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Die
Erfindung betrifft eine Prägefolie, welche in dieser Reihenfolge
ein flexibles, insbesondere elektrisch isolierendes Substrat, eine
Ablöseschicht und mindestens eine von der Ablöseschicht
ablösbare Metallschicht aufweist. Die Erfindung betrifft
weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Strukturelementen aus
Kupfer sowie eine Verwendung der Prägefolie in einem derartigen
Verfahren.
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Prägefolien
der eingangs genannten Art sind, unter anderem aus
DE 2800635 B1 , bekannt, wobei
Ablöseschichten aus Wachs oder Trennlack, häufig
auch Ablöseschichten auf Silikon-Basis, eingesetzt werden.
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Weiterhin
sind unterschiedliche Verfahren zur Herstellung von Strukturelementen
aus Kupfer, wie beispielsweise Antennenstrukturen, Leiterbahnstrukturen,
elektrisch leitenden Anschlussflächen, Elektrodenflächen,
Spulenelementen und dergleichen auf elektrisch isolierenden Trägern
hinreichend bekannt.
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Bei
der Massenproduktion von elektronischen Bauelementen oder Schaltungen
ist meist eine Strukturierung, d. h. eine bereichsweise oder musterförmige
Ausgestaltung, der elektrisch leitenden Funktionsschichten der einzelnen
Bauelemente sowie gegebenenfalls deren Verbindungsleitungen zur Ausbildung
von Schaltungen erforderlich. Dabei werden Strukturelemente wie
elektrisch leitende Anschlussflächen, Elektrodenflächen,
Leiterbahnstrukturen, Antennenstrukturen, Spulenelemente usw. aus elektrisch
leitendem Material auf einem elektrisch isolierenden Träger
ausgebildet und weitere Funktionsschichten wie Halbleiterschichten,
elektrisch isolierende Schichten, Haftvermittlerschichten usw. daran
angrenzend ausgebildet, um Bauelemente und Schaltungen auf dem Träger
aufzubauen.
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Als
elektrisch isolierende Träger sind dabei zunehmend flexible,
d. h. biegsame Träger, wie zum Beispiel Folien aus Kunststoff
oder Folien enthaltend eine Oberfläche aus Kunststoff im
Einsatz, die während der Ausbildung der einzelnen Schichten
der Bauelemente und Schaltungen kontinuierlich von Rolle zu Rolle
transportiert werden können. Flexible Träger ermöglichen
somit in einfacher Weise eine Massenproduktion von dünnen,
flexiblen und kostengünstigen Bauelementen und/oder Schaltungen,
sofern die einzelnen Schichten, mit denen die Bauelemente und Schaltungen
aufgebaut werden, jeweils oder in Summe eine so geringe Schichtdicke
aufweisen, dass die Flexibilität des Trägers nicht
oder nur unwesentlich beeinträchtigt wird.
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Bei
einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Strukturelementen
wird eine metallische Dünnfilmschicht, beispielsweise durch
Aufdampfen oder Sputtern, auf dem elektrisch isolierenden Träger gebildet
und anschließend galvanisch verstärkt.
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Alternativ
wird zur Bildung von Strukturelementen ein Verfahren eingesetzt,
bei dem auf den Träger eine Leitpaste, ein Leitkleber oder
ein leitfähiger Lack musterförmig in relativ hoher
Schichtdicke bzw. als Dickfilm aufgedruckt, verfestigt und anschließend
galvanisch verstärkt wird.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung von Strukturelementen auf elektrisch
isolierenden Trägern ist aus
WO 2005/039868 A2 bekannt.
Hier wird als elektrisch isolierender Träger bevorzugt
eine flexible, dünne Trägerfolie aus Kunststoff
eingesetzt. Auf der Trägerfolie wird eine Kleberschicht
bereitgestellt, die mit einer elektrisch leitenden Schicht verbunden
wird, welche auf einer Prägefolie bzw. Transferfolie bereitgestellt
ist. Solche Prägefolien weisen bekanntermaßen
eine selbsttragende Schicht bzw. ein Substrat und eine meist nicht
selbsttragende Übertragungslage auf, die von der selbsttragenden Schicht
bzw. dem Substrat ablösbar ist. Die Übertragungslage
wird aus mindestens einer Schicht gebildet, wie beispielsweise einer
Metallschicht zur Ausbildung einer Leiterbahnstruktur.
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Es
ist nun Aufgabe der Erfindung, ein besonders kostengünstiges
Verfahren zur Herstellung von Strukturelementen aus Kupfer und eine
Prägefolie anzugeben, die sich für einen Einsatz
in einem derartigen Verfahren eignet.
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Die
Aufgabe wird für die Prägefolie, welche in dieser
Reihenfolge ein flexibles, insbesondere elektrisch isolierendes
Substrat, eine Ablöseschicht und mindestens eine von der
Ablöseschicht ablösbare Metallschicht aufweist,
gelöst, indem die mindestens eine Metallschicht senkrecht
zur Ebene der Ablöseschicht gesehen deckungsgleich zur
Ablöseschicht angeordnet ist, indem die Ablöseschicht
eine metallische Ablöseschicht ist, die aus Aluminium,
Silber, Gold oder deren Legierungen gebildet ist und indem die mindestens
eine Metallschicht aus Kupfer gebildet ist.
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Es
hat sich überraschend gezeigt, dass eine Schicht aus Aluminium,
Silber, Gold oder deren Legierungen als Ablöseschicht in
einer Prägefolie eingesetzt werden kann, um mindestens
eine daran unmittelbar angrenzende Kupferschicht vollständig oder
weitgehend rückstandsfrei auszuprägen. Die metallische
Ablöseschicht hat den zusätzlichen Vorteil, dass
diese aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit unmittelbar
in einem elektrolytischen Bad chemisch stromlos und/oder galvanisch,
d. h. unter Stromeinfluss, mit der mindestens einen Metallschicht
aus Kupfer plattiert werden kann. Die metallische Ablöseschicht
weist demnach eine Doppelfunktion auf, nämlich die einer
herkömmlichen Ablöseschicht und weiterhin die
einer Anlagerungsschicht, auf der eine unmittelbare, zielgenaue
Metallabscheidung aus einem elektrolytischen Bad möglich
ist. Die Adhäsion zwischen der metallischen Ablöseschicht und
der mindestens einen Metallschicht aus Kupfer ist dabei so gut,
dass ein verarbeitbarer Prägefolienverbund ausgebildet
werden kann, jedoch auch gering genug, so dass die mindestens eine
Metallschicht mittels eines simplen Klebestreifens von der Ablöseschicht
abgezogen und somit auch in einem herkömmlichen Prägeverfahren
abgeprägt werden kann. Im Vergleich ist die Adhäsion
im Bereich der Klebeverbindung zwischen der mindestens einen Metallschicht
und einem damit mittels einer Kleberschicht verklebten Träger
weitaus höher als die Adhäsion zwischen der metallischen
Ablöseschicht und einer Kupferschicht.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine Metallschicht der Prägefolie
auf der metallischen Ablöseschicht durch chemisch stromloses und/oder
galvanisches Plattieren gebildet ist. Bei diesem Verfahren wird
keine Maske oder dergleichen benötigt, um die mindestens
eine Metallschicht genau in Form der bzw. deckungsgleich zur Ablöseschicht
auszubilden.
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Um
Material zu sparen und die Kosten zu senken, hat es sich dabei bewährt,
wenn die Ablöseschicht der Prägefolie musterförmig,
d. h. lediglich bereichsweise, auf dem vorzugsweise elektrisch isolierenden,
flexiblen Substrat angeordnet ist.
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Die
Aufgabe wird für das Verfahren zur Herstellung mindestens
eines Strukturelements aus Kupfer auf einem, insbesondere elektrisch
isolierenden Träger durch folgende Schritte gelöst:
- a) Bereitstellen eines flexiblen elektrisch
isolierenden Substrats mit einer musterförmig darauf angeordneten,
metallischen Ablöseschicht aus Aluminium, Silber, Gold
oder deren Legierungen;
- b) Plattieren der Ablöseschicht in einem elektrolytischen
Bad mit mindestens einer Metallschicht aus Kupfer;
- c) Bereitstellen des Trägers;
- d) Verkleben einer Seite des Trägers mit zumindest
einem Bereich der mindestens einen Metallschicht, wobei eine Adhäsion
zwischen dem Träger und der mindestens einen Metallschicht
im Bereich der Verklebung größer ausgebildet wird
als
eine Adhäsion zwischen der mindestens einen Metallschicht
und der Ablöseschicht; und
- e) Trennen des Trägers vom Substrat, wobei die mindestens
eine Metallschicht im Bereich der Verklebung von der Ablöseschicht
abgelöst wird und auf dem Träger in Form des mindestens
einen Strukturelements aus Kupfer verbleibt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
eine besonders kostengünstige und materialsparende Herstellung
von Strukturelementen aus Kupfer, insbesondere in Form von Antennenstrukturen,
Leiterbahnstrukturen, elektrisch leitenden Anschlussflächen,
Elektrodenflächen, Spulenelementen und dergleichen, wobei die
Strukturelemente mit Abmessungen in einer Richtung von minimal etwa 100 μm
realisiert werden können. Strukturelemente aus Kupfer mit
einer Längen- und/oder Breitenabmessung im Bereich von
200 μm bis 5 mm haben sich bewährt, wobei selbstverständlich
auch deutlich größer dimensionierte Strukturelemente
erzeugt werden können.
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Eine
Verwendung einer erfindungsgemäßen Prägefolie
mit einer musterförmig ausgestalteten metallischen Ablöseschicht
in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung
mindestens eines Strukturelements aus Kupfer auf einem Träger,
umfassend die Schritte
Bereitstellen der Prägefolie
unter Durchführung der Schritte a) und b) des Verfahrens
und anschließendes Durchführen der Schritte c)
bis e) des Verfahrens,
ist ideal. Die Schritte a) und b) des
Verfahrens beschreiben dabei im Wesentlichen die Bildung der Prägefolie
und können somit zeitlich und räumlich entkoppelt
von den weiteren Verfahrensschritten c) bis e) erfolgen.
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Nachfolgend
sind weitere, bevorzugte Ausgestaltungen der Prägefolie
und des Verfahrens angegeben.
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Aus
Kostengründen hat sich insbesondere eine metallische Ablöseschicht
bewährt, die aus Aluminium gebildet ist. In Vergleich zu
Silber und insbesondere im Vergleich zu Gold und Legierungen enthaltend
diese Edelmetalle ist der Preis für Aluminium derzeit vernachlässigbar
gering.
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Für
die metallische Ablöseschicht hat sich eine Schichtdicke
im Bereich von 1 μm bis 36 μm als vorteilhaft
erwiesen.
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Vorzugsweise
wird die metallische Ablöseschicht in mindestens einem
ersten Bereich in der Umrissform des zu bildenden, mindestens einen Strukturelements
ausgebildet. Dabei wird in der Praxis eine Vielzahl von ersten Bereichen,
die auf dem Substrat gleich oder unterschiedlich geformt nebeneinander
vorliegen können, vorgesehen. Sofern die ersten Bereiche
nicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind oder besonders
geringe Abmessungen aufweisen, so dass eine elektrische Kontaktierung
der Ablöseschicht zur galvanischen Abscheidung von Kupfer
eher schwierig ist, kann mindestens ein zweiter Bereich der Ablöseschicht
in Form mindestens einer Hilfsleiterbahn ausgebildet sein. Eine solche
Hilfsleiterbahn verbessert eine elektrische Kontaktierbarkeit der
metallischen Ablöseschicht, wobei die ersten Bereiche der
Ablöseschicht gegebenenfalls miteinander, in jedem Fall
aber jeweils mit einer externen Stromquelle, elektrisch leitend
verbunden werden können. Die mindestens eine Metallschicht,
die nicht nur in den ersten Bereichen, sondern auch in den zweiten
Bereichen der Ablöseschicht abgeschieden wird, kann zwar,
aber muss nicht auf den Träger übertragen werden.
Je nach Anordnung der Verklebung kann die mindestens eine Metallschicht
lediglich in den ersten Bereichen, welche die zu bildenden Strukturelemente
aus Kupfer tragen, auf den Träger übertragen werden.
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Um
die mindestens eine Metallschicht einwandfrei und gut haftend auf
der Ablöseschicht zu erzeugen, hat es sich bewährt,
wenn die Ablöseschicht vor dem Schritt b) des Verfahrens
chemisch und/oder physikalisch gereinigt wird. Dazu eignet sich
insbesondere ein nasschemisches Ätzen oder ein Plasmaätzen.
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Die
mindestens eine Metallschicht weist insbesondere eine Schichtdicke
im Bereich von etwa 1 μm bis 50 μm, insbesondere
im Bereich von etwa 1 μm bis 20 μm, auf. Hierbei
ist die Gesamtschichtdicke angegeben, die auch bei einem Vorliegen
von mehreren Metallschichten aus Kupfer für die Summe der Schichtdicken
aller Metallschichten zusammen bevorzugt ist. Diese Gesamtschichtdicke
entspricht somit auch der Dicke der im erfindungsgemäßen
Verfahren auf dem Träger gebildeten Strukturelemente aus
Kupfer.
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Es
hat sich bewährt, wenn die mindestens eine Metallschicht
so ausgebildet ird, dass sie mindestens eine mittels elektrolytischer
Galvanisierung bzw. galvanisch abgeschiedene Kupferschicht umfasst.
Die Abscheidung in einem galvanischen Prozess, bei dem im Galvanikbad
elektrischer Strom fließt, ist dazu geeignet, innerhalb
kurzer Zeit eine hohe Menge an Kupfer abzuscheiden. Vorzugsweise wird
die mindestens eine galvanisch abgeschiedene Kupferschicht mit einer
Schichtdicke im Bereich von 1 μm bis 30 μm, insbesondere
von etwa 18 μm, ausgebildet.
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Weiterhin
hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine Metallschicht
so ausgebildet wird, dass sie mindestens eine mittels chemischer
Galvanisierung gebildete bzw. mindestens eine chemisch stromlos
abgeschiedene Kupferschicht umfasst. Eine solche Kupferschicht hat
sich insbesondere zur Abscheidung direkt auf der metallischen Ablöseschicht bewährt,
um die elektrische Leitfähigkeit der Ablöseschicht,
insbesondere einer aus Aluminium, noch zu verbessern und eine nachfolgende
galvanische Abscheidung von Kupfer zu verbessern. Die mindestens
eine chemisch stromlos abgeschiedene Kupferschicht wird insbesondere
mit einer Schichtdicke im Bereich von 100 nm bis 1 μm ausgebildet.
Zur Erzielung höherer Schichtdicken wird bei chemisch stromlos
abgeschiedenen Metallschichten eine lange Verweildauer der Ablöseschicht
im elektrolytischen Bad benötigt, so dass dies weniger
wirtschaftlich ist.
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Besonders
bevorzugt ist es daher, wenn die Ablöseschicht in Schritt
b) in einem ersten elektrolytischen Bad chemisch stromlos mit einer
ersten Kupferschicht plattiert wird und die erste Kupferschicht anschließend
in einem zweiten elektrolytischen Bad galvanisch mit einer zweiten
Kupferschicht plattiert wird. Der gebildete Verbund an Metallschichten
aus Kupfer weist ein besonders gutes Ablöseverhalten gegenüber
Aluminium auf.
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Auf
einer Ablöseschicht aus elektrisch besonders gut leitendem
Metall wie Silber, das gegenüber einer Ablöseschicht
aus Aluminium eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit
aufweist, kann auf eine stromlos abgeschiedene Kupferschicht verzichtet
werden und die Ablöseschicht unmittelbar galvanisch mit
Kupfer plattiert werden.
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Das
flexible, insbesondere elektrisch isolierende Substrat weist bevorzugt
eine Schichtdicke im Bereich von 12 μm bis 2 mm auf. Vorzugsweise
ist ein flexibles elektrisch isolierendes Substrat, auf welchem
sich die metallische Ablöseschicht befindet, durch eine
Kunststofffolie, insbesondere aus PET, PE, PC, PVC, Polyimid, oder
zumindest durch eine Materiallage oder ein Laminat mit elektrisch
isolierender Oberfläche gebildet. Unter einem elektrisch
isolierenden Substrat wird somit auch ein Substrat verstanden, das
lediglich auf der Seite eine elektrisch isolierende Oberfläche
aufweist, auf der die metallische Ablöseschicht angeordnet
ist.
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Das
flexible Substrat wird vorzugsweise während der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens kontinuierlich
von Rolle zu Rolle transportiert.
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In
Schritt d) des Verfahrens wird die eine Seite des Trägers
mit der, dem Substrat abgewandten Seite der mindestens einen Metallschicht
insbesondere mittels mindestens einer Kleberschicht und/oder einer
Grundierungsschicht verklebt.
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Es
hat sich bewährt, wenn dazu die mindestens eine Kleberschicht
vor Schritt d) insbesondere vollflächig auf die eine Seite
des Trägers aufgebracht wird. Aber auch ein lediglich musterförmiger
Auftrag der mindestens einen Kleberschicht auf dem Träger ist
möglich.
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Die
mindestens eine Kleberschicht kann alternativ dazu oder in Ergänzung
dazu vor dem Schritt d) bereichsweise auf die, dem Substrat abgewandte Seite
der mindestens einen Metallschicht aufgebracht werden, wobei die
mindestens eine Metallschicht von der mindestens einen Kleberschicht
komplett oder lediglich teilweise bedeckt sein kann.
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Durch
einen partiellen oder musterförmigen Auftrag von Kleber
auf den Träger oder die mindestens eine Metallschicht ist
es möglich, lediglich ausgewählte Bereiche der
mindestens einen Metallschicht im Prägeverfahren abzulösen,
beispielsweise in Form der Strukturelemente, eines Musters, eines Texts
und dergleichen. So kann beispielsweise ein Ablösen der
mindestens einen Metallschicht in Hilfsbereichen der Ablöseschicht,
z. B. von Hilfsleiterbahnen, zuverlässig verhindert werden,
die während der galvanischen Abscheidung einer Metallschicht
lediglich zur elektrischen Kontaktierung von Bereichen der Ablöseschicht
dienen bzw. benötigt werden, auf denen Strukturelemente
ausgeformt werden, wenn auf den Hilfsbereichen keine Kleberschicht
angeordnet wird. Dagegen wird insbesondere in den Bereichen der
Ablöseschicht, auf denen Strukturelemente aus Kupfer aufgebaut
sind die ausgeprägt werden sollen, eine Kleberschicht zwischen
der mindestens einen Metallschicht und dem Träger angeordnet,
welche beim Prägen an dem Träger haftet und die
Metallschicht so fest am Träger fixiert, dass die Metallschicht
sich von der Ablöseschicht lösen lässt.
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Die
Prägefolie weist daher insbesondere auf ihrer dem Substrat
abgewandten Seite zumindest im Bereich der mindestens einen Metallschicht
mindestens eine Kleberschicht auf. Die Kleberschicht kann dabei
vollflächig oder lediglich im Bereich der mindestens einen
Metallschicht aufgetragen sein, wobei die mindestens eine Metallschicht
von der mindestens einen Kleberschicht komplett oder lediglich teilweise
bedeckt sein kann.
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Weiterhin
kann die mindestens eine Kleberschicht sich auch über die
freiliegenden, d. h. von der Ablöseschicht unbedeckten
Bereiche des Substrats erstrecken, insbesondere wenn der Träger
ohne Kleberschicht oder lediglich mit musterförmig ausgebildeter
Kleberschicht vorliegt.
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Insbesondere
ist die mindestens eine Kleberschicht so ausgebildet, dass sie mindestens
eine Heißkleberschicht umfasst. Das Verkleben der einen Seite
des Trägers mit der dem Substrat abgewandten Seite der
mindestens einen Metallschicht erfolgt in einem solchen Fall bevorzugt
mittels Heißprägens. Beim Heißprägen
wird das Substrat bzw. die Prägefolie unter Druck gegen
den Träger gepresst und die mindestens eine Kleberschicht
gleichzeitig erwärmt, so dass die Heißkleberschicht
klebrig wird und eine Klebeverbindung zwischen dem Träger
und der mindestens einen Metallschicht ausbildet. Nach dem Abkühlen
der Heißkleberschicht und einer Druckentlastung ist die
Klebeverbindung so stark, dass das Substrat vom Träger
abgezogen werden kann, wobei zumindest die verklebten Bereiche der
mindestens einen Metallschicht von der Ablöseschicht gelöst
werden und auf dem Träger verbleiben.
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Alternativ
kann die mindestens eine Kleberschicht so ausgebildet sein, dass
sie mindestens eine, unter Bestrahlung, insbesondere UV-Bestrahlung,
vernetzende Kleberschicht umfasst. Das Verkleben der einen Seite
des Trägers mit der dem Substrat abgewandten Seite der
mindestens einen Metallschicht erfolgt beispielsweise, indem die
strahlungsvernetzende Kleberschicht bereits vor einem Zusammenfügen
des Trägers und des Substrats mit der mindestens einen Metallschicht
bestrahlt und zur Vernetzung angeregt wird. Nach dem in Kontakt
bringen von Träger und mindestens einer Metallschicht vernetzt
die Kleberschicht und bildet eine feste Klebeverbindung aus.
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Alternativ
kann eine Aktivierung bzw. Vernetzung der strahlungsvernetzenden
Kleberschicht mittels Strahlung auch erst nach einem Zusammenfügen
von Träger und Substrat erfolgen, sofern entweder der Träger
oder das Substrat inklusive der Ablöseschicht und der mindestens
einen Metallschicht, bzw. die zur Durchführung des Verfahrens
verwendete Prägefolie, für die eingesetzte Bestrahlungsart durchlässig
ist.
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Es
hat sich aus Kostengründen bewährt, wenn das Substrat
mit der bereichsweise darauf angeordneten Ablöseschicht
nach dem in Schritt e) des Verfahrens erfolgten Ablösen
der mindestens einen Metallschicht chemisch und/oder physikalisch
gereinigt wird und mindestens ein weiteres Mal zur Herstellung mindestens
eines weiteren Strukturelements unter Durchführung der
Schritte a) bis e) verwendet wird. Dabei kann das Substrat mit der
bereichsweise darauf angeordneten Ablöseschicht zum Aufbau
einer neuen Prägefolie verwendet und insbesondere erneut
im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden
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Der
Träger, auf dem die Strukturelemente aus Kupfer gebildet
werden, ist vorzugsweise flexibel, d. h. biegsam, ausgebildet. Der
Träger kann aber auch starr ausgebildet sein. Insbesondere
ist der Träger als flexible Trägerfolie mit einer
Foliendicke insbesondere im Bereich von 12 μm bis 2 mm
ausgebildet. Für den Träger hat es sich bewährt,
wenn dieser aus einem elektrisch isolierenden Material oder zumindest
an seiner Oberfläche, die die Strukturelemente aufnimmt,
aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Zum Beispiel
eignen sich als flexible Träger Folien aus elektrisch isolierendem Kunststoff
oder Folien enthaltend eine Oberfläche aus elektrisch isolierendem
Kunststoff, die während der Durchführung des Verfahrens
kontinuierlich von Rolle zu Rolle transportiert werden können.
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Die 1a bis 5h sollen
den Aufbau von Prägefolien und die Durchführung
eines Verfahrens beispielhaft erläutern. So zeigt
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1a einen
Querschnitt durch eine erste Prägefolie;
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1b eine
Ansicht der ersten Prägefolie aus 1a auf
Seiten der mindestens einen Metallschicht;
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2 einen
Querschnitt durch eine zweite Prägefolie;
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3 im
Querschnitt ein Verkleben der ersten Prägefolie mit einem
Träger;
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4 im
Querschnitt ein Trennen von Substrat und Träger gemäß 3;
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5a bis 5f einen
Verfahrensablauf in Querschnittsdarstellung;
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5g den
abgetrennten Träger aus 5f auf
Seiten der Strukturelemente; und
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5h das
abgetrennte Substrat gemäß 5f auf
Seiten der Ablöseschicht.
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1a zeigt
einen Querschnitt A-A' durch einen Ausschnitt aus einer ersten Prägefolie 1a.
Die Prägefolie 1a umfasst ein flexibles elektrisch
isolierendes Substrat 1 aus PET-Folie in einer Schichtdicke
im Bereich von etwa 12 bis 75 μm, insbesondere von 36 bis
50 μm. Auf dem Substrat 2 befindet sich eine musterförmig
ausgestaltete metallische Ablöseschicht 3 aus
Aluminium, welche eine Schichtdicke im Bereich von etwa 1 bis 25 μm,
insbesondere von etwa 18 μm, aufweist.
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Das
Substrat 2 und die metallische Ablöseschicht 3 können
ausgehend von einer handelsüblichen PET-Al-Verbundfolie
der SIKA-Werke gebildet werden, welche eine vollflächige
Aluminiumschicht auf einer Seite einer PET-Folie bereitstellt. Die
vollflächige Aluminiumschicht kann in Form des gewünschten
Musters zur Bildung von ersten Bereichen zum Aufbau von Strukturelementen
und ggf. zweiten Bereichen zur Bildung von Hilfsleiterbahnen bereichsweise
entfernt werden, um die musterförmige Ablöseschicht 3 auszubilden.
Dazu können hinreichend bekannte chemische und/oder mechanische
Abtragsverfahren, wie beispielsweise Fräsen, Ätzen oder
eine Laserablation, zur bereichsweisen Entfernung des Aluminiums
vom Substrat 2 eingesetzt werden
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Auf
der Ablöseschicht 3 ist in elektrolytischen Bädern
mindestens eine Metallschicht 4 aus Kupfer abgeschieden,
wobei die mindestens eine Metallschicht 4 eine chemisch
stromlos abgeschiedene erste Kupferschicht 4a in einer
Schichtdicke von 100 nm umfasst. Die erste Kupferschicht 4a ist
direkt auf die Ablöseschicht 3 abgeschieden, wobei
ein wässriges erstes elektrolytisches Bad verwendet wurde, umfassend:
30
g/l Kupfersulfat
150 g/l Kaliumnatriumtartrat
48 g/l Natriumhydroxid
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Auf
die erste Kupferschicht 4a wurde nachfolgend in einem zweiten
elektrolytischen Bad eine zweite Kupferschicht mit einer Schichtdicke
im Bereich von etwa 1 bis 30 μm, insbesondere von etwa 20 μm,
galvanisch aufgebracht, wobei die Ablöseschicht 3 an
eine externe, hier nicht dargestellte Stromquelle angeschlossen
wurde.
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Ein
geeignetes zweites elektrolytisches Bad, um Kupfer galvanisch abzuscheiden,
weist folgende Zusammensetzung (in Gewichtsteilen) auf:
1000
Teile H2O dest.
50 Teile CuSO4
10 Teile H2SO4 (98%ig)
5 Teile L-Ascorbinsäure
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Um
aus einem derartigen zweiten Bad eine Kupferschicht von beispielsweise
12 μm Schichtdicke galvanisch abzuscheiden, werden vorzugsweise folgende
Parameter gewählt:
Stromdichte ca. 12 A/dm2
Abscheidedauer ca. 1,5–2
min
Bad-Temperatur 50°C
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Die
Dicke der Metallschicht wird dabei umso größer,
je höher die Stromdichte und/oder die Abscheidedauer sind.
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Die
mindestens eine Metallschicht 4 wird dabei deckungsgleich
zur Ablöseschicht 3 auf dieser abgeschieden.
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1b zeigt
zur Verdeutlichung eine Ansicht der ersten Prägefolie 1a aus 1a auf
Seiten der mindestens einen Metallschicht 4, von welcher
hier lediglich die auf der Ablöseschicht 3 und
der ersten Kupferschicht 4a liegende zweite Kupferschicht
erkennbar ist. Die Ablöseschicht 3 wurde musterförmig auf
dem Substrat 2 ausgebildet, wobei hier drei nebeneinander
angeordnete, mäanderförmige erste Bereiche aus
Aluminium ausgebildet wurden, welche jeweils die Umrissform eines
zu bildenden Strukturelements aus Kupfer aufweisen. Die mindestens
eine Metallschicht 4 ist somit ebenfalls mäanderförmig
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2 zeigt
einen Querschnitt durch einen Ausschnitt aus einer zweiten Prägefolie 1b.
Die Prägefolie 1b umfasst ebenfalls ein flexibles
elektrisch isolierendes Substrat 1 aus PET-Folie in einer Schichtdicke
im Bereich von etwa 12 bis 75 μm, insbesondere von etwa
36 bis 50 μm. Auf dem Substrat 2 befindet sich
eine musterförmig ausgestaltete, metallische Ablöseschicht 3 aus
Silber, welche eine Schichtdicke im Bereich von etwa 1 bis 25 μm,
insbesondere von etwa 12 μm, aufweist. Auf der Ablöseschicht 3 ist
in einem elektrolytischen Bad die mindestens eine Metallschicht 4' aus
Kupfer abgeschieden, wobei die mindestens eine Metallschicht 4' unter gleichen
Bedingungen wie die zweite Kupferschicht 4b gemäß den 1a und 1b mit
einer Schichtdicke im Bereich von etwa 1 bis 30 μm, insbesondere von
etwa 12 μm, aus einem elektrolytischen Bad galvanisch abgeschieden
wurde. Die Ablöseschicht 3 wurde dazu an eine
externe, hier nicht dargestellte Stromquelle angeschlossen. Die
mindestens eine Metallschicht 4' ist deckungsgleich zur
Ablöseschicht 3 auf dieser abgeschieden.
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3 zeigt
die erste Prägefolie 1a aus 1a im
Querschnitt und weiterhin einen Träger 5 aus PET
im Querschnitt, der auf seiner der Prägefolie 1a zugewandten
Seite mit einer Kleberschicht 6a aus einer Heißkleberschicht
bedeckt ist. Ein Verkleben der mindestens einen Metallschicht 4 der
Prägefolie 1a mit der dem Träger 5 erfolgt
unter Druck- und Temperatureinfluss. Dazu werden der Träger 5 und die
Prägefolie 1a zusammen zwischen zwei in Pfeilrichtung
rotierenden beheizten glatten Prägezylindern 7a, 7b hindurch
geführt und gegeneinander gedrückt, wobei die
Kleberschicht 6a erweicht und die mindestens eine Metallschicht 4 mit
dem Träger 5 verklebt.
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4 zeigt
ein Trennen von Substrat 2 und Träger 5,
wie in 3 dargestellt, im Querschnitt. Dabei wird das
flexible Substrat 2 inklusive der Ablöseschicht 3 von
der mindestens einen Metallschicht 4 abgezogen. Auf dem
Träger 5 verbleiben Strukturelemente 8 aus
Kupfer, welche durch die mindestens eine Metallschicht 4 gebildet
sind und mittels der Kleberschicht 6a auf dem Träger 5 fixiert
sind. Das Substrat 2 inklusive der Ablöseschicht 3 kann
wiederverwendet werden und ggf. zum Aufbau einer neuen Prägefolie
eingesetzt werden. Sofern auf der Ablöseschicht 3 und/oder
auf dem Substrat 2 noch Verunreinigungen, insbesondere
in Form kleinster, auf der Ablöseschicht 2 verbliebener
Partikel der Metallschicht 4 oder auf dem Substrat in Form
von Kleberresten der Kleberschicht 6a, vorhanden sind,
wird die Ablöseschicht 3 und/oder das Substrat 2 vor
einer Wiederverwendung gereinigt.
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Die 5a bis 5f zeigen
schematisch einen möglichen Ablauf für ein erfindungsgemäßes Verfahren
in Querschnittsdarstellung.
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5a zeigt
ein flexibles elektrisch isolierendes Substrat 2 aus PET-Folie.
Auf dieser befindet sich bereichsweise eine metallische Ablöseschicht 3 aus
Aluminium. Eine Draufsicht auf das Substrat 2 auf Seiten
der Ablöseschicht 3 ist in 5h dargestellt,
wobei ersichtlich ist, dass die einzelnen Bereiche der Ablöseschicht 3 mäanderförmig
ausgestaltet sind, um ebenso geformte Strukturelemente 8 aus Kupfer
(siehe 5g) auszubilden,.
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5b zeigt
die Anordnung gemäß 5a, wobei
auf die metallische Ablöseschicht 3 chemisch stromlos
eine erste Kupferschicht 4a plattiert wurde. 5c zeigt
die Anordnung aus 5b, wobei auf die erste Kupferschicht
galvanisch eine zweite Kupferschicht 4b aufgebracht wurde.
Die erste Kupferschicht 4a und die zweite Kupferschicht 4b bilden
zusammen die mindestens eine Metallschicht 4. Bis hier
erfolgt die Bildung der einzelnen Schichten wie zu den 1a und 1b für
die Bildung der ersten Prägefolie 1a oben beschrieben.
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Auf
die mindestens eine Metallschicht 4 wird nun eine Kleberschicht 6a aufgebracht,
die hier aus einem, unter UV-Bestrahlung vernetzenden ersten Kleber
gebildet wird. Das Ergebnis ist in 5d dargestellt.
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5e zeigt
nun ein Verkleben der mindestens einen Metallschicht 4 mit
einem für UV-Strahlung transparenten Träger 5 aus
PET, der auf seiner der Kleberschicht 6a zugewandten Oberfläche
eine Grundierungsschicht 6b in Form einer Haftvermittlerschicht
aufweist. Der Träger 5 und das Substrat 2 werden
derart angeordnet, dass die Kleberschicht 6a und die Grundierungsschicht 6b zueinander
zeigen. Dieser Verbund wird zwischen zwei rotierenden Druckzylindern 7a, 7b hindurch
gefördert, wobei das Verkleben der mindestens einen Metallschicht 4 mit dem
Träger 5 unter Druck und gleichzeitiger UV-Bestrahlung
erfolgt. Dazu ist der Druckzylinder 7a UV-transparent ausgebildet
und weist in seinem Inneren eine UV-Strahlungsquelle 9 auf.
Die von der UV-Strahlungsquelle ausgesandte ultraviolette Strahlung
gelangt durch den UV-transparenten Druckzylinder 7a, den
UV-transparenten Träger 5 und die UV-transparente
Grundierungsschicht 6b zur unter UV-Bestrahlung vernetzenden
Kleberschicht 6a und bewirkt deren Vernetzung, wobei die
mindestens eine Metallschicht 4 mit dem Träger 5 verklebt wird.
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5f zeigt
die Anordnung gemäß 5e nach
einer Trennung des Trägers 5 vom Substrat 2 und
der Ablöseschicht 3. Auf dem Träger 5 und
der Grundierungsschicht 6b verbleiben einzelne Strukturelemente 8 (siehe
auch 5g) aus Kupfer. Auf der dem
Substrat 2 abgewandten Seite der Ablöseschicht 3 befinden
sich nur noch geringfügige Verunreinigungen 10 in
Form von Partikeln aus Kupfer, die noch von der mindestens einen
Metallschicht 4 stammen.
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5g zeigt
den abgetrennten Träger 5 mit der Grundierungsschicht 6b aus 5f auf
Seiten der darauf gebildeten Strukturelemente 8 aus Kupfer, die
eine mäanderförmige Umrissform aufweisen und als
Antennenstrukturen eingesetzt werden können.
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5h zeigt
das abgetrennte Substrat 2 gemäß 5f auf
Seiten der Ablöseschicht 3 und nach einer Reinigung,
bei welcher die Verunreinigungen 10 entfernt wurden. Das
Substrat 2 inklusive der Ablöseschicht 3 kann
nun ein weiteres Mal wie in 5a verwendet
werden, um beispielsweise den in den 5b bis 5f gezeigten
Verfahrensschritten zugeführt werden.
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Das
gereinigte Substrat 2 inklusive der Ablöseschicht 3 kann
dabei unzählige Male in einem erfindungsgemäßen
Verfahren oder zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen
Prägefolie wiederverwendet werden, bis entweder die Oberflächenqualität
der Ablöseschicht ungenügend wird oder die Ablöseschicht zu
dünn oder unvollständig wird.
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Die 1a bis 5h sollen
das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Prägefolie lediglich beispielhaft erläutern. Ein
Fachmann ist in Kenntnis der Erfindung aber ohne weiteres in der
Lage, beliebige weitere Prägefolien mit vollflächig oder
musterförmig ausgebildeten metallischen Ablöseschichten herstellen
und funktionierende Verfahrensabläufe wählen,
die zur Bildung von diversen Strukturelementen aus Kupfer mit anderen
Umrissformen, Anordnungen, Verschaltungen usw., auf Trägern
geeignet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2800635
B1 [0002]
- - WO 2005/039868 A2 [0008]