DE2946726C2 - Leiterplatte mit starren und flexiblen Bereichen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Leiterplatte mit starren und flexiblen Bereichen und Verfahren zu deren Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Leiterplatten mit starren und flexiblen Bureichen, deren Leiterzüge aus film- oder folien- bzw. drahtförmigern Material wie Kupfer bestehen.
Zum Herstellen von Leiterplatten nach Art gedruckter Schaltungen mit starren und flexiblen Bereichen ist bereits aus der DE-AS 26 57 212 bekannt, zunächst starre Leiterplatten sowie flexible Schaltungen herzustellen und diese sodann zu einer aus starren und flexiblen Bereichen bestehenden Leiterplatte zusammenzusetzen. Dies führt nicht nur zu einem aufwendigen Herstellverfahren, sondern weist auch den schwerwiegenden Nachteil auf, daß die so hergestellten Leiterplatten bei der Weiterverarbeitung, wie z. B. dem Bestücken und Löten, keine mechanische Einheit darstellen, was diese Arbeitsgänge außerordentlich kompliziert.
Aus der DE-AS 26 57 212 ist auch bereits bekannt, starre und flexible Bereiche aufweisende Leiterplatten durch Verpressen von starren und flexiblen Einzellagen mittels im in der fertiggestellten Leiterplatte flexiblen Bereich ausgesparten Verbundlagen, wie Prepregs, dergestalt herzustellen, daß eine oder beide Außenlagen aus starrem Lagenmaterial entlang der oder den Trennlinien zwischen flexiblem und starrem Bereich zunächst ϊΌγ dem Verpressen auf der, in bezug auf die fertiggestellte Schaltung, Innenseite und nach dem Verpressen auf der Außenseite mit Nuten versehen werden, und daß die Bereiche zwischen den Nuten in einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise nach dem Bestücken und Löten, herausgebrochen werden.
Als besonders nachteilig bei diesem bekannten Verfahren hat sich erwiesen, daß zunächst vom
Λ0 Leiterplattenhersleller die Außenlagen vor dem Verpressen mit einer, beispielsweise der halben Materialstärke entsprechenden Nut versehen werden müssen, und daß sodann, nach dem Fertigstellen der Leiterplatte, von außen her eine korrespondierende Nut ausgeführt werden muß, um das starre Lagenmaterial aus den flexiblen Bereichen entfernen zu können. Dies stellt nicht nur ein aufwendiges Herstellvcrfahren dar; soll der Vorteil einer bei der Bestückung und beim Lötvorgang starren Leiterplatteneinheit erzielt werden, so ist es erforderlich, daß der zweite Nutungsvorgang erst nach dem Bestücken und Löten vorgenommen wird, also nicht mehr als Teil der Leiterplattenherstellung, sondern vom Benutzer der Leiterplatten.
Des weiteren ist aus der oben genannten DE-AS 26 57 212 bereits bekannt, die Nut von außen derart auszuführen, daß die starren Außenlagen nicht vollständig durchtrennt werden und so der Teil der starren Außenlage(n) über dem flexiblen Teil durch Stege bzw. durch eine dünne, stehengebliebene Schicht der Außenlage(n) mit dem starren Schaltungsteil verbunden bleibt.
Nach dem Bestücken und Löten wird dann der den flexiblen Schaltungsbereich bedeckende Teil der starren Lage(n) durch Brechen der Stege bzw. der stehengeblie-
s>5 benen Schicht abgetrennt und entfernt.
Um die Bruchstege bzw. die stehengebliebene Materialschicht zu brechen, bedarf es einer Knickbeanspruchung des Materials. Damit zwangsläufig verbun-
den ist auch eine unerwünschte Knickbeanspruchung der vom starren in den flexiblen Schaltungsteil reichenden Leiterzüge, was zu Überdehnungen und zu mechanischen und elektrischen Fehlern bei der Fabrikation und vor allem im späteren Gebrauch Anlaß gibt
Der vorliegenden Erfindung l;egt die Aufgabe zugrunde. Leiterplatten aus starren und flexiblen Bereichen in einfacher und wirtschaftlicher Weise herzustellen, die frei von den angeführten Nachteilen sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei diesen Verfahren zum Herstellen von eine oder mehrere Leiterbildebenen aufweisenden Leiterplatten mit starren und flexiblen Bereichen durch verbinden von starren und flexiblen Einzellagen unter Ausschluß der Verbindung zwischen den flexiblen und starren Lagen in den flexiblen Bereichen, wobei die in den flexiblen Leiterplattenbereichen zunächst vorhandenen Teile der starren Lagen in einem späteren Arbeitsgang entfernt werden, erfindungsgemäß die starre bzw. starren Lage(n) an der oder den Trennlinie(n) zwischen starren und flexiblen Leiterplattenbereichen vor dem Verbinden der starren und flexiblen Einzellagen vollkommen durchgetrennt um so Trennfungen zu bilden, die nicht von flexiblem Lagenmaterial gebildeten) Außenseite(n) mit einer Folie bzw. Folien bedeckt und verbunden , die mindestens im Bereich des Überganges zwischen starren und flexiblen Schaltungsteil bzw. solchen Schaltungsteilen keine Leiterzüge aufweist, sodann die starre(n) und flexible(n) Lage(n) sowie die Foliefn) an einem Schichtstoff verbunden und zu einem späteren Zeitpunkt die Folie(n) an der bzw. den Trennlinien(n) aufgetrennt.
In bestimmten Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, voneinander räumlich getrennte, in der fertigen Leiterplatte starre Leiterplattenbereiche bildende Bereiche der starren Lage(n) untereinander bzw. mit in der fertigen Leiterplatte nicht mehr vorhandenen Hilfsbereichen der starren Lage(n) vermittels von 4,1 Stegen unter vollständiger Aussparung der Trennlinien zwischen starren und flexiblen Bereichen derart zu verbinden, daß diese in ihrer Lage während der Herstellung bzw. Weiterverarbeitung der Leiterplatte starr fixiert sind, wobei diese Stege zu einem späteren Zeitpunkt, vorzugsweise nach dem Bestücken und Löten, entfernt bzw. gebrochen werden. Da die Bereiche der Trennlinien vollkommen frei von Bruchstegen bleiben können, ergibt sich dann beim Wegbrechen jener Stege auch keine Knickbelastung vcn -3,j Leiterzügen und/oder flexiblem Lagenmaterial.
Zweckmäßigerweise wird das Verbinden der Lagen in an sich bekannter Weise durch Einwirkung von Wärme und Druck vorgenommen, wobei in der Regel Verbundfolien, beispielsweise sogenannte .>Prepregs«, benutzt werden, die in den in der fertigen Leiterplatte flexiblen Teilen entsprechenden Bereichen mit Aussparungen versehen sind.
Als Folienmaterial besonders geeignet haben sich Kunststoff-Folien wie beispielsweise Polyimid oder bo Polyester-Folien erwiesen. Es können jedoch auch Metall-, vorzugsweise Kupferfolien ebenso wie Metall-, beispielsweise Kupfer-kaschierte Kunststoff-Folien erfindungsgemäß verwendet werden.
Nach dem Verbinden der Einzellagen untereinander b5 und mit der bzw. den VersteifungsfoMe(n) ergibt sich eine in sich praktisch starre Einheit, die es ermöglicht, beim TransDort bzw. der Weiterverarbeitung alle Belastungen der Übergangsstellen zwischen flexibler, und starren Schaltungsteil(en) ebenso wie sonstige Beschädigungen unbeschadet zu überstehen. Weiterhin können die starren Einheiten in einfacher Weise, entsprechend üblichen starren Leiterplatten mit Bauteilen bestückt und in allen üblichen Verfahren, beispielsweise im Massenlöt- (Tauch- oder Schlepp-) Verfahren weiterverarbeitet werden.
Zum Fertigstellen der aus flexiblen und starren Bereichen bestehenden Leiterplatten wird schließlich die Folie bzw. werden die Folien entlang der Trennlinien zwischen den Bereichen aufgetrennt, worauf der bzw. die darunter liegende(n) Teile(n) der starren Einzellage(n) in einfacher Weise durch Abheben entfernt werden bzw. wird.
Das Auftrennen erfolgt vorteilhafterweise mit einer von Hand geführten oder maschinell arbeitenden Trennvorrichtung, beispielsweise mit einem in seiner Schnittiefe entsprechend begrenzten Trennmesser. Da lediglich die Folienstärke zu durchdringen ist und sich unter dieser in den Bereichen der Trennlinien bei dem Verfahren nach der Erfindung kein Material d.er starren Lagen befindet, bedarf es nur unkomplizierter Vorkehrungen, um das Verletzen der flexiblen Leiterplattentei-Ie mit Sicherheit zu vermeiden.
Insbesondere tritt beim Auftrennvorgang keinerlei Knick- oder sonstige Belastung der Leiterzüge bzw. des flexiblen Lagenmaterials im Übergangsbereich von starren zu flexiblen Lekei plattenbereichen auf.
In einer Weiterbildung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zum Folienauftrennen einen Schneidlaserstrahl zu verwenden. Besonders vorteilhaft gestallet sich das erfindungsgemäße Verfahren bei Auswahl von in verschiedenen Frequenzbereichen absorbierenden bzw. reflektierenden Materialien, die dem Laserstrahl zunächst in Form des aufzutrennenden Folienmaterials und, nach dessen Durchtrennung, als Teil der darunterliegenden Leiterplatte ausgesetzt sind. Bei geeigneter Wahl der Wellenlänge des Schneidlasers wird so erreicht, daß das Folienmaterial im Trennlinienbereich abgebaut wird, ohne daß eine schädliche Wirkung auf die darunterliegende Schicht der Leiterebene erfolgt.
Anhand der Zeichnungen soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.
Abb. 1 und 2 stellen in schematischer Form eine erfindungsgemäße Leiterplatte im Zwischenstadium vor dem Auftrennen der Folie in Aufsicht und Schnittdarstellung entlang A-A in A b b. 1 dar;
Abb. 3 ist eine schematische Darstellung des Folienauf trennvorganges (im Schnitt);
Abb. 4 ist eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäß fertiggestellten Leiterplatte aus A b b. 2 mit starren und flexiblen Bereichen;
Abb. 5 stellt eine erfindungsgemäß hergestellte Mehrebenen-Leiterplatte dar, bei der zwei starre Leiterbahnebenen und drei flexible Leiterbahnebenen vorgesehen sind.
In A bb. 1 bedeutet 1 einen Leiterzug auf dem starren Leiterplattenteil 3, der zu einer metallisierten Lochwandverbindung 9 führt. Von dort führt der Leiterzug 2, der zum Teil im starren und zum Teil im flexiblen Leilerplattenteil verläuft, zur metallisierten Lochwandverbindung 9a im starren Leiterplattenteil 3d, die mit dem Leiterzug la in Verbindung steht. Die im Bereich der Trennlinien zwischen flexiblen und starren Leiterplattenbereichen angeordneten, durch das starre Lagenmaterial 3 (A b b. 2) voll hindurchgehenden Trennfugen
sind mit 6 und 6a bezeichnet. Zwischen den Trennfugen 6 und 6a befindet sich der flexible Bereich der Leiterplatte im fertigen Zustand. 3c in A b b. 2 bezeichnet den Teil der starren Lage(n), der von den die starren Leiterplattenbereiche 3a und 3b bildenden Teilen durch die durchgehenden Nuten 6 und 6a vollständig getrennt ist.
In A b b. 2 wird die die durchgehende Oberfläche von 3a, 3b und 3c und die Trennfugen 6 und 6a überspannende Verbindungsfolie (Prepreg) mit 4 bezeichnet und mit 5 die im Bereich, der 3c entspricht, ausgesparte Verbindungsfolie. 7 bezeichnet die flexible Lage und 2 den vom starren über den flexiblen zum nächsten starren Bereich verlaufenden Leiterzug auf derselben. Mit 10 ist die die starren und flexible Bereiche überspannende Folie bezeichnet und 8 stellt eine Lötmaske oder Isolierfolie dar.
A b b. 3 stellt die Leiterplatteneinheit nach A b b. 2 mit schematischer Darstellung des Folienauftrennvorganges dar; ein Trennmesser 40 mit einem die Schnitt-Tiefe begrenzenden Anschlag 41 sind zu erkennen.
A b b. 4 stellt die aus den starren Bereichen 3a und 3b und dem flexiblen Bereich 3d bestehende Leiterplatte dar, wie sie sich nach dem Ausführen des Folienauftrennschnittes und Entfernen des nunmehr losen Teiles 3cergibt.
A b b. 5 stellt eine mehrlagige, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Leiterplatte mit starren und flexiblen Bereichen dar. Mit 3a, 3b und 13a und 13f> sind die Bereiche der starren Lagen mit den Leiterzügen 1, la und 11 und 11a bezeichnet, die ihrerseits und mit den vom starren über den flexiblen in den benachbarten starren Bereich reichenden Leiterzügen 2 und 12 über die Lochwandmetallisierungen 9 und 9a verbunden sind. 7,17 und 27 bezeichnen die flexiblen Lagen aus Isoliermaterial und 4 und 5 sowie 14 und 15 die Verbindungslagen (Prepregs): 10 und 20 stellen die vor dem Auftrennen durchgehenden Verbindungsfolien nach dem Auftrennen dar. 7 und 17a sind wahlweise Kupferfolien, 8 und 8a Lötmasken bzw. Isolierfolien.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Herstellung einer aus starren und flexiblen Bereichen bestehenden Leiterplatte mit zwei Leiterbildebenen in beispielsweiser Form schematisch beschrieben.
1. Zuschneiden der verschiedenen Basismaterialien, und zwar:
— eine Lage aus unkaschiertem, starrem. Trägermaterial, beispielsweise einem Epoxydharz-Glashartgewebe:
— zwei Lagen einer Polyimidfolie, z. B. 50 μ Polyimid mit 35 μ Kupfer einseitig kaschiert;
— zwei Lagen der Verbundfolie zum Auflaminieren der flexiblen Polyimidfolien, von beispielsweise einer Dicke von 25 μ. Die Verbundfolie ist in den flexiblen Bereich ausgespart. Dies wird beispielsweise durch Schneiden nach
Schablone bzw. durch Stanzen mit einem Spezialwerkzeug bewirkt;
— eine Lage einer Polyimidabdeckfolie, einseitig kleberbeschichtet, zum Abdecken des flexiblen
ίο Leiterbildes. Diese Abdeckfolie ist mit Ausspa
rungen versehen, die den Lötaugen entsprechen.
2. Fräsen der starren Teile. In der Übergangszone is vom flexiblen zum starren Bereich der Leiterplatte wird eine Nut eingefräst. Da die Nut das starre Lagenmaterial im Bereich der Trennlinie(n) zwischen starren und flexiblen Bezirken der fertigen Leiterplatte in geeigneter gewählter Breite völlig durchdringt, kann dieser Arbeitsgang im Paket,
z. B. in 3er Paketierung, auf einer Mehrspindel-CNC-Fräsmaschine ausgeführt werden.
Reinigen oder Oberflächen mit Methylenchlorid.
Laminieren in einer Laminierpresse.
Tempern — 3 Stunden bei 1200C.
Bohren des durchzuplattierenden Lochbildes.
Entgraten und Druckwasser-Reinigen.
Stromlose Verkupferung.
Fotodruck, Leiterbild beidseitig.
Elektrolytische Kupfer-Plattierung nach Spezifiaktion.
Elektrolytische Sn/Pb-Plattierung nach Spezifikation.
Entfernen der Fotoschicht.
Ätzen.
Zwischenkontrolle.
Auflaminieren einer flexiblen Abdeck-Isolierfolie auf die flexible Leiterbildseite.
Tempern — 3 Stunden bei 1200C.
Druck der Lötstoppmaske auf die Lötseite in den starren Bereichen.
18. Kontur fräsen. Um die leiterplatte für die spätere Bearbeitung beim Bestücken und Löten stabil zu halten, bleiben in den starren Bereichen außerhalb der Trennlinie(n) zwischen flexiblen und starren Bereichen mit die Trennlinie(n) kreuzenden Leiterzügen Stege stehen, die in einem nachfolgenden Arbeitsschritt entfernt werden.
19. Auftrennen der Versteifungsfolie aus Polyimid mit einem Anschlagmesser und Abheben der nunmehr losen, starren Lagenteile in den flexiblen Bereichen.
20. Endkontrolle der aus flexiblen und starren Teilen bestehenden Leiterplatte.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von eine oder mehrere Leiterbildebenen aufweisenden Leiterplatten mit starren und flexiblen Bereichen durch Verbinden von starren und flexiblen Einzellagen unter Ausschluß der Verbindung zwischen den flexiblen und starren Lagen in den flexiblen Bereichen, wobei die in den flexiblen Leiterplattenbereichen zunächst vorhandenen Teile der starren Lagen in einem späteren Arbeitsgang entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die starre(n) Lage(n) (3, Fig.2) an der oder den Trennlinie(n) zwischen starren und flexiblen Leiterplattenbereich(en) vor dem Verbinden der starren und flexiblen Einzellagen vollkommen durchgetrennt werden, um so Trennfugen (6, 6a, F i g. 2) zu bilden; und daß die nicht vom flexiblem Lagenmaterial (7) gebildete^) Außenseiten) mit einer Folie bzw. Folien (10, Fig.2) bedeckt und verbunden werden, die mindestens im Bereich des Überganges zwischen starrem und flexiblem Schaltungsteil bzw. solchen Schaltungsteilen keine Leiterzüge (2) aufweist; und daß sodann die starre(n) und flexible(n) Lage(n) sowie die Folie(n) zu einem Schichtstoff verbunden werden; und daß zu einem späteren Zeitpunkt die Folie(n) (10) an der b/.w. den Trennlinien (6,6a^aufgetrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß voneinander räumlich getrennte, in der fertigen Leiterplatte starre Schaltungsteile unter Aussparen der Trennlinien zwischen starren und Flexiblen Schaltungsbereichon miteinander bzw. mit in der fertigen Leiterplatte nicht mehr vorhandenen starren Hilfsbereichen mittels Stegen verbunden sind und so in ihrer Lage während der Leiterplatten-Herstellung bzw. nachfolgenden Verarbeitung starr fixiert werden, und daß diese Stege in einem späteren Arbeitsschritt entfernt bzw. gebrochen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der verschiedenen Lagen bzw. mit der oder den Außenfolie(n) durch Verpressen unter Druck erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verbinden im flexiblen Bereich ausgesparte Verbundfolien verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie(n) aus Kunststoff besteht bzw. bestehen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie(n) aus Metall besteht bzw. bestehen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie(n) aus mit einer Metall-, vorzugsweise Kupferfolie, beschichteten Kunststoff-Folie besteht bzw. bestehen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftrennen der Folie(n) mittels eines tiefenbegrenzten Schnittvorgangs erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftrennen der Folie(n) mittels Schneidlaser vorgenommen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftrennen der Folie(n) nach dem Bestücken der Leiterplatte mit Bauelementen und gegebenenfalls nach dem Lötvorgang ausgeführt wird.
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