DE69330967T2

DE69330967T2 - Herstellung einer kombinierten starren/flexiblen mehrschichtigen leiterplatte

Info

Publication number: DE69330967T2
Application number: DE69330967T
Authority: DE
Inventors: Roland Caron; J. Millette; A. Thoman
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1993-12-02
Filing date: 1993-12-02
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2013-12-03
Also published as: DE69330967D1; WO1995015673A1; CA2177275A1; EP0732039A1; CA2177275C; JPH09509283A; EP0732039B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung mehrlagiger Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten, bei denen die biegsamen Leiterplatten aus der starren Leiterplatte herausragen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung mehrlagiger Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten, wobei zwei Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten aus einem neuartigen Trägerverbundmaterial hergestellt werden können.

Hintergrund der Erfindung

Techniken zur Herstellung mehrlagiger Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten sind im Stand der Technik bekannt. Ein frühes Beispiel aus dem Stand der Technik ist in dem US-Patent Nr. 3,409,732 offenbart, das auf den Erwerber der Rechte an der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde und auf dessen Lehren hierin Bezug genommen wird. Typischerweise schließt eine Leiterplatte mit aufeinander gestapelten starren und biegsamen Abschnitten biegsame Leiterplattenkabel ein, die aus der Peripherie des oder der starren Abschnitte(s) herausragen. Die starren Abschnitte der biegsamen Kabel werden typischerweise als Anschlüsse für elektronische Bauteile oder mechanische Hardware verwendet. Es ist wichtig anzumerken, dass der Kupferleiter in den einzelnen Ebenen bzw. Lagen aus einer einzigen Endloskupferfolie hergestellt wird.
Die Verbesserungen in der Elektroniktechnologie gingen mit einem konstanten Bedürfnis nach Fortschritten bei der elektronischen Unterbringung auf engstem Raum einher. Dieses Bedürfnis hat zu komplexeren mehrlagigen Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten geführt, die aus zahlreichen Leiterplatten bestehen und heute über bis zu 25 oder sogar mehr Schaltschichten verfügen. Es kam jedoch zu großen Problemen, wenn die starren Abschnitte der Leiterplatte viele Leiterschichten und mit Kupfer durchmetallisierte Bohrungen einschlossen, so dass die Leiterschichten verbindende leitende Zylinder entstanden.
Ein besonderes Problem, das in dem US-Patent Nr. 4,800,461, das auf den Erwerber der Rechte an der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde und auf dessen Lehren hierin Bezug genommen wird, behandelt und diskutiert wird, beschrieb die Tatsache, dass die durchmetallisierten Bohrungen bei mehrlagigen Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten, die Isoliermaterialien wie Acrylklebstoff und Kapton (Kapton ist ein Warenzeichen der E.I. DuPont de Nemours and Company Inc. für einen Polyimidfilm) einschlossen, entlang ihrer Z-Achse durch die Isoliermaterialien beansprucht werden. Der vorherrschende Einfluss, so wurde berichtet, war der Wärmeausdehnungskoeffizient des Acrylklebstoffs (Ausdehnung entlang der Z-Achse). Es wurde beobachtet, dass alle durchmetallisierten Bohrungen aufgrund der bei vielen mehrlagigen Anwendungen mit starren und biegsamen Abschnitten erforderlichen Acrylklebstoffmenge beansprucht werden, wobei es häufig zu Rissen kommt, was die Leiterplatten unbrauchbar macht.
Um dieses Problem zu überwinden, berichtete das Patent Nr. 4,800,461 über ein neuartiges Verfahren zur Bereitstellung eines starren Abschnittes, der Isoliermaterialien beinhaltet, die sich bei erhöhten Temperaturen nicht in Z- Richtung ausdehnen und daher nicht zu Schwierigkeiten wie z. B. Delaminierung und Rissbildung in den galvanisierten Kupferzylindern führen. Anders ausgedrückt wurden die Materialien, die in dem starren Abschnitt der mehrlagigen Leiterplatte eine unerwünschte Ausdehnung in die Z-Richtung bewirken, sowie die Materialien, die übermäßig viel Feuchtigkeit absorbieren, wie z. B. Acrylklebstoff und Kapton, in dem Patent Nr. 4,800,461 aus dem starren Abschnitt der Leiterplatte eliminiert.
Das Patent Nr. 4,800,461 war zwar bei der Bewältigung der darin genannten unterschiedlichen Probleme, insbesondere des Problems der zuvor beschriebenen Wärmebeanspruchung außerordentlich erfolgreich, doch das Verfahren zur Herstellung der Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten blieb auf die Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte mit starren und biegsamen Abschnitten beschränkt, bei der stets zwei Leiterplatten aus einem Trägerverbundmaterial hergestellt werden und mittels des Prepreg miteinander verbunden bleiben. Anders ausgedrückt beginnt das Herstellungsverfahren gemäß den Lehren aus dem Stand der Technik mit dem Schritt des Auflaminierens von zwei Leiterschichten (d. h. Kupferschichten) auf eine einzelne Isolierlage (Prepreg) mit anschließender Bildgebung und Ätzen. Wurde eine der beiden verbundenen Leiterschichten nicht richtig mit einem Bild versehen, war es dementsprechend notwendig die gesamte Laminierung zu verwerfen.
Die GB-A-2 249 219 offenbart ein Leiterplatten-Trägerverbundmaterial sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung, bei dem zwei auf einer Seite mit Kupfer beschichtete Laminate mittels eines auf beiden Seiten haftenden Klebebandes miteinander verbunden werden. Nach der Bildgebung und dem Ätzen der Kupferlagen zur Bildung leitender Muster werden die beiden einseitig behandelten Leiterplatten dann voneinander getrennt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung mehrlagiger Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten bereitzustellen, bei dem zwei Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten aus einem neuartigen Trägerverbundmaterial hergestellt, mit einem Bild versehen und anschließend in zwei einzelne einseitig behandelte Trägerlaminate getrennt werden können.
Es ist außerdem ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Trägerzusammensetzung bereitzustellen, die ausreichend eben und starr ist, um ihre adäquate Handhabung und Weiterbearbeitung zu erlauben, und die sich in zwei einzelne Lagen trennen lässt, die jeweils eine mit einem Bild versehene Kupferschicht umfassen, die auf eine mit einem Klebstoff wie z. B. Epoxid imprägnierte Glasfaserlage auflaminiert ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit starren und biegsamen Abschnitten, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, sowie ein Trägerverbundmaterial für Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten, wie es in Anspruch 1 definiert ist, bereit. Zwei Kupferlagen werden auf ein Prepreg auflaminiert und zwischen die auflaminierten Kupferlagen wird ein Ablösematerial eingebracht, dessen Abmessungen nicht mit den Rändern des Prepreg übereinstimmen, so dass der Träger mit einem Bild versehen und in der üblichen Weise bearbeitet werden kann und man mit dem Einschneiden in die Ränder des Trägermaterials nach der Bildgebung an einer Stelle innerhalb der Trägergrenzen auch in die Ablöseschicht schneidet, was die Trennung der beiden einzelnen mit einem Bild versehenen Kupferlagen von ihrem Träger-Prepreg sowie die Entfernung des Ablösematerials erlaubt.
Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit starren und biegsamen Abschnitten, das die Schritte des Auflaminierens eines Paares von Leiterschichten auf entsprechende entgegengesetzte Flächen einer Isolierlage zur Bildung eines Trägerverbundmaterials umfasst, wobei die Isolierlagen beide an einer Ablöseschicht haften und die Abmessungen der Ablöseschicht nicht mit den Rändern der Isolierlagen übereinstimmen. Das Trägerverbundmaterial wird dann auf den Leiterschichten mit einem Bild versehen und geätzt, so dass ein Leitermuster entsteht. Dann wird an einer Stelle innerhalb der Trägergrenzen in den Träger und die Ablöseschicht eingeschnitten, so dass die beiden mit einem Bild versehenen und geätzten Leiterschichten abgetrennt und das Ablösematerial von der Isolierlage entfernt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorausgegangenen und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind besser verständlich und werden deutlich durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 ein auseinander gezogener Perspektivschnitt des neuartigen Trägerverbundmaterials ist;
Fig. 2 ein auseinander gezogener Perspektivschnitt des neuartigen Trägerverbundmaterials ist und den Einschnitt an einer Stelle innerhalb seiner Grenzen und in die Ablöseschicht zeigt;
Fig. 3 ein auseinander gezogener Perspektivschnitt des neuartigen Trägerverbundmaterials mit einem Prepreg und einer Deckschicht aus Kapton/Acrylklebstoff ist;
Fig. 4 ein auseinander gezogener Perspektivschnitt einer einzelnen, zur Herstellung einer mehrlagigen Leiterplatte mit starren und biegsamen Abschnitten verwendeten Leiterschicht ist;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Lagen von Fig. 4 nach dem Auflaminieren und bestimmten Bearbeitungsprozessen ist;
Fig. 6 ein Querschnitt entlang der zwecks besserer Erkennbarkeit vergrößerten Ansichtslinie 3-3 in Fig. 5 ist;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht in Form eines Diagramms ist, das die erfindungsgemäßen Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten nach dem Auflaminieren und anderen Bearbeitungsschritten der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Strukturen zeigt;
Fig. 8 ein auseinander gezogener Perspektivschnitt der Schichtmaterialien ist, die zur Bildung der die erfindungsgemäßen Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten formenden Strukturschichten verwendet werden, wobei der Träger zwei laminierte Kupferlagen ohne Ablöseschicht enthält;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht der Lagen von Fig. 8 nach dem Auflaminieren und bestimmten Bearbeitungsprozessen ist;
Fig. 10 ein Querschnitt entlang der zwecks besserer Erkennbarkeit vergrößerten Ansichtslinie 3-3 in Fig. 9 ist;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht in Form eines Diagramms ist, das die erfindungsgemäßen Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten nach dem Auflaminieren und anderen Bearbeitungsschritten der in den Fig. 9 und 10 dargestellten Strukturen zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

In der in Fig. 1 dargestellten ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das neuartige Trägerverbundmaterial 10, wie dargestellt, zwei leitende Kupferlagen 12 und 14 mit beispielweise 28,3 oder 56,6 g Kupfer, die an den üblicherweise als Prepreg bezeichneten Isolierlagen 16 und 18, die aus mit einem Klebstoff wie Epoxid imprägnierten Glasfaserlagen bestehen, haften. Weiterhin stellt Fig. 1 das Ablösematerial 20 dar, dessen Abmessungen, wie dargestellt, nicht mit den Rändern der Isolierlagen 16 und 18 übereinstimmen.
Dementsprechend ist anzurechnen, dass bei dem Verfahren zur Herstellung des neuartigen Trägerverbundmaterials 10 ein Paar leitender Lagen oder Schichten 12 und 14 auf die entgegengesetzten Flächen der Isolierlagen 16 und 18 auflaminiert werden, wobei die Isolierlagen beide an einer Ablöseschicht 20 haften und die Abmessungen der Ablöseschicht nicht mit den Rändern der Isolierlagen übereinstimmen. Es ist anzurechnen, dass das ein Paar leitender Lagen umfassende Trägerverbundmaterial ausreichend eben und starr ist, seine Handhabung und Weiterbearbeitung, insbesondere die Bildgebung zur Bildung eines Leitermusters zu erlauben.
Fig. 2: Das zur Bildung von Leitermustern 22 mit einem Bild versehene und geätzte Trägerverbundmaterial wird an einer Stelle innerhalb seiner Grenzen 24 sowie in und durch die Ablöseschicht 20 eingeschnitten, die beiden Leiterschichtmuster 26 und 28 werden abgetrennt und das Ablösematerial von den Isolierlagen entfernt. Alle Leiterschichten können dann wie nachfolgend beschrieben weiterbearbeitet werden.
Fig. 3 stellt eine der abgetrennten Leiterschichten 14 und ihr angrenzendes Prepreg 18 dar, das wiederum mit einer anderen Prepregschicht als Deckschicht 30 und einer biegsamen Isolierschicht 32 - einer Kapton/Acrylklebstoff- Deckschicht - überzogen ist. Alternativ kann die Deckschicht aus Kapton/- Acrylklebstoff 32 durch eine kostengünstigere Lötmaske ersetzt werden, auf der bei Lichteinwirkung ein Bild erzeugt werden kann.
In einer in den Fig. 4-7 dargestellten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beginnt die Bildung der mehrlagigen Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten mit der Bereitstellung eines Leitermusters 26 oder 28, gefolgt von einem anfänglichen Bearbeitungsschritt, der die Behandlung des belichteten Kupferleitermusters zur Verbesserung der Bindungsfähigkeit eines weiteren Epoxidprepreg an das Kupfer einschließt, beispielweise nach dem typischerweise bei starren Leiterplatten verwendeten Schwarzoxid-Verfahren. Eine weitere Isolierprepregschicht 34 mit einem Ausschnitt 38 befindet sich auf einer Seite des Trägers 26. Eine biegsame Isolierlage aus Kapton 42, die mit einer Schicht eines geeigneten Klebstoffes 44, beispielsweise eines Acrylklebstoffes, der das Kapton hervorragend an Kupfer bindet, überzogen ist, befindet sich auf einer Seite der Glasfaserlage 34. Eine ähnliche, mit einer Schicht des Klebstoffes 48 überzogene Kaptonschicht 46 befindet sich auf der anderen Seite der Glasfaserlage 26. Isolierschichten wie Kapton und Acrylklebstoff verleihen den biegsamen Abschnitten, wie im Zusammenhang mit den Fig. 6 und 7 diskutiert, Flexibilität und Reißfestigkeit. Alternativ können die Kaptonschicht 46 und die Klebeschicht 48 durch eine Lötmaske ersetzt werden, auf der bei Lichteinwirkung ein Bild erzeugt werden kann.
Wie in Fig. 6 dargestellt, sind die Kaptonschichten 42 und 46 sowie die dazugehörigen Klebeschichten 44 und 48 etwas länger als die Länge der Ausschnitte 38 und 40 in den Glasfaserlagen, so dass sie die Schicht 34 beispielsweise um 1,27 mm (0,050 Inch) leicht überlappen. Das durch die zuvor genannten Lagen gebildete Sandwich wird dann aufeinander laminiert, so dass die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Leiterplattenstruktur entsteht. Es ist zu beachten, dass die Seiten der Ausschnitte aus Gründen der besseren Erkennbarkeit in Fig. 7 nicht dargestellt sind.
Nach dem Auflaminieren wird eine Anzahl Leiterplatten 50 mit korrekter Passgenauigkeit aufeinander gestapelt, wobei sich epoxidimprägnierte Glasfaserlagen 52 (Fig. 7) beispielsweise zwischen sieben Leiterplatten 50 befinden. Aus Gründen der besseren Erkennbarkeit sind bei der oberen Leiterplatte 50 nur zwei der Leiterplattenstrukturen 50 dargestellt, und zwar schematisch und auseinander gezogen.
Es ist zu beachten, dass die Ausschnitte 54 in den Prepreglagen 56 etwas länger sind als die Ausschnitte 38 (Fig. 4) und in ihren Abmessungen mit den Kaptonschichten 42 und 46 übereinstimmen, so dass die Kaptonschichten 42 und 46, wie in Fig. 7 dargestellt, an die Ränder der Lagen 56 anstoßen.
Vor dem Stapeln der Leiterplatten 50 ist es wünschenswert, die in Fig. 7 dargestellten biegsamen Kabel, die durch die ausgeschnittenen Stellen verlaufen, einzuschneiden, um die endgültige Konstruktion der Leiterplattenstruktur mit starren und biegsamen Abschnitten zu vereinfachen.
Nach dem Stapeln von sieben der Leiterplatten 50 mit geeigneten Außenkappen werden die Schichten auflaminiert, so dass bei diesem Beispiel eine neunschichtige Leiterplatte mit starren und biegsamen Abschnitten entsteht (die Außenkappen fügen in diesem Beispiel eine Lage pro Kappe hinzu); dann werden in geeigneten Anschlussflächen 58 Löcher gebohrt, um die gewünschten Leiter 60 miteinander zu verbinden. Die Bohrungen werden dann durch ein geeignetes Verfahren, beispielsweise durch Einwirken geeigneter Reinigungschemikalien zur vollständigen Reinigung der Kupferleiter gesäubert. Aufgrund der Abwesenheit jeglicher gegenüber solchen Chemikalien beständiger Klebstoffe oder Isoliermaterialien wie z. B. Acrylklebstoff und Kapton in dem starren Abschnitt der Leiterplatte geht dieser Prozess rasch vonstatten. Falls gewünscht, können anstelle der chemischen Reinigung Plasmareinigungstechniken angewandt werden.
Dann werden die Bohrungen durchmetallisiert, um die gewünschten Leiter 60 miteinander zu verbinden. In Fig. 6 ist ein Teil eines durchmetallisierten Zylinders 62 durch gestrichelte Linien dargestellt, da dieser erst nach dem Zusammenlaminieren der Leiterplatten 50 mit den Prepreglagen 56 entsteht.
Fig. 7 stellt in Form eines Diagramms eine Leiterplatte mit starren und biegsamen Abschnitten 64 dar, mit den aus Gründen der besseren Erkennbarkeit vergrößerten durchmetallisierten Bohrungen 62 und biegsamen, in ihren Abmessungen mit den starren und biegsamen Abschnitten übereinstimmenden Kabeln 66, die zwischen den starren Abschnitten 68 und 69 verlaufen und die Leiterplatten auf geeignete Weise verbinden. Falls gewünscht, werden die oberen und unteren Kappen nur im Bereich der starren Leiterplatten 68 auf die Leiterplatten 50 laminiert. Solche Kappen werden typischerweise aus kupferbeschichteten Polyimid-Glas- oder Epoxid-Glas-Laminaten hergestellt. Leiterplatten mit Kupferleitern lassen sich wie gewünscht auf einer oder beiden Seiten der Kappen herstellen.
Dadurch, dass der starre Abschnitt 68 und die Abschnitte der biegsamen Kabel, deren Abmessungen mit dem starren Abschnitt übereinstimmen, durch ein Isoliermaterial, d. h. Lagen aus Glasfaser und Klebstoff wie Epoxid gebildet werden, die Charakteristiken oder Eigenschaften aufweisen, die dem starren Abschnitt der Leiterplatte eine Entspannung von der Wärmebeanspruchung in der Leiterplatte erlauben, wird die Delaminierung der Leiterplatten und die Rissbildung in den durchmetallisierten Zylindern verhindert, wenn die Leiterplatte oder Abschnitte davon erhöhten Temperaturen unterzogen werden.
Anders ausgedrückt enthält die starre Leiterplatte 68 keine problematischen Materialien wie Acrylklebstoff und Kapton mit hoher Ausdehnungsrate und Feuchtigkeitsabsorption, da sich die Abschnitte der biegsamen Kabel, die nur Kapton- und Acrylklebeschichten einschließen, nicht wesentlich in den starren Abschnitt hinein erstrecken. Natürlich könnten sich die Kapton- und Acrylklebeschichten unwesentlich in den starren Abschnitt erstrecken, ohne dass dadurch übermäßige Probleme entstehen. Auch die erfindungsgemäßen Leiterplatten einer heißen Lötschmelze und erhöhten Temperaturen zu unterziehen, bewirkt keine differenzielle Ausdehnung und Kontraktion, die zu einer Rissbildung in den mit Kupfer durchmetallisierten Zylindern 62 oder einer Delaminierung der Lagen führt. Darüber hinaus werden längere Ofentrocknungszeiten von häufig bis zu 48 Stunden bei Temperaturen in der Größenordnung von 250º F zur Entfernung von Feuchtigkeit vermieden. Außerdem erlaubt die Verwendung von Ablöse- und/oder Trägerplattenmaterialien in dem Trägerabschnitt der erfindungsgemäßen Leiterplatte vorteilhafterweise eine erhöhte Starrheit und bessere Handhabungseigenschaften der Leiterplatte.
Die Erfindung ermöglicht nicht nur die erfolgreiche Herstellung mehrlagiger Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten und einer großen Anzahl von Leiterschichten, sondern stellt auch hervorragende mehrlagige Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten bereit, die weniger Schichten besitzen, beispielsweise in der Größenordnung von nur vier Leiterschichten.
Bei der in den Fig. 8-11 dargestellten zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung schließt der anfängliche Bearbeitungsschritt die Bildung eines Trägers 70 durch Auflaminieren zweier Kupferlagen 72 und 74 mit beispielsweise 28,3 oder 56,6 g Kupfer auf eine üblicherweise als Prepreg bezeichnete Isolierlage 76 aus einer oder zwei mit einem Klebstoff wie z. B. Epoxid imprägnierten Glasfaserschichten ein. Um militärische Spezifikationen zu erfüllen, gemäß denen nach der Laminierung zwischen den Kupferebenen mindestens 3,5 mils liegen müssen, sind zwar zwei Glasfaserlagen dargestellt, doch kann unter geeigneten Umständen auch eine einzelne Prepreglage verwendet werden.
Nach der Laminierung des Trägers 70 werden die Kupferschichten mit einem Bild versehen und geätzt, so dass Kupferanschlussflächen 78 und Leiter 80 (in Fig. 9 schematisch dargestellt) auf der Glasfaserlage 76 entstehen. Die belichteten Kupferleitermuster werden dann behandelt, um die Fähigkeit des Epoxid-Prepreg, an dem Kupfer zu haften, zu verbessern, beispielsweise nach dem typischerweise bei starren Leiterplatten verwendeten Schwarzoxid-Verfahren.
Zwei weitere Isolierprepreglagen 82 und 84 mit Ausschnitten 86 und 88 befinden sich auf beiden Seiten des Trägers 70. Eine biegsame Kapton-Isolierlage 90, die mit einer Schicht eines geeigneten Klebstoffes 92, beispielsweise eines Acrylklebstoffes, der Kapton und Kupfer hervorragend verbindet, überzogen ist, befindet sich auf einer Seite der Glasfaserlage 82. Eine mit einer Klebeschicht 96 überzogene Kaptonschicht 92 befindet sich auf der anderen Seite der Glasfaserlage 84. Isolierschichten wie Kapton und Acrylklebstoffe verleihen den biegsamen Abschnitten, wie im Zusammenhang mit den Fig. 10 und 11 diskutiert, hervorragende Flexibilität und Reißfestigkeit.
Wie in Fig. 10 dargestellt, sind die Kaptonschichten 90 und 94 sowie die dazugehörigen Klebeschichten 92 und 96 etwas länger als die Länge der Ausschnitte 86 und 88 in den Glasfaserlagen, so dass sie die Schichten 82 und 84 um beispielsweise 1,27 mm (0,050 Inch) leicht überlappen. Das durch die zuvor genannten Lagen gebildete Sandwich wird dann aufeinander laminiert, so dass die in den Fig. 9 und 10 dargestellte Leiterplattenstruktur 98 entsteht. Es ist zu beachten, dass die Seiten der Ausschnitte 86 und 88 aus Gründen der besseren Erkennbarkeit in Fig. 10 nicht dargestellt sind.
Nach dem Auflaminieren wird eine Anzahl Leiterplatten 98 mit korrekter Passgenauigkeit aufeinander gestapelt, wobei epoxidimprägnierte Glasfaserlagen 100 (Fig. 10) sich beispielsweise zwischen sieben Leiterplatten 98 befinden. Aus Gründen der besseren Erkennbarkeit sind bei der oberen Leiterplatte 98 nur zwei der Leiterplattenstrukturen 98 dargestellt, und zwar schematisch und auseinander gezogen.
Es ist zu beachten, dass die Ausschnitte 102 in den Prepreglagen 100 etwas länger sind als die Ausschnitte 86 und 88 (Fig. 8) und in ihren Abmessungen mit den Kaptonschichten 90 und 94 übereinstimmen, so dass die Kaptonschichten 90 und 94, wie in Fig. 10 dargestellt, an die Ränder der Lagen 100 anstoßen.
Vor dem Stapeln der Leiterplatten 98 ist es wünschenswert, die in Fig. 11 dargestellten biegsamen Kabel, die durch die ausgeschnittenen Stellen verlaufen, einzuschneiden, um die endgültige Konstruktion der Leiterplattenstruktur mit starren und biegsamen Abschnitten zu vereinfachen.
Nach dem Stapeln von sieben der Leiterplatten 98 mit geeigneten Außenkappen werden die Schichten auflaminiert, so dass bei diesem Beispiel eine 16-schichtige Leiterplatte mit starren und biegsamen Abschnitten entsteht (die Außenkappen fügen in diesem Beispiel eine Lage pro Kappe hinzu); dann werden in geeigneten Anschlussflächen 78 Löcher gebohrt, um die gewünschten Leiter 80 miteinander zu verbinden. Die Bohrungen werden dann durch ein geeignetes Verfahren, beispielsweise durch Einwirken geeigneter Reinigungschemikalien zur vollständigen Reinigung der Kupferleiter gesäubert. Aufgrund der Abwesenheit jeglicher gegenüber solchen Chemikalien beständiger Klebstoffe oder Isoliermaterialien wie z. B. Acrylklebstoff und Kapton in dem starren Abschnitt der Leiterplatte geht dieser Prozess rasch vonstatten. Falls gewünscht, können anstelle der chemischen Reinigung Plasmareinigungstechniken angewandt werden.
Dann werden die Bohrungen durchmetallisiert, um die gewünschten Leiter 80 miteinander zu verbinden. In Fig. 10 ist ein Teil eines durchmetallisierten Zylinders 104 durch gestrichelte Linien dargestellt, da dieser erst nach dem Zusammenlaminieren der Leiterplatten 98 mit den Prepreglagen 100 entsteht.
Wie zuvor diskutiert, werden Probleme der Wärmeausdehnung und Feuchtigkeitsretention in dem starren Abschnitt, denen man früher bei Materialien wie Kapton und Acrylklebstoffen begegnete, aufgrund der Abwesenheit solcher Materialien vermieden.
Fig. 11 stellt schematisch eine Leiterplatte mit starren und biegsamen Abschnitten 106 dar, mit den aus Gründen der besseren Erkennbarkeit vergrößerten durchmetallisierten Bohrungen 104 und biegsamen, in ihren Abmessungen mit den starren und biegsamen Abschnitten übereinstimmenden Kabeln 110, die zwischen den starren Abschnitten 108 und 112 verlaufen und die Leiterplatten auf geeignete Weise verbinden. Falls gewünscht, werden die oberen und unteren Kappen nur im Bereich der starren Leiterplatten 108 auf die Leiterplatten 98 laminiert. Solche Kappen werden typischerweise aus kupferbeschichteten Polyimid-Glas- oder Epoxid-Glas-Laminaten hergestellt. Leiterplatten mit Kupferleitern lassen sich wie gewünscht auf einer oder beiden Seiten der Kappen herstellen.
Dadurch, dass der starre Abschnitt 108 und die Abschnitte der biegsamen Kabel, deren Abmessungen mit dem starren Abschnitt übereinstimmen, durch ein Isoliermaterial, d. h. Schichten aus Glasfaser und Klebstoff wie Epoxid gebildet werden, die Charakteristiken oder Eigenschaften aufweisen, die dem starren Abschnitt der Leiterplatte eine Entspannung von der Wärmebeanspruchung in der X- und Y-Ebene der Leiterplatte erlauben, wird die Delaminierung der Leiterplatten und die Rissbildung in den durchmetallisierten Zylindern verhindert, wenn die Leiterplatte erhöhten Temperaturen unterzogen wird.
Anders ausgedrückt enthält die starre Leiterplatte 108 keine problematischen Materialien wie Acrylklebstoff und Kapton mit hoher Ausdehnungsrate und Feuchtigkeitsabsorption, da sich die Abschnitte der biegsamen Kabel, die nur Kapton- und Acrylklebeschichten einschließen, nicht wesentlich in den starren Abschnitt hinein erstrecken. Natürlich könnten sich die Kapton- und Acrylklebeschichten unwesentlich in den starren Abschnitt erstrecken, ohne dass dadurch übermäßige Probleme entstehen. Die erfindungsgemäßen Leiterplatten einer heißen Lötschmelze und erhöhten Temperaturen zu unterziehen, bewirkt keine differenzielle Ausdehnung und Kontraktion, die zu einer Rissbildung in den mit Kupfer durchmetallisierten Zylindern 104 oder einer Delaminierung der Schichten führt. Darüber hinaus werden längere Ofentrocknungszeiten von häufig bis zu 48 Stunden bei Temperaturen in der Größenordnung von 250º F zur Entfernung von Feuchtigkeit vermieden.
Die Erfindung ermöglicht nicht nur die erfolgreiche Herstellung mehrlagiger Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten und einer großen Anzahl von Leiterschichten, sondern stellt auch hervorragende mehrlagige Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten bereit, die weniger Schichten besitzen, beispielsweise in der Größenordnung von nur vier Leiterschichten.
Die Erfindung wurde zwar mit Bezug auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen dargestellt und beschrieben, die Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten bereitstellen, die Vorteile aufweisen, die sich bei Leiterplatten aus dem Stand der Technik nicht finden, doch es ist davon auszugehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist, abzuweichen. Die Bildgebung und Verbindung der Leiterplatten-Leiter lässt sich z. B. durchführen, indem die gesamte Leiterplatte mit einer Schicht einer Lötmaske überzogen wird, auf der bei Lichteinwirkung ein Bild erzeugt werden kann, so dass die gesamte Leiterplatte auf einmal bearbeitet werden kann. Vorteilhafterweise vermindert dies die Kosten dieses Bearbeitungsschrittes außerordentlich und damit auch die Gesamtkasten der entstandenen Leiterplatte.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit starren und biegsamen Abschnitten, das folgende Schritte umfaßt:

Auflaminieren zweier Leiterschichten (12, 14) auf die jeweils entgegengesetzten Oberflächen zweier Isolierschichten, wobei die Isolierschichten (16, 18) an den gegenüberliegenden Oberflächen einer Ablöseschicht (20) befestigt sind, deren Abmessungen denen der Isolierschichtränder nicht entsprechen, so dass ein Verbundmaterial-Schichtträger (10) entsteht;

Bildgeben und Ätzen der Leiterschichten zur Bildung von Leitermustern (22);

Einschneiden des Verbundmaterial-Schichtträgers an einem Punkt innerhalb seiner Ränder und in die Ablöseschicht;

Trennen der beiden mit Bild versehenen und geätzten Leiterschichten und Entfernen des Ablösematerials von der Isolierschicht.

2. Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten nach Anspruch 1, wobei das Ablösematerial Poly(vinylfluorid) ist.

3. Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten nach Anspruch 1, wobei die Isolierschichten aus mit einem Epoxidkleber imprägnierten Glasfaserschichten bestehen.

4. Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten nach Anspruch 1, das folgende zusätzliche Schritte umfaßt:

Auflaminieren eines Paares aus ersten, mit einem Kleber imprägnierten Isolierschichten mit ausgeschnittenen Stellen und auf einer Seite mit einer Klebeschicht bedeckten Isolierlagen, deren Abmessungen denen der ausgeschnittenen Stellen entsprechen und die mindestens einen Rand der ersten Isolierschichten leicht überlappen, auf die abgetrennte, mit einem Bild versehene und geätzte Leiterschicht, so dass eine erste Leiterplattenstruktur mit einer Leiterschicht entsteht, Einschneiden passender biegsamer Kabel in die Fläche der ausgeschnittenen Stelle, Aufeinanderstapeln einer Vielzahl der ersten Leiterplattenstrukturen und von zweiten, mit einem Klebstoff imprägnierten Isolierschichten zwischen den ersten Leiterplattenstrukturen, wobei die zweiten Isolierschichten ausgeschnittene Stellen aufweisen, deren Abmessungen im wesentlichen mit denen der Isolierlagen übereinstimmen, Aufeinanderlaminieren der ersten Leiterplattenstrukturen und der zweiten Isolierschichten zur Bildung einer zweiten Leiterplattenstruktur mit starren und biegsamen Abschnitten, Bohren von Löchern in den starren Abschnitt der Leiterplattenstruktur, Reinigen der Bohrungen sowie Durchmetallisieren der Bohrungen zur Bildung leitender Zylinder, die die Leiter in den Leitermustern der Leiterschichten verbinden, wobei die zweite Leiterplattenstruktur eine starre und biegsame Abschnitte aufweisende Schaltung mit biegsamen Kabeln ist, die aus den mit den ausgeschnittenen Stellen größenmäßig übereinstimmenden Flächen herausgeschnitten sind und aus dem starren Abschnitt herausragen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Isolierlagen in dem starren Abschnitt mit einem Epoxidkleber imprägnierte Glasfaserschichten und die auf einer Seite mit einer Klebeschicht bedeckten Isolierlagen auf einer Seite mit einem Acrylkleber bedeckte Polyimidfolien sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die auf einer Seite mit einem Klebstoff imprägnierten Isolierlagen durch eine Lötmaske ersetzt werden, die bei Lichteinwirkung ein Bild erzeugt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, das folgende weitere Schritte umfaßt:

Auflaminieren eines Paares aus ersten, mit einem Klebstoff imprägnierten Leiterschichten mit ausgeschnittenen Stellen und auf einer Seite mit einer Klebeschicht bedeckten Isolierlagen, deren Abmessungen denen der ausgeschnittenen Stelle entsprechen und die mindestens einen Rand der ersten Isolierflächen leicht überlappen, auf die mit einem Bild versehene und geätzte Leiterschicht, so dass eine erste Leiterplattenstruktur mit einer Leiterschicht entsteht, Einschneiden eines passenden biegsamen Kabels in die Fläche der ausgeschnittenen Stelle, Aufeinanderstapeln einer Vielzahl der ersten Leiterplattenstrukturen und von zweiten, mit einem Klebstoff imprägnierten Isolierschichten zwischen den ersten Leiterplattenstrukturen, wobei die zweiten Isolierschichten ausgeschnittene Stellen aufweisen, deren Abmessungen im wesentlichen mit denen der Isolierlagen übereinstimmen, Aufeinanderlaminieren der ersten Leiterplattenstrukturen und der Isolierschichten zur Bildung einer zweiten Leiterplattenstruktur mit starren und biegsamen Abschnitten, Bohren von Löchern in den starren Abschnitt der Leiterplattenstruktur, Reinigen der Bohrungen und Durchmetallisieren der Bohrungen zur Bildung leitender Zylinder, die die Leiter in den Leitermustern der Leiterschichten verbinden, wobei die zweite Leiterplattenstruktur eine starre und biegsame Abschnitte aufweisende Schaltung mit biegsamen Kabeln ist, die aus den mit den ausgeschnittenen Stellen größenmäßig übereinstimmenden Flächen herausgeschnitten sind und aus dem starren Abschnitt herausragen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Isolierlagen in dem starren Abschnitt um mit einem Epoxidkleber imprägnierte Glasfaserschichten und die auf einer Seite mit einer Klebeschicht bedeckten Isolierlagen in dem biegsamen Abschnitt Polyimidfolien mit Acrylkleberschichten sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die auf einer Seite mit einer Klebeschicht bedeckten Isolierlagen durch eine Lötmaske ersetzt werden, die bei Lichteinwirkung ein Bild erzeugt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, das folgende weitere Schritte umfaßt:

Auflaminieren zweier erster Schichten aus dem Isoliermaterial des starren Abschnitts, bei denen jeweils eine Stelle entfernt ist, so dass ein Ausschnitt entsteht, der der biegsam zu machenden Fläche der Leiterplatte entspricht, sowie von zwei Lagen aus dem Isoliermaterial des biegsamen Abschnitts, die größenmäßig mit den Ausschnitten in den Isolierschichten des starren Abschnitts übereinstimmen und die jeweilige Isolierschicht des starren Abschnitts am Rand des darin befindlichen Ausschnitts leicht überlappen, auf die mit einem Bild versehene und geätzte Leiterschicht, so dass eine erste Leiterplattenstruktur mit einer Leiterschicht entsteht;

Einschneiden der Lagen aus dem Material des biegsamen Abschnitts und der ersten Isolierschicht zur Bildung mindestens eines biegsamen Kabels, das zumindest teilweise den Abmessungen der Ausschnitte in den Isolierschichten des starren Abschnitts entspricht.

11. Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten nach Anspruch 10, wobei das Verfahren folgende weitere Schritte umfaßt:

Aufeinanderstapeln einer Vielzahl der ersten Leiterplattenstrukturen mit einer eingeschobenen Schicht aus dem Isoliermaterial des starren Abschnitts, die so positioniert ist, dass sie der Fläche der weiter zu laminierenden starren Abschnitte entspricht;

Aufeinanderlaminieren der Vielzahl von gestapelten ersten Leiterplattenstrukturen und der eingeschobenen Isolierschichten zur Bildung einer zweiten Leiterplattenstruktur mit starren und biegsamen Abschnitten;

Bohren von Löchern in die starren Abschnitte der zweiten Leiterplattenstruktur; und

Durchmetallisierung der Bohrungen zur Bildung leitender Zylinder, die die Leiter in den Leitermustern verbinden.

12. Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem Isoliermaterial des starren Abschnitts um mit einem wärmeaktivierbaren Epoxidkleber imprägnierte Glasfasern und bei dem Isoliermaterial des biegsamen Abschnittes um eine auf einer Seite mit einem Acrylkleber bedeckte Polyimidfolie handelt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die auf einer Seite mit einer Klebeschicht bedeckten Isolierlagen durch eine Lötmaske ersetzt sind, die bei Lichteinwirkung ein Bild erzeugt.

14. Verbundmaterial-Schichtträger für gedruckte Schaltungen mit starren und biegsamen Abschnitten, der die Herstellung zweier Leiterplatten mit starren und biegsamen Abschnitten ermöglicht, die nach der Bildgebung in zwei einzelne Verbundmaterial-Schichtträger getrennt werden können, der folgendes umfaßt:

zwei jeweils auf die entgegengesetzten Oberflächen zweier Isolierschichten laminierte Leiterschichten (12, 14), wobei die Isolierschichten (16, 18) an den gegenüberliegenden Oberflächen einer Ablöseschicht (20) befestigt sind, deren Abmessungen nicht denen der Isolierschichtränder entsprechen, so dass ein Verbundmaterial-Schichtträger entsteht;

durch Bildgebung und Ätzen der Leiterschichten gebildete Leitermuster, wobei das Verbundmaterial an einem Ort innerhalb seiner Ränder und in die Ablöseschicht eingeschnitten werden kann und anschließend die beiden mit einem Bild versehenen und geätzten Leiterschichten voneinander getrennt werden können und das Ablösematerial von den Isolierschichten entfernt werden kann.

15. Verbundmaterial-Schichtträger mit starren und biegsamen Abschnitten nach Anspruch 14, wobei die Ablöseschicht Poly(vinylfluorid) ist.

16. Verbundmaterial-Schichtträger mit starren und biegsamen Abschnitten nach Anspruch 14, wobei die Isolierschichten mit einem Epoxidkleber imprägnierte Glasfaserschichten sind.