DE10153922A1

DE10153922A1 - Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnen auf einem Träger und Schaltungsträger hergestellt nach diesem Verfahren

Info

Publication number: DE10153922A1
Application number: DE2001153922
Authority: DE
Inventors: Jochen Butzek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2003-05-22

Abstract

Beim Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnen auf einem Träger werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt: DOLLAR A a) eine nicht metallisierbare Folie (1, 10, 25) wird entsprechend den herzustellenden Leiterbahnen (8, 16, 19, 19a, 20, 23a, 27) strukturiert, DOLLAR A b) die strukturierte Folie (1, 10, 25) wird mit einem metallisierbaren Kunststoff hinterspritzt oder abgegossen und die in die Folie (1, 10, 25) eingearbeitete Struktur (2, 12) mit Kunststoff gefüllt, DOLLAR A c) der hinterspritzte Kunststoff wird metallisiert, wobei sich dort Metall abscheidet, wo vorher die Folie (1, 10, 25) strukturiert war. Das Verfahren ermöglicht die kostengünstige Herstellung dreidimensionaler Schaltungsträger.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnen auf einem Träger, wobei eine Folie hinterspritzt oder abgegossen wird. Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnen auf einem Träger insbesondere Verfahren zur Herstellung von räumlich spritzgegossenen Schaltungsträgern, sogenannte 3-D MID (Molded Interconnect Devices) sind bekannt und beispielsweise in der Veröffentlichung des MID ev., Int. Fachkongress für MID-Technik "Proceedings MID 2000", Nürnberg, Stand 9/00 der Forschungsvereinigung "räumliche elektronische Baugruppen (3-D MID) veröffentlicht. Die in dieser Schrift erwähnten Verfahren betreffen das Maskenverfahren, Zweikomponentenspritzgiessen mit mehreren Varianten, Laserdirektstrukturierung, Heissprägen und Folien hinterspritzen. Mit diesen Verfahren können an sich in hohen Stückzahlen Schaltungsträger beispielsweise für die Automobilindustrie, die Telekommunikation sowie für die Haus- und Medizintechnik hergestellt werden. Von diesen Verfahren hat die 3-D MID-Technik den besonderen Vorteil, dass sie umweltverträglich ist und eine hohe Gestaltungsfreiheit bietet. Die Kosten für die genannten Verfahren sind jedoch vergleichsweise hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, das eine kostengünstigere Herstellung dreidimensionaler Schaltungsträger ermöglicht und das bei hoher Gestaltungsfreiheit dennoch umweltfreundlich ist. Die Aufgabe ist gemäss Anspruch 1 gelöst. Beim erfindungsgemässen Verfahren wird eine nicht metallisierbare Folie beispielsweise mit einem Laser oder durch Stanzen strukturiert. Durch Hinterspritzen oder stoff in einer Gussform wird ein Träger auf der Folie gebildet. Der Träger mit der Folie wird beispielsweise durch chemische oder elektrolytische Metallausscheidung metallisiert. Hierbei wird die Folie nicht metallisiert. Hingegen werden im Bereich der Strukturierung die freiliegenden Flächen des hinterspritzten Kunststoffs metallisiert und damit beispielsweise Leiterbahnen gebildet.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens wird darin gesehen, dass zur Herstellung von dreidimensionalen Teilen die Folie beispielsweise durch Tiefziehen dreidimensional ausgeformt werden kann. Solche Ausformungen sind als Standardverfahren bekannt und können vor oder nach der Strukturierung der Folie erfolgen. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht zudem eine Durchkontaktierung sowie die Herstellung von funktionellen Teilen, beispielsweise einer Halterung für eine Sicherung. Eine zweite Kavität oder ein aufwendiges Spritzgusswerkzeug, wie beim Mehrkomponentspritzgiessen, ist nicht erforderlich.

Die Erfindung betrifft zudem einen nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 hergestellten Schaltungsträger. Bei diesem ist erfindungsgemäss der Träger an einer Folie angespritzt. Der Träger durchbricht die Folie an strukturierten Stellen und ist an der freien Folienseite an diesen strukturierten Stellen metallisiert und bildet dadurch Leiterbahnen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung überragt der Träger die Folie an der freien Frontseite, so dass erhobene Leiterbahnen gebildet werden. Solche erhobenen Leiterbahnen bieten eine grössere Oberfläche bei gleichem Platzbedarf.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Ansicht einer strukturierten Folie,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Folie entlang der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine hintergossene Folie in einer abschnittweise gezeigten Spritzgussform,
Fig. 4 einen Schnitt durch einen Schaltungsträger gemäss der Erfindung,
Fig. 5 einen Schnitt durch eine strukturierte Folie gemäss einer Variante,
Fig. 6 einen Schnitt durch einen Schaltungsträger nach einer Variante,
Fig. 7 einen Schnitt durch einen Schaltungsträger gemäss einer weiteren Variante und
Fig. 8 einen Schnitt durch einen Schaltungsträger gemäss einer weiteren Variante.
Der in Fig. 4 gezeigte Schaltungsträger 7 weist einen Träger 5 aus einem thermoplastischen Kunststoff auf, der an eine Folie 1a angespritzt ist. Die Folie 1a ist bereichsweise mit einem 5a des Trägers 5 durchdrungen. Diese Teile 5a sind auf einer freien Seite 9 der Folie 1a mit Leiterbahnen 8 versehen. Diese Leiterbahnen 8 sind metallisierte Schichten, die beispielsweise durch Galvanisieren auf die Teile 5a aufgebracht sind. Das Verfahren zur Herstellung des Schaltungsträgers 7 wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
In einem ersten Verfahrensschritt wird eine Folie 1 beispielsweise mittels eines Lasers oder durch Stanzen strukturiert. Hierbei werden Ausnehmungen 2 gebildet, welche entsprechend den zu bildenden Leiterbahnen verlaufen. Die Folie 1 kann gemäss Fig. 2 eine zweischichtige Folie sein, wobei die eine Folienschicht 1a mit durchdringenden Ausnehmungen 2 versehen wird. Die andere Folienschicht 1b bildet eine abziehbare Schutzfolie.
Grundsätzlich kann die Folie 1 jedoch auch eine einfache Folie sein. Die Ausnehmungen 2 durchdringen in diesem Fall diese einfache Folie.
Die Folie 1 kann eben oder auch dreidimensional ausgeformt sein. Das Ausformen kann beispielsweise durch Tiefziehen erfolgen. Dieses Tiefziehen ist vor oder nach der Strukturierung möglich.
Die Folienschicht 1b verhindert, dass beim Tiefziehen die strukturierte Folienschicht 1b beispielsweise durch Risse beschädigt oder ungewollt deformiert wird. Die beiden Schichten 1b und 1a können aus gleichem oder unterschiedlichem Werkstoff sein. Vorzugsweise sind sie so ausgebildet, dass sie aneinander haften.
Die strukturierte und gegebenenfalls tiefgezogene Folienschicht 1a wird in einen Formhohlraum 4 des in Fig. 3 lediglich angedeuteten Spritzgusswerkzeuges 3 eingelegt. Die Folienschicht 1a liegt hierbei an einem Werkzeugteil 3b an, der mit einem weiteren Werkzeugteil 3a eine Trennebene 6 bildet. Die Folienschicht 1a wird hinterspritzt, indem in den Formhohlraum 4 in an sich bekannter Weise ein thermoplastischer Kunststoff eingespritzt wird. Dieser bildet nach dem Abkühlen und Entformen einen Träger 5, der die Ausnehmungen 2 der Folienschicht 1a mit Teilen 5a durchdringt.
Die hinterspritzte Folienschicht 1a wird mit Träger 5 in üblicher Weise entformt. Anschliessend wird die Folienschicht 1a mit dem angespritzten Träger 5 metallisiert. Dies kann beispielsweise durch eine chemische oder elektrolytische Metallabscheidung erfolgen. Da wie oben erwähnt die Folienschicht 1a aus einem nicht metallisierbaren Werkstoff hergestellt ist, werden lediglich die freien Aussenseiten des Trägers 5 metallisiert. Auf der freien Aussenseite 9 der Folienschicht 1a werden die Teile 5a metallisiert. Hierbei bilden sich auf diesen Teilen 5a die Leiterbahnen 8. Die Folienschicht 1a kann auf dem Träger 5 verbleiben und bildet damit einen Teil des Schaltungsträgers 7. Möglich ist jedoch auch ein Entfernen der Folienschicht 1a.
Die Fig. 6 zeigt einen Schaltungsträger 17, bei dem Leiterbahnen 16 bezüglich einer freien Oberseite 14 einer Folienschicht 10a erhöht angeordnet sind. Die Oberfläche dieser Leiterbahnen 16 ist grösser als diejenige der Leiterbahnen 8. Zur Herstellung des Schaltungsträgers 17 wird die in Fig. 5 gezeigte mehrschichtige Folie 10 verwendet. Bei dieser sind Ausnehmungen 12 eingearbeitet, welche eine Folienschicht 10a vollständig durchdringen und die ebenfalls in eine Folienschicht 10b eingreifen. Die Ausnehmungen 12 können beispielsweise ebenfalls mit einem Laser hergestellt werden. Diese mehrschichtige Folie 10 kann ebenfalls beispielsweise durch Tiefziehen dreidimensional ausgeformt werden. Die Folienschicht 10b stabilisiert beim Tiefziehen die Folie 10. Die Folienschicht 10b wird zum Hinterspritzen nicht entfernt. Sie wird somit auf der Folienschicht 10a zum Spritzgiessen belassen. Der eingespritzte thermoplastische Kunststoff wird an die Oberfläche 13 der Folie 10 angespritzt und dringt hierbei in die Ausnehmungen 12 ein. Nach dem Ausformen wird die Folienschicht 10b entfernt und wie oben erläutert wird der an die Folienschicht 10a angespritzte Träger 15 metallisiert. Nach dem Entfernen der Folienschicht 10b überragen Teile 15a des Trägers 15 die freie Oberseite 14 und diese werden beim Metallisieren mit einer entsprechend vergrösserten Leiterbahn 16 versehen. Diese Leiterbahnen 16 weisen bei gleichem Platzbedarf eine grössere Oberfläche auf.
Zur Herstellung des in Fig. 7 gezeigten Schaltungsträgers 18 ist das Spritzgusswerkzeug 3 so ausgebildet, dass beim Hinterspritzen eines Trägers 19 in diesem Durchbrüche 21 entstehen, welche im Bereich der Ausnehmungen 2 verlaufen. Das Hinterspritzen, Ausformen und Metallisieren erfolgt wie oben erläutert. Beim Metallisieren werden hier jedoch zusätzlich die Durchbrüche 21 metallisiert und damit mit Schichten 19a ausgekleidet. Diese Schichten 19a verbinden wie in Fig. 7 ersichtlich Leiterbahnen 20 mit einer metallischen Schicht 19 eines Trägers 24. Die Leiterbahnen 20 sind somit mit einer Duchkontraktierung mit der Schicht 19 elektrisch verbunden. Solche Durchkontraktierungen können im wesentlichen ohne weiteren Aufwand hergestellt werden. Die Verfahrensschritte bleiben die gleichen wie oben erläutert.
Der in Fig. 8 gezeigte Schaltungsträger 19 weist einen Träger 22 auf, der mit einem Teil 22a eine Folienschicht 25 durchdringt und einen Funktionsteil 23, beispielsweise eine Halterung mit einer Rastausnehmung 23a bildet. Auf den Teil 23 kann beispielsweise eine hier nicht gezeigte Sicherung aufgerastet sein. Der Teil 23 ist wie ersichtlich mit einer metallischen Schicht 26 versehen. Diese Schicht 26 könnte wie beim Träger gemäss Fig. 7 mit einer Schicht 27 durchkontraktiert oder mit einer Leiterbahn der gleichen Seite verbunden sein. Die Schicht 26 wird beim Metallisieren gleichzeitig mit einer Leiterbahn 27 hergestellt. Auch hier sind zur Bildung des Funktionsteils 23 im wesentlichen keine weiteren Aufwendungen erforderlich. Selbstverständlich können auch andere Funktionsteile vorgesehen sein. Denkbar ist auch eine Ausführung, bei welcher auf beiden Seiten des Trägers eine Leiterstruktur hergestellt wird. In diesem Fall werden entsprechend zwei Folien verwendet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Leiterbahnen auf einem Träger, wobei eine Folie hinterspritzt oder abgegossen wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) eine nicht metallisierbare Folie (1, 10, 25) wird entsprechend den herzustellenden Leiterbahnen (8, 16, 19, 19a, 20, 23a, 27) strukturiert,

b) die strukturierte Folie (1, 10, 25) wird mit einem metallisierbaren Kunststoff hinterspritzt oder abgegossen und die in die Folie (1, 10, 25) eingearbeitete Struktur (2, 12) mit Kunststoff gefüllt,

c) der hinterspritzte Kunststoff wird metallisiert, wobei sich dort Metall abscheidet, wo vorher die Folie (1, 10, 25) strukturiert war.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht metallisierbare Folie (1, 10, 25) durch Einarbeiten von Durchbrüchen (2, 12) strukturiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1, 10, 25) mit einem Laser strukturiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1) eine trennbare Mehrschichtfolie ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1) eine abziehbare Folienschicht (1b) aufweist, welche die Folie (1) beispielsweise für ein Tiefziehen stabilisiert.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (10) eine mehrschichtige Folie ist, wobei eine Folienschicht (10a) vollständig durchdrungen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (10) eine Folienschicht (10b) aufweist, die wenigstens bereichsweise nicht durchdringend strukturiert ist.

8. Schaltungsträger, hergestellt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Körper (5, 24, 22) an eine Folie (1, 10, 25) angespritzt ist und diese an strukturierten Stellen durchbricht und dass dieser Körper (5, 24, 22) an den strukturierten Stellen metallisiert ist und beispielsweise Leiterbahnen (8, 20, 27) bildet.

9. Schaltungsträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (15, 22) die Folie (10a, 25) an einer freien Folienseite (14) überragt und dadurch beispielsweise erhobene Leiterbahnen (16) oder Funktionsteile (23) bildet.

10. Schaltungsträger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsteil eine Halterung (23) oder ein Stecker ist, die metallisiert ist.

11. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er Durchkontaktierungen (19a) aufweist.