DE4405228C1 - Starre, in Teilbereichen biegbare Gedruckte Schaltungen und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft starre, in Teilbereichen biegbare Gedruckte Schaltungen, bestehend aus starren Leiterplattenmaterialien mit einer oder mehreren Leiterbahnebenen, wobei die biegbaren Teilbereich jeweils aus einer Polyamidfolie oder aus an sich starren Leiterplattenmaterialien geringerer Dicke bestehen und in den starren Bereichen zusätzlich starre Lagen vorgesehen sind, wodurch Höhenunterschiede zwischen biegbaren und starren Teilbereichen auf der Gedruckten Schaltung ausgebildet sind, wobei die Flanken der starren Bereiche an der Grenze zum biegbaren Bereich abgeschrägt sind und zumindest der biegbare Bereich und die Flanken der starren Bereiche mit einer Folie überzogen sind. Außerdem wird ein Verfahren zu ihrer Herstellung angegeben.

Gedruckte Schaltungen mit starren und biegsamen Teilbereichen werden seit vielen Jahren in Geräten oder Fahrzeugen zur elektronischen Regelung und Steuerung eingesetzt. Sie werden gewöhnlich aus übereinanderliegenden starren und flexiblen Einzellagen aufgebaut, die sich über die gesamte Schaltung erstrecken und miteinander verklebt und verpreßt sind, wobei in den biegsamen Teilbereichen die starren Lagen entfernt sind. Bei den Einzellagen handelt es sich um steife (z. B. glasfaserverstärktes Epoxidharz) und biegsame Isolationsträger (z. B. Polyimidfolie) mit ein- oder zweiseitigen Kupferkaschierungen, in die die Leiterbahnen geätzt werden. Solche Gedruckte Schaltungen sind wegen der Verwendung von relativ teuren Polyimidfolien und der zahlreichen Verfahrensschritte bei der Herstellung kostenträchtig.

In neuerer Zeit verwendet man daher Gedruckte Schaltungen, die ausschließlich aus kostengünstigerem starren Leiterplattenmaterial (Prepregs) bestehen, und die in den biegbaren Bereichen eine geringere Dicke aufweisen als in den starren Bereichen. Diese Gedruckten Schaltungen sind dort anwendbar, wo die Zahl der Biegebeanspruchungen der Gedruckten Schaltungen während der Lebenszeit des Gerätes, in das sie eingebaut sind, begrenzt ist. Solche starr­ biegbare Gedruckte Schaltungen sind beispielsweise in der DE-OS 41 31 935 A1 beschrieben.

Bei diesen Gedruckte Schaltungen besteht ein relativ großer Höhenunterschied zwischen den starren und den biegbaren Bereichen, wobei die Flanken des starren Materials zum biegbaren Bereich normalerweise senkrecht (Winkel = 90°) ausgebildet sind.

In der DE 30 47 197 C1 wird eine starre, in Teilbereichen biegbare Gedruckte Schaltung beschrieben, bei der in den starren Bereichen zusätzlich starre Lagen vorgesehen sind, wodurch Höhenunterschiede zwischen den biegbaren und starren Teilbereichen auf der Gedruckten Schaltung ausgebildet sind. Die Flanken der starren Bereiche sind an der Grenze zum biegbaren Bereich abgeschrägt und der biegbare Bereich und die Flanken der starren Bereiche mit einer Fotolackschicht, z. B. in Form einer Folie, abgedeckt. Aus der US 5,206,463 ist es bekannt, eine Abschrägung der Flanken in Stufen vorzunehmen.

Bei der Herstellung solcher Schaltungen ist meist eine Kupferabscheidung in einem stromlosen Kupferbad notwendig, um Durchkontaktierungen in der Schaltung zu ermöglichen. Dabei werden sogenannte Flitterbildungen beobachtet, die die Qualität der abgeschiedenen Kupferschicht beeinträchtigen. Diese Flitterbildung wird anscheinend durch die Oberflächenbeschaffenheit des Leiterplattenmaterials in und an den biegbaren Bereichen begünstigt. Auch eine Fotolackschicht verhindert diese Flitterbildung nicht.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, starre, in Teilbereichen biegbare Gedruckte Schaltungen zu entwickeln, bestehend aus starren Leiterplattenmaterialien mit einer oder mehreren Leiterbahnebenen, wobei die biegbaren Teilbereiche jeweils aus einer Polyimidfolie oder vorzugsweise aus an sich starren Leiterplattenmaterialien geringerer Dicke bestehen und in den starren Bereichen zusätzlich starre Lagen vorgesehen sind, wodurch Höhenunterschiede zwischen biegbaren und starren Teilbereichen auf der Leiterplatte ausgebildet sind. Dabei sind die Flanken der starren Bereiche an der Grenze zum biegbaren Bereich abgeschrägt und zumindest der biegbare Bereich und die Flanken der starren Bereiche mit einer Folie überzogen. Diese Leiterplatten sollten bei der Verkupferung in stromlosen Kupferbädern nicht die sogenannte Flitterbildung begünstigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flanken unter einem Winkel α zwischen 15 und 75° abgeschrägt sind, und daß die Folie aus Kupfer besteht.

Vorzugsweise bildet man einen stufenweisen Höhenübergang zwischen starren und biegsamen Bereichen durch Verwendung mehrerer Einzellagen aus starren Materialien (Prepregs) aus, wobei es vorteilhaft ist, wenn alle auftretenden Kanten abgerundet bzw. abgeschrägt sind. Bewährt haben sich insbesondere Winkel zwischen 30 und 60°.

Diese Abschrägung der Flanken zwischen starren und biegbaren Bereichen der Leiterplatten ist notwendig, um zumindest den biegbaren Bereich und die Flanken mechanisch mit einer Kupferfolie überziehen zu können, ohne daß es zu Beschädigungen dieser Kupferfolie kommt. Diese Kupferfolie verhindert zuverlässig die "Flitterbildung" beim Einbringen der Leiterplatten in stromlose Kupferbäder. Diese Kupferfolie kann im Normalfall auch die gesamte Oberfläche der Schaltung überziehen.

Das Abdecken dieses Bereichs mit einer Kupferfolie hat sich auch bewährt, wenn der biegbare Bereich aus einer Polyimidfolie besteht.

Solche Gedruckte Schaltungen stellt man vorzugsweise dadurch her, daß auf eine untere Kupferfolie eine Polyamidfolie oder vorzugsweise eine oder mehrere, in ihrer Gesamtheit nach dem Laminieren noch biegbare starre Einzellagen (Prepregs) aufgebracht, anschließend mehrere, mit Ausnehmungen im späteren biegbaren Bereich versehene Prepregs und eine weitere obere Kupferfolie aufgelegt wird, wobei die Ausnehmungen dieser Prepregs entsprechend des gewünschten Flankenwinkels verschieden groß sind, und abschließend das Prepregpaket gepreßt und die obere Kupferfolie mit einem entsprechenden Werkzeug in die Ausnehmung eingedrückt wird, so daß sie den biegbaren Bereich und die Flanken des starren Bereichs zum biegbaren Bereich vollständig abdeckt.

Die Abbildung zeigt schematisch in beispielhafter Ausführungsform einen biegsamen Bereich aus einer starr­ biegsamen Gedruckte Schaltung im Längsschnitt. Dieser biegsame Bereich (1), der beidseitig begrenzt von zwei starren Bereichen (2) wird, besteht aus einer Kupferfolie (3), auf der zwei Prepregs (4) aufgebracht sind. Darüber befinden sich weitere Prepregs (5), die mit Ausnehmungen (6) versehen sind; wobei die Ausnehmungen (6) entsprechend der gewünschten Größe des Winkels α der beiden Flanken (7) nach oben immer größer werden. Abgedeckt werden die Flanken (7), der biegsame (1) und die starren Bereiche (2) durch eine weitere Kupferfolie (8).

Durch Anzahl und Art der Prepregs (4) im biegbaren Bereich (1) wird die Dicke und die Biegbarkeit dieses Bereichs bestimmt. Solche Prepregs bestehen vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Polyesterharz. Durch die nach oben hin gestuft größer ausgeschnittenen Prepregs (5) wird erreicht, daß beim Laminierungsprozeß und Eindrücken der oberen Kupferfolie (8), die normalerweise eine Dicke von 17,5 oder 35 µm aufweist, keine Rißbildung und sonstigen mechanischen Beschädigungen auftreten, was eine Weiterverarbeitung verhindern würde. Die Abstufung in den Ausnehmungen (6) beträgt normalerweise etwa 0,5 mm. Eine so hergestellte Leiterplatte ist insgesamt starr, in Teilbereichen jedoch biegsam, wobei diese Teilbereiche normalerweise eine Dicke von 0,05 bis 0,25 mm aufweisen. Die Leiterplatte ist beidseitig vollständig kupferkaschiert und kann entsprechend mit Leiterbahnen versehen werden. Die Weiterverarbeitung zur Gedruckten Schaltung ist problemlos, insbesonders erfordert die vollständige Kupferabdeckung keinen Sonderaufwand bei der Duchkontaktierung.

Die Prepregs (3) im biegbaren Bereich können auch durch eine Polyimidfolie ersetzt werden.

Claims (5)

1. Starre, in Teilbereichen biegbare Gedruckte Schaltungen, bestehend aus starren Leiterplattenmaterialien mit einer oder mehreren Leiterbahnebenen, wobei die biegbaren Teilbereiche jeweils aus einer Polyimidfolie oder aus an sich starren Leiterplattenmaterialien geringerer Dicke bestehen und in den starren Bereichen zusätzlich starre Lagen vorgesehen sind, wodurch Höhenunterschiede zwischen biegbaren und starren Teilbereichen auf der Gedruckten Schaltung ausgebildet sind, die Flanken der starren Bereiche an der Grenze zum biegbaren Bereich abgeschrägt sind, und zumindest der biegbare Bereich und die Flanken der starren Bereiche mit einer Folie überzogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (7) unter einem Winkel α zwischen 15 und 75° abgeschrägt sind, und daß die Folie (8) aus Kupfer besteht.

2. Gedruckte Schaltungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung der Flanken (7) in Stufen ausgebildet ist.

3. Gedruckte Schaltungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Flanken (7) abgerundet sind.

4. Gedruckte Schaltungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α zwischen 30 und 60° liegt.

5. Verfahren zur Herstellung einer Gedruckten Schaltung nach Anspruch 1 bis 4, durch Aufeinanderlaminieren von starren Einzellagen (Prepregs), die mit Kupfer kaschiert sein können, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine untere Kupferfolie eine oder mehrere, in ihrer Gesamtheit nach dem Laminieren noch biegbare, starre Einzellagen (Prepregs) aufgebracht, anschließend mehrere, mit Ausnehmungen im späteren biegbaren Bereich versehene Prepregs und eine weitere obere Kupferfolie aufgelegt werden, wobei die Ausnehmungen dieser Prepregs entsprechend des gewünschten Flankenwinkels α verschieden groß sind, und abschließend das Prepregpaket gepreßt und die obere Kupferfolie mit einem entsprechenden Werkzeug in die Ausnehmung eingedrückt wird.