具有至少一個剛性區和至少一個柔性區的印刷電路板以及用於製造剛性－柔性印刷電路...的製作方法
2023-10-07 01:54:49 2
專利名稱：具有至少一個剛性區和至少一個柔性區的印刷電路板以及用於製造剛性－柔性印刷電路 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種印刷電路板，帶有至少一個剛性區和至少一個柔性區、單面或者雙面塗銅或者具有印製導線的剛性單層、一種粘接介質和至少一個銅箔，其中，粘接介質在柔性區內具有空缺。此外，本發明還涉及一種用於製造這種剛性-柔性印刷電路板的方法。
幾十年來，印刷電路例如在電氣裝置和汽車上用於電子調節和控制。它通常是一種剛性印刷電路板，一方面將分立元件和高度集成化的組件導電相互連接，另一方面起到這些部件載體的作用。印刷電路板大多由一個或者多個單層玻璃纖維增強的硬化環氧樹脂板組成，後者為構成印製導線或電路圖單面或者雙面塗銅。在多層印刷電路板的情況下，各平面或設置在單層上的印製導線通過印刷電路板上的金屬化孔相互導電連接。
大約30年來，除了純剛性的印刷電路板外，還使用同時具有剛性區和柔性區的印刷電路，即所謂的附性-柔性印刷電路板。通過具有柔性區，更大數量的剛性印刷電路板可以在幾乎任何所要求的空間設置機械和導電相互連接，而無需接線板或者布線。此外，柔性區還提供了這種可能性，即多個剛性印刷電路板區域這樣「上下重疊」，從而形成一個大的印刷電路板表面，並因此還可以在一個相當小的空間上安裝大量設置在印刷電路板上的單獨元件。柔性區正常情況下由同樣單面或者雙面塗銅的聚醯亞胺薄膜組成。
這種剛性-柔性印刷電路板通常由上下重疊的剛性和柔性單層構成，它們在整個電路上延伸並藉助粘接介質相互粘接和壓合(EP 0 408 773 B1)。它們是不可彎曲(例如玻璃纖維增強環氧樹脂)的和可彎曲的絕緣載體(例如聚醯亞胺薄膜)，帶有裡面蝕刻印製導線的單面或者雙面塗銅。剛性層的形狀決定印刷電路板的剛性部分。印刷電路板的柔性區這樣製造，使其在這些區域內分多個方法步驟去除剛性層的部分。
作為粘接介質既可以使用例如通過絲漆印刷塗覆的液態或可流動的粘接劑，也可以使用具有粘接特性的薄膜。實踐上除了純粘接薄膜外，特別是還使用所謂的預浸樹脂帶。預浸樹脂帶由樹脂浸漬的玻璃纖維布組成，其中，樹脂不完全聚合。在壓力和加熱下樹脂液化並在隨後的硬化中與相鄰的單層產生粘接。除了這種「標準的」預浸樹脂帶外，還有流動能力減少的所謂無流動(no-flow)預浸樹脂帶。此外，作為粘接介質還使用所謂的複合薄膜，由雙面具有粘接劑的柔性塑料薄膜組成。在本發明的框架內，粘接介質的概念既指粘接劑，也指上述的薄膜-粘接薄膜、預浸樹脂帶、無流動預浸樹脂帶和複合薄膜。
EP 0 408 773 B1公開了一種用於製造剛性-柔性印刷電路板的方法，其中，在將單層壓合成總電路之前，從剛性單層中衝壓出一個部分，它與柔性區的尺寸和所要求的位置相應設置。隨後將該剛性單層部分儘可能配合精確地重新裝入單層內，其中，複合薄膜在印刷電路板所要求的柔性區內具有空缺，從而事先衝出的和重新裝入的剛性單層部分在後面的方法步驟中不與複合薄膜粘接。該部分在壓合之後的其他加工過程期間必須密封覆蓋，以防止柔性區上金屬化和向剛性區過渡。這種覆蓋麻煩且昂貴，其中，儘管非常小心仍會出現導致不能修復的損壞，從而相關的印刷電路板不再能夠使用。
DE-AS 26 57 212公開了另一種用於製造剛性-柔性印刷電路板的方法。在這種公開的方法中，在壓合靠近內層一側剛性外層內的單層之前，沿印刷電路板剛性和柔性區的分界線製造一個槽(預加工槽)，其中，槽深度這樣選擇，使剛性層的外側不受損壞。藉以粘接單層的複合薄膜通過電路的柔性區被切除，從而剛性外層的粘接不能通過將來的柔性區完成。此外，還常常加入防止壓合時複合薄膜流動的隔離薄膜。在粘接單層和在外層上構成電路圖之後，然後為製造剛性層外側的柔性區，沿電路剛性和柔性區的分界線銑出另一個槽(主槽)，其中，該槽和此前已經構成的預加工槽彼此相對，從而可以將從剛性單層中銑出的部分去除。
與如何從印刷電路板所要求的柔性區中去除剛性單層的部分無關，從本發明出發，EP 0 408 773 B1所公開的剛性-柔性印刷電路板的缺點是，為本來只需為相當小的柔性區而使用整面的相當昂貴的柔性單層(聚醯亞胺薄膜)。這一點導致根據印刷電路板的形狀75％或者更多昂貴的聚醯亞胺薄膜「浪費」。
一般面積從幾十平方釐米-幾百平方釐米的剛性-柔性印刷電路板不單個製造，而是將大量這種印刷電路板同時設置在通常稱為母體的一個剛性板上。這種母體典型地具有邊長例如40-80釐米的正方形或者長方形表面。從一個這樣的母體通常可以衝出20到30個加工好的印刷電路板。與製造時使用單個印刷電路板相比使用這種母體的優點在於，可以將母體更簡單地夾在工作檯上並利用夾緊作用同時製造多個印刷電路板。
因為在這種母體中柔性單層一般同樣具有母體的尺寸，所以由此「所浪費的」昂貴聚醯亞胺薄膜比例甚至增加，因為聚醯亞胺薄膜也存在於各印刷電路板之間的中間區域內。這些中間件在從母體中衝出印刷電路板後被拋棄。
出於上述原因多次有人提出，將相當昂貴但實踐證明非常有效的聚醯亞胺薄膜通過其他低成本的柔性單層取代。其中DE 41 03 375 C1公開了一種剛性-柔性印刷電路板，其中，取代單獨的複合薄膜和單獨的聚醯亞胺薄膜，僅使用由專用的流動材料或者紙制預浸樹脂帶構成的層。將這種流動材料或者紙制預浸樹脂帶直接和整面在電路側鋪在整個剛性單層上。然後在該專用預浸樹脂帶上同樣整面塗覆銅箔。為防止所要去除的剛性單層部分在該專用預浸樹脂帶上粘住，在該部分靠近預浸樹脂帶的面上塗覆一個分界層。DE 42 06 746 C1也公開了一種類似的剛性-柔性印刷電路板，其中，取代昂貴的柔性單層同樣使用價格低廉的薄預浸樹脂帶，它在硬化後仍可彎曲。在這種印刷電路板上剛性單層和預浸樹脂帶之間所要求的柔性區內，在壓合之前也加入一個絕緣薄膜。
DE 41 31 935 A1介紹了一種剛性-柔性印刷電路板，僅由一種本身剛性的印刷電路板材料組成，從而完全取消了昂貴的聚醯亞胺薄膜。在這種公開的只能承受數量有限彎曲應力的印刷電路板中，剛性印刷電路板材料在所要求的柔性區內厚度明顯減少。這種雖然可以相當簡單和低成本製造的印刷電路板在其使用範圍上一方面受到柔韌性有限的限制，另一方面不適用於具有多個印製導線平面的更複雜的電路。
最後DE 40 03 345 C1公開了一種剛性-柔性印刷電路板，基本上僅在所要求的柔性區內具有柔性的聚醯亞胺薄膜。在此方面，聚醯亞胺薄膜在靠近銅箔的面上具有一個柔性粘接層，在靠近剛性單層的一面上具有兩個設置在邊緣上的薄粘接帶。在此方面，薄粘接帶的寬度和位置必須這樣選擇，使其防止所要去除的剛性單層部分在粘接帶上粘住。因為薄粘接帶通常僅有1mm或者更少的寬度，所以一面上帶有粘接帶和另一面上帶有粘接層的聚醯亞胺薄膜的預加工相當費時。此外，還要求將這樣預加工的聚醯亞胺薄膜非常精確地在剛性單層上定位，因為否則同樣會導致所要去除的剛性單層部分粘住。
因此本發明的目的在於，提供一種開頭所述的剛性-柔性印刷電路板以及一種用於製造這種剛性-柔性印刷電路板的方法，其中，一方面儘可能取消使用昂貴的柔性單層，另一方面可以儘可能簡單、快速並因此低成本地製造。
上述目的在開頭所述的印刷電路板中首先和基本上由此得以實現，即至少在剛性區內在粘接介質和銅箔之間沒有柔性單層。因為印刷電路板的大部分一般由剛性區構成，所以通過依據本發明的措施，首先取消大部分昂貴的柔性單層。如果印刷電路板的剛性區內沒有聚醯亞胺薄膜，那麼這一點額外的優點是，可以取消例如藉助於等離子淨化、在印刷電路板上打孔、使多層印刷電路板各平面連接的金屬化等特殊的處理。
在依據本發明的印刷電路板中，優選的是完全取消作為銅箔載體的柔性單層，特別是聚醯亞胺薄膜。確切地說，聚醯亞胺薄膜的缺點是它吸收潮氣，從而在製造印刷電路板以及裝備印刷電路板時常常需要多個費時的乾燥過程，以防止印刷電路板因為粘接區開裂或者在後面的工序中印製導線開裂而損壞。如果完全取消聚醯亞胺薄膜的話，那麼就可以取消平常必需的乾燥過程。
按照依據本發明印刷電路板的一種優選方案，在銅箔內側上的柔性區內直接在銅箔上塗覆絕緣層。在此，原則上可以為絕緣層使用大量的材料。絕緣層一方面必須保證銅箔對外或各印製導線彼此絕緣，另一方面又要具有足夠的可彎曲性，從而印刷電路板柔性區的柔韌性不會受到絕緣薄膜的明顯影響。最後，絕緣薄膜還需通過直接粘附在銅箔上產生。在此，絕緣層可以特別簡單地通過一種柔性漆，特別是焊接填料漆實現。這種漆成本非常低，又不吸收潮氣，從而可以取消乾燥過程，此外還可以採用大量公知的方法非常迅速和簡單地塗覆在所要求的銅箔位置上。
按照這裡還要簡單介紹的依據本發明印刷電路板最後一種優選的方案，至少在柔性區內在銅箔的外側上塗覆其他絕緣層。該絕緣層同樣也可以塗覆在銅箔的整個外表面上。在這種情況下，作為絕緣層也可以使用例如焊接填料漆。通過銅箔外側上的第二絕緣層，保護銅箔上通過蝕刻製造的電路圖，而且特別是使柔性區內機械上穩定。在這裡，取代焊接填料漆也可以使用其他公知的覆蓋薄膜。
依據本發明的印刷電路板不僅適用於製造雙層剛性-柔性印刷電路板，而且也適用於製造具有每層上帶有至少一個電路圖的很多層的所謂多層印刷電路板。因此，本發明還涉及一種多層印刷電路板，帶有至少一個剛性區和至少一個柔性區，由至少一個上述依據本發明的印刷電路板組成，其中，具有多個單面或者雙面塗銅或者具有印製導線的剛性單層和/或者多個在柔性區內具有絕緣層的銅箔；其中，剛性單層彼此間和/或者銅箔彼此間和/或者剛性單層和銅箔相互間藉助於粘接介質相互粘接。
在開頭介紹的用於製造剛性-柔性印刷電路板的方法中，上述目的依據第一替代方案由此得以實現，即首先在柔性區內銅箔的一面上塗覆一個未硬化的絕緣層；將該絕緣層進行硬化，使其露出的表面失去粘接能力；此後將這樣預處理的銅箔藉助於粘接介質與剛性單層粘接，其中，銅箔帶有絕緣層的面靠近剛性單層；隨後在印刷電路板的柔性區內去除剛性單層部分。通過絕緣層在塗覆在銅箔上後部分硬化，由此使絕緣層的露出的表面失去其粘接能力，確保所要去除的剛性單層部分不粘附在絕緣層上，否則會使隨後去除該部分變得困難或者完全不可能。
按照依據本發明方法的另一種可選擇的方案，首先將銅箔藉助於粘接介質與剛性單層粘接，然後在印刷電路板的柔性區內去除剛性單層部分，隨後在柔性區內銅箔內側上塗覆一個未硬化的絕緣層。
在上述兩種可選擇的方法中，成品印刷電路板在柔性區內只在內側具有被絕緣層覆蓋的銅箔。在依據本發明方法的第一替代方案中，首先將該絕緣層在粘接和壓合印刷電路板之前塗覆在銅箔上，而在依據本發明方法可選擇的方案中，首先將印刷電路板粘接和壓合，然後在柔性區內去除剛性印刷電路板部分，然後才在銅箔現在可接近的區域上提供絕緣層。
按照依據本發明方法一種優選的方案，將例如可以是柔性焊接填料漆的絕緣層噴塗、滾壓或者印刷在銅箔上。用於將絕緣層塗覆在銅箔上的所有這些技術可以簡單和低成本地實施，其中，通過使用相應的刮板可以將絕緣層精確地塗覆在銅箔預先規定的位置上。此外，採用這種方法可以同時將大量絕緣層塗覆在大面積的銅箔上，從而在一個方法步驟中為一個複合母體，也就是為多個的印刷電路板預先製作銅箔。
具體地說，現在有多種方案實現和改進依據本發明的印刷電路板或依據本發明的方法。為此一方面參閱權利要求1、7和8的從屬權利要求，另一方面結合附圖參閱一優選實施例的下列說明。其中圖1示出從現有技術公知的剛性-柔性印刷電路板的示意剖面圖；圖2示出依據本發明的剛性柔性印刷電路板一實施例的示意剖面圖。
具體實施例方式
圖1和2示出公知印刷電路板1(圖1)和依據本發明印刷電路板1(圖2)的剖面圖。附圖中示意示出的和尚未粘接及壓合的印刷電路板1在完工安裝狀態下具有兩個剛性區2和一個將兩個剛性區2相互連接的柔性區3。為取得該柔性區3，在印刷電路板1壓合之後從剛性單層4中銑出一個部分5。為此在剛性單層4內的內側上已經構成兩個預加工槽6。
除了在所示實施例中單面塗銅的剛性單層4外，無論是公知的印刷電路板1還是依據本發明的印刷電路板1還具有粘接介質7和銅箔8。大多由預浸樹脂帶構成的粘接介質7在柔性區3內具有空缺，從而不會造成部分5與粘接介質7的粘接。
此外，在依據圖1的公知印刷電路板1中，還具有一個柔性單層9，作為銅箔8的載體使用並藉助於粘接介質7與剛性單層4粘接和壓合。這種柔性單層9大多由相當昂貴的聚醯亞胺薄膜組成，它雖然一方面在數以百萬計剛性-柔性印刷電路板情況下作為銅箔8的載體證明是有效的，但另一方面的其他缺點是額外增加了與剛性單層4相比的造價。由於聚醯亞胺薄膜吸收潮氣的事實，無論是在製造印刷電路板1時還是在後面的裝備時，均常常需要多個乾燥過程，以防止印刷電路板1，特別是電路圖上由於所吸收的液體蒸發而損壞。此外，將聚醯亞胺薄膜作為柔性單層9使用還造成印刷電路板1的剛性區2內淨化在印刷電路板1上加工的孔10時費用增加。孔10的作用是將印刷電路板1不同平面內的各電路圖相互連接。出於這一原因將孔10金屬化，但為此需要事先特別淨化孔10，在聚醯亞胺薄膜鑽孔時大多需要等離子淨化方式的特殊處理。
而在圖2示出的依據本發明的印刷電路板中，完全取消了柔性單層9，特別是聚醯亞胺薄膜。銅箔8藉助於粘接介質7直接固定在剛性單層4上。為防止銅箔8與其他部件不允許的導電接觸或在銅箔8上構成的各印製導線之間短路，在銅箔8的內側上，也就是在靠近剛性單層4的一面上塗覆一個薄絕緣層11。為確保足夠的絕緣，絕緣層11略微凸出剛性單層4所要銑出部分5的表面。
在依據本發明印刷電路板1或依據本發明用於製造剛性-柔性印刷電路板1的一種優選方案中，絕緣層11在粘接和壓合印刷電路板1之前塗覆在銅箔8上。為此，例如可以特別簡單地將一種柔性塑料漆，特別是柔性焊接填料漆噴塗或者印刷在銅箔8的相應部位上。藉助像噴塗、印刷或者滾壓這些方法，絕緣層11可以非常簡單、迅速和位置精確地塗覆在銅箔8所要求的部位上。在此，可以同時將大量絕緣層11塗覆在相應尺寸的銅箔8上，從而可以在一個方法步驟中為多個印刷電路板準備銅箔8。
根據另一種可選擇的-但這裡未示出-用於製造依據本發明的剛性-柔性印刷電路板1的方法，也可以在印刷電路板1粘接和壓合之後再將絕緣層11塗覆在銅箔8的內側上。在這種方法中，在塗覆絕緣層11之前首先將部分5從剛性單層4中去除，從而可接近印刷電路板1柔性區3內的銅箔8內側。此外，如果以其他方式例如通過在外殼內使用的印刷電路板1的注型消除了不允許的導電接觸或者短路，原則上也可以完全取消使用絕緣層11。
此外，依據本發明的印刷電路板1還具有其他絕緣層12，它在銅箔8與剛性單層4粘接和壓合之後，塗覆在那時已經結構化的銅箔8的外側上。在圖2的依據本發明的印刷電路板1中，該絕緣層12-與圖1公知的印刷電路板1不同-還沒有作為局部覆蓋薄膜13的聚醯亞胺薄膜。絕緣層12還可以由柔性焊接填料構成，或者僅局部噴塗在印刷電路板1的柔性區3內，或者-除了孔10外-整面噴塗在銅箔8上。
因此，圖2中示出的依據本發明的印刷電路板1的特徵在於特別簡單、迅速和低成本地製造。首先，通過完全取消相對昂貴的聚醯亞胺薄膜就已經節省了成本。此外，採用噴塗或者印刷法塗覆例如由焊接填料漆組成的絕緣層11和12可以非常簡單、精確和迅速。
由於剛性單層4和現有技術中使用的聚醯亞胺薄膜的膨脹係數不同，在現有技術中使用的印刷電路板1中，在出現溫度波動的情況下常常造成印刷電路板1不希望的彎曲以及剛性區2和柔性區3之間印刷電路板1不同的厚度膨脹，導致印製導線內或者金屬化的孔10內開裂。而在依據本發明的印刷電路板中，選擇絕緣層11、12的材料，使印刷電路板1基本上由具有近似膨脹係數的材料組成。由此產生的其他優點是印刷電路板1更均勻的膨脹特性，從而印刷電路板1在熱作用下僅有最小的和允許範圍內的扭曲和拱起。由此依據本發明的印刷電路板1特別有效地可以在常常出現大的溫度波動的自動化領域使用。
權利要求
1.印刷電路板，帶有至少一個剛性區(2)和至少一個柔性區(3)、一個單面或者雙面塗銅或者具有印製導線的剛性單層(4)、一種粘接介質(7)和至少一個銅箔(8)，其中，粘接介質(7)在柔性區(3)內具有空缺，其特徵在於，至少在剛性區(2)內在粘接介質(7)和銅箔(8)之間沒有柔性單層(9)。
2.按權利要求1所述的印刷電路板，其特徵在於，在柔性區(3)內在剛性單層(4)和銅箔(8)之間也沒有柔性單層(9)。
3.按權利要求1所述的印刷電路板，其特徵在於，在銅箔(8)內側上的柔性區(3)內直接在銅箔(8)上塗覆絕緣層(11)。
4.按權利要求1-3之一所述的印刷電路板，其特徵在於，至少在柔性區(3)內在銅箔(8)的外側上塗覆另外的絕緣層(12)。
5.按權利要求1-4之一所述的印刷電路板，其特徵在於，絕緣層(11)和/或者另外的絕緣層(12)為塗覆在銅箔(8)上的漆，特別是柔性焊接填料漆。
6.多層印刷電路板，帶有至少一個剛性區和至少一個柔性區，由至少一個按權利要求1-5之一所述的印刷電路板組成，其特徵在於，具有多個單面或者雙面塗銅或者具有印製導線的剛性單層和/或者多個在柔性區內具有絕緣層的銅箔；剛性單層彼此間和/或者銅箔彼此間和/或者剛性單層和銅箔相互間藉助於粘接介質相互粘接。
7.用於製造剛性-柔性印刷電路板的方法，該印刷電路板帶有至少一個單面或者雙面塗銅或者具有印製導線的剛性單層、一種粘接介質和至少一個銅箔，其中，粘接介質在柔性區內具有空缺，其特徵在於，首先在柔性區內銅箔的一面上塗覆一個未硬化的絕緣層；將該絕緣層進行硬化，使其露出的表面失去粘接能力；將這樣預處理的銅箔藉助於粘接介質與剛性單層粘接；隨後在印刷電路板的柔性區內去除剛性單層部分。
8.用於製造剛性-柔性印刷電路板的方法，該印刷電路板帶有至少一個單面或者雙面塗銅或者具有印製導線的剛性單層、一種粘接介質和至少一個銅箔，其中，粘接介質在柔性區內具有空缺，其特徵在於，銅箔藉助於粘接介質與剛性單層粘接；然後在印刷電路板的柔性區內去除剛性單層部分；隨後在柔性區內銅箔內側上塗覆一個未硬化的絕緣層。
9.按權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，至少在印刷電路板的柔性區內在銅箔的外側上塗覆另外的絕緣層。
10.按權利要求7-9之一所述的方法，其特徵在於，將單個絕緣層或多個絕緣層噴塗、滾壓或者印刷在銅箔上。
全文摘要
本發明涉及一種剛性－柔性印刷電路板，帶有兩個剛性區(2)和一個柔性區(3)、一個單面塗銅的剛性單層(4)、一種粘接介質(7)和一個銅箔(8)，其中，粘接介質(7)在柔性區(3)內具有空缺。剛性－柔性印刷電路板(1)由此可以特別簡單和低成本地製造，即至少在剛性區(2)內在粘接介質(7)和銅箔(8)之間沒有柔性單層(9)，特別是沒有聚醯亞胺薄膜。
文檔編號H05K3/00GK1729732SQ03822143
公開日2006年2月1日 申請日期2003年9月19日 優先權日2002年9月19日
發明者R·明茨伯格 申請人:魯韋爾股份公司