DE102005033784A1

DE102005033784A1 - System zur galvanischen Abscheidung einer leitfähigen Schicht auf einem nichtleitfähigen Trägermaterial

Info

Publication number: DE102005033784A1
Application number: DE200510033784
Authority: DE
Inventors: Viktoria Händlmeier; Wilhelm Erlbacher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-01-25
Also published as: WO2007009448A1

Abstract

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Kontaktiereinheit (2) zum Einsatz bei der galvanischen Abscheidung einer leitfähigen Schicht auf einem Träger (7), die als Kathode und/oder als Anode schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktiereinheit (2) von einem isolierenden Gehäuse (5) umgeben ist, welches mindestens eine Öffnung (6) aufweist, um einen Kontakt/Kontaktbereich zwischen der Kontaktiereinheit (2) und dem zu kontaktierenden Träger (7) zu schaffen, wobei die Kontaktierung des Trägers (7) innerhalb eines Galvanobades (4) im Bereich der Öffnung (6) erfolgt und der übrige Teil der Kontaktiereinheit (2) mittels des isolierenden Gehäuses (5) von einem Elektrolyt (3) in dem Galvanobad (4) im Wesentlichen abgeschirmt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontaktiereinheit, eine Vorrichtung sowie ein System zur galvanischen Abscheidung einer leitfähigen Schicht auf einem nichtleitfähigen Trägermaterial. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen galvanisch beschichteten Träger mit aufgebrachter leitfähiger Struktur.

Derartige Galvanisiervorrichtung bzw. Galvanisiersysteme werden häufig zur Herstellung von Leiterstrukturen oder vollflächigen Leiterschichten verwendet. Beispielsweise werden Antennenspulen, Leiterplatten, Chipkartenmodule oder dergleichen mit solchen Einrichtungen gefertigt.

In einer Anwendung wird hierzu ein kontinuierlich als Kathode geschalteter Metallzylinder zumindest teilweise in ein Elektrolytbad eingetaucht und in Drehung versetzt. In dem Elektrolytbad befindet sich eine Anodenanordnung. An der sich langsam drehenden Kathode lagert sich eine Metallschicht ab, die außerhalb des Elektrolyten auf eine Folie auflaminiert wird, indem die Metallfolie von der Katode abgeschält wird. Nachdem die Metallschicht auflaminiert ist, wird eine Resistlack aufgebracht, der anschließend photolithografisch belichtet wird. Mit einem anschließenden Ätzschritt werden diejenigen Bereiche der ganzflächigen Metallschicht weggeätzt, die für eine Leiterzugstrukturierung nicht benötigt werden. Nach dem Entfernen des auf der strukturierten Metallschicht verbleibenden Ätzreistlackes ist die gewünschte Leiterstruktur fertiggestellt.

Dieses Verfahren weist zum einen den Nachteil auf, dass nur geringe Durchsatzraten erzielbar sind und hohe Materialkosten und Entsorgungskosten aufgrund des Einsatzes von giftigen und teueren Chemikalien und von nicht genutzten Rohmaterialen aufgrund des subtraktiven Verfahrens erzeugt werden. Zum anderen wird die Dicke der Metallschicht durch die notwendige Weiterverarbeitung aufgrund sonst möglicher Rissbildungen in der Schicht auf eine Mindestdicke von 17 μm beschränkt. Da aber beispielsweise im Hochfrequenzbereich gerade eine Schichtdicke von ungefähr 2 μm wünschenswert ist, kann das oben beschriebene Verfahren für eine derartige Anwendung nicht eingesetzt werden. Weiterhin nachteilig ist, dass in regelmäßigen Abständen eine anodische oder mechanische Abreinigung der zylinderförmigen Katode erfolgen muss, was die Produktions- und Durchsatzzeiten weiter verringert. Zudem kann lediglich einseitig eine Metallschicht auf dem Trägersubstrat abgeschieden werden.

Ein weiteres Verfahren wird in der Offenlegungsschrift DE 102 347 05 beschrieben, bei dem das zu galvanisierende Gut direkt im aktiven Galvanobad durch eine umlaufende, zur kontinuierlichen Abreinigung abwechselnd kathodisch/anodisch geschaltete Kollektorwalze kontaktiert wird. Die dazu notwendige Kollektorwalze ist jedoch sehr teuer in der Herstellung, da einzelne leitfähige Bereiche von einander durch isolierende Bereiche getrennt werden müssen. Durch die Trennung der einzelnen Bereiche ergibt sich auch eine geringere Kontaktfläche mit dem zu galvanisierenden Trägermaterial pro Umdrehung der Walze. Aufgrund der geringeren Kontaktzeiten dauert der Schichtaufbau auch entsprechend länger. Ferner ist die Oberfläche der aufgewachsenen Schicht entsprechend der Ausbildung der leitfähigen bzw. der isolierenden Bereiche strukturiert und weist ungewünscht größere Schwankungen bezüglich der Schichtdickendifferenz auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktiereinheit, eine Galvanisierungseinrichtung sowie eine Galvanisierungssystem bereitzustellen, dass eine schnellere und einfache sowie kostengünstigere Fertigung einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Träger mit einer möglichst glatten und ebenen Oberfläche erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 19, 25 und 28 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Kontaktiereinheit zum Einsatz bei der galvanischen Abscheidung einer leitfähigen Schicht auf einem Träger, die als Kathode und/oder als Anode schaltbar ist, ist von einem isolierenden Gehäuse umgeben, welches mindestens eine Öffnung aufweist, um einen Kontakt/Kontaktbereicht zwischen der Kontaktiereinheit und dem zu kontaktierenden Träger zu schaffen. Die Kontaktierung des Trägermaterials erfolgt dabei innerhalb eines Galvanobades im Bereich der Öffnung. Der übrige Teil der Kontaktiereinheit ist mittels des isolierenden Gehäuses vom Elektrolyten in dem Galvanobad im wesentlichen abgeschirmt, so dass eine Ablagerung des Anodenmaterials in diesem Bereich verhindert wird. Da die Ablagerung des Anodenmaterials bereits vor dem Kontaktpunkt zwischen Kontaktierwalze und Träger stattfindet, liegt im Bereich des tatsächlichen Kontaktpunktes ein sogenannter abgemagerter Elektrolyt vor, so dass vorteilhaft nahezu keine Ablagerung des Anodenmaterials an der Kontaktiereinheit selbst stattfindet.

Die Öffnung in dem Gehäuse kann spaltförmig bzw. in Form eines Langloches ausgeführt sein, wobei sie eine Breite zwischen 1 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 3 mm aufweist.

Das Gehäuse kann auch zwei insbesondere sich einander gegenüberliegende Öffnungen aufweisen, an denen der Träger jeweils vorbeigeführt werden kann, so dass durch die mehrfache, kurz nacheinander erfolgende Kontaktierung die Verweilzeit des Trägermaterials im Galvanobad weiter verkürzt bzw. die Anzahl der benötigten Vorrichtungen/Module zur Erreichung einer bestimmten Schichtdicke bei einer bestimmten Durchlaufgeschwindigkeit des Trägermaterials durch die einzelnen Galvanisiermodule verringert werden kann.

Um die Möglichkeit der Ablagerung von Annodenmaterial an der Kontaktiereinheit noch weiter zu verringern und eventuelle Fehlströme zu vermeiden, können an den Randbereichen der Öffnung Dichtungen, insbesondere Dichtungslippen vorgesehen sein.

Eine weitere Möglichkeit, den Elektrolyt an einem Eindringen in den Raum zwischen Kontaktiereinheit und Gehäuse zu hindern, wird erreicht, indem ein Überdruck innerhalb des Gehäuses einstellbar ist.

Für den Fall, dass trotzt dieser Maßnahmen Elektrolyt in den Bereich zwischen Kontaktiereinheit und Gehäuse gelangt, kann die Kontaktiereinheit sowohl kathodisch als auch anodisch schaltbar sein. Durch eine derartige Ausführung kann die Kontaktiereinheit beispielsweise zu Reinigungszwecken nach einer bestimmten Betriebszeit zur Abreinigung von kathodisch auf anodisch geschaltet werden. Ein Betrieb im Pulsverfahren ist ebenfalls denkbar. Die Abreinigung kann auch im Falle, dass keine entgegengesetzte Schaltung der Kontaktiereinheit vorgesehen ist, mechanisch oder chemisch erfolgen.

Eine chemische Abreinigung kann auch kontinuierlich erfolgen, wenn in dem Gehäuse um die Kontaktiereinheit herum eine Kammer vorgesehen ist, die gegenüber dem Galvanobad abgedichtet ist. Diese separate Kammer kann dann von einer Flüssigkeit, beispielsweise verdünnte Schwefelsäure durchströmt werden, wodurch eine kontinuierliche Abreinigung der Kontaktiereinheit erfolgt.

Eine besonders schonende Bearbeitung der Strukturen wird erreicht, in dem die Kontaktiereinheit in Form einer Walze ausgeführt wird, da die Kontaktierung dann abrollend erfolgt und keine Relativbewegung oder Reibungen zwischen der Walze und dem Trägermaterial auftritt. Ferner gibt es durch diese Art der Kontaktierung keine toten Zonen, die nicht oder nur langsam galvanisiert werden können.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestattung der Erfindung sieht vor, dass an dem Trägermaterial ein zum Galvanisieren geeignete Starterschicht aufgebracht ist, auf der das elektrisch leitfähige Material galvanisch abgeschieden wird. Die Starterschicht kann beispielsweise auf allgemein bekannte Weise aufgedruckt werden.

Diese Starterschicht umfasst vorzugsweise leitfähige Materialien, wie Metall, Graphit, leitfähige organische Verbindungen, leitfähige Metallkomplexverbindungen und/oder leitfähige Polymere. Das Metall kann ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Kupfer, Eisen, Nickel, Gold, Silber, Aluminium, Messing und/oder einer Legierung daraus.

Die Starterschicht kann insbesondere in Form von Partikeln auf den Träger, wobei der Träger bevorzugt eine Trägerfolie ist, aufgebracht werden. Die Partikel werden so auf den Träger, bevorzugt die Folie aufgebracht, dass die Partikel aufgrund der Korngrenzen zunächst nicht leitfähig sind. Erst wenn im Bad ein Strom durch die Kontaktiereinheit auf die Partikel aufgebracht wird, werden die Partikel durch das Aufwachsen des Anodenmaterials leitfähig.

Die Wahl der Partikelgröße spielt eine große Rolle, da der Stromfluss im Randbereich der kontaktierten Partikel größer ist, so dass die Korngrenzen übersprungen werden und so durch eine Art „Dominoeffekt" die einzelnen Partikel nacheinander leitfähig gemacht werden. Bei geringeren Partikelgrößen besteht beim Einsatz von Kupferpartikeln die Gefahr, dass nach Überschreitung einer entsprechenden Kontaktzeit Kupfer zu Kupfersulphat reagiert und dementsprechend einer Ablagerung einer leitfähigen Struktur auf der Starterschicht nicht mehr möglich ist. Bei dem Einsatz von Eisenpartikeln kann es jedoch vorteilhaft sein, kleinere Partikelgrößen und Dicken zu wählen, da sonst die Gefahr eines Unterrostens während des Galvanisierungsprozesses besteht.

Die Partikel können vorzugsweise eine Partikelgröße zwischen 5 nm und 500 μm, vorzugsweise zwischen 20 nm und 250 μm, weiter bevorzugt zwischen 50 nm und 100 μm, weiter bevorzugt zwischen 70 nm und 100 μm und besonders bevorzugt zwischen 100 nm und 500 nm aufweisen.

Erfindungsgemäß am meisten geeignet sind Partikel mit einem Partikeldurchmesser D₅₀ von ≤ 6 μm, ≤ 4 μm oder sogar ≤ 2 μm. D₅₀ bedeutet im Sinne dieser Erfindung, dass mindestens 50% der Partikel der Starterschicht kleiner oder gleich dem vorstehenden Partikeldurchmesser sind.

Erfindungsgemäß besonders geeignet sind ferner Partikel mit einem Partikeldurchmesser D₉₀ von ≤ 6 μm, ≤ 4 μm oder sogar ≤ 2,4 μm.

Vorzugsweise sind die Partikel in Form von Flakes mit einer Dicke zwischen 10 nm und 500 nm und einer Kantenlänge zwischen 1 μm und 200 μm, vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 20 μm und 100 μm ausgebildet und weisen eine Kantenlänge zwischen 5 μm und 100 μm, vorzugsweise eine Kantenlänge zwischen 10 μm und 50 μm auf.

Die aufgebrachten Partikel können auch eine Mischung aus Kupfer und Eisen sein. Die Mischung aus Kupfer und Eisen kann in einem Volumenverhältnis von 100 : 1 bis 1 : 100, bevorzugt 95 : 5 besonders bevorzugt 90 : 10 vorliegen.

In einem Alternativen Ausführungsbeispiel ist die Kontaktierungseinheit im Bereich ihrer Öffnung an die Form des zu galvanisierenden Träger bzw. Starterschicht angepasst. Dies ermöglicht eine möglichst gleichmäßige und sichere Ablagerung auf des zu galvanisierenden Trägers bzw. Starterschicht.

Die erfindungsgemäße Kontaktiereinheit bietet die Möglichkeit eines zwei- bzw. mehrseitigen Galvanisierens in einem Arbeitsgang, beispielsweise durch einfaches Durchkontaktieren des Trägers. So kann der zu galvanisierende Träger frei im Galvanobad kontaktiert werden und auf sonst notwendige Hilfsversorgungsbahnen verzichtet werden. Es lassen sich sowohl Kupferfolien in jeder gewünschten Stärke als freie Kupferfolien oder auf dem Trägermaterial angeordnete Kupferfolien als auch Kupferstränge beispielsweise in Form von Flachkabeln herstellen.

Um die Sicherheit weiter zu erhöhen und gegebenenfalls mit höheren Geschwindigkeiten galvanisieren zu können, kann eine Einrichtung, insbesondere mindestens eine Gegendruckwalze aus Polyethylen, Säureresistentem oder Elektrolytresistentem Material vorgesehen sein, um das Trägermaterial und damit das zu galvanisierende Trägermaterial an die jeweilige Öffnung des Gehäuses zu drücken. Dadurch wird ein Ablösen des Trägermaterials gerade bei höheren Geschwindigkeiten und ein damit verbundenes Eindringen von Elektrolyt zwischen dem isolierenden Gehäuse und der Kontaktiereinheit verhindert, was sonst eine ungewünschte Abscheidung von Kupfer an der Kontaktiereinheit zur Folge haben könnte.

Die Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden der elektrisch leitfähigen Schicht auf dem Trägermaterial weist neben der erfindungsgemäßen Kontaktiereinheit ein Elektrolytbad und mindestens eine Anodenanordnung auf.

Um einen optimalen Fluß des Anodenmaterials in Richtung des zu galvanisierenden Trägermaterials zu erreichen, können die Öffnungen in dem Gehäuse der Anodeneinrichtung genau gegenüberliegend angeordnet sein.

Die Anode kann als lösliche Anode beispielsweise in Form eines mit Kupferkugeln gefüllten Korbes ausgeführt sein. Der Einsatz unlöslicher Anoden ist ebenfalls denkbar.

Durch Variation der Stromstärke bzw. der Kontaktzeit des Trägermaterials mit der Kontaktiereinrichtung ist die Schichtdicke einstellbar, so dass auch unterschiedliche Schichtdicken in einem einzigen Arbeitsgang herstellbar sind. So lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Schichtdicken von 1 μm bis 2 mm, vorzugsweise zwischen 2 μm und 17 μm beispielsweise für den Hochfrequenzbereich erzeugen.

Das Galvanisierungssystem weist mindestens eine erfindungsgemäße Galvanisierungsvorrichtung auf und ist ferner mit einer Zuführvorrichtung versehen, die mindestens einer erfindungsgemäßen Galvanisierungsvorrichtung das zu galvanisierende Trägermaterial zuführt, und eine Aufnahmevorrichtung, die das bereits galvanisierte Trägermaterial aufnimmt.

Die in der Vorrichtung angeordnete Kontaktiereinheit kann zur Vereinfachung von Wartungs- und Montagearbeiten verfahrbar in dem Galvanisierungssystem ausgeführt sein, d.h. sie kann in das Galvanobad hinein und aus ihm heraus sowie nach rechts oder links verschiebbar eingebaut sein.

Die Stromversorgung kann innerhalb der Kontaktiereinheit vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, die Stromversorgung als separates Modul außerhalb des Galvanobades vorzusehen.

Es ist auch möglich, mehrere erfindungsgemäße Galvanisierungsvorrichtungen einzusetzen, wobei die Vorrichtungen mit dem gleichen oder einem anderen Elektrolyt und/oder Anodenmaterial betreib bar ist, dadurch lassen sich verschiedene Schichtdicken und auch mehrere Schichtdicken aus unterschiedlichen Materialien übereinander angeordnet erzeugen.

Eine typische Anlage zur Herstellung eines galvanisch beschichteten Trägers umfaßt zwischen 20 und 50 Galvanisiersysteme mit jeweils 10 bis 50 Vorrichtungen. Die Zahl der Systeme bzw. Vorrichtungen kann jedoch je nach Anwendung variieren Aufgrund der modularen Bauweise des erfindungsgemäßen Systems bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine entsprechende Anpassung an den Anwendungsfall sehr einfach zu realisieren.

Eine Verkürzung der Wartungszeit des Galvanisierungssystems lässt sich dadurch erreichen, dass das Galvanisierungssystem bzw. die Vorrichtungen in einem Auffangbehälter angeordnet sind, in den ein in dem Elektrolytbad durch gefilterten Elektrolyt verdrängter Elektrolyt überlaufen kann, so dass in dem Elektrolytbad ein sich selbst regenerierender Elektrolyt gegeben ist.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen mittels des erfindungsgemäßen Galvanisierungssystems galvanisch beschichteten Träger, wobei der Träger am meisten bevorzugt flexibel ist. Solche galvanisch beschichteten Träger können Träger, insbesondere Folien, mit Leiterstrukturen oder vollflächigen Leiterschichten sein. Erfindungsgemäße galvanisch beschichtete Träger mit aufgebrachter Leiterstruktur können Antennen, insbesondere Antennenspulen für den Hochfrequenzbereich (HF), Leiterplatten oder Chipkartenmodule sein.

Auf den erfindungsgemäßen Träger wird galvanisch eine leitfähigen Schicht ausgebildet, indem man auf den Trägermaterial entsprechend der gewünschten Leiterstruktur eine zunächst nicht leitende Starterschicht aufbringt und diese dann in einem weiteren Schritt galvanisch behandelt. Auf die Starterschicht wird mittels galvanischer Abscheidung leitfähiger Materialien eine Schicht mit einer gewünschten Schichtdicke aufgewachsen. Die mittels des erfindungsgemäßen Galvanisierungssystems hergestellte leitfähige Schicht weist eine nicht strukturierte, glatte, gleichmäßig kristalline Oberfläche auf.

Ein besonderer Vorteil ist, dass die erfindungsgemäßen Träger mit aufgebrachter Leiterstruktur eine hohe Oberflächengüte der leitfähigen Schicht aufweisen. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Galvanisiervorrichtung und/oder des erfindungsgemäßen Galvanisierungssystems lassen sich Leiterstrukturen, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von ≥ 1 μm bis ≤ 17 μm, auf einem Träger ausbilden, die eine nicht strukturierte, glatte, gleichmäßig kristalline Oberfläche aufweisen.

Demgegenüber weisen die nach der Offenlegungsschrift DE 102 347 05 hergestellten Träger mit aufgebrachter Leiterstruktur eine wellenförmig strukturierte oder streifenförmig strukturierte äußere Oberfläche der Leiterschicht auf. Derartig strukturierte Oberflächen sind nachteilig, da sich der Oberflächenwiderstand in Abhängigkeit der Strukturierung der Oberfläche jeweils ändert, was beispielsweise bei HF-Antennenspulen zu Verlusten führen kann.

Die erfindungsgemäßen Träger mit aufgebrachter Leiterstruktur weisen eine Schwankung der Schichtdicke der Leiterstruktur von maximal 20%, vorzugsweise maximal 15%, weiter bevorzugt von maximal 10%, noch weiter bevorzugt von maximal 5% und am meisten bevorzugt von maximal 1% auf.

Die Träger können beispielsweise aus einem nicht leitfähigen flexiblen Material sein. Vorzugsweise kann der Träger aus einem flexiblen polymeren Material oder polymeren Material mit Keramikpartikeln sein. Am meisten bevorzugt ist der Träger eine Folie aus nicht leitfähigem Material.

Noch ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Träger mit aufgebrachter Leiterstruktur ist, dass die Leiterstrukturen scharfe, glatte Kanten aufweisen. Beim galvanischen Aufwachsen der Leiterstruktur mittels der erfindungsgemäßen Galvanisiervorrichtung und/oder des erfindungsgemäßen Galvanisierungssystems wachsen die Leiterstrukturen praktisch nicht in die Breite, sondern lediglich in die Höhe, so dass sich eine hohe Konturenschärfe und ein großes Aspektverhältnis realisieren läßt.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Galvanisiervorrichtung im Schnitt;
2 eine schematische Darstellung eines Galvanisierungssystems;
3 einen erfindungsgemäßen Träger mit einer aufgedruckten Starterschicht in Form einer Antennenstruktur.
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Galvanisiervorrichtung 1, mit einer erfindungsgemäßen Kontaktiereinheit in Form einer Kontaktierwalze 2, die in einem mit einem Elektrolyt 3 gefüllten Galvanobad 4 angeordnet ist. Die Kontaktierwalze 2 ist von einem isolierenden Gehäuse 5 umgeben, sodass sie nahezu vollständig von dem Elektrolyt 3 in dem Galvanobad 4 abgeschirmt ist. Das Gehäuse 5 weist eine spaltförmige Öffnung 6 auf, die den Kontakt/Kontaktbereich zwischen der Kontaktierwalze 2 und einem zu kontaktierenden Träger 7 bildet. Der Träger 7 ist in der Form einer Endlosfolie ausgebildet und ist durch die Öffnung 6 mit der Kontaktierwalze 2 in Berührung. Der Träger 7 ist bereichsweise mit einer sogenannten Starterschicht 8 aus nicht leitenden Kupferpartikeln bedruckt, die eine Antennenstruktur bildet (siehe auch 3).
Bei kathodischer Schaltung der Kontaktierwalze 2 kann sich ein von einer unterhalb der Kontaktierwalze 2 angeordneten Anode 9 abgegebene positiv geladenes Anodenmaterial 10 an den mit der Starterschicht 8 versehenen Bereichen des Trägers 7 anlagern. Die Öffnung 6 ist der Anode 9 genau gegenüberliegend angeordnet, um einen möglichst homogenen Materialfluss und damit eine homogene Ablagerung des Anodenmaterials 10 an den zu galvanisierenden Bereichen des Trägers 7 zu erreichen. Zwischen dem Träger 7 und der Anode 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Gegendruckwalze 11 aus Polyethylen vorgesehen, die den Träger 7 an die Öffnung 6 presst.
Wird die Kontaktierwalze 2 von einer hier nicht dargestellten Stromversorgung kathodisch beaufschlagt, wird die Oberfläche des Trägers 7 derart gepolt, dass sich in dem Elektrolyt 3 befindliches Anodenmaterial 10 an der Starterschicht 8 des Trägers 7 anlagert, so dass eine leitfähige homogene Kupferschicht auf dem Träger 7 entsteht. Von den Anoden 9 gehen gleichzeitig Metallionen in den Elektrolyt 3 über. Die an dem Träger 7 angeordnete Starterschicht 8 ist zunächst nicht leitfähig. Erst bei Beaufschlagung der Starterschicht 8 mit einem Strom von der Kontaktierwalze 2 innerhalb des Galvanobades 4 werden die Partikel der Starterschicht 8 leitfähig. Da im Randbereich der Korngrenzen der einzelnen Partikel der Stromfluß größer ist, erfolgt bei Strombeaufschlagung einzelner Partikel ein sogenannter „Dominoeffekt", so daß auch von der Kontaktierwalze 2 nicht direkt berührte Partikel bereits vor Erreichen der Kontaktierwalze 2 mit Strom beaufschlagt sind, so dass sich bereits vor dem Berührungspunkt von Starterschicht 8 und Kontaktierwalze 2 Metallionen aus dem Elektrolyt 3 an der Starterschicht 8 ablagern können. Eine Folge davon ist, dass der Bereich unmittelbar vor dem Kontaktpunkt von der Kontaktierwalze 2 und dem Träger 7 ein sogenannter abgemagerter Elektrolyt 3 entsteht, wodurch die Gefahr möglicher unerwünschter Ablagerungen von Metallionen an der Kontaktierwalze 2 verringert wird.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Galvanisiervorrichtung 12, in der beispielhaft 20 Kontaktierwalzen 2 zwischen den einzelnen Anoden 9 angeordnet sind. Der zu galvanisierende Träger 7 wird über eine nicht dargestellte Zuführeinrichtung dem Galvanobad 4 zugeführt und parallel zu den Anodenanordnungen 9 an den jeweiligen Vorrichtungen 12 vorbeigeführt, wobei der Träger 7 gleichzeitig mittels der Gegendruckwalzen 11 an die Kontaktbereiche der Kontaktierwalzen 2 gedrückt werden. Im unteren Bereich des Galvanobades 4 sind in diesem Ausführungsbeispiel Umlenkrollen 13 vorgesehen, um eine möglichst schnelle, gleichmäßige und störungsfreie Durchführung des Trägers 7 durch das Galvanobad 4 zu gewährleisten.
Die 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Träger 7, der mit einer Starterschicht 8 in Form einer Antenne versehen ist. Der Träger 7 ist zur Generierung von Kupferschichten 14 sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite des Trägers 7 mit Schlitzen 15 versehen, die bei dem Bedrucken des Trägers mit einer Starterschicht 8 eine so genannte Durchkontaktierung bilden. Oberhalb der Starerschicht 8 ist jeweils eine galvanisch abgeschiedene Kupferschicht 14 ausgebildet.

Claims

Eine Kontaktiereinheit (2) zum Einsatz bei der galvanischen Abscheidung einer leitfähigen Schicht auf einem Träger (7), die als Kathode und/oder als Anode schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktiereinheit (2) von einem isolierenden Gehäuse (5) umgeben ist, welches mindestens eine Öffnung (6) aufweist, um einen Kontakt/Kontaktbereicht zwischen der Kontaktiereinheit (2) und dem zu kontaktierenden Träger (7) zu schaffen, wobei die Kontaktierung des Trägers (7) innerhalb eines Galvanobades (4) im Bereich der Öffnung (6) erfolgt und der übrige Teil der Kontaktiereinheit (2) mittels des isolierenden Gehäuses (5) von einem Elektrolyt (3) in dem Galvanobad (4) im wesentlichen abgeschirmt ist.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (6) spaltförmig, insbesondere in Form eines Langloches ausgeführt ist.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (6) eine Breite zwischen 1 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 3 mm aufweist.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Randbereichen der Öffnung (6) Dichtungen, insbesondere Dichtungslippen vorgesehen sind.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (5) ein Überdruck einstellbar ist.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) eine die Kontaktiereinheit (2) im wesentlichen umschließende, zum Elektrolyt (3) hin abgedichtete Kammer aufweist, durch die eine Flüssigkeit, insbesondere verdünnte Schwefelsäure durchführbar ist.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Walze ausgeführt ist.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Pulsverfahren betreibbar ist.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Träger (7) eine zum galvanisieren geeignete Starterschicht (8) angeordnet ist, auf die elektrisch leitfähiges Material (14) galvanisch abgeschieden wird.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Starterschicht (8) aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer, Eisen, Nickel, Gold, Silber, Aluminium, Messing oder einer Legierung, aus Graphit oder aus leitfähigen Polymärpartikeln besteht.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Starterschicht (8) in Form von Partikeln auf den Träger (7) aufgebracht ist.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel eine Partikelgröße von zwischen 5 nm und 500 μm, bevorzugt 20 nm und 250 μm, weiter bevorzugt zwischen 50 nm und 100 μm, weiter bevorzugt zwischen 70 nm und 100 μm und besonders bevorzugt zwischen 100 nm und 500 nm aufweisen.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel in Form von Flakes mit einer Dicke zwischen 10 nm und 500 nm und einer Kantenlänge zwischen 1 μm und 200 μm, vorzugsweise zwischen 10 μm und 100 μm vorliegen.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus einer Mischung aus Kupfer und Eisen besteht.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Kupfer und Eisen in einem Volumenverhältnis von 100 : 1 bis 1 : 100, vorzugsweise von 95 : 5 und bevorzugt von 90 : 10 vorliegt.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (6) an die Form des zu galvanisierenden Trägers (7) bzw. der Starterschicht (8) angepasst ist.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (7) aus einem nichtleitfähigen Material besteht und bevorzugt eine nichtleitfähige Endlosfolie ist.
Eine Kontaktiereinheit (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung, insbesondere eine Gegendruckerwalze (11) aus Polyethylen, aus säureresistentem oder elektrolytresistentem Material aufweist, um den zu galvanisierenden Träger (7) bzw. die Starterschicht (8) an die Öffnung (6) des Gehäuses (5) zu drücken.
Eine Vorrichtung (1) zum galvanischen Abscheiden einer elektrisch leitfähigen Schicht (14) auf einem Träger (7), an dem zumindest bereichsweise eine zur Galvanisierung geeignete Starterschicht (8) angeordnet ist, mit einem Galvanotbad (4) und mindestens einer Kontaktiereinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
Eine Vorrichtung (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Öffnung (6) des Gehäuses (5) jeweils mindestens einer Anode (9) gegenüberliegend angeordnet ist.
Eine Vorrichtung (1) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anode (9) eine lösliche Anode oder eine unlösliche Anode ist.
Eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr vollständig im Elektrolyt (3) freistehende Strukturen, insbesondere vollflächige Strukturen, Leiterstrukturen und offene Gitterstrukturen herstellbar bzw. galvanisierbar sind.
Eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Strukturen über die Stromstärke und die Kontaktierzeit, in der die Kontaktiereinheit (2) und der zu kontaktierende Träger (7) in Berührung sind, einstellbar ist.
Eine Vorrichtung (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass Schichtdicken zwischen 1 μm und 200 μm, vorzugsweise zwischen 1 μm und 17 μm erzeugbar sind.
Ein Galvanisierungssystem (13) mit mindestens einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 24, mit mindestens einer Zuführvorrichtung, die mindestens einer Vorrichtung (1) den Träger (7) zuführt und mindestens einer Aufnahmevorrichtung, die den Träger (7) aufnimmt.
Ein Galvanisierungssystem (13) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei Vorrichtungen (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 24 aufweist, wobei die Vorrichtungen (1) jeweils mit dem gleichen oder einem anderen Elektrolyt (3) und/oder Anodenmaterial betreibbar ist.
Ein Galvanisierungssystem (13) nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vorrichtung (1) in einem Auffangbehälter angeordnet ist, in den ein in dem Galvanobad (4) durch gefilterten Elektrolyt verdrängter Elektrolyt überlaufen kann, so dass in dem Galvanobad (4) ein sich selbst regenerierender Elektrolyt gegeben ist.
Ein galvanisch beschichteter Träger (7) mit einer aufgebrachten leitfähigen Struktur, herstellbar mittels einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 24 und/oder einem Galvanisierungssystem (13) nach Anspruch 25 bis 27, wobei unmittelbar auf dem Träger (7) die Leiterstruktur galvanisch unter Ausbildung einer leitfähigen Schicht (14) ausgebildet ist, indem man auf den Träger (7) entsprechend der Leiterstruktur eine zunächst nicht leitende Starterschichtstruktur (8) aufbringt und diese dann in einem weiteren Schritt galvanisch behandelt, wodurch die Starterschicht (8) leitfähig wird und mittels galvanischer Abscheidung leitfähiger Materialien zur gewünschten Schichtdicke aufwächst, wobei diese leitfähige aufgewachsene Schicht (14) eine nicht strukturierte, glatte, gleichmäßig kristalline Oberfläche aufweist.
Ein galvanisch beschichteter Träger (7) mit aufgebrachter leitfähiger Struktur nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der leitfähigen Struktur (14) auf dem Träger ≥ 1 μm bis ≤ 17 μm ausmacht.
Ein galvanisch beschichteter Träger (7) mit aufgebrachter leitfähiger Struktur nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankung der Schichtdicke der Leiterstruktur maximal 20%, vorzugsweise maximal 15%, weiter bevorzugt maximal 10%, noch weiter bevorzugt maximal 5% und am meisten bevorzugt maximal 1 % ausmacht.
Ein galvanisch beschichteter Träger (7) mit aufgebrachter leitfähiger Struktur nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstrukturen scharfe, glatte Kanten aufweisen.