DE19934732A1

DE19934732A1 - Verfahren zum Laminieren eines flexiblen Schaltkreises auf ein Substrat

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Publication number: DE19934732A1
Application number: DE19934732A
Authority: DE
Inventors: Robert Edward Belke; Daniel Phillip Dailey; Michael George Todd; Andrew Zachary Clovatsky
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2000-03-02
Also published as: US6197145B1; GB9919032D0; GB2340666A; GB2340666B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen einer flexiblen Kunststoffolie 14 mit elektronischen Leiterbahnen an einem starren Kunststoffsubstrat. Folie 14 und Substrat sind aus unterschiedlichen inkompatiblen Kunststoffmaterialien hergestellt, die nicht aneinander binden und unterschiedliche CTE aufweisen. Der Einsatz unterschiedlicher und inkompatibler Materialien ist sinnvoll, wenn die Eigenschaften der Stützstruktur und der Folie 14 ausgewählt werden, um unterschiedliche Resultate zu erzielen. Beispielsweise kann die flexible Folie 14 aus einem Material, das einen hohen Schmelzpunkt aufweist, um Löten zu widerstehen, sein, während das Stützmaterial aus einem preiswerten und leichtgewichtigen Kunststoffmaterial niedrigeren Schmelzpunktes ist. Die Folie 14 besitzt leitfähige Leiterbahnen 16 auf mindestens einer Oberfläche sowie eine Rückoberfläche 18. Ein wärmeaktivierbarer Kleber 20 wird auf die Rückoberfläche 18 aufgebracht. Die Folie 14 wird in eine offene Spritzgußform 10 eingebracht und die Form 10 geschlossen. Heißes Kunststoffharz wird in die Form 10 neben den Kleber 20 injiziert. Das Harz erhitzt den Kleber 20 über seine Aktivierungstemperatur und veranlaßt ihn, an der Rückoberfläche 18 und dem Kunststoffharz zu binden. Das Harz darf abkühlen und die fertige Schaltkreisanordnung wird entformt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltkreisanordnung mit einer flexiblen Folie und einem starren Substrat aus Kunststoffharz. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Schalt kreisanordnung aus einem flexiblen Folie und einem spritzgußgeformten Kunst stoffmaterial. Ganz besonders bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Befestigen eines flexiblen Kunststoffolie an einem damit ihn kompatiblen Kunst stoffmaterial unter Verwendung einer Zwischenklebeschicht.

Einformen, Einsatzformen oder Einfang-Einsatzformen sind Verfahren, bei denen eine flexible Folie auf oder zu einem Teil oder Substrat geformt wird. Das Verfah ren umfaßt die Anordnung von Folien im Formhohlraum eines offenen Formwerk zeuges. Der Folie wird an seinem Ort durch Eigenschaften der Folie oder des Formwerkzeuges gehalten. Die Form wird geschlossen und der Hohlraum wird mit Harz gefüllt. Das Harz formt die Folie auf oder zu einer Struktur. Typischerweise ist das Formverfahren ein Spritzgußverfahren, es können aber auch andere Formge bungstechniken eingesetzt werden. Die geformten Folien und Harze sind üblicher weise kostenaufwendige thermoplastische Maschinenbau-Werkstoffe, wie Polye therimid. Die Materialien sind mit Mitteln mischbar, so daß die Materialien beim Formen interdiffundieren, wobei ein homogenes Folienharzsubstrat geschaffen wird. Die Folie kann über Laminierung und Ätzen oder Musterplattiert mit Leiterbah nen metallisiert werden, wodurch sie ein elektronischer Schaltkreis wird. Die Folie kann mit einzelnen oder doppelten metallisierten Schichten hergestellt werden und wird durch konventionelles Laminieren, Sputtern, Verdampfen und Prägen, Foto techniken, Ätzen und Plattierverfahren metallisiert.

Andere Formverfahren werden als Transfer-Formverfahren bezeichnet. Dieses Verfahren verwendet eine metallisierte Folie, wie oben beschrieben. Das Folien harz ist aber nicht mit dem geformten Harz mischbar. Nach Formen der Folie in der Form wird die Folie vom geformten Substrat abgezogen, wodurch mechanisch im geformten Substrat eingebettete Schaltkreisbahnen verbleiben. Besonders beim Folien-Einsatzformen tritt das Problem auf, daß es nur eine begrenzte Anzahl ge eigneter Harze und entsprechender Folien, die aus dem Harz hergestellt sind, gibt.

Diese Folien neigen auch dazu, relativ gegenüber üblichen Automobilkunststoffen wie ABS und Polypropylen, teuer zu sein. Zur Zeit sind die am meisten verwende ten Einsatz-Form-Materialsysteme amorphes Polyetherimid (PEI) Harz mit Polye therimid (PEI) Folie. Andere Systeme umfassen Polyethersulfon (PES), und Poly sulfon (PS). Typische Einsatzformsysteme verwenden das gleiche Polymer sowohl für die Folie als auch für das Harz. Diese Harzfolien für das Einsatzformen werden nicht typischerweise in größeren Mengen in Automobilkomponenten eingesetzt.

Es ist bekannt, Schaltkreisanordnungen aus flexiblen Folien mit darauf gedruck ten oder gezogenen elektronischen Schaltkreisen herzustellen. Ein Beispiel kom merziell erhältlicher Folien dieser Konstruktion ist im US Patent 5,461,202 angege ben. Flexible Folien ermöglichen die Herstellung elektronischer Schaltkreisleiter platten in hochgeformten dreidimensionalen Formen. Sie ermöglichen es auch, elektronische Schaltkreise getrennt von der Stützstruktur herzustellen. Dies ermög licht die Verwendung unterschiedlicher Materialien für die Stützstruktur und die Folie. Eine andere Art und Weise, in der flexible Folien eingesetzt werden, besteht in einem Verfahren, das als Folieneinschluß- oder Einformen bezeichnet wird. Einformen bezieht sich auf das Verfahren, bei dem eine flexible Folie aus Metall, Polymer oder einer Kombination von beidem in eine Form eingebracht wird und nachfolgend zu einer Schaltkreisanordnung geformt wird.

Die Folie klebt an der Stützstruktur durch mechanisches Verhacken oder Interdiffu sion zwischen Harz und Polymerfolie. Diese Folien umfassen typischerweise elek trische Leiterbahnen oder Schaltkreise, um ein funktionelles elektronisches Modul zu schaffen, wenn sie mit elektronischen Komponenten fertig bestückt sind.

Ein Beispiel für einen durch ein Einformverfahren hergestellten elektronischen Schaltkreises ist im US-Patent 5,118,458 ('458) beschrieben. Diese Literaturstelle lehrt ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Schaltkreisanordnung durch aufeinanderfolgendes Aufbringen von Schichten flexibler Folien. Eine erste flexibler Folie besitzt einen darauf ausgebildeten Schaltkreis und einen Heiß schmelzkleber auf der gegenüberliegenden Seite. Die Folie wird sodann in ein Formwerkzeug eingebracht und Harz gegen die Oberfläche des Folie injiziert. Die Form wird erhitzt, um die Leiterbahnen zu verfestigen. Zusätzliche Folienschichten werden nacheinander zugegeben. Der Heißschmelzkleber wirkt nicht so, daß er die Folie am injizierten Harz befestigt. Statt dessen wird der Kleber dazu verwendet, verschiedene Schaltkreise aneinander zu befestigen. Es ist auch bekannt, elektronische Schaltkreisanordnungen herzustellen, in dem eine Rückschicht nur entlang eines Teils der flexiblen Folie ausgebildet wird, wie im US-PS 5,220,488 gezeigt. Die US-PS 5,220,488 lehrt das Anordnen einer länglichen Folie in ein Formwerkzeug und die Auswahl eines Kunststoffharzes, das mit dem Folie verschmilzt. Die Vorrichtung der US-PS 5,220,488 lehrt keine Verwendung eines mit dem Kunststoff inkompatiblen Harzes.

Es bestehen zwei grundsätzliche Schwierigkeiten, wenn versucht wird, Schalt kreisanordnungen aus einer flexiblen Folie und einem starren Kunststoffsubstrat, die aus inkompatiblen Materialien bestehen, herzustellen. Das erste Problem be steht darin, daß Laminierungsversagen auftritt, da der Folie nicht am Harz klebt oder anbindet. Ungleiche Kunststoffmaterialien mischen sich nicht miteinander und verschmelzen nicht miteinander, wenn sie geschmolzen werden und haben so eine sehr schlechte Adhäsion.

Eine weitere Schwierigkeit, wenn die Folie und das Substrat aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden, ist die thermische Ermüdung, die elektronische Schaltkreise mit unterschiedlichem thermischem Expansionskoeffizienten (CTE) er fahren. Unterschiedliche Materialien haben unterschiedlichen CTE. Der CTE eines Materials ist ein Maß für die Ausdehnung und Kontraktion, die dieses bei Tempera turänderungen erfährt. Wenn Folie und Harz aus unterschiedlichen Materialien her gestellt sind, expandieren und kontrahieren sie mit der Temperatur unterschiedlich. Dieser Unterschied in Expansion und Kontraktion kann den Folie oder die auf dem Folie angeordneten Schaltkreise dazu zu veranlassen, geschwächt zu werden oder über die Zeit zu versagen. Es ist sinnvoll, eine Zwischenschicht vorzusehen, die die Expansions- und Kontraktionsunterschiede abschwächt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile und Probleme zu vermeiden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist also auf ein Verfahren zur Befestigung einer flexiblen Kunststof folie mit darauf befindlichen elektronischen Leiterbahnen an einem starren Kunst stoffsubstrat bezogen. Folie und Substrat sind aus unterschiedlichen inkompatiblen Kunststoffmaterialien hergestellt, die nicht aneinander binden und einen unter schiedlichen CTE besitzen. Die Verwendung unterschiedlicher oder inkompatibler Materialien ist dann sinnvoll, wenn die Eigenschaften der Stützstruktur und der Folie so ausgewählt werden, daß sie unterschiedliche Resultate schaffen. Bei spielsweise kann die flexible Folie aus einem Material ausgewählt werden, daß einen hohen Schmelzpunkt liefert, um Löten zu widerstehen, während das Stütz material ein preiswertes und leichtgewichtigen Kunststoffmaterial mit einem niedri geren Schmelzpunkt sein kann.

Der Folie besitzt Leiterbahnen auf mindestens einer Oberfläche sowie eine Rücko berfläche. Ein wärmeaktivierbarer Kleber wird auf die Rückoberfläche aufgebracht. Die Folie wird in eine offene Spritzgußform eingebracht und die Form geschlossen. Heißes Kunststoffharz wird in die Form neben den Kleber injiziert. Das Harz erhitzt den Kleber auf über seine Aktivierungstemperatur und veranlaßt den Kleber dazu, sowohl an die Rückoberfläche als auch am Kunststoffharz zu binden. Das Harz darf abkühlen und die fertige Schaltkreisanordnung wird aus der Form entnommen.

Die Erfindung kann einen thermoplastischen Kleber oder einen Heißkontaktkleber verwenden. Wenn thermoplastische Kleber verwendet werden, erhitzt das ge schmolzene Kunststoffharz den Kleber über seine Schmelztemperatur. Der Kleber schmilzt und verbindet sich mit der Folienrückoberfläche und dem Harz.

Wenn Heißkleber verwendet werden, wird ein Ein- oder Zweikomponenten- Kon taktkleber mit einer B-Stufen Aktivierungstemperatur bei oder unterhalb der Tem peratur des spritzgeformten Harzes ausgewählt. Das Harz erhitzt den Kleber auf eine Temperatur über seiner Wirkungstemperatur und veranlaßt den Kleber zur Kreuzvernetzung und Aushärtung.

Die Erfindung kann auch dazu eingesetzt werden, um die Zuverlässigkeit und Halt barkeit elektronischer Schaltkreisanordnungen mit einer Folie und einem Substrat aus unterschiedlichen Materialien zu verbessern. Folie und Harz haben im allge meinen unterschiedlichen CTE. Der Kleber wird so ausgewählt, daß er ein CTE zwischen der Folie und dem Harz CTE besitzt. Dies reduziert unerwünschte Aus dehnung oder Kompression, die auf die Leiterbahnen oder die elektronischen Komponenten übertragen werden.

Die Erfindung hat gegenüber dem Stand der Technik Vorteile, da es dem Einsatz eines breiteren Bereichs Materialien für Folie und Substrat ermöglicht und die Er müdung, die die Leiterbahnen oder Komponenten erfahren, erniedrigt. Es hat auch den Vorteil, bestehende Formausrüstungen und konventionelle Materialien einset zen zu können.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindungen ergeben sich in dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der begleitenden Zeichnung näher erläutert wird. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Form mit einer flexiblen Folie mit einer klebenden Rückschicht zwischen offenen Formteilen.

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Form der Fig. 1, beim Formen.

Fig. 3 einen Querschnitt einer alternativen Ausführungsform mit einer flexiblen Fo lie mit Abstandshaltern, die in der Kleberschicht angeordnet sind; und

Fig. 4 einen Querschnitts der in Fig. 3 dargestellten Form beim Formen.

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung einer mehrschichtigen Struktur durch Folien Einfang- oder Einformverfahren. Einformen oder Einfang-Einformen bezieht sich auf Verfahren, bei denen eine flexible Folie aus Metall, Polymer oder einer Kombination von beidem in ein Formwerkzeug eingebracht wird und nachfolgend zu einer Schaltkreisanordnung geformt wird. Die flexible Folie wird durch das inji zierte Harz erfaßt und ein integraler Bestandteil des geformten Teils. Die spezielle Erfindung ermöglicht die Verwendung von Folie und Harz aus unterschiedlichen und inkompatiblen Kunststoffmaterialien, die normalerweise nicht miteinander mi schen oder binden. Eine Zwischenklebeschicht wird zwischen Folie und Harz an geordnet und verbindet beide Materialien.

Auf Grund der mangelnden Kompatibilität zwischen Folie und Harz wird eine Kle beschicht zwischen Harz und Folie beim Einsatzformverfahren notwendig. Konven tionelles Einsatzformen benötigt die Interdiffusion von mischbaren Harzen und Fo lienmaterialien während des Formverfahrens, um eine homogenes gemischte Po lymer Zwischenschicht zu bilden. Bei konventionellen Einsatzformen bestehen Harz und Folie typischerweise aus den gleichen Polymeren. Nichtsdestoweniger ist das bevorzugte Material für den Folie, PEI, für den Einsatz als Harzsubstrat unge eignet. Geeignete Harzmaterialien zum Einsatz als Substrat umfassen ABS und Polypropylen. Diese Materialien sind mit PEI inkompatibel und unmischbar. Dies beruht auf den Unterschied zwischen den niedrigen Formtemperaturen für ABS und Polypropylen verglichen mit den viel höheren Schmelztemperaturen von PEI. Erfindungsgemäß wird die Verwendung dieser unterschiedlichen und inkompati blen Materialien ermöglicht. So kann jegliche Kombination von Harz und Folie Ein satz geformt werden und eine zuverlässige Zwischenflächenbindung und Materia leigenschaften schaffen, die eine zuverlässiges, elektronisches, geformtes Substrat ergeben.

Weitere Merkmale der Erfindung bestehen in der Auswahl des klebenden Materi als, das Harze und Folie aneinander bindet, so daß der Kleber ein mechanisches Entkoppeln bewirkt und das einsatzgeformte Teil durch eine elektronische Bestüc kungslinie verarbeitet werden kann. Dies ermöglicht einen größeren Unterschied im CTE zwischen Substrat und Folie.

Typische übliche Harze wie ABS, PET, SMA, Nylon und PP werden extensiv in Bauteilen wie Instrumenten-Abdeckungen, der Türabdeckung oder einem Gepäck ablage in Kraftfahrzeugen wegen ihrer guten physikalischen Eigenschaften bei niedrigen Preis eingesetzt. Ein Problem dieser preiswerten bearbeiteten thermo plastischen Materialien besteht in ihren thermischen Eigenschaften. Die Harze sind üblicherweise Glasfaser- oder Talkum-gefüllt, um deren thermische Eigenschaften zu verbessern. Sie haben aber hohen CTE, niedrige Wärme- Biegetemperaturen (HDTs) und niedrige Schmelzpunkte gegenüber konventionellen Schaltkreis substraten. Diese Eigenschaften machen sie allgemein ungeeignet zur Verwen dung mit elektronischen Hochtemperatur-Schaltkreisen. Das hohe CTE und nied rige HDT veranlassen die Lötstellen dazu, zu versagen, ohne den thermischen Zyklus oder Lebensdauer-Test-Anforderungen zu genügen. Das Versagen ist ther misch-mechanisches Ermüden auf Grund der auf das Substrat durch den CTE ausgeübten Beanspruchungen. Demzufolge müssen die Harze so ausgebildet sein, daß sie spezifische Eigenschaften erfüllen. Kritische Eigenschaften der Harze bestehen darin, daß sie einen gesteuerten CTE (Koeffizienten der thermischen Expansion) von 20 bis 35 PPM/°C in x und y Richtung haben müssen. Das Harz muß auch dazu befähigt sein, Löt- und/oder den Aushärttemperaturen leitfähiger Kleber zu widerstehen. Geeigneter Harzmaterialien sind kommerziell erhältlich, von diesen sind PET, Nylon 6 (PA6) und Ultem™ (PEI) mit dazugegebenen Füllmateria lien besonders bevorzugt.

Das PET Harz umfaßt 55 Vol.% gehäxelte Glasfasern. Das gefüllte PET besitzt ein HDT von 260°C und das CTE ist auf 25 bis 30 PPM/°C reduziert. Nylonharz umfaßt 35 Vol.% gehäxelte Glasfasern und 20% Talgpartikel. Diese Füller verleihen dieser Formulierung einen HDT von 250°C und einen CTE von 35 PPM/°C. Ein drittes Harz ist Ultem^TM, ein mit 30 Vol.% Glas gefülltes Polyetherimid (PEI), welches ideale HDT Werte von 215°C und ein CTE von 35 PPM/°C besitzt.

Das an das Harz durch Einsatzformen anzubindende Folienmaterial bleibt während nachfolgender Löt- und Herstellungsbetriebsschritte sowie der Lebensdauer der Schaltkreisanordnung ohne Delaminierung und schafft ein zuverlässiges Material mit den angebundenen elektronischen Komponenten oder Schaltkreisen. Der kle bende Bereich kann auf Grund des Teildesigns gesteuert werden, so daß er die Gesamtfläche an der Harz/Folienzwischenschicht oder unterbrochene Flächen ist. Wie vorbeschrieben, wird die Folie typischerweise aus Polyetherimid (PEI) herge stellt. Unglücklicherweise ist wegen der Kosten und physikalischen Eigenschaften PEI allgemein nicht zum Einsatz als Harzsubstratmaterial geeignet.

Die Auswahl dieser eingeformten Folien setzt voraus, daß Folie und Harz dazu im stande sind, den Formtemperaturen, Löt- und/oder thermischen Aushärttempera turen zu widerstehen und thermische Zyklen und andere grundsätzliche Lebens dauertests zu bestehen. Es gibt viele Polymerfolien, die als Substrat für flexible Schaltkreise verwendet werden können, wie Polyethyleneterephthalat (Mylar™) und Polyethylen-Naphthalat (PEN). Einige Materialien können an PEI-Folie unter Verwendung eines konventionellen Einformverfahrens befestigt werden, wobei die sich aber delaminieren, wenn sie länger Temperaturzyklen unterworfen werden. Diese Materialien scheinen nach den Formen anzubinden, bei weiterem thermi schem Verarbeiten (Löten und Verfestigen) oder thermischem Schocktesten dela minieren sich die Folien vom Harz unter Entstehen von Blasen, Hohlräumen oder verworfenen Kanten. Diese Defekte werden durch das CTE-Mißverhältnis zwischen Folie und Harz hervorgerufen. Um dieses Problem zu lösen, wird der Einsatz einer klebenden Entkopplungsschicht zwischen Harz und Folie notwendig.

Der Kleber vermeidet die beschriebenen Klebeprobleme. Ferner entkoppelt der Kleber mechanisch die Folie vom Harz. Obwohl die veränderten Harze einen nied rigen CTE haben, kann das Folienmaterial nicht mit Füllstoffen modifiziert werden und besitzt ein signifikant größeres CTE als gefülltes Harz, wodurch eine GTE-Un verträglichkeit entsteht. Diese Unverträglichkeit reicht aus um die thermische Er müdung der elektronische Komponenten am Folie befestigenden Lötstellen zu be wirken. Daten über thermische Zyklen, die unten reproduziert sind, zeigen, daß an den beschriebenen modifizierten Harzen angeformte Folien unter Verwendung einer Klebstoffzwischenschicht eine verbesserte Zuverlässigkeit zeigen. Aus den kommerziell erhältlichen Kleberen wurde ein modifiziertes System auf Epoxidharz basis bevorzugt. Es ist auf der flexiblen Schaltkreisfolie als B-Stufe aufgebracht. Während des Einformens wird der Kleber auf über seine Aktivierungstemperatur durch das Harz erhitzt und kreuzvernetzt. Das Kreuzvernetzen verfestigt den Kle ber und bindet die Folie am Harz. Dieses reduziert jegliche Kompatibilitätsprobleme zwischen Folie und Harz. Der Kleber muß auch einen niedrigen Elastizitätsmodul besitzen, um das Harz von den Lötstellen auf den flexiblen Teil zu entkoppeln.

Herstellung einer Schaltkreisanordnung

In Fig. 1 ist eine Spritzgußform 10, die zwischen offenen und geschlossenen Posi tionen betreibbar ist, gezeigt. Die Spritzgußform 10 ist eine, die üblicherweise in Spritzgußformverfahren eingesetzt wird. Die Form 10 umfaßt einen Harzeinlaß 12. Der Harzeinlaß 12 injiziert ein geschmolzenes Kunststoffharz in das Innere der Form 10. Die Form 10 ist eben und planar gezeigt, es können aber auch kontu rierte Artikel unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahren geformt wer den.

Erfindungsgemäß wird eine flexible Folie mit Metalleiterbahnen 16 und einer Rück fläche 18 an einem starren Kunststoffsubstrat befestigt. Folie 14 und Rückfläche 18 können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, wobei aber PEI be vorugt und leicht kommerziell erhältlich ist. Eine Schicht wärmeaktivierbaren Kle bers 20 wird auf die Rückfläche 18 aufgebracht. Der Kleber 20 kann ein thermo plastischer Heißschmelzkleber oder ein thermisch aushärtender Heißschmelzkleber sein. Der Kunststoff 20 kann direkt auf die Rückfläche 18 aufgebracht oder alter nativ auf ein Transferblatt aufgebracht und sodann auf die Rückfläche 18 übertra gen werden. Die Folie 14 wird mit Kleber 20 in die offene Form 10 eingebracht. Der Kleber 20 wird so angeordnet, daß er das geschmolzene Kunststoffmaterial emp fängt.

Die Form 10 wird in die geschlossene Position, wie in Fig. 2 gezeigt, bewegt. Hei ßes, geschmolzenes Kunststoffharz wird in die Form 10 über den Formeinlaß 12 injiziert. Das Kunststoffharz erhitzt sich und aktiviert den Kleber 20. Wenn der Kle ber 20 ein Thermoplast ist, wird das Harz auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Klebers erhitzt. Das Harz erhitzt und schmilzt den Kleber und veranlaßt den Kleber, an der Rückoberfläche 18 und am Harz anzubinden. Wenn der Kleber ein thermisch aktivierter ist, wird das Harz auf eine Temperatur oberhalb seiner B-Stufe Aktivierungstemperatur erhitzt. Das Harz veranlaßt den Kleber 20 dazu, sich zu vernetzen und abzubinden und an der Rückoberfläche 18 und dem Harz anzubinden. In beiden Fällen veranlaßt die Wärme des Harzes den Kleber am Harz und an der Rückoberfläche anzubinden. Das Harz darf abkühlen und die fertige Schaltkreisanordnung wird aus der Form 10 entnommen.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform wird eingesetzt, wenn eine gleich mäßige Bindungsdicke im Raum zwischen der Rückoberfläche 18 und dem Harz erwünscht wird. In einigen Fällen ist es vorteilhaft, daß der Kleber 20 bestimmte Flächen der Rückoberfläche 18 belegt. Hier können Abstandshalter 22 an der Rückoberfläche 18 angebracht werden, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Die Ab standshalter 22 sind an der Rückoberfläche 22 befestigt. Die Abstandshalter 22 können aus jeglichen Material sein, es ist aber bevorzugt, sie aus einen Kunst stoffharzmaterial, das mit dem Harz zur Herstellung des Substrats kompatibel ist, herzustellen. Die Folie 14 wird sodann in die Form 10 eingelegt und Harz gegen den Kleber 20, wie oben beschrieben, injiziert. Der Abstandshalter 22 erhält einen Raum zwischen den Rücken 18 und dem Kunststoffharz.

Beispiele

Ein Teil mit 15,25 cm (6 inches) Breite × 29,97 cm (11,8 inches) Länge × 4,48 cm (1,75 inches) Höhe wurde eingesetzt, um die Adhäsion zwischen Harz und Folie zu messen. Nach Formen und Abkühlen wurde Lötpaste auf die flexiblen Leiterbah nen aufgebracht und Komponenten auf diese Stellen aufgebracht. Das Teil wurde sodann in einem konventionellen Förderofen gelötet. Das Teil wurde sodann Thermoschock-getestet, um die Zuverlässigkeit der Bindung Harz/Folie und der Lötverbindung festzustellen. Die Untersuchung zeigte, daß die Kleber-Zwischen schicht erfolgreich die Lebensdauer gegenüber thermischer Ermüdung von Löt stellen auf den eingeformten flexiblen Schaltkreisfolie erhöhte.

Es wurden drei Harze als Basissubstrat bei diesem Test eingesetzt, nämlich Polye therimid (PEI), Polyamid (Nylon 6) und Polyethylen-Terephathalat (PET). Drei flexi ble Foliensubstrate zum Einformen wurden mit den Harzen kombiniert. Die drei Folien bestanden aus PET, Polyethylen-Naphthalat (PEN) und PEI, die alle mit einem Testschaltkreis metallisiert waren. Es wurde ein modifizierter Epoxidharz kleber eingesetzt. Proben jeder Harzmaterial-, Folien- und Kleberkombination wur den für den Test hergestellt. Alle Kombinationen wurden erfolgreich hergestellt und mit elektronischen Komponenten vor dem Test bestückt. Der Kleber wurde auf den flexiblen Schaltkreis als Trockenfolie während des flexiblen Schaltkreisherstel lungsverfahrens aufgebracht. Andere Verfahren, denen Kleber aufzubringen, um fassen Sprühbeschichten, Rollaminierung, manuelles Laminieren und die Herstel lung einer separaten klebenden Folie, unabhängig vom flexiblen Schaltkreis. Der erste Test konzentrierte sich auf die thermische Schockuntersuchung und visu elle Inspektionen der Komponenten und der Folien an der Harzbindungsstelle. Der thermische Schocktest bewegte sich zwischen -55 bis 105°C in einem einstündigen Zyklus mit Verweildauern von 30 Minuten bei jeder Temperatur. Dieser Tempera turbereich entspricht den Innenverhältnissen eines Kraftfahrzeuges. Die Daten die ses Tests sind n der unten aufgeführten Tabelle reproduziert. Der Einsatz der Kle berschicht zwischen Harz und Folie verbesserte signifikant die Ermüdungszeit der Lötverbindungen. Dies gilt auch für die PEI und PET Harze mit allen Folien.

Die Erfindung ist sehr gut geeignet, die oben aufgeführten Ziele, Merkmale und Vorteile zu erreichen. Obwohl die Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsbei spiele beschrieben wurde, sind auch andere Abwandlungen der Erfindung möglich und durch den Schutzumfang der Ansprüche umfaßt.

Bezugszeichenliste

10

Spritzgußform

12

Harzeinlaß

14

Folie

16

Metalleiterbahnen

18

Rückfläche

20

wärmeaktivierbarer Kleber

22

Abstandshalter

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Schaltkreisanordnung mit einer flexiblen Folie und einem starren Substrat aus Kunststoffharz mit den Schritten:

1. Vorsehen einer flexiblen Folie mit Schaltkreis-Leiterbahnen auf mindestens einer Oberfläche derselben und einer Rückoberfläche 18;
2. Aufbringen eines wärmeaktivierbaren Klebers auf der Rückoberfläche;
3. Einbringen der flexiblen Folie eine offene Form;
4. Schließen der Form;
5. Injizieren eines heißen Kunststoffharzes in die Form neben den Kleber, wobei das Harz den Kleber über seine Aktivierungstemperatur erhitzt und den Kleber aktiviert, wobei der Kleber die flexible Folie am Harz bindet;
6. Abkühlen des Kunststoffmaterials; und
7. Entfernen der Schaltkreisanordnung aus der Form.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber ein Thermoplast ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber eine Schmelztemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Harzes besitzt und das injizierte Harz den Kleber dazu veranlaßt, zu schmelzen.

4. Verfahren nach Anspruch 2, ferner gekennzeichnet durch Erhitzen des Kunst stoffharzes auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Klebers und Veranlassen des Klebers, zu schmelzen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber ein ther misch aushärtender Kleber ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber eine Akti vierungstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Harzes besitzt und das injizierte Harz den Kleber aktiviert.

7. Verfahren nach Anspruch 5, ferner gekennzeichnet durch Erhitzen des Kunst stoffharzes auf eine Temperatur oberhalb der Aktivierungstemperatur des Kle bers und Aktivierung des Klebers.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aktivierte Kleber kreuzvernetzt und aushärtet.

9. Verfahren nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch Anordnen von Ab standhaltern auf der Rückoberfläche, dis dis Folie in einer festen Distanz vom Harz hält.

10. Verfahren zur Herstellung einer Schaltkreisanordnung mit einer flexiblen Folie mit einem ersten CTE und einem starren Substrat mit einem zweiten CTE, der sich vom ersten CTE unterscheidet, mit den nachfolgenden Schritten:

1. Vorlegen einer flexiblen Folie mit leitfähigen Leiterbahnen auf mindestens einer Oberfläche derselben und einer Rückoberfläche;
2. Aufbringen eines wärmeaktivierbaren Klebers auf die Rückoberfläche, der einen dritten CTE zwischen dem ersten und dem zweiten CTE besitzt;
3. Einbringen der flexiblen Folie in eine offene Form;
4. Schließen der Form;
5. Injizieren von heißem Kunststoffharz in die Form neben den Kleber, wobei das Harz den Kleber über seine Aktivierungstemperatur erhitzt und aktiviert, wobei der Kleber die flexible Folie am Harz anbindet;
6. Abkühlen des Kunststoffmaterials;
7. Entfernen der Schaltkreisanordnung aus der Form.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber ein Thermoplast ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber eine Schmelztemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Harzes aufweist und das injizierte Harz den Kleber schmilzt.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber ein thermisch aushärtender Kleber ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber eine Aktivierungstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Harzes aufweist und das injizierte Harz den Kleber aktiviert.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoff harz auf eine Temperatur oberhalb der Aktivierungstemperatur des Kleberes er hitzt und den Kleber aktiviert.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der aktivierte Kle ber kreuzvernetzt und aushärtet.

18. Verfahren nach Anspruch 10, ferner gekennzeichnet durch Einbringen von Abstandshaltern auf der Rückoberfläche, die die Folie einem vorherbestimmten Abstand vom Harz halten.