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Verfahren zum Herstellen von Vorlaminaten für starr-
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flexible Leiterplatten Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zum Herstellen von Vorlaminaten für starr-flexible Leiterplatten mit
mindestens einer leitenden Ebene unter Verwendung von mit Sollbruchstellen versehenen
Prepregs und flexiblen metallkaschierten Laminaten, die mittels Kleber miteinander
verbunden werden. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Vorlaminat für
starr-flexible Leiterplatten.
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Unter starr-flexiblen Leiterplatten wird die Integration von flexiblen
Leiterplatten und starren Leiterplatten verstanden, wobei die flexible Leiterplatte
eine durchgehend elektrische und mechanische Einheit bildet und
nur
in den Bereichen, die mit Bauteilen bestückt werden, mit Schichtstoffen oder starren
Leiterplatten verstärkt sind. Derartige starr-flexible Leiterplatten werden in der
Konsumgüter- und professionellen Elektronik verwendet.
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Es sind flexible Leiterplatten bekannt, die über Klemm-oder Lötpunkte
mit starren Leiterplatten verbunden sind.
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Nachteilig hierbei ist, daß die flexiblen und starren Leiterplatten
getrennt gefertigt werden müssen und in einem getrennten Arbeitsgang mechanisch
und elektrisch miteinander verbunden werden; denn Klemm- oder Lötpunkte sind störanfällig,
und eine rationelle Großserienfertigung ist nicht möglich.
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Weiterhin sind aus der DE-AS 26 57 212 flexible Leiterplatten mit
nachträglich aufgeklebten, starren Leiterplatten bekannt. Bei diesem Aufbau ist
es nachteilig, daß die starren und flexiblen Leiterplatten über ein Passersystem
nachträglich miteinander-verbunden werden müssen, was sehr aufwendig und für eine
Großserienfertigung ungeeignet ist. Ein weiterer Nachteil ist, daß dieses System
keine mechanische Einheit bildet und in der Weiterverarbeitung die Arbeitsgänge
Bestücken und Löten erschwert.
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Ein bekanntes weiteres Verfahren ist ebenfalls in der DE-AS 26 57
212 beschrieben und besteht in der teilflächigen Verbindung von flexiblen Leiterplatten
oder flexiblen metallkaschierten Laminaten mit vorgeritzten oder vorgefrästen starren
Leiterplatten oder Schichtstoffen. Die flexible Leiterplatte oder das flexible metallkaschierte
Laminat wird teilflächig über einen Kleber oder Prepregs auf den mit Sollbruch-Nuten
versehenen Schichtstoff oder
die starre Leiterplatte unter Druck
und Hitze aufgepreßt.
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Nachteilig hierbei ist, daß an den vorgeritzten oder vorgefrästen
Sollbruchstellen des Verstärkungsteils Deformierungen des flexiblen Teils an den
Übergangsstellen starr zu flexibel (über dem Ritzbereich) unvermeidbar sind, so
daß die Gefahr von Leiterbrüchen an den Übergangsstellen in der flexiblen Leiterplatte
besteht.
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Vollflächige ein- oder zweiseitige, metallkaschierte Vorlaminate für
eine rationelle Großserienfertigung von Starr-flex-Schaltungen sind aufgrund der
Deformierung (Vertiefung) im Ritz- oder Fräsbereich nicht möglich, da beim) Aufbringen
eines Siebdruck-Ätzresists, durch dessen Verlaufen oder beim Belichten von UV-polymerisierbaren
Ätzresisten, durch Unterstrahlung, eine Leiterbahnverbreiterung eintritt, die bis
zur ungewollten Querverbindung aller in diesem Bereich liegenden Leiterbahnen führen
kann.
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Des weiteren ist bekannt, daß flexible metallkaschierte Laminate mit
geschlitzten Prepregs verpreßt werden. Hierbei wird in den späteren flexiblen Bereichen
eine Trennfolie durch die Schlitze des Prepregs gezogen, so daß die mit Trennfolie
abgedeckten Prepregbereiche keine Verbindung zum flexiblen metallkaschierten Laminat
eingehen können.
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Nach dem Herstellen der Leiterplatten und der Außenkontur können die
Trennfolienbereiche mit dem darunter liegenden ausgehärteten Prepregteil entfernt
werden-.
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nachteilig bei diesem Verfahren ist die zeit- und kostenintensive
Montage beim Hindurchziehen der Trennfolie durch die einzelnen Prepregs und die
Gefahr von vorzei-
tigen Abhebungen zwischen den flexiblen Bereichen
und den darunter liegenden Trennfolienbereichen.
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Aus der DE-PS 29 46 726 ist ferner bekannt, innerhalb der späteren
flexiblen Bereiche, Materialstreifen an Flächen des Verstärkungsmaterials mit geringem
Abstand anzufügen und das flexible metallkaschierte Laminat mittels eines Klebers
oder Prepregs unter Aussparung der späteren flexiblen Bereiche unter Druck und Hitze
zu verbinden.
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Nach der Herstellung der Leiterplatte wird das einseitig vollflächig
aufgepreßte Prepreg entlang der Materialstreifenkanten durchtrennt, und die Materialstreifen
werden entnommen, so daß eine starr-flexible Leiterplatte entsteht.
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Nachteilig bei diesem Verfahren ist das kostenintensive und paßgenaue
Aneinanderfügen von flächigem und streifenförmigem Verstärkungsmaterial, das zusätzliche
Durchtrennen des Prepregs entlang der Streifenkanten und das Abheben des flexiblen
metallkaschierten Laminats in den ausgesparten Prepregbereichen, wodurch auf der
Oberfläche Deformierungen und die bereits im obigen geschilderten Schwierigkeiten
bei der Leiterplattenherstellung entstehen. Eine rationelle Großserienfertigung
ist ebenfalls nicht durchführbar.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Herstellen von Vorlaminaten für'starr-flexible Leiterplatten und ein Vorlaminat
selbst zu schaffen, womit es möglich ist, starr-flexible Leiterplatten mit den Mitteln
und Fertigungsmethoden
einer modernen Großserienfertigung unter
dem Gesichtspunkt einer kostengünstigen Produktion herzustellen und dabei sicherzustellen,
daß keine Leiterbrüche oder Leiterunterbrechungen an den Übergangsstellen zwischen
der starren und der flexiblen Leiterplatte entstehen.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Prepregs entsprechend
der erforderlichen Dicke des Vorlaminats übereinandergeschichtet und entlang der
Sollbruchstellen, die die flexiblen Leiterplattenbereiche begrenzen, durchtrennt
werden, wobei die Durchtrennungen vor den Außenkanten enden, danach auf das jeweils
oberste Prepreg zwischen jeweils die die flexiblen Leiterplattenbereiche begrenzenden
Durchtrennungen ein entsprechend großer Klebestreifen aufgeklebt sowie die flexible
nichtmetallische Schicht des Laminats mindestens im Bereich der Klebestreifen die
Sollbruchstellen überlappend aufgebracht wird und abschließend die derart übereinandergeschichteten
Materialien unter Druck- und Wärmeeinwirkung verpreßt werden. Unter Vorlaminat wird
erfindungsgemäß ein flächiges, ebenes Gebilde verstanden, welches mit vorgegebenen
Abmessungen versehen ist, wobei die Prepregs und das flexible metallbeschichtete
Laminat zu einem starren Schichtstoff verpreßt sind. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren wird erreicht, daß das Klebeband als ein adhäsiv haftendes Trennmedium
eine stark haftende Verbindung von dem die Klebeverbindung zwischen dem metallkaschierten
Laminat und den Prepregs herstellenden Kleber im Bereich des Klebebandes verhindert
und derart ausgebildet wird, daß nach dem Pressen das Klebeband auf der einen Seite
eine feste Verbindung mit den Prepregs eingeht und auf der anderen Seite eine leicht
haftende Verbindung mit dem Kleber des flexibel metallkaschierten
Laminats.
Hierdurch kann nach der Leiterplattenherstellunq einschließlich Bestücken mit Bauteilen
und Löten entlang der Klebebandkanten, die mit den Durchtrennungen übereinstimmen,
durch kontrollierte Biegung ein glatter Bruch erfolgen und die leicht haftende Verbindung
des Klebebandes zum Kleber aufgehoben und somit das nicht benötigte starre Teil
entnommen werden, so daß der starre Schichtstoff die flexiblen Bereiche freigibt.
Dabei beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß beim Verpressen unter Druck und
Hitze im Bereich der Durchtrennungen das Harz der Prepregs in die Durchtrennungen
eindringt und diese ausfüllt, so daß die Durchtrennungen keine Lücken darstellen,
in die die Metallfolie bzw. das metallkaschierte Laminat eingedrückt werden könnte,
was zu Defekten bei den fertigen starr-flexiblen Leiterplatten führen könnte. Vielmehr
entsteht eine vollständig glatte Oberfläche, wobei ein derartiger Druck ausgeübt
wird, daß das Klebeband in die Prepregs zwischen den Durchbrechungen eingedrückt
wird, so daß die Klebebandoberfläche bündig mit der übrigen Oberfläche der Prepregs
ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
enthalten.
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Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Explosions-Darstellung
eines erfindungsgemäßen Vorlaminats, Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes
Vorlaminat, Fig. 3 einen Schnitt durch eine unter Verwendung
eines
Vorlaminats gemäß Fig. 2 hergestellten starr-flexiblen Leiterplatte im noch starren
Zustand, Fig. 4 einen Schnitt durch die Leiterplatte gemäß Fig. 3 im starr-flexiblen
Zustand, Fig. 5 und 6 alternative Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Vorlaminats
bei einer starr-flexiblen Leiterplatte.
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Aus Fig. 1 ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen Vorlaminats sowie
dessen Herstellungsweise erkennbar. Eine Metallfolie 1 und eine Kunststoffolie 2
werden mittels eines Klebers miteinander verbunden und bilden ein flexibles metallbeschichtetes
Laminat. Dieses Laminat wird auf seiner Kunststoff-Folienseite nochmals mit einem
Kleber 3 beschichtet. Weiterhin wird das erfindungsgemäße Vorlaminat aus mehreren
übereinandergeschichteten Prepregs 4 gebildet. Diese Prepregs 4 weisen Durchtrennungen
8 auf, die die flexiblen Leiterplattenbereiche begrenzen; das heißt, zwischen den
jeweiligen Durchtrennungen 8 befinden sich bei der fertigen starr-flexiblen Leiterplatte
jeweils die flexiblen Leiterplattenbereiche.
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Dabei enden erfindungsgemäß die Durchtrennungen 8 vor den Außenkanten
der Prepregs 4. Auf.die Bereiche zwischen den Durchtrennungen 8 wird jeweils ein
Klebestreifen 5 aufgeklebt, dessen Ränder bündig mit den Durch#trennunge#n 8 sind.
Diese Klebestreifen 5 sind erfindungsgemäß derart aufgebaut, daß sie einseitig eine
Haftkleberbeschichtung und/oder auf der anderen Seite eine adhäsiv haftende Schicht
(Haftvermittler) aufweisen. Hierdurch wird erreicht, daß nach dem Pressen unter
Druck und Wärme die Klebestreifen auf der einen Seite eine feste Verbindung mit
den Prepregs
eingehen und auf der anderen Seite eine leicht haftende
Verbindung mit dem Kleber an der Unterseite der Kunststoffolie 2.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine zweiseitige
Leiterplatte, das heißt, die mit dem erfindungsgemäßen Vorlaminat hergestellte Leiterplatte
weist auf beiden Seiten leitende Verbindungen auf. Aus diesem Grunde ist an der
Unterseite der Prepregs 4 eine Metallfolie 6 mit einem Kleber 7 befestigt. Bei einer#
einseitigen Leiterplatte tritt anstelle dieser Metallfolie 6 vollflächig zur Trennung
zum Preßblech der Presse eine Kunststoffolie.
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Das Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Vorlaminats ist nun
wie folgt.
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Die Prepregs 4 werden von einer Rolle auf das vorgegebene Bogenformat
geschnitten und in entsprechender Anzahl aufeinandergelegt. Die aufeinander ausgerichteten
Prepregs werden in dieser Lage mit geeigneten bekannten Mitteln fixiert. Danach
werden die Durchtrennungen 8 in den geschichteten Prepregs 4 vorgenommen. Die Anzahl
der übereinandergeschichteten Prepregs 4 hängt von der Dicke der späteren starren
Leiterplattenteile ab. Auf die Stellen, an denen die späteren flexiblen Teilbereiche
der starrflexiblen Leiterplatte sein sollen, das sind die Bereiche zwischen den
Durchtrennungen 8, werden auf das jeweils oberste Prepreg 4 die entsprechend breiten
Klebestreifen 5 aufgeklebt. Das flexible Laminat, bestehend aus der Metallfolie
1 und der Kunststoffolie 2 sowie der Klebeschicht 3, wird vollflächig unter Ausrichtung
der Kanten mit geeigneten Mitteln auf dem obersten Prepreg aufgebracht.
Danach
wird der derartig fixierte Materialverbund zwischen die Preßbleche einer geeigneten
Presse gelegt.
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Hierbei'können die bekannten Pressen verwendet werden.
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Wenn, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, eine zweiseitig metallkaschierte
Leiterplatte hergestellt wird, wird auf ein Preßblech, das vorzugsweise aus Edelstahl
besteht, vollflächig die Metallfolie 6 mit dem Kleber 7 beschichtet aufgelegt. Darauf
folgt mit der unbeschichteten Prepregseite der fixierte Verbund zwischen Prepregs
4 und Laminat 1, 2, 3, auf dessen Oberseite wiederum ein Preßblech aus Edelstahl
aufgelegt wird. Je nach Größe der vorhandenen Presse können eine Vielzahl von fixierten
Verbunden mit Preßblechzwischenlagen zugleich unter Druck und Hitze mit anschließender
Kühlung auf Raumtemperatur verpreßt werden. Das Verpressen unter Druck und Wärme
erfolgt nun derart, daß das in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorlaminat entsteht,
das nach entsprechender Abkühlung auf Raumtemperatur aus der Presse entnommen und
auf die vorgegebenen Abmessungen besäumt wird. Dabei erfolgt die Besäumung derart,
daß nunmehr die Durchbrechungen 8 bis zu den Kanten des besäumten Vorlaminats reichen.
Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist aufgrund der Pressung unter Druck und Wärme der
Klebestreifen 5 in das oberste Prepreg eingedrückt worden, so daß die Oberfläche
des Prepregs und die Oberfläche des Klebestreifens in einer Ebene liegen. Weiterhin
sind die Durchtrennungen 8 nach dem Preßvorgang vollständig mit Harz, mit dem die
Prepregs getränkt sind, ausgefüllt. Dabei werden die Prepregs durch das Harz in
den Durchtrennungen nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wieder miteinander fixiert,
und aufgrund der geringen Festigkeit des Harzes entsteht in diesen Bereichen eine
Sollbruchstelle. Die derart erfindungsgemäß hergestellten-Vorlaminate weisen keine
Deformierung
in Form einer etwa beim Preßvorgang efitstandenen Längsvertiefung im flexiblen metallkaschierten
Laminat auf, die eine Leiterplattenherstelung erschweren würde. Bei der beschriebenen
erfindungsgemäßen Arbeitsweise treten auch keine Delaminierungen in Form von Blasen
nach dem Verpressen des Vorlaminates an der schwach haftenden Klebebandseite in
Teilbereichen des späteren flexiblen Schaltungsteils auf. Demgefnäß besitzt das
erfindungsgemäße Vorlaminat eine völlig ebene Metalloberfläche, so daß die Leiterplattenproduktion
in der bei starren Basismaterialien üblichen Weise durchgeführt werden kann. Eine
derartige Leiterplattenherstellung beginnt mit dem Stanzen oder Bohren der Pilotlöcher,
was wichtig bei Vorlaminaten mit Mehrfachnutzenaufteilung ist. Danach erfolgt die
beiderseitige Reinigung der Metalloberflächen des erfindungsgemäßen Vorlaminats.
Daran schließt sich bei zweiseitigen, nicht durchmetallisierten Schaltungen der
Positiv-Siebdruck oder die Beschichtung mit UV-polymerisierbaren Ätzresisten mit
Belichtung und Entwicklung an. Danach folgt der Ätzvorgang mit Entschichtung des
Ätzresistes, der Lötstopmasken- und Kennzeichnungsdruck, die Aktivierung der Lötaugen
und das Schützen durch Lötlack, siehe Fig.
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3, wo eine derart vorbereitete Leiterplatte dargestellt ist. Je nach
Dicke des erfindungsgemäßen Vorlaminats kann an den vorhandenen Sollbruchstellen
9 zwecks Erleichterung des späteren Brechvorgangs das Laminat zusätzlich geritzt
oder gefräst werden, wobei diese Anfräsungen mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet
sind.
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Anschließend wird über die Passer in bekannter Weise aufgenommen und
das Lochbild gebohrt oder gestanzt. Die Kontur der späteren fertigen Leiterplatte
wird dabei zugleich mit bearbeitet. Dann schließt sich im noch
starren
Zustand der derart vorbereiteten Leiterplatte das Bestücken mit Bauteilen und Löten
auf der Lötwelle oder dem Schlepplötbad an. Abschließend wird die noch starre Leiterplatte
an den Sollbruchstellen 10 durch Biegung gebrochen, siehe Fig. 4, und die mit Klebeband
5 abgedeckten Bereiche 11 werden entnommen, so daß die flexiblen Teilbereiche 12
ihre Funktion voll erfüllen können.
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Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorlaminats
ist in Fig. 5 dargestellt, wobei gleiche Teile wie in den Fig. 1 bis 4 mit denselben
Bezugsziffern versehen sind. Hierbei ist die Metallfolie 1 mit einem elastischen
Lackfilm 13 an ihrer Unterseite beschichtet, wodurch die Kunststoffolie 2 gemäß
dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 erspart wird.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführung eines erfindungsgemäßen Vorlaminats
kann darin bestehen, daß, wie in Fig. 6 dargestellt, in Abweichung von der Ausführungsform
gemäß Fig. 1, wobei im übrigen gleiche Teile wie in dieser Figur mit denselben Bezugsziffern
versehen sind, anstatt einer durchgehenden Kunststoffolie 2 lediglich die Metallfolie
1 mit einer Kunststoffolie 14 abschnittsweise beschichtet ist. Dabei ist diese Kunststoffolie
14 derart plaziert, daß ihre Enden etwa 3 bis 5 mm die Durchbrechungen 8 in Richtung
auf die starren Bereiche überlappen. Bei dieser Ausführungsform wird bei dem Preßvorgang
unter Wärme jeweils der Kunststoffolienabschnitt 14 in die Oberfläche der Prepregs
4 eingepreßt, so daß die Kunststoffolienoberfläche mit der Prepregoberfläche bündig
ist. Auch diese Ausführungsform sichert eine ausreichende Tragfähigkeit und Belastbarkeit
im flexiblen Teil. Gleichzeitig werden jedoch die Kosten zur Herstellung gesenkt,
da eine Flächenabdeckung durch Kunststoffolie im starren Bereich entfällt.
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Als Metallfolien 1 und 6 können je nach Verwendungszweck und Anforderung
alle handelsüblichen Metallfolien verwendet werden. Vorteilhafterweise wird eine
galvanisch hergestellte Kupferfolie mit einer Dehnung von 1 15 % mit eine#r Dicke
von ca. 35 Mm verwendet.
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Als Kunststoffolie 2, 14 können je nach Verwendungszweck und Anforderung
alle handelsüblichen Folien sowie lackierte Gewebe eingesetzt werden. Vorteilhafterweise
wird eine Polyimid-Folie mit einer Dicke von ca. 50 pm eingesetzt.
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Als Kleber 3 und 7 können je nach Verwendungszweck und Anforderung
thermoplastische oder duroplastische Kleber verwendet werden. Vorteilhafterweise
wird ein lötbadfester, duroplastischer Kleber eingesetzt, wobei die Schichtdicke
vorzugsweise 15 bis 25 pm beträgt.
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Als Prepregs 4 können je nach Verwendungszweck und Anforderung alle
für die Schichtstoffherstellung in Frage kommenden Prepregs eingesetzt werden. Vorteilhafterweise
können epoxidharzimprägnierte Papiere eingesetzt werden, die dem kupferkaschierten
Basismaterialtyp NEMA FR3 entsprechen.
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Als Klebestreifen 5 können je nach Verwendungszweck und Anforderung
übliche Kunststoffolien aus z.B. Polyvinylchlorid, Polyester, Polyimid, Polysulfon,
Zelluloseacetat verwendet werden, deren Haftkleberbeschichtung bei den üblichen
Preßtemperaturen zwischen 1200 - 1700 C polymerisierbar ist und deren haftvermittelnde
Schicht ein üblicher Haftvermittler ist.
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