DE3442803A1

DE3442803A1 - Hybridschaltung auf einem flexiblen traegermaterial sowie verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3442803A1
Application number: DE19843442803
Authority: DE
Inventors: Horst 8019 Glonn Hoffmann; Horst 8201 Kolbermoor Kolbe
Original assignee: Wilhelm Ruf KG
Current assignee: Wilhelm Ruf KG
Priority date: 1984-11-23
Filing date: 1984-11-23
Publication date: 1986-06-05

Description

Hybridschaltung auf einem flexiblen Trägermaterial sowie
Verfahren zu deren Herstellung Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Hybridschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.
Allgemein bezieht sich die Erfindung auf eine Hybridschaltung in sog. SMD-Technik (Surface Mounted Devices), bei der im Gegensatz zu herkömmlichen, bestückten Leiterplatten die elektrischen Bauelemente auf der Leiterbahnseite liegen. Diese sich zunehmend durchsetzende Technik ist in einer Firmendruckschrift der Firma Valvo vom Mai 1984 mit dem Titel "SMD-Technologie" (D. Horak, "SMD-Technologie"; H. J. Bensieck, "Surface Mounted Devices") beschrieben.
Bei Hybridschaltungen werden als Trägermaterialien bisher überwiegend Keramikplättchen verwendet. Bei Keramikplättchen ist auch eine beidseitige Bestückung bekannt, wodurch eine höhere Packungsdichte erreicht wird. In der Praxis ist die beidseitige Bestückung jedoch recht schwierig, da beide Seiten getrennt gelötet werden müssen, so daß beim zweiten Lötvorgang die erste Lötung wieder aufgehen kann. Auch ist eine beidseitige Bestückung und Bedruckung arbeitsaufwendig, da das Trägermaterial zum Drucken und nach Bestücken der ersten Seite umgedreht werden muß und beim Bestücken der zweiten Seite sichergestellt werden muß, daß sich die Bauelemente der zuerst bestückten Seite nicht wieder lösen. Bei Hybridschaltungen mit flexiblem Trägermaterial wurde wegen der beschriebenen Schwierigkeiten eine beidseitige Bestückung bisher nicht angewandt.
Andererseits hat die Verwendung von flexiblem Trägermaterial bei Hybridschaltungen wesentliche Vorteile beim späteren Einbau, da die Kontur der Hybridschaltung veränderbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hybridschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die flexibles Trägermaterial aufweist und im Ergebnis beidseitig bestückt ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Hybridschaltung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 bzw. 9 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das Grundprinzip der Erfindung liegt darin, daß das flexible Trägermatieral nach Bestückung und Verlötung der Bauelemente an der Vorderseite umgefaltet wird, so daß sich die Rückseiten der zueinander gefalteten Teile gegenüberliegen. Nach diesem Falten weisen bei einer Variante der Erfindung die Bauelemente beidseitig nach außen. Die Bestückung kann allerdings auch nur auf einer Hälfte erfolgen, so daß nicht unbedingt auf beiden Seiten Bauelemente vorhanden sein müssen.
Die wesentlichen Arbeitsschritte wie Aufbringen elektrischer Leiterbahnen und/oder von Widerständen, Bestücken mit Bauelementen und Anlöten derselben werden in einer Ebene bzw. auf einer Seite des Trägermateriales durchgeführt, so daß die obigen Schwierigkeiten von beidseitig bestückten Trägermaterialien nicht auftreten. Durch das Umfalten wird dann im Ergebnis gleichwohl eine beidseitig bestückte Hybridschaltung geschaffen mit dem Vorteil der größeren Packungsdichte bzw. halbierten Grundfläche.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Hybridschaltung nach der Erfindung vor dem Falten; Fig. 2 eine Seitenansicht der Hybridschaltung der Fig. 1 in fertiggestelltem Zustand mit angelöteter Lötfahne; Fig. 3 eine Seitenansicht ähnlich Fig. 2 einer Hybridschaltung nach einer weiteren Variante der Erfindung; Fig. 4 und 5 Seiten- bzw. Stirnansichten der Hybridschaltung nach der Erfindung in Kombination mit herkömmlichen Leiterplatten.
Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen gleiche bzw. einander entsprechende Teile.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht einer Hybridschaltung in noch nicht fertiggestelltem Zustand. Auf ein flexibles Trägermaterial 1 sind Leiterbahnen und/oder Widerstände in gewünschter Konfiguration aufgebracht. Dies geschieht beispielsweise durch Verwendung einer ein-oder beidseitig kupferkaschierten Folie, die eventuell mit Durchkontaktierungen oder Randumkontaktierurigen versehen ist, bei der in herkömmlicher Weise die Leiterbahnen durch Atzen hergestellt sind. Die Leiterbahnen können allerdings auch ebenso wie die aufgebrachten Widerstände im Siebdruckverfahren aufgebracht werden.
In Fig. 1 sind von den Leiterbahnen nur kurze Abschnitte 2 und 3 zu erkennen sowie die zu Kanten herausgeführten Leiterbahnen, die dort Anschlußflächen 4 bzw. 5 bilden und zwar an gegenüberliegenden Kanten 6 bzw. 7 des Trägermateriales 1.
Der größte Teil der Leiterbahnen ist durch Isolierschichten 8 und 9 überdeckt, wobei diese Isolierschichten Aussparungen bzw. Fenster im Bereich der späteren Anschlußflächen von Bauelemente 10 aufweisen.
Weiterhin lassen die Isolierschichten 8 und 9 einen mittleren Bereich beidseitig einer Mittellinie 11 frei, so daß dort die Leiterbahnen 2 und 3 frei liegen.
Diese Leiterbahnen 2 und 3 können (vgl. das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5) auch als Anschlußflächen für Lötfahnen bzw. Anschlußstifte dienen. Dienen sie nicht hierzu, kann die Isolierschicht auch durchgehend aufgebracht sein, so daß auch der mittlere Bereich beidseitig der Mittellinie 11 von der Isolierschicht abgedeckt ist. Auch sind natürlich die Anschlußflächen 4 und 5 für später anzubringende Lötfahnen bzw. Anschlußstifte oder -drähte nicht von der Isolierschicht abgedeckt. Die Isolierschicht dient - wie bekannt -zusätzlich auch als Lötstop.
Mit Ausnahme der Aussparung der Isolierschicht im Bereich der Mittellinie 11 handelt es sich bei der bisher beschriebenen Hybridschaltung der Fig. 1 um herkömmliche Arbeitsschritte.
Wie besser aus Fig. 2 zu erkennen, wird die Hybridschaltung der Fig. 1 nach Bestücken und Anlöten der Bauelemente nun um die Mittellinie 11 gefaltet, so daß die beidseitig der Mitte linie liegenden Trägermaterial-Bereiche 12 und 13 zueinander gekldppt werden, wobei sich die nicht mit Bauelementen 10 bestückten Seiten (Rückseiten) der Bereiche 12 und 13 gegenüberliegen und zumindest teilweise sogar berühren und zwar insbesondere im Bereich der dann direkt übereinanderliegenden Kanten 6 und 7. Je nach Wandstärke und Elastizität des verwendeten flexiblen Trägermateriales 1 wird an der Mittel- bzw. Faltlinie 11 ein geeigneter Biegeradius eingestellt, der beispielsweise 0,2 mm beträgt. Eventuell wird die Folie im Bereich der Faltlinie noch zusätzlich etwas gepreßt, um einen kleineren Biegeradius zu erhalten. An der der Faltung gegenüberliegenden Kante (jetzt übereinanderliegende Kanten 6 und 7) liegen dann auch die Anschlußflächen 4 und 5 jeweils paarweise gegenüber, so daß dort Lötfahnen 14 angelötet werden können, die das Trägermaterial 1 dann auch in der gefalteten Stellung halten. Die Anschlußflächen müssen allerdings nicht in allen Fällen paarweise gegenüberliegen. Ist die Rückseite beispielsweise zur Erzeugung einer Masseleitung mit leitendem Material kaschiert, so muß diese, nach dem Falten innenliegende Fläche für Anschlußstifte bzw. Lötfahnen zugänglich sein. Hierzu wird an einer Kante (z. B. 6 oder 7) eine Ausnehmung, beispielsweise in Form einer Ausstanzung vorgesehen, so daß nach dem Falten dort ein Stück der metallisierten Innenseite zugänglich ist und mit einem Anschlußstift versehen werden kann. Das Layout der Leiterbahnen kann natürlich so gewählt sein, daß an der gegenüberliegenden (Außen-). Seite eine Anschlußfläche (z. B. 4) vorhanden ist, so daß Innen- und Außenseite dann durch die Lötfahne miteinander verbunden werden.
Die Lötfahnen 14 weisen an ihrer Lötseite U-förmige Bügel 15 auf, die beide Seiten des umgefalteten Trägermateriales überdecken. Mittels dieser Bügel 15 werden die Lötfahnen 14 dann an die Anschlußflächen 4 und 5 angelötet.
Eine elektrische Verbindung zwischen in beiden Seiten des gefalteten Trägermateriales wird durch die Leiterbahnabschnitte 2 und 3 hergestellt, die über den Knick bzw. die Faltlinie hinweg verlaufen.
In Fig. 2 ist die fertige Hybridschaltung beidseitig, d. h. auf beiden Bereichen 12 und 13 mit Bauelementen 10 bestückt. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist nur der Bereich 13 bestückt, während der andere Bereich 12 lediglich Leiterbahnen und/oder Widerstände aufweist.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß es bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 auch möglich ist, im Bereich der Faltlinie 11 an den dort bloß liegenden Leiterbahnabschnitten 2 und 3 Lötfahnen anzulöten. Dies ist aus den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 und 5 besser erkennbar.
In den Fig. 4 und 5 ist gezeigt, wie eine Hybridschaltung nach der Erfindung mit herkömmlichen Leiterplatten 16 kombiniert werden kann. Diese Leiterplatten haben eine Oberseite 17, die mit Bauelementen 19 bestückt sind sowie eine Unterseite 18, auf der die Leiterbahnen liegen. Die Bauelemente 19 haben hierbei Lötfahnen 20, die durch Bohrungen der Leiterplatte 16 hindurchgesteckt sind und auf der Unterseite 18 mit den Leiterbahnen verlötet sind. Die Hybridschaltung nach der Erfindung wird hier wie ein Bauelement mit Lötfahnen 14 bzw. 14' verwendet, d. h. diese Lötfahnen sind ebenfalls durch Bohrungen von der Oberseite 17 her durch die Leiterplatte 16 gesteckt und an der Unterseite 18 mit den Leiterbahnen verlötet.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist die Hybridschaltung bogenförmig über die Bestückungsseite der Leiterplatte 16 gewölbt und überdeckt sogar,einige der Bauelemente 19. Sie ist mit beiden Kanten mittels der Lötfahnen 14 und 14' dort befestigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind zwei herkömmliche Leiterbahnen 16 und 16' im rechten Winkel zueinander angeordnet, wobei beide Leiterplatten 16 und 16' mit Bauelementen 19 bestückt sind. Eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Leiterplatten 16 und 16' erfolgt über Lötfahnen 21. Ein Bereich der Ecke zwischen den beiden Leiterplatten 16 und 16' ist durch eine Hybridschaltung nach der Erfindung überdeckt, die auch hier mit beiden Kanten mittels Lötstiften 14 an die Leiterplatten 16 und 16' angelötet ist.
Auch hier ist erkennbar, daß mit der Hybridschaltung nach der Erfindung eine besonders hohe Packungsdichte erzielt werden kann.
Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß in den Fig. 4 und 5 die Trennlinie zwischen den Trägermaterial-Bereichen 12 und 13 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurde. Auch ist darauf hinzuweisen, daß - wie dargestellt - die Hybridschaltung der Fig. 4 und 5 beidseitig bestückt sein kann oder auch - wie nicht dargestellt - nur einseitig bestückt sein kann. In diesem Falle ist es gleichgültig und dem Anwender überlassen, ob er die Bestückungsseite nach außen (bezogen auf die Leiterplatte 16 bzw. 16 und 16') zeigen läßt oder nach innen.
Abschließend sei noch erwähnt, daß das Anlöten der Bauelemente (Fig. 1) im Reflow-Verfahren oder auch mit Dampf-Phasen-Löten durchgeführt werden kann. Die Löttemperatur liegt hierbei natürlich unter der zulässigen Dauertemperatur von Polyimid-Folien. Es müssen also Lötmittel mit entsprechend gewählter Liquidus-Temperatur gewählt werden.
Sämtliche in den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Aus obiger Beschreibung wird deutlich, daß die Erfindung eine Hybridschaltung schafft, die auf flexiblem Trägermaterial aufgebaut ist und im Ergebnis beidseitig mit Bauelementen bestückt ist und/oder mit Leiterbahnen und/oder aufgedruckten Widerständen versehen ist.
- Leerseite -

Claims

Hybridschaltung auf einem flexiblen Trägermaterial sowie Verfahren zu deren Herstellung Patentansprüche 1. Hybridschaltung auf einem flexiblen Trägermaterial, das an mindestens einer Seite Leiterbahnen und/oder Widerstände und an den Leiterbahnen befestigte elektrische Bauelemente aufweist, sowie ggf. in Randbereichen mit Anschlußmitteln (Anschlußstift, Lötfahnen, Litzen etc.) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Trägermaterial (1) längs einer Mittel-bzw. Faltungslinie (11) umgefaltet ist, derart daß sich die Rückseiten der zueinander gefalteten Trägermaterial-Bereiche (12, 13) gegenüberliegen.
2. Hybridschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial zusätzlich aufgerollt ist.
3. Hybridschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die umgefaltete Mittel-bzw. Faltlinie (11) eine oder mehrere Leiterbahnen (2, 3) verlaufen.
4. Hybridschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide umgefalteten Trägermaterial-Bereiche mit elektrischen Bauelementen (10) bestückt sind.
5. Hybridschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein umgefalteter Trägermaterial-Bereich (12 oder 13) mit elektrischen Beuelementen (10) bestückt ist, während der andere (13 oder 12) lediglich Leiterbahnen und Widerstände und Anschluß flächen für die Lötstifte (14) aufweist.
6. Hybridschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußflächen (4, 5) für die Lötstifte (14) bei gefaltetem Trägermaterial (1) sich unmittelbar gegenüberliegen, so daß sie jeweils paarweise mit einer Lötfahne (14) verbindbar sind.
7. Hybridschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht bestückte Seite des Trägermateriales (1) metallisiert ist, beispielsweise mit einer Kupferschicht abgedeckt ist und daß eine Kante des Trägermateriales eine Aussparung aufweist, so daß ein Lötstift (14) bei gefaltetem Trägermaterial (1) nur mit Vorder- und Rückseite eines umgefalteten Trägermaterial-Bereiches (12 oder 13) verbunden ist.
8. Hybridschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die über die umgefaltete Mittel- bzw. Faltlinie (11) verlaufenden Leiterbahnen (2, 3) als Anschlußflächen für Lötfahnen (14') ausgebildet sind.
9. Verfahren zur Herstellung einer Hybridschaltung mit flexiblem Trägermaterial, bei dem auf mindestens einer Seite des Trägermateriales Leiterbahnen und/ oder Widerstände aufgebracht werden, - sodann - ggf. nach Aufbringen von Widerstandsschichten und einer Isolierschicht (Lötstop) mit Fenstern - die eine Seite (Vorderseite) mit elektrischen Bauelementen bestückt wird und - anschließend die Bauelemente angelötet werden, dadurch gekennzeichnet, - daß nach dem Anlöten der Bauelemente das flexible Trägermaterial längs einer Mittel- bzw. Faltungslinie umgefaltet wird, - derart, daß sich die Rückseiten der zueinander gefalteten Trägermaterial-Bereiche gegenüberliegen und - daß anschließend an mindestens einer der nach dem Falten vorliegenden Kanten Lötfahnen angelötet werden.