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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer partiell ausgeformten
elektrisch leitfähigen Struktur
auf einem Trägersubstrat
und einen mit diesem Verfahren erzeugten Mehrschichtkörper.
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Zur
Herstellung von partiell ausgeformten elektrisch leitfähigen Strukturen
auf einem Trägersubstrat ist
es bekannt, eine Dispersion, die Eisenpartikel enthält, mittels
Tiefdruck, Siebdruck oder Flexodruck auf das Trägersubstrat, beispielsweise
eine Trägerfolie,
zu bringen.
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Von
Nachteil bei diesem Verfahren ist, daß die eisenpartikelhaltige
Dispersion einen hohen Verschleiß an allen Elementen der Druckermaschine,
wie Rasterwalzen, Sieben oder Flexoklischees, hervorruft, die mit ihr
in Kontakt kommen. Weiter nachteilig ist, daß Änderungen an der graphischen
Form der elektrisch leitfähigen
Struktur Werkzeugänderungen
erfordern, die zeit- und/oder
kostenaufwendig sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur
Erzeugung einer partiell ausgeformten elektrisch leitfähigen Struktur
auf einem Trägersubstrat
sowie einen verbesserten Mehrschichtkörper mit einer solchen elektrisch
leitfähigen
Struktur anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren zur Erzeugung einer partiell ausgeformten elektrisch
leitfähigen
Struktur auf einem Trägersubstrat
gelöst,
bei dem vorgesehen ist, daß aus
einem digitalen Datensatz, der die graphische Form der elektrisch
leitfähigen
Struktur definiert, auf einer magnetisierbaren Druckform ein aus
magnetischen Bildpunkten und unmagnetischen Bildpunkten gebildetes
latentes magnetisches Bild der graphischen Form der elektrisch leitfähigen Struktur
erzeugt wird, und daß mittels
der Druckform magnetische Partikel mit elektrisch leitfähiger Oberfläche, die
von den magnetischen Bildpunkten angezogen werden, durch das latente
magnetische Bild zu der graphischen Form der elektrisch leitfähigen Struktur
auf dem Trägersubstrat
angeordnet werden und dort fixiert werden. Weiter wird dies Aufgabe
mit einem Mehrschichtkörper
mit einer partiell ausgeformten elektrisch leitfähigen Struktur gelöst, wobei
vorgesehen ist, daß der
Mehrschichtkörper
eine Schicht aus magnetischen Partikeln mit elektrisch leitfähiger Oberfläche aufweist, die
in der graphischen Form der elektrisch leitfähigen Struktur angeordnet sind.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist zeit- und kostensparend. Mit ihm sind Änderungen der graphischen Form
der partiell ausgeformten elektrisch leitfähigen Struktur mit geringem
Aufwand möglich.
Es kann vorgesehen sein, daß der
digitale Datensatz der graphischen Form der elektrisch leitfähigen Struktur
durch einen digitalen Abbildungsprozeß erstellt wird, beispielsweise
mit Hilfe einer elektronischen Kamera oder eines Scanners, oder
daß der
digitale Datensatz mit einem computergestützten Konstruktionsprogramm
erzeugt wird.
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Der
digitale Datensatz kann aus digitalen Bildpunkten bestehen, die
den Binärwert „1" oder „0" aufweisen können, wobei
der Binärwert „1" einen Bildpunkt
verkörpert,
der der graphischen Form der elektrisch leitfähigen Struktur zugeordnet ist,
und der Binärwert „0" einen Bildpunkt,
der nicht der graphischen Form der elektrisch leitfähigen Struktur
zugeordnet ist.
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Es
kann vorgesehen sein, den digitalen Datensatz zur weiteren Verwendung
in einem Computer bereitzustellen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich durch Schnelligkeit, niedrige Kosten, hohe Flexibilität und hohe
Standzeit der Druckform aus. Es tritt kein Verschleiß an den
für das
Druckergebnis relevanten Bauelementen ein, wie beispielsweise an
Rasterwalzen, Sieben oder Flexoklischees herkömmlicher Drucker.
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Von
einer mit einem latenten magnetischen Bild beschriebenen Druckform
können
bei gleichbleibender Druckqualität
zahlreiche Abzüge
hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist deshalb besonders
geeignet, um Massenprodukte mit partiell ausgeformten elektrisch
leitfähigen
Strukturen zu erzeugen.
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Der
erfindungsgemäße Mehrschichtkörper kann
mit weiteren Schichten ausgebildet sein, beispielsweise mit optischen
und/oder elektrischen Funktionsschichten. Die magnetischen Partikel
können
neben der Funktion, eine Trägerschicht
zur Ausbildung der partiell ausgeformten elektrisch leitfähigen Struktur
zu bilden, zumindest abschnittsweise eine weitere Funktion erfüllen, beispielsweise
als Magnetcode-Schicht. Durch die Erfindung können in einem Mehrschichtkörper Antennen,
Spulen und Kondensatoren ausgebildet werden, sowie elektronische
Baugruppen, beispielsweise Baugruppen der Polymerelektronik, bei
denen die elektrisch leitfähigen
Struktur beispielsweise als Verbindungsleitungen, Elektrodenschichten
o.ä. ausgebildet
sein kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
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Es
kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß es sich bei dem Mehrschichtkörper um
eine Trägerfolie
handelt, die in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren zugeführt und bearbeitet wird.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
elektrisch leitfähigen
magnetischen Partikel die elektrisch leitfähige Struktur ausbilden. Dazu
müssen
die Partikel dicht an dicht liegend angeordnet sein, wenn die elektrisch
leitfähige
Struktur mit einem geringen Widerstand ausgebildet sein soll.
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Die
elektrisch leitfähigen
magnetischen Partikel können
aus einem weichmagnetischen Kern und einer elektrisch leitenden
Hülle ausgebildet
sein, so daß die
magnetischen und die elektrischen Eigenschaften der magnetischen
Partikel unabhängig
voneinander optimierbar sind.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist deshalb vorgesehen,
die magnetischen Partikel durch eine erste elektrisch leitfähige Schicht
elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Diese Schicht kann
als metallische Schicht galvanisch ohne Außenstrom unter Verwendung eines
Reduktionsmittels aufgetragen werden. Ein solches Verfahren ist
besonders geeignet, weil es als Durchlaufverfahren ausbildbar ist.
Das Verfahren erfordert eine blanke metallische Oberfläche der
magnetischen Partikel, d.h. mindestens die oberen Abschnitte der
magnetischen Partikel müssen
freiliegen. Dazu werden vorteilhafterweise Verfahrensschritte vorgesehen,
die weiter unten beschrieben sind.
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Die
erste elektrisch leitfähige
Schicht kann aus Kupfer oder Silber ausgebildet sein. Vorzugsweise kann
vorgesehen sein, die erste elektrisch leitfähige Schicht mit einer Schichtdicke
von 40 nm bis 70 nm auszubilden.
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Es
kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß die magnetischen Partikel
mindestens an ihrer Oberfläche
mit einem Material ausgebildet sind, das besonders gut stromlos
galvanisierbar ist, wie Eisen, Kupfer, Nickel, Gold, Zinn, Zink
oder einer Legierung aus diesen Substanzen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, daß die erste
elektrisch leitfähige
Schicht durch eine zweite elektrisch leitfähige Schicht aus einem Metall
mit geringem spezifischem Widerstand, wie Aluminium, Kupfer, Nickel,
Silber oder Gold verstärkt
wird, die galvanisch mit Außenstrom
aufgetragen wird. Die elektrischen Eigenschaften dieser metallischen
Schicht sind durch die Parameter des galvanischen Prozesses in weiten
Grenzen einstellbar. Sofern die magnetischen Partikel bereits aufgrund
ihrer dichten Anordnung eine elektrisch leitfähige Struktur ausbilden, kann
vorgesehen sein, auf das Aufbringen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht
zu verzichten und statt dessen sogleich die zweite elektrisch leitfähige Schicht
aufzutragen.
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Die
durch das erfindungsgemäße Verfahren
generierte elektrisch leitfähige
Struktur kann so auch von der ersten und/oder zweiten elektrisch
leitfähigen
Schicht gebildet werden.
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Vorzugsweise
kann vorgesehen sein, daß plättchenförmige magnetische
Partikel verwendet werden. Es kann auch vorgesehen sein, daß kugelförmige magnetische
partikel verwendet werden. Kugelförmige magnetische Partikel
können
unabhängig
von ihrer Drehlage in einer Kugelpackung dicht an dicht liegend
angeordnet werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, magnetische
Partikel mit einem Durchmesser von 2 μm bis 10 μm zu verwenden, vorzugsweise
mit einem Durchmesser von 2 μm
bis 4 μm.
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Weiter
kann vorgesehen sein, daß die
gleiche Bildauflösung
für den
digitalen Datensatz und das latente magnetische Bild gewählt ist.
Die Bildpunkte des digitalen Datensatzes sind also 1:1 den magnetischen Bildpunkten
auf der Druckform zugeordnet.
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Wenn
die 1:1-Zuordnung nicht vorgesehen ist, kann vorzugsweise vorgesehen
sein, daß der
Quotient der Bildauflösung
des latenten magnetischen Bildes und der Bildauflösung des
digitalen Datensatzes oder sein Kehrwert ganzzahlig gewählt werden.
Moderne Bildverarbeitungsprogramme ermöglichen zwar nahezu beliebige
Quotienten zu wählen,
doch kann die Bildtransformation zu Bildfehlern führen, welche
die Formgüte
der zu erzeugenden Struktur beeinträchtigen. Wenn beispielsweise
die erste Bildauflösung
mit 300 dpi (Bildpunkte pro Zoll; 1 Zoll = 25,4 mm) ausgebildet
ist und die zweite Bildauflösung
mit 600 dpi, dann beträgt
der besagte Quotient 2. Demzufolge ist ein Bildpunkt des digitalen
Datensatzes 4 Bildpunkten des latenten magnetischen Bildes zugeordnet,
sofern sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung die gleiche Bildauflösung vorgesehen ist.
Bei einem Quotienten von 400/600 ist dagegen 1 Bildpunkt des digitalen
Datensatzes 2,25 Bildpunkten des latenten magnetischen Bildes zugeordnet.
Es sind jedoch nur ganzzahlige Bildpunkte darstellbar, so daß das latente
magnetische Bild einen Abbildungsfehler aufweist.
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Das
Trägersubstrat
kann eine Primerschicht aufweisen, auf der die magnetischen Partikel
haften. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß der Primer mit einer Schichtdicke
von 3 bis 4 μm
aufgetragen wird.
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Es
kann vorgesehen sein, pulverförmige
magnetische Partikel auf die magnetisierte Druckform aufzubringen
und so das auf der Druckform ausgebildete latente magnetische Bild
sichtbar zu machen, d.h. es zu entwickeln. Überschüssige magnetische Partikel
können
durch Abstreifen oder Absaugen entfernt werden. Die magnetischen
Partikel können
nun auf das Trägersubstrat übertragen
werden, indem das Trägersubstrat
mit der Oberfläche
der Druckform in Kontakt gebracht wird. Es kann aber auch vorgesehen
sein, daß die
pulverförmigen
magnetischen Partikel auf die Oberseite des mit Primer beschichteten
Trägersubstrats
aufgebracht werden, wobei die Rückseite
des Trägersubstrats
der Oberseite der Druckform zugewandt ist. Vorteilhafterweise kann
vorgesehen sein, daß es
sich bei dem Trägersubstrat
um eine einige Mikrometer dicke Trägerfolie handelt. Wegen der
geringen Dicke der Trägerfolie
ist die Schwächung
der von der Druckform auf die Partikel ausgeübten Magnetkraft durch den
von der Trägerfolie
erzeugten Spalt zwischen den Partikeln und der Druckform vernachlässigbar.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß eine magnetische
Dispersion verwendet wird und die magnetischen Partikel als disperse
Phase der Dispersion aufgebracht werden. Vorzugsweise ist vorgesehen,
daß der
Anteil der dispersen Phase an der Dispersion auf 2 bis 10 %-Gew.
eingestellt wird.
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Um
die magnetischen Partikel auf dem Primer zu fixieren, kann vorgesehen
sein, die magnetischen Partikel mit einer Andruckwalze in die Oberfläche des
Primers einzudrücken.
Dieser Fertigungsschritt kann erleichtert werden, wenn dabei der
Primer erwärmt
und/oder angelöst
wird. Wenn die magnetischen Partikel in einer Dispersion gebunden
sind, kann ein Dispersionsmittel vorgesehen sein, das den Primer
anlöst.
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Es
kann aber auch vorgesehen sein, daß die magnetische Dispersion
direkt auf das Trägersubstrat aufgebracht
wird. Wie weiter oben zum Aufbringen pulverförmiger magnetischer Partikel
ausgeführt,
kann auch vorgesehen sein, die Druckform mit der magnetischen Dispersion
zu beschichten und die magnetische Dispersion anschließend auf
das Trägersubstrat
zu übertragen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein,
ein mit einer magnetischen Dispersion beschichtetes Trägersubstrat,
vorzugsweise eine Trägerfolie,
zu verwenden, wobei das Dispersionsmittel angelöst oder entfernt wird, um die
in der Dispersion fixierten magnetischen Partikel wieder beweglich zu
machen. Die magnetischen Partikel werden nun durch das latente magnetische
Bild der Druckform ausgerichtet. Eine solche Vorbeschichtung des
Trägersubstrats
kann vorteilhaft sein, um die magnetischen Partikel in besonders
gleichmäßiger und
dichter Packung auf dem Trägersubstrat
anzuordnen.
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Es
kann auch vorgesehen sein, die magnetischen Partikel in einer vollflächigen magnetischen
Schicht auf dem Trägersubstrat
anzuordnen, die mittels einer Ablöseschicht partiell entfernt
werden kann. Vorteilhafterweise kann dabei vorgesehen sein, daß die magnetische
Druckform als ein endloses umlaufendes Band ausgebildet ist, so
daß die
Relativgeschwindigkeit zwischen Trägersubstrat und Druckform während des
Ablösens
der magnetischen Schicht gleich Null ist. Die magnetische Schicht
wird in den Bereichen abgelöst,
die nicht über
magnetischen Bereichen der Druckform angeordnet sind. Dabei ist
die Haftkraft der magnetischen Schicht und der Ablöseschicht
so zu wählen,
daß sie
kleiner ist als die magnetische Haftkraft der magnetischen Bereiche
der Druckform.
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Zum
Fixieren der magnetischen Partikel auf dem Trägersubstrat kann vorgesehen
sein, daß Lösungsmittel
aus dem Primer und/oder dem Dispersionsmittel ausgetrieben wird
oder daß der
Primer und/oder das Dispersionsmittel aufgeschmolzen werden oder
daß der
Primer und/oder das Dispersionsmittel ausgehärtet werden.
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Weiter
kann vorgesehen sein, daß die
aus dem Primer und/oder dem Dispersionsmittel gebildete Haftschicht
mit einer Schichtdicke ausgebildet wird, die das 0,5fache bis 1,5fache
des mittleren Durchmessers der magnetischen Partikel beträgt, vorzugsweise
das 0,5fache bis 0,8fache.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
oberen Abschnitte der magnetischen Partikel vor dem galvanischen Aufbringen
der ersten bzw. der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht freigelegt werden.
Dazu kann ein Lösungsmittel
verwendet werden, das den Primer und/oder das Dispersionsmittel
anlöst.
Alternativ kann vorgesehen sein, daß die oberen Abschnitte der
magnetischen Partikel durch einen partiellen thermischer Abtrag des
Primers und/oder des Dispersionsmittels freigelegt werden. Es kann
auch ein mechanischer Abtrag vorgesehen sein, der die oberen Abschnitte
der magnetischen Partikel freilegt.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
Haftschicht, in der die magnetischen Partikel auf dem Trägersubstrat
fixiert sind, eine Schichtdicke aufweist, die 50% bis 80% des mittleren
Durchmessers der magnetischen Partikel beträgt. Dabei kann weiter vorgesehen
sein, daß die
magnetischen Partikel um 5% bis 95 % ihres mittleren Durchmessers
aus der Haftschicht hervorragen, vorzugsweise um 40% bis 60%.
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Die
für das
vorstehend beschriebene Verfahren benötigte magnetisierbare Druckform
kann als rotierender Druckzylinder oder als umlaufendes endloses
Druckband ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann ein umlaufendes
endloses Druckband vorgesehen sein, weil das in einem Rolle-zu-Rolle-Prozeß zugeführte Trägersubstrat
mit dem Druckband eine Kontaktfläche
ausbilden kann, in der die Relativgeschwindigkeit zwischen Trägersubstrat
und Druckband gleich Null ist. Die gleiche vorteilhafte Funktion
ist für
eine umlaufende Drucktrommel ausbildbar, wenn das Trägersubstrat
einen Abschnitt der Drucktrommel umschlingt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, daß die für das erfindungsgemäße Verfahren
bestimmte Fertigungseinrichtung mit weiteren vor und/oder nach der
Fertigungseinrichtung angeordneten weiteren Fertigungseinrichtungen
verknüpft
ist. Bei dem Trägersubstrat
kann es sich beispielsweise um einen mehrschichtigen Folienkörper handeln,
der mehrere optische und/oder elektrische Funktionsschichten aufweist.
Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit einer elektrisch leitfähigen
Struktur versehene mehrschichtige Folienkörper kann nun in einer oder
mehreren folgenden Fertigungsstationen mit weiteren Schichten beispielsweise
zu einem Folienschaltkreis mit optischen Sicherheitsmerkmalen komplettiert
werden.
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Die
Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
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Es
zeigen
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Fertigungsstation zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in schematischer Darstellung;
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2a ein
Beispiel eines digitalen Abbilds einer partiell ausgeformten elektrisch
leitfähigen
Struktur;
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2b eine
vergrößerte Einzelheit
IIb aus 2a;
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3a bis 3f schematische
Schnittdarstellungen der mit der Fertigungsstation in 1 realisierten
Ergebnisse der Verfahrensschritte;
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Fertigungsstation zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in schematischer Darstellung;
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5a bis 5d schematische
Schnittdarstellungen der mit der Fertigungsstation in 3 realisierten Ergebnisse der Verfahrensschritte;
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6 ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer Fertigungsstation zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in schematischer Darstellung;
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7a bis 7e schematische
Schnittdarstellungen der mit der Fertigungsstation in 5 realisierten Ergebnisse der Verfahrensschritte.
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1 zeigt
eine Fertigungsstation 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einem Drucker 10, einer Waschstation 20, einer
Trocknungsstation 30, einem Galvanikbad 40 und
einer Nachbehandlungsstation 50. Die 3a bis 3f zeigen
schematische Darstellungen der mit der Fertigungsstation 1 realisierten
Ergebnisse der Verfahrensschritte.
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In 2a und 2b ist
zum besseren Verständnis
ein digitales Bild 9 einer partiell ausgeformten elektrisch
leitfähigen
Struktur 9f dargestellt, bei der es sich, wie in 2a gezeigt,
um eine als Flachspule gewickelte Leiterbahn handeln kann. Die Leiterbahn
kann beispielsweise eine Antenne zum Empfang hochfrequenter Signale
bilden. Das digitale Bild 9 kann als digitaler Datensatz
in einem Computer gespeichert werden.
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Die 2b zeigt
nun einen vergrößerten Ausschnitt
aus 2a. Das digitale Bild 9 ist aus Bildpunkten gebildet,
die den Binärwert „1" oder „0" aufweisen können, wobei
die elektrisch leitfähige
Struktur 9f aus Bildpunkten 9s mit dem Binärwert „1" gebildet ist. Die übrigen Bereiche
des Bildes 9 sind aus Bildpunkten 9w mit dem Binärwert „0" gebildet. In dem
in 2b dargestellten Beispiel sind kreisförmige Bildpunkte 9s und 9w in einem
Raster so angeordnet, daß die
Bildpunkte Zeilen und Reihen bilden und benachbarte Bildpunkte einen gemeinsamen
Berührungspunkt
aufweisen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Bildpunkte
beispielsweise elliptisch, quadratisch oder rechteckig ausgebildet
sind und/oder daß zwischen
benachbarten Bildpunkten ein Abstand ausgebildet ist.
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Bei
dem Drucker 10 handelt es sich um einen Drucker mit einer
rotierenden magnetisierbaren Drucktrommel 11 mit einem
Schreibkopf 12 und einem Löschkopf 13, dem eine
Trägerfolie 16 in
einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Prozeß zugeführt wird. Die Trägerfolie 16 wird
mit einer Andruckwalze 11a an die Drucktrommel 11 angepreßt.
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Bei
der Trägerfolie
kann es sich beispielsweise um eine PET- oder POPP-Folie mit einer
Dicke von 10 μm
bis 50 μm
handeln, vorzugsweise mit einer Dicke von 19 μm bis 23 μm. Auf der Trägerfolie
können
bereits Schichten aufgebracht sein, wie eine Ablöseschicht und eine Schutzlackschicht.
Die Ablöse-
und Schutzlackschichten können
vorzugsweise eine Dicke von 0,2 bis 1,2 μm haben. Eine mehrschichtige
Trägerfolie
kann weitere Schichten aufweisen, wie Dekorationsschichten zum Ausbilden
optischer Effekte und elektrische Funktionsschichten, z.B. strukturierte
Halbleiter-Polymer-Schichten.
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Der
Schreibkopf 12 des Druckers 10 besteht in dem
dargestellten Ausführungsbeispiel
aus nebeneinander in einer Druckzeile angeordneten Magnetköpfen 12k (s. 3a),
die durch eine in 1 nicht dargestellte elektronische
Steuereinrichtung bildpunktweise angesteuert werden können. Bei
der Steuereinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Computer
mit Bildverarbeitungs- und Steuersoftware handeln, in dessen Speicher
der digitale Datensatz des Bildes 9f (s. 2a und 2b)
der partiell ausgeformten elektrisch leitfähigen Struktur gespeichert
ist.
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Wie
in 3a schematisch dargestellt ist, erzeugt der Schreibkopf 12 auf
der Oberfläche
der rotierenden Drucktrommel 11 aufeinanderfolgende aus
magnetischen Bildpunkten 11m gebildete Bildzeilen, wobei
die weiter oben in 2b bezeichneten Bildpunkte 9s und 9w die
Information geben, welcher Magnetkopf 12k angesteuert wird,
d.h. von Strom durchflossen ist und so einen angesteuerten Magnetkopf 12k' ausbildet.
Dabei sind die angesteuerten Magnetköpfe 12k' den Bildpunkten 9s mit
dem Binärwert „1" zugeordnet, während die
nicht angesteuerten Magnetköpfe 12k den
Bildpunkten 9w mit dem Binärwert „0" zugeordnet sind.
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Ein
angesteuerter Magnetkopf 12k' richtet
die in seinem Einflußbereich
angeordneten Elementarmagnete der Oberfläche der Drucktrommel 11 entlang
seiner magnetischen Feldlinien aus und erzeugt so einen magnetischen
Bildpunkt 11m, der magnetische Partikel, beispielsweise
Eisenpulverpartikel anzuziehen vermag. Die Magnetköpfe 12k und 12k' sind in einem
Abstand 12a angeordnet, bei dem es sich um den Mittenabstand
der Bildpunkte 11m handelt. Vorzugsweise ist vorgesehen,
daß auch
die Bildpunkte 9s bzw. 9w (s. 2b)
diesen Mittenabstand aufweisen, d.h. daß die Auflösung des digitalen Datensatzes
der elektrisch leitfähigen
Struktur und die Auflösung
des Druckers übereinstimmen.
Auf diese Weise ist jedem Bildpunkt 9s (s. 2b)
genau ein magnetischer Bildpunkt 11m zugeordnet und jedem
Bildpunkt 9w (s. 2b) genau
ein nichtmagnetischer Bildpunkt zugeordnet. Mit magnetographischen
Druckern sind beispielsweise Auflösungen von 600 dpi erreichbar,
d.h. pro Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) sind 600 Bildpunkte darstellbar.
Bei einer solchen Auflösung
sind die Bildpunkte im Abstand von ca. 40 μm angeordnet.
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Wenn
die Drucktrommel 11 nach einem Umlauf vollständig beschrieben
ist, kann der durch den Schreibkopf 12 ausgeführte Schreibvorgang
beendet werden. Das auf die Drucktrommel 11 geschriebene
latente magnetische Bild kann anschließend wiederholt auf die Trägerfolie 16 übertragen
werden, wie nachfolgend beschrieben.
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Mit
Hilfe des Löschkopfes 13 können die
magnetischen Bildpunkte 11m wieder gelöscht werden, um eine neue Bildinformation
auf die Drucktrommel 11 zu schreiben. Der Löschkopf
kann mittels Hochfrequenzerregung die Elementarmagnete der Drucktrommel 11 in
eine ungeordnete Lage bringen, so daß die Drucktrommel 11 danach
wieder unmagnetisch ausgebildet ist.
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Es
kann aber auch vorgesehen sein, daß die Drucktrommel 11 kontinuierlich
mit Bildinformationen beschrieben wird, d.h. daß bei jedem Umlauf der Drucktrommel 11 der
Löschkopf 13 die
Drucktrommel 11 zeilenweise entmagnetisiert und der Schreibkopf 12 danach
zeilenweise eine Bildinformation auf die Drucktrommel 11 schreibt.
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Das
von dem Schreibkopf 12 auf der Oberfläche der Drucktrommel 11 erzeugte
latente magnetische Bild wird in einer Entwicklereinheit 14 sichtbar
gemacht, die in Drehrichtung der Drucktrommel 11 hinter
dem Schreibkopf 12 angeordnet ist. Die Entwicklereinheit 14 weist
einen Vorratsbehälter 14v auf,
aus dessen Dosierschlitz eine magnetische Dispersion 14d auf
die Oberfläche
der Drucktrommel 11 aufgetragen wird, und einen hinter
dem Dosierschlitz angeordneten Abstreifer 14a. Bei der
magnetischen Dispersion 14d handelt es sich vorzugsweise
um in einem Dispersionsmittel 14b gebundene kugelförmige Magnetpartikel 14k.
Die Magnetpartikel 14k weisen eine elektrisch leitfähige Oberfläche auf.
Sie können
einen Durchmesser von 2 bis 10 μm
haben, vorzugsweise von 2 bis 4 μm.
Der Kern kann aus Eisen, Nickel-Kobalt, einer Eisenlegierung oder einer
Magnetkeramik ausgebildet sein, die leitfähige Hülle aus Eisen, Kupfer, Nickel,
Gold, Zinn, Zink oder einer Legierung aus diesen Substanzen. Wenn
der magnetische Kern aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet
ist, kann auf die elektrisch leitfähige Hülle verzichtet sein. Es kann
aber auch vorgesehen sein, einen elektrisch leitfähigen Kern
mit einer elektrisch leitfähigen
Hülle aus
einem anderen Material auszubilden, beispielsweise zur Ausbildung
hoher Leitfähigkeit
oder spezieller elektrochemischer Eigenschaften. Das Dispersionsmittel 14b kann
vorzugsweise als wasserlösliches
Dispersionsmittel ausgebildet sein.
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Mit
den vorstehend genannten Partikeldurchmessern können bei einer Druckerauflösung von
600 dpi und bei maximaler Kugelpackung 4 bis 20 Magnetpartikel
pro Bildpunkt nebeneinander angeordnet sein. In den 3b bis 3e sind
der besseren Deutlichkeit wegen nur 4 Magnetpartikel 14k pro
Bildpunkt 11m dargestellt.
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Die
magnetische Dispersion 14d ist in ihrer Viskosität so eingestellt,
daß sich
die Magnetpartikel 14k auf den Bildpunkten 11m optimal,
d.h. in dichter Kugelpackung anordnen können und in den Bereichen,
die keine Bildpunkte aufweisen, durch den Abstreifer 14a von
der Drucktrommel 11 wieder entfernt werden können. In 3b ist
zu erkennen, daß danach
nur in den Bereichen der magnetischen Bildpunkte 11m Magnetpartikel 14k angeordnet
sind, die durch die magnetischen Bildpunkte 11m in ihrer
Lage fixiert sind und nun das in der Oberfläche der Drucktrommel 11 gespeicherte
latente magnetische Bild sichtbar machen.
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Nunmehr
wird das durch die magnetische Dispersion 14d erzeugte
sichtbare Bild auf die Trägerfolie 16 übertragen.
Dazu ist die Trägerfolie
in Drehrichtung der Drucktrommel 11 nach der Entwicklereinheit 14 an die
Drucktrommel 11 herangeführt und mit der Andruckwalze 11a auf
die Drucktrommel 11 gepreßt. Die magnetische Dispersion 14d ist
in ihren Hafteigenschaften so eingestellt, daß sie bevorzugt auf der Trägerfolie 16 haftet
und von der Drucktrommel 11 rückstandsfrei ablösbar ist.
Es kann dazu vorgesehen sein, die Andruckwalze 11a zu beheizen
und auf diese Weise die Viskosität
der magnetischen Dispersion 14d zu erhöhen oder durch andere geeignete
Maßnahmen
die Magnetpartikel 14k auf der Trägerfolie zu fixieren. Beispielsweise kann
die der Drucktrommel 11 zugewandte Seite der Trägerfolie 16 zusätzlich mit
einem Primer, d.h. einem Haftvermittler, beschichtet sein. 3c zeigt
die mit der magnetischen Dispersion 14d beschichtete Trägerfolie 16 vor
der Trennung von der Drucktrommel 11 und 3d danach.
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Die
bedruckte Trägerfolie 16 durchläuft nun
die Waschstation 20, in der die oberen Oberflächenabschnitte
der Magnetpartikel 14k von dem Dispersionsmittel 14b befreit
werden. Da es sich vorzugsweise um ein wasserlösliches Dispersionsmittel 14b handelt,
kann dieses umweltfreundlich in einem Wasserbad abgetragen werden. 3e zeigt
die beschichtete Trägerfolie 16 nach
dem Verlassen der Waschstation 20. Die oberen Oberflächenabschnitte
der Magnetpartikel 14k sind nun freigelegt und ragen aus
dem Dispersionsmittel 14b hervor.
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In
der nachfolgenden Trocknungsstation 30, die in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
eine Lampe 30l aufweist, die thermische und/oder UV-Strahlung abgibt,
wird nun das Dispersionsmittel 14b ausgehärtet. Auf
diese Weise werden die Magnetpartikel 14k auf der Trägerfolie 16 fixiert.
Bei der Aushärtung
kann es sich um eine durch UV-Bestrahlung ausgelöste Vernetzungsreaktion des
Dispersionsmittels 14b handeln. Beispielsweise lassen sich
auf diese Weise wasserlösliche
Polymere aushärten.
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Abschließend durchläuft die
Trägerfolie
16 das
Galvanikbad
40. Dort kann vorgesehen sein, in einem ersten
Verfahrensschritt durch eine chemische Reaktion ohne Außenstrom
eine erste elektrisch leitfähige Schicht
14m auf
den Magnetpartikeln
14k abzuscheiden. Es kann sich dabei
um eine Kupferschicht oder um eine Silberschicht handeln, die mit
einem solchen Verfahren besonders gut abscheidbar ist. Vorteilhafterweise ist
vorgesehen, die elektrisch leitfähige
Schicht
14m mit einer Schichtdicke von 40 nm bis 70 nm
auszubilden. Als Reaktionsmittel kann ein Kupfersulfatbad folgender
Zusammensetzung verwendet werden:
Bestandteil | Anteil |
Kupfer(II)-sulfat-5-Hydrat | 160–240 g/l
= 40–60
g/l Cu |
Schwefelsäure | 40–100 g/l |
Chlorid
(z.B. als Natriumchlorid) | 30–150 mg/l |
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Die
außenstromlos
abgeschiedene elektrisch leitfähige
Schicht 14m kann nun durch Galvanisierung mit Außenstrom
mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 14m' verstärkt werden,
beispielsweise um die Leitfähigkeit
und/oder die mechanische Festigkeit zu verbessern. Bei der zweiten
Schicht 14m' kann
es sich um eine Schicht aus dem Metall der ersten Schicht 14m handeln.
Es kann aber auch ein anderes Metall vorgesehen sein. Beispielsweise
kann für
die erste Schicht 14m' Silber
oder Gold vorgesehen sein, um eine besonders gute Leitfähigkeit
oder Korrosionsbeständigkeit
auszubilden. Die Stromdichte kann vorzugsweise bis 5 A/dm2 eingestellt werden. 3f zeigt
die fertiggestellte Trägerfolie 16 mit
den beiden Schichten 14m und 14m'.
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In
der Nachbehandlungsstation 50 kann die Trägerfolie 16 neutralisiert
und getrocknet werden. Das Neutralisieren kann durch einen Waschvorgang
vorgenommen werden, der die Reste des Galvanikbades entfernt. Dazu
kann Spülen
und der Einsatz organischer Säuren
vorgesehen sein.
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Es
können
weitere Fertigungsschritte vorgesehen sein, um auf die Trägerfolie 16 weitere
Schichten aufzubringen und/oder um Schichten zu strukturieren. Wie
bereits weiter oben ausgeführt,
kann es sich bei der Trägerfolie 16 bereits
um eine mehrschichtige Folie handeln, die neben leitfähigen Strukturen
weitere funktionelle und/oder dekorative Schichten aufweist. Bei
der wie vorstehend beschrieben aufgebrachten partiell ausgeformten
metallischen Schicht kann es sich beispielsweise um Leiterbahnen
handeln, die organische Halbleiterstrukturen miteinander verbinden
und die in dekorative Bereiche eingebettet sind, die beispielsweise
als optisch aktive diffraktive Strukturen ausgebildet sind.
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4 zeigt
nun eine magnetographische Fertigungsstation 2, bei der
als Druckform ein magnetisierbares umlaufendes Druckband 111 vorgesehen
ist.
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Die
Fertigungsstation 2 ist aus einem magnetographischen Drucker 110,
der Trocknungsstation 30 und dem Galvanikbad 40 gebildet.
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Die
Erzeugung des latenten magnetischen Bildes auf der Oberfläche des
Druckbandes 111 ist wie vorstehend in 1 beschrieben
vorgesehen. 5a zeigt die Ausbildung der
magnetischen Bildpunkte 11m im Druckband 111 in
gleicher Weise wie weiter oben beschrieben in der Drucktrommel 11 (3a).
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Die
Trägerfolie 16 ist
nunmehr mit einem Primer 16p beschichtet und wird durch
ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren dem Drucker 110 zugeführt. Dabei
wird sie mit den Andruckwalzen 11a an das mittels Transportwalzen 11t angetriebene
kontinuierlich umlaufende Druckband 111 gepreßt. Eine
solche Anordnung stellt zwischen dem Druckband 111 und
der Trägerfolie 16 einen
Flächenkontakt
her, wobei Druckband 111 und Trägerfolie 16 relativ
zueinander in Ruhe sind.
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Bei
dem Primer kann es sich um Epoxidharz, Acrylharz oder strahlenvernetzbaren
Lack handeln, der in einer Schichtdicke von 3 bis 9 μm aufgetragen
ist, vorzugsweise in einer Schichtdicke, die das 0,5fache bis 1,5fache
des mittleren Durchmessers der magnetischen Partikel beträgt, vorzugsweise
das 0,5fache bis 0,8fache. Zur Auswahl eines geeigneten Polymers
kann die Glasübergangstemperatur
des thermoplastischen Polymers herangezogen werden, die in Abhängigkeit
vom Material der Magnetpartikelumhüllung zu wählen ist.
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In
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die nicht
mit Primer beschichtete Seite der Trägerfolie 16 dem Druckband 111 zugewandt
und die Entwicklereinheit 14 befindet sich im Kontakt mit
dem auf der Trägerfolie 16 aufgebrachten
Primer 16p.
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Der
Vorratsbehälter 14v der
Entwicklereinheit 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem magnetischen
Pulver 14p aus Magnetpartikeln 14k befüllt. Wenngleich
bei dieser Anordnung die Magnetpartikel 14k nicht in direkten
Kontakt mit der Oberfläche
des Druckbands 111 gelangen, weil die Trägerfolie 16 und
der Primer 16p dazwischen angeordnet sind, sind wegen der
geringen Dicke der Trägerfolie 16 und
der Primerschicht keine Qualitätseinbußen bei
der Entwicklung des latenten magnetischen Bildes zu beobachten.
Es kann sich also bei der Trägerfolie 16 auch
um eine Trägerfolie
handeln, die wie weiter oben beschrieben, weitere zusätzliche
Schichten aufweist.
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Überschüssige Magnetpartikel
werden nunmehr durch einen Absauger 14a' von der Oberfläche des Primers 16p entfernt. 5b zeigt
die auf dem Druckband 111 angeordnete Trägerfolie 16 mit
dem Primer 16p und die auf der Oberfläche des Primers 16p mit
senkrechtem Abstand zu den magnetischen Bildpunkten 11m angeordneten
Magnetpartikel 14k.
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Die
nach dem Absauger 14a' stromabwärts übereinander
angeordneten Andruckwalzen 11a pressen nun die Magnetpartikel 14k in
die Oberfläche
des Primers 16p (s. 5c). Das
Einsinken der Magnetpartikel 14k kann beispielsweise durch
Beheizung der Andruckwalzen 11a unterstützt werden. Die Magnetpartikel 14k werden
anschließend
in der Trocknungsstation 30 dauerhaft auf der Trägerfolie 16 fixiert.
Die Trocknungsstation 30 ist in dem in 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
stromabwärts
hinter dem Druckband 111 angeordnet. Von der Lampe 30l bereitgestellte
thermische Strahlung oder UV-Strahlung trocknet den Primer und/oder
härtet
ihn aus, wie bereits in 1 am Beispiel des Dispersionsmittels 14d beschrieben.
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Wenn
es sich bei der Lampe 30l um eine Heizlampe handelt, die
den Primer durch thermische Strahlung trocknet, kann die in 4 dargestellte
Anordnung der Trocknungsstation 30 nach dem Druckband 111 besonders
vorteilhaft sein, da die Magnetisierung des Druckbandes 111 durch
Erwärmung
geschwächt
werden kann.
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Es
kann auch vorgesehen sein, das in 4 dargestellte
Ausführungsbeispiel
so abzuwandeln, daß der
Primer 16p nach dem Absaugen der überschüssigen Magnetpartikel in einer
in 4 nicht dargestellten zusätzlichen Bearbeitungsstation
soweit angelöst
und/oder erweicht wird, daß die
Magnetpartikel 14k dadurch in die Oberfläche des
Primers einsinken. Es kann weiter vorgesehen sein, daß die Trocknungsstation 30 anstelle
der beiden einander gegenüberstehenden
Andruckwalzen 11a angeordnet ist und die besagte zusätzliche
Bearbeitungsstation zwischen dem Absauger 14a' und der Trocknungsstation 30 angeordnet
ist.
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Abschließend durchläuft die
Trägerfolie 16 das
zweistufige Galvanikbad 40, in dem zunächst die elektrisch leitfähige Schicht 14m außenstromlos
auf den Magnetpartikeln 14k abgeschieden wird und danach
unter Zuhilfenahme von Außenstrom
die metallische Schicht 14m' aufgetragen
wird.
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5d zeigt
die fertig bearbeitete Trägerfolie 16 mit
der Primerschicht 16p und den mit den Schichten 14m und 14m' überdeckten
Magnetpartikeln 14k.
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6 zeigt
nun ein drittes Ausführungsbeispiel
mit einer Fertigungsstation 3, die sich von der vorstehend
in 3 beschriebenen Fertigungsstation 2 im
wesentlichen in der Art der zu bedruckenden Trägerfolie 16 unterscheidet.
Die
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7a bis 7e zeigen
dabei die Ergebnisse der einzelnen Fertigungsschritte in schematischen Schnittdarstellungen.
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Die
Fertigungsstation 3 umfaßt einen magnetographischen
Drucker 210, die Trocknungsstation 30 und das
Galvanikbad 40. Der Drucker 210 ist wie der weiter
oben beschriebene Drucker 110 mit einem umlaufenden Druckband 211 ausgebildet.
Wie 7a zeigt, können
in dem Druckband 211 magnetische Bildpunkte 11m ausgebildet
werden.
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7b zeigt
nun die Trägerfolie 16,
die bereits mit dem Primer 16p und der magnetischen Dispersion 14d beschichtet
ist, im Kontakt mit dem Druckband 211. Die in der magnetischen
Dispersion 14d gebundenen Magnetpartikel 14k sind
dabei vorzugsweise einlagig in dichter Kugelpackung in einem abwaschbaren
Dispersionsmittel angeordnet. Die Schichtdicke der aus dem Primer
und der magnetischen Dispersion gebildeten Haftschicht beträgt etwa
1*d bis 1,5*d, vorzugsweise 1,2*d bis 1,4*d, wobei mit d der mittlere
Durchmesser des Magnetpartikels 14k bezeichnet ist. Wie
in 7b zu erkennen ist, sind zunächst auch in den Bereichen
des Druckbandes 211, in denen keine magnetischen Bildpunkte
ausgebildet sind, Magnetpartikel 14k angeordnet. Überschüssige Magnetpartikel 14k werden
nun in einer am Drucker 210 angeordneten Entwicklereinheit 214 entfernt.
Die Entwicklereinheit 214 ist mit einer Waschstation 214w und
einem Absauger 214a ausgebildet.
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Beim
Durchlauf der mit dem Primer 16p und der magnetischen Dispersion 14d beschichteten
Trägerfolie 16 durch
die Entwicklereinheit 214 wird nun zunächst in der Waschstation 214w das
Dispersionsmittel der magnetischen Dispersion 14d entfernt,
so daß die
Magnetpartikel 14k nur noch in den Bereichen der magnetischen
Bildpunkte 11m durch magnetische Kraft ihrer Lage fixiert
sind.
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Der
hinter der Waschstation 214w stromabwärts angeordnete Absauger 214a kann
nun die außerhalb der
magnetischen Bildpunkte 11m aufliegenden Magnetpartikel
entfernen. 6c zeigt die entwickelte
Trägerfolie 16,
bei der nur noch in den Bereichen der magnetischen Bildpunkte 11m Magnetpartikel 14k vorhanden sind.
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Nunmehr
werden in einer stromabwärts
folgenden Fixierstation 530 die Magnetpartikel 14k auf
der Trägerfolie 16 fixiert.
Die Fixierstation 530 umfaßt ein Durchlaufbad 530b und
einen Trockner 530t. Der Primer 16p wird in dem
Durchlaufbad 530b durch ein Lösungsmittel oberflächlich angelöst, so daß die Magnetpartikel 14k in
die Oberfläche
des Primer 16p einsinken. Es kann auch vorgesehen sein,
daß ein
Härter
aufgebracht wird, der mit dem Primer eine aushärtbare Schicht bildet. Das
Aushärten
der Schicht bzw. des angelösten
Primers kann durch thermische oder UV-Strahlung bewirkt sein. Dazu
ist der hinter dem Durchlaufbad stromabwärts angeordnete Trockner 530t mit
einer Lampe 530l ausgebildet, die in dem in 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel über der
von dem Druckband 111 abgewandten Oberfläche der
Trägerfolie 16 angeordnet
ist.
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Bezüglich des
nach der Fixierstation 530 angeordneten Galvanikbades 40 und
der Nachbearbeitungsstation 50 wird auf die Beschreibungen
zu den 1 und 4 verwiesen.
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7e zeigt
die fertig bearbeitete Trägerfolie 16 mit
der Primerschicht 16p und den Magnetpartikeln 14k,
die mit den Schichten 14m und 14m' überdeckt sind. Weil vorgesehen
ist, die mit einem hochproduktiven Druckverfahren aufgebrachte Schicht
aus Magnetpartikeln 14k in einem Rolle-zu-Rolle-Prozeß galvanisch
zu verstärken,
können
auf diese Weise partiell ausgeformte elektrisch leitfähige Strukturen
hergestellt werden, die bezüglich
Abmessungen, Materialauswahl und Schichtdicke funktionellen Forderungen
besonders vorteilhaft anpaßbar
sind.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
enthalten Teillösungen,
die zu weiteren erfindungsgemäßen Lösungen kombinierbar
sind. Beispielsweise kann die Drucktrommel gegen das Druckband ausgetauscht
werden oder umgekehrt, ohne das Lösungsprinzip zu verletzen.
In 1 ist ein linienförmiger Kontakt der Trägerfolie 16 mit
der Drucktrommel 11 vorgesehen. Es kann aber auch ein flächenförmiger Kontakt,
wie in den beiden anderen in 4 und 6 dargestellten
Ausführungsbeispielen
vorgesehen, hergestellt werden, indem das Trägerband 16 einen Umfangsabschnitt
der Drucktrommel 11 umschlingt.
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Weitere
Variationen der erfindungsgemäßen Lösung entstehen
beispielsweise durch die unterschiedliche Beschichtung der Trägerfolie 16.
Die Trägerfolie 16 kann
bereits mit Schichten versehen sein, die beispielsweise optische
Effekte ausbilden. Es kann sich aber auch um elektrisch funktionelle
Schichten handeln, die Bereiche aufweisen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren
elektrisch leitend miteinander verbunden werden sollen. Es kann
aber auch vorgesehen sein, daß auf
die Trägerfolie
im Anschluß an
das Aufbringen der elektrisch leitenden Struktur weitere Schichten
aufgebracht werden.
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Alle
Lösungen
zeichnen sich durch hohe Flexibilität, hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit,
verschleißfreien,
kontinuierlichen und kostengünstigen
Betrieb bei gleichbleibend hoher Qualität des Endprodukts aus.