterial aus Metall oder aus einem leitenden Kunststoff hergestellt sein. Im allgemeinen kann auch anderes leitendes Material verwendet werden, wobei dabei wichtig ist, daß das Folienmaterial schichtartig auf dem Trägersubstrat vorgesehen ist.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, daß sich die er­ findungsgemäße Leiterplatte besonders einfach und kosten­ günstig herstellen läßt. Zu deren Herstellung reicht es näm­ lich aus, Teilbereiche beispielsweise eines auf übliche Weise kaschierten Trägersubstrats so einzuprägen, daß die Leiter­ bahnen der Leiterplatte voneinander entsprechend isoliert stehen bleiben. Dabei brauchen insbesondere nicht alle Berei­ che der für Leiterbahnen nicht benötigten Oberfläche des ka­ schierten Trägersubstrats eingeprägt zu werden, sondern nur diejenigen Bereiche, die zu einer Isolierung der Leiterbahnen voneinander dienen. Auf diese Weise lassen sich Leiterplatten mit besonders glatter Oberfläche herstellen, die auf einfache Weise beispielsweise in Chipkarten integriert werden können.

In Ausgestaltungen der Erfindung kann das Folienmaterial mit einer Klebstoffschicht auf dem Trägersubstrat befestigt sein, wobei das Folienmaterial der Leiterbahnstruktur und das Folienmaterial des Zwischenbereichs bzw. der Zwischenbereiche im wesentlichen identische Eigenschaften aufweisen kann. Die erfindungsgemäße Leiterplatte läßt sich besonders einfach aus herkömmlichen kaschierten Leiterplattenrohlingen fertigen. Dabei ist vorteilhafterweise ein thermoplastisches Träger­ substrat vorgesehen, weil bei diesem Trägersubstrat das Ein­ prägen des Folienmaterials unter Einkopplung von Temperatur besonders günstig ausgeführt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung weist das Trägersubstrat in je einem Zwischenbereich zwischen zwei Leiterbahnen zwei im we­ sentlichen parallel zu Kanten der Leiterbahnen verlaufende Vertiefungen auf. Eine solche Leiterplatte läßt sich beson­ ders einfach und mit besonders glatter Oberfläche herstellen, weil auch der Zwischenbereich zwischen den Leiterbahnen nur teilweise eingeprägt werden braucht. Dabei wird der Zwischen­ bereich vor allen Dingen im Bereich der Vertiefungen einge­ prägt, wobei das Einprägen nur in solchem Ausmaß erfolgt, wie es zur Isolierung der Leiterbahnen voneinander notwendig ist.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Niveau der Ober­ fläche des Trägersubstrats im Bereich zwischen den Vertiefun­ gen im wesentlichen dem Niveau der Oberfläche des Trägersub­ strats im Bereich der Leiterbahnen entspricht und wenn das Niveau der Oberfläche der Leiterbahnen dazu entsprechend im wesentlichen dem Niveau der Oberfläche wenigstens eines Teil­ bereichs des Folienmaterials des Zwischenbereichs entspricht. Dadurch wird nämlich eine besonders glatte Oberfläche der Leiterplatte erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Leiter­ platte mit einer Leiterbahnstruktur weist die folgenden Schritte auf:

• - Vorsehen eines Trägersubstrats mit einer insbesondere eine leitende Folie aufweisenden Leiterschicht,
• - wenigstens teilweises Einprägen der Leiterschicht in das Trägersubstrat, und zwar an Stellen, an denen keine Lei­ terbahnstruktur vorgesehen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem Grundgedanken, daß es zum Herstellen einer Leiterbahnstruktur mit einem bekannten kaschierten Grundmaterial genügt, diejenigen Stel­ len, die nicht zur Leiterbahnstruktur gehören, von denjenigen Stellen zu trennen, die die Leiterbahnstruktur ausmachen. Hierzu wird die Leiterschicht an den jeweiligen Trennkanten aufgetrennt und im Bereich zwischen den Leiterbahnen wenigs­ tens teilweise in das Trägersubstrat eingeprägt.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Schritt des Ein­ prägens der Leiterschicht in das Trägersubstrat wenigstens teilweise ausschließlich an Stellen erfolgt, die sich in un­ mittelbarer Nachbarschaft von Kanten der vorzusehenden Lei­ terbahnstruktur befinden. Dadurch wird nämlich sicherge­ stellt, daß die Leiterschicht und damit die Oberfläche der so hergestellten Leiterplatte nur in ganz geringem Maße unter­ brochen ist, so daß sich eine besonders glatte Oberfläche ergibt, die die erfindungsgemäß hergestellte Leiterplatte besonders zur Verwendung für Chipkarten prädestiniert.

Dabei kann der Schritt des Einprägens der Leiterschicht in das Trägersubstrat auch so erfolgen, daß das Trägersubstrat in je einem Zwischenbereich zwischen zwei Leiterbahnen zwei im wesentlichen parallel zu Kanten der Leiterbahnen verlau­ fende Vertiefungen aufweist. Bei diesem Verfahren ist sicher­ gestellt, daß diejenigen Bereiche des kaschierten Grund­ materials, die nicht zu der Leiterbahnstruktur gehören, mini­ mal eingepreßt werden, so daß sich eine ausgesprochen glatte Oberfläche der fertiggestellten Leiterplatte ergibt.

Der Schritt des Einprägens der Leiterschicht in das Träger­ substrat kann auch so erfolgen, daß das Niveau der Oberfläche des Trägersubstrats im Bereich zwischen den Vertiefungen im wesentlichen dem Niveau der Oberfläche des Trägersubstrats im Bereich der Leiterbahnen entspricht. Dadurch ist nur eine ge­ ringe Verformung des Trägersubstrats notwendig, so daß sich das erfindungsgemäße Verfahren mit besonders geringem Ener­ gieaufwand durchführen läßt.

Eine besonders glatte Oberfläche der mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren hergestellten Leiterplatte ergibt sich dann, wenn der Schritt des Einprägens der Leiterschicht in das Trä­ gersubstrat so erfolgt, daß das Niveau der Oberfläche der Leiterbahnen im wesentlichen dem Niveau der Oberfläche wenigstens eines Teilbereichs des Folienmaterials des Zwi­ schenbereichs entspricht. Eine solche Bedingung läßt sich besonders leicht überwachen, so daß die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erleichtert wird.

Wenn der Schritt des Einprägens der Leiterschicht in das Trägersubstrat unter Anwendung von Wärmeenergie auf das Trä­ gersubstrat und/oder auf die Leiterschicht erfolgt, weil dadurch die Durchführung des Einprägens des Folienmaterials in das Trägersubstrat erleichtert wird.

Im Gegensatz zu den eingangs geschilderten Heißprägeverfahren und Additivverfahren werden bei dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren ausgehend von einer beispielsweise kupferkaschierten oder laminierten Verbundfolie die Negativstrukturen in das darunterliegende Trägersubstrat bzw. den Substratträger ein­ geprägt oder gestanzt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vornehmlich mit einem thermoplastischen Substratträger durch­ geführt. Die gewünschten, leitenden Layoutstrukturen der erfindungsgemäßen Leiterplatte verbleiben erhaben auf dem Substratträger. Die Prägung ist dabei so vorzunehmen, daß die dazwischenliegenden Metallisierungsflächen ganz oder zumin­ dest konturgebend zum gewünschten Layout teilweise in das Trägersubstrat eingeprägt oder gestanzt werden, wobei eine ausreichende Tiefe für eine prozeßsichere Isolierung vorzu­ sehen ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele verdeutlicht.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein bei einem erfin­ dungsgemäßen Verfahren verwendetes Trägersubstrat im Aus­ gangszustand,

Fig. 2 zeigt das Trägersubstrat aus Fig. 1, das in einem erfindungsgemäßen Verfahrensschritt beaufschlagt wird,

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Leiterplatte im Quer­ schnitt,

Fig. 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Leiterplatte im Querschnitt mit einem Teil eines zu deren Herstellung verwendeten Stanzwerkzeugs,

Fig. 5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Leiterplatte mit einem Teil eines zu deren Herstellung verwendeten Stanz­ werkzeugs.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Trägersubstrat 1 mit einer mittels einer Klebstoffschicht 2 auf einer Ober­ fläche des Trägersubstrats 1 befestigten Kupferfolie 3. Das Trägersubstrat 1 ist dabei aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt.

Fig. 2 zeigt das Trägersubstrat 1, das durch ein Stanz­ werkzeug 4 beaufschlagt wird. Das Stanzwerkzeug 4 weist hierzu eine Grundplatte 5 mit an der Grundplatte 5 vor­ gesehenen Stanzbahnen 6 auf.

Wie man in dieser Ansicht besonders gut sieht, sind unter der Einwirkung der Stanzbahnen 6 Abschnitte der Kupferfolie 3 in das Trägersubstrat 1 eingeprägt worden. Auf der Oberseite des Trägersubstrats 1 verbleiben Abschnitte der Kupferfolie 3, die die herzustellende Leiterbahnstruktur bilden.

Fig. 3 zeigt das Trägersubstrat 1 aus Fig. 2 nach dem Ent­ fernen des Stanzwerkzeugs 4. Wie man in dieser Ansicht beson­ ders gut sieht, sind in dem Trägersubstrat 1 eingeprägte Fo­ lienabschnitte 7 elektrisch von Leiterbahnen 8 auf der Ober­ seite des Trägersubstrats 1 isoliert getrennt.

Fig. 4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Trägersub­ strat 10 nach der Beaufschlagung durch zwei Stanzwerkzeuge 11. Das Trägersubstrat 10 hat dabei Folienabschnitte 12, die in die obere Oberfläche des Trägersubstrats 10 eingeprägt sind. Weiterhin sind auf der oberen Oberfläche des Träger­ substrats 10 Leiterbahnen 13 vorgesehen. Sowohl die Leiter­ bahnen 13 als auch die Folienabschnitte 12 sind über je eine ohne Bezugsziffer und schwarz ausgefüllt dargestellte Kleb­ stoffschicht mit dem Trägersubstrat 10 verbunden.

Wie man in dieser Ansicht besonders gut sieht, sind die Schneidoberflächen des Stanzwerkzeugs 11 bauchig ausgeführt, so daß jedes Stanzwerkzeug 11 zwei scharfe seitliche Schneid­ kanten 14 aufweist. Die Schneidkanten 14 bewirken beim Ein­ prägen der Folienabschnitte 12 in das Trägersubstrat 10, daß sich im Bereich der Folienabschnitte 12 an der Oberfläche des Trägersubstrats 10 je zwei Vertiefungen 15 ausbilden.

Durch das Vorsehen dieser Vertiefungen 15 ergibt sich eine besonders gute elektrische Isolierung der Folienabschnitte 12 von den Leiterbahnen 13.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere erfin­ dungsgemäße Leiterplatte 19, die ein Trägersubstrat 20 aufweist.

Die Leiterplatte 19 wird in Eingriff mit einem nur teilweise dargestellten Stanzwerkzeug 21 gezeigt, von dem in dieser Ansicht eine erste Stanzbahn 22 eine zweite Stanzbahn 23, eine dritte Stanzbahn 24 sowie eine vierte Stanzbahn 25 zu sehen sind. Die Stanzbahnen 22 bis 25 sind an ihrer schnei­ denden Oberfläche winkelig zulaufend ausgebildet, so daß sich je eine Schneidkante ausbildet, die in der in Fig. 5 gezeig­ ten Darstellung in das Trägersubstrat 20 eindringt.

Das Stanzwerkzeug 21 ist dabei so in das Trägersubstrat 20 eingefahren, daß eine auf dem Trägersubstrat 20 vorgesehene Metallfolie in Leiterbahnen 26 mit im wesentlichen recht­ eckigem Querschnitt sowie in Folienabschnitte 27 getrennt wird.

Dabei ist durch die Ausbildung der Stanzwerkzeuge 21 mit einer spitz zulaufenden Schneidkante jeweils gewährleistet, daß nur ein ganz geringer Bereich der Folienabschnitte 27 direkt neben den Leiterbahnen 26 in das Trägersubstrat 20 eingeprägt wird. Dabei entstehende Vertiefungen 28 erstrecken sich nur in geringem Maße über die Oberfläche des Trägersub­ strats, soweit diese unter Folienabschnitten 27 gelegen sind. Dadurch ergibt sich eine besonders glatte Oberfläche der Lei­ terbahnen 26 und der Folienabschnitte 27.

Claims (13)

1. Leiterplatte (9, 16, 19) mit einem Trägersubstrat (1, 10, 20) und wenigstens einer auf dem Trägersubstrat (1, 10, 20) vorgesehenen Leiterbahnstruktur, die aus einem lei­ tenden Folienmaterial (3) hergestellte Leiterbahnen (8, 13, 26) aufweist, wobei die Leiterplatte (9, 16, 19) die folgenden Merkmale aufweist:

• - das Trägersubstrat (1, 10, 20) weist im Zwischen­ bereich zwischen den Leiterbahnen (8, 13, 26) eine oder mehrere Vertiefungen (15, 28) auf,
• - im Bereich der Vertiefungen (15, 28) ist wenigstens teilweise leitendes Folienmaterial (3) vorgesehen.

2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial (3) mit einer Klebstoffschicht (2) auf dem Trägersubstrat (1, 10, 20) befestigt ist.

3. Leiterplatte nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial (8, 13, 26) der Leiterbahnstruktur und das Folienmaterial (7, 12, 27) des Zwischenbereichs im wesentlichen identische Eigenschaften aufweist.

4. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (10, 20) in je einem Zwischenbereich zwischen zwei Leiterbahnen (13, 26) zwei im wesentlichen parallel zu Kanten der Leiterbahnen (13, 26) verlaufende Vertiefungen (15, 28) aufweist.

5. Leiterplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau der Oberfläche des Trägersubstrats (10, 20) im Bereich zwischen den Vertiefungen (15, 28) im wesent­ lichen dem Niveau der Oberfläche des Trägersubstrats (10, 20) im Bereich der Leiterbahnen entspricht.

6. Leiterplatte nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Niveau der Oberfläche der Leiterbahnen (13, 26) im wesentlichen dem Niveau der Oberfläche wenigstens eines Teilbereichs des Folienmaterials des Zwischenbereichs entspricht.

7. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (1, 10, 20) thermoplastischen Kunststoff aufweist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte (9, 16, 19) mit einer Leiterbahnstruktur, das die folgenden Schritte aufweist:

• - Vorsehen eines Trägersubstrats (1, 10, 20) mit einer insbesondere eine leitende Folie (3) aufweisenden Leiterschicht,
• - wenigstens teilweises Einprägen der Leiterschicht in das Trägersubstrat (1, 10, 20), und zwar an Stellen, an denen keine Leiterbahnstruktur vorgesehen ist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einprägens der Leiterschicht in das Trä­ gersubstrat (1, 10, 20) wenigstens teilweise ausschließ- lich an Stellen erfolgt, die sich in unmittelbarer Nach­ barschaft von Kanten der vorzusehenden Leiterbahnstruktur befinden.

10. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einprägens der Leiterschicht in das Trägersubstrat (10, 20) so erfolgt, daß das Träger­ substrat (10, 20) in je einem Zwischenbereich zwischen zwei Leiterbahnen (13, 26) zwei im wesentlichen parallel zu Kanten der Leiterbahnen (13, 26) verlaufende Vertie­ fungen (15, 28) aufweist.

11. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einprägens der Leiterschicht in das Trägersubstrat (10, 20) so erfolgt, daß das Niveau der Oberfläche des Trägersubstrats im Bereich zwischen den Vertiefungen (15, 28) im wesentlichen dem Niveau der Oberfläche des Trägersubstrats (10, 20) im Bereich der Leiterbahnen (13, 26) entspricht.

12. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einprägens der Leiterschicht in das Trägersubstrat (10, 20) so erfolgt, daß das Niveau der Oberfläche der Leiterbahnen (13, 26) im wesentlichen dem Niveau der Oberfläche wenigstens eines Teilbereichs des Folienmaterials des Zwischenbereichs entspricht.

13. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einprägens der Leiterschicht in das Trägersubstrat unter Anwendung von Wärmenergie auf das Trägersubstrat und/oder auf die Leiterschicht erfolgt.