DE4120670C2 - Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Leiterplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Leiterplatte, wie es beispielsweise aus der WO 87/01577 A1 bekannt ist. Bei diesem Verfahren werden zu­ nächst leitfähige Strukturen auf eine ebene Platte aufge­ bracht und diese dann vor dem Formen mit einem Substrat durch Spritzgießen in einer Form überzogen. Dies bedingt jedoch ein Vorformen des Substrats und darüberhinaus würden Durchgangs­ löcher im Substrat für eine Durchkontaktierung in unerwünsch­ ter Weise ausgefüllt werden. Das Problem der Durchkontaktie­ rung ist in dieser Druckschrift nicht angesprochen.

Weiterhin ist aus der JP 01226193 A ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Leiterplatte durch Thermoformen bekannt. Dort wird zur Herstellung leitfähiger Strukturen eine leitfähige Paste in Zwischenräume eingefüllt, wobei dieses Verfahren zum einen relativ aufwendig ist und bei Feinstrukturen kaum realisiert werden kann. Das Problem von durchkontaktierten Strukturen ist dort ebenfalls nicht angesprochen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Leiterplatte aufzu­ zeigen, die trotz komplizierter Schaltungsmuster und Durch­ kontaktierungslöchern leicht hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Die Kunststoffolie ist vorzugsweise ein Film oder eine dünne Platte aus einem Kunstharz, das aus einem amorphen Polymer wie ABS-Kunstharz, Polykarbonat oder Polyethersulfon zusam­ mengesetzt ist. Die Platte besteht in vorteilhafter Weise aus demselben Material wie die Kunststoffolie, so daß eine beson­ ders gute und sichere Verbindung beim Thermoformen herge­ stellt werden kann. Die leitfähigen Strukturen können sich aus Kupfer, Silber oder anderen leitfähigen Metallen zusam­ mensetzen. Ein hauptsächlich Graphit enthaltender Wider­ standsbereich kann auf und an den leitfähigen Strukturen ge­ bildet werden.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von Zeichnungen erläu­ tert werden. Es zeigen:

Fig. 1A, 1B, 1C, 1D, 1E und 1F erläuternde Ansichten, die die Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer dreidimen­ sionalen Leiterplatte als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen, und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der dreidimensionalen Leiterplatte.

Ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Leiter­ platte als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 1A bis 1F erläutert.

Erster Verfahrensschritt: Bilden von Durchgangslöchern.

Fig. 1A illustriert das Bilden von Durchgangslöchern 5 zur Verbindung von Anschlüssen auf einer Kunststoffolie 1. Die Durchgangslöcher 5 mit einem Durchmesser von 1 mm sind an vorgegebenen Bereichen der Kunststoffolie 1 ausgebildet, die aus 1 mm dickem ABS-Kunstharz besteht, so daß eine Leiterbahn 2, die im nächsten Verfahrensschritt gebildet wird, durch die Durchgangslöcher 5 an der Rückseite der Kunststoffolie 1 freiliegt bzw. zugänglich ist.

Zweiter Verfahrensschritt: Bilden von Leiterbahnen als leit­ fähige Bereiche.

Fig. 1B illustriert die Bildung der Leiterbahnen 2 auf der Kunststoffolie 1. Die Leiterbahnen 2 liegen mit ihren Enden an den Löchern 5 und werden durch Siebdruck unter Verwendung von leitfähiger Druckfarbe gebildet. Die leitfähige Druckfar­ be ist pastenförmig ausgebildet und besteht aus 75% Kupfer­ partikeln, 20% Bindemittel und 5% Kohlefaser mit den Abmes­ sungen 0,1 µm ∅ × 10 µm. Die so gebildeten Leiterbahnen 2 sind 1 mm breit und 20 µm dick und werden durch einen Spalt 4 unterbrochen, der durch einen später beschriebenen Wider­ standsbereich 3 überdeckt werden soll.

Dritter Verfahrensschritt: Bilden eines Widerstandsbereichs.

Fig. 1C illustriert die Bildung des Widerstandsbereichs 3 über dem Spalt 4 in der Leiterbahn 2. Der Widerstandsbereich 3 wird über den Spalt 4 unter Verwendung von Druckfarbe auf­ gedruckt, die 75% Graphit und 25% Bindemittel enthält. In der Folge wird der Widerstandsbereich 3 getrocknet, wobei die Leiterbahn 2 ergänzt wird.

Vierter Verfahrensschritt: Bilden einer Platte.

Fig. 1D illustriert die Bildung einer Platte 6, die die Kunststoffolie 1 überdeckt. Die Platte 6 ist aus 5 mm dickem ABS-Kunstharz gebildet. Da die Kunststoffolie 1 und die Plat­ te 6 bei der Überdeckung und beim Heißverbinden kompatibel sein müssen, wie später beschrieben wird, ist das Material der Kunststoffolie 1 vorzugsweise dasselbe wie das der Platte 6. Da jedoch die Platte 6 dicker als die Kunststoffolie ist, sollte die Platte 6 eine geringe Viskosität aufweisen, wäh­ rend die Kunststoffolie 1 eine hohe Viskosität aufweisen sollte, so daß die Kunststoffolie 1 und die Platte 6 beim Er­ hitzen auf denselben Wert erweicht werden können, bevor sie dem Vakuumformen ausgesetzt werden, wie später beschrieben wird.

Fünfter Verfahrensschritt: Luftformen bzw. Vakuumformen.

Das bevorzugte Vakuumformverfahren wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1E erläutert. Anstelle von Vakuumformen könnte auch ein Blasformverfahren eingesetzt werden. Beim Vakuumformver­ fahren wird eine Form 10 verwendet, die ein oberes Formstück 10a und ein unteres Formstück 10b enthält. Die Form 10 weist auch eine Vielzahl von Poren 11 für den Luftaustritt auf. Das obere Formstück 10a enthält einen Einlaß 14 und eine Kammer 12a, und das untere Formstück 10b enthält eine Kammer 12b, die mit einer Vakuumpumpe 13 verbunden ist. Die Form 10 ist auch mit einer entfernt angeordneten Infrarot-Heizvorrichtung (nicht dargestellt) versehen, um die Kunststoffolie 1 und die Platte 6 vor dem Vakuumformen aufzuheizen. Beim Arbeitsvor­ gang wird die Kunststoffolie 1, die über der Platte 6 mit an dieser anliegenden Leiterbahn 2 angeordnet ist, wie dies in Fig. 1D dargestellt ist, zunächst in der Form 10 plaziert. Insbesondere werden die Kunststoffolie 1 und die Platte 6 zwischen dem oberen Formstück 10a und dem unteren Formstück 10b gehalten. In der Folge werden die Kunststoffolie 1 und die Platte 6 in der Form 10 für 5 Minuten bei 200°C durch die entfernt angeordnete Infrarot-Heizeinrichtung erhitzt. Luft wird vom Einlaß 14 über die Kammer 12a des oberen Form­ stücks 10a auf die obere Fläche der Kunststoffolie 1 ge­ drückt. Simultan dazu wird die Vakuumpumpe 13 betätigt, um Luft aus der Kammer 12b des unteren Formstücks 10b abzusau­ gen. Eine dreidimensionale Leiterplatte 15 wird dadurch ge­ formt.

Sechster Verfahrensschritt: Herausnehmen.

In der folge wird die dreidimensionale Leiterplatte 15 für 0,25 Stunden abgekühlt und aus der Form 10 herausgenommen. Nach dem Herausnehmen werden unnötige Bereiche von der drei­ dimensionalen Leiterplatte 15 entfernt und man erhält eine gewünschte Konfiguration, wie in Fig. 1F dargestellt.

Die durch die vorstehend genannten Verfahrensschritte ver­ vollständigte dreidimensionale Leiterplatte 15 enthält die Kunststoffolie 1 und die Platte 6, die über ihre Ausdehnung hinweg miteinander hitzeverbunden sind, wie in Fig. 2 darge­ stellt. Die Leiterbahn 2 und der Widerstandsbereich 3 sind zwischen der Kunststoffolie 1 und der Platte 6 eingeschlos­ sen. Die Leiterbahn 2 ist zur Außenseite durch die Löcher 5 freigelegt.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die dreidimensiona­ le Leiterplatte 15 durch Überdecken und dichtes Verbinden der Kunststoffolie 1, auf dem die Leiterbahn 2 aufgeformt ist, und er Platte 6 durch ein Luftformverfahren, wie das Blasfor­ men oder das Vakuumformen, in einfacher Weise gebildet. Die eine komplizierte Konfiguration aufweisende dreidimensionale Leiterplatte 15 kann auf einfache Weise mit einer minimalen Anzahl von Verfahrensschritten und reduzierten Kosten herge­ stellt werden. Dadurch ist das Verfahren gemäß dem bevorzug­ ten Ausführungsbeispiel für die Massenproduktion von dreidi­ mensionalen Leiterplatten geeignet. Da die Leiterbahn 2 mit Ausnahme der Löcher 5 durch die Kunststoffolie 1 überdeckt ist, ist keine isolierende Membran erforderlich. Weiterhin kann ein kompliziertes und dichtes Schaltungsmuster lediglich durch Wiederholung der Druckverfahrensschritte gebildet wer­ den, ohne daß eine andere Form erforderlich wäre.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Leiterplatte (15) mit folgenden Verfahrensschritten:

• a) Vorsehen von Durchgangslöchern (5) in einer Kunststoffo­ lie (1) und Aufbringen von leitfähigen Strukturen (Leiterbahnen 2, Widerstände 3) auf eine Oberflächensei­ te dieser Folie (1),
• b) Auflegen der strukturierten Kunststoffolie (1) auf eine Platte (6) aus Kunststoff mit gleicher Polymerbasis wie die Kunststoffolie (1), wobei die leitfähigen Strukturen (2, 3) der Platte (6) zugewandt sind,
• c) Einlegen dieses Verbundes in eine dreidimensionale Form (10)
• d) Thermoformen durch Wärme, Druck oder Vakuum des Verbun­ des, wobei die Kunststoffolie (1) und die Platte (6) miteinander verbunden und gleichzeitig in die gewünschte Form gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Strukturen (2, 3) auf der einen Oberflä­ chenseite der Kunststoffolie (1) zur Verbindung der Durch­ gangslöcher (5) durch Siebdruck mittels einer leitfähigen Druckfarbe oder Paste aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die leitfähigen Strukturen (2, 3) zur Verbin­ dung der Durchgangslöcher (5) auf der Oberfläche der Kunst­ stoffolie (1) aufgebracht werden.