DE4003345C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von starr-flexiblen Leiterplatten mit flexiblen Isolationsfolien nur in den flexiblen Bereichen. Solche Leiterplatten sind bekannt aus der DE 36 24 718 C2 und den US-PS'en 47 15 928 und US-PS 45 33 787.

DE 36 24 718 C2 beschreibt dabei partiell flexible Bereiche, die aus flexiblen kleberbeschichteten Kunststoff-Folien aufgebaut sind. Diese sind randspaltfrei, mit gleicher Dicke und mit einem etwas größeren Bereich, als er dem flexiblen Bereich entspricht, in die starren Materialien eingebracht. Die eingepaßten flexiblen Kunststoff-Folienbereiche sind 2-10 mm größer als die späteren flexiblen Bereiche, damit eine einwandfreie Verklebung der flexiblen Kunststoff-Folie im starren Bereich gewährleistet ist. Bei der Herstellung der Einzellagen werden in Prepregs mit einem Werkzeug Aussparungen gestanzt oder geschnitten, die etwas größer sind als der gewünschte flexible Bereich der Leiterplatte. Danach werden die ebenfalls zurechtgeschnittenen Kunststoff-Folienteile in die Prepregs eingesetzt. Die Dicke der Prepregs muß gleich der Dicke der Kunststoff- Folie sein. Auf die Ober- und Unterseite dieser Vorlaminate legt man dann je eine Kupferfolie und verpreßt diesen Verbund bei Druck und Temperatur zu einem Laminat. Anschließend werden die Leitungsmuster in die Kupferfolien ätztechnisch eingebracht. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Notwendigkeit, Vorlaminate herstellen zu müssen. Ferner ist das Verfahren auf mehrlagige, doppelseitig kupferkaschierte Leiterplatten beschränkt.

US-PS 47 15 928 beschreibt ein ähnliches Verfahren zur Herstellung starr-flexibler Laminate, jedoch mit einseitiger Kupferkaschierung, und schlägt insbesondere vor, flexible, eventuell mit Klebstoff vorbeschichtete Polyimid-Folien zu verwenden, die die gewünschte flexible Region der fertigen Leiterplatte überspannen. Prepregs verbinden die Folie des flexiblen Bereichs mit den starren Bereichen.

Die starr-flexible Leiterplatte mit Drahtleiter der US-PS 45 33 787 weist vor der Fertigstellung Sollbruchstellen auf der starren Einzellage innerhalb des flexibel zu gestaltenden Bereichs auf. Durch Brechen der Stege zwischen den starren Teilen und dem später flexiblen Bereich kann das diesen überdeckende Teil leicht entfernt werden. Ferner befindet sich ein, nicht als Trennfolie wirkender, Composite-Film im flexiblen Bereich, dessen thermoplastische Komponente beim Verpressen in die Trennfugen zwischen Kleberschicht und Einlegestück im flexiblen Bereich fließt und somti das Einbrechen der darüber befindlichen Schichten verhindert.

Aus DE 31 19 884 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung von starr-flexiblen Leiterplatten mit konventionellem Aufbau, d. h. mit einer durchgehenden Verbindungsfolie auch im starren Teil, bekanntgeworden: Bei der Herstellung dieser Leiterplatte wird auf einer flexiblen Lage eine Verbindungsfolie angeordnet, auf der ein mit Polytetrafluorethylen beschichtetes Blech angeordnet ist, dessen Stärke der Kleberdicke der Verbindungsfolie angepaßt ist. Die Kontur des Blechs entspricht der Form der vorzusehenden flexiblen Bereiche. Nach dem Verpressen der flexiblen Lage mit der starren Lage im Bereich der Verbindungsfolie und nach dem Ausbilden von Leiterbahnen auf der freien Oberfläche der starren Lage werden Nuten derart eingeschnitten, daß sie sich über die ganze Stärke der starren Lage und auch in die Oberfläche des darunter befindlichen Blechs erstrecken können. Danach liegt ein Abschnitt der starren Lage frei und kann zusammen mit dem Blech entfernt werden. Das genannte Polytetrafluorethylen als Material zur Verhinderung der Haftverbindung mit der angrenzenden Verbindungsfolie wird vorzugsweise in flüssiger Form aufgesprüht.

DE 26 57 212 C3 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von starre und flexible Bereiche aufweisenden Leiterplatten mit einer oder mehreren Einzellagen durch Verpressen von starren und flexiblen Einzellagen mit Hilfe von im flexibel gewünschten Bereich ausgesparten Verbundfolien. Auch hier überdecken die flexiblen Einzellagen die gesamte Leiterplatte, obwohl sie nur im flexiblen Teil benötigt werden. Bei Verwendung von Kleberfolien, die während des Verpressens fließen, wird vorgeschlagen, den Kleberaustritt auf den flexiblen Teil dadurch zu verhindern, daß Trennfolien in die Ausbrüche der Verbundfolie eingelegt werden. Zur Entfernung des starren Materials in den flexiblen Bereichen werden vor dem Verpressen in dem starren Material auf der Seite, die der flexiblen Lage zugewandt ist, Nuten entlang der Trennlinien zwischen starren und flexiblen Bereichen gefräst. Die Nuttiefe entspricht dabei ungefähr der halben Dicke des starren Materials. Nach dem Verpressen und der Ausbildung der Leiterbilder auf den Außenlagen werden längs der gleichen Linien auf der Außenseite der starren Lage nochmals Nuten hergestellt, so daß entlang der Trennlinien die starre Lage in den flexiblen Bereichen vollständig herausgebrochen werden kann. Die für die flexiblen Lagen verwendeten Kunststoff- Folien sind hygroskopisch, so daß beim Löten der Schaltung durch das Verdampfen der absorbierten Feuchtigkeit Delaminationen zwischen flexibler und starrer Lage auftreten können.

Es ist auch möglich, zwischen der starren und flexiblen Einzellage einen nicht fließenden Kleber zu verwenden, der auch während des Verpressens so zäh ist, daß er nicht in die flexiblen Bereiche fließen und dort versehentlich den flexiblen Teil mit der starren Außenlage verkleben kann. Solche Kleber benötigen zum Verpressen den Einsatz eines bekannten Druckausgleichspolsters, um trotz ihrer hohen Viskosität eine homogene Verklebung von flexibler und starrer Einzellage zu erzielen. Dieses Polster bewirkt jedoch, wenn Leiterbahnen auf der Innenseite der starren Einzellage vorhanden sind, daß diese Leiterbahnen sich in die flexible Einzellage drücken und zur Reliefbildung auf deren Kupferfolie führen. Die ätztechnische Herstellung der Leiterbahnen auf dieser Kupferfolie wird somit erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zur Herstellung einer starre und flexible Bereiche aufweisenden Leiterplatte anzugeben, wobei die Leiterbahnen auch auf der Innenseite der starren Einzellage vorhanden sind. Die Nuten, die die später flexiblen Bereiche umfassen, sollen dabei vor der Verbindung der Einzellaminate bereits im starren Material vorhanden sein. Flexible Isolationsfolien müssen nur in den flexiblen Bereichen eingesetzt werden, jedoch ohne Zuhilfenahme von starr-flexiblen Vorlaminaten. Dann kann auf die Verwendung von Druckausgleichspolstern verzichtet werden, und dennoch tritt beim Verpressen keine Reliefbildung auf der Kupferfolie auf. Die Art des Klebers in den starren und flexiblen Bereichen soll dabei nicht auf Prepregs beschränkt sein.

Diese Aufgabe wird durch die Art und die Reihenfolge der im Patentanspruch genannten Verfahrensschritte gelöst.

Der Vorteil der Erfindung liegt - gegenüber dem Stand der Technik - darin, daß die Kleberschichten in den starren und flexiblen Bereichen unterschiedlich gewählt werden können, wobei in den starren Bereichen Prepregs eingesetzt werden können, wie sie bei mehrlagigen Leiterplatten üblich sind, und in den flexiblen Bereichen die Isolationsfolien-Stücke ausschließlich mit flexiblem Kleber beschichtet sind. Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Nuten entlang der Trennlinie zwischen starren und flexiblen Teilen durch die ganze Stärke des starren Materials hindurchgehen und vor dem Verpressen der Einzelschichten hergestellt werden. Diese Trennfugen können dadurch kostengünstig, zum Beispiel durch Stanzen, hergestellt werden, und es wird das Risiko vermieden, daß die flexible Isolationsfolie beim Herstellen der Nuten nach dem Verpressen der Einzelschichten verletzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiter den Vorteil, daß die Stärke des starren Materials nicht an die Stärke der flexiblen Isolationsfolie im flexiblen Bereich angepaßt werden muß, sondern daß die Stärke des starren Materials unabhängig davon so dimensioniert werden kann, wie es für die Bauteile im starren Bereich erforderlich ist. Es besteht somit keine Dickenbeschränkung für den Aufbau der starr-flexiblen Leiterplatten.

Im einzelnen besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß, vor dem Verpressen der Einzellagen, z. B. durch Nuten oder Stanzen, Sollbruchstellen in die starre Einzellage, entlang der Trennungslinie zwischen dem starren und flexiblen Bereich der Leiterplatte, hergestellt werden. Die Einzellage besteht zweckmäßig aus glasfaserverstärktem Epoxidharz und besitzt auf der Außenseite eine Kupferkaschierung und auf der Gegenfläche bereits eine Schaltungslage, die z. B. mittels konventioneller Ätztechnik hergestellt wurde.

Nach dem Ausbilden der Sollbruchstellen auf der starren Einzellage des flexibel zu gestalteten Bereichs wird eine Isolationsfolie, vorzugsweise aus Polyimid, mittels einer nicht fließenden Kleberschicht auf die starre Einzellage schaltungsseitig aufgebracht. Die Kleberschicht befindet sich nur im Verklebungsbereich zwischen der Isolationsfolie und der starren Einzellage. Sie kann z. B. aus einem Klebeband bestehen, das entweder auf die Isolationsfolie oder auf die starre Einzellage vorpositioniert wird. Die Isolationsfolie überragt die Abmessungen des flexiblen Bereichs allseitig um 3 bis 5 mm, und der Verklebung zwischen Folie und starrer Einzellage genügende Haftkraft zu verleihen. Die Isolationsfolie wird auf ihrer der Einzellage abgewandten Seite mit einer zusätzlichen Kleberschicht versehen, die auch im ausgehärteten Zustand flexibel bleibt.

Anschließend wird ein Prepreg mit gleicher Harzzusammensetzung wie die starre Einzellage, diese überdeckend, aufgelegt, wobei das Prepreg eine Aussparung von der Größe und Lage der flexiblen Isolationsfolie besitzt und gleich oder wenige Mikrometer dicker ist als die Isolationsfolie einschließlich deren Kleberbeschichtungen.

Schließlich wird über das gesamte Prepreg eine durchgehende Kupferfolie gelegt.

Der Verbund wird dann unter Druck und einer Temperatur, die ausreicht, die Kleberschichten aktiv werden zu lassen, zu einem Laminat verpreßt, wobei das Prepreg am Anfang des Preßzyklus niedrigviskos wird und die Isolationsfolie luftfrei umschließt sowie die Leiter auf der starren Einzellage einbettet. Im weiteren Verlauf härtet die Kleberschicht aus und verklebt alle Materialschichten miteinander. Der kurzzeitige Kleberfluß bewirkt gleichzeitig einen Druckausgleich, so daß auf zusätzliche Druckausgleichspolster beim Pressen verzichtet werden kann und man ein planes Laminat mit glatten Kupferoberflächen erhält. Es kann mit bekannten Durchkontaktierungs- und Strukturierverfahren weiter bearbeitet werden.

Ist die Kontur der starr-flexiblen Leiterplatte hergestellt, dann läßt sich im flexiblen Bereich das verbliebene Teilstück der starren Einzellage entlang der Sollbruchstellen leicht entfernen.

Das Prepreg mit einem latent reaktiven Reaktionsharz dient als Isolationsschicht zwischen der Innenlage der starren Einzellage und der Außenlage der Isolationsfolie und gleichzeitig als Niveauausgleich zur Isolationsfolie.

Da die Isolationsfolie beidseitig mit Kleber beschichtet ist, braucht die Kupferfolie keinen eigenen Kleber aufzuweisen; sie wird im starren Bereich durch das Prepreg-Harz und im flexiblen Bereich durch den Kleber auf der Isolationsfolie fest haftend verklebt.

Die folgenden Figuren verdeutlichen das erfindungsgemäße Verfahren. Es zeigen

Fig. 1 die Isolationsfolie mit Klebestreifen;

Fig. 2 bis 5 die Herstellung des Leiterplattenverbundes.

Fig. 1 zeigt eine Polyimidfolie 5, auf die nur in den Bereichen Klebestreifen 6a aus nicht fließendem Werkstoff aufgebracht sind, die mit dem Epoxidglashartgewebe 1 verklebt werden sollen.

Die starrre Einzellage 1 mit vorgefertigten Sollbruchstellen 2 besitzt auf der Innenseite Leiterbahnen 25 (Fig. 2). Gemäß Fig. 3 wird ein Prepreg 8 auf die starre Einzellage 1 gelegt, welches eine Aussparung in der Lage und Größe der Isolationsfolie 5 besitzt.

Die Isolationsfolie 5, die auf der Seite zur starren Einzellage in den Verklebungsbereichen Klebebänder 6a trägt, weist auf ihrer Gegenfläche eine Schicht 6b aus einem Klebstoff auf, der auch nach dem Verkleben flexibel bleibt. Das Prepreg 8 ist gleich dick oder wenige Mikrometer dicker als die Polyimidfolie 5 einschließlich der Beschichtung 6a, 6b, woraus sich nach dem Auflegen der Kupferfolie 22 durch das Fließverhalten des Prepregs 8 eine Planlage der Kupferfolie 22 ergibt (Fig. 3 und 4) und die Leiterbahnen 25 vollständig luftfrei eingebettet werden.

Die Herstellung der Durchkontaktierungen 23 und der Leiterbahnen 24 auf den Außenlagen erfolgt nach dem bekannten Verfahren für starre Mehrlagen-Leiterplatten. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit oder zur Isolation kann eine Deckfolie 9, die ebenfalls im wesentlichen nur den flexiblen Teil überdeckt, auflaminiert werden.

Nach der Bearbeitung der Kontur 30 und dem Entfernen des Teils 3 erhält man die in Fig. 5 im Querschnitt dargestellte starrflexible Mehrlagenschaltung.

Bezugszeichenliste

1 starre Einzellage
2 Sollbruchstellen in der starren Einzellage
3 Teilstück der starren Einzellage
5 Isolierfolien-Stück
6a Klebestreifen zwischen Isolationsfolie und starrer Einzellage
6b flexible Klebeschicht zwischen Isolationsfolie und Kupferfolie
8 Prepreg
9 Deckfolie
21 Kupferfolie, kaschiert auf der starren Einzellage 1
22 Kupferfolie über dem Prepreg 8 und der Kleberschicht 6b
23 Durchkontaktierte Bohrungen
24 Leiterbild auf der Isolationsfolienseite des Verbundes
25 Leiterbild auf der Innenseite der starren Einzellage

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von starr-flexiblen Leiterplatten mit flexiblen Isolationsfolien nur in den flexiblen Bereichen durch

   • - Ausbilden von Sollbruchstellen (2) in der starren, auf einer Fläche mit einer Kupferschicht (21) kaschierten, auf der Gegenfläche mit einer Schaltungslage (25) versehenen Einzellage (1),
   • - Aufbringen einer Isolationsfolie (5) mittels einer nicht fließenden Kleberschicht (6a), die sich nur im Verklebungsbereich zwischen Folie (5) und starrem Träger (1) befindet, auf die starre Einzellage (1), und zwar schaltungsseitig und nur im flexibel zu gestaltenden Bereich (3), wobei die Isolationsfolie (5) allseitig um 3 bis 5 mm die Abmessungen des flexiblen Bereichs (3) überragt,
   • - Bedecken der Isolationsfolie (5) mit einer zusätzlichen Kleberschicht (6b) auf ihrer der Einzellage (1) abgewandten Seite,
   • - Überdecken der Isolationsfolie (5) mit einem Prepreg (8), das gleich dick oder wenige Mikrometer dicker ist als die Isolationsfolie (5) einschließlich der Kleberbeschichtung (6a, 6b) und das die gleiche Harzzusammensetzung wie die starre Einzellage (1) aufweist, wobei das Prepreg (8) im flexiblen Bereich (5) ausgespart ist,
   • - Auflegen einer durchgehenden Kupferfolie (22) über das gesamte Prepreg (8),
   • - Verpressen des Verbundes unter Druck und bei einer Temperatur, die den Kleber und das Prepreg aktiviert, zu einem Laminat,
   • - Aushärten der Kleberverbindungen und, nach der Herstellung der Leiterbilder (23, 24) und der Bearbeitung der Konturen (30),
   • - Entfernen der Einzellage (1) mit der Kupferbeschichtung (21) im flexiblen Bereich (3), entlang der Sollbruchstellen (2).