FI126777B - Menetelmä joustavan piirilevyn valmistamiseksi ja joustava piirilevy - Google Patents

Description

Menetelmä joustavan piirilevyn valmistamiseksi ja joustava piirilevy

Keksinnön kohteena on menetelmä joustavan piirilevyn valmistamiseksi. Keksintö kohdistuu myös menetelmällä valmistettuun joustavaan piirilevyyn.

Tekniikan taso

Yleensä kaksi- tai useampikerroksiset joustavat piirilevyt valmistetaan likipitäen samoilla menetelmillä kuin tavanomaiset taipumattomat piirilevyt. Tavanomaisissa piirilevyissä on sekä mekaanisena tukimateriaalina että eristävänä materiaalina toimiva alusta ns. substraatti. Joustavissa piirilevyrakenteissa joustavana substraattina hyödynnetään yleisesti joko polyimidipohjaista kalvoa (Pl) tai polyesteri-pohjaista kalvoa (PET) tai polyeetterisulfonikalvoa (PES). Polyimidikalvo kestää yli 300 °C:een lämpötiloja. Eräitä polyimidituotemerkkejä ovat Kapton®, Apical® ja Upilex®. Polyesteripohjaiset kalvot kestävät noin 100 °C:een lämpötiloja Esimerkkejä polyesteripohjaisista tuotemerkeistä ovat Mylar® ja Melinex®.

Joustavien piirilevyjen valmistuksessa voidaan hyödyntää joko rullalta-rullalle-valmistusmenetelmää tai paneeliprosessia. Rullalta-rullalle-valmistus-menetelmässä kalvomaista piirilevymateriaalia käsitellään pitkinä nauhoina, jotka ovat rullattuina keloille. Piirilevyn eri valmistusvaiheet tapahtuvat valmistuslaitteis-tossa lähtö- ja vastaanottorullan väliin järjestetyllä suoralla osuudella. Toisiaan seuraavia valmistusvaiheita voi olla lukuisia. Rullalta-rullalle-tekniikka soveltuu hyvin käytettäväksi silloin, kun valmistuserät ovat suuria. Paneeliprosessilla valmistetaan yleisesti joustamattomia piirilevyjä.

Haluttu johdinkuvio piirilevysubstraatin pinnalle voidaan valmistaa esimerkiksi kasvattamalla tai etsaamalla. Kasvatusmenetelmässä haluttu johdinkuvio muodostetaan substraatilla olevan ohuen metallikerroksen päälle elektrolyyttisesti. Kasvatusvaiheen jälkeen johtimien ympärille jäänyt alkuperäinen ohut metallikerros syövytetään pois.

Tavanomaisempi tapa valmistaa johdinkerros piirilevysubstraatille on käyttää et-sausmenetelmää, jossa piirilevysubstraatin pinnalla oleva ylimääräinen metalli poistetaan kemiallisella syövytysprosessilla. Tällöin ainakin toiselle piirilevysubstraatin pinnalle on laminoitu pinnan kokonaan peittävä metallifolio. Metallifolio voi olla esimerkiksi kuparilaminaatti. Jos kyseessä on kaksipuoleinen piirilevy, voidaan piirilevysubstraatin eripuolilla olevien kuparilaminaattien välille luoda sähköinen yhteys läpivientireikien kautta. Sähköinen yhteys piirilevysubstraatin eripuolilla olevien johtavien metallikalvojen välillä voidaan tehdä esimerkiksi poraamalla ensin läpivientireikiä haluttuihin kohtiin. Toisessa valmistusvaiheessa porattuihin läpivientireikiin kasvatetaan kemiallisessa prosessissa kuparia. Kuvattu valmistusmenetelmä on verraten kallis.

Toisessa läpivientien valmistusmenetelmässä hyödynnetään laseria. Ensimmäisessä valmistusvaiheessa valmistetaan johdotus molemmille puolin piirilevysubst-raattia. Tämän jälkeen laserilla tehdään substraatin toisen puolen johtimen läpi kuoppa, joka ulottuu myös piirilevysubstraatin läpi kuitenkaan läpäisemättä toisella puolen olevaa johdinkuviota. Seuraavassa valmistusvaiheessa kuoppa täytetään painamalla siihen esimerkiksi johtavaa hopeapastaa. Tämä valmistusmenetelmä on epäluotettavampi, koska laserilla tehty reikä voi olla epämääräinen ja tällöin sen riittävän hyvä täyttyminen on epävarmaa. Sähköisten piirikokonaisuuksien valmistuksessa voidaan hyödyntää myös ns. painettavaa elektroniikkaa. Tässä valmistusmenetelmässä painolevy tai painolevyssä oleva mustemateriaali koskettaa ja tarttuu painoalustana toimivaan materiaaliin. Painoalustana käytetään jotain sähköisesti eristävää materiaali, jonka päälle halutut piirikokonaisuudet valmistetaan painamalla. Sähköisesti toiminnallisia, nestemäisiä tai pulverimaisia materiaaleja, on saatavilla sekä sähköisesti johtavien, eristävien, puolijohtavien tai optisten piirielementtien valmistamiseksi. Mikäli valmistetaan kaksipuoleinen piirilevy tällä tekniikalla, joudutaan tarvittavat läpiviennit valmistamaan edellä kuvatuilla tekniikoilla.

Keksinnön tavoitteet

Keksinnön tavoitteena on esittää ainakin kaksipuoleisen joustavan piirilevyn valmistusmenetelmä, jolla saadaan kustannustehokkaasti valmistettua joustava sähköisiä piirielementtejä sisältävä piirilevy rullalta-rullalle-valmistuslaitteistolla. Keksinnön mukaiseen kaksipuoleisen joustavan piirilevyn sähköiset läpiviennit toteutetaan eriste-, puolijohde-ja johdinmateriaalien kuviointien yhteydessä.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan valmistusmenetelmällä, jossa ensimmäinen kuvioitu eristekerros, johon jätetään reiät läpivientien kohdalle, painetaan, tulostetaan tai kasvatetaan puhtaalle ilman tukikalvoa olevalle metallikalvolle kuten esimerkiksi kuparifoliolle. Ensimmäinen eristekerros voidaan valmistaa myös la-minoimalla stanssaamalla kuvioitu eristekalvo metallifolioon. Kuvioidun eristeker-roksen päälle voidaan seuraavissa vaiheissa painaa yksi tai useampia johtavia, puolijohtavia tai eristäviä materiaalikerroksia, jotta haluttu piirikokonaisuus saadaan valmistettua. Keksinnön mukaisen piirilevyn läpiviennit toteutetaan painamalla johtavaa materiaalia ensimmäiseen eristekerrokseen kuvioituihin aukkoihin, jolloin ne muodostavat sähköisen kontaktin eristekerroksen läpi kuparilaminaat-tiin. Kun kaikki edullisesti painoteknisesti valmistettavat materiaalikerrokset on valmistettu, kiinnitetään keksinnön mukaisen piirilevyn kuvioitu puoli edullisesti soveliaaseen tukikalvoon. Tämän jälkeen kuvioidaan kupariset piirilevyn johtimet edullisesti etsaamalla metallifolion toiselle käsittelemättömälle pinnalle. Etsauksen jälkeen voidaan kuparijohtimien päälle painaa edullisesti ainakin kuvioitu eristävä suojakerros.

Keksinnön mukaisen menetelmän etuna on se, että ainakin kaksikerroksisen, joustavan piirilevyn läpiviennit saadaan valmistettua luotettavasti painamalla tehtävien johdotusten yhteydessä.

Lisäksi keksinnön etuna on se, että kaikki prosessivaiheet ovat rullata-rullalle-prosesseja, jolloin piirilevyn valmistuksen vaatima läpimenoaika on lyhyt suurilla volyymeillä, jolloin saavutetaan kustannussäästöjä.

Lisäksi keksinnön etuna on se, että painamalla piirielementit suoraan metallifolion pinnalle, jolloin tavanomaista kuparilaminaattia tukeva muovikalvo voidaan jättää pois, on saavutettavissa lisää kustannussäästöjä.

Vielä keksinnön etuna on se, että verrattuna muihin painoteknisiin valmistusmenetelmiin, keksinnön mukaisessa valmistusmenetelmässä metallifolio pysyy yhtenäisenä sen painoprosessin ajan, jolloin metallifolio toimii myös painamisen tukie-lementtinä. Näin menetellen vältetään kutistumia, jotka vaikeuttavat haluttuun valmistustarkkuuteen pääsyä.

Keksinnön mukaiselle joustavan piirilevyn valmistusmenetelmälle, jossa sähköiset piirielementit painetaan rullalta-rullalle-valmistuslaitteistolla, on tunnusomaista, että ensimmäinen kuvioitu eristekerros lisätään puhtaan metallifolion ensimmäiselle puhtaalle pinnalle.

Keksinnön mukaiselle joustavalle piirilevylle, jossa on metallifoliosta etsaamalla valmistetut ensimmäiset johtimet on tunnusomaista, että piirilevy käsittää lisäksi: - lisätyn, ensimmäisen aukkoja sisältävän kuvioidun eristekerroksen, jossa etsatut ensimmäiset johtimet ovat kiinni ensimmäisestä pinnastaan -johtavasta materiaalista ensimmäisen kuvioidun eristekerroksen päälle lisätyn kuvioidun johtavan kerroksen toiset johtimet ja sähköiset piirikomponentit -johtavan materiaalin muodostamat läpiviennit ensimmäisen johtavan kerroksen toisista johtimista eristävän kerroksen aukkojen kautta etsattuihin ensimmäisiin johtimiin - lisättyjen eristävien ja johtavien kerrosten päälle mekaaniseksi tukirakenteeksi kiinnitetyn eristävän tukikalvon, ja - ainakin osittain peittävän lisätyn eristekerroksen etsattujen ensimmäisten johtimien toisella pinnalla.

Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Keksinnön perusajatus on seuraava: Keksinnön mukaisessa valmistusmenetelmässä ei tarvita erillisiä työvaiheita ainakin kaksikerroksisen piirilevyn kahden johtavan kerroksen komponenttien yhdistämiseksi halutuista kohdista toisiinsa sähköisesti johtavilla läpivienneillä eristekerroksen läpi. Läpiviennit valmistetaan piirilevyn eristävien ja johtavien kerrosten painamisen yhteydessä, jotka kerrokset on kuvioitu soveliaasti. Keksinnön mukaisessa valmistusmenetelmässä ensimmäinen kuvioitu eristekerros painetaan edullisesti puhtaan metallifolion, joka on edullisesti kuparifolio, ensimmäiselle pinnalle. Eristekerrokseen jätetään aukot valmistettavien läpivientien kohdalle. Kuvioidun eristekerroksen päälle voidaan seuraavissa vaiheissa painaa yksi tai useampia johtavia, puolijohtavia tai eristäviä materiaali-kerroksia, jotta haluttu piirikokonaisuus saadaan valmistettua. Keksinnön mukaisen piirilevyn läpiviennit toteutetaan edullisesti painamalla johtavaa materiaalia ensimmäiseen eristekerrokseen kuvioituihin aukkoihin. Aukkoihin painetulla johtavalla materiaalilla saadaan aikaiseksi sähköinen kontakti painetusta johtavasta kerroksesta metallifolioon. Kuvioituja eristäviä ja johtavia kerroksia voidaan painaa useampia kerroksia päällekkäin. Kun kaikki piirilevyn ensimmäiselle pinnalle valmistettavat materiaalikerrokset on painettu, niin tämän jälkeen kiinnitetään keksinnön mukaisen joustavan piirilevyn painamalla valmistettu puoli edullisesti soveliaaseen tukikalvoon. Tukikalvo voi sisältää aukkoja, joiden kautta voidaan tehdä sähköinen kytkentä joko metall ifolioon tai johtavaan kerrokseen. Tämän jälkeen kuvioidaan kupariset piirilevyn johtimet edullisesti etsaamalla metallifolion toiselle vielä käsittelemättömälle pinnalle. Johtimien etsauksen jälkeen voidaan valmistettujen piirilevyn metallijohtimien päälle painaa edullisesti ainakin kuvioitu eristävä suojakerros piirilevyn saattamiseksi käyttövalmiiksi.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää esimerkinomaisena vuokaaviona keksinnön mukaisen piiri levyn valmistusmenetelmän päävaiheita kuvat 2a-2h esittävät esimerkinomaisesti erään keksinnön mukaisen piirilevyn poikkileikkauksia kuvan 1 eri vaiheissa.

Seuraavassa selityksessä olevat suoritusmuodot ovat vain esimerkinomaisia ja alan ammattilainen voi toteuttaa keksinnön perusajatuksen myös jollain muulla kuin selityksessä kuvatulla tavalla. Vaikka selityksessä voidaan viitata erääseen suoritusmuotoon tai suoritusmuotoihin useissa paikoissa, niin tämä ei merkitse sitä, että viittaus kohdistuisi vain yhteen kuvattuun suoritusmuotoon, tai että kuvattu piirre olisi käyttökelpoinen vain yhdessä kuvatussa suoritusmuodossa. Kahden tai useamman suoritusmuodon yksittäiset piirteet voidaan yhdistää ja näin aikaansaada uusia keksinnön suoritusmuotoja.

Kuva 1 esittää esimerkinomaisena vuokaaviona keksinnön mukaisen joustavan piirilevyn 20 valmistusmenetelmän päävaiheita. Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että jotkin kuvan 1 vuokaaviossa esitetyt vaiheet voidaan toteuttaa myös toisessa järjestyksessä kuin mitä on esitetty kuvan 1 esimerkinomaisessa vuokaaviossa. Esimerkiksi kuvan 1 vuokaavion vaiheet 101, 102, 104, 105 ja 106 voidaan suorittaa järjestyksessä, jossa kuvan 1 vaiheet 104, 105 ja 106 edeltävät vaiheita 101 ja 102. Kuvan 1 vuokaavion selityksen yhteydessä käytetään selventävinä viitenumeroina kuvissa 2a-2h tarkemmin esitettyjä viitenumerolta.

Joustavan piirilevyn 20 varsinaisia valmistusvaiheita edeltää vaihe 100. Vaiheessa 100 on valmiina puhdas metallifolio 21, joka on edullisesti kuparifolio, alumiinifolio tai uushopeafolio, johon ei ole liitetty tekniikantason mukaista tukikalvoa. Jäljempänä selityksessä esimerkinomaisena metallifoliona käytetään kuparifoliota.

Kuvan 1 kuparifolion 21 paksuus on edullisesti luokkaa 18 pm. Kuparifolio 21 on pakattu kelalle, jota voidaan käyttää rullalta-rullalle-painokoneessa. Kuparifoliolla 21 on kaksi pintaa, joita jäljempänä kutsutaan ensimmäiseksi pinnaksi ja toiseksi pinnaksi. Kuvien 2a-2h mukaisessa esimerkinomaisessa rakenteessa ensimmäistä pintaa voidaan kutsua myös kuparifolion 21 alapinnaksi ja toista pintaa sen yläpinnaksi.

Eräässä keksinnön mukaisessa edullisessa suoritusmuodossa puhdas kuparifolio 21 pinnoitetaan vaiheessa 100 kemiallisesti luokkaa 4 pm olevalla nikkeli-kulta-kerroksella yhdeltä tai molemmilta puolilta. Pinnoituskäsittelyllä parannetaan vai- niistettävien läpivientien tekemistä ja varmistetaan erilliskomponenttien liitäntäpis-teiden juotettavuus jatkokäsittelyssä.

Vaiheessa 101 kuparifolion 21 ensimmäiselle pinnalle (alapinta kuvassa 2b) painetaan, tulostetaan tai kasvatetaan ensimmäinen kuvioitu eristekerros 22, joka edullisesti sisältää aukkoja, joiden kautta piirilevyn 20 läpiviennit saadaan toteutettua. Eristekerroksen paksuus voi olla edullisesti luokkaa 25 pm. Eristekerrok-sessa olevien aukkojen 221 ja 222 lukumäärä, paikat, koot ja muodot voivat vaihdella.

Eräässä toisessa keksinnön mukaisessa edullisessa suoritusmuodossa eriteker-roksen painamisen asemasta kuparifolion 21 ensimmäiselle pinnalle laminoidaan eristekalvo, johon on stanssaamalla valmistettu aukkoja.

Vaiheessa 102 painetaan eristekerroksen 22 päälle ensimmäinen kuvioitu johde-kerros 23, joka voi olla esimerkiksi hopeapastaa tai -mustetta. Johdekerroksen 23 paksuus voi olla edullisesti luokkaa 15 pm. Johdekerrokseen 23 voidaan edullisesti valmistaa ainakin osa piirilevyn 20 ensimmäiselle puolelle integroitavien tai asennettavien sähköisten komponenttien välisistä johdotuksista. Johdekerroksen 23 materiaalilla voidaan samanaikaisesti edullisesti valmistaa myös johdekerrok-sesta 23 eristekerroksen 22 läpi menevät läpiviennit (kuvassa 2b viitteet 231 ja 232) kuparifolion 21 ensimmäiselle pinnalle. Samoin johdekerrokseen 23 voidaan valmistaa liitosalueet 233 liitettäville erilliskomponenteille.

Ensimmäisen johdekerroksen 23 painamisen jälkeen tarkistusvaiheessa 103 päätetään, painetaanko uusia eriste- ja/tai johdekerroksia valmistetun johdekerroksen päälle. Jos päätös on ”Kyllä” valmistusprosessissa palataan vaiheeseen 101, jossa painetaan uusi kuvioitu eristekerros. Painetun eristekerroksen päälle voidaan edullisesti painaa myös uusi kuvioitu johdekerros. Tätä prosessiluuppia 101-103 toistetaan niin kauan, että tarkistusvaihe 103 tuottaa päätöksen ”Ei”, jolloin valmistusprosessi etenee puolijohdekomponenttien valmistustarpeen tarkistusvaiheeseen 104. Kuvatulla menettelyllä on keksinnön mukaisella valmistusmenetelmällä aikaansaatavissa useampikerroksinen piirilevy toistammalla prosessiluuppia 101-103 ainakin kaksi kertaa.

Keksinnön mukaisella joustavan piirilevyn valmistusmenetelmällä voidaan toteuttaa myös painotekniikalla valmistettaviin puolijohteisiin perustuvia piirikomponent-teja joustavalle piirilevylle 20. Vaiheessa 104 tarkistetaan, integroidaanko piirilevyyn 20 painamalla tai tulostamalla myös puolijohdeperustaisia komponentteja vai ei. Jos tarkistusvaiheen 104 tarkistuksen tuloksena on päätös ”Ei”, siirrytään suoraan seuraavaan tarkistusvaiheeseen 106 (puolijohdekomponentin valmistusvaiheet eivät sisälly kuvissa 2a-2h esitettyyn piirilevyesimerkkiin).

Jos tarkistusvaiheen 104 tarkistuksen tuloksena on päätös ”Kyllä”, niin yksi puoli-johdekomponenttikerros valmistetaan vaiheessa 105 painamalla tai tulostamalla puolijohdekomponenttimateriaali kuparifolion ensimmäiselle pinnalle valmistettujen eriste- ja johdekerrosten päälle. Puolijohdekomponenttien valmistaminen voi käsittää useita erillisiä perättäisiä painanta- tai tulostuskertoja erilaisilla puolijoh-demateriaaliseoksilla.

Jokaisen puolijohdekomponentin painanta- tai tulostuskerran jälkeen tarkistetaan tarkistusvaiheessa 106, onko kaikki tarvittavat puolijohdemateriaalit valmistettu vai ei. Jos tarkistuksen tulos on ”Ei” palataan vaiheeseen 105 ja valmistetaan seu-raava puolijohtava materiaalikerros.

Prosessiluuppia 104-106 toistetaan niin kauan, että vaiheessa 106 tuotetaan päätös ”Kyllä”. Tämän päätöksen jälkeen valmistusprosessi etenee vaiheeseen 107, jossa kuparifolion 21 ensimmäiselle pinnalle valmistettujen piirilevyelementti-en päälle kiinnitetään taipuisa, eristävä tukikalvo 25. Tukikalvo 25 kiinnitetään piirilevyn 20 tukielementiksi esimerkiksi siihen kuuluvalla liimakerroksella 24. Tukikalvo 25 suojaa piirilevyn 20 piirielementtejä mekaanisesti, sähköisesti ja kemiallisesti. Tukikalvoon 25 voidaan tämän jälkeen edullisesti tehdä aukkoja esimerkiksi ulkoisia sähköisiä kytkentöjä varten.

Kuten edellä on mainittu puolijohdekomponenttien valmistusvaiheet 104-106 voivat edeltää eristekerroksen 22 ja johdekerroksen 23 valmistusvaiheita 101-103. Tässä edullisessa suoritusmuodossa puolijohdekomponentin osat painetaan tai tulostetaan suoraan kuparifolion 21 ensimmäiselle pinnalle, joka tällöin toimii substraattina. Myöhemmät eriste- ja johdekerrokset valmistetaan tässä edullisessa suoritusmuodossa puolijohdekerroksien päälle.

Kun tukikalvo 25 on kiinnitetty keksinnön mukaisen piirilevyn 20 ensimmäiselle puolelle, voidaan kuparifolion 21 vielä yhtenäiselle toiselle pinnalle valmistaa et-saamalla kupariset johtimet 21a vaiheessa 110.

Vaiheessa 111 kupariset johtimet 21a edullisesti suojataan painamalla tai tulostamalla eristekerros 26 etsattujen kuparijohtimien 21a päälle. Eristekerros 26 voi edullisesti olla kuvioitu, jolloin se sisältää myös aukkoja 261 ja 262.

Tarkistusvaiheessa 112 päätetään, valmistetaanko eristekerroksen 26 päälle muita materiaalikerroksia, joita voivat olla esimerkiksi johtava kerros 27 tai yksi tai useampia puolijohtavia materiaalikerroksia.

Jos tarkistusvaiheen 112 tuloksena on päätös ”Ei”, valmistusprosessi päättyy vaiheeseen 115, jossa joustava piirilevy 20 on valmis erilliskomponenttien asennukseen.

Jos tarkistusvaiheen 112 tuloksena on päätös ”Kyllä”, niin tällöin valmistusprosessi etenee vaiheeseen 113, jossa valmistetaan yksi materiaalikerros. Tämän jälkeen vaiheessa 114 tarkistetaan, valmistetaanko vielä muita materiaalikerroksia vai ei.

Jos tarkistusvaiheen 114 tuloksena on päätös ”Kyllä”, valmistusprosessi palaa vaiheeseen 113, jossa painetaan tai tulostetaan uusi materiaalikerros. Tätä pro-sessiluuppia 113-114 toistetaan niin kauan, että tarkistusvaiheen 114 päätös on ”Ei”, jolloin valmistusprosessi etenee vaiheeseen 115, jossa taipuisa piirikortti 20 on saatu valmiiksi erilliskomponenttien asennusta varten.

Kuvissa 2a-2h on esitetty esimerkinomainen keksinnön mukainen kolmikerroksinen joustava piirilevy 20. Kuvissa 2a-2h keksinnön mukaisen piirilevyn 20 metalli-foliona käytettään esimerkinomaista kuparifoliota. Keksintö ei kuitenkaan rajoitu kaksi- tai kolmikerroksiseen piirilevyyn vaan keksinnön mukaisessa piirilevyssä voi olla useampiakin kerroksia. Esimerkinomaiseen valmiiseen piirilevyyn 20 ei tässä esimerkissä sisälly painamalla tai tulostamalla toteutettuja puolijohdekomponentteja.

Kuvassa 2a on esitetty puhdas kuparifolio 21, johon ei ole laminoitu erillistä muovikalvoa tukielementiksi. Keksinnön mukaisessa valmistusprosessissa kuparifolio 21 toimii prosessin alkuvaiheissa myös painoprosessin vaatimana tukielementti-nä, joten erillistä muovista tukielementtiä ei tarvita. Kuparifolion 21 paksuus on edullisesti luokkaa 18 pm. Eräässä keksinnön edullisessa suoritusmuodossa ainakin kuparifolion 21 toinen pinta on päällystetty kemiallisesti nikkeli-kulta-kerroksella (ei esitetty kuvassa 2a). Nikkeli-kulta-kerroksen paksuus on edullisesti luokkaa 2-4 pm. Pinnoituskäsittelyllä parannetaan valmistettavien läpivientien, erityisesti läpimitaltaan pienten läpivientien, ja erilliskomponenttien liitäntäpistei-den luotettavuutta.

Kuvassa 2b on esitetty kuparifolion 21 ensimmäiselle pinnalle (alapinta) painettu tai tulostettu kuvioitu ensimmäinen eristekerros 22. Eristekerros voi olla myös stanssaamalla kuvioitu muovikalvo, joka on laminoitu kuparifolion 21 ensimmäiseen pintaan kiinni. Eristekerros 22 sisältää edullisesti aukkoja, esimerkinomaiset aukot 221 ja 222, joiden kautta valmiissa keksinnön mukaisessa piirilevyssä 20 läpiviennit yhdestä johtavasta kerroksesta toiseen kerrokseen saadaan toteutettua. Eristekerroksen 22 paksuus on edullisesti luokkaa 25 pm. Eristekerroksessa olevien aukkojen lukumäärä, paikat, koot ja muodot voivat vaihdella.

Kuvassa 2c on esitetty eristekerroksen 22 päälle painettu tai tulostettu ensimmäinen kuvioitu johdekerros 23, joka voi olla esimerkiksi hopeapastaa tai -mustetta. Johdekerroksen 23 paksuus on edullisesti luokkaa 15 pm. Johdekerrok-sessa 23 on edullisesti ainakin osa keksinnön mukaisen piirilevyn 20 ensimmäiselle puolelle integroitavien tai asennettavien sähköisten komponenttien välisistä johdotuksista. Johdekerroksessa 23 on myös johdekerroksesta 23 eristekerroksen 22 läpi menevät, kuparifolion 21 ensimmäiseen pintaan asti ulottuvat läpiviennit 231 ja 232. Kuvan 2c esimerkissä johdekerrokseen 23 on esitetty myös esimerkinomaiset liitosalueet 233 keksinnön mukaiseen piirikorttiin 20 liitettäville erillis-komponenteille.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että johdekerroksen 23 päälle voidaan painaa tai tulostaa uusi kuviomaton eristekerros tai kuvioitu eristekerros ja sen päälle edelleen johtava kerros useampikerroksisen piirilevyn valmistamiseksi.

Kuvassa 2d on esitetty keksinnön mukainen piirilevy 20 puolivalmisteena, jossa kuparifolion 21 ensimmäiselle pinnalle valmistettujen piirikorttielementtien päälle on kiinnitetty taipuisa, eristävä tukikalvo 25. Tukikalvo 25 on edullisesti kiinnitetty piirilevyn 20 tukielementiksi esimerkiksi siihen kuuluvalla liimakerroksella 24. Tukikalvo 25 voi olla esimerkiksi 25 pm paksu PET-kalvo, joka on liimattu 50 pm paksulla kuumaliimalla piirilevyn 20 ensimmäiselle pinnalle valmistettujen materi-aalikerrosten päälle. Kiinnitetty tukikalvo 25 suojaa piirilevyn 20 piirielementtejä mekaanisesti, sähköisesti ja kemiallisesti. Tukikalvoon 25 voidaan edullisesti tehdä aukkoja esimerkiksi ulkoisia sähköisiä kytkentöjä varten.

Kiinnitetty tukikalvo 25 toimii keksinnön mukaisen piirilevyn 20 tukielementtinä etsauksessa ja sitä seuraavissa valmistusvaiheissa, koska etsauksessa aiemmin tukevana elementtinä toiminut kuparifolio on menettänyt pääosan kuparistaan.

Kuvassa 2e on esitetty keksinnön mukainen piirilevy 20 etsausvaiheen jälkeen. Viitteellä 21a on esitetty etsauksen jälkeen piirilevylle jääneet kuparifolion osat. Kuvan 2e esimerkissä etsauksella on kuparifolio poistettu kohdista 211 ja 212. Et sauksen jälkeen jäljelle jääneet kuparifolion osat, kolme esimerkinomaista viitettä 21a, voivat olla esimerkiksi johdotuksia piirilevylle 20 integroitavien tai asennettavien komponenttien välillä. Etsauksen jälkeen osa jäljelle jääneestä kuparista 21a voi olla myös jonkin piirikokonaisuuden tarvitsema maataso.

Kerroksen 21 kuviointi voi edullisesti muodostaa läpivientien 231 ja 232 kautta myös keksinnön mukaisen piirilevyn toiselle puolelle painettujen tai tulostettujen aktiivisten komponenttien sähköiset kytkennät.

Kuvassa 2f on esitetty keksinnön mukainen piirilevy 20 sen jälkeen, kun piirilevyn 20 toisella pinnalla olevan johdotuksen 21a päälle on painettu tai tulostettu eriste-kerros 26. Eristekerros 26 voi edullisesti olla myös kuvioitu, jolloin siinä on aukkoja, viitteet 261 ja 262.

Kuvassa 2g on esitetty keksinnön mukainen piirilevy 20 sen jälkeen, kun eriste-kerroksen 26 päälle on painettu tai tulostettu kuvioitu johtava kerros 27. Johtavan kerroksen 23 johtava materiaali täyttää eristävässä kerroksessa 26 olevat aukot 261 ja 262 aina etsattujen johtimien 21a toiseen pintaan (kuvassa 2g yläpinta) saakka. Kuvan 2g esimerkin omaisessa piirilevyssä 20 saadaan aikaiseksi johdo-tus kuvassa äärimmäisenä vasemmalla olevan kuparijohteen 21 a1 ja äärimmäisenä oikealla olevan kuparijohteen 21 a2 välille.

Kuvassa 2h on esitetty keksinnön mukainen piirilevy 20 sen jälkeen, kun johde-kerroksen 27 päälle on painettu tai tulostettu eristekerros 28. Kuvan 2h esimerkissä eristävässä kerroksessa 28 ei ole aukkoja.

Eräässä toisessa keksinnön edullisessa suoritusmuodossa eristävässä kerroksessa on aukkoja. Aukkojen kautta voidaan piirilevyyn kytkeä erilliskomponentte-ja.

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa kuvioidun eristekerroksen 28 päälle voidaan valmistaa uusi johtava kerros, jolloin keksinnön mukaisen piirilevyn kerrosten määrä kasvaa yhdellä. Ja tarvittaessa tämän johtavan kerroksen päälle voidaan valmistaa uusi eristävä kerros.

Edellä kuvatussa keksinnön mukaisessa valmistusmenetelmässä voidaan monikerroksinen taipuisa piirilevy valmistaa rullalta-rullalle-tekniikalla puhtaalle kupari-foliolle. Keksinnön mukaisella valmistusmenetelmällä vältytään tekniikan tason mukaiseen kuparilaminaattiin mekaanisesti valmistettavien sähköisten läpivientien yhteydessä esiintyviltä ongelmilta. Keksinnön mukaisella valmistusmenetelmällä voidaan valmistaa piirilevyjä kustannustehokkaasti erilaisiin RFID-piirisovelluksiin (Radio Frequency IDentification).

Edellä on kuvattu eräitä keksinnön mukaisen valmistusmenetelmän ja valmistusmenetelmällä aikaansaadun joustavan piirilevyn edullisia suoritusmuotoja. Keksintö ei rajoitu juuri kuvattuihin ratkaisuihin, vaan keksinnöllistä ajatusta voidaan soveltaa lukuisilla tavoilla patenttivaatimusten asettamissa rajoissa.

Claims (12)

1. Joustavan piirilevyn (20) valmistusmenetelmä, jossa sähköiset piiriele-mentit valmistetaan rullalta-rullalle valmistuslaitteistolla, tunnettu siitä, että puhtaan metallifolion (21) ensimmäiselle puhtaalle pinnalle painetaan tai tulostetaan (101) ensimmäinen kuvioitu eristekerros (22).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen kuvioidun eristekerroksen (22) päälle sekä siinä oleviin aukkoihin (221, 222) painetaan tai tulostetaan (102) ensimmäinen kuvioitu kerros (23) johtavaa materiaalia piirilevyn (20) ensimmäisen johdotuskerroksen ja läpivientien (231,232) aikaansaamiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen kuvioidun johtavan materiaalikerroksen (23) päälle painetaan tai tulostetaan toinen kuvioitu kerros eristävää materiaalia ja sen päälle edelleen toinen johtava kerros useampi kerroksisen piirilevyn valmistamiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yksi kuvioitu kerros ensimmäistä puolijohtavaa tai toista puolijohta-vaa materiaalia painetaan tai tulostetaan joko metallikalvon (21) ensimmäiselle pinnalle, metallikalvolla olevan johtavan kerroksen (23) tai eristävän kerroksen (22) päälle ainakin yhden aktiivisen piirielementin valmistamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että valmistettujen sähköisten piirielementtien päälle liimataan, painetaan tai laminoidaan eristävä, mekaaninen tukikalvo (25).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että tukikalvon (25) kiinnittämisen jälkeen metallikalvon (21) toiselle pinnalle tulevat kupariset johtimet (21a) valmistetaan etsaamalla (110).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että metallikalvon (20) toiselle pinnalle etsattujen kuparijohtimien (21a) päälle painetaan tai tulostetaan (111) joko kuvioimaton tai kuvioitu eristekerros (26).

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen valmistusmenetelmä, tunnettu siitä, että metallifoliona (21) käytetään kuparia, alumiinia tai uushopeaa sisältävää foliota.

9. Joustava piirilevy (20), jossa on metallifoliosta (21) etsaamalla valmistetut ensimmäiset johtimet (21a), tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi - painetun tai tulostetun, ensimmäisen aukkoja (221, 222) sisältävän kuvioidun eristekerroksen (22), jossa etsatut ensimmäiset johtimet (21a) ovat kiinni ensimmäisestä pinnastaan -johtavasta materiaalista ensimmäisen kuvioidun eristekerroksen (22) päälle painetun tai tulostetun kuvioidun johtavan kerroksen (23) toiset johtimet ja sähköiset piirikomponentit -johtavan materiaalin muodostamat läpiviennit (231, 232) ensimmäisen johtavan kerroksen (23) toisista johtimista eristävän kerroksen (22) aukkojen (221, 222) kautta etsattuihin ensimmäisiin johtimiin (21a) - painettujen tai tulostettujen eristävien ja johtavien kerrosten päälle mekaaniseksi tukirakenteeksi kiinnitetyn eristävän tukikalvon (25), ja - ainakin osittain peittävän painetun tai tulostetun eristekerroksen (26) etsattujen ensimmäisten johtimien (21a) toisella pinnalla.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen joustava piirilevy (20), tunnettu siitä, että metallifolio (21) on kuparia, alumiinia tai uushopeaa.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen joustava piirilevy (20), tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi ainakin yhden painetun tai tulostetun, kuvioidun kerroksen ensimmäistä puolijohtavaa materiaalia ja toista puolijohtavaa materiaalia joko etsatun ensimmäisen johtimen (21a) ensimmäisellä pinnalla tai sen päällä olevan eristävän kerroksen (22) tai johtavan kerroksen (23) päällä ainakin yhden aktiivisen piirielementin toteuttamiseksi.

12. Patenttivaatimuksen 9 tai 11 mukainen piirilevy (20), tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi etsattujen ensimmäisien johtimien (21a) päällä olevan eristävän kerroksen (26) päälle painetun tai tulostetun ainakin yhden kuvioidun joh-dekerroksen (27) ja sen peittävän eristävän kerroksen (28). Patentkrav