CH630202A5 - Process for producing a printed circuit board having rigid areas and at least one flexible area - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer starre Bereiche und zumindest einen flexiblen Bereich aufweisenden Leiterplatte mit mehreren Einzellagen (1,3; 11,13), deren zwei die Aussenlagen (1,3; 13) der Leiterplatte bilden, wobei mindestens eine der Aussenlagen aus starren Trägern besteht, in welchem Verfahren zumindest eine starre (3; 13) und zumindest eine flexible Einzellage (1 ; 11) mit Hilfe von zumindest einer im flexibel gewünschten Bereich ausgesparten Verbundfolie (2; 12) miteinander fest verklebt werden, wonach die starre Aussenlage (3; 13) in dem flexibel gewünschten Bereich (6; 16) entfernt wird.

Die rasche Entwicklung der Leiterplattentechnologie führte von einseitigen Leiterplatten zur zweiseitig durchkon-taktierten Leiterplatte, zur Mehrlagenschaltung und zur flexiblen Schaltung. Aufeinander abgestimmte starre und flexible Trägermaterialien, verpresst mit Verbundfolien, ermöglichen neuerdings durch bereichsweises Entfernen der starren Trägerteile die Fertigung gedruckter Schaltungen mit starren und flexiblen Bereichen als eine Schaltungseinheit, starr-flexible Leiterplatte genannt, unabhängig von der Anzahl der Schaltungsebenen.

Die starr-flexible Leiterplatte ist aus starren und flexiblen Einzellagen aufgebaut, die mit Hilfe von Verbundfolien miteinander fest verklebt werden. Die Einzellagen bestehen aus unbiegsamen und biegsamen Isolationsträgern mit einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise einer Kupferfolie, das auf einer oder beiden Seiten der Einzellagen kaschiert ist. Die Form der starren Lage legt den starren Teil der Schaltung fest. Die flexiblen Lagen führen aus dem starren Teil heraus und bilden die flexiblen Schaltungsbereiche, die weitere Teile der Schaltung miteinander verbinden oder die Verbindung zu externen Baugruppen herstellen. Die elektrische Verbindung der einzelnen Lagen untereinander wird in Form von metallisierten Bohrungen hergestellt. Die Produktion solcher Leiterplatten wird beispielsweise beschrieben in Feinwerktechnik & Messtechnik, 84 (1976), S. 317-320.

Es gibt im wesentlichen zwei bekannte Verfahren, mit welchen eine starre und flexible Bereiche aufweisende Leiterplatte hergestellt werden kann.

Bei dem einen Verfahren werden vor dem Laminieren der Einzellagen zur Gesamtschaltung in der starren Aussenlage Ausbrüche hergestellt in der Grösse und entsprechend der gewünschten Lage der flexiblen Bereiche der Leiterplatte.

Diese Ausbrüche müssen während der weiteren Fertigungsschritte wie Metallisierung der Löcher, Galvanisierung, Ätzen, hermetisch abgedeckt werden, um unter anderem die Metallisierung auch des flexiblen Teils und des Übergangs zum starren Teil zu verhindern. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Abdeckung des flexiblen Teils aufwendig und teuer ist, wobei trotz grosser Sorgfalt mangelhafte Dichtigkeit und Lagefehler der Abdeckung auftreten können, die zu irreparablem Ausschuss führen. Zudem hat die chemische Kupferab-scheidung zur Metallisierung der Löcher im allgemeinen nur geringe Haftfestigkeit auf der Abdeckung, so dass sich lose Partikel ablösen können, die die weiteren Fertigungsschritte empfindlich stören würden.

Bei dem zweiten, in der Feinwerktechnik & Messtechnik, 84,1976, S. 317-320 beschriebenen Fertigungsverfahren werden vor dem Laminieren der Einzellagen zur Gesamtschaltung in den starren Aussenlagen und in der Verbundfolie entlang den Trennungslinien zwischen starren und flexiblen Teilen der Leiterplatte in den starren Einzellagen und in der Verbundfolie Schlitze hergestellt. Durch diese Schlitze wird eine Trennfolie so gezogen, dass die Verklebung der Verbundfolie mit der flexiblen Einzellage im flexiblen Bereich verhindert wird. Als Verbundfolie werden bei diesem Verfahren sogenannte Prepregs eingesetzt, das sind Glasgewebe, die mit noch nicht voll ausgehärtetem Epoxidharz getränkt sind. Das Harz des Prepregs erweicht kurzzeitig während des Laminierens der Einzellagen zur Gesamtschaltung und füllt die Schlitze der starren Einzella-gen aus und dichtet so die flexiblen Bereiche ab.

Die durch Schlitze der starren Einzelteile durchgezogene Trennfolie ermöglicht trotz der Harzausfüllung des Schlitzes die Herstellung der starr-flexiblen Übergänge.

Ein offensichtlicher Nachteil dieses Verfahrens ergibt sich aus der Tatsache, dass eine Trennfolie sinnvoll nur durch gerade Schlitze gezogen werden kann, das heisst starr-flexible Übergänge beliebiger Konfiguration lassen sich hiermit nicht herstellen. Der Fluss des Prepregharzes lässt sich zudem nur sehr schwer während des Laminierens kontrollieren, so dass ein Harzaustritt im Schlitzbereich auf die Kupferfolie der starren Einzellage nicht ausgeschlossen werden kann und die Kupferfolie für die Leiterausbildung unbrauchbar wird! Ausserdem kann die während der weiteren Fertigungsschritte auftretende Biegebeanspruchung leicht zur vorzeitigen Trennung im Schlitzbereich führen und damit zur Undichtigkeit des flexiblen Bereiches.

Maschinelles Bestücken und Löten setzen im allgemeinen starre Leiterplatten voraus. Für die Weiterverarbeitung starrflexibler Leiterplatten nach den bekannten Verfahren müssen daher in der Regel spezielle Vorrichtungen eingesetzt werden. Ausserdem empfielt es sich, den flexiblen Bereich auch während des maschinellen Lötvorganges abzudecken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer starre Bereiche und zumindest einen flexiblen Bereich aufweisenden Leiterplatte mit mehreren Einzellagen zu schaffen, das es ermöglicht, den flexiblen Bereich bei den weiteren Fertigungsschritten sicher und rationell abzudek-ken und unkontrollierbare Lagefehler der Abdeckung auszu-schliessen und die Leiterplatte so auszubilden, dass sie wie eine starre Leiterplatte weiterbearbeitet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Kennzeichnung des Patentanspruches 1 gelöst.

Nach der Ausbildung der Leiterbilder auf den Aussenlagen werden zur Herstellung eines sauberen Übergangs vom starren

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zum flexiblen Bereich der Schaltung erneut entlang der Tren- Aussenkontur der Leiterplatte, in Fig. 3 veranschaulicht durch nungslinien vom starren zum flexiblen Bereich Nuten ausgebil- die gestrichelte Linie, lässt sich der Teil 6a von der flexiblen det. Da auf der Innenseite der starren Aussenlagen an dieser Aussenlage 1 ablösen, und die Leiterplatte liegt in ihrem Einstelle bereits eine Nut besteht, kann die Nuttiefe so eingestellt bauzustand vor.

werden, dass eine Verletzung der flexiblen Lage sicher ausge- s Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht schlössen werden kann. Nach dem Konturenschnitt der Schal- darin, die Nuten 5 an einzelnen Stellen zu unterbrechen, so dass tung fällt der starre Teil der Aussenlage über dem flexiblen Stege zwischen den starren Bereichen 7 und dem auszutren-Bereich heraus oder kann leicht von dem flexiblen Teil abgezo- nenden Teil 6a bestehen bleiben und der Teil 6a auch nach dem gen werden. Herstellen der Aussenkontur über der flexiblen Aussenlage 1

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht io der Leiterplatte verbleibt und sie so starr hält, dass sie ohne darin, dass beim Nuten auf der Aussenseite die starre Aussen- Zusatzeinrichtungen wie eine herkömmliche Leiterplatte läge nicht vollständig durchtrennt wird und so der Teil der star- bestückt und gelötet werden kann.

ren Aussenlage über dem flexiblen Bereich durch Stege bzw. Vor dem Einbau der Leiterplatte in das elektronische Gerät durch die stehengebliebene Schicht des starren Aussenträgers wird der Teil 6a zwischen den Nuten 5 herausgebrochen, mit dem starren Bereich der Schaltung verbunden bleibt. Der is Die Positionsbohrungen 9 auf der starren Aussenlage 3 die-Teil über dem flexiblen Bereich dient dann als Abdeckung und nen zum Ausrichten der Leiterbilder zur Lage der Nuten. Versteifung der starr-flexiblen Leiterplatte, die dadurch ohne Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt von Fig. 3 entlang der Linie besondere Vorrichtungen bestückt und gelötet werden kann. IV-IV.

Das Teil lässt sich bei Bedarf leicht an den Perforationen Fig. 5 stellt die Draufsicht eines mehrlagigen Leiterplatten abbrechen und herauslösen. 20 nutzens nach dem Ausbilden der Leiterbilder auf den Aussenla-

Die Verfahren zur Herstellung der Durchkontaktierungen gen dar.

und zur Ausbildung (Herstellung) des Leiterbildes sind nicht Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie VI-VI.

erfindungswesentlich und werden deshalb nicht näher Der mehrlagige Leiterplattennutzen ist symmetrisch aufge-

beschrieben. Eine detaillierte Beschreibung dieser Verfahren baut, das heisst mit zwei starren Aussenlagen 13. Die Entfer-ist in dem Buch «Leiterplatten: Herstellung und Verarbeitung», 25 nung des Teiles 16a der starren Aussenlagen 13 in den flexiblen herausgegeben vom Lenze Verlag Günther Herrmann, Salgau/ Bereichen 16 erfolgt ähnlich, wie bereits für die Fig. 1 -4 Württ. 1978, beschrieben. beschrieben wurde.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden anhand Die zwei starren Einzellagen 13 sind auf ihrer Aussenseite der Figuren 1 -4 ein Ausführungsbeispiel mit unsymmetri- mit einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise schem Lagenaufbau und der Fig. 5-6 ein Ausführungsbeispiel 30 einer Kupferschicht, versehen, und auf ihrer Innenseite sind, mit symmetrischem Lagenaufbau, der vorzugsweise für mehrla- entlang der Trennungslinien zwischen starren und flexiblen gige Leiterplatten angewendet wird, gemäss der vorliegenden Bereichen, Nuten 14 hergestellt. Die flexible Innenlage - das ist Erfindung im einzelnen dargestellt und beschrieben. Es zeigen die flexible Einzellage 11, auf der bereits beidseitig die Leiterbil-Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte im Rohzuschnitt, der 20a ausgebildet und diese mit Deckfolie IIa versehen sind -dem sogenannten Nutzen, vor dem Verpressen. Die einzelnen 35 wird beidseitig durch die Verbundfolie 12 mit den starren Ein-Lagen sind nur teilweise gezeichnet, um den Lagenaufbau, das zellagen 13 verklebt, ausser in den flexibel gewünschten Berei-ist die Schichtungsfolge der Einzellagen, deutlich zu machen. chen 16, wo die Verbundfolie 12 ausgespart ist.

Die starre Aussenlage 3 ist auf der Aussenseite mit einem In die Aussparung der Verbundfolie 12 wird zusätzlich eine elektrisch leitfähigen Material 8, wie beispielsweise einer Kup- Trennfolie 21 eingelegt, wenn Kleberaustritt bei Verwendung ferschicht, kaschiert, und auf der Innenseite sind entlang der 40 fliessender Verbundfolie 12 in den flexiblen Bereich 16 zu Trennungslinien zwischen starren und flexiblen Bereichen erwarten ist oder die Trennung der starren Teile 16a vom fle-

Nuten 4 hergestellt. Die flexible Aussenlage 1 mit einem elek- xiblen Bereich 16 der Leiterplatte erleichtert werden soll. Nach trisch leitfähigen Material 10, wie beispielsweise einer Kupfer- der Ausbildung der Leiterbilder 18a sind auf der Aussenseite schicht, verbunden, wird durch eine Verbundfolie 2 mit der star- der starren Einzellagen 13 weitere Nuten 15 entlang der Trennren Aussenlage 3 verklebt, ausser in dem flexibel gewünschten 45 linie zwischen starren und flexiblen Bereichen hergestellt wor-Bereich zwischen den Nuten, wo die Verbundfolie 2 ausgespart den. Durch das Vorhandensein der Nuten 14 auf den starren ist Aussenlagen 13 an der gleichen Stelle wie die Nuten 15, werden

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie II-II. der die Teile 16a der starren Aussenlage 13 entlang der Nuten Fig. 1. getrennt. Nach dem Herstellen der Aussenkontur der Leiter-

Fig. 3 stellt den Leiterplattennutzen nach dem Ausbilden 50 platte, in Fig. 5 veranschaulicht durch die gestrichelte Linie, las-der Leiterbilder 8a, 10a in der Draufsicht dar. Auf der Aussen- sen sich die Teile 16a von der flexiblen Innenlage ablösen, und seite der starren Aussenlage 3 sind weitere Nuten 5 entlang der die Leiterplatte liegt in ihrem Einbauzustand vor. Mit 17 ist Trennlinien zwischen den starren Bereichen 7 und dem flexi- jeweils der die Leiterbilder 18a tragende starre Bereich der bien Bereich 16 hergestellt worden. Durch das Vorhandensein Leiterplatte gezeigt.

der Nuten 4 auf der Innenseite der starren Aussenlage 3 an der 55 Die Ausrichtung der Leiterbilder 18a, 20a auf den Aussengleichen Stelle wie die Nuten 5 wird ein Teil 6a der starren Aus- und Innenlagen zueinander und zu den Nuten 14,15 erfolgt mit senlage 3 entlang der Nuten getrennt. Nach dem Herstellen der Hilfe von Positionierungsbohrungen 19.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

630202 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung einer starre Bereiche und zumindest einen flexiblen Bereich aufweisenden Leiterplatte mit mehreren Einzellagen (1,3:11,13), deren zwei die Aussenla-gen (1,3; 13) der Leiterplatte bilden, wobei mindestens eine der Aussenlagen aus starren Trägern besteht, in welchem Verfahren zumindest eine starre (3; 13) und zumindest eine flexible Einzellage (1 ; 11) mit Hilfe von zumindest einer im flexibel gewünschten Bereich ausgesparten Verbundfolie (2; 12) miteinander fest verklebt werden, wonach die starre Aussenlage (3; 13) in dem flexibel gewünschten Bereich (6; 16) entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entfernung des Teiles (6a; 16a) der starren Aussenlage (3; 13) entlang den Trennlinien zwischen den starren (7:17) Bereichen und dem flexiblen (6 ; 16) Bereich der Leiterplatte auf der Innenseite der starren Aussenlage (3; 13) vor dem Verkleben und auf deren Aussenseite nach Ausbildung der Leiterbilder (8a, 10a; 18a) Nuten (4,5; 14,15) hergestellt werden und das Teil (6a; 16a) zwischen den Nuten (4,5; 14,15) herausgebrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu entfernende Teil (6a; 16a) der starren Aussenlage (3; 13) durch entsprechende Einstellung der Nutentiefen erst nach dem Bestücken und Löten herausgebrochen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die ausgesparten Bereiche der Verbundfolie (12) eine Trennungsfolie (21) eingelegt wird (Fig. 6).