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Die
Erfindung betrifft Verfahren, Schablonen und deren Verwendung zur
Herstellung mäanderförmig angeordneter
Schichten auf Substraten.
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Mäanderförmig angeordnete
Schichten werden insbesondere vorteilhafterweise als Heizelemente
auf Substrate aufgebracht. Eine Anwendung sind dabei unter anderem
beheizbare Spiegel. Bekannte beheizbare Spiegel besitzen auf ihrer
Rückseite
dazu wenigstens ein Heizelement.
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Durch
die Druckschrift
DE
81 25 452 U1 (Beheizbarer Rückblickspiegel) ist ein beheizbarer
Rückblickspiegel
bekannt, der ein Wärmeverteilerblech und
PTC-Widerstandsheizkörper
auf der Rückseite besitzt.
Das Wärmeverteilerblech
ist eine Kupferfolie, auf der die Widerstandsheizkörper und
Kontaktsteckfahnen aufgelötet
sind. Die Befestigung des Wärmeverteilerbleches
auf dem Spiegelglas erfolgt über
einen Kleber. Das Aufbringen der Kupferfolie und nachfolgend der
Widerstandsheizkörper
und der Kontaktsteckfahnen ist sehr aufwändig. Besonders an den Kleber
werden hohe Anforderungen hinsichtlich der Temperaturbelastung und
der mechanischen Festigkeit gestellt. Die Kupferoberfläche muss
weiterhin mit einer Schutzschicht versehen werden.
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Eine
Spiegelheizung mit mehreren Schichten ist durch die Druckschrift
DE 197 11 522 A1 (Widerstands-Heizvorrichtung
für flächige Objekte,
insbesondere für
Spiegel) bekannt. Es wird ein Mehrschichtaufbau beschrieben, wobei
die isolierenden Schichten durch doppelseitige Kleberbänder realisiert
sind. Das flächige
Aufbringen dieser Schichten ist dadurch sehr aufwändig. Die
erzielbaren Temperaturen sind durch die Verwendung von Kleberbändern sehr
eingeschränkt.
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Die
Druckschrift
DE 195
05 206 C2 (Elektrodenanordnung für eine elektrische Flächenheizung, insbesondere
Spiegelheizung) beinhaltet eine Elektrodenanordnung mit zwei Hauptelektroden
und mehreren Teilelektroden, wobei die Flächenheizung eine die Elektrodenanordnung
kontaktgebend überdeckende
Heizpastenschicht ist. Zur Realisierung dieser Flächenheizung
muss neben den Elektroden auch die Heizpastenschicht auf den Elektroden
aufgebracht werden.
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Der
in den Patentansprüchen
1, 9 und 11 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mäanderförmig angeordnete
Schichten einfach und ökonomisch
günstig
auf Substrate aufzubringen.
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Diese
Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1, 9 und 11 aufgeführten Merkmalen
gelöst.
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Die
Verfahren und Schablonen zur Herstellung mäanderförmig angeordneter Schichten
auf Substraten zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die
Schichten einfach und gleichzeitig ökonomisch günstig herstellbar sind.
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Die
Mäanderform
ist abwechselnd aus Bereichen einer Z-Form und einer dazu gespiegelten Z-Form
ausgebildet. Dazu werden vorteilhafterweise in sich stabile Schablonen
verwendet. Eine Schablone besitzt Öffnungen in der Z-Form, während die zweite
Schablone Öffnungen
der gespiegelten Z-Form aufweist. Dabei sind mit dem Randbereich der
Schablonen verbundene Stege vorhanden, so dass Zungen vermieden
werden.
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Zur
Erhöhung
der Schichtdicke können
mehrere Teilschichten aufgebracht werden, die eine mäanderförmig angeordnete
Schicht darstellen. Dabei wird vorteilhafterweise die Flächengeometrie
nicht geändert.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis
8 und 10 angegeben.
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Vorteilhafterweise
können
nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 auch mehrere derartige
Mäanderformen
aufgebracht werden. Die dafür notwendigen
Schablonen besitzen wiederum nur Stege, die miteinander und mit
dem Randbereich der Schablone verbunden sind, wobei wiederum einzeln stehende
Zungen nicht notwendig sind.
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Mit
den Schablonen können
nach den Weiterbildungen der Patentansprüche 3 und 4 mäanderförmig angeordnete
Schichten entweder als eine elektrische Widerstandsschicht oder
als eine elektrische Leiterschicht auf dem Substrat aufgebracht werden.
Dadurch sind die vielfältigsten
Anwendungsmöglichkeiten
der Schablonen gegeben. Die Widerstandsschicht kann vorteilhafterweise
als Heizelement genutzt werden.
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Die
mäanderförmig angeordnete
Schicht als eine elektrische Widerstandsschicht wird nach der Weiterbildung
des Patentanspruchs 5 auf einem Träger für wenigstens einen Sensor als
Substrat so aufgebracht, dass ein elektrisch beheizbarer Sensor
realisierbar ist. Mehrere erste und zweite Schablonen als Bestandteile
von Gesamtschablonen führen
dazu, dass auch ein Körper
mit mehreren Trägern
vor dem Vereinzeln mit den Mäanderformen
versehen werden kann. Dadurch kann auch ein Nutzen mit einer Mehrzahl
von Trägern
leicht mit jeweils einem elektrischen Heizelement versehen werden.
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Die
mäanderförmig angeordnete
Schicht als eine elektrische Widerstandsschicht wird nach der Weiterbildung
des Patentanspruchs 6 auf einem Spiegelglas als Substrat so aufgebracht,
dass ein elektrisch beheizbares Spiegelglas vorhanden ist. Die mäanderförmigen Widerstandsschichten
von beheizbaren Spiegelgläsern
zeichnen sich insbesondere durch ihre einfache Realisierung bei
gleichzeitig ökonomisch
günstiger
Herstellung aus. Dazu befindet sich auf der Rückseite des Spiegelglases wenigstens
bereichsweise mindestens eine aufgedampfte Schicht eines elektrisch
leitfähigen
Materials als elektrisches Widerstandsheizelement in einer Mäanderform.
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Natürlich kann
auch die Schichtdicke der Schicht durch mehrmaliges Beschichten
leicht erhöht werden,
wobei die Flächengeometrie
nicht geändert wird.
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Die
mäanderförmig angeordnete
Schicht wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 als eine
elektrische Leiterschicht auf einem Substrat so aufgebracht, dass
die mäanderförmig aufgebrachte
Schicht eine Antenne ist. Die Antenne ist eine Vorrichtung zum Senden
oder Empfangen elektromagnetischer Wellen. Dazu wird die leitungsgeführte Energie
des Senders in Strahlungsenergie oder die Strahlungsenergie in leitungsgeführte Energie
für den
Empfänger
umgewandelt.
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Die
mäanderförmig angeordnete
Schicht wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 vorteilhafterweise
durch Vakuumbeschichtung auf das Substrat aufgebracht. Vorzugsweise
wird dazu das bekannte Verfahren des Bedampfens als ein Vakuumbeschichtungsverfahren
aus der Gasphase genutzt. Der Bedampfungsvorgang besteht im wesentlichen
aus der Verdampfung des Materials durch dessen Erhitzen, dem Transport
der Dampfteilchen von dem Verdampfer zum Substrat und der Kondensation der
Dampfteilchen auf dem Substrat ohne merklichen Restgaseinbau. Das
Bedampfen zeichnet sich dabei durch eine hohe Produktivität und eine
geringe thermische Belastung des Substrates aus. Das Erhitzen des
Materials erfolgt bekannterweise durch eine induktive Erwärmung als
indirektes Beheizen mit einem tiegelförmigen Heizer oder durch eine
Widerstandsheizung als direkte oder indirekte Heizung des Materials
mit Draht-, Band-, Stab- oder Blockheizer oder tiegelförmigen Heizer.
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Zur
Erhöhung
der Schichtdicke der aufgedampften Schicht können mehrere Verdampfer in
einer evakuierbaren Bearbeitungskammer platziert werden und/oder
der Vorgang des Bedampfens erfolgt mehrmals, wobei die Flächengeometrie
nicht geändert
wird. Die als aufgedampfte Schicht bezeichnete Schicht kann damit
zur Erhöhung
der Schichtdicke durch einmaliges oder mehrmaliges Bedampfen erzeugt
werden.
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Die
Schablonen bestehen nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9
aus einem ferromagnetischen oder einem magnetischen Stoff. Dadurch können die
Schablonen einfach lösbar
auf dem Substrat befestigt werden, wobei sich das Substrat auf einem
Körper
aus einem magnetischen Stoff oder einem Körper mit einem Elektromagneten
befindet. Dabei wird auch weitestgehend sichergestellt, dass zwischen
Schablone und Substrat kein Abstand vorhanden ist, so dass konturscharfe
Geometrien auf dem Substrat abgeschieden werden können.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt
und werden im folgenden näher
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 Schablonen
zur Herstellung mäanderförmig angeordneter
Schichten einzeln und übereinander
angeordnet,
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2 ein
Substrat mit einer Schicht in einer Seitenansicht im Schnitt und
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3 ein
Substrat mit einer Schicht in einer Seitenansicht im Schnitt.
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In
einem ersten Ausführungsbeispiel
werden zur Herstellung von mäanderförmig angeordneten Schichten
als Widerstandsschichten von elektrisch beheizbaren Spiegelgläsern als
Substrate 1 auf der Oberfläche der Rückseite des Spiegelglases eine erste
Schicht aus mehreren beabstandet angeordneten ersten Bereichen in
einer Z-Form über
eine erste Schablone 2 und eine zweite Schicht aus mehreren beabstandet
angeordneten zweiten Bereichen in einer gespiegelten Z-Form über eine
zweite Schablone 3 in zwei Reihen so aufgebracht, dass
abwechselnd die mittleren Bereiche der Z-Form beabstandet nebeneinander
angeordnet sind und die zueinander weisenden Schenkel der Z-Form und der gespiegelten
Z-Form sich überlappen
und damit eine zusammenhängende
Mäanderform
vorhanden ist.
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Dazu
weisen die erste Schablone 2 mehrere beabstandet angeordnete
erste Öffnungen
in einer Z-Form und die zweite Schablone 3 mehrere beabstandet
angeordnete Öffnungen
in einer gegenüber den Öffnungen
der ersten Schablone 2 gespiegelten Z-Form auf. Die zueinander
weisenden Schenkel der Z-Form und der gespiegelten Z-Form überlappen sich
dabei.
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Die äußeren mittleren
Bereiche sind auf der einen Seite Anschlussflächen zur Platzierung von Anschlussstücken und überlappen
sich auf der anderen Seite, so dass die beiden Reihen der Mäanderformen
eine U-Form sind.
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Die 1 zeigt
die zwei Schablonen 2, 3 für die Widerstandsheizelemente
in einer Mäanderform einzeln
und übereinander
angeordnet.
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Das
Aufbringen der Schichten erfolgt durch die Anwendung einer Vakuumbeschichtung,
vorzugsweise durch das bekannte Verfahren des Bedampfens als ein
Vakuumbeschichtungsverfahren aus der Gasphase. Zur Erhöhung der
Schichtdicke der aufgedampften Schicht können mehrere Verdampfer in
einer evakuierbaren Bearbeitungskammer platziert werden und/oder
der Vorgang des Bedampfens erfolgt mehrmals, wobei die Flächengeometrie
nicht geändert
wird.
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Die
aufgedampften mäanderförmigen Widerstandsschichten 4 sind
in einer ersten Ausführungsform
gleichzeitig lötfähig, so
dass zwei Anschlussstücke
durch Löten
befestigt und elektrisch leitend mit den aufgedampften Schichten 4 verbunden
werden können.
Die Anschlussstücke
sind flache Anschlussstücke 5 (Darstellung
in der 2), auf die jeweils eine Steckhülse aufgeschoben
werden kann, so dass ein Paarungssystem vorhanden ist. Die aufgedampften
Schichten 4 bestehen aus Zinn.
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In
einer zweiten Ausführungsform
bestehen die aufgedampften Schichten 4 aus Nickel/Chrom
als mäanderförmig angeordnetes
Widerstandsheizelement. Auf diesen aufgedampften Schichten 4 befindet
sich auf den Endenbereichen der Mäanderform eine weitere aufgedampfte
elektrisch leitfähige
und lötfähige Schicht 6 aus
Zinn. Auf dieser Schicht 6 jedes Bereiches ist ein Anschlussstück als flaches
Anschlussstück 5 aufgelötet (Darstellung
in der 3).
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In
einem zweiten Ausführungsbeispiel
werden zur Herstellung von mäanderförmig angeordneten
Schichten als Widerstandsschichten von elektrisch beheizbaren Sensoren
auf deren Träger
als Substrate auf der der Oberfläche
mit den Sensoren gegenüberliegenden
Oberfläche
eine erste Schicht aus mehreren beabstandet angeordneten ersten
Bereichen in einer Z-Form über
eine erste Schablone und eine zweite Schicht aus mehreren beabstandet angeordneten
zweiten Bereichen in einer gespiegelten Z-Form über eine zweite Schablone in
einer Reihe so aufgebracht, dass abwechselnd die mittleren Bereiche
der Z-Form beabstandet nebeneinander angeordnet sind und die zueinander
weisenden Schenkel der Z-Form
und der gespiegelten Z-Form sich überlappen und damit eine zusammenhängende Mäanderform
vorhanden ist.
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Dazu
weisen die erste Schablone mehrere in einer Reihe beabstandet angeordnete
erste Öffnungen
in einer Z-Form und die zweite Schablone mehrere in einer Reihe
beabstandet angeordnete Öffnungen
in einer gegenüber
den Öffnungen
der ersten Schablone gespiegelten Z-Form auf. Die zueinander weisenden
Schenkel der Z-Form und der gespiegelten Z-Form überlappen sich dabei.
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Derartige Öffnungen
jeweils einer Schablone können
mehrfach beabstandet zueinander angeordnet sein, so dass mehrere
mäanderförmig ausgebildete
Schichten auf einem Nutzen mehrerer Träger abgeschieden werden können. Dadurch
kann eine Mehrzahl von Trägern
vor dem Vereinzeln gleichzeitig mit den mäanderförmig ausgebildeten Widerstandsschichten
als Heizelemente versehen werden.
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Das
Aufbringen der Schichten erfolgt durch die Anwendung einer Vakuumbeschichtung,
vorzugsweise durch das bekannte Verfahren des Bedampfens als ein
Vakuumbeschichtungsverfahren aus der Gasphase. Zur Erhöhung der
Schichtdicke der aufgedampften Schicht können mehrere Verdampfer in
einer evakuierbaren Bearbeitungskammer platziert werden und/oder
der Vorgang des Bedampfens erfolgt mehrmals, wobei die Flächengeometrie
nicht geändert
wird.
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In
einem dritten Ausführungsbeispiel
werden zur Herstellung von mäanderförmig angeordneten Schichten
als Antenne oder Antennen auf einem Substrat eine erste Schicht
aus mehreren beabstandet angeordneten ersten Bereichen in einer
Z-Form über
eine erste Schablone und eine zweite Schicht aus mehreren beabstandet
angeordneten zweiten Bereichen in einer gespiegelten Z-Form über eine zweite
Schablone in einer Reihe so aufgebracht, dass abwechselnd die mittleren
Bereiche der Z-Form beabstandet nebeneinander angeordnet sind und
die zueinander weisenden Schenkel der Z-Form und der gespiegelten
Z-Form sich überlappen
und damit eine zusammenhängende
Mäanderform
vorhanden ist. Das Substrat besteht aus einem elektrisch nichtleitenden
Material.
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Dazu
weisen die erste Schablone mehrere in einer Reihe beabstandet angeordnete
erste Öffnungen
in einer Z-Form und die zweite Schablone mehrere in einer Reihe
beabstandet angeordnete Öffnungen
in einer gegenüber
den Öffnungen
der ersten Schablone gespiegelten Z-Form auf. Die zueinander weisenden
Schenkel der Z-Form und der gespiegelten Z-Form überlappen sich dabei.
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Derartige Öffnungen
jeweils einer Schablone können
mehrfach beabstandet zueinander angeordnet sein, so dass mehrere
mäanderförmig ausgebildete
Schichten auf einem Nutzen mehrerer Substrate abgeschieden werden
können.
Dadurch kann eine Mehrzahl von Substraten vor dem Vereinzeln gleichzeitig
mit den mäanderförmig ausgebildeten
Antennen versehen werden. Dadurch können leicht Bestandteile für eine drahtlose
Datenübertragung
auf den unterschiedlichsten Gegenständen hergestellt werden.