DE102007006162B3 - Method for manufacturing of three-dimensional circuit carrier, involves forming circuit carrier by flat, plate-shaped base body, which is made of thermoplastic material by thermal deformation process - Google Patents

Abstract

The method involves forming a circuit carrier by a flat, plate-shaped base body (1), which is made of a thermoplastic material (2) by a thermal deformation process in desired three-dimensional shape and having metallic layer on one side. A metal or a metal structure (5) is embedded in the base body or a base body embedded with metal or a metal structure is used, which is locally heated for the deforming process by induction heating.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Schaltungsträgers, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for producing a three-dimensional Circuit carrier, according to the preamble of claim 1

In verschiedensten Vorrichtungen und in den verschiedensten Bereichen ist es bekannt, Schaltungsträger, insbesondere Leiterplatten, in die Vorrichtung zu integrieren. Dazu werden bei Leiterplatten als Trägersubstrat meist duroplastische Materialien, beispielsweise Phenol- und Epoxidharze, eingesetzt. Es ist üblich, flächige, plattenartige, also zweidimensionale Schaltungsträger in dieser Art herzustellen.In various devices and in various areas it is known circuit carriers, in particular printed circuit boards, to be integrated into the device. To are used as a carrier substrate for printed circuit boards mostly thermosetting materials, for example phenolic and epoxy resins, used. It is usual, area, plate-like, so two-dimensional circuit carrier in this To produce.

Diese festgelegte zweidimensional-flache Form ist jedoch nicht nur dort schlecht anwendbar, wo ein geringer Raum für den Schaltungsträger vorhanden ist, sondern insbesondere auch im Bereich der Integration von mechanischen und elektrischen Funktionen. Daher wurden Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Schaltungsträger bekannt.These However, a fixed two-dimensional flat shape is not only there badly applicable, where a small space for the circuit carrier present but especially in the field of mechanical integration and electrical functions. Therefore, methods of producing three-dimensional circuit support known.

Eine Möglichkeit der Herstellung dreidimensionaler Schaltungsträger ist ein Spritzgussverfahren. Dabei wird zunächst ein beliebig geformter dreidimensionaler Grundkörper hergestellt, auf den später mit dedizierten Geräten die metallische Beschichtung, insbesondere die Leiterbahnen, sowie elektrische und elektronische Bauteile, aber auch mechanische Bauteile, aufgebracht werden. Auf diese Weise ist es möglich, elektrische sowie mechanische Funktionen und Elemente auf nahezu beliebig geformten Trägerstrukturen zu integrieren.A possibility The production of three-dimensional circuit carriers is an injection molding process. It will be first an arbitrarily shaped three-dimensional body made on the later with dedicated devices the metallic coating, in particular the conductor tracks, as well as electrical and electronic components, but also mechanical components, be applied. In this way it is possible electrical as well as mechanical Functions and elements on carrier structures of almost any shape to integrate.

In einer anderen Variante zur Herstellung dreidimensionaler elektromechanischer Schaltungsträger wurde vorgeschlagen, Folienmaterialien zu verwenden. Bei den bekannten Folienleiterplatten, die dreidimensional verformt werden können, handelt es sich um Leiterplatten, bei denen Schaltungen auf thermoplastische Folien, beispielsweise Polyimidfolien, aufgebracht werden. Um die Stabilität der resultierenden dreidimensionalen Form zu gewährleisten, ist es notwendig, die Folien durch einen Träger zu stabilisieren. Dazu ist es bekannt, beispielsweise metallische Träger zur besseren Wärmeableitung oder Kunststoffträger, beispielsweise Teile eines Gehäuses, zu verwenden. Hier treten insbesondere bei der Bestückung der Folienleiterplatten mit elektrischen, elektronischen oder auch mechanischen Bauteilen Probleme auf, da die Folienleiterplatten zur mechanischen Stabilisierung auf einen Träger gebracht oder mittels Spritzguss hinterspritzt werden müssen.In another variant for producing three-dimensional electromechanical circuit support it has been proposed to use foil materials. In the known It is foil printed circuit boards that can be deformed three-dimensionally are printed circuit boards, where circuits on thermoplastic Films, such as polyimide films are applied. To the stability to ensure the resulting three-dimensional shape, it is necessary the slides by a carrier to stabilize. For this it is known, for example metallic carrier for better heat dissipation or plastic carrier, for example, parts of a housing, to use. Here occur in particular in the assembly of the Foil printed circuit boards with electrical, electronic or even mechanical Problems arise because the printed circuit boards for mechanical Stabilization on a support need to be brought or back injected by injection molding.

Beide genannten Möglichkeiten zur Herstellung dreidimensionaler Haltungsträger sind jedoch nicht nur durch die aufwendigen, meist speziell für einen Schaltungsträger entwickelten Herstellungsverfahren nachteilbehaftet. Die Materialeigenschaften, beispielsweise die des eingesetzten Polyimides, lassen ein werkstoffliches Recycling nicht zu.Both mentioned options However, for the production of three-dimensional posture carriers are not only by the elaborate, mostly developed for a circuit carrier Production process disadvantageous. The material properties, for example those of the polyimide used, let a material recycling not too.

Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus DE 11 43 248 B . Zur Herstellung eines dreidimensionalen Schaltungsträgers wird dort eine gedruckte Leiterplatte, bei der die gedruckten Leiterzüge auf einem thermoplastischen Material aufgebracht sind, an der zu biegenden Stelle lokal erwärmt und zu dem gewünschten Profil gebogen.A method with the features of the preamble of claim 1 is made DE 11 43 248 B , For the production of a three-dimensional circuit substrate there is a printed circuit board, in which the printed circuit traces are applied to a thermoplastic material, locally heated at the point to be bent and bent to the desired profile.

Aus DE 101 51 242 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mit elektronischen Bauelementen bestückten, dreidimensionalen Leiterplatte bekannt, bei der eine flexible Leiterplatte verwendet wird, auf der wenigstens ein Element aus einer Formgedächtnis-Legierung angeordnet ist, das abhängig von der Temperatur eine ihm aufgeprägte Form einnimmt, so dass mittels der Formänderung die flexible Leiterplatte dreidimensional verformt werden kann.Out DE 101 51 242 A1 is a method for producing a equipped with electronic components, three-dimensional circuit board is known in which a flexible circuit board is used, on which at least one element of a shape memory alloy is arranged, which assumes a shape depending on the temperature of an imprinted form, so that means the shape change the flexible circuit board can be deformed three-dimensionally.

Schließlich ist aus DE 16 65 852 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer gekrümmten Leiterplatte bekannt, wobei die Leiterplatte aus einem Basismaterial aus strahlungsvernetzten Polyolefinen besteht und nach Erwärmung in einem Erweichungsbereich in eine Form gepresst wird, wonach die Fixierung durch Strahlungsvernetzung der Polyolefine erfolgt.Finally is off DE 16 65 852 A1 a method for producing a curved circuit board is known, wherein the circuit board consists of a base material of radiation-crosslinked polyolefins and is pressed after heating in a softening area in a mold, after which the fixation is carried out by radiation crosslinking of the polyolefins.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Schaltungsträgers anzugeben, das die genannten Nachteile überwindet und eine möglichst aufwandarme und einfache Herstellung des Schaltungsträgers in einem thermischen Umformverfahren erlaubt.Of the The invention is therefore based on the object, a process for the preparation specify a three-dimensional circuit substrate, the said Overcomes disadvantages and as low as possible and allows easy production of the circuit substrate in a thermal forming process.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 vorgesehen.to solution This object is a method according to claim 1 is provided.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht demnach von einem flachen und plattenartigen Grundkörper aus, mithin einer zweidimensionalen Struktur. Nach Aufbringen einer metallischen Beschichtung, insbesondere in Form von Leiterbahnen, handelt es sich damit im Prinzip um eine ebene Leiterplatte. Da der Grundkörper aus einem thermoplastischen Material besteht, kann er in einem geeigneten Umformprozess in die gewünschte dreidimensionale Endform gebracht werden. Mit besonderem Vorteil ermöglicht dies, die dreidimensionale Formgebung an das Ende des Herstellungsprozesses eines dreidimensionalen Schaltungsträgers zu verschieben.The inventive method accordingly assumes a flat and plate-like basic body, hence a two-dimensional structure. After application of a metallic Coating, in particular in the form of conductor tracks, is concerned so basically a flat PCB. As the main body out a thermoplastic material, it may be in a suitable Forming process in the desired be brought three-dimensional final shape. With particular advantage allows this the three-dimensional shaping at the end of the manufacturing process a three-dimensional circuit board to move.

Dabei ist lediglich eine lokale Erwärmung erforderlich. Soll beispielsweise als dreidimensionaler Schaltungsträger eine gewinkelte Leiterplatte hergestellt werden, so ist es vollkommen ausreichend, lediglich lokal zu erwärmen, also in dem Bereich, in dem die Kante später entstehen soll. Auf diese Weise bleiben der restliche Grundkörper und die darauf aufgebrachten metallischen Beschichtungen, gegebenenfalls auch Bauteile, unbeeinflusst. Bei komplexeren Formgebungen ist gegebenenfalls eine großflächigere Erwärmung notwendig.Only a local heating is required. If, for example, an angled circuit board is to be produced as a three-dimensional circuit carrier, then it is perfectly sufficient le to warm up locally, ie in the area in which the edge is to arise later. In this way, the remaining base body and the metallic coatings applied thereon, if appropriate also components, remain unaffected. For more complex shapes, a larger area heating may be necessary.

Die lokale Erwärmung erfolgt induktiv. Bei induktiver Erwärmung ist mit besonderem Vorteil eine Erwärmung des thermoplastischen Materials von innen denkbar. Dazu ist vorgesehen, dass in den Grundkörper ein Metall oder eine Metallstruktur eingebettet oder ein damit versehener Grundkörper verwendet wird, welches oder welche für den Umformprozess durch Induktion zur Erzeugung einer insbesondere lokalen Erwärmung verwendet wird. Im bereits erwähnten Beispiel der „geknickten Leiterplatte wäre es beispielsweise denkbar, ein oder mehrere Induktionsschleifen in dem Bereich zu verorten, in dem später die Kante entstehen soll. Vor der Behandlung in einem Umformwerkzeug während des Umformprozesses wird eine lokale Erwärmung durch ein entsprechendes Wechselfeld erzeugt. In diesem Bereich wird das thermoplastische Material dann über seine Verformtemperatur erwärmt, so dass die Bearbeitung stattfinden kann.The local warming is inductive. For inductive heating is particularly advantageous a warming of the thermoplastic material from the inside conceivable. It is intended that in the main body embedded or provided with a metal or metal structure body is used, which or which for the forming process by induction is used to generate a particular local heating. Im already mentioned Example of "kinked PCB would be For example, it is conceivable one or more induction loops to locate in the area in which later the edge should arise. Before treatment in a forming tool during the forming process is a local warming generated by a corresponding alternating field. In this area will be the thermoplastic material then beyond its deformation temperature heated so that the processing can take place.

Insbesondere ist es dabei möglich, die übrige Prozessierung vor dem Umformprozess, also in einer Ebene durchzuführen. So können beispielsweise Metallisierung, Strukturierung, Service- und Lötpastendruck, Bestückung, Löten und/oder Leitkleben mit grundsätzlich bekannten Methoden auf einer zweidimensionalen Fläche durchgeführt werden. So kann beispielsweise vor dem Umformprozess ein Lötpastendruck durchgeführt werden. Dabei können etablierte Standardverfahren, wie beispielsweise konventionelle Print/Etech-Verfahren verwendet werden. Ebenso ist es möglich, dass der Grundkörper vor dem Umformprozess mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen bestückt wird. Der Einsatz bekannter leistungsfähiger Bestückungsautomaten ist daher möglich. Denkbar ist auch, dass die Bauteile vor dem Umformprozess schon verlötet werden. Ob dies möglich ist, hängt im Wesentlichen von der Materialwahl des thermoplastischen Grundkörpers ab, welche im Folgenden noch näher diskutiert wird, aber auch von spezifischen Designkriterien.Especially is it possible the rest of the processing before the forming process, ie in one plane. So can for example, metallization, structuring, service and solder paste printing, assembly, Soldering and / or Leitkleben with basically known methods are carried out on a two-dimensional surface. For example, before the forming process, a solder paste pressure carried out become. It can established standard methods, such as conventional Print / Etech method can be used. Likewise it is possible that the main body before the forming process with electrical and / or electronic components stocked becomes. The use of known powerful placement machines is therefore possible. Conceivable is also that the components are already soldered before the forming process. Whether this is possible is, hangs essentially from the choice of material of the thermoplastic base, which in the following even closer but also of specific design criteria.

Mit besonderem Vorteil ist es daher möglich, kostengünstige, robuste und allgemein bekannte, auf einer ebenen Fläche arbeitende Verfahren und Gerätschaften gewinnbringend einzuset zen, da ein großer Teil oder im Idealfall alle anfallenden Prozessierungsschritte vor dem Umformprozess vorgenommen werden können. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können somit auf einfache Art und Weise dreidimensionale Schaltungsträger mit geringen Werkzeugkosten und kurzen Taktzeiten hergestellt werden.With particular advantage, it is therefore possible, cost-effective, robust and well-known, working on a flat surface Procedures and equipment to be used profitably, since a large part or ideally all occurring processing steps made before the forming process can be. By the method according to the invention can Thus, in a simple way with three-dimensional circuit board low tooling costs and short cycle times are produced.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in allen denkbaren Bereichen einsetzbar, so dass beispielsweise Hochfrequenztechniken in der Medizintechnik und Anwendung in der Automobiltechnik erschlossen werden. Im Bereich der Materialauswahl sind Hochtemperaturanwendungen denkbar und darstellbar.The inventive method is applicable in all conceivable areas, so that for example High frequency techniques in medical technology and application in the Automotive technology be developed. In the field of material selection High temperature applications are conceivable and representable.

Nachdem vorteilhaft die Bearbeitung des Grundkörpers im Hinblick auf die Schaltungseigenschaften bereits vor der Formgebung erfolgen kann, ist erfindungsgemäß schließlich der Umformprozess vorgesehen, durch den der dreidimensionale Schaltungsträger gebildet wird. Dabei kann im Rahmen des Umformpozesses eine lokale Erwärmung über die Verformungstemperatur des thermoplastischen Materials, eine Positionierung in einem Umformwerkzeug und die Umformung mittels des Umformwerkszeuges erfolgen. Die Verwendung derartiger bekannter Umformwerkzeuge gestaltet sich insbesondere im Hinblick auf Flexibilität günstiger als die im Stand der Technik bereits bekannten Spritzgussverfahren. Insbesondere bei der Herstellung in nur kleinen Stückzahlen ist ein Umformwerkzeug vorteilhaft einsetzbar, wobei denkbar ist, ein und dasselbe Umformwerkzeug zur Herstellung verschiedener dreidimensionaler Formen zu verwenden.After this advantageous the processing of the body in terms of circuit properties can already be done before shaping, according to the invention finally the Forming process provided, formed by the three-dimensional circuit carrier becomes. In the context of the forming process, a local warming over the Deformation temperature of the thermoplastic material, positioning in a forming tool and the forming by means of Umformwerkszeuges respectively. The use of such known forming tools designed particularly favorable in terms of flexibility than in the prior art already known injection molding process. Especially in the production in only small quantities is a forming tool advantageously usable, it being conceivable one and the same forming tool for producing various three-dimensional To use forms.

Bei der Verwendung von elektrischen, elektronischen oder mechanischen Bauteilen auf dem Schaltungsträger muss insbesondere darauf geachtet werden, dass die Bauteile durch den Umformprozess nicht zu starken Spannungen ausgesetzt werden. Bei der Herstellung dreidimensionaler Schaltungsträger, die keine solchen Bauteile aufweisen, ist jedoch eine beliebige Formgebung möglich. Als Beispiel seien hier Antennen genannt.at the use of electrical, electronic or mechanical Components on the circuit board particular care must be taken to ensure that the components through The forming process should not be exposed to excessive stresses. In the manufacture of three-dimensional circuit carriers, the have no such components, however, is any shape possible. As an example, antennas are mentioned here.

Besonderen Einfluss auf die Verarbeitungseigenschaften und die Eigenschaften des fertigen dreidimensionalen Schaltungsträgers hat die Wahl des thermoplastischen Materials, somit also die Ausgestaltung des Grundkörpers. Hergestellt werden kann der flache, plattenartige Grundkörper beispielsweise durch allgemein bekannte Pressverfahren.special Influence on the processing properties and properties of the finished three-dimensional circuit board has the choice of thermoplastic Materials, thus the design of the body. Produced can be the flat, plate-like body, for example, by general known pressing method.

Vorzugsweise kann ein Grundkörper verwendet werden, dessen thermoplastisches Material eine Polymermatrix mit wenigstens einem thermoplastischen Polymer umfasst. Die Verwendung von Verbundwerkstoffsystemen mit thermoplastischer Polymermatrix ermöglicht elektronische Anwendungen im Hochfrequenzbereich oder bei erhöhten Temperaturen (> 150° C), z. B. im Motorraum. Als Polymer können beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK) und/oder Polyetherimid (PEI) und/oder Polyimid (PI) und/oder Polyethersulfon (PESU) und/oder flüssigkristalline Polymere (LCP) verwendet werden, selbstverständlich jedoch auch andere Hochleistungsthermoplaste. Dabei sind insbesondere auch binäre Mischungen und ternäre Mischungen möglich. Beispiele für binäre Mischungen sind PEEK/PEI, PEEK/PESU, PEEK/LCP, PEI/PESU, PEEK/PI oder PI/PEI. Als ternäre Mischungen sind z. B. PEEK/PEI/LCP, PEEK/PESU/LCP, PEEK/PEI/PESU sowie PEEK/PEI/PI denkbar. Durch die Verwendung solcher intrinsischer Polymere entsteht ein schwer entflammbarer dreidimensionaler Schaltungsträger. Auch ist Lötbadbeständigkeit gegeben. Zusätzlich wird ein werkstoffliches Recycling wie auch Schadstofffreiheit bezüglich toxischer Flammschutzmittel (beispielsweise TBBA-Terabrombisphenol A) oder Synergisten, beispielsweise Antimontrioxid, erreicht.Preferably, a base body may be used, the thermoplastic material of which comprises a polymer matrix with at least one thermoplastic polymer. The use of composite systems with a thermoplastic polymer matrix allows electronic applications in the high frequency range or at elevated temperatures (> 150 ° C), z. B. in the engine compartment. As the polymer, for example, polyetheretherketone (PEEK) and / or polyetherimide (PEI) and / or polyimide (PI) and / or polyethersulfone (PESU) and / or liquid crystalline polymers (LCP) can be used, but of course other highlevels processing thermoplastics. In particular, binary mixtures and ternary mixtures are possible. Examples of binary mixtures are PEEK / PEI, PEEK / PESU, PEEK / LCP, PEI / PESU, PEEK / PI or PI / PEI. As ternary mixtures are z. PEEK / PEI / LCP, PEEK / PESU / LCP, PEEK / PEI / PESU and PEEK / PEI / PI are conceivable. The use of such intrinsic polymers produces a flame retardant three-dimensional circuit carrier. Also, solder bath resistance is given. In addition, a material recycling as well as pollution-free with respect to toxic flame retardants (for example, TBBA terabromo bisphenol A) or synergists, such as antimony trioxide, achieved.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann als Polymer auch ein strahlenvernetzbares Polymer, insbesondere strahlenvernetzbares Polybutylenterephtalat und/oder strahlenvernetzbares Polyamid, verwendet werden, wobei nach dem Umformprozess durch Bestrahlung des Schaltungsträgers eine Strahlenvernetzung durchgeführt wird. Durch den Einsatz strahlenvernetzbarer Polymere kann beim Umformprozess eine sehr niedrige Verformungstemperatur im Vergleich zu den zuvor genannten Hochleistungsthermoplasten erreicht werden. Während die Verformungstemperatur strahlenvernetzbarer Polymere etwa 220° C beträgt, liegt die der Hochleistungsthermoplasten im Bereich von 250-300° C. Durch die verringerte Temperatur während der Umformung wird es ermöglicht, beispielsweise einen Lötpastendruck in konventioneller Form auf einer ebenen Fläche, das bedeutet zweidimensional, auszuführen. Da der Umformprozess bei einer Temperatur durchgeführt werden kann, die unterhalb der Schmelztemperatur des Lötmaterials liegt, kann die Formgebung vor dem eigentlichen Verlöten stattfinden. Nach dem Umformprozess wird das Material beispielsweise mittels α, β- oder UV-Strahlung oder auch thermisch strahlenvernetzt, so dass thermische Stabilität hergestellt wird. Im zuvor erwähnten Beispiel kann dann problemlos die Verlötung nach dem Umformprozess bei Temperaturen > 240° C erfolgen.In Advantageous development of the invention can also be used as a polymer a radiation-crosslinkable polymer, in particular radiation-crosslinkable Polybutylene terephthalate and / or radiation crosslinkable polyamide used be, wherein after the forming process by irradiation of the circuit substrate a Radiation crosslinking performed becomes. By the use of radiation-crosslinkable polymers can in Forming process compared a very low deformation temperature can be achieved to the aforementioned high-performance thermoplastics. While the Deforming temperature of radiation-crosslinkable polymers is about 220 ° C, is those of high-performance thermoplastics in the range of 250-300 ° C the reduced temperature during the deformation is made possible for example, a solder paste print in conventional form on a flat surface, that means two-dimensional, perform. Because the forming process is carried out at a temperature can, which is below the melting temperature of the solder, the Shaping take place before the actual soldering. After the forming process The material is, for example, by means of α, β or UV radiation or thermal Radiated, so that thermal stability is produced. In the before mentioned Example can then easily soldering after the forming process at temperatures> 240 ° C.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann auch ein Grundkörper mit Endlosfasern oder Langfasern, insbesondere Glas- oder Aramidfasern, zur Stabilisierung der Polymermatrix verwendet werden. Die Faserverstärkung dient somit der Stabilisierung des Grundkörpers sowie der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Verwendet werden können beispielsweise Glas- oder Aramidfasern mit unterschiedlichen Textilsystemen. Denkbar sind gerichtete Fasern in Gewebeform, aber auch Matten- bzw. Vliesstrukturen. Bei den Endlosfasern kann es sich um kontinuierliche Endlosfasern mit einer Länge größer als 50 mm handeln. Denkbar ist auch der Einsatz kontinuierlicher Langfasern, deren Länge im Bereich von 5-50 mm liegt.In a development of the inventive concept may also be a main body with Continuous fibers or long fibers, in particular glass or aramid fibers, be used to stabilize the polymer matrix. The fiber reinforcement serves Thus, the stabilization of the body as well as the improvement of mechanical properties. For example, glass or glass can be used Aramid fibers with different textile systems. Conceivable are directed Fibers in fabric form, but also mat or fleece structures. at The continuous fibers may be continuous filaments with a length greater than 50 mm act. Also conceivable is the use of continuous long fibers, their length in the range of 5-50 mm.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann ein Grundkörper verwendet werden, in dessen Polymermatrix wenigstens ein Keramikmaterial, insbesondere als Pulver, zur Einstellung von Materialeigenschaften eingebracht ist. Dann kann der Grundkörper mit seinen Eigenschaften ideal auf sein Anwendungsgebiet angepasst werden. Für Hochfrequenzanwendungen ist beispielsweise eine Anpassung der Dielektrizitätskonstante denkbar.In Particularly advantageous embodiment of the invention, a base body used be in the polymer matrix at least one ceramic material, especially as a powder, for adjusting material properties is introduced. Then the basic body with its properties ideally adapted to its field of application. For high frequency applications is, for example, an adjustment of the dielectric constant conceivable.

Damit ein Schaltungsträger entsteht, ist ferner eine metallische Beschichtung erforderlich. Unter der metallischen Beschichtung sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur Leiterbahnen zu verstehen, sondern beispielsweise auch Anschlusspads oder metallisierte Flächen, beispielsweise in der Hochfrequenztechnik. Zum Aufbringen der metallischen Beschichtung sind alle grundsätzlich bekannten Varianten denkbar, so dass es einen Metallisierungsprozess und/oder einen Strukturierungsprozess und/oder das Aufbringen eines Primers umfassen kann. Die Metallisierung kann beispielsweise durch einen Auflaminierungsvorgang erfolgen. Dabei werden Metallfolien, beispielsweise Elektrolytkupferfolien, mittels eines Pressprozesses aufgebracht. Beim Auflaminieren muss je nach spezifischem Anforderungsprofil die Behandlung der Metallfolien angepasst werden, um beispielsweise eine optimale Haftfestigkeit oder gewünschte Hochfrequenzeigenschaften zu gewährleisten. Eine andere, beispielhaft genannte Möglichkeit ist der Einsatz eines Direktmetallisierungsverfahrens über einem sprühbaren, hochtemperaturbeständigen Primer. Hierbei wird zunächst ein sogenannter Primer auf die Grundkörperoberfläche aufgebracht, um eine metallisierbare Schicht zu erzeugen. Anschließend wird die gewünschte metallische Beschichtung aus beispielsweise Kupfer, Nickel, Silber und Gold durch chemische und/oder galvanische Verfahren in nasschemischen Prozessen abgeschieden. Zur beispielhaften Darstellung seien zwei Varianten für Primersysteme mit metallischen funktionellen Komponenten näher erläutert. Zum einen können Primer ohne Trägerwerkstoff verwendet werden, die adsorptiv in eine vorzugsweise polare Polymeroberfläche eingelagert werden. Diese Keime dienen zur reduktiven Abscheidung von Kupfer oder Nickel aus autokatalytischen Prozessen. Die entstandenen Startschichten können dann nahezu beliebig weiter galvanisch prozessiert werden. Wird ein Trägerwerkstoff verwendet, so können Metallpartikel mit einer statistischen Verteilung in den Trägerwerkstoff, beispielsweise Epoxidharz, eingebracht und auf den zu metallisierenden Werkstoff aufgebracht werden. Vor der Metallisierung muss dann die Primär-Oberfläche zur Freilegung der Metallpartikel aufgeschlossen oder angeätzt wer den. Neben dem Verfahren unter Verwendung eines Primers können auch physikalische Verfahren, beispielsweise PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition) verwendet werden, mit denen beispielsweise sehr dicke Schichten (z. B. 18 μm Cu) kostenorientiert abgeschieden werden können.For a circuit carrier is formed, a metallic coating is also required. In the context of the present invention, the metallic coating does not only mean strip conductors, but also, for example, connection pads or metallized surfaces, for example in high-frequency technology. For applying the metallic coating, all basically known variants are conceivable, so that it can comprise a metallization process and / or a structuring process and / or the application of a primer. The metallization can be done, for example, by a lamination process. Metal foils, for example electrolytic copper foils, are applied by means of a pressing process. When laminating, depending on the specific requirement profile, the treatment of the metal foils must be adapted in order to ensure, for example, optimum adhesive strength or desired high-frequency properties. Another example, exemplified, is the use of a direct metallization process over a sprayable, high temperature resistant primer. Here, a so-called primer is first applied to the body surface to produce a metallizable layer. Subsequently, the desired metallic coating of, for example, copper, nickel, silver and gold is deposited by chemical and / or galvanic processes in wet-chemical processes. For exemplary illustration, two variants for primer systems with metallic functional components are explained in more detail. On the one hand, primers without carrier material can be used, which are adsorbed in a preferably polar polymer surface. These seeds are used for the reductive deposition of copper or nickel from autocatalytic processes. The resulting starting layers can then be galvanically processed almost arbitrarily. If a carrier material is used, metal particles with a statistical distribution can be introduced into the carrier material, for example epoxy resin, and applied to the material to be metallized. Before the metallization then the primary surface has to be digested or etched to expose the metal particles who the. In addition to the method using a primer, it is also possible to use physical methods, for example PVD (Physical Vapor Deposition) methods, with which, for example very thick layers (eg 18 μm Cu) can be deposited in a cost-oriented manner.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist es auch möglich, dass ein zumindest teilweise mit einer Deckschicht beschichteter Grundkörper verwendet wird. Eine solche Deckschicht kann aus demselben thermoplastischen Material wie der Grundkörper bestehen, aber auch aus anderen Thermoplasten. Auch diese Weise ist denkbar, beispielsweise auf einen Polyimid-Grundkörper eine Polyimid-Folie aufzulaminieren, die so strukturiert ist, dass sie letztendlich eine Lötmaske bildet. Eine solche strukturierte Deckschicht kann zusätzlich oder alternativ auch dazu dienen, eine glatte Oberfläche für das Gesamtsystem bestehend aus Trägersubstrat, Deckschicht und elektrisch leitender Schicht zu erreichen. Insbesondere kann der Grundkörper sowohl eine obere Deckschicht als auch eine untere Deckschicht aufweisen. Die Deckschicht kann stoffschlüssig mit dem Material des Grundkörpers verbunden sein.In Another embodiment of the method, it is also possible that an at least partially coated with a cover layer body used becomes. Such a cover layer may be made of the same thermoplastic Material like the basic body, but also from other thermoplastics. This way is also conceivable for example, to laminate a polyimide film to a polyimide base, which is structured to ultimately form a solder mask. Such a structured cover layer may additionally or alternatively also serve a smooth surface for the Complete system consisting of carrier substrate, To reach cover layer and electrically conductive layer. Especially can the basic body have both an upper cover layer and a lower cover layer. The Cover layer can cohesively with the material of the main body be connected.

Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch einen dreidimensionalen Schaltungsträger, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.Next In the method, the invention also relates to a three-dimensional Circuit boards, the method according to the invention was produced.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further Advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the Drawings. Showing:

1 einen Schnitt durch einen Grundkörper zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren, und 1 a section through a base body for use in the method according to the invention, and

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4 Skizzen zur Erläuterung des Umformprozesses. 4 Sketches to explain the forming process.

1 zeigt einen Grundkörper 1 zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren. Er besteht aus einem thermoplasti schen Material 2, das hier als eine Polymermatrix ausgebildet ist. Der Grundkörper 2 ist ersichtlich eben und plattenartig ausgebildet. 1 shows a main body 1 for use in the process of the invention. It consists of a thermoplastic material 2 , which is formed here as a polymer matrix. The main body 2 is seen to be flat and plate-like.

Zur Auswahl der Polymere in der Polymermatrix sind im Wesentlichen zwei Alternativen gegeben. Zum einen können Hochleistungsthermoplaste verwendet werden, das bedeutet, lötbadbeständige und schwer entflammbare Polymere wie z. B. PEEK, PEI, PESU, LCP und/oder PI, wobei auch Mischungen der genannten Polymere möglich sind. Alternativ ist es denkbar, als Polymere strahlenvernetzbare Polymere, beispielsweise strahlenvernetzbares Polybutylenterephtalat oder strahlenvernetzbares Polyamid sowie selbstverständlich auch Mischungen strahlenvernetzbarer Polymere, zu verwenden. In dieser Variante sind niedrige Verformungstemperaturen erreichbar, wobei nach der Verformung durch die Strahlenvernetzung Hochtemperaturbeständigkeit erreicht werden kann. Dann ist es möglich, die Verlötung nach dem Umformprozess vorzunehmen.to Selection of the polymers in the polymer matrix are essentially two Alternatives given. On the one hand, high-performance thermoplastics can be used that means, solder bath resistant and flame retardant polymers such. PEEK, PEI, PESU, LCP and / or PI, wherein mixtures of said polymers are possible. Alternatively, it is conceivable to use as polymers radiation-crosslinkable polymers, for example, radiation crosslinkable polybutylene terephthalate or radiation-crosslinkable polyamide and, of course, mixtures of radiation-crosslinkable Polymers, to use. In this variant are low deformation temperatures achievable, wherein after the deformation by the radiation crosslinking High temperature resistance can be achieved. Then it is possible the soldering after to carry out the forming process.

Bei der Polymermatrix handelt es sich um einen Faserverbundwerkstoff, es liegt also zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und zur Stabilisierung des Grundkörpers 1 eine Verstärkung durch Fasern 3 vor, die aus Übersichtlichkeitsgründen in 1 nur teilweise dargestellt sind, sich jedoch selbstverständlich über den gesamten Grundkörper 1 erstrecken. Als Fasern 3 kommen Glas- oder Aramidfasern in Frage. Die Fasern 3 können gerichtet in Form eines Gewebes vorliegen, denkbar sind jedoch auch Matten- bzw. Vliesstrukturen.The polymer matrix is a fiber composite, so it lies to improve the mechanical properties and to stabilize the body 1 a reinforcement by fibers 3 before, for clarity in 1 are only partially shown, but of course over the entire body 1 extend. As fibers 3 come glass or aramid fibers in question. The fibers 3 may be directed in the form of a fabric, but also mat or nonwoven structures are conceivable.

Durch optional mögliche Beimischung eines keramischen Pulvers 4, das ebenso der Übersichtlichkeit halber nur teilweise gezeichnet ist, ist auch die Anpassung weiterer Materialeigenschaften möglich. Beispielsweise kann so die Dielektrizitätskonstante bei Hochfrequenzanwendungen auf einen geeigneten Wert gebracht werden.By optionally possible admixture of a ceramic powder 4 , which is also drawn for the sake of clarity only partially, the adaptation of further material properties is possible. For example, the dielectric constant can be brought to a suitable value in high-frequency applications.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, ein Metall oder eine Metallstruktur 5 in das Material 2 einzubringen. Dies kann vor zugsweise lokal geschehen, wenn im Umformprozess lediglich an fest definierten Stellen eine Verformung stattfindet, beispielsweise, wenn ein gewinkelter dreidimensionaler Schaltungsträger hergestellt werden soll. Dann erstreckt sich die Metallstruktur 5, wie hier angedeutet, entlang der vorgesehenen Sollknickkante 6. Auf induktive Weise ist nun eine lokale Erwärmung möglich, indem in die Metallstruktur bzw. die Metallstrukturen 5 ein Strom induziert wird, woraus durch Widerstand eine Erwärmung erfolgt. Mit solchen Metallstrukturen 5 ist es daher möglich, definiert eine lokal begrenzte Erwärmung zu ermöglichen.There is also the possibility of a metal or a metal structure 5 in the material 2 contribute. This can be done locally preferably before, if in the forming process takes place only at fixed locations a deformation, for example, if an angled three-dimensional circuit substrate to be produced. Then the metal structure extends 5 , as indicated here, along the intended predetermined bending edge 6 , Inductively, local heating is now possible by placing into the metal structure or structures 5 a current is induced, resulting in heating by resistance. With such metal structures 5 Therefore, it is possible to allow defined localized heating.

Um in einem Verfahren einen dreidimensionalen Schaltungsträger aus dem Grundkörper 1 herstellen zu können, wird dieser zunächst auf wenigstens einer Seite, möglicherweise jedoch auch auf Ober- und Unterseite, mit einer metallischen Beschichtung versehen, die bei 7 angedeutet ist. Dazu sind grundsätzlich verschiedene bekannte Verfahren denkbar, beispielsweise kann der Vorgang des Aufbringens einen Metallisierungsprozess, einen Strukturierungsprozess und das Aufbringen eines Primers 16 umfassen. Der Primer 16 ermöglicht dabei, dass eine metallische Beschichtung stoffschlüssig aufgebracht werden kann. Danach können durch übliche Prozesse, beispielsweise nasschemisches Abscheiden, die gewünschten Metalle aufgebracht werden. Eine Strukturierung kann additiv, substraktiv oder auch semiadditiv erfolgen. In einer anderen Variante kann die Metallisierung auch durch Auflaminieren einer Metallfolie, beispielsweise einer Elektrolytkupferfolie, erfolgen. Relevant ist hierbei, dass die Vorgänge auf dem flachen, also im Wesentlichen zweidimensionalen Grundkörper 1 erfolgen. Es können daher für flache Leiterplatten bekannte Verfahren verwendet werden.In a method, a three-dimensional circuit carrier from the main body 1 To be able to produce it, this is first provided on at least one side, but possibly also on the top and bottom, with a metallic coating that at 7 is indicated. For this purpose, fundamentally various known methods are conceivable, for example, the process of applying a metallization process, a structuring process and the application of a primer 16 include. The primer 16 makes it possible that a metallic coating can be applied cohesively. Thereafter, by conventional processes, such as wet chemical deposition, the desired metals are applied. Structuring can be additive, subtractive or semi-additive. In another variant, the metallization by lamination of a metal foil, such as an electrolytic copper foil. In this case, it is relevant that the processes take place on the flat, ie essentially two-dimensional body 1 respectively. Therefore, methods known for flat printed circuit boards can be used.

Die metallische Beschichtung 7 kann dabei Leiterbahnen 8, Anschlusspads 9 und metallisierte Flächen 10 umfassen. Soll weiterhin eine Bestückung mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen durchgeführt werden, so wird danach auf dem Grundkörper ein Lötpastendruck durchgeführt. Auch dieser kann auf die von zweidimensionalen Leiterplatten her bekannten Arten ohne größeren Aufwand erfolgen.The metallic coating 7 can thereby conductor tracks 8th , Connection pads 9 and metallized surfaces 10 include. If an assembly with electrical and / or electronic components is also to be carried out, a solder paste pressure is then carried out on the base body. This can also be done without much effort on the known from two-dimensional PCBs ago species.

Nach dem Lötpastendruck erfolgt die Bestückung von elektrischen, elektronischen oder auch mechanischen Bauteilen auf dem noch immer flachen Grundkörper. Ein Bauteil 11 ist in 1 beispielhaft dargestellt, selbstverständlich kann auch eine größere Zahl von Bauteilen 11 vorgesehen sein. Zur Bestückung können bekannte, leistungsfähige Bestückungsautomaten verwendet werden.After the solder paste printing, the assembly of electrical, electronic or mechanical components takes place on the still flat body. A component 11 is in 1 exemplified, of course, also a larger number of components 11 be provided. For equipping known, powerful placement machines can be used.

Umfasst das Material 2 lötbadbeständige Hochleistungsthermoplaste mit einer recht hohen Verformungstemperatur, so kann das Verlöten in einem folgenden Schritt stattfinden. Es ist jedoch auch möglich, das Verlöten erst nach dem Umformprozess durchzuführen.Includes the material 2 Solder bath-resistant high-performance thermoplastics with a fairly high deformation temperature, so the soldering can take place in a subsequent step. However, it is also possible to perform the soldering after the forming process.

Der fertig bestückte und mit der metallischen Beschichtung 7 versehene Grundkörper 1 wird erst jetzt, also nach Metallisierung und Strukturierung, Lötpastendruck, Bestückung mit Bauteilen und gegebenenfalls Verlöten, wobei demnach die für flache Leiterplatten geeigneten Prozesse problemlos angewendet werden konnten, in die gewünschte dreidimensionale Form gebracht, so dass der dreidimensionale Schaltungsträger entsteht. Dies wird an einem Beispiel in den 2-4 näher erläutert.The ready assembled and with the metallic coating 7 provided basic body 1 Only now, so after metallization and structuring, solder paste printing, assembly with components and possibly soldering, whereby the processes suitable for flat circuit boards could be applied easily, brought into the desired three-dimensional shape, so that the three-dimensional circuit substrate is formed. This will be an example in the 2 - 4 explained in more detail.

2 zeigt den Grundkörper 1, der durch eine Einrichtung 12 in einem Bereich 13 lokal erwärmt wird. Die lokale Erwärmung kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden. Ist, wie bereits erwähnt, eine Metallstruktur 5 in dem Grundkörper 1 vorgesehen, insbesondere im Bereich 13, so ist eine induktive Erwärmung möglich. Selbstverständlich kann die lokale Erwärmung auch mittels anderen Verfahren, beispielsweise durch ein Heißluftgebläse oder durch eine Widerstandsheizung, erfolgen. 2 shows the main body 1 by a facility 12 in one area 13 is heated locally. The local heating can be done in different ways. Is, as already mentioned, a metal structure 5 in the main body 1 provided, especially in the area 13 , so inductive heating is possible. Of course, the local heating can also be done by other methods, for example by a hot air blower or by a resistance heater.

Wie in 3 dargestellt ist, wird der Grundkörper 1, lokal erwärmt im Bereich 13, dann einem Umformwerkzeug 14, das hier nur schematisch angedeutet ist, zugeführt. Erstreckt sich der Bereich 13 entlang einer Kante 6 linear über die Breite des Grundkörpers 1, so kann die Formgebung nun durch Abknicken realisiert werden, wie durch den Pfeil A angedeutet ist.As in 3 is shown, the main body 1 , locally heated in the area 13 , then a forming tool 14 , which is indicated here only schematically supplied. The area extends 13 along an edge 6 linear across the width of the body 1 , so the shaping can now be realized by bending, as indicated by the arrow A.

Im Beispiel entsteht der in 4 dargestellte dreidimensionale Schaltungsträger 15, eine gewinkelte Leiterplatte.In the example, the in 4 illustrated three-dimensional circuit carrier 15 , an angled circuit board.

Sind in der Polymermatrix des Materials 1 strahlenvernetzbare Polymere enthalten, so wird nach dem Umformprozess noch eine Strahlenvernetzung durchgeführt. Dazu werden die Polymere durch Einsatz von beispielsweise UV-Licht vernetzt, so dass die dreidimensionale Struktur ausgehärtet wird. Ist in einem solchen Fall noch keine Verlötung vorgenommen, so kann nach der Strahlenvernetzung nun beispielsweise ein Reflow-/Wellen-/Dampfphasenlötprozess bei Temperaturen von insbesondere > 240° C eingesetzt werden.Are in the polymer matrix of the material 1 contain radiation-crosslinkable polymers, then a beam crosslinking is carried out after the forming process. For this purpose, the polymers are crosslinked by using, for example, UV light, so that the three-dimensional structure is cured. If soldering is not carried out in such a case, then, for example, a reflow / wave / vapor phase soldering process at temperatures of> 240 ° C. can be used after the beam crosslinking.

Selbstverständlich sind auch andere, insbesondere komplexere, Formen als die hier dargestellte Abwinkelung denkbar. Dabei ist jedoch insbesondere darauf zu achten, dass gegebenenfalls vorgesehene bestückte Bauteile keinen zu großen Spannungen unterworfen werden sollten.Of course they are also other, in particular more complex, forms than the bend shown here conceivable. However, particular care must be taken to ensure that, where appropriate provided stocked Components are not too big Tensions should be subjected.

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Schaltungsträgers, bei dem ein flacher, plattenartiger, und auf wenigstens einer Seite mit einer metallischen Beschichtung versehener Grundkörper aus einem thermoplastischen Material in einem thermischen Umformprozess in eine gewünschte dreidimensionale Form unter Bildung des Schaltungsträgers gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den Grundkörper ein Metall oder eine Metallstruktur eingebettet wird oder ein Grundkörper mit einem eingebetteten Metall oder einer Metallstruktur verwendet wird, welches oder welche für den Umformprozess durch Induktion lokal erwärmt wird.A method for producing a three-dimensional circuit substrate, in which a flat, plate-like, and provided on at least one side with a metallic coating body of a thermoplastic material is brought in a thermal forming process in a desired three-dimensional shape to form the circuit substrate, characterized in that the base body, a metal or a metal structure is embedded or a base body is used with an embedded metal or a metal structure, which or which is heated locally for the forming process by induction. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Umformprozesses eine lokale Erwärmung über die Verformungstemperatur des thermoplastischen Materials, eine Positionierung in einem Umformwerkzeug und die Umformung mittels des Umformwerkzeugs erfolgen.Method according to claim 1, characterized in that that as part of the forming process a local warming over the Deformation temperature of the thermoplastic material, positioning in a forming tool and the forming by means of the forming tool respectively. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundkörper verwendet wird, dessen thermoplastisches Material eine Polymermatrix mit wenigstens einem thermoplastischen Polymer umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a basic body is used, whose thermoplastic material is a polymer matrix comprising at least one thermoplastic polymer. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymer Polyetheretherketon und/oder Polyetherimid und/oder Polyimid und/oder Polyethersulfon und/oder ein flüssigkristallines Polymer verwendet wird.Method according to claim 3, characterized that as the polymer polyetheretherketone and / or polyetherimide and / or Polyimide and / or polyethersulfone and / or a liquid-crystalline Polymer is used. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymer ein strahlenvernetzbares Polymer, insbesondere strahlenvernetzbares Polybutylenterephtalat und/oder Polyamid, verwendet wird, wobei nach dem Umformprozess durch Bestrahlung des Schaltungsträgers eine Strahlenvernetzung durchgeführt wird.Method according to claim 3, characterized that as the polymer is a radiation-crosslinkable polymer, in particular radiation-crosslinkable polybutylene terephthalate and / or polyamide used is, wherein after the forming process by irradiation of the circuit substrate a Radiation crosslinking performed becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundkörper mit Endlosfasern oder Langfasern, insbesondere Glas- oder Aramidfasern, zur Stabilisierung der Polymermatrix verwendet wird.Method according to one of claims 3 to 5, characterized that a basic body with continuous fibers or long fibers, in particular glass or aramid fibers, is used to stabilize the polymer matrix. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundkörper verwendet wird, in dessen Polymermatrix wenigstens ein Keramikmaterial, insbesondere als Pulver, zur Einstellung von Materialeigenschaften eingebracht ist.Method according to one of claims 3 to 6, characterized that a basic body is used, in the polymer matrix at least one ceramic material, especially as a powder, for adjusting material properties is introduced. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper vor dem Umformprozess mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen bestückt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the basic body before the forming process with electrical and / or electronic components stocked becomes. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile vor oder insbesondere bei Verwendung eines strahlenvernetzbaren Polymers nach dem Umformprozess verlötet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the components before or in particular when using a radiation-crosslinkable polymer are soldered after the forming process. Dreidimensionaler Schaltungsträger (15), hergestellt nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 9.Three-dimensional circuit carrier ( 15 ), prepared by a process according to claims 1 to 9.