DE19810809C1

DE19810809C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer flexiblen Leiterbahnfolie, die eine Trägerfolie aufweist, auf deren Oberseite eine vorgegebene Leiterstruktur aufgebracht wird

Info

Publication number: DE19810809C1
Application number: DE19810809A
Authority: DE
Inventors: Jochen Krieger; Thomas Konrad
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2018-03-13

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer flexiblen Leiterbahnfolie, die eine Trägerfolie (2) aufweist, auf deren eine Oberseite eine vorgegebene Leiterstruktur aufgebracht wird, bei dem DOLLAR A - eine flexible Trägerfolie (2) von einer Bevorratungseinheit (1) als Meterware bereitgestellt wird und auf der Oberseite der Trägerfolie (2) eine Metallpulverschicht (6) mittels einer Beschichtungseinheit (5), zu der die Trägerfolie (2) von der Bevorratungseinheit (1) zugeführt wird, aufgebracht wird, DOLLAR A - anschließend wird die mit dem Metallpulver bedeckte Oberseite der Trägerfolie (2) mittels elektromagnetischer Strahlung an den Stellen mittels einer Abbildungseinheit (7) belichtet, die den Leiterbahnen der vorgegebenen Leiterstruktur entsprechen, wobei das Metallpulver in den von der elektromagnetischen Strahlung belichteten Bereichen aufgeschmolzen wird, so daß sich das aufgeschmolzene Metallpulver mit der Trägerfolie (2) fest verbindet, DOLLAR A - nach Durchlaufen der Trägerfolie (2) durch die Abbildungseinheit (7) wird die Trägerfolie um eine Umlenkrolle (3) geführt, so daß die Oberseite der Trägerfolie (2) nach unten orientiert ist, wobei unterhalb des Bereiches der Umlenkrolle eine Auffangvorrichtung (9) vorgesehen ist, in die das nicht mit der Trägerfolie (2) verbundene Metallpulver fällt, das zur Wiederverwendung in die Beschichtungseinheit (5) zurückgegeben wird, DOLLAR A - schließlich wird eine elektrisch isolierende Deckfolie (10) auf die Oberseite der ...

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer flexiblen Leiterbahnfolie, die eine Trägerfolie aufweist, auf deren Oberseite eine vorgegebene Leiterstruktur aufgebracht wird.

Stand der Technik

Biegeschlaffe Leiterfolien werden vielfach in der Unterhaltungs- und Konsumerelektkronik ebenso wie auch im Fahrzeugbau eingesetzt, insbesondere dort, wo eine gezielte elektrische Kontaktierung zumeist zwischen einer Vielzahl elektrischer Kontaktstellen bei nur sehr beschränkten Raumbedingungen gewünscht ist. Biegeschlaffe, oder wie sie auch genannt werden, flexible Leiterfolien verfügen über ein geringes Gewicht und gestatten durch ihre flexible Bandstruktur einen ge ordneten Verlauf von einer Vielzahl getrennter Leiterbahnen. Auch im Hinblick auf mechanische Robustheit werden anstelle gängiger elektrischer Verbindungstechni ken, wie das Vorsehen einzelner, isolierter Verbindungsdrähte, geeignet konfigurierte flexible Leiterfolien verwendet, die sich einer Vielzahl äußerer Einflüsse, wie bei spielsweise Vibrationen, resistent zeigen. Insbesondere im Fotokamerabau ist diese Verbindungstechnik fest etabliert.

Grundsätzlich werden bei flexiblen Leiterfolien zwei verschiedene Konzepte unter schieden:

Als flexible, flache Folienleiter (FFC = flexible flat cable) werden Leiterfolien bezeich net, bei denen die Leiterbahnen, ähnlich wie bei Flachbandkabeln, ausschließlich parallel in eine Richtung verlaufen. Diese Art der Folienleiter werden ausschließlich für die elektrische Verbindung zwischen einer Vielzahl elektrischer Kontaktstellen verwendet.

Im Unterschied dazu können flexible Leiterfolien zusätzlich elektrische Schaltkreise und/oder elektrische Bauelemente aufweisen, die durch geeignete Drucktechniken auf den flexiblen Leiterfolien abgebildet werden. Diese, auch als FPC (flexible printed circuits) bezeichneten Folienleiter werden durch spezielle Produktionsverfahren auf der Folie mit zweidimensionalen Strukturen versehen.

Die vorstehend genannten flexiblen Leiterfolien FPC kann aus mehreren Schichten isolierender und leitfähiger Materialien bestehen und weisen unterschiedliche Schutzschichten auf, die in Form einer entsprechenden Abdeckfolie oder mittels ei nes Schutzlackes aufgebracht werden können. Als Substratmaterial wird häufig ein verkupfertes Isoliermaterial verwendet, auf das der gewünschte Leiterbahnverlauf aufgedruckt wird. Die jeweils nicht bedruckten Bereiche werden mit bekannten Ätz techniken abgetragen, so daß die aus Kupfer bestehenden Leiterbahnen auf dem Isoliermaterial übrigbleiben.

Die vorstehend genannten flexiblen, flachen Folienleiter FFC werden hingegen mit speziellen Walzverfahren hergestellt, in denen zugeführte Rundleiter auf eine ge wünschte Dicke gewalzt werden. Die gewalzten Rundleiter werden sodann auf eine Trägerschicht aufgebracht, die auf ihrer Oberseite durch eine selbstklebende Isolier folie geschützt wird.

Flexible Leiterfolien können je nach der Art der aufzubringenden Leiterstruktur als Folienstreifen mit einer fest vorgegebenen Breite in beliebiger Länge hergestellt wer den. Ein derartiges Verfahren ist in der WO 96/28845 beschrieben, bei dem auf ei nem Trägersubstrat elektrisch leitfähige Partikel innerhalb eines organischen Kleb stoffes aufgebracht sind. Nachdem das Trägersubstrat in innigen Kontakt mit einem Rezeptormaterial gebracht wird, wird das Trägermaterial unter Vorgabe eines Mu sters eines Schaltplanes belichtet. Durch den Belichtungsvorgang wandern die elek trisch leitfähigen Partikel in das Rezeptormaterial an jene Stellen, an denen das be lichtete Abbild Leitbahnen vorsieht.

Das bekannte Verfahren setzt jedoch ein aufwendiges Mehrschichtsystem voraus, dessen Einzelschichten aus bestimmten Materialien zusammengesetzt sind, die zum einen chemisch untereinander verträglich sein müssen und zum anderen in eine be stimmte räumliche Beziehung treten müssen, um die bei der Belichtung des Schicht systems auftretenden Diffusionserscheinungen der elektrisch leitenden Partikel in der gewünschten Weise zu ermöglichen. Ferner verbleiben all jene elektrisch leitenden Partikel, die während des Belichtungsschrittes unbelichtet bleiben, in der auf dem Trägersubstrat aufgebrachten Klebstoffschicht, tragen also zur Bildung der Leiter struktur innerhalb des Rezeptormaterials nicht bei. Das Verfahren sieht keine Mate rialrückführung dergestalt vor, daß unbelichtete elektrisch leitende Partikel, die nicht zum Aufbau der Leiterstruktur beitragen, einer erneuten Verwendung als unbelichtete Klebstoffschicht zur Verfügung stehen.

Aus der DE-OS 29 20 088 geht ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiterplat ten hervor, bei dem die zu behandelnde Oberfläche gleichmäßig mit einer Metallpul verschicht beaufschlagt wird, auf die nachfolgend ein beheizter Stempel druckbeauf schlagt aufgesetzt wird, dessen Stempelfläche die Leiterstruktur enthält. An den Stellen, an denen der Stempel in innigen Kontakt mit der Leiterplattenoberfläche so wie dem Metallpulver tritt, wird das Metallpulver aufgeschmolzen, so daß es mit der Oberfläche in Art einer Sinterverbindung fest verfügt wird. Nachteilhaft bei dem be kannten Verfahren ist die Verwendung eigens angefertigter Stempel, mit denen nur eine einzige Leiterstruktur auf die Leiterplatten aufbringbar ist. Ein derartiges Verfah ren lohnt sich erst bei der Herstellung einer großen Anzahl gleichartiger Leiterplatten. Überdies ist auch bei diesem Verfahren nicht vorgesehen, nicht benötigtes Metallpul ver wieder zu verwenden.

Aus der DE-OS 36 29 474 A1 geht ein Verfahren zum Aufbringen erhabener Struktu ren auf einem Isolator hervor, der in der angegebenen Schrift vornehmlich als starre Substratoberfläche, vorzugsweise als keramisches Substrat, ausgebildet ist. Das Verfahren sieht vor, auf der Substratoberfläche ein sinterfähiges Material aufzubrin gen und nachfolgend mit Hilfe eines gezielt geführten, gebündelten energiereichen Strahls die Teilbereiche der Materialschicht derart zu erhitzen, daß das sinterfähige Material an der Substratoberfläche ansintert. Grundsätzlich ist mit dieser Technik eine individuelle Strahlführung möglich, doch sieht auch das bekannte Verfahren kei ne Möglichkeit der Wiederverwendung von nicht gesintertem Material vor. Überdies handelt es sich bei diesem Verfahren nicht um die Behandlung flexibler Leiterbah nen, sondern vielmehr zur Behandlung starrer Isolatorplatten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer flexi blen Leiterbahnfolie, die eine Trägerfolie aufweist, auf deren Oberseite eine vorge bene Leiterstruktur aufgebracht wird, derart weiterzubilden, daß die für das Verfahren einzusetzenden Materialien möglichst ohne komplizierte Vorbehandlung und ohne aufwendige Materialwahl derart verarbeitet werden können, daß das Abbild beliebi ger Leiterstrukturen auf die Trägerfolie mit möglichst einfachen verfahrenstechnologischen Mitteln aufgebracht werden kann. Insbesondere soll all jenes Material, das während des Verfahrens zur Herstellung einer flexiblen Leiter bahn keine weitere Verwendung findet, aufgesammelt und einer Neuverwendung zugeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren soll überdies eine möglichst rasche Herstellung von flexiblen Leiterfolien gestatten, ohne daß die Leiterfolien ei ner weiteren Nachbehandlung, wie beispielsweise Verweilzeiten zum Aushärten ein gesetzter Klebstoffmassen, bedürfen.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruchs 9 ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer flexiblen Leiterbahnfolie. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merk male sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Leiterfolie zeichnet sich durch folgende einzeln nacheinander durchzuführende Verfahrensschritt aus:

Flexible Trägerfolien werden kommerziell als Meterware, vorzugsweise in Form von aufgewickelten Folienrollen, angeboten. Von der Trägerfolienrolle wird die Trägerfolie vorzugsweise horizontal abgewickelt und einer sogenannten Beschichtungseinheit zugeführt, die eine dünne Schicht von Metallpulver auf die nach oben gerichtete Oberseite der Trägerfolie gleich verteilt lose aufbringt. Das auf die Oberseite der Trägerschicht aufgebrachte Metallpulver besteht vorzugsweise aus einer niedrig schmelzenden Legierung, die nachfolgend innerhalb einer Abbildungseinheit mit elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise einem Laserstrahl, gezielt belichtet wird. Die Belichtung der Metallpulverschicht erfolgt derart, daß der Laserstrahl dem Verlauf von Leiterbahnen einer vorgegebenen Leiterstruktur folgt und jene Bereiche der Metallpulverschicht belichtet, die den auf die Trägerfolie aufzubringenden Leiter bahnen entspricht. Durch die Belichtung wird das Metallpulver thermisch erwärmt und aufgeschmolzen, so daß sich das aufgeschmolzene Metallpulver innig mit der Trägerfolie verbindet. Das lokale Aufschmelzen der Metallpulverschicht mit Hilfe der Laserstrahlung gleicht einem Sintervorgang und führt unmittelbar zu fest an der Oberseite der Trägerfolie verbundenen Leitbahnen, die in ihrer Gesamtheit dem Ab bild einer Leiterstruktur entsprechen. Das unbelichtete Metallpulver, das zur Bildung der Leiterstruktur nicht benötigt wird, wird von der Trägerfolie entfernt. Hierzu wird die Trägerfolie im Anschluß an die Abbildungseinheit um eine Umlenkrolle geführt, an deren Scheitelpunkt das unbelichtete Metallpulver in eine Auffangeinheit fällt, ge sammelt wird und der Beschichtungseinheit für eine entsprechende Wiederverwen dung zugeführt wird.

Die mit der Leiterstruktur versehene Oberseite der Trägerfolie wird anschließend zu Isolierzwecken mit einer elektrisch isolierenden Deckfolie beaufschlagt, die über ent sprechende Anpreßrollen gegen die Oberseite in selbstklebender Form geführt wird.

Im gesamten Verfahrensablauf ist die Trägerfolie einstückig und wird durch die ein zelnen Prozeßstationen kontinuierlich oder getaktet mittels geeigneter Förder- bzw. Umlenkrollen geführt. Am Ende des Herstellverfahrens kann die als Meterware an fallende flexible Leiterbahnfolie in geeignete Abschnitte unterteilt und zerschnitten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den besonderen Vorteil der hohen Flexibilität zum Aufbringen von unterschiedlichsten Schaltungslogiken auf einer Trägerfolie auf, die je nach Vorgaben bei einer festen Breite beliebig lang ausgestaltet werden kann. Insbesondere bedarf das erfindungsgemäße Verfahren keine typenabhängigen Werkzeuge, die sich erst aus wirtschaftlichen Erwägungen bei der Herstellung flexi bler Leiterbahnen mit großen Losgrößen rechnen. Durch die besonders einfache Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dieses auch bei der Proto typenherstellung, ohne den Aufwand eines hohen Kostenvolumens tragen zu müs sen, verwendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge dankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnun gen exemplarisch. Es zeigt:

Fig. 1 schematisches Funktionsprinzip einer flexiblen Anlage zur Herstellung von flexiblen Leiterbahnen.

Kurze Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Bevorratungseinheit 1, die als eine zu einer Rolle aufgewickelte Trä gerfolie horizontal gelagert ist, von der in horizontaler Richtung die Trägerfolie 2 ab gewickelt wird. Die Trägerfolie 2 wird im wesentlichen um eine Umlenkrolle 3 sowie eine Aufwickelrolle 4 geführt und motorisch entweder kontinuierlich oder im Taktbe trieb von der Bevorratungseinheit 1 abgewickelt.

Die von der Bevorratungseinheit 1 abgewickelte Trägerfolie wird unter einer Be schichtungseinheit 5 geführt, in der reines Metallpulver vorgesehen ist, das gleich verteilt auf der Oberseite der Trägerfolie 2 aufgebracht wird. In unmittelbarem An schluß durchläuft die mit der Metallpulverschicht 6 beaufschlagte Trägerfolie 2 eine Abbildungseinheit 7, innerhalb der ein Laserstrahl, der von einer Laserröhre 8 her rührt, senkrecht von oben auf die Metallpulverschicht 6 gerichtet wird. Der Laser strahl wird innerhalb der Abbildungseinheit 7 derart über die Metallpulverschicht 6 geführt, daß er mit Hilfe einer Scanneroptik den Leiterbahnverlauf einer gewünschten Schaltungsoptik abfährt. Hierbei wird das belichtete Metallpulver über seinen Schmelzpunkt erwärmt, wobei die flüssigen Metallpulverpartikel derart zusammen fließen und verschmelzen, daß sie sich fest mit der Oberseite der Trägerfolie verbin den. Die nicht benötigten Metallpartikel werden vom Laserstrahl nicht getroffen und können anschließend von der Oberfläche entfernt werden und für eine weitere Ver arbeitung zurückgewonnen werden. Hierzu ist unterhalb der Umlenkrolle 3 eine Auf fangeinheit 9 vorgesehen, in der das lose Metallpulver aufgesammelt werden kann. Abschließend wird eine elektrisch isolierende Deckfolie 10 als Isolationsschicht auf die Oberseite der prozessierten Trägerfolien aufgebracht. Die vorzugsweise als selbstklebende Folie ausgebildete Deckfolie 10 dient zudem als Korrosionsschutz, der insbesondere beim Einsatz im Automobilbau erforderlich ist. Das Aufbringen der Deckfolie 10 kann, wie bereits erwähnt, mit Hilfe selbstklebender Folie oder mittels gezieltem thermischen Wärmeeintrag zum Verschweißen der Folien erfolgen. Auf einer Aufwickelrolle 4 kann dann anschließend zum sofortigen Gebrauch die fertig prozessierte flexible Leiterbahnfolie aufgewickelt werden, die je nach Geometrie der Leiterstruktur entsprechend abgelängt werden muß.

Bezugszeichenliste

1

Bevorratungseinheit

2

Trägerfolie

3

Umlenkrolle

4

Aufwickelrolle

5

Beschichtungseinheit

6

Metallpulverschicht

7

Abbildungseinheit

8

Laserröhre

9

Auffangeinheit

10

Deckfolie

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Leiterbahnfolie, die eine Trägerfolie (2) aufweist, auf deren eine Oberseite eine vorgegebene Leiterstruktur aufgebracht wird, bei dem

1. eine flexible Trägerfolie (2) von einer Bevorratungseinheit (1) als Meterware bereitgestellt wird und auf der Oberseite der Trägerfolie (2) eine Metallpulverschicht (6) mittels einer Beschichtungseinheit (5), zu der die Trägerfolie (2) von der Bevor ratungseinheit (1) zugeführt wird, aufgebracht wird,
2. anschließend wird die mit dem Metallpulver bedeckte Oberseite der Trägerfo lie (2) mittels elektromagnetischer Strahlung an den Stellen mittels einer Abbildungs einheit (7) belichtet, die den Leiterbahnen der vorgegebenen Leiterstruktur entspre chen, wobei das Metallpulver in den von der elektromagnetischen Strahlung belich teten Bereiche aufgeschmolzen wird, so daß sich das aufgeschmolzene Metallpulver mit der Trägerfolie (2) fest verbindet,
3. nach Durchlaufen der Trägerfolie (2) durch die Abbildungseinheit (7) wird die Trägerfolie um eine Umlenkrolle (3) geführt, so daß die Oberseite der Trägerfolie (2) nach unten orientiert ist, wobei unterhalb des Bereiches der Umlenkrolle eine Auf fangvorrichtung (9) vorgesehen ist, in die das nicht mit der Trägerfolie (2) verbunde ne Metallpulver fällt, das zur Wiederverwendung in die Beschichtungseinheit (5) zu rückgegeben wird,
4. schließlich wird eine elektrisch isolierenden Deckfolie (10) auf die Oberseite der Trägerfolie (2) aufgebracht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fertiggestellte Leiterbahnfolie als Meterware in einer Sammeleinheit (4) gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bevorratungseinheit (1) als Trägerfolienrolle aus gebildet ist, von der die Trägerfolie horizontal und mit der zu behandelnden Oberflä che nach oben orientiert abgewickelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Beschichtungseinheit (5) Metallpulver vorgese hen ist, das gleichmäßig verteilt auf der gesamten Oberfläche der Oberseite der Trä gerfolie (2) aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung Licht eines Lasers (8) ist, der in der Abbildungseinheit (7) derart von einer Scanneroptik abgelenkt wird, daß der Lichtstrahl entsprechend dem Verlauf der einzelnen Leiterbahnen einer vor gegebenen Leiterstruktur senkrecht von oben über die Metallpulverschicht geführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die belichteten Bereiche des Metallpulvers gesintert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfolie (10) selbstklebend auf die Oberseite der prozessierten Trägerfolie aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die als Meterware fertiggestellte flexible Leiterbahnfo lie nach gewünschten Längen abgelängt wird.

9. Vorrichtung zur Herstellung einer flexiblen Leiterbahnfolie, die eine Trägerfolie (2) aufweist, auf deren eine Oberseite eine vorgegebene Leiterstruktur aufbringbar ist zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß

1. eine Bevorratungseinheit (1) vorgesehen ist, die eine Trägerfolie (2) als Me terware zur Verfügung stellt,
2. daß eine Beschichtungseinheit (5) vorgesehen ist, die reines Metallpulver schicht (6) auf eine Oberseite der Trägerfolie (2) durch bloßes Aufstreuen auf bringt,
3. eine Abbildungseinheit (7) vorgesehen ist, die die mit Metallpulver bedeckte Oberseite der Trägerfolie (2) mit elektromagnetischer Strahlung an den Stellen beaufschlagt, die den Leiterbahnen der vorgegebenen Leiterstruktur entspre chen, so daß die mit elektromagnetischer Strahlung belichteten Bereiche von Metallpulver aufgeschmolzen werden, wobei sich das aufgeschmolzene Me tallpulver mit der Trägerfolie (2) fest verbindet,
4. eine Umlenkrolle (3) vorgesehen ist, um die nach Durchlaufen der Trägerfolie (2) durch die Abbildungseinheit (7) die Trägerfolie geführt wird, so daß die Oberseite der Trägerfolie (2) nach unten orientiert ist, und daß unterhalb des Bereiches der Umlenkrolle eine Auffangvorrichtung (9) vorgesehen ist, in die das nicht mit der Trägerfolie (2) verbundene Metallpulver fällt, das zur Wieder verwendung in die Beschichtungseinheit (5) zurückgegeben wird,
5. eine Aufbringeinheit vorgesehen ist, die eine elektrisch isolierende Deckfolie (10) auf die Oberseite der Trägerfolie aufbringt.