Title:
Production of foil cables or multi-layered circuit boards for printed circuits comprises using a thermoplastic plastic support film absorbing a prescribed wavelength with strip conductors or a thermoplastic circuit board
Kind Code:
A1


Abstract:
Production of foil cables or multiple-layered circuit boards for printed circuits comprises providing a thermoplastic plastic support film absorbing a prescribed wavelength with strip conductors (A) or a thermoplastic circuit board absorbing laser radiation or a multiple layer made from several thermoplastic layers supporting strip conductors and absorbing a prescribed wavelength. Production of foil cables or multiple-layered circuit boards for printed circuits comprises providing a thermoplastic plastic support film absorbing a prescribed wavelength with strip conductors (A) or a thermoplastic circuit board absorbing laser radiation or a multiple layer made from several thermoplastic layers supporting strip conductors and absorbing a prescribed wavelength, forming a plastic covering film (T), optionally provided with strip conductors and transparent for the laser radiation of the prescribed wavelength, with a plastic support film, the upper layer of a circuit board or the upper layer of a multiple layer so that a thermal transition is guaranteed during an energy supply, and irradiating the covering film with laser radiation which is absorbed by the plastic support film, the upper layer of a circuit board or the upper layer of a multiple layer so that the surface is heated and is welded to the covering film. An independent claim is also included for a foil cable or multiple support for a printed circuits.



Inventors:
Platz, Reinhold (Mühltal, 64367, DE)
Application Number:
DE10350568A
Publication Date:
02/10/2005
Filing Date:
10/30/2003
Assignee:
Ticona GmbH (Kelsterbach, 65451, DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE10125570A1N/A
DE2340718C3N/A
DE4114771A1N/A



Foreign References:
EP12205892002-07-03
EP0070071
WO2001064411A1
JPH07202361A
Other References:
KORTE, J.:"Laserschweißen von Thermoplasten", Dissertation Universität Gesamthochschule Pader- born, Januar 1998, S. 1-8
BONTEN, Christian:"Serienschweißen von Kunststoff-teilen" In: Kunststoffe, 89(8), Seiten 33-41,1991
Claims:
1. Verfahren zur Herstellung von Folienkabeln oder von mehrschichtigen Leiterplatten für gedruckte Schaltungen umfassend die Schritte:
a) Vorlage einer die Laserstrahlung einer vorgegebenen Wellenlänge absorbierenden thermoplastischen Kunststoffträgerfolie mit aufgebrachten Leiterbahnen oder einer thermoplastischen, die Laserstrahlung absorbierenden Leiterplatte oder eines die Laserstrahlung einer vorgegebenen Wellenlänge absorbierenden Multilayers aus mehreren leiterbahntragenden thermoplastischen Kunststoffschichten,
b) Übereinanderbringen einer gegebenenfalls mit Leiterbahnen versehenen thermoplastischen Deckfolie aus einem Kunststoff, der für die Laserstrahlung der vorgegebenen Wellenlänge transparent ist, mit der Kunststoffträgerfolie, der Oberschicht einer Leiterplatte oder der Oberschicht eines Multilayers, so dass bei Energiezufuhr ein thermischer Übergang gewährleistet ist und
c) Bestrahlung der Deckfolie mit Laserstrahlung einer Wellenlänge, die durch die Kunststoffträgerfolie, die Oberschicht einer Leiterplatte oder die Oberfläche des Multilayers absorbiert wird, so dass deren Oberfläche erhitzt wird und mit der Deckfolie flächig verschweißt wird.

2. Verfahren zur Herstellung von Folienkabeln oder von Leiterplatten für ein- oder mehrschichtige gedruckte Schaltungen umfassend die Schritte:
d) Vorlage einer thermoplastischen Kunststoffträgerfolie mit aufgebrachten Leiterbahnen oder einer thermoplastischen Leiterplatte oder eines Multilayers aus mehreren leiterbahntragenden thermoplastischen Kunststoffschichten,
e) Übereinanderbringen einer gegebenenfalls mit Leiterbahnen versehenen Deckfolie aus einem thermoplastischen Kunststoff mit der thermoplastischen Kunststoffträgerfolie, der Oberschicht des Multilayers oder der Leiterplatte, so dass bei Energiezufuhr ein thermischer Übergang gewährleistet ist, und
f) Zufuhr von Laserstrahlung durch eine geeignete Vorrichtung zwischen die zu verbindenden thermoplastischen Schichten, wovon mindestens eine der zu verbindenden Schichten Laserstrahlung dieser Wellenlänge absorbiert, dadurch erhitzt wird und mit der gegenüberliegenden thermoplastischen Schicht zusammengefügt und flächig verschweißt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Polyphenylensulfid, Polyethersulfon, Polyetherketon, Polyetherimid, Polyacetal-Homo- und/oder -Copolymeren, Polyestern, Polyamiden, Polyphthalamiden, Polyolefinen und Polyolefincopolymeren und deren Gemischen.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) oder f) die erwärmten Folien mit einer Andruckrolle oder Walze gepresst werden.

5. Folienkabel oder mehrschichtige Träger für gedruckte Schaltungen, erhältlich nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Trägern für gedruckte Schaltungen auf Basis von thermoplastischen Platten und Folien sowie die dadurch hergestellten Produkte.

Formteile aus Kunststoff mit integrierten elektrisch leitenden Schichten oder Bahnen sind beispielsweise aus der Elektro- und Elektronikindustrie hinlänglich bekannt.

Um elektrische Aggregate tragende Bauteile, die zum Beispiel im Kraftfahrzeugbereich, in Geräten im Haushalt, der Unterhaltungselektronik oder der Telekommunikationselektronik verwendet werden, mit Elektrizität zu versorgen, werden bislang oft aufwendige Leiterplatten und Verkabelungen benutzt.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, Leiterbahnen durch Heißprägen auf Kunststoffoberflächen zu bringen. Hierbei werden Metallfolien aus zum Beispiel Kupfer, Gold oder Nickel mit Dicken von in der Regel 18–150 μm mit einem beheizten Stempelklischee auf das Kunststoffsubstrat geprägt.

Bei der Herstellung von Folienkabeln oder mehrschichtigen Leiterplatten für gedruckte Schaltungen werden Folien bzw. Trägerschichten unter Einsatz von Klebern oder anderen Hilfsmitteln miteinander verbunden. Der Einsatz von Klebern hat zum Nachteil, dass diese häufig eine geringere thermische Beständigkeit haben als die verwendeten Folien bzw. Trägerschichten. Bei der Verwendung von Klebern kann es darüber hinaus zu Lufteinschlüssen oder zu Spannungen zwischen den einzelnen Schichten des Bauteils kommen, welche die Funktion oder die Lebensdauer des Bauteils nachteilig beeinflussen können. Beispiele für solche auf herkömmliche Art und Weise gefertigte mehrschichtige Leiterplatten sind aus der EP-A-1,220,589, der WO-A-01/64,411, der DE-A-41 14 771, der EP-A-70,071 oder der JP-A-07/202,362 bekannt.

Verfahren zum Verbinden von Kunststoffen mittels Laserstrahlen sind bereits bekannt (vergl. Ch. Bonten in KU Kunststoffe, 89(8), S. 33–41 (1999)). Ebenfalls bekannt ist ein Verfahren zum Verbinden von Leiterbahnen mit der Kunststoffoberfläche eines Formteils durch Laserstrahlen (DE-A-101 25 570).

Beim Laserdurchstrahlschweißen werden ein für das Laserlicht transparenter Fügepartner und ein das Laserlicht absorbierender Fügepartner kombiniert und die Bestrahlung erfolgt von der Seite des transparenten Fügepartners. Durch die Absorption des Laserlichtes wird Wärme erzeugt, welche die Kunststoffe im bestrahlten Bereich erweichen läßt und somit ein Verschweißen gestattet.

Beim Laserstumpfschweißen wird mindestens ein das Laserlicht absorbierender Fügepartner, vorzugsweise beide Fügepartner, mit dem Laserlicht durch eine geeignete Optik bestrahlt und danach an den bestrahlten Stellen zusammengefügt. Durch die Absorption des Laserlichtes wird auf der Oberfläche des (der) bestrahlten Fügepartner(s) Wärme erzeugt, die bei der Verbindung beider Oberflächen ein Verschweißen gestattet.

Eine Übersicht über die gängigen Laserschweißverfahren findet sich in der Dissertation von J. Korte, „Laserschweißen von Thermoplasten", Universität Gesamthochschule Paderborn, Januar 1998, S. 1–8.

Die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Folienkabeln oder mehrschichtigen Leiterplatten für gedruckte Schaltungen sind sehr kostenintensiv und apparativ aufwendig und basieren auf Verbindungen mit Klebern um die Einzelschichten miteinander zu verbinden, so dass alternative Möglichkeiten gesucht werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines vereinfachten Verfahrens zur Herstellung von Folienkabeln oder von mehrschichtigen Leiterplatten für gedruckte Schaltungen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von Folienkabeln oder von Leiterplatten für mehrschichtige gedruckte Schaltungen welche die Nachteile der auf herkömmliche Art und Weise hergestellten Produkte nicht mehr oder nur noch in einem geringen Ausmaß aufweisen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Folienkabeln oder von mehrschichtigen Leiterplatten für gedruckte Schaltungen umfassend die Schritte:

  • a) Vorlage einer die Laserstrahlung einer vorgegebenen Wellenlänge absorbierenden thermoplastischen Kunststoffträgerfolie mit aufgebrachten Leiterbahnen oder einer thermoplastischen, die Laserstrahlung absorbierenden Leiterplatte oder eines die Laserstrahlung einer vorgegebenen Wellenlänge absorbierenden Multilayers aus mehreren leiterbahntragenden thermoplastischen Kunststoffschichten,
  • b) Übereinanderbringen einer gegebenenfalls mit Leiterbahnen versehenen thermoplastischen Deckfolie aus einem Kunststoff, der für die Laserstrahlung der vorgegebenen Wellenlänge transparent ist, mit der Kunststoffträgerfolie, der Oberschicht einer Leiterplatte oder der Oberschicht eines Multilayers, so dass bei Energiezufuhr ein thermischer Übergang gewährleistet ist und
  • c) Bestrahlung der Deckfolie mit Laserstrahlung einer Wellenlänge, die durch die Kunststoffträgerfolie, die Oberschicht einer Leiterplatte oder die Oberfläche des Multilayers absorbiert wird, so dass deren Oberfläche erhitzt wird und mit der Deckfolie flächig verschweißt wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Folienkabeln oder von Leiterplatten für ein- oder mehrschichtige gedruckte Schaltungen umfassend die Schritte:

  • d) Vorlage einer thermoplastischen Kunststoffträgerfolie mit aufgebrachten Leiterbahnen oder einer thermoplastischen Leiterplatte oder eines Multilayers aus mehreren leiterbahntragenden thermoplastischen Kunststoffschichten,
  • e) Übereinanderbringen einer gegebenenfalls mit Leiterbahnen versehenen Deckfolie aus einem thermoplastischen Kunststoff mit der thermoplastischen Kunststoffträgerfolie, der Oberschicht des Multilayers oder der Leiterplatte, so dass bei Energiezufuhr ein thermischer Übergang gewährleistet ist, und
  • f) Zufuhr von Laserstrahlung durch eine geeignete Vorrichtung zwischen die zu verbindenden thermoplastischen Schichten, wovon mindestens eine der zu verbindenden Schichten Laserstrahlung dieser Wellenlänge absorbiert, dadurch erhitzt wird und mit der gegenüberliegenden thermoplastischen Schicht zusammengefügt und flächig verschweißt wird.

Bei der ersten Verfahrensvariante handelt es sich um das sogenannte Laserverschweißen im Durchstrahlverfahren, während bei letzterer das Stumpfschweißverfahren zur Anwendung kommt.

Für das erfindungsgemäße Verfahren können prinzipiell alle thermoplastischen Kunststofffolien oder -schichten eingesetzt werden.

Diese müssen – je nach Verfahrensvariante – die Laserstrahlung in ausreichendem Maße absorbieren oder für die Laserstrahlung in ausreichendem Maße transparent sein.

Als bevorzugte Beispiele seien hier Polyphenylensulfid, Polysulfone, flüssigkristalline Polymere, Polyetherimid, Polyetherketone, Polyacetal-Homo- und/oder -Copolymere, Polyester, wie Polybutylenterephthalat oder dessen Copolymere, Polyamide, Polyolefine und Polyolefincopolymere, wie zum Beispiel Polyethylen und Polypropylen, genannt.

Diese Kunststoffe können auch die üblichen Hilfs-, Zusatz-, Füll- und Verstärkungsmittel enthalten, sofern dadurch das für das Laserschweißen erforderliche Eigenschaftsprofil nicht nennenswert beeinträchtigt wird.

Auch homogene und heterogene Kunststoffmischungen können für die Folie verwendet werden. Je nach Art der verwendeten Kunststofffolie oder Kunststoffplatte sind die Wellenlänge und die Intensität des eingestrahlten Laserlichts abzustimmen. Hiervon hängt insbesondere die erforderliche Einstrahldauer und somit die erreichbare Bearbeitungsgeschwindigkeit ab. Transparente Kunststofffolien und solche ohne einen nennenswerten Anteil absorbierender Bestandteile müssen – je nach dem für das Laserschweißen geforderten Eigenschaftsprofil – mit Zusätzen, wie zum Beispiel mit Rußen, Füllstoffen oder Pigmenten vermischt sein, die für eine ausreichende Absorption des Laserlichtes sorgen.

Beispiele für transparente Kunststoffe sind sowohl teilkristalline Polymere wie z.B. Polyphenylensulfid, Poletherketone, Polyamide, thermoplastische Polyester als auch amorphe Polymere wie z.B. Polysulfone, Polyetherimide, Polycarbonate, Ethylen-Norbornen-Copolymere, Polystyrol, Polymethylmethacrylat und andere Kunststoffe auf Basis von Acrylat.

Als Leiterbahn kann im einfachsten Fall eine Metallschicht dienen. Diese kann auf die Oberfläche aufgeprägt, auflaminiert oder galvanisch aufgebracht sein. Bezüglich des Materials ist keine besondere Einschränkung nötig. Die Leiterbahnen können im Prinzip aus jedem elektrisch leitfähigen Material hergestellt werden, wie zum Beispiel aus Metallen, elektrisch leitfähigen Kunststoffen oder aus Graphit.

Vorzugsweise besteht die Leiterbahn aus einem gut elektrisch leitfähigem Metall, wie zum Beispiel aus Kupfer.

Die Leiterbahn ist entweder direkt oder unter Verwendung von Haftvermittlern (Kleber) auf eine thermoplastische Kunststofffolie, die auf mindestens einer Oberfläche die Leiterbahnen) trägt, oder eine Leiterplatte aufgebracht. Zur Herstellung von Multilayer-Leiterplatten kann die Deckfolie ebenfalls mit Leiterbahnen versehen sein.

Die Oberseite der Leiterbahnfolie kann gegebenenfalls strukturiert sein, um mit der Deckfolie eine noch innigere Verbindung eingehen zu können. Die Strukturierung wird in der Regel durch chemisches Aufrauen z.B. mit sauren Lösungen bewirkt.

Durch Verpressen der erwärmten Folien mit einer Andruckrolle oder Walze können besonders vorteilhaft Lufteinschlüsse vermieden werden.

Als Laserquelle kommen im allgemeinen die auch beim Laserschweißen verwendeten Lasertypen, wie Kohlendioxidlaser, Diodenlaser und ND:YAG (Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat)-Laser zum Einsatz.

Vorteilhaft wird ein Ablenkspiegel zur Laserstrahlaufweitung für das flächige Verschweißen verwendet.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Lufteinschlüsse und Spannungen zwischen den Schichten weitgehend vermieden, wodurch die Lebensdauer des Folienkabels oder der gedruckten Schaltung verlängert wird. Durch den Fügeprozess mit anschließendem Verschweißen der Schichten liegt zwischen den Schichten keine zusätzliche Substanz (Haftvermittler, Kleber) vor, die ein Delaminieren oder einen Eintritt von anderen Substanzen zwischen die Schichten bewirken könnte. Darüber hinaus sind die erhaltenen Folienkabel oder Leiterplatten für gedruckte Schaltungen leicht recyclebar. Sie werden in der Elektronikindustrie zur Fertigung von Platinen, beispielsweise für die Herstellung von Telekommunikationseinrichtungen, Computern oder HiFi-Geräten, verwendet.

Die 1 und 2 erläutern das Verfahren.

In 1 ist eine Verfahrensvariante dargestellt, bei der eine Laserenergie absorbierende thermoplastische Kunststofffolie mit Leiterbahnenstruktur (A) mittels Laserdurchstrahlverschweißen mit einer lasertransparenten Deckfolie (T) flächig verbunden wird. Hierbei wird, wie in 1 illustriert, eine lasertransparente Folie (T) mit einem von der Laserquelle (L) erzeugtem Laserstrahl durchstrahlt und die darunter liegende Oberfläche (A) der thermoplastischen leiterbahntragenden laserenergieabsorbierenden Folie oder Leiterplatte, die auch als Multilayer aufgebaut sein kann, lokal erwärmt, so dass die Oberflächen (A) und (T) miteinander verschweißen. Vorteilhafterweise wird dabei eine Andruckrolle oder Walze (C) zum Verpressen und flächigen Verbinden von (A) und (T) verwendet.

Die andere Verfahrensvariante (Laserstumpfverschweißen) wird in 2 veranschaulicht. Dabei wird der Laserstrahl einer Laserenergiequelle (L), so zwischen eine thermoplastische laserenergieabsorbierende Trägerfolie (A) und eine Deckfolie (D), die lasertransparent oder absorbierend sein kann, gebracht, dass die Oberfläche der absorbierenden Folie (A) und falls laserabsorbierend auch (D) aufschmilzt und die Folien (A) und (D) miteinander flächig verschweißen. Vorzugsweise wird dabei zum Verpressen der Folien eine Andruckrolle oder Walze (C) verwendet. Dieses Verfahren eignet sich in vorteilhafter Weise zum Herstellen von mehrlagigen Aufbauten, die auf dem flächigen Verschweißen von thermoplastischen Folien oder thermoplastischen Leiterplatten beruhen.