DE20320760U1

DE20320760U1 - Basiselement für flexible oder semi-flexible ein- oder mehrlagige gedruckte Schaltungen

Info

Publication number: DE20320760U1
Application number: DE20320760U
Authority: DE
Original assignee: Ruwel AG
Current assignee: Schoeller Electronics GmbH
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2013-09-26

Abstract

Basislaminat für flexible oder semi-flexible ein- oder mehrlagige gedruckte Schaltungen, mit einer Trägerfolienschicht (2) und mit mindestens einer Leiterfolienschicht, insbesondere einer Kupferfolie (3),
dadurch gekennzeichnet,
daß als Trägerfolienschicht (2) ein flexibler Lack eingesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Basislaminat für flexible oder semi-flexible ein- oder mehrlagige gedruckte Schaltungen, mit einer Trägerfolienschicht und mit mindestens einer Leiterfolienschicht, insbesondere einer Kupferfolie.
Schon seit vielen Jahrzehnten werden gedruckte elektrische Schaltungen, die häufig auch als Leiterplatten bezeichnet werden, in elektrischen Geräten und in Kraftfahrzeugen zur elektronischen Regelung und Steuerung eingesetzt. Es handelt sich hierbei üblicherweise um starre Leiterplatten, die einerseits diskrete Bauelemente und hochintegrierte Bausteine elektrisch miteinander verbinden und andererseits als Träger derselben fungieren. Die Leiterplatten bestehen zumeist aus einer oder mehreren Einzellagen von glasfaserverstärkten, ausgehärteten Epoxydharzplatten, die zur Ausbildung von Leiterbahnen bzw. Leiterbildern ein- oder beidseitig kupferkaschiert sind. Bei mehrlagigen Leiterplatten sind die einzelnen Ebenen bzw. die auf den Einzellagen angeordneten Leiterbahnen durch metallisierte Bohrungen in der Leiterplatte miteinander elektrisch verbunden.
Seit ca. 30 Jahre werden neben rein starren Leiterplatten auch gedruckte Schaltungen eingesetzt, die nebeneinander starre und flexible Bereiche aufweisen; sogenannte starr-flexible Leiterplatten. Durch das Vorsehen von flexiblen Bereichen kann eine größere Anzahl von starren Leiterplatten in nahezu jeder gewünschten räumlichen Anordnung ohne Steckerleisten oder Verdrahtungen mechanisch und elektrisch miteinander verbunden werden. Darüber hinaus bieten die flexiblen Bereiche die Möglichkeit, mehrere starre Leiterplattenbereiche so "übereinander zu falten", daß eine große Leiterplattenfläche und damit auch eine Vielzahl von auf den Leiterplatten angeordneten diskreten Bauelemente auf einem relativ kleinen Raum untergebracht werden können. Die flexiblen Bereiche bestehen normalerweise aus dünnen Polyimidfolien, die ebenfalls ein- oder beidseitig kupferkaschiert sind.
Daneben gibt es noch flexible bzw. semi-flexible gedruckte Schaltungen bzw. Leiterplatten, wobei die Begriffe "flexible" oder "semi-flexible" in Abhängigkeit von dem mit der gedruckten Schaltung möglichen Biegeradius und der Anzahl der zulässigen Biegebeanspruchungen abhängt.
Die eingangs beschriebenen Basislaminate werden insbesondere für flexible oder semi-flexible gedruckte Schaltungen im Automobilbereich, aber auch in anderen Bereichen eingesetzt. Die Leiterfolienschicht, aus der die elektrischen Leiterbahnen der gedruckten Schaltungen erzeugt werden, ist meist durch eine Kupferfolie realisiert. Für die Trägerfolienschicht werden überwiegend Polyimid-Folien verwendet, die sich in der Praxis sehr bewährt haben und eine Standardmaterialstärke von zumeist 25 μm oder 50 μm aufweisen. Daneben gibt es jedoch auch Trägerfolienschichten aus Polyester, beispielsweise aus PET oder PEN. Eine Klebstoffschicht verbindet die Leiterfolienschicht mit der Trägerfolienschicht, d. h. die Polyimid-Folie bildet mit der ein- oder beidseitig aufgebrachten Kupferfolie und der jeweils zwischenliegenden Klebefolie das Basislaminat.
Zur Herstellung der jeweiligen gedruckten Schaltung wird die Leiterfolienschicht des Basislaminats in gewünschter Weise strukturiert. Hierzu wird mittels bekannter Ätzverfahren das gewünschte Leiterbahnenbild hergestellt. Die so erzeugte Leiterbahnenstruktur wird dann vorzugsweise mit einer auflaminierten Deckfolie abgedeckt, wodurch ein mechanischer und elektrischer Schutz der ein zelnen Leiterbahnen realisiert wird. Als Deckfolie wird dabei in der Regel ebenfalls eine Polyimid-Folie verwendet, die mit einer einseitig aufgebrachten Klebstoffschicht vorgefertigt ist (Prepreg), wobei die Klebstoffschicht von einem nur teilweise ausgehärteten Klebersystem gebildet ist. Dadurch können Vorfertigung und Weiterverarbeitung der Deckfolie problemlos zeitlich voneinander getrennt sein. Das Klebersystem wird dann nach dem Aufbringen der Deckfolie auf die Leiterbahnenstruktur in einem entsprechenden Laminierprozeß aktiviert und vollständig ausgehärtet.
Aus der DE 101 51 640 A1 ist ein eingangs beschriebenes Basislaminat bekannt, wobei bei dem bekannten Basislaminat die Trägerfolienschicht als Hauptbestandteil einen kristallisierbaren Thermoplasten aufweist, der einen Kombination von mindestens zwei verschiedene Hydrolysestabilisatoren enthält.
Neben den zuvor beschriebenen einlagigen flexiblen bzw. semi-flexiblen gedruckten Schaltungen werden auch mehrlagige ein- oder beidseitig kupferkaschierte flexible bzw. semi-flexible flexiblen gedruckte Schaltungen verwendet, wobei dann die einzelnen Leiterbahnen der einzelnen Lagen mittels Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind.
Sowohl die zuletzt beschriebenen flexiblen bzw. semi-flexiblen gedruckten Schaltungen als auch starr-flexiblen Leiterplatten sind seit Jahren bekannt und werden in zunehmendem Maße in allen Bereichen der Elektrotechnik bzw. Elektronik verwendet. Ihr wesentlicher Vorteil besteht in der erreichbaren Miniaturisierung, wobei die flexiblen bzw. starr-flexiblen gedruckten Schaltungen nahezu optimal an die konstruktiven Gegebenheiten und Gehäuseformen angepaßt werden können, so daß ein äußerst platzsparender Einbau bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung möglich ist.
Obwohl sich die bekannten Basislaminate für flexible oder semi-flexible ein- oder mehrlagige gedruckte Schaltungen in der Praxis sehr bewährt haben, weisen sie dennoch einige Nachteile auf, die insbesondere durch die Verwendung der - in der Praxis bewährten – aber dennoch relativ teuren Polyimidfolien bedingt sind. Aus diesem Grunde ist, insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung von starr-flexiblen Leiterplatten, bereits mehrfach vorgeschlagen worden, die relativ teure Polyimidfolie durch andere, kostengünstigere flexible Einzellagen zu ersetzen.
Aus der DE 41 03 375 C1 ist beispielsweise eine starr-flexible gedruckte Schaltungen bekannt, bei der anstelle einer separaten Verbundfolie und einer separaten Polyimidfolie nur eine Lage aus einem speziellen Fließstoff- oder Papier-Prepreg verwendet wird. Eine ähnliche starr-flexible gedruckte Schaltungen ist auch aus der DE 42 06 746 C1 bekannt, bei der ebenfalls anstelle einer aus Polyimid bestehenden teuren flexiblen Einzellage ein preisgünstigeres dünnes Prepreg verwendet wird, das auch nach dem Aushärten noch gebogen werden kann.
Auch aus der DE 41 31 935 A1 ist eine starr-flexible Leiterplatte bekannt, wobei diese Leiterplatte ausschließlich aus einem an sich starren Leiterplattenmaterial besteht, so daß gänzlich auf eine teure Polyimidfolie verzichtet worden ist. Bei dieser bekannten Leiterplatte, die jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Biegebeanspruchungen aushält, weist das aus einem glasfaserverstärkten Epoxydharz bestehende starre Leiterplattenmaterial im flexibel gewünschten Bereich eine deutlich geringere Dicke auf. Diese starr-flexible Leiterplatte ist insbesondere durch ihre nur begrenzte Flexibilität in ihrem Einsatzbereich stark eingeschränkt, so daß sie als rein flexible oder semi-flexible Leiterplatte nicht geeignet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein eingangs beschriebenes Basislaminat für flexible oder semi-flexible ein- oder mehrlagige gedruckte Schaltungen zur Verfügung zu stelle, bei dem zum einen auf die Verwendung einer teuren Trägerfolienschicht verzichtet wird, das zum anderen jedoch möglichst einfach, schnell und damit kostengünstig hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Basislaminat dadurch gelöst, daß als Trägerfolienschicht ein flexibler Lack verwendet wird. Bei dem erfindungsgemäßen Basislaminat wird somit auf die Verwendung einer aus dem Stand der Technik bekannten Polyimidfolie oder einer anderen entsprechenden Kunststofffolie als Trägerfolie vollständig verzichtet. Erfindungsgemäß ist somit erkannt worden, daß bei Verwendung eines geeigneten Lacks dieser die Funktion der Trägerfolie für die Leiterfolienschicht übernehmen kann und gleichzeitig noch eine genügende Flexibilität aufweist, so daß das Basislaminat bzw. die gedruckte Schaltung die gewünschte Anzahl von Biegebeanspruchungen ohne Beschädigung aushält.
Dadurch, daß der flexible Lack direkt auf die Leiterfolienschicht aufgebracht wird, kann auch auf die ansonsten üblichen Klebefolien oder Prepregs verzichtet werden. Sowohl die bekannten Polyimidfolien als auch die bekannten Klebefolien haben nämlich den Nachteil, daß sie Feuchtigkeit aufnehmen, so daß beim Herstellen der Leiterplatte sowie beim Bestücken der Leiterplatte häufig mehrere, zeitaufwendige Trocknungsvorgänge notwendig sind, um eine Beschädigung der Leiterplatte durch Delaminieren der verklebten Bereiche oder Abplatzen von Leiterbahnen in einem späteren Arbeitsschritt zu verhindern.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Basislaminats ist auf der der Trägerfolienschicht abgewandten Seite der Leiterfolienschicht eine Deckfolie aufgebracht. Durch eine derartige Deckfolie wird das in der Leiterfolienschicht durch Ätzen hergestellte Leiterbild sowohl elektrisch als auch mechanisch gestützt. Darüber hinaus erhöht sich durch die Deckfolie auch die mechanische Stabilität der fertigen gedruckten Schaltung, wobei die Deckfolie selbstverständlich ihrerseits so flexibel sein muß, daß die gewünschte Flexibilität der gedruckten Schaltung durch die Verwendung der Deckfolie nicht beeinträch tigt wird. Vorteilhafterweise wird dabei als Deckfolie ebenfalls ein flexibler Lack eingesetzt.
Auf die Leiterfolienschicht, die in der Regel von einer Kupferfolie gebildet wird, ist bei der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausgestaltung somit auf beiden Seiten ein flexibeler Lack aufgebracht. Zur Vermeidung unterschiedlich starker Ausdehnungen der Trägerfolienschicht und der Deckfolie bei Temperaturschwankungen wird für die Trägerfolienschicht und für die Deckfolie vorzugsweise ein ähnlicher oder sogar identischer Lack, insbesondere ein Lötstopplack, verwendet. Dabei können dem Lack zur Vergrößerung seiner Reißfestigkeit Kunststoff- oder Glasfasern beigemischt sein.
Das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Basislaminat kann dadurch besonders einfach auch für zweilagige gedruckte Schaltungen verwendet werden, daß auf beiden Seiten der Trägerfolienschicht je eine Leiterfolienschicht, insbesondere eine Kupferfolie, angeordnet ist. Dadurch wird auf besonders einfache Art und Weise ein beidseitig mit Kupferfolie kaschiertes, flexibles Basislaminat zur Verfügung gestellt. Wie zuvor im Zusammenhang mit dem einlagigen Basislaminat beschrieben, kann auch das zweilagige Basislaminat auf der der Trägerfolienschicht abgewandten Seite der beiden Leiterfolienschichten je eine Deckfolie aufweisen. Auch hierbei bestehen die beiden Deckfolien vorteilhafterweise aus demselben flexiblen Lack wie die Trägerfolienschicht. Darüber hinaus kann auf der Grundlage des zuvor beschriebenen zweilagigen Basislaminats auch eine mehrlagige flexible oder semi-flexible Leiterplatte (Multilayer) aufgebaut werden.
Das zuvor beschriebene Basislaminat für eine flexible oder semi-flexible ein- oder mehrlagige gedruckte Schaltung kann beispielsweise dadurch besonders einfach hergestellt werden, daß zunächst die Leiterfolienschicht vollflächig mit einem flexiblen Lack, insbesondere einem Lötstopplack, als Trägerfolienschicht beschichtet wird. Der im ausgehärteten Zustand flexible Lack kann vorteilhafterweise dadurch auf die Trägerfolienschicht aufgebracht werden, daß er auf diese aufgesprüht oder aufgedruckt wird.
Soll das erfindungsgemäße Basislaminat nicht für eine einlagige sondern für eine zweilagige gedruckte Schaltung verwendet werden, so wird gemäß einer ersten Ausgestaltung in einem weiteren Schritt auf der der Leiterfolienschicht abgewandten Seite des flexiblen Lacks eine zweite Leiterfolienschicht aufgebracht. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann ein Basislaminat für eine zweilagige gedruckte Schaltung auch dadurch realisiert werden, daß in einem weiteren Verfahrensschritt eine zweite Leiterfolienschicht vollflächig mit einem flexiblen Lack als Trägerfolienschicht beschichtet wird, und daß anschließend die beiden so entstandenen Vorlaminate mit ihren keine Leiterfolienschicht aufweisenden Seiten aufeinandergelegt und miteinander verbunden werden. Bei dieser zweiten Alternative werden somit zunächst zwei einlagige Basislaminate hergestellt, die anschließend aufeinandergelegt und miteinander verbunden werden. Entsprechend können dann auch mehrlagige Leiterplatten hergestellt werden.
Unabhängig davon ob ein einlagiges oder ein zweilagiges Basislaminat hergestellt werden soll, wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung in einem weiteren Schritt auf der der Trägerfolienschicht abgewandten Seite der Leiterfolienschicht eine Deckfolie aufgebracht. Ist die Trägerfolienschicht beidseitig mit einer Leiterfolienschicht versehen, so wird entsprechend auf beiden Leiterfolienschichten je eine Deckfolie aufgebracht.
Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Basislaminat auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die dem Schutzanspruch 1 nachgeordneten Schutzansprüche, andererseits auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnungen zeigen
1 eine schematische Darstellung eines einlagigen Basislaminats, im Schnitt,
2 eine schematische Darstellung eines zweilagigen Basislaminats, im Schnitt und
3 eine schematische Darstellung einer dreilagigen gedruckten Schaltung, ebenfalls im Schnitt.
Die 1 und 2 zeigen eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Basislaminat 1, wobei in 1 ein einlagiges Basislaminat 1 und in 2 ein zweilagiges Basislaminat 1 dargestellt ist.
Das einlagige Basislaminat 1 besteht aus einer Trägerfolienschicht 2, die erfindungsgemäß von einem flexiblen Lack gebildet wird, der auf einer als Leiterfolienschicht dienenden Kupferfolie 3 aufgebracht ist. Zur Herstellung einer einlagigen gedruckten Schaltung 5 wird bei dem in 1 dargestellten Basislaminat 1 die Kupferfolie 3 durch bekannte Ätzverfahren in gewünschter Weise strukturiert, wodurch die gewünschte Leiterbahnstruktur erzeugt wird. Anschließend wird auf die Kupferfolie 3 bzw. auf die erzeugte Leiterbahnstruktur eine dünne Deckfolie 4 aufgebracht, wobei für die Deckfolie 4 ebenfalls ein flexibler Lack verwendet wird. Das in 1 dargestellte Basislaminat 1 bzw. die einlagige gedruckte Schaltung 5 besteht somit lediglich aus einer Kupferfolie 3, die auf beiden Seiten vollflächig mit einem flexiblen Lack beschichtet ist, wobei der flexible Lack einmal als Trägerfolienschicht 2 und einmal als Deckfolie 4 dient.
Im Unterschiede dazu ist bei dem in 2 dargestellten zweilagigen Basislaminat 1 bzw. der zweilagigen gedruckten Schaltung 5 die Trägerfolienschicht 2 beidseitig mit einer Kupferfolie 3 versehen. Auf der der Trägerfolienschicht 2 abgewandten Seite der beiden Kupferfolien 3 ist jeweils eine Deckfolie 4 aufgebracht, wobei sowohl die Trägerfolienschicht 2 als auch die beiden Deckfolien 4 aus einem flexiblen Lack, insbesondere einem Lötstopplack oder einem Abdecklack hergestellt sind.
Schließlich zeigt die 3 eine flexible dreilagige gedruckte Schaltung 5, die aus einem einlagigen und einem zweilagigen Basislaminat 1 aufgebaut ist. Die gedruckten Schaltung 5 besteht dabei insgesamt aus zwei Trägerfolienschichten 2, aus einer zwischen den beiden Trägerfolienschichten 2 angeordneten ersten Kupferfolie 3 sowie aus zwei weiteren, auf den außenliegenden Seiten der Trägerfolienschichten 2 aufgebrachten Kupferfolien 3. Darüber hinaus weist auch die flexible dreilagige gedruckte Schaltung 5 eine oberen und eine untere Deckfolie 4 auf.
Da auch bei der dreilagigen gedruckten Schaltung 5 die beiden Trägerfolienschichten 2 und die beiden Deckfolien 4 alle aus demselben flexiblen Lack hergestellt sind, kann die in 3 dargestellte dreilagige gedruckte Schaltung 5 dadurch hergestellt werden, daß das in 1 dargestellte einlagige Basislaminat 1 und das in 2 dargestellte zweilagige Basislaminat 1 aufeinandergelegt und miteinander verbunden werden. Die Trägerfolienschicht 2 des einlagigen Basis laminats 1 gemäß 1 und die obere Deckfolie 4 des zweilagigen Basislaminats 1 gemäß 2 bilden dann gemeinsam die – in 3 – obere Trägerfolienschicht 2 der dreilagigen gedruckten Schaltung 5.

Claims

Basislaminat für flexible oder semi-flexible ein- oder mehrlagige gedruckte Schaltungen, mit einer Trägerfolienschicht (2) und mit mindestens einer Leiterfolienschicht, insbesondere einer Kupferfolie (3), dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerfolienschicht (2) ein flexibler Lack eingesetzt ist.
Basismaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Trägerfolienschicht (2) abgewandten Seite der Leiterfolienschicht eine Deckfolie (4) aufgebracht ist.
Basismaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Deckfolie (4) ein flexibler Lack eingesetzt ist.
Basismaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten der Trägerfolienschicht (2) je eine Leiterfolienschicht, insbesondere eine Kupferfolie (3), angeordnet ist.
Basismaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lack der Trägerfolienschicht (2) und/oder der Lack der Deckfolie (4) als Lötstopplack oder als Abdecklack ausgebildet ist.
Basismaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem flexiblen Lack der Trägerfolienschicht (2) und/oder der Deckfolie (4) kleine Fasern eingebunden sind.