-
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 Abhängig keit 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 einzelnen Leiterbahnen
realisiert wird. Als Deckfolie wird dabei in der Regel ebenfalls
eine Polyimid-Folie verwendet, die mit einer einseitig aufgebrachten
Klebstoffschicht vorgefertigt ist, 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 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 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 mehrlagi ge gedruckte Schaltungen
zur Verfügung
zu stellen, 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 die Trägerfolienschicht
aus einem dünnen,
auch im ausgehärteten
Zustand noch flexiblen, harzgetränkten Fasermaterial
besteht. 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 dünnen,
harzgetränkten
Fasermaterials dieses 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.
-
Die
bekannten Polyimidfolien haben 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. Durch
den Verzicht auf die Verwendung einer Polyimidfolie können somit
die Trocknungsvorgänge
deutlich verkürzt
werden.
-
Als
Fasermaterial kann insbesondere ein Glasfasergewebe mit Netzstruktur
verwendet werden, wie es grundsätzlich – mit größer Schichtdicke – auch bei
starren Leiterplatten verwendet wird. Vorzugsweise wird jedoch ein
Fasermaterial mit Wirrfasern, d. h. Mikrofasern ohne eine bestimmte
Orientierung, verwendet. Ein solches Fasermaterial, das auch als
Vlies bezeichnet werden kann, hat den Vorteil einer höheren Flexibilität im Vergleich
zu einem Glasfasergewebe. Ein derartiges Fasermaterial oder Vlies
kann insbesondere aus Mikroglasfasern, Papierfasern oder Aramidfasern
bestehen, die zu einem Träger-
und Verstärkungsmaterial
verarbeitet worden sind.
-
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 beeinträchtigt wird.
Vorteilhafterweise wird dabei für die
Deckfolie ein Polymerwerkstoff insbesondere ein flexibler Lack verwendet.
-
Zur
Erhöhung
der elektrischen Isolationsfestigkeit und der Durchschlagsfestigkeit
der gedruckten Schaltung sowie zur Erhöhung der Flexibilität ist gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß zwischen der Trägerfolienschicht
und der Leiterfolienschicht eine Isolationsschicht aus flexiblem Lack
angeordnet ist.
-
Auf
die Leiterfolienschicht, die in der Regel von einer Kupferfolie
gebildet wird, ist bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung somit
auf beiden Seiten – Deckfolie
und Isolationsschicht – ein
flexibeler Lack aufgebracht. Zur Vermeidung unterschiedlich starker
Ausdehnungen der Deckfolie und der Isolationsschicht bei Temperaturschwankungen
wird für
die Deckfolie und für
die Isolationsschicht 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
einem flexiblen Lack. Darüber
hinaus kann auf der Grundlage des zuvor beschriebenen zweilagigen Basislaminats
auch eine mehrlagige flexible Leiterplatte (Multilayer) aufgebaut
werden.
-
Das
zuvor beschriebene Basislaminat für eine flexible oder semi-flexible
ein- oder mehrlagige gedruckte
Schaltung kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß eine Trägerfolienschicht
aus einem dünnen,
auch im ausgehärteten
Zustand noch flexiblen, harzgetränkten
Fasermaterial ein- oder beidseitig mit der Leiterfolienschicht laminiert
wird. Zur Gewährleistung
einerseits einer ausreichenden Trägerfunktion und andererseits
einer genügenden Flexibilität weist
die Trägerfolienschicht
eine Schichtdicke von ca. 25 μm
bis 150 μm,
vorzugsweise von 50 μm
bis 100 μm
auf.
-
Insbesondere
dann, wenn zur Erhöhung
der Flexibilität
die Schichtdicke der Trägerfolienschicht besonders
gering ist und wenn die Trägerfolienschicht
beidseitig mit einer Leiterfolienschicht laminiert ist, kann es
zu Problemen hinsichtlich der elektrischen Isolationsfestigkeit
und der Durchschlagsfestigkeit des Basislaminats kommen. Gemäß einer vorteilhaften
Ausgestaltung wird daher zunächst
auf der der Trägerfolienschicht
zugewandten Seite der Leiterfolienschicht eine Isolationsschicht
aufgebracht. Anschließend
wird dann die einseitig mit der Isolationsschicht versehene Leiterfolienschicht
auf die Trägerfolienschicht
auflaminiert. Wird als Isolationsschicht ein im ausgehärteten Zustand
flexibeler Lack verwendet, so kann dieser vorteilhafterweise dadurch
auf die Leiterfolienschicht aufgebracht werden, daß er auf
diese aufgesprüht
oder aufgedruckt wird.
-
Unabhängig davon,
ob ein einlagiges oder ein zweilagiges Basislaminat hergestellt
werden soll und unabhängig
davon, ob eine Isolationsschicht vorgesehen ist, 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.
Dabei wird für
die Deckfolie vorzugsweise ein flexibler Lack verwendet, der auf
die Leiterfolienschicht aufgesprüht oder
aufgedruckt wird.
-
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
einer ersten Ausführungsform
eines zweilagigen Basislaminats, im Schnitt und
-
3 eine schematische Darstellung
einer zweiten Ausführungsform
eines zweilagigen Basislaminats, im Schnitt.
-
Die 1 bis 3 zeigen eine Schnittdarstellung durch
ein erfindungsgemäßes Basislaminat 1, wobei
in 1 ein einlagiges
Basislaminat 1 und in den 2 und 3 ein zweilagiges Basislaminat 1 dargestellt
ist.
-
Das
einlagige Basislaminat 1 besteht aus einer Trägerfolienschicht 2,
die erfindungsgemäß aus einem
dünnen,
auch im ausgehärteten
Zustand noch flexiblen, harzgetränkten
Fasermaterial besteht, das einseitig mit einer Kupferfolie 3 laminiert
ist. Bei den Fasern kann es sich insbesondere um Wirrfasern handeln,
beispielsweise um Mikroglasfasern, Papierfasern oder Aramidfasern,
so daß das
Fasermaterial auch als Vlies bezeichnet werden kann.
-
Zur
Herstellung einer einlagigen gedruckten Schaltung 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 ein
flexibler Lack verwendet wird.
-
Im
Unterschiede dazu ist bei dem in den 2 und 3 dargestellten zweilagigen
Basislaminat 1 bzw. der zweilagigen gedruckten Schaltung 5 die Trägerfolienschicht 2 beidseitig
mit einer Kupferfolie 3 versehen. Auf der der Trä gerfolienschicht 2 abgewandten
Seite der beiden Kupferfolien 3 ist jeweils eine Deckfolie 4 aufgebracht,
wobei die beiden Deckfolien 4 wiederum aus einem im ausgehärteten Zustand
flexiblen Lack, insbesondere einem Lötstopplack oder einem Abdecklack
bestehen.
-
Bei
dem in 2 dargestellten
zweilagigen Basislaminat 1 sind beide Kupferfolien 3 direkt
auf die Trägerfolienschicht 2 auflaminiert.
Im Unterschied dazu ist bei dem in 3 dargestellten
Basislaminat 1 zwischen der Trägerfolienschicht 2 und
den beiden Kupferfolien 3 jeweils eine Isolationsschicht 6 aus
einem Polymerwerkstoff, insbesondere einem flexiblen Lack angeordnet.
Dadurch wird sichergestellt, daß es auch
bei einer sehr geringen Schichtdicke der Trägerfolienschicht von beispielsweise
nur 50 μm
zwischen den beiden Kupferfolien 3 nicht zu Problemen hinsichtlich
der elektrischen Isolationsfestigkeit oder der Durchschlagsfestigkeit
kommt. Zusätzlich
erhöht sich
durch die Anordnung der Isolationsschichten 6 auch die
Flexibilität
des Basislaminats 1 insgesamt. Zur Vermeidung unterschiedlich
starker Ausdehnungen der Dockfolien 4 und der Isolationsschichten 6 bei
Temperaturschwankungen wird für
die Deckfolien 4 und für
die Isolationsschichten 6 ein Lack mit ähnlichen oder gleichen Temperaturverhalten
verwendet.
-
Grundsätzlich ist
es auch möglich,
bei einem einlagigen Basislaminat 1 gemäß 1 eine Isolationsschicht zwischen der
Trägerfolienschicht 2 und der
Kupferfolie 3 vorzusehen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll,
wenn aus dem erfindungsgemäßen Basislaminat 1 eine
mehrlagige gedruckte Schaltung aufgebaut werden soll.