DE102007063020A1

DE102007063020A1 - Verfahren zur Herstellung eines Antennensystems

Info

Publication number: DE102007063020A1
Application number: DE102007063020A
Authority: DE
Inventors: Marc Dr. Husemann; Frank Dr. Hannemann; Matthias Koop
Original assignee: Tesa SE
Current assignee: Tesa SE
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25
Also published as: EP2225796A1; KR20100110342A; TW200943620A; JP2011511495A; WO2009080571A1; US20100328187A1

Abstract

Die Erfindung bietet ein Verfahren zur Herstellung eines Antennensystems mit zumindest einer metallischen Antenneneinheit und zumindest einer Trägereinheit, bei dem die Antenneneinheit mit einem Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelement in einem ersten Verbindungsschritt verbunden wird und das Hitze-aktiviert verklebbare Flächenelement in einem zweiten Verbindungsschritt mit der Trägereinheit verbunden wird, wobei das Erhitzen des Flächenelements im zweiten Verbindungsschritt durch die Antenneneinheit hindurch erfolgt. Ferner sind ein für dieses Verfahren besonders geeignetes Flächenelement sowie die daraus erhaltenen Produkte beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Antennensystems umfassend zumindest eine metallische Antenneneinheit und zumindest eine Trägereinheit, wobei in dem Verfahren die Antenneneinheit mit einer ersten Seitenfläche eines Klebesystems in Kontakt gebracht wird, in einem ersten Verbindungsschritt die Antenneneinheit mit der ersten Seitenfläche des Klebesystems zu einem Antennenelement verbunden wird, das so erhaltene Antennenelement an der zweiten Seitenfläche des Klebesystems mit einer Trägereinheit in Kontakt gebracht wird, und in einem zweiten Verbindungsschritt die Trägereinheit mit der zweiten Seitenfläche des Klebesystems des Antennenelements dauerhaft verbunden wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Hitze-aktiviert verklebbares Flächenelement zum dauerhaften Verbinden einer metallischen Antenneneinheit mit einer Trägereinheit, das Flächenelement umfassend zumindest eine Hitze-aktiviert verklebende Klebemasse, und betrifft weiterhin ein Antennenelement mit einer metallischen Antenneneinheit und einem derartigen Flächenelement, ein Antennensystem mit einem derartigen Antennenelement und einer Trägereinheit sowie die Verwendung des Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelements zum dauerhaften Verbinden einer metallischen Antenneneinheit und einer Trägereinheit.
Als Folge der zunehmenden Verbreitung elektronischer Kleingeräte sind viele technische Geräte angepasst, untereinander mittels drahtloser Signalübertragung zu kommunizieren, beispielsweise Mobiltelefone, Navigationsgeräte, elektronische Notizbücher (PDA), Fernseher, Radios, Computer und dergleichen. Da die hierfür erforderliche Kommunikation der Geräte untereinander in der Regel über funkbasierende Verfahren erfolgt, enthalten derartige Geräte Sende- und/oder Empfangseinheiten für Funkverbindungen. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Sende- und Empfangseinheiten ist dabei das Antennensystem, mittels dessen die Funksignale empfangen und/oder gesendet werden.
Es ist üblich, Antennensysteme flach auszubilden, so dass ein Antennensystem im Gehäuse eines elektronischen Gerätes untergebracht werden kann und so vor äußerer mechanischer Einwirkung geschützt ist. Ein derartiges Antennensystem umfasst neben der flachen Antenneneinheit als eigentlicher Antenne üblicherweise auch eine mechanisch stabile Trägereinheit, an der die Antenneneinheit befestigt ist.
Wie in vielen Bereichen der Konsumelektronik üblich, werden auch bei elektronischen Geräten mit Antennensystemen die einzelnen modularen Systeme in einem solchen Gerät unter Einsatz von Haftklebebändern miteinander verbunden, wodurch eine zügige Endmontage möglich ist. Dies gilt auch für die Befestigung eines Antennensystems in einem elektronischen Gerät, wobei das Antennenmodul von einer in dem Gerät vorhandenen Aufnahme oder einem separaten Antennengehäuse aufgenommen wird.
Bei der mechanisch stabilen Trägereinheit handelt es sich in der Regel um eine dünne Trägerplatte aus einem polymeren Kunststoff. An dieser Platte wird die Antenneneinheit fixiert. Als Antenneneinheit wird üblicherweise ein metallischer Draht oder eine metallische Folie eingesetzt; so werden bei Mobiltelefonen etwa Bleche aus metallischen Legierungen als Metallfolien verwendet, zum Beispiel solche aus Beryllium und Kupfer. Stattdessen ist es auch möglich, die Antennenstruktur unter Verwendung einer partikulären Suspension – beispielsweise in Form von Silberkolloiden – auf einen Träger direkt aufzudrucken.
Um eine Antenneneinheit aus Draht oder einer Folie an der Trägereinheit zu fixieren, werden beide Teile üblicherweise unter Verwendung eines Klebstoffs miteinander verbunden. Hierfür ist es erforderlich, dass der jeweils eingesetzte Klebstoff eine starke Klebkraft sowohl an der polymeren Trägereinheit als auch an der metallischen Antenne aufweist. Es gelangen dabei häufig Flüssigkleber als Klebesystem zum Einsatz, die insgesamt hohe Verklebungsfestigkeiten ermöglichen, sofern die Antenneneinheit zusätzlich passiv fixiert ist. Als passive Fixierung können etwa Aufnahmen in der Oberfläche der Trägereinheit dienen, die in die Trägerplatte entsprechend der geometrischen Form der jeweils verwendeten Antenneneinheit eingefräst werden.
An der Verwendung von Flüssigklebern ist nachteilig, dass eine Verklebung dabei nur über das jeweils aufgetragene Volumen des Flüssigklebers gesteuert werden kann. Dadurch fällt naturgemäß die maximal mögliche räumliche Genauigkeit, mit der sich solche Verbindungen realisieren lassen, zumindest im Hinblick auf die erzielbare minimale Dicke der Verbindung sehr gering aus, was insbesondere in Verbindung mit einer zum Teil üblichen dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung von Antennen problematisch ist. Hinzu kommt, dass die unterschiedlichen Dicken der Verklebungsschicht keine reproduzierbaren dielektrischen Eigenschaften der Verklebung sicher stellen und so die Sende- bzw. Empfangscharakteristik des gesamten Antennensystems entsprechend der jeweils tatsächlich erhaltenen Verklebung beeinflussen können. Dies macht eine zusätzliche Endkontrolle der gefertigten Antennensysteme mit zum Teil hohen Ausschusszahlen erforderlich.
Bei der Auswahl der Flüssigkleber ist man auf diejenigen Klebesysteme beschränkt, deren Bestandteile wie etwa Basispolymere, reaktive Systeme oder Lösemittel die polymere Trägereinheit oder die metallische Antennenstruktur angreifen. Da in derartigen flüssigen Klebern Lösemittel enthalten sind, die während des Trocknens der Verklebung aus der Klebemasse entfernt werden müssen, verlängert sich die für die Fertigung des Antennensystems benötigte Zeit zudem um die Trockendauer.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zum Verbinden einer metallischen Antenneneinheit und einer Trägereinheit zur Verfügung zu stellen, das diese Nachteile nicht aufweist und das insbesondere eine definierte stabile Verklebung mit reproduzierbaren elektrischen und dielektrischen Eigenschaften innerhalb kurzer Fertigungszeiten ermöglicht, so dass hohe Herstellungstakte realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem als Klebesystem ein Hitze-aktiviert verklebbares und im wesentlichen formstabiles Flächenelement mit einem elektrischen Volumenwiderstand von mindestens 10¹² Ωcm verwendet wird, und bei dem im zweiten Verbindungsschritt eine Hitze-Aktivierung des Flächenelements durchgeführt wird, indem das Flächenelement durch die Antenneneinheit erhitzt wird. Infolge des Einsatzes eines Flächenelements anstelle von Flüssigklebern ist es möglich, eine Verklebung mit definierten und somit reproduzierbaren elektrischen und dielektrischen Eigenschaften zu erhalten. Diese Verklebung ist infolge des hohen elektrischen Volumenwiderstands des verwendeten Flächenelements auch hinreichend, um die für einen optimalen Antennenbetrieb erforderlichen elektrischen und dielektrischen Eigenschaften des Antennensystems zu gewährleisten, so dass besonders kompakte und dünne Verklebungen erhalten werden, ohne dass die Sende- und/oder Empfangscharakteristik der Antenne insgesamt beeinträchtigt wird.
Durch Verwendung eines Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelements mit einer Hitze-aktiviert verklebenden Klebemasse kann eine definierte Verklebung hoher Klebkraft erhalten werden, wie für den Einsatz des Antennensystems in mobilen Geräten erforderlich. Hierbei ermöglicht grade die besonders kompakte und dünne Verklebung eine vollständige thermische Aktivierung der Klebemasse in dem Flächenelement durch die Antenneneinheit hindurch, wobei die hohe thermische Leitfähigkeit des metallischen Antennematerials in vorteilhafter Weise genutzt wird. Würde hingegen ein weniger kompaktes Flächenelement zur Verklebung eingesetzt – etwa eines mit einem geringeren Volumenwiderstand, so dass zum Erzielen desselben Gesamtwiderstands ein Flächenelement mit größerer Dicke erforderlich wäre –, so wäre das Flächenelement insgesamt zu dick als dass eine homogene Erwärmung der Klebemasse an der zweiten Seitenfläche über eine mit der zweiten Seitenfläche verbundene Antenneneinheit in hinreichend kurzer Zeit durchgeführt werden könnte.
Lediglich infolge dieser speziellen Ausbildung des Verfahrens kann also auf eine apparativ und zeitlich aufwändigere Verfahrensführung beim Verkleben der polymeren Trägereinheit mit der Antenneeinheit mittels des Flächenelements verzichtet werden, da es nicht erforderlich ist, der Klebemasse Wärmeenergie über die zu verklebende Seite des Flächenelements hinzuzufügen, sondern lediglich über die bereits verklebte Seite. Somit tragen alle einzelnen Merkmale des obigen Verfahrens in wesentlicher Weise zum erzielten Effekt bei, ohne dass dabei auf ein einzelnes von diesen verzichtet werden könnte.
Von Vorteil ist es, wenn der erste Verbindungsschritt bei einer ersten Verbindungstemperatur und der zweite Verbindungsschritt bei einer zweiten Verbindungstemperatur durchgeführt wird, wobei die zweite Verbindungstemperatur mindestens so hoch ist wie die erste Verbindungstemperatur. Besonders günstig ist es dabei, wenn die zweite Verbindungstemperatur nicht lediglich genau so groß ist wie die erste Verbindungstemperatur, sondern vielmehr höher als diese.
Diese Temperaturwahl stellt zunächst sicher, dass in dem zweiten Verbindungsschritt eine Klebeverbindung mit hoher Klebkraft eingegangen werden kann, da die an der zweiten Seitenfläche des Flächenelements angeordnete Hitze-aktiviert verklebende Klebemasse nicht bereits im ersten Verbindungsschritt vollständig thermisch aktiviert wird und somit für den zweiten Verbindungsschritt noch zur Verfügung steht, was insbesondere für reaktive Klebesysteme von Bedeutung ist. Mit der im zweiten Verbindungsschritt höheren Temperatur kann also eine maximale Klebkraft erreicht werden, da hierdurch sichergestellt ist, dass im ersten Verbindungsschritt lediglich die erste Verbindung zwischen der Antenneneinheit und dem Flächenelement mit einer hohen Klebkraft geknüpft wird, ohne dass die an der zweiten Seitenfläche des Flächenelements angeordnete Klebemasse bereits aktiviert wird. Dies wiederum hat zur Folge, dass die im ersten und zweiten Verbindungsschritt eingegangenen Klebeverbindungen beide jeweils die maximal mögliche Klebkraft aufweisen, ohne dass die im zweiten Verbindungsschritt erzielte Klebwirkung der Klebemesse an der zweiten Seitenfläche infolge frühzeitiger thermischer Aktivierung im ersten Verbindungsschritt beeinträchtigt wird.
Besonders geeignet ist das Verfahren ferner, wenn das Antennenelement nach dem In-Kontakt-Bringen von Antennenelement und Trägereinheit und gleichzeitig vor dem zweiten Verbindungsschritt mit der Trägereinheit vorverbunden wird, wobei eine schwache Verbindung zwischen dem Antennenelement und der Trägereinheit ausgebildet wird. Infolge einer solchen leichten Fixierung, die erzeugt wird, bevor das Antennenelement und die Trägereinheit im zweiten Verbindungsschritt endgültig miteinander verbunden werden, werden das Antennenelement und die Trägereinheit in eine definierte Anordnung relativ zueinander gebracht, die allerdings bei Bedarf noch korrigiert werden kann. Ist eine Korrektur nicht erforderlich, bleibt diese präfixierte räumliche Anordnung bis zum endgültigen Verbinden beider Teile erhalten, so dass ein Verrutschen der Teile relativ zueinander verhindert wird.
Ein derartiges Fixieren der Teile relativ zueinander vor dem eigentlichen Verbinden kann vorteilhafterweise ebenfalls erhalten werden, wenn der erste Verbindungsschritt bereits ein Vorverbinden der Antenneneinheit mit dem Flächenelement ist, bei dem eine schwache Verbindung zwischen der Antenneneinheit und dem Flächenelement ausgebildet wird. Auch auf diese Weise wird ein Verrutschen der Antenneneinheit relativ zum Flächenelement verhindert, was etwa dann besonders wichtig ist, wenn die Antenneneinheit eine besondere Form aufweist und das Flächenelement als bereits entsprechend geschnittener Stanzling mit der Antenneneinheit lagegenau verbunden werden soll, da hier ein Verrutschen zu einer Verringerung der Überlappungsfläche und somit der insgesamt erzielten Klebkraft der Verbindung führen würde. Überdies ist die Ausgestaltung des ersten Verbindungsschritts als Vorverbinden sinnvoll, da auf diese Weise im zweiten Verbindungsschritt die Zeit verringert werden kann, während der das System besonders hohen Temperaturen ausgesetzt ist, so dass hierdurch einer bei reaktiven Klebemassesystemen möglichen Blasenbildung oder einer zu starken Erweichung entgegengewirkt wird.
Das Flächenelement kann demnach als bereits vorgefertigter Stanzling eingesetzt und verklebt werden. Anstelle dessen ist es aber ebenfalls günstig, wenn der dauerhafte Verbund umfassend die Trägereinheit und das Antennenelement erst nach dem zweiten Verbindungsschritt in die gewünschte Form gestanzt wird. Auf diese Weise müssen die zu verbindenden Teile vor dem Verkleben im ersten und zweiten Verbindungsschritt nicht jeweils exakt zueinander ausgerichtet werden, so dass die für die Fertigung eines Elements erforderliche Zeit reduziert werden kann. Dies geschieht dann allerdings zu Lasten eines größeren Verschnitts, weshalb dieses Verfahren in der Praxis dann durchgeführt wird, wenn der Verschnitt anschließend im Rahmen eines Recyclings aufgearbeitet wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Hitze-aktiviert verklebbares Flächenelement umfassend zumindest eine Hitze-aktiviert verklebende Klebemasse zur Verfügung zu stellen, das zu einem dauerhaften Verbinden einer metallischen Antenneneinheit mit einer Trägereinheit angepasst ist, wobei beim Verbinden des Flächenelements mit der Trägereinheit dieses zum Aktivieren der Klebemasse durch die zuvor mit dem Flächenelement verbundene Antenneneinheit hindurch erhitzt wird. Diese Aufgabe wurde gelöst durch ein Flächenelement, das senkrecht zur Hauptausdehnung, also zur Hauptausrichtungsfläche, einen elektrischen Volumenwiderstand von mindestens 10¹² Ωcm aufweist, bevorzugt von 10¹³ Ωcm, besonders bevorzugt von 10¹⁴ Ωcm. Infolge dieser Ausbildung ist sichergestellt, dass das Flächenelement einerseits dünn genug ist, so dass die Klebemasse beim thermischen Aktivieren homogen aktiviert wird, andererseits zugleich hinreichende elektrische und dielektrische Eigenschaften aufweist, so dass eine Beeinträchtigung der Sende- und/oder Empfangscharakteristik der Antenne insgesamt vermieden wird.
Insbesondere günstig ist es dabei, wenn die Klebemasse einen Anteil freier Halogene von weniger als 900 ppm aufweist, insbesondere Chlorid und Bromid, und vorzugsweise einen Gesamthalogengehalt von weniger als 300 ppm und dabei insbesondere von weniger als 100 ppm. Auf diese Weise ist es möglich, eine korrosive Einwirkung des Flächenelements auf das metallische Antennematerial auch langfristig zu vermeiden und so eine gleich bleibende Sende- und/oder Empfangscharakteristik der Antenneneinheit gewährleisten. Eine derartige korrosive Einwirkung ist insbesondere bei längeren Einwirkungszeiten problematisch sowie bei höheren Temperaturen, wie etwa sie bei einer Hitze-Aktivierung verwendet werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein dauerhaftes Verbinden einer metallischen Antenneneinheit und einer Trägereinheit in einem Verfahren zu erzielen, bei dem die für die Herstellung des Verbunds erforderliche Zeit so kurz wie möglich gehalten wird. Dies kann erfindungsgemäß durch Verwendung des zuvor beschriebenen Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelements verwirklicht werden.
Entsprechend sollte die Erfindung ein mit geringem Zeitaufwand herstellbares Antennenelement sowie ein Antennensystem mit einem derartigen Antennenelement bereitstellen. Dies konnte ebenfalls unter Nutzung des erfindungsgemäßen Flächenelements in dem erfindungsgemäßen Verfahren realisiert werden.
Die eigentliche Antenne zum Empfangen oder Senden von elektromagnetischen Wellen wird von der Antenneneinheit gebildet. Diese Antenneneinheit kann vollständig oder zumindest teilweise aus sämtlichen üblichen und für Antennenstrukturen geeigneten, zumindest im wesentlichen metallisch leitenden (im folgenden als "metallisch" bezeichnet) Materialien gefertigt werden, beispielsweise aus Aluminium, aus Silber, aus Gold, aus Kupfer, aus Edelstahl oder aus Legierungen wie Messing, Bronzen oder solchen aus Kupfer und Beryllium. Im Sinne dieser Erfindung zählen zu derartigen metallischen Antenneneinheiten ebenfalls solche, die aus anderen geeigneten Bauteilen oder Materialien hergestellt werden, insbesondere solche aus elektronisch leitenden Materialien wie etwa leitfähigen Polymeren oder dergleichen. Derartige metallische Materialien können überdies mit Fremdatomen oder Fremdionen dotiert vorliegen, um die elektrischen Eigenschaften der Antenneneinheit gezielt zu optimieren; überdies ist es möglich, die Antenneneinheiten zum Schutz vor Korrosion oberflächlich zu beschichten, etwa mit Edelmetallen wie Gold oder Silber oder mit Metallen, bei denen sich an der Oberfläche eine Passivierungsschicht ausbildet, beispielsweise Aluminium. Hierbei ist es günstig, wenn die Metalloberfläche nicht vollständig glatt ausgebildet ist, sondern vielmehr über eine Mikrorauhigkeit verfügt, um so die Haftung einer Klebemasse an der Antenne zu erhöhen.
Die Größe und Geometrie dieser Antennen richtet sich dabei nach den jeweiligen Anwendungen, etwa den Frequenzbändern, in denen eine Datenübertragung stattfindet; grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auf alle bekannten Geometrien und Strukturen anwendbar, etwa auf Dipolantennen oder auf Antennenspulen. Üblich ist es, dass die Antenne eine flache Struktur aufweist, etwa als formgestanztes Metallblech, als auf eine Trägerfolie aufgebrachte Metallschicht von besonderer Form oder dergleichen. Die jeweilige konkrete Ausgestaltung richtet sich unter anderem nach dem elektronischen Gerät, in dem das Antennensystem verwendet werden soll.
Als Antennenelement wird vorliegend der Verbund aus mindestens einer Antenneneinheit und mindestens einem Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelement aufgefasst, der im Verlauf der Fertigung des Antennensystems hergestellt wird. Ein Antennenelement kann hierbei auch mehrere Antenneneinheiten umfassend, die mit einem Flächenelement oder mit mehreren Flächenelementen verbunden sind. Ebenso kann ein Antennenelement auch mehrere Flächenelemente aufweisen, die jeweils mit demselben oder sogar mit mehreren Antennenelementen verbunden sind.
Ein Antennensystem ist ein Verbund aus einem Antennenelement und einer Trägereinheit, die über das Hitze-aktiviert verklebbare Flächenelement verbunden sind. Dies umfasst ebenfalls solche Antennensysteme, bei denen mehrere Antennenelemente auf einer Trägereinheit angeordnet sind. Aus Gründen der Stabilität kann es dabei sinnvoll sein, wenn jedes Antennenelement lediglich an einer einzigen Trägereinheit befestigt ist und nicht an mehreren.
Unter einer Trägereinheit wird jedes Element verstanden, das als Träger an einem zu schützenden Element fixiert werden kann, so dass das zu schützende Element infolge der Festigkeit der Trägereinheit gegenüber mechanischen Beeinträchtigungen zumindest teilweise geschützt wird. Eine Trägereinheit muss dabei hinsichtlich der elektrischen und dielektrischen Eigenschaften auf die Verwendung als Träger für eine Antenneneinheit ausgerichtet sein. Zudem ist es erforderlich, dass das Material der Trägereinheit bei der für die Aktivierung des Flächenelements erforderlichen Temperatur hinreichend chemisch stabil sowie formstabil ist, um auch unter diesen Bedingungen einen mechanischen Schutz bieten zu können. Üblicherweise dienen als Trägereinheit stärkere Folien und Platten aus anorganischen und/oder polymeren Werkstoffen. Stattdessen können natürlich auch Formkörper eingesetzt werden, die gleichzeitig als Gehäuse oder Verkapselung für die Antenneneinheit dienen.
Die Trägereinheit ist mit der Antenneneinheit über ein Klebesystem verbunden, das zumindest zwei Seitenflächen aufweist, eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche. Als Klebesystem wird jede räumliche Struktur aufgefasst, die geeignet ist, zwei Körper oder Teilbereiche eines Körper unter Eingehen einer Klebeverbindung miteinander zu verbinden. Hierfür ist es erforderlich, dass das Klebesystem mindestens eine Klebemasse umfasst, die in der Klebeverbindung im wesentlichen formstabil ist. Dies schließt nicht aus, dass es sich dabei um ursprünglich flüssige Klebemassen handelt, die erst nach einer chemischen Reaktion oder nach Entfernen des Lösemittels fest werden.
Erfindungsgemäß ist das Klebesystem ein Hitze-aktiviert verklebbares Flächenelement, das formstabil ausgebildet ist. Als Flächenelemente werden alle üblichen flächenförmigen Gebilde angesehen, die eine Verklebung ermöglichen. Diese können verschieden ausgestaltet sein, insbesondere flexibel, beispielsweise als Band, Etikett oder Folie. Bei Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelementen handelt es sich um Flächenelemente, die heiß verklebt werden und nach dem Erkalten eine mechanisch belastbare Verbindung mit dem Klebegrund (Haftgrund; Untergrund; Substrat) bieten. Zu diesem Zweck sind die Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelemente beidseitig mit Hitze-aktiviert verklebenden Klebemassen ausgerüstet. Somit kann der einfachste Aufbau eines Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelements als trägerfreies Flächenelement realisiert werden, dessen Klebemassen auf beiden Seiten identisch sind, so dass das Flächenelement insgesamt aus nur einer einzigen Klebemassenschichtung besteht.
Als formstabiles Element wird jedes Element verstanden, das im wesentlichen selbsttragend ausgebildet ist, infolge innerer – gegebenenfalls elastischer – Rückstellkräfte einer Verformung durch leichte bis mittelstarke Belastungen entgegenwirkt und somit auch bei mechanischer Einwirkung seine Form nicht oder allenfalls in geringem Umfang verliert.
Vorliegend weist das Flächenelement eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche auf, die parallel zu seiner Hauptausdehnung angeordnet sind. An jeder der Seitenflächen des Flächenelements ist eine Klebemasse als im wesentlichen flächenförmige Klebeschichtung vorgesehen. Die Klebemasse an der ersten Seitenfläche (erste Klebemasse) und die Klebemasse an der zweiten Seitenfläche (zweite Klebemasse) können hierbei identisch sein oder aber voneinander verschieden. Vorteilhafterweise handelt es sich um unterschiedliche Klebemassen, die entsprechend der konkreten Beschaffenheit des Klebegrunds unterschiedlich ausgebildet sind. Dazu kann beispielsweise an der ersten Seitenfläche, die mit der Antenneneinheit verbunden wird, eine Klebemasse vorgesehen sein, die eine besonders hohe Klebkraft mit dem metallischen Material der Antenneneinheit aufbaut, und an der zweiten Seitenfläche, die mit der Trägereinheit verbunden wird, hingegen eine Klebemasse, die eine besonders hohe Klebkraft mit dem Polymer der Trägereinheit aufbaut.
Ein derartiges Flächenelement kann hierbei trägerfrei ausgebildet sein, um besonders dünne Bauformen realisieren zu können (etwa in Form eines Transferklebebandes), oder aber einen Träger aufweisen, um dem Flächenelement eine höhere mechanische Stabilität zu verleihen. Ein derartiger Träger kann aus allen dem Fachmann geläufigen Materialien bestehen, beispielsweise aus Polymeren wie Polyester, Polyethylen, Polypropylen einschließlich modifiziertem Polypropylen wie etwa biaxial orientiertem Polypropylen (BOPP), Polyamid, Polyimid oder Polyethylenterephthalat oder aus Naturstoffen; diese können als Gewebe, Gewirke, Gelege, Vliese, Papiere, Schaumstoffe, Folien und dergleichen ausgebildet sein oder auch aus Kombinationen daraus, etwa Laminaten oder Gewebefolien.
Als erste und zweite Klebemassen können grundsätzlich alle üblichen und geeigneten Hitze-aktiviert verklebenden Klebemassen eingesetzt werden. Als Hitze-aktiviert verklebende Klebemassen werden solche Klebemassen bezeichnet, die bei Raumtemperatur keine Eigenklebrigkeit aufweisen (und sich von herkömmlichen Haftklebemassen unterscheiden), sondern erst unter Temperatureinwirkung und optionalem Druck haftklebrig werden und nach Verklebung und Abkühlen infolge der Verfestigung der Klebemasse eine hohe Klebkraft aufbauen. Dies schließt ebenfalls bei Raumtemperatur haftklebrige Hitze-aktiviert verklebende Klebemassen ein. Je nach Anwendungstemperatur weisen diese Hitze-aktiviert verklebenden Klebemassen unterschiedliche statische Glasübergangstemperaturen T_G,A oder Schmelzpunkte T_S,A auf.
Hitze-aktiviert verklebende Klebemassen lassen sich prinzipiell in zwei Kategorien einordnen: thermoplastische Hitze-aktiviert verklebende Klebemassen und reaktive Hitze-aktiviert verklebende Klebemassen. Thermoplastische Klebemassen basieren auf Polymeren, die bei einem Erwärmen reversibel erweichen und während des Erkaltens wieder erstarren. Reaktive Hitze-aktiviert verklebende Klebemassen hingegen enthalten elastische Komponenten und reaktive Komponenten, die so genannten "Reaktivharze", in denen durch das Erwärmen ein Vernetzungsprozess eingeleitet wird, der nach Beendigen der Vernetzungsreaktion eine dauerhafte stabile Verbindung auch unter Druck gewährleistet. Daneben existieren auch Hitze-aktiviert verklebende Klebemassen, die beiden Kategorien zuzuordnen sind, die also sowohl thermoplastische als auch reaktive Komponenten enthalten.
Im folgenden sind rein exemplarisch einige typische Systeme Hitze-aktiviert verklebender Klebemassen beschrieben, die sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft herausgestellt haben, nämlich solche auf der Basis von thermoplastischen Materialien, Polyolefinen und Acrylsäurederivaten und von Elastomeren mit Reaktivharzen. Hierbei bestimmen ein Polymer oder wenige Polymere als Basispolymere die grundlegenden Eigenschaften der Klebemasse, wobei zusätzlich eine Änderung der jeweiligen Eigenschaften durch Beimengung weiterer Polymere und/oder Additive erreicht werden kann.
Eine Hitze-aktiviert verklebende Klebemasse kann etwa auf der Basis von thermoplastischen Materialien ausgebildet sein. Als thermoplastische Materialien können alle geeigneten Thermoplaste eingesetzt werden. Derartige Polymere besitzen üblicherweise Erweichungsbereiche, die in einem Temperaturbereich zwischen 45°C und 205°C liegen. Sinnvollerweise wird das Polymer dabei gegebenenfalls auf die Trägerfolie abgestimmt, etwa derart, dass der Erweichungsbereich des Materials der Trägerfolie bei höheren Temperaturen liegt als der Erweichungsbereich der Klebemasse. Unter Erweichungstemperatur wird eine Glasübergangstemperatur für amorphe Systeme und eine Schmelztemperatur bei semikristallinen Polymeren verstanden werden. Die hier angegebenen Temperaturen entsprechen solchen, die aus quasistationären Experimenten wie zum Beispiel mit Hilfe der Dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC), erhalten werden.
Verwendet werden können beispielsweise Hitze-aktiviert verklebende Klebemassen auf Polyacrylatbasis oder Polymethacrylatbasis. Als Hauptbestandteil derartiger Klebemassen können alle geeigneten Polymere eingesetzt werden, die Einheiten aus Acrylsäurederivaten, insbesondere Acrylsäureestern umfassen, bevorzugt Homopolymere und Copolymere mit 70 bis 100 Gew.-% Acrylsäureverbindungen und/oder Methacrylsäureverbindungen der allgemeinen Formel CH₂=C(R¹)(COOR²), wobei R¹ einen Rest darstellt, ausgewählt aus der Gruppe umfassend H und CH₃, und R² einen Rest darstellt, ausgewählt aus der Gruppe umfassend H und Alkylketten mit 1 bis 30 C-Atomen.
Als Monomere können hierfür insbesondere Acrylmomonere eingesetzt werden, die Acryl- und Methacrylsäureester mit Alkylgruppen aus 4 bis 14 C-Atomen umfassen. Spezifische Beispiele, ohne sich durch diese Aufzählung einschränken zu wollen, sind Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Propylacrylat, Propylmethacrylat, n-Butylacrylat, n-Butylmethacrylat, n-Pentylacrylat, n-Hexylacrylat, n-Hexylmethacrylat, n-Heptylacrylat, n-Octylacrylat, n-Nonylacrylat, Laurylacrylat, Stearylacrylat, Stearylmethacrylat, Behenylacrylat sowie deren verzweigten Isomere, etwa 2-Ethylhexylacrylat. Weitere Substanzen, die in geringen Mengen diesen Monomeren ebenfalls hinzugefügt werden können, sind Cyclohexylmethacrylate, Isobornylacrylate oder Isobornylmethacrylate.
Als günstig hat es sich hierbei herausgestellt, wenn bei der Herstellung dieser Polymere maximal 30 Gew.-% olefinisch ungesättigte Monomere mit funktionellen Gruppen zu den (Meth)Acrylatmonomeren zugesetzt werden.
Als derartige olefinisch ungesättigten Monomere können unterschiedliche Verbindungsklassen eingesetzt werden. So können beispielsweise Acrylmonomere der allgemeinen Formel CH₂=C(R³)(COOR⁴) verwendet werden, wobei R³ einen Rest darstellt, ausgewählt aus der Gruppe umfassend H und CH₃, und OR² eine funktionelle Gruppe darstellt oder enthält, die eine nachfolgende Vernetzung der Klebemasse unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (UV) ermöglicht, die etwa bevorzugt eine H-Donor-Wirkung besitzt.
Beispiele für die olefinisch ungesättigten Monomere sind Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, Allylalkohol, Maleinsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid, Itaconsäure, Acrylamid, Glyceridylmethacrylat, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat, Phenylacrylat, Phenylmethacrylat, t-Butylphenylacrylat, t-Butylphenylmethacrylat, Phenoxyethylacrylat, Phenoxyethylmethacrylat, 2-Butoxyethylmethacrylat, 2-Butoxyethylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylacrylat, Cyanoethylmethacrylat, Cyanoethylacrylat, Glycerylmethacrylat, 6-Hydroxyhexylmethacrylat, N-tert- Butylacrylamid, N-Methylolmethacrylamid, N-(Butoxymethyl)methacrylamid, N-Methylolacrylamid, N-(Ethoxymethyl)acrylamid, N-Isopropylacrylamid, Vinylessigsäure, Tetrahydrofurfurylacrylat, β-Acryloyloxypropionsäure, Fumarsäure, Crotonsäure, Aconitsäure, Dimethylacrylsäure, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.
Überdies können als olefinisch ungesättigten Monomere auch aromatische Vinylverbindungen eingesetzt werden, wobei die aromatischen Kerne üblicherweise aus C₄ bis C₁₈ bestehen und auch Heteroatome enthalten können. Beispiele hierfür sind Styrol, 4-Vinylpyridin, N-Vinylphthalimid, Methylstyrol, 3,4-Dimethoxystyrol, 4-Vinylbenzoesäure, wobei diese Aufzählung ebenfalls nicht abschließend ist.
Zur Polymerisation werden die Monomere so ausgewählt, dass die resultierenden verklebbaren Polymere als Hitze-aktiviert verklebende Klebemasse eingesetzt werden können. Eine gezielte Steuerung der Glasübergangstemperatur lässt sich hierzu etwa über die Zusammenstellung der Monomermischung steuern, die der Polymerisation zugrunde liegt.
Zur Erzielung einer Glasübergangstemperatur T_G,A der Polymere von vorteilhafterweise mehr als 30°C für Hitze-aktiviert verklebende Klebemassen werden die Monomere etwa derart ausgesucht und die mengenmäßige Zusammensetzung der Monomermischung so gewählt, dass sich der gewünschte T_G,A-Wert für das Polymer nach Gleichung (G1) in Analogie zu der von Fox vorgestellten Gleichung (vgl. T. G. Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1 (1956) 123) wie folgt ergibt:
Hierin stellt n die Laufzahl über die eingesetzten Monomere dar, w_n den Massenanteil des jeweiligen Monomers n (in Gew.-%) und T_G,n die jeweilige Glasübergangstemperatur des Homopolymers aus dem jeweiligen Monomer n (in K).
Als besonders vorteilhafte thermoplastische Materialien haben sich Polyolefine erwiesen, insbesondere Poly-α-Olefine mit einem Erweichungspunkt oberhalb von 40°C aufweisen oder für eine Poly-α-Olefinschichtung auf einem coextrudierten temporären Träger von mehr als 45°C. Klebemassen auf der Basis solcher Polyolefine weisen häufig statische Glasübergangstemperaturen T_G,A oder Schmelzpunkte T_S,A in einem Bereich von 75°C bis 180°C auf.
Durch Verwendung von Additiven lässt sich bei derartigen thermoplastischen Systemen die Klebkraft gezielt anpassen, etwa durch Zusatz von Polyimin- oder Polyvinylacetat-Copolymeren als die Klebkraft steigernde Additive. Sinnvollerweise wird das thermoplastische Polymer dabei auf die Trägerfolie abgestimmt, etwa derart, dass der Erweichungsbereich des Materials der Trägerfolie bei höheren Temperaturen liegt als der Erweichungsbereich der Klebemasse.
Um die dem jeweiligen Anforderungsprofil entsprechende statische Glasübergangstemperatur T_G,A und/oder den Schmelzpunkt T_S,A gezielt einzustellen, werden die eingesetzten Monomere sowie deren Mengen bevorzugt derart gewählt, dass sich für das aus diesen Monomeren hergestellte Polymer entsprechend der analog zu der von Fox vorgeschlagenen Gleichung G1 die gewünschte Temperatur ergibt.
Aus praktischen Erwägungen ist es zumeist sinnvoll, die statische Glasübergangstemperatur T_G,A oder den Schmelzpunkt T_S,A der Hitze-aktiviert verklebenden Klebemasse weiter einzuschränken, um verhindern zu können, dass das Klebeband vor der Verwendung bei einer erhöhten Umgebungstemperatur bereits thermoplastisch erweicht und das Klebeband sich nicht dann mehr abrollen lässt.
Um den optimalen Temperaturbereich für die thermische Aktivierung einer derartigen Klebemasse einstellen zu können, wird das Molekulargewicht sowie der Anteil der einzelnen Comonomere gezielt verändert. Für niedrige statische Glasübergangstemperaturen T_G,A oder Schmelzpunkte T_S,A können etwa Polymere mit einem mittleren oder niedrigen Molekulargewicht eingesetzt oder niedermolekulare und hochmolekulare Polymere miteinander gemischt werden.
So können beispielsweise Polyethene, Polypropene, Polybutene, Polyhexene oder Copolymerisate aus einer oder mehrerer dieser Substanzen eingesetzt werden. Dabei lassen sich Polyethylen und Copolymere mit Polyethylen zum Beispiel als wässrige Dispersionen auftragen. Die jeweils eingesetzte Mischung wird entsprechend dem gewünschten Anforderungsprofil gemäß der einzustellenden statischen Glasübergangstemperatur T_G,A oder dem Schmelzpunkt T_S,A der Hitze-aktiviert verklebenden Klebemasse gewählt.
Von der Firma Degussa sind unter dem Handelsnamen Vestoplast^TM unterschiedliche Hitze-aktivierbare Poly-α-Olefine erhältlich. So werden polypropenreiche Produkte unter den Bezeichnungen Vestoplast^TM 703, 704, 708, 750, 751, 792, 828, 888 und 891 angeboten. Diese besitzen Schmelzpunkte T_S,A aus einem Bereich von 99°C bis 162°C. Polybutenreiche Produkte sind unter den Bezeichnungen Vestoplast^TM 308, 408, 508, 520 und 608 auf dem Markt. Diese besitzen Schmelzpunkte T_S,A aus einem Bereich von 84°C bis 157°C.
Weitere Beispiele für Hitze-aktiviert verklebende Klebemassen werden in den Patenten US 3,326,741 , US 3,639,500 , US 4,404,246 , US 4,452,955 , US 4,404,345 , US 4,545,843 , US 4,880,683 und US 5,593,759 beschrieben, in denen sich zudem Verweise auf weitere entsprechende Klebemassen finden lassen.
Eine Hitze-aktiviert verklebende Klebemasse kann auch auf der Basis von elastomeren Basispolymeren und zumindest einem Reaktivharz ausgebildet sein. Als elastomeres Basispolymer können alle geeigneten elastomeren Polymere zum Einsatz gelangen, beispielsweise Synthesekautschuke. Als Synthesekautschuk kommen alle üblichen Synthesekautschuksysteme in Frage, etwa solche auf der Basis von Polyvinylbutyral, Polyvinylformal, Nitrilkautschuke, Nitrilbutadienkautschuke, hydrierte Nitrilbutadienkautschuke, Polyacrylatkautschuke, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke, Methyl-Vinyl-Silikon-Kautschuke, Butylkautschuke oder Styrol-Butadien-Kautschuke. Die Synthesekautschuke werden vorteilhafterweise so gewählt, dass sie zumindest eine Erweichungs- oder Glasübergangstemperatur aus einem Temperaturbereich von –80°C bis 0°C aufweisen. Handelt es sich bei den Synthesekautschuken um Blockcopolymere aus mehreren Polymerblöcken, so können darüber hinaus auch mehrere Erweichungs- oder Glasübergangstemperaturen existieren (entsprechend insgesamt der Anzahl der unterschiedlichen Polymerblöcke in dem Blockcopolymer).
Handelsübliche Beispiele für Nitrilbutadienkautschuke sind etwa Europrene^TM von Eni Chem, oder Krynac^TM von Bayer, oder Breon^TM und Nipol N^TM von Zeon. Polyvinylformale können etwa als Formvar^TM von Ladd Research bezogen werden. Polyvinylbutyrale sind unter Butvar^TM von Solucia, unter Pioloform^TM von Wacker und unter Mowital^TM von Kuraray erhältlich. Als hydrierte Nitrilbutadienkautschuke sind beispielsweise die Produkte Therban^TM von Bayer und Zetpol^TM von Zeon verfügbar. Polyacrylatkautschuke sind zum Beispiel als Nipol AR^TM von Zeon im Handel. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke können zum Beispiel als Keltan^TM von DSM, als Vistalon^TM von Exxon Mobile und als Buna EP^TM von Bayer bezogen werden. Methyl-Vinyl-Silikon-Kautschuke sind etwa unter Silastic^TM von Dow Corning und unter Silopren^TM von GE Silicones verfügbar. Butylkautschuke sind etwa als Esso Butyl^TM von Exxon Mobile erhältlich. Als Styrol-Butadien-Kautschuke können etwa Buna S^TM von Bayer, Europrene^TM von Eni Chem und Polysar S^TM von Bayer dienen.
Weiterhin können auch Mischungen mit Thermoplasten und Elastomeren eingesetzt werden. Typische hierfür eingesetzte thermoplastische Materialien werden aus der Gruppe der folgenden Polymere gewählt: Polyurethane, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymere, Polyester, Polyoxymethylene, Polybutylenterephthalate, Polycarbonate, Polyamide, Ethylenvinylacetate, Polyvinylacetate, Polyimide, Polyether, Poly(meth)acrylate, Copolyamide, Copolyester sowie Polyolefine, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polybuten oder Polyisobuten. Die Aufzählung besitzt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Diese thermoplastischen Materialien besitzen dabei häufig eine Erweichungs- oder Glasübergangstemperatur zwischen 60°C und 125°C.
Zur Optimierung der klebtechnischen Eigenschaften und der Aktivierungstemperatur, also der Temperatur, bei der die Klebemasse thermisch aktiviert haftklebrig wird, lassen sich optional Klebkraft-steigernde Harze oder Reaktivharze hinzusetzen. Der Anteil solcher Harze beträgt zwischen 5 und 75 Gew.-%, bezogen auf die Masse der Gesamtmischung aus Elastomer und Harzen.
So kann die erste Klebemasse ein Reaktivharz aufweisen, das zur Vernetzung mit sich selbst, mit anderen Reaktivharzen und/oder mit einer anderen Komponente der Klebemasse befähigt ist, etwa mit dem Basispolymer. Reaktivharze beeinflussen in einer Klebemasse die klebtechnischen Eigenschaften dieser Klebemasse infolge von chemischen Reaktionen. Als Reaktivharze können vorliegend alle üblichen Reaktivharze verwendet werden. Insbesondere können als Reaktivharze Epoxidharze, Novolakharze, Melaminharze, Phenolharze, Terpenphenolharze und/oder Harze auf Basis von Polyisocyanaten eingesetzt werden.
Als Epoxidharze können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Epoxidharze eingesetzt werden, insbesondere polymere Epoxidharze mit einem mittleren Molekulargewicht M_W aus einem Bereich von 100 g/mol bis maximal 10.000 g/mol, etwa Glycidylester und aliphatische Epoxidharze. Bevorzugte kommerzielle Beispiele hierfür sind Araldite^TM 6010, CY-281 ^TM ECN^TM 1273, ECN^TM 1280, MY 720, RD-2 von Ciba Geigy, DER^TM 331, DER^TM 732, DER^TM 736, DEN^TM 432, DEN^TM 438, DEN^TM 485 von Dow Chemical, Epon^TM 812, 825, 826, 828, 830, 834, 836, 871, 872,1001, 1004, 1031 usw. von Shell Chemical und HPT^TM 1071, HPT^TM 1079, ebenfalls von Shell Chemical. Beispiele für kommerzielle aliphatische Epoxidharze sind Vinylcyclohexandioxide wie ERL-4206, ERL-4221, ERL-4201, ERL-4289 und ERL-0400 der Union Carbide Corp.
Als Novolakharze können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Novolakharze eingesetzt werden, beispielsweise Epi-Rez^TM 5132 von Celanese, ESCN-001^TM von Sumitomo Chemical, CY-281^TM von Ciba Geigy, DEN^TM 431, DEN^TM 438, Quatrex^TM 5010 von Dow Chemical, RE 305S von Nippon Kayaku, Epiclon^TM N673 von DaiNipon Ink Chemistry und Epicote^TM 152 von Shell Chemical.
Als Melaminharze können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Melaminharze eingesetzt werden, beispielsweise Cymel^TM 327 und 323 von Cytec.
Als Phenolharze können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Phenolharze eingesetzt werden, beispielsweise YP 50 von Toto Kasei, PKHC^TM von Union Carbide Corp. und BKR^TM 2620 von Showa Union Gosei Corp. Weiterhin lassen sich als Reaktivharze auch Phenolresolharze einsetzen, unter anderem auch in Kombination mit anderen Phenolharzen.
Als Terpenphenolharze können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Terpenphenolharze eingesetzt werden, beispielsweise NIREZ^TM 2019 von Arizona Chemical.
Als Harze auf Basis von Polyisocyanaten können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Harze auf Basis von Polyisocyanaten eingesetzt werden, beispielsweise Coronate^TM L von Nippon Polyurethan Ind., Desmodur^TM N3300 und Mondur^TM 489 von Bayer.
Um die Reaktion zwischen den beiden Komponenten zu beschleunigen, kann die Klebemasse optional darüber hinaus auch Vernetzer und Beschleuniger enthalten. Als Beschleuniger eignen sich alle dem Fachmann bekannten geeigneten Beschleuniger, etwa Imidazole, kommerziell erhältlich als 2M7, 2E4MN, 2PZ-CN, 2PZ-CNS, P0505 und L07N von Shikoku Chem. Corp. und als Curezol 2MZ von Air Products, sowie Amine, insbesondere tertiäre Amine. Als Vernetzer eignen sich alle dem Fachmann bekannten geeigneten Vernetzer, beispielsweise Hexamethylentetramin (HMTA).
Zusätzlich kann die Klebemasse optional auch weitere Bestandteile enthalten, beispielsweise Weichmacher, Füllstoffe, Keimbildner, Blähmittel, Klebkraft-steigernde Additive und thermoplastische Additive, Compoundierungsmittel und/oder Alterungsschutzmittel.
Als Weichmacher können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Weichmacher verwendet werden, beispielsweise solche auf Basis von Polyglykolethern, Polyethylenoxiden, Phosphatestern, aliphatischen Carbonsäureestern und Benzoesäureestern, aromatischen Carbonsäureestern, höhermolekularen Diolen, Sulfonamiden und Adipinsäureestern.
Als Füllstoffe können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Füllstoffe verwendet werden, beispielsweise Fasern, Ruß, Zinkoxid, Titandioxid, Kreide, Kieselsäure, Silikate, Vollkugeln, Hohlkugeln oder Mikrokugeln aus Glas oder anderen Materialien.
Als Alterungsschutzmittel können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Alterungsschutzmittel verwendet werden, beispielsweise solche auf der Basis von primären und sekundären Antioxidantien oder Lichtschutzmitteln.
Als elastische Komponenten sind insbesondere synthetische Nitrilkautschuke von Interesse, die der Hitze-aktiviert verklebenden Klebemasse infolge ihrer hohen Fließviskosität eine auch unter Druck besonders hohe Dimensionsstabilität verleihen.
Als Klebkraft-steigernde Additive können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Additive verwendet werden, die unter anderem eine die Klebkraft steigernde Wirkung entfalten (zusätzlich aber in der Klebemasse auch weitere Funktionalität aufweisen können), beispielsweise Polyvinylformal, Polyvinylbutyral, Polyacrylatkautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Methyl-Vinyl-Silikon-Kautschuk, Butylkautschuk oder Styrol-Butadien-Kautschuk. Polyvinylformale sind unter Formvar^TM von Ladd Research erhältlich. Polyvinylbutyrale sind unter Butvar^TM von Solucia, unter Pioloform^TM von Wacker und unter Mowital^TM von Kuraray erhältlich. Polyacrylatkautschuke sind unter Nipol AR^TM von Zeon erhältlich. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke sind unter Keltan^TM von DSM, unter Vistalon^TM von Exxon Mobile und unter Buna EP^TM von Bayer erhältlich. Methyl-Vinyl-Silikon-Kautschuke sind unter Silastic^TM von Dow Corning und unter Silopren^TM von GE Silicones erhältlich. Butylkautschuke sind unter Esso Butyl^TM von Exxon Mobile erhältlich. Styrol-Butadien-Kautschuke sind unter Buna S^TM von Bayer, unter Europrene^TM von Eni Chem und unter Polysar S^TM von Bayer erhältlich.
Als thermoplastische Additive können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Thermoplaste verwendet werden, beispielsweise thermoplastische Materialien aus der Gruppe der Polyurethane, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymere, Polyester, Polyoxymethylene, Polybutylenterephthalate, Polycarbonate, Polyamide, Ethylenvinylacetate, Polyvinylacetate, Polyimide, Polyether, Copolyamide, Copolyester, Polyacrylate und Polymethacrylate sowie Polyolefine wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Polybuten und Polyisobuten.
Ferner lassen sich optional der ersten Klebemasse und/oder der zweiten Klebemasse zur Optimierung der klebtechnischen Eigenschaften und des Aktivierungsbereiches der Klebemasse Klebkraft-steigernde Harze hinzusetzen. Als Klebkraft-steigernde Harze sind ausnahmslos alle vorbekannten und in der Literatur beschriebenen Klebharze einsetzbar, beispielsweise Pinenharze, Indenharze und Kolophoniumharze, deren disproportionierte, hydrierte, polymerisierte und/oder veresterte Derivate und Salze, aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffharze, Terpenharze und Terpenphenolharze sowie C5-Kohlenwasserstoffharze, C9-Kohlenwasserstoffharze sowie andere Kohlenwasserstoffharze. Beliebige Kombinationen dieser und weiterer Harze können eingesetzt werden, um die Eigenschaften der resultierenden Klebemasse wunschgemäß einzustellen. Im allgemeinen lassen sich alle mit den Elastomerbestandteilen kompatiblen (d. h. damit mischbaren oder darin löslichen) Harze einsetzen, insbesondere alle aliphatischen, aromatischen oder alkylaromatischen Kohlenwasserstoffharze, Kohlenwasserstoffharze auf der Basis reiner Monomere, hydrierte Kohlenwasserstoffharze, funktionelle Kohlenwasserstoffharze sowie Naturharze; in diesem Zusammenhang sei auf die Darstellung des Wissensstandes im „Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" von Donatas Satas (van Nostrand, 1989) ausdrücklich hingewiesen.
Überdies kann die Klebkraft des Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelements durch weitere gezielte Additivierung gesteigert werden, etwa durch Verwendung von Polyimin-Copolymeren und/oder Polyvinylacetat-Copolymeren als klebkraftfördernde Zusätze.
Selbstverständlich kann eine derartige Hitze-aktiviert verklebende Klebemasse auf der Basis von elastomeren Basispolymeren mit Modifikationsharzen darüber hinaus weitere Rezeptierungsbestandteile und/oder Hilfsstoffe enthalten, sofern dies gemäß dem jeweiligen Einsatzzweck zur gezielten Steuerung bestimmter Eigenschaften der Klebemasse oder der Verklebung gewünscht oder erforderlich ist. Insbesondere in Kombination mit den Reaktivsystemen werden häufig eine Vielzahl anderer Zusatzstoffe wie etwa Harze, Füllmaterialien, Katalysatoren, Alterungsschutzmittel und dergleichen eingesetzt.
Als wichtige Eigenschaft weist das mit diesen Klebemassen erhaltene Hitze-aktiviert verklebbare Flächenelement einen elektrischen Volumenwiderstand von mindestens 10¹² Ωcm auf, bevorzugt von 10¹³ Ωcm und besonders bevorzugt von 10¹⁴ Ωcm (jeweils bestimmt bei 25°C). Als Volumenwiderstand wird der auf die Dicke bezogene Widerstand eines Körpers bezeichnet. Hierbei handelt es sich um einen charakteristischen Wert, der eine direkt messbare Eigenschaft des Flächenelements wiedergibt. Eine derartige Messung des Volumenwiderstands kann erfindungsgemäß nach DIN IEC 93 durchgeführt werden. Da der Volumenwiderstand vorliegend relativ hoch ist, verhält sich das Flächenelement also zumindest teilweise isolierend.
Die Größe des Volumenwiderstands ist für jedes konkrete verwendete Hitze-aktiviert verklebbare Flächenelement jeweils von der Zusammensetzung der Klebemasse (beziehungsweise Klebemassen) sowie gegebenenfalls des verwendeten Trägers abhängig. So kann beispielsweise durch die Wahl von Polymeren in der Klebemasse oder einer Trägerfolie der Volumenwiderstand des Flächenelements insgesamt geändert werden, etwa indem elektrisch isolierende Polymere eingesetzt werden oder – für Spezialanwendungen – elektrisch leitende Polymere. Außerdem können auch nicht-polymere Bestandteile zu der Leitfähigkeit und zum Volumenwiderstand der Klebemassen sowie der Trägerfolie beitragen, etwa durch Verwendung von ionischen Zusatzstoffen wie beispielsweise Salzen oder metallischen Partikeln – insbesondere solchen, die in der Polymermatrix eine hohe Beweglichkeit aufweisen, etwa im Rahmen einer Diffusion oder Ionenwanderung. Darüber hinaus können chemische Reaktionen der Bestandteile des Flächenelements in Betracht zu ziehen sein, etwa Alterungsprozess oder Abbauprozesse, in deren Verlauf elektrisch leitende Produkte entstehen. Schließlich kann auch die konkrete geometrische Anordnung der einzelnen Teilabschnitte des Flächenelements von Bedeutung sein, etwa die Verwendung eines Trägers und die konkrete Ausgestaltung dieses Trägers, beispielsweise als flächig geschlossene Folie oder aber als perforierte Folie oder als Vlies.
Hat der Fachmann bei der Vielzahl an generell zur Verfügung stehenden unterschiedlichen Klebemassensystemen und Aufbauten für das Flächenelement entsprechend dem konkreten Anforderungsprofil die Auswahl eines konkreten Klebemassensystems sowie eines Flächenelementaufbaus getroffen, so sind ihm eine Vielzahl an jeweils spezifischen Maßnahmen bekannt, mittels derer das Flächenelement im Hinblick auf seinen Volumenwiderstand angepasst werden kann, etwa im Rahmen einer zusätzlichen Additivierung oder als Auftragung einer weiteren isolierenden Lackschicht oder Primerschicht zwischen den Träger und die Klebemasse.
Darüber hinaus kann es sinnvoll sein, die Zusammensetzung der Klebemassen – zumindest die Zusammensetzung der Klebemasse an der ersten Seitenfläche des Flächenelements – derart auszuwählen, dass diese einen Anteil freier Halogene, insbesondere Chlorid und Bromid, von weniger als 900 ppm aufweist, vorzugsweise einen Gesamthalogengehalt von weniger als 300 ppm und insbesondere von weniger als 100 ppm. Als freie Halogene gelten zum einen Halogenide und andere Halogene enthaltenden Ionen in der Klebemasse wie beispielsweise Fluorid, Chlorid, Bromid oder Iodid, die entsprechenden sauerstoffhaltigen Anionen dazu, beispielsweise Chlorat, Perchlorat und dergleichen sowie gegebenenfalls diesen chemisch ähnliche Pseudohalogenide. Zum anderen werden als freie Halogene aber auch alle weiteren Moleküle angesehen, die in üblichen alterungsbedingten, fotochemischen oder thermischen Abbaureaktionen zumindest eines der oben genannten Ionen oder sogar molekulare/atomare Halogene direkt oder indirekt freisetzen können. Die Messung des Anteils derartiger Anionen an der Klebemasse erfolgt etwa mittels Ionenchromatografie nach EN 14582.
Die obenstehend dargestellten Klebemassen sowie weitere Klebemassen, die hier nicht ausführlich beschrieben, dem Fachmann jedoch ohne weiteres als Hitze-aktiviert verklebende Klebemassen bekannt sind, werden in herkömmlichen Verfahren üblicherweise auf einen temporären Träger aufgetragen, etwa auf einen so genannten Prozessliner oder einen Releaseliner. Entsprechend dem jeweiligen Auftragungsverfahren kann die Klebemasse aus einer Lösung beschichtet werden. Zur Abmischung des Basispolymers mit weiteren Bestandteilen wie etwa Reaktivharzen oder Hilfsstoffen können hierbei alle bekannten Misch- oder Rührtechniken eingesetzt werden. So können beispielsweise zur Herstellung einer homogenen Mischung statische oder dynamische Mischaggregate zum Einsatz gelangen. Eine Abmischung des Basispolymers mit Reaktivharzen kann aber auch in der Schmelze durchgeführt werden. Hierfür können Kneter oder Doppelschneckenextruder zum Einsatz kommen. Die Abmischung erfolgt bevorzugt in der Wärme, wobei die Mischungstemperatur deutlich niedriger sein sollte als die Aktivierungstemperatur für reaktive Prozesse im Mischaggregat, etwa für eine Reaktion der Epoxidharze.
Für eine Auftragung der Klebemasse aus der Schmelze kann das Lösemittel in einem Aufkonzentrationsextruder unter vermindertem Druck abgezogen werden, wozu beispielsweise Ein- oder Doppelschneckenextruder eingesetzt werden können, die bevorzugt das Lösemittel in der gleichen Vakuumstufe oder in verschiedenen Vakuumstufen abdestillieren und über eine Vorwärmung der Einspeisung verfügen. Vorteilhafterweise ist der Anteil an in der Klebemasse verbleibendem Lösemittel kleiner als 1 Gew.-% oder sogar kleiner als 0,5 Gew.-%.
Auf diese Weise wird ein Flächenelement erhalten, das beidseitig jeweils mit identischen oder mit unterschiedlichen Hitze-aktiviert verklebenden Klebemassen ausgerüstet ist. Im Interesse einer leichten Handhabbarkeit des Flächenelements während der Lagerung und Verarbeitung kann die erste Seitenfläche und/oder zweite Seitenfläche des Flächenelements zusätzlich mit einem temporären Träger (etwa einem so genannten „Releaseliner") bedeckt sein, der unmittelbar vor der Verklebung dieser Seitenfläche abgezogen wird. Als temporäre Träger können alle dem Fachmann bekannten Liner eingesetzt werden, etwa Trennfolien und Trennlacke. Trennfolien sind beispielsweise haftungsverminderte Papiere sowie Folien auf der Basis von Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polyimid oder von Mischungen dieser Materialien. Bei Trennlacken handelt es sich häufig um Silikonlacke oder fluorierte Lacke zur Haftungsverminderung.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erste Seitenfläche des Flächenelements mit der Antenneneinheit in Kontakt gebracht, ohne dass es hierbei zunächst zum Ausbilden einer vollständigen Verklebung kommt. Wird bei dem Verfahren ein Flächenelement eingesetzt, das an seiner der ersten Seitenfläche einen temporären Träger aufweist, so wird dieser temporären Träger vor dem Herstellen des Kontakts von der Klebemasse an der ersten Seitenfläche abgezogen.
Im ersten Verbindungsschritt wird die Antenneneinheit mit der ersten Seitenfläche des Flächenelements zu einem Antennenelement verbunden; dies geschieht unter thermischer Aktivierung der Klebemasse an der ersten Seitenfläche des Flächenelements. Hierfür können alle üblichen und geeigneten Verbindungsverfahren eingesetzt werden; als günstig hat sich herausgestellt, das Verbinden als Heißlaminieren durchzuführen, bei dem die Antenneneinheit und das Flächenelement auf die gewünschte erste Verbindungstemperatur erwärmt und unter Druck aneinander gepresst werden. Hierfür sind alle üblichen Laminatoranordnungen einsetzbar, beispielsweise solche mit Pressstempeln, Anpresswalzen oder Druckwalzen.
Dabei kann der erste Verbindungsschritt derart ausgeführt werden, dass die Antenneneinheit mit dem Flächenelement dauerhaft fest verbunden wird. Anstelle dessen kann der erste Verbindungsschritt jedoch auch als Vorverbinden der Antenneneinheit mit dem Flächenelement durchgeführt werden (etwa als Prälaminierprozess bei niedrigeren Temperaturen, so dass die Klebemasse an der ersten Seitenfläche nicht vollständig aktiviert wird), bei dem eine schwache Verbindung zwischen der Antenneneinheit und dem Flächenelement ausgebildet wird. Als schwache Verbindung wird vorliegend eine Verbindung angesehen, bei der die Klebemasse nicht dauerhaft fest an der Antenneneinheit anhaftet, sondern gegebenenfalls von dieser wieder abgelöst werden könnte.
Bei einer derartigen Verfahrensführung wird eine endgültige feste und dauerhafte Verklebung erst im zweiten Verbindungsschritt erhalten, wobei dies auch für die Klebemasse an der ersten Seitenfläche gilt. Auf diese Weise sind im ersten Verbindungsschritt niedrige erste Verbindungstemperaturen ausreichend. Daher können zum Beispiel an beiden Seitenflächen des Flächenelements identische Klebemassen eingesetzt werden, da es so möglich ist, nur einen geringen Teil der Klebemasse an der zweiten Seitenfläche im ersten Verbindungsschritt zu aktivieren.
Das Erhitzen der Klebemasse kann hierbei in einer separaten Heizstrecke erfolgen oder aber über eine in die Walzen integrierte Heizeinrichtung. Hierfür wird das Flächenelement und gegebenenfalls auch die mit diesem in Kontakt gebrachte Antenneneinheit an einem Heizmittel vorbei oder zwischen mehreren Heizmitteln hindurch geführt. Das Heizmittel erhitzt dabei die Klebemasse an der ersten Seitenfläche auf die zu erreichende erste Verbindungstemperatur, um diese zu aktivieren. Das Erhitzen des Flächenelements kann hierbei erreicht werden, indem das Heizmittel das Flächenelement über dessen erste Seitenfläche erwärmt oder aber über dessen zweite Seitenfläche, also durch das Flächenelement hindurch. In letzteren Fall wird durch die Wärmeleitfähigkeit des Flächenelements gleichsam die Klebemasse an der ersten Seitenfläche mit erhitzt. Generell und insbesondere bei Verwendung von beheizten Laminierwalzen sollte die Oberfläche der Walzen temperaturbeständig ausgebildet sein, etwa eine metallische Oberfläche oder temperaturfeste Gummierung aufweisen.
Hierbei ist es sinnvoll, wenn die Klebemassen an den beiden Seitenflächen des Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelements derart gewählt werden, dass die zur Aktivierung der Klebemasse an der zweiten Seitenfläche erforderliche zweite Aktivierungstemperatur höher ist als zur Aktivierung der Klebemasse an der ersten Seitenfläche erforderliche erste Aktivierungstemperatur, und dass gleichzeitig die erste Verbindungstemperatur mindestens so hoch wie die erste Aktivierungstemperatur gewählt wird, aber niedriger als die zweite Aktivierungstemperatur.
So kann beispielsweise in einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren das Hitze-aktivierbare Flächenelement auf einem Releaseliner in einem ersten Verbindungsschritt zunächst an die Antenneneinheit angepresst werden, etwa mittels eines unbeheizten Walzenpaares bei Raumtemperatur, und anschließend durch die beheizten Rollen eines Heißrollenlaminators unter Einbringung von Wärme und Druck mit der Antenneneinheit verbunden werden. Die Übertragung mit Druck kann üblicherweise durch Verwendung einer oder mehrerer Kaschierwalzen erfolgen, vorzugsweise mit einer gummierten Oberfläche.
Für einen solchen Heißlaminierprozess lässt sich – unter Berücksichtigung der Aktivierungstemperatur der Hitze-aktiviert verklebenden Klebemassen – die Festigkeit der Verklebung über die Vorschubgeschwindigkeit, den ausgeübten Druck und die erste Verbindungstemperatur kontrollieren. Übliche Prozessbedingungen bei Verwendung eines Heizrollenlaminators sind etwa ein Anpressdruck aus einem Bereich von 1 bar bis 20 bar. Die erste Verarbeitungstemperatur wird hierbei in der Regel aus einem Temperaturbereich von 50°C bis 170°C gewählt, je nach Aktivierungstemperatur der Hitze-aktiviert verklebenden Klebemasse. Des weiteren können auch mehrere Heizrollenlaminatoren kombiniert werde. Übliche Durchlaufgeschwindigkeiten liegen zwischen 0,5 m/min und 50 m/min oder sogar nur zwischen 2 m/min und 10 m/min. Die Heizrollen des Rollenlaminators können von innen beheizt sein oder von einer äußeren Wärmequelle erhitzt werden, beispielsweise elektrisch oder mittels Infrarotlampen.
Kommt eine Klebemasse zum Einsatz, die an der zweiten Seitenfläche einen temporären Träger aufweist, so wird dieser temporäre Träger nach dem ersten Verbindungsschritt von der Klebemasse an der zweiten Seitenfläche abgezogen.
Nachfolgend wird die zweite Seitenfläche des mit der Antenneneinheit verbundenen Flächenelements mit der Trägereinheit in Kontakt gebracht, ohne dass es hierbei zunächst zum Ausbilden einer vollständigen Verklebung kommt. Nach Herbeiführen des Kontakts können Flächenelement und Trägereinheit als präfixierte Struktur vorverbunden sein, so dass eine schwache Verbindung zwischen dem Antennenelement und der Trägereinheit ausgebildet wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass die beiden Teile gegeneinander verrutschen, bevor sie endgültig dauerhaft miteinander verklebt sind.
Im zweiten Verbindungsschritt wird die Trägereinheit mit der zweiten Seitenfläche des Klebesystems dauerhaft fest verbunden und so ein Antennensystem hergestellt; dies geschieht ebenfalls unter thermischer Aktivierung, wofür die Klebemasse an der zweiten Seitenfläche des Flächenelements zu erwärmen ist. Auch für diesen Verbindungsschritt können alle üblichen und geeigneten Verbindungsverfahren eingesetzt werden; diese können mit dem Verbindungsverfahren des ersten Verbindungsschritts identisch oder unterschiedlich zu diesem sein. Auch bei dem zweiten Verbindungsschritt hat es sich als günstig herausgestellt, das Verbinden als Heisslaminieren durchzuführen. Hierbei wird das Antennenelement mit dem Flächenelement auf die gewünschte zweite Verbindungstemperatur erwärmt und unter Druck an die Trägereinheit gepresst. Auch hier sind grundsätzlich alle üblichen Laminatoranordnungen einsetzbar, beispielsweise solche mit Pressstempeln, Anpresswalzen oder Druckwalzen. Die im zweiten Verbindungsschritt eingesetzten apparativen Maßnahmen können entsprechend dem ersten Verbindungsschritt oder zu diesem verschiedenen gewählt werden.
Das Erhitzen der Klebemasse erfolgt erfindungsgemäß hierbei, indem die Klebemasse an der zweiten Seitenfläche des Flächenelements nicht direkt erhitzt wird, sondern durch die metallische Antenneneinheit hindurch, indem also die entsprechenden Heizmittel die Antenneneinheit erhitzen und infolge der hohen Wärmeleitfähigkeit der Antenneneinheit über die Antenneneinheit und durch die erste Klebemasse und gegebenenfalls den Träger hindurch die Klebemasse an der zweiten Seitenfläche des Flächenelements auf die zweite Verbindungstemperatur erhitzt wird. Dabei ist die zweite Verbindungstemperatur mindestens so hoch ist wie die zweite Aktivierungstemperatur, bevorzugt höher als die erste Aktivierungstemperatur der ersten Klebemasse. Vorzugsweise ist die zweite Verbindungstemperatur zudem genauso groß oder sogar höher als die erste Verbindungstemperatur, um den Anteil an bereits im ersten Verbindungsschritt thermisch aktivierter Klebemasse an der zweiten Seitenfläche so gering wie möglich zu halten und damit eine insgesamt möglichst hohe Klebkraft des Flächenelements erzielen zu können. Als Heizmittel können hierbei ebenfalls Vorrichtungen eingesetzt werden, die mit der Antenneneinheit in thermischen Kontakt stehen, beispielsweise Heizrollen, aber auch kontaktlose Heizmittel, etwa bei einem Heizen der metallischen Antenneneinheit durch induktiv erzeugte Wirbelströme (Induktionsheizen) oder mittels Infrarotlampen.
Nachdem das Antennenelement mit der Trägereinheit verbunden ist und so das Antennensystem erhalten wurde, kann es zusätzlich erforderlich sein, das im elektronischen Gerät einzubauende Antennensystem in eine gewünschte Form zu bringen. Hierfür können alle üblichen Formgebungsverfahren eingesetzt werden, beispielsweise ein Aufrollen (für den Fall einer als Folie ausgebildeten Trägereinheit) oder Zuschneiden des Antennensystems. Bei letzterem ist es etwa üblich, die gewünschte Antennenstruktur aus einem flächenförmigen Verbundwerkstück auszustanzen und so ein Antennensystem in der gewünschten Form zu erhalten. Stattdessen können die einzelnen Bauteile aber auch vor dem Verbinden in die gewünschte Form gebracht werden. So kann etwa ein bahnförmiges Antennenblech zunächst in die gewünschte Antennenform geschnitten werden und mit einem komplementären Stanzling des Flächenelements verbunden werden. Ferner kann die Trägereinheit bereits in der letzten Endes erwünschten Form mit dem Antennenelement verbunden werden. Zum Einbau des Antennensystems in ein elektronisches Gerät muss das Antennenelement dann lediglich an dem Gerät befestigt und leitend mit dessen Sende- und/oder Empfangselektronik verbunden werden.
Somit wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Flächenelement erhalten, das zum dauerhaften Verbinden einer metallischen Antenneneinheit und einer Trägereinheit verwendbar ist und hierbei eine besonders stabile und kompakte Verbindung ermöglicht, die in kurzen Fertigungszeiten hergestellt werden kann.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten gehen aus den Ausführungsbeispielen hervor, die anhand der beigefügten Zeichnung im folgenden näher beschrieben werden sollen. Dabei zeigt 1 schematisch eine Explosionszeichnung einer möglichen Ausbildung des erfinderischen Antennensystems.
Das in 1 dargestellte Antennensystem umfasst ein bereits vor dem Verbinden in die gewünschte Form gebrachtes Antennenelement, das aus einem vorgeformten Blech 1 aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung als Antenneneinheit und einem doppelseitigen Klebeformteil 2 als Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelement besteht. Ferner umfasst das Antennensystem eine Epoxidharzplatte 3 als stabile Trägereinheit, die als rechteckige Einbauplatte ausgebildet ist. Im Antennensystem sind die drei Bestandteile miteinander verbunden. Dabei wird das vorgeformte Blech 1 des Antennenelements über seine gesamte mit der Epoxidharzplatte 3 überlappenden Fläche vollflächig über das Klebeformteil 2 verbunden. Der Abschnitt des vorgeformten Blechs 1, der im hinteren Teilbereich über die Epoxidharzplatte 3 hinaus ragt, dient hierbei als Verbindungsmittel, um das Antennenelement mit der Sende- und/oder Empfangselektronik des Gerätes elektrisch leitend zu kontaktieren.
Die Eignung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im folgenden rein illustrativ anhand zweier konkreter Beispiele verdeutlicht, ohne sich durch die Wahl der untersuchten Proben beschränken zu wollen.
Es wurden zwei Hitze-aktiviert verklebende Klebemassen hergestellt und als trägerfreie Flächenelemente konfektioniert. Für das erste Flächenelement wurden 50 Gew.-% eines Nitrilkautschuks (Brenn N36 C80 von Zeon), 40 Gew.-% eines Phenol-Novolakharzes (Durez 33040 Rohm und Haas; abgemischt mit 8% Hexamethylentetramin) und 10 Gew.-% eines Phenolresolharzes (9610 LW von Bakelite) als Lösung (30%) in Methylethylketon hergestellt. Hierfür wurden die Bestandteile in einem Kneter für 20 h vermischt. Diese so erhaltene Klebemasse wurde aus der Lösung auf eine abgestufte temporäre Trägerfolie (Glassine-Liner von Laufenberg mit 70 μm Dicke) ausgestrichen und anschließend für 10 min bei 100°C Minuten getrocknet. Die nach dem Trocknen erhaltene Dicke der Klebemasse betrug 100 μm. Bei der Messung des Volumenwiderstands nach DIN IEC 93 ergab sich für dieses System ein Wert von 1,5 × 10¹⁵ Ωcm (durchgeführt bei einer Temperatur von 25°C nach A.2.1 (Wheatstone) mit einer Prüfspannung von 500 V bei einer Messelektrodenoberfläche von 5,31 cm² und einem Elektrodenabstand von 0,1 mm). Die entsprechend der EN 14582 bestimmten Halogenidkonzentrationen in der Klebemasse betrugen 452 ppm für Chlorid und weniger als 30 ppm für Bromid.
Für das zweite Flächenelement wurden 75 Gew.-% eines Copolyesters (Griltex 9E von EMS-Grilltech) mit 25 Gew.-% eines Eisphenol A-Epoxidharzes mit einem Erweichungsbereich um 60°C (EPR 0191 von Bakelite) in einem Messkneter (Haake) bei einer Temperatur von 130°C für 15 min bei 25 min^–1 gemischt. Die so erhaltene Klebemasse wurde anschließend bei einer Verarbeitungstemperatur von 140°C zwischen zwei Lagen silikonisiertem Glassine-Trennpapier auf eine Dicke von insgesamt 60 μm ausgewalzt. Bei der Messung des Volumenwiderstands nach DIN IEC 93 ergab sich für dieses System ein Wert von 6,0 × 10¹⁵ Ωcm (durchgeführt bei einer Temperatur von 25°C nach A.2.1 (Wheatstone) mit einer Prüfspannung von 500 V bei einer Messelektrodenoberfläche von 5,31 cm² und einem Elektrodenabstand von 0,1 mm). Die entsprechend der EN 14582 bestimmten Halogenidkonzentrationen in der Klebemasse betrugen weniger als 30 ppm für Chlorid wie auch für Bromid.
Die so erhaltenen Flächenelemente wurden mit einer vorgeformten Antenneneinheit aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung (99,8% Cu und 0,2% Be) in Kontakt gebracht und bei einer ersten Verbindungstemperatur von 130°C unter geringem Druck (2 bar) miteinander als Vorverbindung verklebt. Anschließend wurde das Flächenelement durch nachträgliches Schneiden den lateralen Abmessungen der vorgeformten Antenneneinheit angepasst und so ein geformtes Antennenelement erhalten.
Als Trägereinheit wurde ein Antennenkörper aus einem mit Glasfaser verstärkten Polyamid 6 verwendet. Dieser wurde mit der Antenneneinheit in Kontakt gebracht, in einem Heizrollenlaminator durch die Antenneneinheit hindurch auf die zweite Verbindungstemperatur von 150°C erhitzt und mit einer Anpressrolle für eine Pressdauer von 10 s mit einem Druck von 2 bar beaufschlagt. Die so erhaltenen Antennensysteme entsprachen hinsichtlich ihres Aufbaus den in 1 schematisch dargestellten Antennensystemen.
Zur Untersuchung der mechanischen Stabilität der Verklebung wurden die so erhaltenen Antennensysteme jeweils zwei Praxistests unterzogen, die eine Eignung der Antennensysteme für übliche Anwendungen in mobilen elektronischen Geräten untersuchen sollten.
In einem Falltest wurde das Antennensystem aus einer Höhe von 2 m auf eine flache Metallfläche fallen gelassen. Der Test wurde bei einer Umgebungstemperatur von 23°C und zusätzlich bei einer Umgebungstemperatur von –20°C durchgeführt, wozu die entsprechenden Prüfkörper zuvor auf die entsprechende Temperatur equilibriert wurden und anschließend zehn einzelne Fallversuche mit jeweils demselben Prüfkörper wiederholt wurden. Als Ergebnis dieses Tests wurden die maximale Anzahl an Fallversuchen protokolliert, während derer sich keine der im Antennensystem vorhandenen Verklebungen gelöst hatte.
In einem Langzeit-Klimawechseltest wurde das Antennensystem für die Dauer von 14 Tagen einem zyklisch wiederholt durchlaufenen Temperaturprogramm ausgesetzt. Hierbei wurde das Antennensystem zunächst innerhalb von 1 h von einer Temperatur von –30°C auf eine Temperatur von 85°C aufgeheizt und dabei einer Atmosphäre mit 85% relativer Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Unter letzteren Bedingungen wurde das Antennensystem für eine Dauer von 10 h belassen. Anschließend wurde das Antennensystem innerhalb 1 h wieder auf eine Temperatur von –30°C abgekühlt. Dieser Test galt als bestanden, wenn sich nach 14 Tagen keine Verklebung vollständig oder teilweise gelöst hatte.
Für die ersten Flächenelemente wie auch für die zweiten Flächenelemente wurden weder bei den zehn Fallversuchen bei Temperaturen von 23°C und –20°C noch bei den durchgeführten Klimawechseltests ein Ablösen der einzelnen Elemente des Antennensystems beobachtet.
Der Falltest wurde sowohl bei niedrigen als auch bei höheren Temperaturen ohne Beeinträchtigung des Antennensystems überstanden. Des weiteren wurden auch die thermischen Spannungen, die im Rahmen des Klimawechseltests aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Kunststoffträgers, der Metallantenne und des Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelements auftraten, derart von Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelement aufgenommen und kompensiert, dass keine Abhebung der Antenne vom Antennenkörper beobachtet wurde. Die Prüfungen belegen damit, dass die über das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Antennensysteme außerordentlich stabil sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 3326741 [0052]
- US 3639500 [0052]
- US 4404246 [0052]
- US 4452955 [0052]
- US 4404345 [0052]
- US 4545843 [0052]
- US 4880683 [0052]
- US 5593759 [0052]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- T. G. Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1 (1956) 123 [0043]
- „Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" von Donatas Satas (van Nostrand, 1989) [0072]
- DIN IEC 93 [0075]
- EN 14582 [0078]
- DIN IEC 93 [0099]
- EN 14582 [0099]
- DIN IEC 93 [0100]
- EN 14582 [0100]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Antennensystems umfassend zumindest eine metallische Antenneneinheit und zumindest eine Trägereinheit, wobei in dem Verfahren die Antenneneinheit mit einer ersten Seitenfläche eines Klebesystems in Kontakt gebracht wird, in einem ersten Verbindungsschritt die Antenneneinheit mit der ersten Seitenfläche des Klebesystems zu einem Antennenelement verbunden wird, das so erhaltene Antennenelement an der zweiten Seitenfläche des Klebesystems mit einer Trägereinheit in Kontakt gebracht wird, und in einem zweiten Verbindungsschritt die Trägereinheit mit der zweiten Seitenfläche des Klebesystems des Antennenelements dauerhaft verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebesystem ein Hitze-aktiviert verklebbares und im wesentlichen formstabiles Flächenelement mit einem elektrischen Volumenwiderstand von mindestens 10¹² Ωcm verwendet wird, und dass im zweiten Verbindungsschritt eine Hitze-Aktivierung des Flächenelements durchgeführt wird, indem das Flächenelement durch die Antenneneinheit erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsschritt bei einer ersten Verbindungstemperatur durchgeführt wird und der zweite Verbindungsschritt bei einer zweiten Verbindungstemperatur durchgeführt wird, wobei die zweite Verbindungstemperatur mindestens so hoch ist wie die erste Verbindungstemperatur.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbindungstemperatur höher als die erste Verbindungstemperatur ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenelement nach dem In-Kontakt-Bringen des Antennenelements und der Trägereinheit und vor dem zweiten Verbindungsschritt mit der Trägereinheit vorverbunden wird, wobei eine schwache Verbindung zwischen dem Antennenelement und der Trägereinheit ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsschrift ein Vorverbinden der Antenneneinheit mit dem Flächenelement ist, bei dem eine schwache Verbindung zwischen der Antenneneinheit und dem Flächenelement ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dauerhafte Verbund umfassend die Trägereinheit und das Antennenelement nach dem zweiten Verbindungsschritt in eine gewünschte Form geschnitten wird.
Hitze-aktiviert verklebbares Flächenelement zum dauerhaften Verbinden einer metallischen Antenneneinheit mit einer Trägereinheit, das Flächenelement umfassend zumindest eine Hitze-aktiviert verklebende Klebemasse, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement senkrecht zur Hauptausdehnung einen elektrischen Volumenwiderstand von mindestens 10¹² Ωcm aufweist, bevorzugt von 10¹³ Ωcm, besonders bevorzugt von 10¹⁴ Ωcm.
Flächenelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebemasse einen Anteil freier Halogene, insbesondere Chlorid und Bromid, von weniger als 900 ppm aufweist, vorzugsweise einen Gesamthalogengehalt von weniger als 300 ppm und insbesondere von weniger als 100 ppm.
Verwendung eines Hitze-aktiviert verklebbaren Flächenelements nach Anspruch 7 oder 8 zum dauerhaften Verbinden einer metallischen Antenneneinheit und einer Trägereinheit.
Antennenelement umfassend eine metallische Antenneneinheit und ein Hitze-aktiviert verklebbares Flächenelement nach Anspruch 7 oder 8.
Antennensystem umfassend ein Antennenelement nach Annspruch 10 und eine Trägereinheit.