DE102005034895B3

DE102005034895B3 - Verfahren zum Aufbringen von Leiterbahnen auf Kunststoffbauteilen, insbesondere transparenten Kunststoffbauteilen

Info

Publication number: DE102005034895B3
Application number: DE200510034895
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Wulf; Matthias Waibel; Rudolf Muttenhammer; Marie-Anne Billon
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-07-27

Abstract

Verfahren zum Aufbringen von Leiterbahnen auf Kunststoffbauteilen, insbesondere transparenten Kunststoffbauteilen, wobei: DOLLAR A a) eine Kratzfest-Lackschicht (3) auf das Kunststoffbauteil (1) aufgetragen wird, DOLLAR A b) die Kratzfest-Lackschicht (3) teilausgehärtet wird, DOLLAR A c) zumindest eine Leiterbahn (2) auf die teilausgehärtete Kratzfest-Lackschicht (3) aufgetragen wird und DOLLAR A d) das Kunststoffbauteil (1), die teilausgehärtete Kratzfest-Lackschicht (3) und die zumindest eine Leiterbahn (2) einem Härteschritt zur vollständigen Aushärtung der Kratzfest-Lackschicht (3) und der Leiterbahnen (2) ausgesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Leiterbahnen auf Kunststoffbauteilen, insbesondere transparenten Kunststoffbauteilen zur Bildung von beispielsweise beheizbaren Scheibenflächen für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 101 47 537 A1 ist es bekannt, zur Herstellung einer Kunststoffscheibe mit eingebetteten elektrischen Leitern zunächst die elektrischen Leiter auf eine Oberfläche einer Kunststofffolie aufzubringen, wobei in einem späteren Verfahrensschritt die Kunststofffolie mit einer die Scheibe bildenden Kunststoffschicht zusammengefügt wird. Die metallischen Leiter sind beispielsweise Drähte, welche auf der Oberfläche der Kunststofffolie angeordnet werden. Im Ergebnis entsteht ein Scheibenkörper mit eingebetteten Heizdrähten. Nachteil dieses Verfahrens ist es, dass ein mehrschichtiger zu fügender Scheibenaufbau erforderlich ist, der gegebenenfalls zu unerwünschten Lichtbrechungen an der Grenze der den Scheibenkörper bildenden Schichten führt.

Aus der DE 100 38 768 ist ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Leiterbahnen auf Glasscheiben bekannt, wobei die Leiterbahnen durch Siebdruck einer elektrisch leitfähigen Ein brennpaste auf eine Oberfläche einer Glasscheibe aufgetragen und anschließend eingebrannt werden. Es wird eine Einbrennpaste mit einem Mindestgehalt an Silber von 82 % und einer maximalen Korngröße von 20 μm vorgeschlagen. Dies ermöglicht eine kleinste Breite der Leiterbahnen von weniger als 0,3 mm.

Aus der DE 695 11 714 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugfensters bekannt, wobei auf eine transparente erste Kunststoffschicht ein Heizgitter aus Leiterbahnen, beispielsweise im Siebdruckverfahren aufgebracht wird und die erste Schicht zusammen mit dem Heizgitter im Spritzgussverfahren von einer zweiten Kunststoffschicht überdeckt wird. Im Ergebnis ist das Heizgitter zwischen zwei Kunststoffschichten angeordnet. Derartiger Aufbau ist ebenfalls mehrschichtig und kann somit zu unerwünschten Lichtbrechungen führen.

Aus der DE 35 45 989 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Leiterplatte bekannt, beidem auf mehrere vorgetränkte Grundplatten eine elektrisch leitfähige Paste aufgedruckt wird, anschließend die Paste und die Grundplatten getrocknet, aufeinander gestapelt und bei einer Temperatur von 170°C zusammengepresst und damit gehärtet werden. Dieser Stand der Technik befasst sich nicht mit einer Leiterbahnerzeugung auf transparenten Kunststoffteilen.

Aus der DE 11 82 319 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines Leitungsmusters auf eine Kunststoffträgerplatte bekannt, bei dem eine Metallfolie mittels einer hitzehärtbaren, noch nicht ausgehärteten Klebstoffschicht auf eine hitzehärtbare, noch nicht ausgehärtete Grundplatte geklebt wird. Weiterhin wird die Metallfolie bis auf das stehenbleibende Leitungsmuster fortgeätzt und der entstandene Verbundkörper bei einer die Härtung des Klebstoffes und des Grundplattenwerkstoffes bewirkenden Temperatur zusammengepresst.

Aus der DE 196 28 966 C1 geht ein Verfahren zum Applizieren einer Lackfolie auf dreidimensionalen Flächen hervor. Es wird eine strahlungshärtbare Lackschicht der Lackfolie vor dem Aufbringen auf ein Substrat klebefrei teilgehärtet und nach dem Aufbringen mittels elektromagnetischen Strahlung endgehärtet. Ein Applizieren von Leiterbahnen auf einen Substrat wird nicht behandelt.

Weiterhin ist der Anmelderin ein derzeit üblicherweise praktiziertes Verfahren zum Aufbringen von Leiterbahnen auf Kunststoffbauteilen bekannt, wie es in 2 dargestellt ist. Ein transparentes Kunststoffbauteil 1 wird gemäß einer Variante A mit einem Leiterbahnmuster, bestehend aus einer Mehrzahl von Leiterbahnen 2, bedruckt. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird eine Oberseite des transparenten Kunststoffbauteils 1, welche mit den Leiterbahnen 2 versehen wurde, mit einer Kratzfest-Lackschicht 3 versehen, die beispielsweise durch eine Sprüheinrichtung 4 aufgetragen wird. Der aufgetragene Kratzfest-Lack 3 umgibt dabei die Leiterbahnen 2 und gelangt in den Zwischenräumen zwischen den Leiterbahnen 2 mit dem transparenten Kunststoffbauteil 1 in Berührung und bedeckt dieses. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird das transparente Kunststoffbauteil 1 mit den in die Kratzfest-Lackschicht 3 eingebetteten Leiterbahnen 2 einer Wärmebehandlung, z. B. einer Härtung unterworfen, die für eine vollständige Aushärtung der Kratzfest-Lackschicht 3 sorgt. Die Härtung bzw. die Wärmebehandlung ist in 2 schematisch durch Wellenlinien 5 angedeutet. Nach der Härtung liegt das fertige Bauteil 1 vor, bei dem die Leiterbahnen 2 auf dem transparenten Kunststoffbauteil 1 angeordnet sind und in dem ausgehärteten Kratzfest-Lack 3' eingebettet sind. Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, dass die die Leiterbahnen 2 aufweisende Oberseite des fertigen Bauteiles eine wellenförmige Oberfläche besitzt, was optische Verzerrungen, z. B. Lichtbrechungen oder dergleichen verursachen kann. Ein nach diesem Verfahren hergestelltes Bauteil ist zur Verwendung beispielsweise einer heizbaren Windschutzscheibe, einer heizbaren Heckscheibe oder ei ner heizbaren Streuscheibe für einen Scheinwerfer weniger geeignet.

Gemäß einer bekannten Variante B wird in einem ersten Verfahrensschritt zunächst die Kratzfest-Lackschicht 3 mittels der Sprüheinrichtung 4 aufgetragen. Nachfolgend wird die Kratzfest-Lackschicht 3 mittels einer Härtung oder Wärmebehandlung, die wiederum mit den Wellenlinien 5 schematisch dargestellt ist, vollständig ausgehärtet. Nach der Aushärtung werden die Leiterbahnen 2 auf die ausgehärtete Kratzfest-Lackschicht 3' aufgetragen. Diese Leiterbahnen 2 müssen in einem weiteren Härteschritt mittels einer weiteren Wärmebehandlung auf der Kratzfest-Lackschicht 3' ausgehärtet werden. Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, dass zum einen zwei Härteschritte, d. h. zwei Wärmebehandlungsschritte erforderlich sind, was die Herstellung eines transparenten Kunststoffbauteiles mit Leiterbahnen teuer macht. Zum anderen ist von Nachteil, dass beim Fertigprodukt die Leiterbahnen frei liegen, d. h. nicht eingebettet sind und somit durch mechanische Berührung im Gebrauch leicht zerstört werden können und die Heizungsfunktion gefährdet ist. Weiterhin besitzen die Leiterbahnen 2 eine ungenügende Haftung auf der Kratzfest-Lackschicht 3'.

Sowohl in der Verfahrensvariante A wie auch in der Verfahrensvariante B ist es gängig, optional das fertige Bauteil mit einer Plasmaschicht zur Schlussveredelung der Oberfläche zu versehen. Dies erfolgt optional und ist für die Funktion des Bauteiles nicht zwingend erforderlich.

Gemäß einer Variante B' des Herstellverfahrens aus dem Stand der Technik wird es praktiziert, auf die ausgehärtete Kratzfest-Lackschicht 3' eine Plasmaschicht 6 aufzutragen und nachfolgend auf die Plasmaschicht 6 die Leiterbahnen 2 aufzudrucken. Auch bei diesem Verfahren ist von Nachteil, dass das fertige Produkt "freiliegende" Leiterbahnen aufweist, welche anfällig für mechanische Beanspruchung sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufbringen von Leiterbahnen auf Kunststoffbauteilen, insbesondere transparenten Kunststoffbauteilen anzugeben, welches zum einen kostengünstig durchführbar ist und ein mit Leiterbahnen versehenes Kunststoffbauteil hervorbringt, welches widerstandsfähig gegen mechanische Beanspruchung ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die optischen Eigenschaften des transparenten Kunststoffbauteiles, welches mit Leiterbahnen versehen ist, zu verbessern, d. h. Reflexionen oder unerwünschte Lichtbrechungen zu minimieren oder ganz zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der 1 beschrieben. Es zeigen:
1: schematisch einen Verfahrensablauf gemäß der Erfin- dung;
2: schematisch eine Verfahrensvariante A und eine Verfahrensvariante B bzw. B' gemäß dem Stand der Technik.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es mit sehr gutem Ergebnis möglich ist, Leiterbahnen 2 auf eine Kratzfest-Lackschicht 3 vor der endgültigen Aushärtung der Kratzfest-Lackschicht 3 aufzubringen. Hierzu reicht es bereits aus, dass die Kratzfest-Lackschicht 3 teilausgehärtet, z. B. staubtrocken abgelüftet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht somit ebenfalls von einem Kunststoffbauteil 1 aus, welches in einem ersten Verfahrensschritt I mit einer Kratzfest-Lackschicht 3 versehen wird. Die Kratzfest-Lackschicht 3 wird nach ihrem Auftrag teilausgehärtet, bis sie z. B. staubtrocken ist. Erfindungsgemäß werden die Leiterbahnen 2 mittels üblicher Auftragstechniken, z. B. Drucktechniken oder insbesondere einem Auftragsverfahren nach Art eines Tintenstrahl-Druckverfahrens auf die teilausgehärtete Kratzfest-Lackschicht 3 aufgetragen. Nach dem Auftrag der Leiterbahnen 2 befindet sich somit das Bauteil in einem Zwischenzustand, in dem die Kratzfest-Lackschicht 3 teilausgehärtet ist und die Leiterbahnen 2 in nicht ausgehärtetem Zustand auf der teilausgehärteten Kratzfest-Lackschicht 3 angeordnet sind. In diesem Zwischenzustand (II) wird das Bauteil einer Härtung unterzogen (III). Als Härteverfahren kommen thermische Härteverfahren oder Strahlungshärteverfahren, wie z. B. eine Härtung mit UV-Licht in Frage. Die Härtung ist in 1 durch die Wellenlinien 5 schematisch veranschaulicht. Während der Härtung, welche beim erfindungsgemäßen Herstellverfahren der einzige Härtungsschritt ist, werden sowohl die Kratzfest-Lackschicht 3 als auch die Leiterbahnen 2 zugleich vollständig ausgehärtet. Hierbei ist beobachtet worden, dass die Kratzfest-Lackschicht 3 sich lokal im Bereich der Leiterbahnen 2, insbesondere im Randbereich der Leiterbahnen 2 noch etwas verformt, was zu einer teilweisen Einbettung der Leiterbahnen 2 in der ausgehärteten Kratzfest-Lackschicht 3' führt. Nach der vollständigen Aushärtung liegt somit ein Bauteil vor, welches gegenüber entsprechenden Bauteilen, die nach den Verfahren gemäß dem Stand der Technik hergestellt wurden, eine wesentlich ebenere Oberseite besitzen, so dass die optischen Verzerrungen und/oder Reflexionen deutlich vermindert oder vermieden sind. Weiterhin gelingt es, durch die teilweise Einbettung der Leiterbahnen 2, diese gegen mechanische Beanspruchung im Gebrauch des fertigen Bauteiles ausreichend widerstandsfähig zu gestalten. Ein weiterer Vorteil ist, dass während des Härtevorganges eine besonders innige Verbindung zwischen den Leiterbahnen 2 und der Kratzfest-Lackschicht 3 entsteht, so dass die Leiterbahnen 2 besonders widerstandsfähig mit der Kratzfest-Lackschicht 3, d. h. unter Erreichung einer hohen Haftungsverbesserung verbunden sind.
Nach der Aushärtung kann zur weiteren Verbesserung der Oberflächenwiderstandsfähigkeit, z. B. zur weitern Verbesserung der Kratzfestigkeit optional eine Plasmabeschichtung 6 aufgetragen werden (Schritt IV).
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für das Aufbringen von Leiterbahnen auf transparenten Kunststoffteilen, z. B. Polycarbonatteilen, die als Kunststoffscheiben, z. B. Kunststoff-Fahrzeugscheiben oder Kunststoff-Streuscheiben von Fahrzeugscheinwerfern zunehmend Verwendung finden. Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform ist es selbstverständlich möglich, vor dem Auftrag der Kratzfest-Lackschicht 3 beispielsweise eine dünne Metallschicht auf das transparente Kunststoffbauteil 1 aufzudampfen (vor dem Schritt I gemäß 1). Das bedampfte transparente Kunststoffbauteil 1 wird dann den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten I bis III und gegebenenfalls IV unterzogen. Somit ist es in einfacher Art und Weise auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von z. B. Kunststoffspiegelgläsern anzuwenden.
Durch das Aufbringen der die Leiterbahnen 2 bildenden Leiterpaste auf das Kratzfest-Lacksystem 3 während des Beschichtungsprozesses werden die Nachteile des Standes der Technik ausgeschlossen. Der Zeitpunkt der Applikation ist nach dem Ablüften, d. h. dem Erreichen eines teilausgehärteten Zustandes des Kratzfest-Lackes 3 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt liegt der Decklack annähernd staubtrocken vor und die Leiterpaste kann mittels Druck-, Spritz- oder Sprüh- oder ähnlichen Verfahren auf die noch nicht gehärtete Lackschicht 3 aufgebracht werden. Danach wird das Bauteil in den Härteofen eingebracht und das Gesamtsystem kann auf das Temperaturniveau des Decklackeinbrennfensters, d. h. auf einem Temperaturniveau oder mit einem Temperaturverlauf, der bzw. das zur Härtung des Kratzfest-Lackes erforderlich ist, gehärtet werden. Durch das Auftragen einer Plasmaschicht 6, d. h. einer gesonderten Hartstoffschicht kann die Oberflächengüte bzw. die mechanische Widerstandsfähigkeit der Oberfläche weiter verbessert werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Bauteil herstellbar, welches eine hohe Medienbeständigkeit und eine hohe Abriebfestigkeit der Leiterbahnen aufweist. Weiterhin ist gegenüber dem Stand der Technik nur ein einziger Härtungsvorgang erforderlich. Die optischen Eigenschaften, insbesondere bei gewölbten Bauteilen der Effekt, dass im sphärischen Randbereich Verlaufsstörungen des Kratzfest-Lackes durch Abströmeffekte an den gedruckten Leiterbahnen auftreten, ist vermindert und/oder ausgeschlossen.

1: transparentes Kunststoffbauteil
2: Leiterbahnen
3: Kratzfest-Lackschicht
3': ausgehärtete Kratzfest-Lackschicht
4: Sprüheinrichtung
5: Wellenlinien
6: Plasmaschicht

Claims

Verfahren zum Aufbringen von Leiterbahnen auf Kunststoffbauteilen, insbesondere transparenten Kunststoffbauteilen, wobei: a) eine Kratzfest-Lackschicht (3) auf das Kunststoffbauteil (1) aufgetragen wird, b) die Kratzfest-Lackschicht (3) teilausgehärtet wird, c) zumindest eine Leiterbahn (2) auf die teilausgehärtete Kratzfest-Lackschicht (3) aufgetragen wird und d) das Kunststoffbauteil (1), die teilausgehärtete Kratzfest-Lackschicht (3) und die zumindest eine Leiterbahn (2) einem Härteschritt zur vollständigen Aushärtung der Kratzfest-Lackschicht (3) und der Leiterbahnen (2) ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Härtung eine Plasmaschicht (6) die Leiterbahnen (2) und die ausgehärtete Kratzfest-Lackschicht (3') abdeckend aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtung mittels UV-Strahlung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtung als thermische Härtung ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als transparentes Kunststoffbauteil (1) Bauteile aus Polycarbonaten verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag der Leiterbahnen (2) auf die teilausgehärtete Kratzfest-Lackschicht (3) mittels Druck-, Spritz- oder Sprüh-Verfahren erfolgt, insbesondere durch ein Druckverfahren nach Art eines Tintenstrahl-Druckverfahrens.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtung in einem Härteofen auf einem Temperaturniveau erfolgt, welches im Decklackeinbrennfenster liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auftrag der Kratzfest-Lackschicht (3) auf dem Kunststoffbauteil (1) eine reflektierende metallische Schicht aufgebracht wird, so dass ein Kunststoffspiegelglas herstellbar ist.