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Dokumentenidentifikation DE102005017002A1 19.10.2006
Titel Verfahren zur Herstellung einer räumlichen, wenigstens in einem Teilbereich gekrümmten Leiterplatte sowie nach diesem Verfahren hergestellte Leiterplatte
Anmelder FESTO AG & Co, 73734 Esslingen, DE
Erfinder Weinmann, Michael, 73655 Plüderhausen, DE;
Giousouf, Metin, 73732 Esslingen, DE;
Fuss, Martin, 73760 Ostfildern, DE;
Ziegelmeier Baur, Karl Heinz, 73730 Esslingen, DE;
Steinlein, Katharina, 70736 Fellbach, DE
Vertreter Patentanwälte Magenbauer & Kollegen, 73730 Esslingen
DE-Anmeldedatum 07.04.2005
DE-Aktenzeichen 102005017002
Offenlegungstag 19.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.10.2006
IPC-Hauptklasse H05K 3/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H05K 1/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer räumlichen, wenigstens in einem Teilbereich gekrümmten Leiterplatte (10) mit den folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen:
a) Bereitstellen einer biegeschlaffen, nocht nicht ausgehärteten, ein- oder mehrlagigen Grundplatte (12) aus Verstärkungsfasern enthaltendem Epoxydharz,
b) Auflegen der Grundplatte (12) auf eine Form (11) und Anpassen an diese Form (11),
c) Bestücken dieser Grundplatte (12) vor oder nach der Formanpassung mit einer Leiterbahnstruktur (14) und
d) Aushärten der Grundplatte (12) durch Erwärmen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer räumlichen, wenigstens in einem Teilbereich gekrümmten Leiterplatte sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Leiterplatte, die eine Grundplatte aus Verstärkungsfasern enthaltendem Epoxydharz aufweist, die mit einer Leiterbahnstruktur versehen ist.

Bekannte Leiterplatten sind als ebene Platten ausgebildet. Sollen räumliche Leiterbahnstrukturen realisiert werden, die auch gekrümmte Bereiche enthalten, so werden diese nach dem z.B. aus der EP 0929428 B1 bekannten MID-Verfahren hergestellt. Hierbei wird zunächst ein Spritzgussteil hergestellt, auf dem dann Leiterbahnen nach dem MID-Verfahren aufgebracht werden. Hierzu sind Spritzgießwerkzeuge erforderlich, die die Herstellung derartiger MID-Bauteile sehr teuer machen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer räumlichen, wenigstens in einem Teilbereich gekrümmten Leiterplatte aufzuzeigen, durch das entsprechende Leiterplatten in einfacher und kostengünstiger Weise realisiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder durch eine Leiterplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht insbesondere darin, dass dünne Leiterplatten mit praktisch beliebiger räumlicher Gestalt in einfacher und kostengünstiger Weise geschaffen werden können, ohne dass ein Spritzgießwerkzeug erforderlich wäre. Durch die Aushärtung der zunächst biegeschlaffen Grundplatte kann die in diesem Zustand geformte Grundplatte in ihrer Gestalt fixiert werden und bildet eine stabile Raumform. Die Leiterbahnstruktur kann dabei vor oder nach der Formanpassung an eine Form aufgebracht werden und haftet dabei an der im nicht ausgehärteten Zustand noch klebrigen Grundplatte.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.

Zweckmäßigerweise wird zwischen der Form und der biegeschlaffen Grundplatte eine Trennschicht angeordnet, die vorzugsweise als Teflonschicht oder Trennmittelfolie ausgebildet sein kann. Dies erleichtert das Ablösen der Grundplatte von der Form nach der Aushärtung.

Um die gewünschte Raumform der Leiterplatte reproduzierbar zu erhalten, wird die auf die Form aufgelegte Grundplatte mittels einer Gegenform verpresst, bevor sie erwärmt wird. Dies sichert nicht nur die formgenaue Anpassung an die Form, sondern gewährleistet auch, dass die Gestalt beim Erwärmen beziehungsweise Aushärten erhalten bleibt.

Die Leiterbahnstruktur wird zweckmäßigerweise durch Laserschneiden, Ausätzen oder Ausstanzen aus einer Metallfolie, insbesondere Kupferfolie, hergestellt.

Zum Aufbringen der so hergestellten Leiterbahnstruktur wird wird diese in einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens auf einer Trägerfolie oder folienartigen Trägerplatte angeordnet und damit auf die noch nicht ausgehärtete Grundplatte aufgebracht. Danach wird die Trägerfolie oder Trägerplatte abgezogen.

In einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Leiterbahnstruktur auf eine weitere biegeschlaffe, noch nicht ausgehärtete Platte oder auf eine ausgehärtete, aber verformbar dünne Platte aufgebracht und damit auf die noch nicht ausgehärtete Grundplatte aufgebracht. Die beiden noch nicht ausgehärteten Platten verbinden sich dadurch in vorteilhafter Weise besonders innig.

In einer dritten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Leiterbahnstruktur mittels einer wenigstens einen Saugarm oder -greifer aufweisenden Handhabungsvorrichtung auf die noch nicht ausgehärtete Grundplatte aufgebracht. Bei dieser Verfahrensversion kann die Leiterbahnstruktur direkt aufgebracht werden und muss nicht vorher noch mit einem Hilfsmedium versehen werden.

Zweckmäßigerweise wird die Leiterbahnstruktur vor dem Aufbringen mit einer auf der Haftseite rauen oder aufgerauten Oberfläche versehen, um eine gute Haftung zu gewährleisten.

Ausführungsbeispiele zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine mit einer Leiterbahnstruktur versehene, auf eine Form aufgelegte Grundplatte vor dem Verpressen mittels einer Gegenform,

2 eine an einer weiteren biegeschlaffen, noch nicht ausgehärteten Platte angeordnete Leiterbahnstruktur vor dem Aufbringen auf die Grundplatte und

3 das Aufbringen einer Leiterbahnstruktur auf die Grundplatte mittels eines Sauggreifers.

Zur Herstellung einer räumlichen, wenigstens in einem Teilbereich gekrümmten Leiterplatte 10 wird eine entsprechend gestaltete Form 11 verwendet, auf die eine biegeschlaffe, noch nicht ausgehärtete Grundplatte 12 aus Epoxydharz aufgelegt wird. Solche Platten sind z.B. als sogenannte Prepregs aus der DE 19920576 C1 bekannt. Die Grundplatte ist mit Verstärkungsfasern versehen, beispielsweise Glasfasern oder Kohlefasern, die beispielsweise auch miteinander verwoben sein können. Vor dem Aufbringen auf die Form 1 wird die Grundplatte 12 mit einer Trennmittelfolie 13 versehen, um nach der Fertigstellung ein leichtes Ablösen von der Form 11 zu gewährleisten. An der nicht mit der Trennmittelfolie 13 versehenen zweiten Fläche der Grundplatte 12 ist eine Leiterbahnstruktur 14 aufgebracht. Das Aufbringen der Leiterbahnstruktur 14 auf die Grundplatte 12 wird später noch näher erläutert.

Die so vorgefertigte, aus Trennmittelfolie 13, Grundplatte 12 und Leiterbahnstruktur 14 bestehende Leiterplatte 14, die beispielsweise auf einer ebenen Fläche so zusammengefügt wird, wird dann auf die Form 11 aufgelegt und mechanisch angeformt. Die biegeschlaffe, noch nicht ausgehärtete Grundplatte aus faserverstärktem Epoxydharz wird üblicherweise als Prepreg bezeichnet. Zum Aufbringen auf die Form 11 muss dieses Material eventuell eingeschnitten werden, damit es sich an die Oberflächengestalt anpassen kann. Bei der späteren Verarbeitung verfließt das Material, wobei dann auch Überlappungen auf diese Weise ausgeglichen werden können.

Nun wird die so auf die Form 11 aufgebrachte vorgefertigte Leiterplatte 10 mittels einer entsprechend geformten Gegenform 15 verpresst. Die Gegenform kann in Abwandlung der Darstellung auch mehrteilig ausgebildet sein. Im verpressten beziehungsweise vorgespannten Zustand erfolgt dann ein Erhitzen in einem Ofen, wobei sich durch Aushärten des Materials ein fester Verbund bildet und aus Epoxydharz ein faserverstärkter duroplastischer Kunststoff wird. Die Leiterbahnstruktur hat dabei auf der der Grundplatte 12 zugewandten Seite eine raue oder aufgeraute Oberfläche, damit beim Aushärten eine Verzahnung und damit ein fester Sitz der Leiterbahnstruktur 14 auf der Grundplatte 12 erzielt wird.

Nach dem Ablösen von der wieder geöffneten Form 11 und Gegenform 15 kann nun die Bestückung mit elektronischen Bauteilen erfolgen, zum Beispiel mit SMD-Bauteilen. Die Befestigung erfolgt dabei in an sich bekannter Weise entweder durch Leitkleber oder durch Löten. Es ist prinzipiell auch möglich, die elektronischen Bauteile vor dem Verpressen und Aushärten auf die Leiterbahnstruktur 14 aufzubringen, eventuell sogar schon vor dem Aufbringen der Leiterbahnstruktur 14 auf die Grundplatte 12.

Alternativ zu einer Trennmittelfolie 13 kann auch die Form 11 mit einer dehäsiven Schicht versehen sein, beispielsweise einer Teflonschicht, um das Entformen zu erleichtern.

Die Leiterbahnstruktur 14 wird aus einer Metallfolie, beispielsweise einer Kupferfolie, ausgestanzt, ausgestanzt (fotochemische Behandlung) oder mittels Laser geschnitten. Je nach Gestalt der Leiterbahnen können diese dabei danach noch durch Haltestege zusammengehalten werden, die später entfernt werden, beispielsweise wiederum durch Laserschneiden. In einer ersten Alternative des Verfahrens wird die so hergestellte Leiterbahnstruktur 14 auf eine Trägerfolie, beispielsweise eine Polyimidfolie oder eine folienartige Trägerplatte, eine sogenannte Flexleiterplatte, aufgebracht und auf diese Weise mit der aufgerauten Seite auf die Grundplatte 12 im noch ebenen Zustand oder im bereits auf die Form 11 aufgelegten Zustand aufgebracht. Die Trägerfolie oder folienartige Trägerplatte wird dann abgezogen, was dadurch ermöglicht wird, da die Leiterbahnstruktur 14 insbesondere infolge der aufgerauten Seite an der im nicht ausgehärteten Zustand noch klebrigen Grundplatte 12 haftet.

In einer zweiten alternativen Ausführung des Verfahrens wird die Leiterbahnstruktur 14 auf eine weitere biegeschlaffe, noch nicht ausgehärtete Platte 16 (Prepreg) aufgebracht und gemäß 2 so auf die ebenfalls noch nicht ausgehärtete Grundplatte 12 aufgebracht, dass sich diese weitere Platte 16 mit der Grundplatte 12 verbindet. Die Platte 16 kann gegebenenfalls auch bereits ausgehärtet, jedoch so dünn sein, dass sie leicht verformbar ist.

Eine dritte Möglichkeit zur Durchführung des Verfahrens ist in 3 dargestellt. Die Leiterbahnstruktur 14 wird nach ihrer Herstellung mittels eines Saugarms beziehungsweise Sauggreifers 17 aufgenommen und direkt auf die noch nicht ausgehärtete Grundplatte 12 aufgebracht. Ein Saugkopf 18 des Sauggreifers 17 besteht beispielsweise aus luftdurchlässigem Sinteraluminium und besitzt eine relativ große Ansaugfläche, um die Leiterbahnstruktur 14 großflächig anzusaugen und zu stabilisieren.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung einer räumlichen, wenigstens in einem Teilbereich gekrümmten Leiterplatte (10), gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Bereitstellen einer biegeschlaffen, noch nicht ausgehärteten, ein- oder mehrlagigen Grundplatte (12) aus Verstärkungsfasern enthaltendem Epoxydharz,

b) Auflegen der Grundplatte (12) auf eine Form (11) und Anpassen an diese Form (11),

c) Bestücken dieser Grundplatte (12) vor oder nach der Formanpassung mit einer Leiterbahnstruktur (14),

d) Aushärten der Grundplatte (12) durch Erwärmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Form (11) und der biegeschlaffen Grundplatte (12) eine Trennschicht (13) angeordnet wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennschicht (13) eine Teflonschicht oder Trennmittelfolie angeordnet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Form (11) aufgelegte Grundplatte (12) mittels einer Gegenform (15) verpresst wird, bevor sie erwärmt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnstruktur (14) durch Laserschneiden, Ausätzen oder Ausstanzen aus einer Metallfolie, insbesondere einer Kupferfolie, hergestellt wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf einer Trägerfolie oder folienartigen Trägerplatte angeordnete Leiterbahnstruktur (14) auf die noch nicht ausgehärtete Grundplatte (12) aufgebracht und die Trägerfolie oder Trägerplatte dann abgezogen wird. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf einer weiteren biegeschlaffen, noch nicht ausgehärteten Platte (16) oder auf einer ausgehärteten, aber verformbar dünnen Platte aufgebrachte Leiterbahnstruktur (14) auf die noch nicht ausgehärtete Grundplatte (12) aufgebracht wird, und dass diese weitere Platte (16) zusammen mit der Grundplatte (12) durch Erwärmen ausgehärtet wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnstruktur (14) mittels einer wenigstens einen Saugarm oder -greifer (17) aufweisenden Handhabungsvorrichtung auf die noch nicht ausgehärtete Grundplatte (12) aufgebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnstruktur (14) vor dem Aufbringen mit einer auf der Haftseite rauen oder aufgerauten Oberfläche versehen wird. Leiterplatte, die durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wird, gekennzeichnet durch eine räumliche, wenigstens in einem Teilbereich gekrümmte Gestalt, bestehend aus Verstärkungsfasern enthaltendem Epoxydharz und versehen mit einer Leiterbahnstruktur (14).






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