EP2238815A2 - Verfahren zur verklebung von flexiblen leiterplatten mit polymermaterialien zur partiellen oder vollständigen versteifung - Google Patents

Verfahren zur verklebung von flexiblen leiterplatten mit polymermaterialien zur partiellen oder vollständigen versteifung

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EP2238815A2
EP2238815A2 EP09705439A EP09705439A EP2238815A2 EP 2238815 A2 EP2238815 A2 EP 2238815A2 EP 09705439 A EP09705439 A EP 09705439A EP 09705439 A EP09705439 A EP 09705439A EP 2238815 A2 EP2238815 A2 EP 2238815A2
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EP
European Patent Office
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circuit board
heat
printed circuit
adhesive film
pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09705439A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Husemann
Frank Hannemann
Markus Brodbeck
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Tesa SE
Original Assignee
Tesa SE
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05K3/386—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by the use of an organic polymeric bonding layer, e.g. adhesive

Definitions

  • the invention relates to a method for bonding flexible printed circuit boards with polymer materials for partial or complete stiffening.
  • heat-activatable films are used for bonding.
  • Pressure-sensitive adhesive tapes and heat-activated adhesive tapes are widely used processing aids in the age of industrialization. Especially for use in the electronic industry very high demands are placed on such tapes.
  • Flexible circuit boards are therefore represented in a variety of electronic devices, such as cell phones, car radios, computers, etc. Usually they consist of layers of copper (electrical conductor) and polyimide (electrical insulator). Due to the requirements of the field of application, flexible printed circuit boards must also be partially or completely reinforced. This can be done, for example, at locations where the flexible circuit board is equipped with processors. Here one would like to achieve by a stiffening on the back, that the processors do not detach themselves from the very flexible circuit board or tear out. Furthermore, stiffeners are also preferred Plug connections made. Again, stiffened on the back to facilitate handling, or if the circuit board is provided with a plug-receiving element, to protect them from the replacement.
  • heat-activated adhesive tapes are used, which release no volatile components and can also be used in high temperature ranges. This requirement is due to subsequent so-called reflow oven processes (reflow soldering processes, reflow soldering processes), which are used, for example, to fix the processors on the flexible printed circuit board with solder.
  • heat-activatable adhesive tapes are e.g. in US Pat. No. 5,478,885, which are based on epoxidized styrene-butadiene or styrene-isoprene block copolymers.
  • Other examples of heat-activatable adhesive films are shown in WO 96/33248.
  • the heating press has the advantage that a high pressure and a high temperature are applied simultaneously. Due to the high pressure, a good wetting behavior of the heat-activatable adhesive on the flexible printed circuit board and the stiffening medium is achieved. Further, the outgassing from the circuit board, especially moisture (polyimide has a strong tendency to absorb water), is suppressed by the high pressures.
  • this process also has disadvantages. For example, the efficiency of the process is relatively poor, since the process is not carried out continuously and the residence time in the heating press relatively long (usually at least 90 seconds). This results in a limitation, since the process duration is relatively long and thus the number of flexible printed circuit boards per hour is limited. This is in contrast to the increasing demand for electronic components and devices.
  • a method for producing printed circuit boards comprising a process for modifying a flexible printed circuit board, in particular for its stabilization, characterized by at least the following process steps: a) providing a sheet ("reinforcing plate") with lower flexibility than that of the flexible printed circuit board, b) hot lamination of a heat-activatable adhesive film on the reinforcing plate, c) placing the laminate of adhesive film and reinforcing plate with the Klebfolienseite on the flexible circuit board, d) introduction of the component from reinforcing plate, adhesive film and flexible circuit board in a vacuum atmosphere, e) hot lamination of the component under application of pressure and heat.
  • the hot-laminated component is subsequently subjected to a post-curing in a further method step f), in particular in an oven.
  • the heat-activatable adhesive film is preferably provided with a temporary carrier (release paper, release film, release liner or the like) prior to lamination with the reinforcing plate.
  • this temporary carrier can subsequently be removed after lamination of the heat-activatable adhesive film to the reinforcing plate in method step b), so that the surface of the heat-activatable adhesive film facing away from the reinforcing plate is uncovered.
  • steps c) and d) proceed in a continuous, quasi-continuous or semicontinuous process.
  • the sequence of process steps a) to f) of the process according to the invention is carried out in the sequence indicated above; However, it is also possible to advantageously vary the order of the method steps according to the invention.
  • a simultaneous implementation of two or more process steps can also be realized advantageously according to the invention, for example process steps d) and e), by creating the underpressure atmosphere only during the performance of the hot lamination (step e).
  • the process steps d) and e) are carried out in a continuous process, in particular by carrying out the process step e) of the hot lamination while maintaining the underpressure atmosphere, wherein the realized pressure ratios can be kept constant, but can also be varied.
  • Heat-activatable adhesive films are used in the process according to the invention.
  • such adhesive films are strapless fabrics of a heat-activable adhesive (other designation also “heat-activable adhesive"), optionally with suitable additives
  • the adhesive films used may advantageously be more or less self-tacky (tacky) at room temperature, in a further advantageous embodiment of the invention non-tacky adhesive films are used at room temperature above a (film-specific) activation temperature (or above a corresponding temperature range) have sufficient tack to allow the required, caused by the lamination process bonding process.
  • Adhesive films are very advantageous which, after carrying out the process according to the invention, bring about a permanent adhesive bond of the bonded substrates (flexible printed circuit board and reinforcing film).
  • the already mentioned post-curing process (depending on the film material and composition) may be advantageous.
  • the heat-activatable film is advantageously one based on a mixture of reactive resins which can crosslink at room temperature and form a three-dimensional, high-strength polymer network, and of permanently elastic elastomers comprising a
  • composition of the film is limited to the aforementioned
  • composition of the adhesive film can be advantageously varied by changing the nature and proportion of raw material in a wide range.
  • the elastomer may preferably be selected from the group of polyolefins, polyesters, polyurethanes or polyamides, or may be a modified rubber, e.g. Nitrile rubber.
  • thermoplastic polyurethanes are known as reaction products of polyester or polyether polyols and organic diisocyanates such as diphenylmethane diisocyanate. They are composed of predominantly linear molecules. Such products are usually commercially available in the form of elastic granules, for example from Bayer AG under the trade name "Desmocoll”.
  • the softening temperature of the adhesive sheet can be sufficiently lowered. Parallel occurs an increase in adhesion.
  • Rosin, hydrocarbon and / or coumarone resins, for example, have proved to be advantageously suitable resins according to the invention.
  • the amount of resins in the elastomer is to be based on the desired properties of the resulting product, but have been found to be very beneficial especially admixtures of 2 to 75, in particular to 40 wt .-% resin.
  • the reduction of the softening temperature of the adhesive film by the combination of TPU with selected epoxy resins, insbeosndere epoxy resins based on bisphenol A and / or bisphenol B, preferably with the addition of a hardener suitable for epoxy systems (for example dicyandiamide or another for epoxides known hardener) can be achieved.
  • a hardener suitable for epoxy systems for example dicyandiamide or another for epoxides known hardener
  • the chemical crosslinking reaction of the resins achieves high strengths between the adhesive film and the stiffening material.
  • a very suitable as adhesive film according to the invention system is also made of TPU and phenolic resins, optionally in the presence of other components or additives.
  • the TPU-phenolic resin-based adhesive film is also provided with hardener systems for phenolic resins. All hardeners known to those skilled in the art can be used here, which lead to a reaction with the phenolic resins. For example, all formaldehyde donors, e.g. Hexamethylentretramin.
  • the heat-activatable film is based on at least one nitrile rubber.
  • Nitrile-butadiene rubbers suitable in accordance with the invention are described, for example, as Europrene TM by Eni Chem, or under Krynac TM and Perbunan TM by Bayer, or under Breon TM and Nipol N TM available from Zeon. Hydrogenated nitrile-butadiene rubbers are available under Therban TM from Bayer and Zetpol TM from Zeon. Nitrile butadiene rubbers are polymerized either hot or cold.
  • the nitrile rubbers preferably have an acrylonitrile content of 15 to 45 wt .-% in order to avoid complete phase separation with the reactive resins.
  • Another criterion for the nitrile rubber is the Mooney viscosity. Since a high degree of flexibility must be ensured at low temperatures, the Mooney viscosity should be below 100 (Mooney ML 1 + 4 at 100 0 C; DIN 53523 respectively).
  • Examples of commercially available examples of such nitrile rubbers which are suitable according to the invention include Nipol TM N917 from Zeon Chemicals.
  • Carboxyl-, amine-, epoxy- or methacrylate-terminated nitrile-butadiene rubbers may advantageously be used as additional components to the nitrile rubbers. Particular preference is given to using those elastomers having a molecular weight of M w ⁇ 20,000 g / mol and / or an acrylonitrile fraction of from 5 to 30% by weight. An acrylonitrile content of at least 5% leads to optimum miscibility. Commercial examples of such terminated nitrile rubbers are, for example, Hycar TM from Noveon.
  • carboxy-terminated nitrile-butadiene rubbers preference is given to using rubbers having a carboxylic acid number of from 15 to 45, very preferably from 20 to 40.
  • the carboxylic acid number is given as the value in milligrams of KOH needed to completely neutralize the carboxylic acid; based on 1 g of rubber.
  • amine-terminated nitrile-butadiene rubbers particular preference is given to using rubbers having an amine value of from 25 to 150, more preferably from 30 to 125.
  • the amine value refers to the amine equivalents determined by titration against HCl in ethanolic solution. The amine value is based on amine equivalents per gram of rubber.
  • the proportion of the reactive resins in the nitrile rubber-based heat-activatable adhesive is preferably between 30 and 75 wt .-%.
  • a very preferred group includes epoxy resins.
  • the molecular weight M w of the epoxy resins used preferably varies from 100 g / mol up to a maximum of 10,000 g / mol for polymeric epoxy resins.
  • the epoxy resins used here include, for example, the reaction product of bisphenol A and epichlorohydrin, the reaction product of epichlorohydrin and glycidyl ester and / or the reaction product of epichlorohydrin and p-amino phenol.
  • Preferred commercial examples of epoxy resins particularly suitable according to the invention are e.g.
  • Examples of commercial aliphatic epoxy resins which are advantageous according to the invention are e.g. Vinylcyclohexane dioxides such as ERL-4206, ERL-4221, ERL 4201, ERL-4289 or ERL-0400 from Union Carbide Corp.
  • Vinylcyclohexane dioxides such as ERL-4206, ERL-4221, ERL 4201, ERL-4289 or ERL-0400 from Union Carbide Corp.
  • novolak resins which are also very suitable as resins for nitrile rubbers according to the invention, e.g. Epi-Rez TM 5132 from Celanese, ESCN-001 from Sumitomo Chemical, CY-281 from Ciba Geigy, DEN TM 431, DEN TM 438, Quatrex 5010 from Dow Chemical, RE 305S from Nippon Kayaku, Epiclon TM N673 from DaiNipon Ink Chemistry or Epicote TM 152 from Shell Chemical.
  • Epi-Rez TM 5132 from Celanese
  • ESCN-001 from Sumitomo Chemical
  • DEN TM 431, DEN TM 438 Quatrex 5010 from Dow Chemical
  • RE 305S from Nippon Kayaku
  • Epiclon TM N673 from DaiNipon Ink Chemistry or Epicote TM 152 from Shell Chemical.
  • melamine resins such as e.g. Cymel TM 327 and 323 from Cytec.
  • reactive polyisocyanates such as, for example, are also advantageously suitable.
  • Coronate TM L from Nippon Polyurethane Ind., Desmodur TM N3300 or Mondur TM 489 from Bayer for the mentioned adhesive systems.
  • the reactive resins should preferably be designed so that no volatile components are released during the crosslinking.
  • tackifying resins are added; very advantageous to a proportion of up to 30 wt. %, based on the total composition of the heat-activatable adhesive.
  • tackifying resins to be added all previously known adhesive resins described in the literature can be used without exception. Mention may be made representative of the pinene, indene and rosin resins, their disproportionated, hydrogenated, polymerized, esterified derivatives and salts, the aliphatic and aromatic hydrocarbon resins, terpene resins and terpene phenolic resins and C5, C9 and other hydrocarbon resins.
  • Combinations of these and other resins can also be used to adjust the properties of the resulting adhesive as desired.
  • all compatible with the nitrile rubbers (soluble) resins can be used, in particular reference is made to all aliphatic, aromatic, alkylaromatic hydrocarbon resins, hydrocarbon resins based on pure monomers, hydrogenated hydrocarbon resins, functional hydrocarbon resins and natural resins.
  • the presentation of the state of knowledge in the "Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" by Donatas Satas (van Nostrand, 1989) is expressly pointed out.
  • crosslinkers and accelerators can also be optionally added to the mixture, which in turn should advantageously release no volatile constituents in the crosslinking.
  • Suitable accelerators according to the invention are e.g. Imidazoles, commercially available as 2M7, 2E4MN, 2PZ-CN, 2PZ-CNS, P0505, L07N from Shikoku Chem. or Curezol 2MZ from Air Products. Also suitable as crosslinkers dicyandiamides.
  • amines in particular tertiary amines, for acceleration.
  • plasticizers can advantageously also be used according to the invention.
  • Plasticizers based on polyglycol ethers, polyethylene oxides, phosphate esters, aliphatic carboxylic acid esters and benzoic acid esters may preferably be used here.
  • aromatic carboxylic esters relatively high molecular weight diols, sulfonamides and adipic esters.
  • thermopiates or thermosets can be additized as stiffening elements to the elastomer.
  • suitable formulations are, for example, polyvinyl formal or polyvinyl butyral or polyvinyl acetate.
  • the heat-activatable adhesive film preferably has a thickness of 5-100 ⁇ m, preferably between 10 and 50 ⁇ m.
  • the mass forming the film is coated as a solution or from the melt onto a flexible substrate ("temporary carrier” or "release liner", for example release film, release paper) and optionally dried so that the mass of the substrate is light can be removed again.
  • a flexible substrate temporary carrier or "release liner", for example release film, release paper
  • the heat-activatable adhesive film is also covered from above with a release liner (for example, also release film or release paper). As a result, subsequent punching process are facilitated or protected the heat-activated film from contamination.
  • stiffening a variety of materials can be used. To exert a stiffening effect on the flexible circuit board, it is necessary that the stiffening material has a higher rigidity than the non-stiffened, flexible circuit board.
  • the term "reinforcing plate" is in this respect no further limitation of the rigidity connected.
  • stiffness the stiffness of the reinforcing plate makes it possible to produce well-defined products, ie stiffened printed circuit boards with well-defined stiffness values.
  • the rigidity values of the stiffening material are not subject to any further restrictions, so - depending on the desired result - stiffening materials with low stiffnesses can be used to protect the printed circuit board only slightly reinforce and so to achieve about roll-up products, as well as very rigid materials as a reinforcing material to obtain very stable end products, such as plug-in printed circuit boards in plug sockets (plug contacts) of other components. Also in between each stiffness value of the reinforcing plate for realizing a defined rigidity of the product is selectable.
  • stiffening materials are polymer films.
  • polyester and / or copolyester are preferably used.
  • Represented very often and very suitable according to the invention are, for example, PET films (polyethylene terephthalate films).
  • PET films polyethylene terephthalate films
  • the degree of stiffening is determined in particular by the thickness of the polyester film. As the thickness increases, the stiffening tendency increases.
  • polyimides or polyethylene napthalates (PENs) are also very often used for stiffening. These materials have a higher temperature resistance to PET for subsequent processes and therefore also have a very high suitability for the inventive method.
  • Further inventively suitable polymer materials are, for.
  • LCP's Liquid Crystal Polymers, liquid crystal polymers
  • the polymer materials can also be present in an advantageous variant of the process according to the invention as laminates of identical or different polymer films, in particular the aforementioned films, and / or have functional layers.
  • the laminates are mostly built with adhesives to minimize manufacturing costs, but the composite may also be made by other methods known in the art.
  • the stiffening polymer films are pretreated, such as e.g. by heat pretreatment and / or coronization and / or plasma pretreatment.
  • Preheat treatment anticipates possible outgassing in the subsequent inventive process.
  • the anchoring of the heat-activatable adhesive film on the stiffening material can be improved by a coronation or plasma pretreatment.
  • Glass fiber / epoxy materials are particularly preferred here (glass fiber fabric bonded with epoxy resin, so-called FR-4 materials). These exhibit in the hardened Condition a high temperature resistance and have very good stiffening properties. These can also - as already described above - be pretreated.
  • the flexible printed circuit boards can also be stiffened with metal foils or metal plates.
  • the metal foil or metal plate in addition to the stiffening also perform other functions, such. thermal conductivity and electrical conductivity. This may be necessary, for example, for EMI shielding (electromagnetic interference shielding) measures.
  • EMI shielding electromagnetic interference shielding
  • metals are - without wishing to be limited by this specification - stainless steel, steel, aluminum, brass, bronze, nickel and / or copper.
  • the metals may also be provided with a second layer, e.g. the passivation is used. For this purpose, e.g. Gold and / or silver coatings
  • the stiffening material has, in a preferred form, a roughness (arithmetic mean roughness R a according to DIN EN ISO 4287: 1998-10) of R a ⁇ 1 ⁇ m and / or a layer thickness of 10 ⁇ m to 2 mm, preferably from 50 ⁇ m to 800 ⁇ m, very preferably from 75 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • a roll laminator is preferably used for the lamination in process step b.
  • this process step is preferably carried out in a heating roller laminator, ie such a laminator, in which the rollers - or at least some of the rollers of the laminator - can be heated.
  • the highest process efficiency can be achieved.
  • this step can also be carried out in a hot press.
  • the heat-activatable film should be provided with two release liners, the protective release liner is removed (ie removal of the release liner layer on one of the two sides of the adhesive film). Then they become web-shaped the stiffening material (the reinforcing plate) and the heat-activatable film brought together.
  • the Schurollenlaminator should be advantageously provided with at least one rubber roller. In a particular process design according to the invention the Schurollenlaminator on two rubber rollers, which apply the pressure and advantageously also the heat for the prelamination (lamination in step b).
  • the heat roller laminator has two rollers of the same diameter. The rollers are heated either individually or together from inside or indirectly.
  • the heating rollers run planar to one another.
  • the sheet-like materials heat-activatable film and stiffening material
  • Feedingplatte feeding table, Feeding Shelf. This should be on one level with the pressure point of the two rollers.
  • the laminated material should advantageously be carried out again at the same level (same height as the feeding plate).
  • the H exertlaminier mixes is preferably carried out in a temperature window of 60 0 C to 180 0 C (roll temperature).
  • the choice of temperature depends in particular on the temperature stability of the stiffening material, the thickness of the material and the heat-activatable film.
  • the roll temperature should very preferably be above the softening temperature of the heat-activatable film, but furthermore preferably below the crosslinking temperature of the heat-activatable film in order to avoid cross-linking in the prelamination step.
  • very a bubble-free lamination should be ensured. For this purpose, it is advantageous to continue to optimize the roll pressure in addition to the temperature.
  • the effective pressure (lamination pressure) is preferably adjusted to not higher than 60 bar, more preferably not higher than 50 bar.
  • the respective pressure ratios are adapted in particular to the properties of the adhesive film (with high tendency to flow behavior under pressure is rather worked at lower pressures, with low flow tendency of the adhesive film can be selected for lamination a higher pressure).
  • the heating roller laminator is operated at a process speed of 0.1 to 10 m / min, in particular in continuous process control.
  • FIGURE 1 Such an advantageous process procedure is shown schematically by way of example in FIGURE 1.
  • the heat-activatable film 2 provided with a release liner is unwound (release liner not shown separately, located on the surface side of the adhesive film marked "2a").
  • An optionally second release liner layer on the other surface side of the adhesive film has either already been removed before winding the film or is removed during the unwinding process (not shown here) 4 (feed table, infeed shelf), the stiffening material 5 (reinforcing plate) is introduced, this can be discontinuous or preferably continuous, then the heat and the pressure are applied by the rollers 3, 6.
  • the laminate 7 of heat-activatable foil 2 (with release liner ) and ve stiffening material 5 is carried out via the outfeed table 8 (Outfeed Shelf). At this point, the heat-activatable film is still provided with a release liner and thus protected (not shown (in the drawing, the top surface side of the adhesive film in the laminate).
  • the lamination can very preferably be such that an adhesive film is continuously laminated by the "endless winding" onto a sequence of several or many continuous reinforcing plates
  • continuous process control is not limited to the exemplified process control of FIG. 1, but can also be carried out in other laminating methods.
  • an "endless” adhesive film may also be laminated to an "endless” layer of the reinforcing material, in particular in accordance with the process control and its variants illustrated herein.
  • the endless laminate can then be made up before the process steps d) and e), but it can also be used in the steps d) and e) are laminated to an endless version of the flexible printed circuit boards and the packaging takes place hereafter.
  • the subsequent process step removes the release liner. This can be done manually in the simplest case. For a continuous process, this step can also be done by a Dekaschierrolle. Furthermore, it may be advantageous to perform one or more stamping steps or cutting steps prior to removal of the release liner in order to change the size dimensions of the stiffening material with the heat-activatable film.
  • the laminate of stiffening material and heat-activatable film may be applied to the flexible circuit board.
  • the application is made with the side of the heat-activated film on the flexible circuit board.
  • the application is done manually or with a robot.
  • step c) may be in an advantageous manner to a layering of an endless embodiment of the laminate of heat-activatable film and stiffening material [as a product of endless lamination from step b)] and an endless configuration of the flexible conductor -Materials act, which takes place in particular according to the above comments on method step c).
  • the application of vacuum, pressure and heat can be carried out by various processes.
  • the application of pressure and heat takes place via a hot roll laminator.
  • the structure can be carried out in an advantageous variant of the method, in particular via a tripartite structure.
  • FIG. 2 shows, by way of example and schematically, such a three-part heated roll laminator device.
  • the flexible printed circuit board with the placed stiffening material is introduced into the filling chamber C1 (process line indicated by the arrow).
  • the chamber C1 is closed and drawn by means of a vacuum pump V1 vacuum.
  • the pressure in the vacuum (correctly: in the underpressure atmosphere) is preferably ⁇ 50 mbar, very preferably ⁇ 10 mbar, very preferably ⁇ 1 mbar.
  • the chamber C2 is preferably operated with ⁇ 50 mbar, very preferably ⁇ 10 mbar, very preferably ⁇ 1 mbar (in particular in accordance with the pressure ratios selected for the chamber C1, vacuum control for example by means of a vacuum pump V2).
  • the chamber C2 is equipped with one or more (n) Bankrollenlaminatoren (n ⁇ 1), so that simultaneously or with only a small time shift several components are supplied in parallel to the lamination process. Thus, the process time can be reduced.
  • the Schurollenlaminatoren preferably have a structure analogous to the representation in Figure 1 and the corresponding embodiments; wherein a correspondingly different supply of the component to be laminated (lack of unwinding and introduction of the component of reinforcing plate (stiffening material), adhesive film and flexible printed circuit board on the Feedingplatte) is taken into account. For complete wetting, the laminating pressure or the laminating temperature is generally increased.
  • the effective pressure (lamination pressure) is preferably not regulated higher than 60 bar, more preferably not higher than 50 bar.
  • the respective pressure ratios are adapted in particular to the properties of the adhesive film (with high tendency to flow behavior under pressure is rather worked at lower pressures, with low flow tendency of the adhesive film can be selected for lamination a higher pressure).
  • the H redesignlaminier mixes is preferably carried out in a temperature window of 60 0 C to 180 0 C (roll temperature).
  • the heated roll laminator is operated continuously at a process speed in the range of 0.1 to 10 m / min.
  • the heat roller laminators R n should each be provided with at least one rubber roller;
  • each Schurollenlaminator R n has two rollers with the same diameter.
  • the rollers are preferably heated either individually or together from inside or indirectly.
  • the heating rollers should preferably be planar to each other.
  • the stiffened circuit board is transferred through the lock D3 from the chamber C2 into the removal chamber C3, which was previously preferably at ⁇ 50 mbar, very preferably ⁇ 10 mbar, most preferably ⁇ 1 mbar was vacuumed (in particular identical to that in the chamber C2 selected pressure ratio, adjustment of the chamber pressure, for example by a further vacuum pump V3).
  • the chamber C3 is then ventilated in the chamber C3 (in particular to atmospheric pressure of 1013 mbar or up to the ambient pressure) and the printed circuit board is then removed after opening the lock D4.
  • the system can be operated semi-continuously thanks to the three-part structure.
  • the chamber C2 and / or C1 can be filled in parallel.
  • the cycle times can be reduce per chamber C1, C2, C3 to a maximum of 15 s, so that a fast and efficient process management is ensured.
  • FIG. 3 shows a vacuum heat roller laminator.
  • the vacuum-heated roller laminator is first filled via the lock I-D1.
  • the material to be laminated 1 1 [layer sequence of flexible printed circuit board, according to the stratification (placement) from step c); in particular present as an endless variant] is introduced into the laminator.
  • the introduction is preferably roll-shaped; in particular, when the stiffening material has sufficient flexibility to allow rewinding to the roll 12 (correctly: to the Archimedean spiral).
  • the chamber is closed via the lock I-D1 (the removal lock I-D2 is also closed) and evacuated via the vacuum pump 1 -V.
  • the heating roller laminator has a laminating pressure of at least 15 bar, more preferably of at least 25 bar, most preferably of at least 30 bar; in particular, the procedure is such that - depending on the adhesive film used - an upper limit of the laminating pressure of 60 bar, preferably 50 bar is not exceeded.
  • the Wienrollenlaminator is continuously with a
  • the H thoroughlylaminier mixes is preferably in a temperature window of 60 0 C to 180 0 C.
  • the laminated material 16 is transferred via the outfeed plate
  • Sluice I-D1 can be refilled at the same time for another lamination process.
  • the Schurollenlaminator should be advantageously provided with at least one rubber roller.
  • the heat roller laminator has two rubber rollers that apply the pressure and heat for lamination.
  • the Schurollenlaminator has two rollers with the same diameter. The rollers are heated either individually or together from inside or indirectly. For efficient lamination, the heating rollers should very preferably be planar with respect to one another.
  • This variant shown schematically by way of example in FIG. 4 is particularly suitable for the lamination of prefabricated components.
  • the flexible printed circuit board is inserted into the board laminator with one or more stiffening materials, each of which is provided with an adhesive film layer (in FIG. 4a, the not yet laminated composite of flexible circuit board and reinforcing material as Item number 21 a shown).
  • the plate laminator consists of two metal plates 22 and 23, wherein at least one of the metal plates 22, 23 is heatable, but preferably both metal plates.
  • a metal plate 23 is provided with one or more seals 24 so that a vacuum can be generated within the apparatus when the apparatus is closed, and at least one metal plate 23 equipped with at least one opening allowing evacuation (vacuum pump NV) (as opposed to this can also be the metal plate 22 in schematic drawing).
  • the flexible circuit board with the stiffening material (composite 21 a) is placed within the evacuatable area formed by the seal (s) 24.
  • process step II-b) according to FIG. 4b) the chamber formed by the seal (s) 24 is closed, in particular by the lowering of the metal plate 22.
  • the process step II-c) according to FIG. 4c) by evacuation with the vacuum pump NV the metal plates 22, 23 contracted.
  • the process is preferably operated with a vacuum (underpressure atmosphere) of ⁇ 50 mbar, very preferably ⁇ 10 mbar, very preferably ⁇ 1 mbar.
  • both metal plates (22, 23) are preferably heatable.
  • the metal plate temperature is preferably between 60 and 250 ° C., very preferably between 130 and 200 ° C.
  • Preference is given to choosing a laminating pressure of at least 15 bar, more preferably of at least 25 bar, most preferably of at least 30 bar; in particular, the procedure is such that - depending on the adhesive film used - an upper limit of the laminating pressure of 60 bar, preferably 50 bar is not exceeded.
  • the process times depend on the composition of the heat-activatable film (speed of crosslinking) and the period for evacuation. In a most preferred method, the maximum vacuum is achieved within 45 seconds, more preferably within 30 seconds, and preferably within 15 seconds. At constant vacuum, the pressure through the metal plates (22, 23) can be constant be held until it is ventilated again. After aeration, the laminated circuit boards are removed with the stiffening material (laminated composite 21b).
  • the seal (24) can be replaced by a full-surface diaphragm, which on the one hand assumes the sealing function, but also presses the printed circuit board composite to the upper metal plate. Due to the flexible nature, a very uniform pressure is applied to the composite.
  • the evacuation is preferably carried out from the upper metal plate (22); In particular, the heating by means of this metal plate (22).
  • the lower metal plate (23) is pressed against the closure before the vacuum is pulled and the pressure is applied to the flexible circuit board with the stiffening material (composite 21).
  • the curing process can be done in an oven, for example.
  • the furnace is operated in a preferred procedure according to the invention with circulating air.
  • the temperature is - depending on the curing temperature of the heat-activatable adhesive, after which the process temperature should be selected accordingly - preferably between 100 0 C and 230 0 C.
  • the laminate of flexible printed circuit board and stiffening material is not cured at a constant temperature but via a temperature gradient. It is heated, for example, only at 70 0 C, then at 1 10 0 C and then at 150 0 C.
  • the flexible printed circuit board materials and the stiffening materials may optionally be gently dried to blistering within the Verklebungshegung (especially within and / or on the laminated-in adhesive film, ie in the "joint" between the flexible printed circuit board and the reinforcing plate), which could be based, for example, on polyimide water vapor ..
  • stepwise processes but also continuous temperature gradients are suitable for drying and drying hardening.
  • the process time in the oven is preferably between 10 minutes and 12 hours, depending on the chemical composition and curing mechanism of the heat-activatable film.
  • the process according to the invention can also be used by multiple process sequences for providing flexible printed circuit boards with a plurality of reinforcing plates and for producing a correspondingly multilayer laminate (two, three or more reinforcing layers).
  • the laminators corresponded to the arrangement in Figure 1 in process step a) or the arrangement in Figure 2 with laminators according to Figure 1 in the process steps d) and e) and were 170 0 C, an effective bond pressure of 20 bar and a speed of 1 m / min, operated The vacuum was less than 10 mbar in all cases. It was post cured at 70 0 C for 10 minutes, at 1 10 0 C for 10 minutes and at 150 0 C for 10 minutes in the oven.
  • the bonds were bubble-free according to the different inventive process.
  • the bubble-free bonding was evaluated with a microscope (10-fold magnification). Even after performing a reflow oven process (simulation test: 5 minutes at 260 0 C in a convection oven), no bubbles formed in the bond line.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten, umfassend einen Prozess zur Modifizierung einer flexiblen Leiterplatte insbesondere zu deren Stabilisierung, gekennzeichnet durch zumindest folgende Verfahrensschritte: a) Bereitstellung eines Flächengebildes ('Verstärkungsplatte') mit geringerer Flexibilität als die der flexiblen Leiterplatte, b) Heißlaminierung einer hitzeaktivierbaren Klebefolie auf der Verstärkungsplatte, c) Platzierung des Laminats aus Klebefolie und Verstärkungsplatte mit der Klebfolienseite auf der flexiblen Leiterplatte, d) Einbringung des Bauteils aus Verstärkungsplatte, Klebefolie und flexibler Leiterplatte in eine Unterdruckatmosphäre, e) Heißlaminierung des Bauteils unter Applikation von Druck und Wärme.

Description

tesa Aktiengesellschaft Hamburg
Beschreibung
Verfahren zur Verklebunq von flexiblen Leiterplatten mit Polymermaterialien zur partiellen oder vollständigen Versteifung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verklebung von flexiblen Leiterplatten mit Polymermaterialien zur partiellen oder vollständigen Versteifung. Zur Verklebung werden hitzeaktivierbare Folien eingesetzt.
Haftklebebänder und hitzeaktivierbare Klebebänder sind im Zeitalter der Industrialisierung weitverbreitete Verarbeitungshilfsmittel. Insbesondere für den Einsatz in der elektronischen Industrie werden an solche Klebebänder sehr hohe Anforderungen gestellt.
Zur Zeit besteht in der Elektronik Industrie ein Trend zu immer schmaleren, leichteren und schneller arbeitenden Bauteilen. Um dies zu erreichen, werden sowohl die Herstellungsprozesse immer weiter optimiert als auch bestimmte Technolgien gefördert. Diese Entwicklung betrifft auch die flexiblen Leiterplatten, die sehr häufig zur elektrischen Verbindung einzelner elektronischer Bauteile, wie z.B. Displays, Kameras, feste Leiterplatte oder Tastatur, eingesetzt werden. Neben der reinen elektrischen Verbindung ersetzen diese flexiblen Leiterplatten auch mehr und mehr die konventionellen Leiterplatten, indem sie mit Prozessoren bestückt werden.
Flexible Leiterplatten sind daher in einer Vielzahl von elektronischen Geräten, wie z.B. Handys, Autoradios, Computern etc. vertreten. Üblicherweise bestehen sie aus Schichten von Kupfer (elektrischer Leiter) und Polyimid (elektrischer Isolator). Bedingt durch die Anforderungen des Anwendungsfeldes müssen flexible Leiterplatten aber auch partiell oder vollständig verstärkt werden. Dies kann z.B. an Stellen vorgenommen werden, wo die flexible Leiterplatte mit Prozessoren bestückt wird. Hier möchte man durch eine rückseitige Versteifung erreichen, dass die Prozessoren sich nicht von der sehr flexiblen Leiterplatte lösen oder herausreißen. Weiterhin werden auch bevorzugt Versteifungen an Steckverbindungen vorgenommen. Auch hier wird rückseitig versteift, um die Handhabung zu erleichtern, bzw. wenn die Leiterplatte mit einem Steckaufnahmeelement versehen ist, auch diese vor der Ablösung zu beschützen.
Für die Verklebung der flexiblen Leiterplatten werden in der Regel hitzeaktivierbare Klebebänder eingesetzt, die keine flüchtigen Bestandteile freisetzen und auch in hohen Temperaturbereichen eingesetzt werden können. Diese Anforderung ist bedingt durch nachfolgende, sogenannte Reflow-Ofen-Prozesse (Reflow-Lötprozesse, Wieder- aufschmelzlötprozesse), die beispielsweise angewendet werden, um die Prozessoren auf der flexiblen Leiterplatte mit Lot zu fixieren.
Beispiele für hitzeaktivierbare Klebebänder werden z.B. in US 5,478,885 beschriebenen, die auf epoxydierten Styrol-Butadien bzw. Styrol- Isopren Blockcopolymeren basieren. Andere Beispiele für hitzeaktivierbare Klebefolien zeigt die WO 96/33248.
Neben der erwähnten Temperaturbeständigkeit sowie dem geringen Ausgasungs- verhalten werden an die Verklebung noch weitere Anforderungen gestellt. So sollen möglichst keine Luftblasen zwischen dem versteifenden Medium („Verstärkungsplatte") sowie der flexiblen Leiterplatte eingeschlossen werden. Luftblasen würden in nachfolgenden Reflow-Ofen-Prozessen zu einer Expansion führen, die die Verklebung zwischen dem versteifenden Medium und der flexiblen Leiterplatte stören würde. Weiterhin führen Luftblasen zu Unebenheiten auf der Oberfläche der Leiterplatte sowie des versteifenden Mediums. Dies kann beispielsweise dann Probleme mit sich bringen, wenn die flexible Leiterplatte als Stecker fungieren muss und so partiell Störungen in der elektrischen Kontaktierung auftreten können.
Um diese Problematik zu vermeiden, wird heute in der Regel eine Heizpresse zur Verklebung eingesetzt. Die Heizpresse besitzt den Vorteil, dass ein hoher Druck und eine hohe Temperatur gleichzeitig aufgebracht werden. Durch den hohen Druck wird ein gutes Benetzungsverhalten der hitzeaktivierbaren Klebemasse auf der flexiblen Leiterplatte und dem versteifenden Medium erreicht. Des Weiteren wird das Ausgasen aus der Leiterplatte, insbesondere von Feuchtigkeit (Polyimid hat eine starke Tendenz zur Aufnahme von Wasser), durch die hohen Drücke unterdrückt. Dieser Prozess weist aber auch Nachteile auf. So ist z.B. die Effizienz des Prozesses relativ schlecht, da der Prozess nicht kontinuierlich durchgeführt wird und die Verweildauer in der Heizpresse relativ lang (üblicherweise mindestens 90 sec). Hieraus resultiert eine Einschränkung, da die Prozessdauer relativ lang ist und somit die Anzahl der erstellenden flexiblen Leiterplatten pro Stunde limitiert ist. Dies steht im Gegensatz zur steigenden Nachfrage an elektronischen Bauteilen und Geräten.
Es besteht somit der Bedarf für einen effizienteren Prozess zur Verklebung von flexiblen Leiterplatten mit versteifenden Medien durch hitzeaktivierbare Klebesysteme.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten, umfassend einen Prozess zur Modifizierung einer flexiblen Leiterplatte insbesondere zu deren Stabilisierung, gekennzeichnet durch zumindest folgende Verfahrensschritte: a) Bereitstellung eines Flächengebildes („Verstärkungsplatte") mit geringerer Flexibilität als die der flexiblen Leiterplatte, b) Heißlaminierung einer hitzeaktivierbaren Klebefolie auf der Verstärkungsplatte, c) Platzierung des Laminats aus Klebefolie und Verstärkungsplatte mit der Klebfolienseite auf der flexiblen Leiterplatte, d) Einbringung des Bauteils aus Verstärkungsplatte, Klebefolie und flexibler Leiterplatte in eine Unterdruckatmosphäre, e) Heißlaminierung des Bauteils unter Applikation von Druck und Wärme.
Vorteilhaft wird das heißlaminierte Bauteil nachfolgend in einem weiteren Verfahrensschritt f) einer Nachhärtung unterzogen, insbesondere in einem Ofen.
Bevorzugt ist die hitzeaktivierbare Klebefolie vor der Laminierung mit der Verstärkungsplatte mit einem temporären Träger (Trennpapier, Trennfolie, Releaseliner oder dergleichen) versehen. Dieser temporäre Träger kann in vorteilhafter Vorgehensweise nach dem Laminieren der hitzeaktivierbaren Klebefolie auf die Verstärkungsplatte in Verfahrensschritt b) anschließend entfernt werden, so dass die der Verstärkungsplatte abgewandte Oberfläche der hitzeaktivierbaren Klebefolie freigelegt wird.
In dem beschriebenen Prozess können des weiteren vorteilhaft Stanzungen vorgenommen werden, um Größendimensionen zu verändern, beispielweise als Konfektionierungsschritt zwischen den Verfahrensschritten b) und c), zwischen den Verfahrensschritten c) und d) oder nach dem Verfahrensschritt f) Des Weiteren laufen insbesondere vorteilhaft die Schritte c) und d) in einem kontinuierlichen, quasikontinuierlichen oder semikontinuierlichen Prozess ab.
Im folgenden werden die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Prozesses unter Berücksichtigung der erfindungsgemäß besonders vorteilhaft einzusetzenden Materialien im Detail beschrieben.
Vorteilhaft erfolgt die Abfolge der Verfahrensschritte a) bis f) des erfindungsgemäßen Verfahrens in der vorstehend angegebenen Reihenfolge; es ist aber auch möglich, die Reihenfolge der Verfahrensschritte erfindungsgemäß vorteilhaft zu variieren. Auch eine zeitgleiche Durchführung zweier oder mehrer Verfahrensschritte ist erfindungsgemäß vorteilhaft realisierbar, etwa der Verfahrensschritte d) und e), indem die Unterdruckatmosphäre erst während der Durchführung der Heißlaminierung (Schritt e) geschaffen wird.
Erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, wenn die Prozessschritte d) und e) in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt werden, insbesondere indem der Verfahrenschritt e) der Heißlaminierung unter Beibehaltung der Unterdruckatmosphäre durchgeführt wird, wobei die realisierten Druckverhältnisse konstant gehalten werden können, aber auch variiert werden können.
Bereitstellung einer hitzeaktivierbaren Folie
Zum Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren kommen hitzeaktivierbare Klebefolien (Klebstofffolien). In einer sehr vorteilhaften Ausführungsform sind derartige Klebefolien trägerlose Flächengebilde aus einer hitzeaktivierbaren Klebemasse (andere Bezeichnung auch „wärmeaktivierbare Klebemasse"), gegebenenfalls mit geeigneten Zusätzen. Auch trägerhaltige hitzeaktivierbare Klebefolien können erfindungsgemäß vorteilhaft eingesetzt werden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise chemisch reagierende (abbindende) Klebstofffolien als auch physikalisch abbindende Klebstofffolien einsetzbar. Die eingesetzten Klebefolien können vorteilhaft bei Raumtemperatur mehr oder weniger selbstklebrig (haftklebrig) sein, in einer weiteren vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform werden bei Raumtemperatur nichtklebrige Klebefolien eingesetzt. Allen erfindungsgemäß eingesetzten hitzeaktivierbaren Klebefolien ist aber gemein, dass sie oberhalb einer (folienspezifischen) Aktivierungstemperatur (oder oberhalb eines entsprechenden Temperaturbereiches) eine hinreichende Klebrigkeit aufweisen, um den erforderlichen, durch den Laminiervorgang bewirkten Verklebeprozess zu ermöglichen. Sehr vorteilhaft sind Klebefolien geeignet, die nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine dauerhafte Klebeverbindung der verklebten Substrate (flexible Leiterplatte und Verstärkungsfolie) bewirken.
Insbesondere zur Erzielung einer dauerhaften Verklebung kann der bereits erwähnte Nachhärtungsprozess (je nach Folienmaterial und -Zusammensetzung) vorteilhaft sein.
Die hitzeaktivierbare Folie ist vorteilhaft eine solche auf Basis einer Mischung von reaktiven Harzen, die bei Raumtemperatur vernetzen können und ein dreidimensionales, hochfestes Polymernetzwerk bilden, und von dauerelastischen Elastomeren, die einer
Versprödung des Produktes entgegenwirken.
Weitere Komponenten können vorhanden sein, im einfachsten - vorteilhaften - Fall beschränkt sich die Zusammensetzung der Folie jedoch auf die vorgenannten
Komponenten.
Beim Erhitzen des Produktes kommt es kurzfristig zu einer Erniedrigung der Viskosität, wodurch das Produkt die Oberfläche der flexiblen Leiterplatte sehr gut benetzen kann. Die Zusammensetzung der Klebstofffolie lässt sich durch Veränderung von Rohstoffart und -anteil in weiten Rahmen vorteilhaft variieren.
Das Elastomer kann bevorzugt aus der Gruppe der Polyolefine, Polyester, Polyurethane oder Polyamide stammen oder ein modifizierter Kautschuk sein, wie z.B. Nitrilkautschuk.
Die insbesondere bevorzugten thermoplastischen Polyurethane (TPU) sind als Reaktionsprodukte aus Polyester- oder Polyetherpolyolen und organischen Diisocyanaten, wie Diphenylmethandiisocyanat bekannt. Sie sind aus überwiegend linearen Markomolekülen aufgebaut. Solche Produkte sind zumeist in Form elastischer Granulate im Handel erhältlich, zum Beispiel von der Bayer AG unter dem Handelsnamen "Desmocoll".
Durch Kombination von TPU mit ausgewählten verträglichen Harzen (also die Beimengung der entsprechenden Harze in das Elastomer) kann die Erweichungstemperatur der Klebstofffolie ausreichend gesenkt werden. Parallel dazu tritt eine Erhöhung der Adhäsion auf. Als erfindungsgemäß vorteilhaft geeignete Harze haben sich beispielsweise Kolophonium-, Kohlenwasserstoff- und/oder Cumaronharze erwiesen.
Die Zugabe der reaktiven Harz/Härtersysteme führt dabei auch zu einer Erniedrigung der Erweichungstemperatur der obengenannten Polymere, was ihre Verarbeitungstemperatur und -geschwindigkeit vorteilhaft senkt.
Die Menge der Harze in dem Elastomer ist dabei auf die gewünschten Eigenschaften des resultierenden Produktes abzustellen, als sehr vorteilhaft haben sich aber insbesondere Beimengungen von 2 bis 75, insbesondere bis 40 Gew.-% Harz herausgestellt.
In einer vorteilhaften Vorgehensweise kann die Reduzierung der Erweichungstemperatur der Klebstofffolie durch die Kombination von TPU mit ausgewählten Epoxidharzen, insbeosndere Epoxidharzen auf der Basis von Bisphenol A und/oder Bisphenol B, bevorzugt unter Zugabe eines für Epoxidsysteme geeigneten Härters (beispielsweise Dicyandiamid oder ein anderer für Epoxide bekannten Härter) erreicht werden. Insbesondere eine Klebstofffolie aus einem derartigen System (TPU und vorgenannte Epoxidharze) erlaubt ein gutes Nachhärten der Verklebung, wenn die verklebte flexible Leiterplatte beispielsweise durch einen Reflow-Ofen geführt wird.
Durch die chemische Vernetzungsreaktion der Harze werden große Festigkeiten zwischen dem Klebefilm und des versteifenden Materials erreicht.
Ein als Klebefolie erfindungsgemäß sehr geeignetes System ist auch das aus TPU und Phenolharzen, gegebenenfalls unter Anwesenheit weiterer Komponenten oder Additive. In einer erfindungsgemäß vorteilhaften Vorgehensweise sind der TPU-Phenolharz-basierten Klebstofffolie noch Härtersysteme für Phenolharze zugefügt. Es können hier alle dem Fachmann bekannten Härter eingesetzt werden, die zu einer Reaktion mit den Phenolharzen führen. In diese Kategorie fallen beispielsweise alle Formaldehydspender, wie z.B. Hexamethylentretramin.
In einer weiteren erfindungsgemäß bevorzugten Variante basiert die hitzeaktivierbare Folie auf zumindest einem Nitrilkautschuk.
Erfindungsgemäß geeignete Nitrilbutadienkautschuke sind beispielsweise unter Europrene™ von Eni Chem, oder unter Krynac™ und Perbunan™ von Bayer, oder unter Breon™ und Nipol N™ von Zeon erhältlich. Hydrierte Nitril-Butadien Kautschuke sind unter Therban™ von Bayer und unter Zetpol™ von Zeon erhältlich. Nitrilbutadienkautschuke werden entweder heiß oder kalt polymerisiert.
Die Nitrilkautschuke weisen bevorzugt einen Acrylnitrilanteil von 15 bis 45 Gew.-% auf, um eine vollständige Phasenseparierung mit den Reaktivharzen zu vermeiden. Ein weiteres Kriterium für den Nitrilkautschuk ist die Mooney-Viskosität. Da eine hohe Flexibilität bei tiefen Temperaturen gewährleistet werden muss, sollte die Mooney- Viskosität unterhalb 100 liegen (Mooney ML 1 +4 bei 100 0C; DIN 53523 entsprechend). Kommerzielle, erfindungsgemäß gut geeignete Beispiele für solche Nitrilkautschuke sind z.B. Nipol™ N917 der Firma Zeon Chemicals.
Carboxyl-, Amin-, Epoxy- oder Methacrylat-terminierte Nitrilbutadienkautschuke können vorteilhaft als zusätzliche Komponenten zu den Nitrilkautschuken eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden solche Elastomere mit einem Molekulargewicht von Mw < 20.000 g/mol und/oder einem Acrylnitrilanteil von 5 bis 30 Gew.-% eingesetzt. Ein Acrylnitrilanteil von mindestens 5 % führt zu einer optimalen Mischbarkeit. Kommerzielle Beispiele für solche terminierten Nitrilkautschuke sind z.B. Hycar™ der Firma Noveon.
Im Falle Carboxy-terminierter Nitrilbutadienkautschuke werden bevorzugt Kautschuke mit einer Carbonsäurezahl von 15 bis 45, sehr bevorzugt von 20 bis 40 eingesetzt. Die Carbonsäurezahl wird als Wert in Milligramm KOH angegeben, der benötigt wird um die Carbonsäure komplett zu neutralisieren; bezogen auf 1 g Kautschuk.
Im Falle Amin-terminierter Nitrilbutadienkautschuke werden besonders bevorzugt Kautschuke mit einem Amin-Wert von 25 bis 150, mehr bevorzugt von 30 bis 125 eingesetzt. Der Amin-Wert bezieht sich auf die Amin-Äquivalente, die durch Titration gegen HCl in ethanolischer Lösung bestimmt werden. Der Amin-Wert wird dabei auf Amin-Äquivalente pro Gramm Kautschuk bezogen.
Der Anteil der Reaktivharze im nitrilkautschukbasierten hitzeaktivierbaren Kleber beträgt bevorzugt zwischen 30 und 75 Gew.-%. Eine sehr bevorzugte Gruppe umfasst Epoxidharze. Das Molekulargewicht Mw der eingesetzten Epoxidharze variiert bevorzugt von 100 g/mol bis zu maximal 10.000 g/mol für polymere Epoxidharze.
Die hier eingesetzten Epoxidharze umfassen zum Beispiel das Reaktionsprodukt aus Bisphenol A und Epichlorhydrin, das Reaktionsprodukt aus Epichlorhydrin und Glycidyl- Ester und/oder das Reaktionsprodukt aus Epichlorhydrin und p-Amino Phenol. Bevorzugte kommerzielle Beispiele für erfindungsgemäß besonders geeignete Epoxidharze sind z.B. Araldite™ 6010, CY-281 ™, ECN™ 1273, ECN™ 1280, MY 720, RD-2 von Ciba Geigy, DER™ 331 , DER™ 732, DER™ 736, DEN™ 432, DEN™ 438, DEN™ 485 von Dow Chemical, Epon™ 812, 825, 826, 828, 830, 834, 836, 871 , 872,1001 , 1004, 1031 etc. von Shell Chemical und HPT™ 1071 , HPT™ 1079 ebenfalls von Shell Chemical.
Beispiele für erfindungsgemäß vorteilhafte kommerzielle aliphatische Epoxidharze sind z.B. Vinylcyclohexandioxide, wie ERL-4206, ERL-4221 , ERL 4201 , ERL-4289 oder ERL- 0400 von Union Carbide Corp.
Als Novolak-Harze, die ebenfalls als Harze für Nitrilkautschuke erfindungsgemäß sehr geeignet sind, können z.B. Epi-Rez™ 5132 von Celanese, ESCN-001 von Sumitomo Chemical, CY-281 von Ciba Geigy, DEN™ 431 , DEN™ 438, Quatrex 5010 von Dow Chemical, RE 305S von Nippon Kayaku, Epiclon™ N673 von DaiNipon Ink Chemistry oder Epicote™ 152 von Shell Chemical eingesetzt werden.
Weiterhin lassen sich als Reaktivharze für die vorgenannten hitzeaktivierbaren Klebesysteme bevorzugt auch Melamin-Harze einsetzen, wie z.B. Cymel™ 327 und 323 von Cytec.
Erfindungsgemäß vorteilhaft lassen sich als Reaktivharze weiterhin auch Polyisocyanate, wie z.B. Coronate™ L von Nippon Polyurethan Ind., Desmodur™ N3300 oder Mondur™ 489 von Bayer für die genannten Klebersysteme einsetzen.
Die Reaktivharze sollten bevorzugt derart ausgelegt sein, dass bei der Vernetzung keine flüchtigen Bestandteile freigesetzt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der hitzeaktivierbaren Folie (sowohl für TPU-, Nitrilkautschuk- als auch andere Systeme) sind außerdem klebkraftsteigernde (klebrigmachende) Harze zugesetzt; sehr vorteilhaft zu einem Anteil von bis zu 30 Gew.- %, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des hitzeaktivierbaren Klebers. Als zuzusetzende klebrigmachende Harze sind ausnahmslos alle vorbekannten und in der Literatur beschriebenen Klebharze einsetzbar. Genannt seien stellvertretend die Pinen-, Inden- und Kolophoniumharze, deren disproportionierte, hydrierte, polymerisierte, veresterte Derivate und Salze, die aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffharze, Terpenharze und Terpenphenolharze sowie C5-, C9- sowie andere Kohlenwasserstoffharze. Auch Kombinationen dieser und weiterer Harze können eingesetzt werden, um die Eigenschaften der resultierenden Klebmasse wunschgemäß einzustellen. Im allgemeinen lassen sich alle mit den Nitrilkautschuken kompatiblen (löslichen) Harze einsetzen, insbesondere sei verwiesen auf alle aliphatischen, aromatischen, alkylaromatischen Kohlenwasserstoffharze, Kohlenwasserstoffharze auf Basis reiner Monomere, hydrierte Kohlenwasserstoffharze, funktionelle Kohlenwasserstoffharze sowie Naturharze. Auf die Darstellung des Wissensstandes im „Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" von Donatas Satas (van Nostrand, 1989) sei ausdrücklich hingewiesen.
Um die Reaktion zwischen den beiden Komponenten zu beschleunigen, lassen sich auch optional Vernetzer und Beschleuniger in die Mischung zu additivieren, die aber wiederum vorteilhaft keine flüchtigen Bestandteile in der Vernetzung freisetzen sollten.
Als Beschleuniger eignen sich erfindungsgemäß z.B. Imidazole, kommerziell erhältlich unter 2M7, 2E4MN, 2PZ-CN, 2PZ-CNS, P0505, L07N von Shikoku Chem. Corp. oder Curezol 2MZ von Air Products. Weiterhin eignen sich als Vernetzer auch Dicyandiamide.
Weiterhin lassen sich erfindungsgemäß auch Amine, insbesondere tert.-Amine zur Beschleunigung einsetzen.
Neben Reaktivharzen lassen sich erfindungsgemäß vorteilhaft auch Weichmacher einsetzen. Hier können bevorzugt Weichmacher auf Basis Polyglykolethern, Polyethylenoxiden, Phosphatestern, aliphatische Carbonsäureester und Benzoesäureester eingesetzt werden. Weiterhin lassen sich auch aromatische Carbonsäureester, höhermolekulare Diole, Sulfonamide und Adipinsäureester einsetzen.
Des Weiteren können noch Thermopiaten oder Duromere als versteifende Elemente zu dem Elastomer additiviert werden. Beispiele, ohne hierdurch die erfindungsgemäß geeigneten Formulierungen einzuschränken zu wollen, sind z.B. Polyvinylformal oder Polyvinylbutyral oder Polyvinylacetat.
Ebenso können weitere Produkteigenschaften wie beispielsweise Farbe oder Entflammbarkeit durch gezielte Zusätze von Farbstoffen bzw. mineralischen bzw. organischen Füllstoffen erzielt werden.
Vorzugsweise weist die hitzeaktivierbare Klebstofffolie eine Dicke von 5 - 100 μm, bevorzugt zwischen 10 und 50 μm, auf.
Zur Herstellung der hitzeaktivierbaren Klebstofffolie wird die die Folie bildende Masse als Lösung oder aus der Schmelze auf ein flexibles Substrat („temporärer Träger" oder „Releaseliner"; zum Beispiel Trennfolie, Trennpapier) beschichtet und gegebenenfalls getrocknet, so dass die Masse von dem Substrat leicht wieder entfernt werden kann. In einer sehr bevorzugten Ausführungsform wird die hitzeaktivierbare Klebstofffolie auch von oben noch mit einem Releaseliner (beispielsweise ebenfalls Trennfolie oder Trennpapier) abgedeckt. Hierdurch werden anschließende Stanzprozess erleichtert bzw. die hitzeaktivierbare Folie vor Verunreinigungen geschützt.
Verfahrensschritt a):
Bereitstellung des versteifenden Materials / der Verstärkunqsplatte
Zur Versteifung (Verstärkung) können eine Vielzahl von Materialien eingesetzt werden. Um einen versteifenden Effekt auf die flexible Leiterplatte auszuüben, ist es erforderlich, dass das versteifende Material eine höhere Steifigkeit aufweist als die nicht versteifte, flexible Leiterplatte. Durch den Begriff „Verstärkunqsplatte" soll diesbezüglich keine weitere Einschränkung der Steifigkeit verbunden sein.
Je höher der Unterscheid des Versteifungsgrades zwischen Verstärkungsplatte und flexibler Leiterplatte, desto besser ist die Versteifungswirkung. Über eine gezielte Auswahl der Steifheit (Steifigkeit) der Verstärkungsplatte lassen sich gut definierte Produkte herstellen, also versteifte Leiterplatten mit gut definierten Steif igkeitswerten. Prinzipiell sind die Steifigkeitswerte des versteifenden Material jedoch keinen weiteren Einschränkungen unterworfen, so lassen sich - je nach gewünschtem Ergebnis - versteifende Materialien mit geringen Steifigkeiten einsetzen, um die Leiterplatte nur geringfügig zu verstärken und so etwa aufrollbare Produkte zu erzielen, als auch sehr steife Materialien als Verstärkungsmaterial, um sehr stabile Endprodukte zu erhalten, etwa für steckbare Leiterplatten in Einsteck-Fassungen (Steckkontakte) anderer Bauteile. Auch dazwischen ist jeder Steifigkeitswert der Verstärkungsplatte zur Realisierung einer definierten Steifigkeit des Produkts wählbar.
Sehr verbreitet als versteifende Materialien sind Polymerfolien. Für preisgünstige Versteifungen werden bevorzugt Polyester und/oder Copolyester eingesetzt. Sehr häufig vertreten und erfindungsgemäß hervorragend geeignet sind beispielsweise PET-Folien (Polyethylen-Terephthalat-Folien). Der Versteifungsgrad wird insbesondere durch die Dicke der Polyesterfolie bestimmt. Mit steigender Dicke nimmt die Versteifungstendenz zu. Weiterhin werden auch sehr häufig zur Versteifung Polyimide oder Polyethylennapthalate (PEN) eingesetzt. Diese Materialien weisen gegenüber PET eine höhere Temperaturbeständigkeit für anschließende Prozesse auf und besitzen daher ebenfalls eine sehr hohe Eignung für das erfindungsgemäße Verfahren. Weitere erfindungsgemäß gut geeignete Polymermaterialen sind z. B. LCP's (Liquid Crystal Polymers, Flüssigkristallpolymere), die auch eine sehr gute Temperaturbeständigkeit aufweisen.
Die Polymermaterialien können auch in einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens als Laminate gleicher oder unterschiedlicher Polymerfolien, insbesondere der vorgenannten Folien, vorliegen, und/oder funktionelle Schichten aufweisen. Die Laminate sind zumeist mit Klebstoffen aufgebaut, um die Herstellungskosten zu minimieren, der Verbund kann aber auch über andere Verfahren gemäß des Standes der Technik hergestellt sein.
In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die versteifenden Polymerfolien vorbehandelt, wie z.B. durch Wärmevorbehandlung und/oder Coronisierung und/oder Plasmavorbehandlung. Durch die Wärmevorbehandlung werden mögliche Ausgasungen dem anschließenden erfinderischen Prozess vorweggenommen. Des Weiteren kann durch eine Coronisierung oder Plasmavorbehandlung die Verankerung der hitzeaktivierbaren Klebefolie auf dem versteifenden Material verbessert werden.
Neben den beispielhaft beschriebenen Polymermaterialien lassen sind auch andere partiell organischen Materialien erfindungsgemäß günstig einsetzen. Besonders bevorzugt werden hier Glasfaser/Epoxy-Materialien eingesetzt (Glasfasergewebe, das mit Epoxydharz gebunden ist; sogenannte FR-4-Materialien). Diese weisen im ausgehärteten Zustand eine hohe Temperaturbeständigkeit auf und besitzen sehr gute versteifende Eigenschaften. Auch diese können - wie bereits zuvor beschrieben - vorbehandelt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung können die flexiblen Leiterplatten auch mit Metallfolien oder Metallplatten versteift werden. Hier kann die Metallfolie oder Metallplatte neben der Versteifung auch noch andere Funktionen übernehmen, wie z.B. thermische Leitfähigkeit sowie elektrische Leitfähigkeit. Dies kann beispielsweise für EMI- Shielding- (Electromagnetic interference shielding) Maßnahmen erforderlich sein. Als Metalle eigenen sich - ohne sich durch diese Angabe einschränken zu wollen - Edelstahl, Stahl, Aluminium, Messing, Bronze, Nickel und/oder Kupfer. Weiterhin können die Metalle auch mit einer zweiten Schicht versehen sein, die z.B. der Passivierung dient. Hierfür eignen sich z.B. Gold und/oder Silberbeschichtungen
Das versteifende Material weist in einer bevorzugten Form eine Rauhigkeit (arithmetische Mittenrauhwert Ra nach DIN EN ISO 4287: 1998-10) von Ra < 1 μm auf und/oder eine Schichtdicke von 10 μm bis 2 mm, bevorzugt von 50 μm bis 800 μm, sehr bevorzugt von 75 μm bis 500 μm.
Verfahrensschritt b):
Heißlaminierunq der Klebefolie auf die Verstärkunqsplatte
Zum Einsatz kommt sehr vorteilhaft eine wie vorstehend beschriebene hitzeaktivierbare Folie.
Für die Laminierung im Verfahrensschritt b) wird bevorzugt ein Rollenlaminator eingesetzt. Im Sinne eines kontinuierlichen Prozess und einer möglichst hohen Laminierqualität wird dieser Prozessschritt bevorzugt in einem Heizrollenlaminator ausgeführt, also einem solchen Laminator, bei denen die Rollen - oder zumindest ein Teil der Rollen des Laminators - beheizt werden können. Bei dieser Verfahrensvariante lässt sich die höchste Verfahrenseffizienz erzielen. Alternativ kann dieser Schritt aber auch in einer Heizpresse durchgeführt werden.
In einem ersten Teilschritt wird, wenn die hitzeaktivierbare Folie mit zwei Releaselinern versehen sein sollte, der Schutzreleaseliner entfernt (also Entfernung der Releaselinerschicht auf einer der beiden Seiten der Klebefolie). Dann werden bahnförmig das versteifende Material (die Verstärkungsplatte) sowie die hitzeaktivierbare Folie zusammengeführt. Der Heizrollenlaminator sollte vorteilhaft mit mindestens einer Gummirolle versehen sein. In einer besonderen erfindungsgemäßen Verfahrensgestaltung weist der Heizrollenlaminator zwei Gummirollen auf, die den Druck und vorteilhaft auch die Wärme für die Prelaminierung (Laminierung im Verfahrensschritt b) aufbringen. In einer bevorzugten Auslegung besitzt der Heizrollenlaminator zwei Rollen mit dem gleichen Durchmesser. Die Rollen werden entweder einzeln oder zusammen von innen oder indirekt erhitzt. Für eine effiziente Laminierung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Heizrollen planar zueinander laufen. Die bahnförmigen Materialien (hitzeaktivierbare Folie und versteifendes Material) werden auf einer sogenannten Feedingplatte (Zuführtisch, Feeding Shelf) zusammengeführt. Diese sollte auf einer Ebene mit dem Druckpunkt der beiden Rollen liegen. Nach der Aufbringung der Folie auf die Verstärkungsplatte sollte das laminierte Material vorteilhaft wieder auf derselben Ebene ausgeführt werden (gleiche Höhe wie die Feedingplatte).
Der Heißlaminierprozess wird bevorzugt in einem Temperaturfenster von 60 0C bis 180 0C (Rollentemperatur) durchgeführt. Die Temperaturwahl hängt insbesondere von der Temperaturstabilität des versteifenden Materials, der Dicke des Materials sowie der hitzeaktivierbaren Folie ab. Für eine effiziente Verfahrensführung sollte die Rollentemperatur sehr bevorzugt oberhalb der Erweichungstemperatur der hitzeaktivierbaren Folie liegen, aber weiterhin bevorzugt unterhalb der Vernetzungstemperatur der hitzeaktivierbaren Folie, um eine Anvernetzung im Prelaminierschritt zu vermeiden. Des Weiteren sollte ganz bevorzugt eine blasenfreie Laminierung gewährleistet sein. Hierfür ist es vorteilhaft, neben der Temperatur weiterhin auch den Rollendruck zu optimieren. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Vorgehensweise der Erfindung wird mittels des Heizrollenlaminator auf das zu laminierende Bauteil ein effektiver Druck (Laminierdruck) von mindestens 15 bar, sehr bevorzugt mindestens 25 bar, äußerst bevorzugt mindestens 30 bar ausgeübt. Falls Ausquetschungen aus der Klebefolie zu vermeiden sind (insbesondere im Falle von Klebefolien mit einer Neigung zum Fließverhalten), wird der effektive Druck (Laminierdruck) bevorzugt nicht höher als 60 bar, mehr bevorzugt nicht höher als 50 bar eingeregelt. Die jeweiligen Druckverhältnisse werden dabei insbesondere auf die Eigenschaften der Klebefolie angepasst (bei hoher Neigung zum Fließverhalten unter Druck wird eher bei geringeren Drücken gearbeitet, bei geringer Fließtendenz der Klebefolie kann zum Laminieren ein höherer Druck gewählt werden). Zum Ausschluss von Luftblasen und zur vollständigen Benetzung ist es von Vorteil, den Laminierdruck und/oder die Laminiertemperatur bei verfahrenstechnisch noch tolerierbaren möglichst hohen Werten einzustellen.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrensweise wird der Heizrollenlaminator mit einer Prozessgeschwindigkeit von 0,1 bis 10 m/min betrieben, insbesondere in kontinuierlicher Prozessführung.
Eine derartige vorteilhafte Prozessführung zeigt beispielhaft schematisch die Figur 1. An der Position 1 (Abwicklung, Unwind) wird die mit einem Releaseliner versehene hitzeaktivierbare Folie 2 abgewickelt (Releaseliner nicht separat dargestellt; befindet sich auf der mit „2a" gekennzeichneten Oberflächenseite der Klebefolie). Eine gegebenenfalls zweite Releaselinerschicht auf der anderen Oberflächenseite der Klebefolie ist entweder vor dem Aufwickeln der Folie bereits entfernt worden oder wird während des Abwickelprozesses abgezogen (hier nicht dargestellt). Die hitzeaktivierbare Folie befindet sich dann mittels des Releaseliners im Kontakt zur Rolle 3. Über die Feedingplatte 4 (Zuführtisch, Infeed Shelf) wird das versteifende Material 5 (Verstärkungsplatte) eingeführt. Dies kann diskontinuierlich oder bevorzugt kontinuierlich erfolgen. Durch die Rollen 3, 6 wird dann die Wärme und der Druck aufgebracht. Das Laminat 7 aus hitzeaktivierbarer Folie 2 (mit Releaseliner) und versteifenden Material 5 wird über den Outfeedtisch 8 (Ausführtisch, Outfeed Shelf) ausgeführt. An dieser Stelle ist die hitzeaktivierbare Folie noch mit einem Releaseliner versehen und somit geschützt (nicht dargestellt; in der Zeichnung die obenliegende Oberflächenseite der Klebefolie im Laminat).
Wie in der Figur beispielhaft dargestellt ist, kann die Laminierung sehr bevorzugt derart verlaufen, dass eine Klebefolie von der „Endloswicklung" kontinuierlich auf eine Abfolge mehrerer bzw. vieler durchlaufender Verstärkungsplatten laminiert wird. In einem späteren Verfahrensschritt wird dann eine entsprechende Konfektionierung durchgeführt. Eine derart kontinuierliche Verfahrensführung ist selbstverständlich nicht auf die beispielhaft dargestellte Verfahrensführung der Figur 1 beschränkt, sondern kann auch bei anderen Laminierweisen erfolgen.
Alternativ kann auch eine „Endlos"-Klebefolie auf eine „Endlos"-Schicht aus dem Verstärkungsmaterial laminiert werden, insbesondere entsprechend der vorliegend dargestellten Verfahrensführung und ihrer Varianten. Das Endloslaminat kann dann vor den Prozessschritten d) und e) konfektioniert werden, es kann aber auch in den Schritten d) und e) auf eine Endlosausführung der flexiblen Leiterplatten laminiert werden und die Konfektionierung hiernach erfolgen.
In einem der Heißlaminierung (entsprechend der Vorgehensweise in Figur 1 oder einer anderen Laminierweise) nachfolgenden Prozessschritt wird der Releaseliner entfernt. Dies kann im einfachsten Fall manuell erfolgen. Für einen kontinuierlichen Prozess kann dieser Schritt aber auch durch eine Dekaschierrolle erfolgen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, vor der Entfernung des Releaseliners einen oder mehrere Stanzschritte oder Schneidschritte vorzunehmen, um die Größendimensionen des versteifenden Materials mit der hitzeaktivierbaren Folie zu verändern.
Verfahrensschritt c): Platzierung des Laminats
Nach entsprechender Entfernung des Releaseliners kann das Laminat aus versteifenden Material und hitzeaktivierbarer Folie auf die flexible Leiterplatte aufgebracht werden. Die Aufbringung erfolgt mit der Seite der hitzeaktivierbaren Folie auf die flexible Leiterplatte. Die Aufbringung erfolgt manuell oder mit einem Roboter.
Für die Platzierung wird Druck aufgebracht, wobei bei nicht-tackigen (bei Raumtemperatur nicht selbsthaftenden oder haftklebrigen) hitzeaktiviebaren Folien auch Wärme aufgebracht wird. Dies kann im einfachsten Fall durch die manuelle Platzierung und mittels eines Bügeleisens erfolgen. Für einen semikontinuierlichen Ablauf kann analog zur Verfahrensführung im Schritt b) auch ein Heizrollenlaminator eingesetzt werden. Die unter b) beschriebenen Vorraussetzungen (Prozessparameter wie Druck und Temperatur) gelten dann vorteilhaft auch hier.
Auch bei der Platzierung gemäß Verfahrensschritt c) kann es sich in vorteilhafter Vorgehensweise um eine Schichtung einer Endlos-Ausführungsform des Laminats aus hitzeaktivierbaren Folie und versteifenden Materials [etwa als Produkt der Endlos- Laminierung aus Verfahrensschritt b)] und einer Endlos-Ausgestaltung des flexiblen Leiterbahn-Materials handeln, die insbesondere nach den vorstehenden Ausführungen zu Verfahrensschritt c) erfolgt. Verfahrensschritte d) und e):
Einbringung in eine Unterdruckatmosphäre,
Applikation von Druck und Wärme
Im folgenden wird die Unterdruckatmosphäre verkürzend und physikalisch nicht ganz korrekt als „Vakuum" bezeichnet.
Die Applizierung von Vakuum, Druck und Wärme (erhöhte Temperatur) kann durch verschiedene Prozesse erfolgen. In einer vorteilhaften Verfahrensführung erfolgt die Applizierung von Druck und Wärme über einen Heißrollenlaminator. Der Aufbau kann dabei in einer vorteilhaften Variante des Verfahrens insbesondere über einen dreigliedrigen Aufbau erfolgen.
Figur 2 zeigt beispielhaft und schematisch eine solche dreigliedrige Heizrollenlaminator- Vorrichtung. Über die Schleuse D1 wird die flexible Leiterplatte mit dem platzierten versteifenden Material in die Befüllungskammer C1 eingebracht (Prozesslinie durch den Pfeil angezeigt). Anschließend wird die Kammer C1 geschlossen und mittels einer Vakuumpumpe V1 Vakuum gezogen. Die Druck im Vakuum (korrekt: in der Unterdruckatmosphäre) beträgt bevorzugt < 50 mbar, sehr bevorzugt < 10 mbar, äußerst bevorzugt < 1 mbar.
Anschließend wird Schleuse D2 geöffnet und das Bauteil aus Verstärkungsplatte (versteifendem Material), Klebefolie und flexibler Leiterplatte in die Heizrollenlaminator- Kammer C2 überführt. Die Kammer C2 wird bevorzugt mit < 50 mbar, sehr bevorzugt < 10 mbar, äußerst bevorzugt < 1 mbar betrieben (insbesondere in Übereinstimmung mit den für die Kammer C1 gewählten Druckverhältnissen; Vakuumsteuerung beispielsweise mittels einer Vakuumpumpe V2). Die Kammer C2 ist mit einem oder mehreren (n) Heizrollenlaminatoren bestückt (n ≥ 1 ), so dass gleichzeitig oder mit nur geringer Zeitverschiebung mehrere Bauteile parallel dem Laminierprozess zugeführt werden. Somit kann die Prozessdauer verringert werden. Aus praktischen Gründen werden bevorzugt maximal sechs (1 < n < 6) Rollenlaminatoren eingesetzt, wobei im Sinne der Erfindung auch eine größere Anzahl (n > 6) Heizrollenlaminatoren möglich wäre. Die Heizrollenlaminatoren besitzen bevorzugt einen Aufbau analog der Darstellung in Figur 1 und der entsprechenden Ausführungen; wobei eine entsprechend unterschiedliche Zuführung des zu laminierenden Bauteils (fehlende Abwicklung und Einführung des Bauteils aus Verstärkungsplatte (versteifendem Material), Klebefolie und flexibler Leiterplatte über die Feedingplatte) zu berücksichtigen ist. Zur vollständigen Benetzung wird allgemein der Laminierdruck bzw. die Laminiertemperatur erhöht. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Vorgehensweise der Erfindung wird mittels des Heizrollenlaminator auf das zu laminierende Bauteil ein effektiver Druck (Laminierdruck) von mindestens 15 bar, sehr bevorzugt mindestens 25 bar, äußerst bevorzugt mindestens 30 bar ausgeübt. Falls Ausquetschungen aus der Klebefolie zu verweiden sind (insbesondere im Falle von Klebefolien mit einer Neigung zum Fließverhalten), wird der effektive Druck (Laminierdruck) bevorzugt nicht höher als 60 bar, mehr bevorzugt nicht höher als 50 bar eingeregelt. Die jeweiligen Druckverhältnisse werden dabei insbesondere auf die Eigenschaften der Klebefolie angepasst (bei hoher Neigung zum Fließverhalten unter Druck wird eher bei geringeren Drücken gearbeitet, bei geringer Fließtendenz der Klebefolie kann zum Laminieren ein höherer Druck gewählt werden). Zum Ausschluss von Luftblasen und zur vollständigen Benetzung ist es von Vorteil, den Laminierdruck und/oder die Laminiertemperatur bei verfahrenstechnisch noch tolerierbaren möglichst hohen Werten einzustellen.
Der Heißlaminierprozess wird bevorzugt in einem Temperaturfenster von 60 0C bis 180 0C (Rollentemperatur) durchgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Vorgehensweise wird der Heizrollenlaminator kontinuierlich mit einer Prozessgeschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 10 m/min betrieben. Die Heizrollenlaminatoren Rn sollten jeweils mit mindestens einer Gummirolle versehen sein; vorteilhaft weist jeder Heizrollenlaminatoren zwei Gummirollen auf, die den Druck und die Wärme für die Prelaminierung aufbringen. In vorteilhafter Weise besitzt jeder Heizrollenlaminator Rn zwei Rollen mit dem gleichen Durchmesser. Die Rollen werden bevorzugt entweder einzeln oder zusammen von innen oder indirekt erhitzt. Für eine effiziente Laminierung sollten die Heizrollen bevorzugt planar zueinander laufen. Nach der Laminierung wird die versteifte Leiterplatte durch die Schleuse D3 aus der Kammer C2 in die Entnahmekammer C3 überführt, die zuvor bevorzugt bei < 50 mbar, sehr bevorzugt < 10 mbar, äußerst bevorzugt < 1 mbar vakuuiert wurde (insbesondere identisch zu dem in der Kammer C2 gewählten Druckverhältnis; Einstellung des Kammerdrucks beispielsweise durch eine weitere Vakuumpumpe V3). In der Kammer C3 wird dann nach Schließung der Schleuse D3 die Kammer C3 belüftet (insbesondere bis Normaldruck 1013 mbar oder bis zum Umgebungsdruck) und die Leiterplatte dann nach Öffnen der Schleuse D4 entnommen. Durch den dreigliedrigen Aufbau lässt sich die Anlage semikontinuierlich betreiben. Während der Entnahme aus Kammer C3 kann parallel z.B. die Kammer C2 und/oder C1 befüllt werden. Somit lassen sich die Taktzeiten pro Kammer C1 , C2, C3 auf jeweils maximal 15 s reduzieren, so dass eine rasche und effiziente Prozessführung gesichert ist.
Mit der hier vorgestellten Methode lassen sich insbesondere vorteilhaft bereits vorkonfektionierte Bauteile in aufeinander folgender Abfolge laminieren.
Varianten; insbesondere für die Verfahrensschritte d) und e)
Nachfolgend werden zwei Verfahrensvarianten vorgestellt. Die nachstehend vorgestellten Laminierverfahren (Alternativen gemäß Figuren 3 und 4) können insbesondere alternativ zu den bisher vorgestellten Verfahrensweisen für die Schritte d) und e) eingesetzt werden. Für den Schritt b) kann wie vorstehend beschrieben vorgegangen werden, alternativ kann auch für den Schritt b) ein Laminator gemäß einer der nachfolgenden Varianten (entsprechend der für die Schritte d) und e) gewählten Variante) eingesetzt werden, wobei für den Schritt b) keine Atmosphärenkontrolle durchgeführt werden braucht. Die übrigen Verfahrenschritte können vorteilhaft ganz analog der bereits dargestellten Vorgehensweise durchgeführt werden.
Variante. J .:. Vaku u m - H e.iz rp.l.l e n.l ami n ato r
In der Figur 3 ist ein Vakuum-Heizrollenlaminator dargestellt. Der Vakuum- Heizrollenlaminator wird zunächst über die Schleuse I-D1 befüllt. Das zu laminierende Material 1 1 [Schichtabfolge aus flexibler Leiterplatte, gemäß der Schichtung (Platzierung) aus dem Verfahrensschritt c); insbesondere vorliegend als Endlos-Ausführungsvariante] wird in den Laminator eingebracht. Die Einbringung erfolgt bevorzugt rollenförmig; insbesondere dann, wenn das versteifende Material eine hinreichen Flexibilität aufweist, um eine Aufwicklung zur Rolle 12 (korrekt: zur archimedischen Spirale) zu erlauben. Anschließend wird die Kammer über die Schleuse I-D1 geschlossen (die Entnahmeschleuse I-D2 ist auch geschlossen) und über die Vakuumpumpe 1 -V evakuiert. Es wird bevorzugt ein Vakuum (Unterdruckatmosphäre) von < 50 mbar, sehr bevorzugt < 10 mbar, äußerst bevorzugt < 1 mbar eingestellt. Dann wird das Material 1 1 von der Rolle 12 abgerollt und über die Infeedplatte 13 zum eigentlichen Heizrollenlaminator 14 geführt. Zumindest eine Rolle 15 des Heizrollenlaminators sollte adjustierbar sein. Mittels des Laminators 14 erfolgt ein kontinuierlicher Laminierprozess; insbesondere über Druck- und Wärmezufuhr mittels der Laminatorrollen.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Vorgehensweise weist der Heizrollenlaminator einen Laminierdruck von mindestens 15 bar, mehr bevorzugt von mindestens 25 bar, äußerst bevorzugt von mindestens 30 bar auf; insbesondere wird derart vorgegangen, dass - je nach eingesetzter Klebefolie - ein oberer Grenzwert des Laminierdrucks von 60 bar, bevorzugt von 50 bar jedoch nicht überschritten wird. Vorteilhaft kann eine vollständige Benetzung durch erhöhte Werte des Laminierdrucks und/oder die
Laminiertemperatur erzielt werden.
Weiter bevorzugt wird der Heizrollenlaminator kontinuierlich mit einer
Prozessgeschwindigkeit von 0,1 bis 10 m/min betrieben.
Der Heißlaminierprozess wird bevorzugt in einem Temperaturfenster von 60 0C bis 180 0C
(Rollentemperatur) durchgeführt.
Anschließend wird das laminierte Material 16 mittels Überführung über die Outfeedplatte
17 aus dem Laminator 14 ausgebracht und in bevorzugter Weise zur Rolle 18 (korrekt: zur archimedischen Spirale) wieder aufgerollt. Nach Abschluss des Laminierprozesses wird die gesamte Kammer wieder über die Schleuse I-D2 belüftet (Normaldruck oder
Umgebungsdruck) und das Material über die Schleuse I-D2 entnommen. Über die
Schleuse I-D1 kann gleichzeitig wieder für einen weiteren Laminierprozess befüllt werden.
Der Heizrollenlaminator sollte vorteilhaft mit zumindestens einer Gummirolle versehen sein. In einer weiteren Auslegung weist der Heizrollenlaminator zwei Gummirollen auf, die den Druck und die Wärme für die Laminierung aufbringen. In einer bevorzugten Variante besitzt der Heizrollenlaminator zwei Rollen mit gleichem Durchmesser. Die Rollen werden entweder einzeln oder zusammen von innen oder indirekt erhitzt. Für eine effiziente Laminierung sollten die Heizrollen sehr bevorzugt planar zueinander laufen.
Y.arjante.JI;. PJattenvakuumJaminator
Diese in Figur 4 beispielhaft schematisch dargestellte Variante ist insbesondere für die Laminierung von konfektionierten Bauteilen geeignet.
In einem ersten Schritt [Prozesschritt ll-a) entsprechend Figur 4a)] wird die flexiblen Leiterplatte mit einem oder mehreren versteifenden Materialien die jeweils mit einer Klebefolienschicht versehen sind, in den Plattenlaminator eingegeben (in Figur 4a ist der noch nicht laminierte Verbund aus flexibler leiterplatte und Verstärkungsmaterial als Positionsziffer 21 a dargestellt). Der Plattenlaminator besteht aus zwei Metallplatten 22 und 23, wobei mindestens eine der Metallplatten 22, 23 beheizbar ist, vorzugsweise jedoch beide Metallplatten. Weiterhin ist eine Metallplatte 23 mit einer oder mehreren Dichtungen 24 versehen, so dass bei geschlossener Apparatur ein Vakuum innerhalb der Apparatur erzeugt werden kann, und zumindest eine Metallplatte 23 mit zumindestens einer Öffnung ausgerüstet, die das Evakuieren erlaubt (Vakuumpumpe N-V) (im Gegensatz zur schematischen Zeichnung kann dies auch die Metallplatte 22 sein). Die flexible Leiterplatte mit dem versteifenden Material (Verbund 21 a) wird innerhalb des durch die Dichtung(en) 24 gebildeten evakuierbaren Bereiches platziert. Anschließend wird in Prozessschritt ll-b) entsprechend Figur 4b) die durch die Dichtung(en) 24 gebildete Kammer geschlossen, insbesondere durch das Absenken der Metallplatte 22. Anschließend werden im Prozessschritt ll-c) entsprechend der Figur 4c) durch Evakuuierung mit der Vakuumpumpe N-V die Metallplatten 22, 23 zusammengezogen. Hierdurch werden zum einen Luftblasen aus der zur Verklebung eingesetzten hitzeaktivierbaren Folie entfernt und zum anderen ein Druck auf den zu laminierenden Verbund 21 a mittels der Metallplatten 22, 23 aufgebaut, so dass durch die Laminierung der Verbund 21 b entsteht. Der zum Laminieren aufzuwendende Druck lässt sich über die gewählte(n) Dichtung(en) 24 entsprechend regeln (insbesondere durch Höhe und Steifigkeit der Dichtungen). Weiterhin wird durch die mindestens eine beheizbare Metallplatte (22 und/oder 23) die zum Laminieren notwendige Wärme zur Aktivierung der hitzeaktivierbaren Folie eingebracht.
Der Prozess wird bevorzugt mit einem Vakuum (Unterdruckatmosphäre) von < 50 mbar, sehr bevorzugt < 10 mbar, äußerst bevorzugt < 1 mbar betrieben. Für einen schnellen Prozess sind bevorzugt beide Metallplatten (22, 23) beheizbar. Die Metallplattentemperatur beträgt bevorzugt zwischen 60 und 250 0C, sehr bevorzugt zwischen 130 und 200 0C. Bevorzugt wählt man einen Laminierdruck von mindestens 15 bar, mehr bevorzugt von mindestens 25 bar, äußerst bevorzugt von mindestens 30 bar; insbesondere wird derart vorgegangen, dass - je nach eingesetzter Klebefolie - ein oberer Grenzwert des Laminierdrucks von 60 bar, bevorzugt von 50 bar jedoch nicht überschritten wird. Die Prozesszeiten hängen von der Zusammensetzung der hitzeaktivierbaren Folie (Geschwindigkeit der Vernetzung) sowie dem Zeitraum zur Evakuierung ab. In einem äußerst bevorzugten Verfahren wird das maximale Vakuum innerhalb von 45 s, sehr bevorzugt innerhalb von 30 s und bevorzugt innerhalb von 15 s erreicht. Bei konstantem Vakuum kann der Druck durch die Metallplatten (22, 23) konstant gehalten werden, bis dann wieder belüftet wird. Nach Belüftung werden die laminierten Leiterplatten mit dem versteifenden Material (laminierter Verbund 21 b) entnommen. Dieser Prozess lässt sich weiter in vorteilhafter Weise abwandeln. So kann beispielsweise die Dichtung (24) durch ein vollflächiges Diaphragma ersetzt werden, welches zum einen die Dichtfunktion übernimmt, aber auch den Leiterplatten-Verbund an die obere Metallplatte andrückt. Durch den flexiblen Charakter wird hierbei ein sehr gleichmäßiger Druck auf den Verbund aufgebracht. Für diesen Fall erfolgt die Evakuierung bevorzugt von der oberen Metallplatte (22) aus; insbesondere erfolgt auch die Beheizung mittels dieser metallplatte (22). Die untere Metallplatte (23) wird zum Verschluss angedrückt, bevor das Vakuum gezogen wird und der Druck auf die flexible Leiterplatte mit dem versteifenden Material (Verbund 21 ) ausgeübt wird.
Verfahrensschritt f):
Nachhärtunq; insbesondere in einem Ofen
Für die Erreichung der maximalen Verklebungsfestigkeit von versteifendem Material auf der flexiblen Leiterplatte ist es von Vorteil, die hitzeaktivierbare Klebemasse vollständig auszuhärten. Der Aushärtungsprozess kann beispielsweise in einem Ofen erfolgen. Der Ofen wird in einer bevorzugten erfindungsgemäßen Vorgehensweise mit Umluft betrieben. Die Temperatur beträgt - je nach Aushärtungstemperatur der hitzeaktivierbaren Klebemasse, nach der die Prozesstemperatur entsprechend gewählt werden sollte - bevorzugt zwischen 100 0C und 230 0C.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird das Laminat aus flexibler Leiterplatte und versteifendem Material nicht mit einer konstanten Temperatur ausgehärtet, sondern über einen Temperaturgradienten. Es wird zum Beispiel erst bei 70 0C beheizt, dann bei 1 10 0C und anschließend bei 150 0C. Durch diese Verfahrensführung können die flexiblen Leiterplattenmaterialien sowie die versteifenden Materialien gegebenenfalls noch schonend getrocknet werden, um eine Blasenbildung innerhalb der Verklebungsfügung (insbesondere innerhalb und/oder an der einlaminierten Klebefolie, also in der „Fuge" zwischen flexibler Leiterplatte und Verstärkungsplatte) zu vermeiden, die beispielsweise auf Wasserdampf aus Polyimid basieren könnte. Alternativ zu diesem Vorgehen eignen sich nicht nur stufenweise Prozesse, sondern auch kontinuierliche Temperaturgradienten zum Trocknen und Härten. Die Prozesszeit im Ofen beträgt bevorzugt zwischen 10 Minuten und 12 Stunden, je nach chemischer Zusammensetzung und Aushärtungsmechanismus der hitzeaktivierbaren Folie.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch mehrmalige Prozessabfolge auch dafür eingesetzt werden, um flexible Leiterplatten mit mehreren Verstärkungsplatten zu versehen und ein entsprechend mehrschichtiges Laminat (zwei, drei oder mehr Verstärkungsschichten) herzustellen.
Experimente
Zur Validierung der Eignung der erfindungsgemäßen Prozesse zur Lösung der Erfindungsaufgabe wurden Verklebungen mit dem kommerziell erhältlichen Produkt tesa 8865® durchgeführt. Diese hitzeaktivierbare Folie basiert auf der Kombination aus Nitrilkautschuk und Epoxy-Harz.
Zur Versteifung (als Verstärkungsplatte) wurden sowohl eine 75 μm dicke Polyimidfolie als auch in einem zweiten Experiment eine 300 μm dicke Glasfaser/Epoxy-Platte eingesetzt. Als Leiterplatten wurden flexible Polyimid-Kupfer-Laminate verwendet. Die Laminatoren entsprachen der Anordnung in Figur 1 im Prozessschritt a) bzw. der Anordnung in Figur 2 mit Laminatoren entsprechend Figur 1 in den Prozessschritten d) und e) und wurden mit 170 0C, einem effektiven Verklebungsdruck von 20 bar und einer Geschwindigkeit von 1 m/min, betrieben Das Vakuum betrug in allen Fällen kleiner 10 mbar. Es wurde bei 70 0C für 10 Minuten, bei 1 10 0C für 10 Minuten und bei 150 0C für 10 Minuten im Ofen nachgehärtet.
Die Verklebungen waren nach dem unterschiedlichen erfinderischen Prozess blasenfrei. Die blasenfreie Verklebung wurde mit einem Mikroskop bewertet (10 -fache Vergrößerung). Auch nach der Durchführung eines Reflowofenprozesses (Simulationstest: 5 Minuten bei 260 0C im Umluftofen) bildeten sich keine Blasen in der Verklebungsfuge.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten, umfassend einen Prozess zur Modifizierung einer flexiblen Leiterplatte insbesondere zu deren Stabilisierung, gekennzeichnet durch zumindest folgende Verfahrensschritte: a) Bereitstellung eines Flächengebildes („Verstärkungsplatte") mit geringerer Flexibilität als die der flexiblen Leiterplatte, b) Heißlaminierung einer hitzeaktivierbaren Klebefolie auf der Verstärkungsplatte, c) Platzierung des Laminats aus Klebefolie und Verstärkungsplatte mit der Klebfolienseite auf der flexiblen Leiterplatte, d) Einbringung des Bauteils aus Verstärkungsplatte, Klebefolie und flexibler Leiterplatte in eine Unterdruckatmosphäre, e) Heißlaminierung des Bauteils unter Applikation von Druck und Wärme.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessschritte d) und e) in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt werden.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Unterdruckatmosphäre p < 50 hPa, bevorzugt p < 10 hPa, sehr bevorzugt p < 1 hPa beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Verfahrensschritt e) in zumindest einem Laminator, insbesondere zumindest einem Heizrollenlaminator durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißlaminierprozess im Verfahrensschritt e) in einem Temperaturfenster von 60 0C bis 180 0C durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Heißlaminierprozesses im Verfahrensschritt e) ein Laminierdruck von mindestens 15 bar, sehr bevorzugt mindestens 25 bar, äußerst bevorzugt mindestens 30 bar auf das Bauteil einwirkt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Der Laminierdruck während des Heißlaminierprozesses im Verfahrensschritt e) nicht mehr als 60 bar, bevorzugt nicht mehr als 50 bar beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Verfahrensschritt f) eine Nachhärtung erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Verfahrensschritt f) durch Einbringung des Bauteils in einen Ofen erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsplatte im wesentlichen dieselben Flächenausdehnungen hat wie die flexible Leiterplatte.
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