DE102010016973B4 - Method for producing a one-sided metallized control element made of plastic with backlit symbolism - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines einseitig metallisierten Bedienelements aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik, z. B. für ein Kraftfahrzeug, mit den folgenden Verfahrensschritten: a. Erzeugen eines Kunststoff-Grundkörpers mit i. einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und ii. einer vorderseitig angeordneten galvanisierbaren Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B, wobei der Teilkörper und die galvanisierbare Schicht im Spritzgussverfahren hergestellt werden und die galvanisierbare Schicht an den Teilkörper im Spritzgussverfahren angespritzt wird, oder umgekehrt, b. Chemisches oder physikalisches Abscheiden einer elektrisch leitfähigen ersten Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers, c. Strukturieren der ersten Metallschicht durch partielles Abtragen zur Ausbildung der Symbolik, und d. Elektrochemisches Abscheiden zumindest einer zweiten Metallschicht auf der strukturierten ersten Metallschicht.Method for producing a one-sided metallized control element made of plastic with backlit symbols, e.g. B. for a motor vehicle, with the following process steps: a. Generate a plastic body with i. a rear part of a non-galvanizable plastic A, and ii. a front-mounted galvanizable layer made of a galvanizable plastic B, the partial body and the galvanizable layer being produced by the injection molding process and the galvanizing layer being injection molded onto the partial body using the injection molding process, or vice versa, b. Chemical or physical deposition of an electrically conductive first metal layer on the galvanizable layer of the plastic base body, c. Structuring the first metal layer by partial removal to form the symbolism, and d. Electrochemical deposition of at least one second metal layer on the structured first metal layer.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einseitig metallisierten Bedienelements aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen beispielsweise als Bedienelement für bordeigene Fahrerinformationssysteme oder für die Aktivierung fahrzeugeigener Funktionen wie Innenraumbeleuchtung, Start/Stop-Knopf, Bedienelemente einer Klimaanlage, Schalter für Fahrzeugbeleuchtung etc.The present invention relates to a method for producing a one-sided metallized control element made of plastic with backlit symbolism, in particular for use in motor vehicles, for example, as an operating element for on-board driver information systems or for the activation of on-board functions such as interior lighting, start / stop button, controls an air conditioner, switch for Vehicle lighting etc.
Aus dem Stand der Technik sind im Wesentlichen zwei Verfahren zur Erzeugung von metallisierten Bedienelementen aus Kunststoff bekannt. Diese basieren entweder auf der Metallisierung eines aus einem Kunststoff gefertigten Bedienelements mittels PVD-Verfahren (physical vapor deposition), oder auf der Galvanisierung eines Bedienelements aus Kunststoff mittels elektrochemischer Verfahren. Während es beide Verfahren grundsätzlich erlauben, haltbare Metallbeschichtungen auf Bedienelemente aus Kunststoff aufzubringen, ist es bis zum heutigen Tag problematisch, mittels PVD-Verfahren Bedienelemente so zu metallisieren, dass die auf dem Kunststoffteil abgeschiedene Metallschicht auch ohne zusätzliche Schutzschicht z. B. aus einem transparenten Schutzlack eine ausreichende Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist. Auch weisen mittels PVD-Verfahren metallisierte Kunststoffteile aufgrund der geringen Schichtdicken der aufgebrachten Metallschichten nicht den häufig gewünschten „cold touch” auf, d. h. die Haptik des metallisierten Kunststoffteils entspricht nicht der eines Metallteils.Essentially, two methods for producing metallized operating elements made of plastic are known from the prior art. These are based either on the metallization of a control element made of a plastic by means of PVD method (physical vapor deposition), or on the galvanization of a control element made of plastic by means of electrochemical methods. While both methods basically allow to apply durable metal coatings on controls made of plastic, it is still problematic to date by means of PVD process control elements so that the deposited on the plastic part metal layer without additional protective layer z. B. from a transparent protective lacquer has sufficient abrasion resistance and corrosion resistance. Also, plastic parts metallized by PVD method due to the small thicknesses of the deposited metal layers do not have the often desired "cold touch" on, d. H. The feel of the metallized plastic part does not match that of a metal part.
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Auch wenn sich das aus der
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Weiterhin wird in der
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines einseitig metallisierten Kunststoff-Bedienelements anzugeben, welches sich auch im Großserienmaßstab zu geringen Kosten durchführen lässt. Object of the present invention is to provide a method for producing a one-sided metallized plastic control element, which can be carried out at low cost even on a large scale.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.This object is achieved by a method having the features of the main claim.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorgesehen zur Herstellung eines vorderseitig metallisierten Kunststoff-Bedienelements mit hinterleuchtbarer Symbolik, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Verfahrensschritte:
- a. Erzeugen eines Kunststoff-Grundkörpers mit
- i. einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und
- ii. einer vorderseitig angeordneten galvanisierbaren Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B, wobei der Teilkörper und die galvanisierbare Schicht im Spritzgussverfahren hergestellt werden und die galvanisierbare Schicht an den Teilkörper im Spritzgussverfahren angespritzt wird, oder umgekehrt,
- b. Chemisches oder physikalisches Abscheiden einer elektrisch leitfähigen ersten Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers,
- c. Strukturieren der ersten Metallschicht durch partielles Abtragen zur Ausbildung der Symbolik, und
- d. Elektrochemisches Abscheiden zumindest einer zweiten Metallschicht auf der strukturierten ersten Metallschicht.
- a. Generating a plastic body with
- i. a rear side arranged part body of a non-plateable plastic A, and
- ii. a front side arranged galvanisable layer of a galvanisable plastic B, wherein the part body and the electroplatable layer are produced by injection molding and the galvanisable layer is injection-molded onto the part body by injection molding, or vice versa,
- b. Chemical or physical deposition of an electrically conductive first metal layer on the electroplatable layer of the plastic base body,
- c. Structuring the first metal layer by partial removal to form the symbolism, and
- d. Electrochemically depositing at least one second metal layer on the patterned first metal layer.
Unter chemischem oder physikalischem Abscheiden der elektrisch leitfähigen ersten Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers wird im Kontext der vorliegenden Erfindung eine stromlose, d. h. nicht elektrochemische Abscheidung der Metallschicht verstanden. Beispielhaft hierfür wird nachfolgend die Abscheidung einer Nickelschicht aus einer Elektrolytlösung mittels eines kolloidalen Verfahrens beschrieben.By chemical or physical deposition of the electrically conductive first metal layer on the electroplatable layer of the plastic base body in the context of the present invention, an electroless, d. H. not understood electrochemical deposition of the metal layer. By way of example, the deposition of a nickel layer from an electrolyte solution by means of a colloidal method will be described below.
Im Rahmen des vorstehend genannten kolloidalen Verfahrens wird in einem ersten Schritt aus einer Elektrolytlösung eine Schicht aus Palladiumkeimen auf der galvanisierbaren Schicht abgeschieden. Dieser Verfahrensschritt wird häufig als „Aktivieren der Oberfläche” des zu galvanisierenden Bauteils bezeichnet. Hierzu wird beispielhaft auf die Ausführungen in der
Nachfolgend wird auf der aktivierten Oberfläche des Grundkörpers des Bedienelements auf chemischem nicht elektrochemischem Wege (d. h. stromlos) in einem geeigneten Metallbad eine erste Metallschicht, bevorzugt aus Nickel oder Kupfer, als erste Metallschicht abgeschieden (sog. „chem. Nickel” bzw. „chem. Kupfer”).Subsequently, a first metal layer, preferably of nickel or copper, as the first metal layer is deposited on the activated surface of the basic body of the control element by chemical non-electrochemical means (ie, currentless) in a suitable metal bath (so-called "chemical nickel" or "chem. Copper").
Als Alternative zur chemischen Abscheidung der ersten Metallschicht steht eine Abscheidung mittels physikalischen Verfahren zur Verfügung, hier insbesondere mittels PVD-Verfahren (”physical vapor deposition”).As an alternative to the chemical deposition of the first metal layer is a deposition by physical methods available, here in particular by means of PVD method ("physical vapor deposition").
Wird eine Nickel- oder eine Kupferschicht chemisch oder physikalisch abgeschieden, so weist diese typisch eine Schichtdicke zwischen 100 Nanometern und 5 Mikrometern auf, bevorzugt zwischen 500 Nanometern und zwei Mikrometern, und besonders bevorzugt von etwa 1 Mikrometer. Die minimale Schichtdicke ist dabei im Wesentlichen davon abhängig, ab welcher Schichtdicke sich eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit der ersten Metallschicht ausbildet. Auch wird die minimale Schichtdicke durch die Stromtragfähigkeit der ersten Metallschicht bestimmt, die für die nachfolgenden Galvanikschritte erforderlich ist. Die maximale Schichtdicke wird in erster Linie von der Abscheidegeschwindigkeit bestimmt, die das zur stromlosen Abscheidung der ersten Metallschicht verwendete chemische oder physikalische Verfahren aufweist. Bei zu langer Verweildauer im entsprechenden Prozessschritt wird das gesamte Verfahren unwirtschaftlich.If a nickel or a copper layer is deposited chemically or physically, it typically has a layer thickness between 100 nanometers and 5 micrometers, preferably between 500 nanometers and two micrometers, and particularly preferably about 1 micrometer. The minimum layer thickness is essentially dependent on the layer thickness from which a sufficient electrical conductivity of the first metal layer is formed. Also, the minimum layer thickness is determined by the current carrying capacity of the first metal layer, which is required for the subsequent electroplating steps. The maximum layer thickness is determined primarily by the deposition rate of the chemical or physical process used to electrolessly deposit the first metal layer. If the residence time in the corresponding process step is too long, the entire process becomes uneconomical.
Bevorzugt werden zumindest die Prozessschritte „Aktivieren der Oberfäche”, „Aufbringen der ersten Metallschicht (chemisch Nickel/chemisch Kupfer)” und „Strukturieren der ersten Metallschicht zur Ausbildung der Symbolik” in weniger als 24 h durchlaufen, um eine Passivierung der reaktiven Oberfläche des chemisch Nickel/chemisch Kupfer zu vermeiden.Preferably, at least the process steps "activating the surface", "applying the first metal layer (chemically nickel / chemically copper)" and "structuring the first metal layer to form the symbolism" in less than 24 h to undergo a passivation of the reactive surface of the chemical To avoid nickel / chemical copper.
Wie erwähnt weist die chemisch oder physikalisch abgeschiedene erste Metallschicht in der Regel eine Dicke von einem Mikrometer oder darunter auf. Diese erste Metallschicht kann dann beispielsweise mittels Laserablation oder mittels Lithographie, d. h. mittels strukturiert aufgebrachtem Schutzlack sowie nachfolgendem Ätzen der Metallschicht und Abwaschen des Schutzlacks strukturiert werden.As mentioned, the chemically or physically deposited first metal layer typically has a thickness of one micrometer or less. This first metal layer can then, for example, by means of laser ablation or by lithography, ie by means of structured applied protective lacquer and subsequent etching of the metal layer and washing the protective varnish are structured.
Falls die stromlos abgeschiedene erste Metallschicht tatsächlich eine nur geringe Stromtragfähigkeit aufweist, was nachteilig für die nachfolgenden elektrochemischen Verfahrensschritte wäre, kann optional bei geringen Strömen eine erste Metallschicht z. B. aus Kupfer oder Nickel auf galvanischem Wege auf der ersten Metallschicht abgeschieden werden (sog. „Vor-Kupfer” bzw. „Vor-Nickel”), wobei dies sowohl vor- als auch nach der Strukturierung der ersten Metallschicht möglich ist.If the electroless deposited first metal layer actually has only a low current carrying capacity, which would be detrimental to the subsequent electrochemical process steps, optionally at low currents, a first metal layer z. Example, of copper or nickel by electrodeposition on the first metal layer are deposited (so-called. "Pre-copper" or "pre-nickel"), which is possible both before and after the structuring of the first metal layer.
Zur Fertigstellung des metallisierten Bedienelements wird nachfolgend die Dicke der ersten, nunmehr strukturierten Metallschicht, die ggf. noch mit einer dünnen Schicht aus Vorkupfer oder Vornickel bedeckt ist, mittels eines galvanischen, d. h. elektrochemischen Verfahrens erhöht. In der Regel wird hierzu auf die erste Metallschicht eine erste Zwischenschicht aus Kupfer abgeschieden, die aufgrund ihrer hohen Duktilität eine Brücke bildet zwischen dem Kunststoff-Grundkörper, der eine hohe Elastizität aufweist, und einer in einem nachfolgenden Prozessschritt auf der Oberfläche des Bedienelements abgeschiedenen Dekorschicht aus einem harten Dekormetall wie Chrom oder auch Nickel. Diese erste Zwischenschicht aus Kupfer kann eine Schichtdicke von 10 bis 40 Mikrometern und darüber aufweisen. In der Regel wird der Galvanikprozess zur Abscheidung der ersten Zwischenschicht aus Kupfer so eingestellt, dass auf allen zugleich im Galvanikbad beschichteten Bedienelementen eine Schichtdicke dieser ersten Zwischenschicht von zumindest 20 Mikrometern sichergestellt ist.In order to complete the metallized operating element, the thickness of the first, now structured metal layer, which is possibly still covered with a thin layer of precursor or nickel, is subsequently determined by means of a galvanic, d. H. increased electrochemical process. As a rule, a first intermediate layer of copper is deposited on the first metal layer for this purpose, which forms a bridge between the plastic base body, which has a high elasticity, and a decorative layer deposited on the surface of the operating element in a subsequent process step on account of its high ductility a hard decorative metal such as chrome or nickel. This first intermediate layer of copper may have a layer thickness of 10 to 40 micrometers and above. As a rule, the electroplating process for depositing the first intermediate layer of copper is adjusted so that a layer thickness of this first intermediate layer of at least 20 micrometres is ensured on all operating elements coated at the same time in the electroplating bath.
Oftmals wird auf der ersten Zwischenschicht aus Kupfer noch eine zweite metallische Zwischenschicht abgeschieden, um die Korrosionsbeständigkeit der Metallbeschichtung zu erhöhen. Auch kann diese zweite Zwischenschicht die Haftung der auf der Oberfläche des Bedienelements aufgebrachten Dekorschicht auf der ersten Zwischenschicht erhöhen. Schließlich kann auch die Optik der Dekorschicht durch geeignete Wahl des Materials der zweiten Zwischenschicht gezielt beeinflusst werden. Besonders bewährt hat sich die Aufbringung einer zweiten Zwischenschicht aus Nickel. Dabei kann diese zweite Zwischenschicht insbesondere aus Rissnickel, Mattnickel, Halbglanznickel oder Glanznickel bestehen und ihrerseits nochmals in Zwischenschichten unterteilt sein. So hat sich bei mechanisch besonders stark beanspruchten Bedienelementen wie z. B. dem Schaltknauf des Gangwahlhebels eines Getriebes, oder bei Bedienelementen, die dem Angriff korrosiver Medien wie Handschweiß besonders stark ausgesetzt sind, ein Schichtaufbau bewährt bestehend aus einer auf die erste Zwischenschicht aus Kupfer aufgebrachten Schicht aus Halbglanznickel und einer auf deren Oberfläche abgeschiedenen Schicht aus Mattnickel, auf deren Oberfläche schließlich eine Schicht aus Rissnickel aufgebracht wird. Die Rissnickelschicht trägt zu einer wesentlichen Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit des gesamten Schichtaufbaus bei, wobei als ursächlich hierfür ein kontrollierter Korrosionsangriff an der Rissnickelschicht angesehen wird. Aber auch die Haftung der Dekorschicht wird durch diese Zwischenschicht nochmals erhöht. Die Schichtdicke der zweiten Zwischenschicht beträgt typisch zwischen 5 und 30 Mikrometern, bevorzugt beträgt sie 10 Mikrometer und darüber, insbesondere bei einer zweiten Zwischenschicht aus Nickel.Often, a second intermediate metal layer is deposited on the first intermediate layer of copper in order to increase the corrosion resistance of the metal coating. This second intermediate layer can also increase the adhesion of the decorative layer applied to the surface of the operating element to the first intermediate layer. Finally, the appearance of the decorative layer can be selectively influenced by a suitable choice of the material of the second intermediate layer. The application of a second intermediate layer of nickel has proven particularly useful. In this case, this second intermediate layer may in particular consist of cracked nickel, matt nickel, semi-bright nickel or bright nickel and in turn be subdivided into intermediate layers. So has in mechanically particularly stressed controls such. As the shift knob of the gear selector lever of a transmission, or controls that are particularly exposed to the attack of corrosive media such as hand perspiration, a layer structure proven consisting of an applied to the first intermediate layer of copper layer of semi-bright nickel and deposited on the surface layer of matt nickel , on whose surface finally a layer of cracked nickel is applied. The cracked nickel layer contributes to a substantial increase in the corrosion resistance of the entire layer structure, which is considered to be the cause of a controlled corrosion attack on the cracked nickel layer. But the adhesion of the decorative layer is increased by this intermediate layer again. The layer thickness of the second intermediate layer is typically between 5 and 30 micrometers, preferably 10 micrometers and above, in particular with a second intermediate layer of nickel.
Nachfolgend wird auf der ersten Zwischenschicht aus Kupfer bzw. der optionalen zweiten Zwischenschicht aus Nickel galvanisch eine Schicht aus einem Dekormetall abgeschieden, bei welchem es sich beispielsweise um Chrom oder auch um Nickel handeln kann. Hierbei wird auf die an sich bekannten Verfahren zur Ausbildung einer Halbglanz- bzw. Mattnickelschicht (Aludesign), einer Rissnickelschicht oder einer Glanzchromschicht zurückgegriffen. Typische Schichtdicken dieser Dekorschicht liegen i. A. zwischen 100 Nanometern und wenigen Mikrometern, im Fall von Chrom bevorzugt bei zumindest 300 Nanometern.Subsequently, a layer of a decorative metal is deposited on the first intermediate layer of copper or the optional second intermediate layer of nickel, which may, for example, be chromium or nickel. Here, recourse is had to the processes known per se for the formation of a semi-gloss or matt nickel layer (aluminum design), a cracked nickel layer or a bright chrome layer. Typical layer thicknesses of this decorative layer are i. A. between 100 nanometers and a few microns, in the case of chromium preferably at least 300 nanometers.
Abschließend kann die metallisierte Oberfläche des Bedienelements noch mit einem geeigneten Schutz- und/oder Dekorlack versehen werden, der auf die Dekorlage aus dem Dekormetall wie z. B. Chrom aufgebracht wird und die Korrosionsbeständigkeit des gesamten auf das Bedienelement aufgebrachten Schichtaufbaus nochmals erhöht.Finally, the metallized surface of the control element can still be provided with a suitable protective and / or decorative paint on the decorative layer of the decorative metal such. As chrome is applied and increases the corrosion resistance of the entire applied to the control panel structure again.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird folgende spezielle Verfahrensführung zum Erzeugen des Grundkörpers angewendet:
- a. Erzeugen eines nicht galvanisierbaren Teilkörpers aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und
- b. Aufbringen einer galvanisierbaren Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B vorderseitig des Teilkörpers.
- a. Producing a non-galvanisable body part of a non-plateable plastic A, and
- b. Applying a galvanisable layer of an electroplatable plastic B on the front side of the part body.
In einer alternativen Verfahrensführung wird die Folge der Erzeugung der galvanisierbaren Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B und des nicht galvanisierbaren Teilkörpers aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A rückseitig der galvanisierbaren Schicht vertauscht.In an alternative process management, the sequence of the production of the electroplatable layer made of an electroplatable plastic B and of the non-electroplatable partial body made of a non-plateable plastic A is reversed on the back of the electroplatable layer.
In beiden vorstehend genannten bevorzugten Ausgestaltungen kann es sich bei dem Grundkörper um ein sogenanntes 2-K-Bauteil handeln, welches mittels geeigneter Spritzgussverfahren aus zwei verschiedenen Kunststoffkomponenten hergestellt wird. Bevorzugt wird dabei eine solche Abfolge bei der Herstellung der beiden Komponenten des Grundkörpers eingehalten, bei der zuerst diejenige Kunststoffkomponente gespritzt wird, deren Kunststoffmaterial bei höherer Temperatur verarbeitet werden muss, also i. A. den höheren Schmelzpunkt aufweist, und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die bei einer niedrigeren Temperatur zu verarbeitende zweite Kunststoffkomponente an die vorzugsweise bereits vollständig erstarrte erste Kunststoffkomponente angespritzt wird.In both preferred embodiments mentioned above, the base body may be a so-called 2-component component, which is produced by means of suitable injection molding methods from two different plastic components. Preferably, such a sequence is maintained in the production of the two components of the base body, in which first that plastic component is injected, the plastic material must be processed at a higher temperature, ie i. A. has the higher melting point, and in a subsequent process step, the second plastic component to be processed at a lower temperature to the preferably already completely solidified first plastic component is molded.
Weiterhin hat sich das als Injektion Moulding Decoration(IMD)-Verfahren bekannte Spritzgussverfahren ebenfalls als geeignet zur Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Grundkörper erwiesen. Im Rahmen eines solchen IMD-Verfahrens wird eine Folie aus einem galvanisierbaren Kunststoff B in eine Spritzgussform eingelegt und nachfolgend mit einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A hinterspritzt. Je nach Formgebung des Grundkörpers bzw. Materialeigenschaften der Folie ist es aber auch denkbar, zur Ausbildung der nicht galvanisierbaren Rückseite des Grundkörpers eine Folie aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A in eine Spritzgussform einzulegen und diese mit einem galvanisierbaren Kunststoff B zu hinterspritzen, wobei die aus dem Kunststoff B bestehende Komponente im fertigen Grundkörper die galvanisierbare Oberfläche des Grundkörpers ausbildet. Letztere Variante des Verfahrens bietet den Vorteil, dass die Oberfläche eines spritzgegossenen Kunststoffteils zu metallisieren ist, wozu im Stand der deutlich mehr Erfahrungswerte existieren als zur Metallisierung von Kunststofffolien.Furthermore, the injection molding process known as injection molding decoration (IMD) has also proved to be suitable for producing the base body to be used according to the invention. In the context of such an IMD process, a film made of an electroplatable plastic B is placed in an injection mold and subsequently back-injected with a non-plateable plastic A. Depending on the shape of the main body or material properties of the film, it is also conceivable to insert a non-electroplatable plastic A film in an injection mold for the formation of the non-galvanisable back of the body and to inject them with a galvanisable plastic B, wherein from the Plastic B existing component in the finished body forms the galvanisierbare surface of the body. The latter variant of the method has the advantage that the surface of an injection-molded plastic part is to be metallized, for which there are considerably more empirical values in the prior art than for the metallization of plastic films.
Als besonders geeigneter Kunststoff A zur Ausbildung des nicht galvanisierbaren Teilkörpers hat sich Polycarbonat erwiesen. Dieses Material weist neben der Tatsache, dass es praktisch nicht an den nachfolgenden Prozessschritten teilnimmt, den Vorteil auf, dass es sich besonders gut als Lichtleiter eignet. Darüber hinaus lässt sich PC gut mit lichtstreuenden Partikeln dotieren, wodurch sich im Bedienelement eine besonders homogene Lichtverteilung erzielen lässt. Dies kann besonders bei der Verwendung nur einer Lichtquelle vorteilhaft sein, um eine homogene Ausleuchtung der Symbolik zu erzielen, insbesondere wenn diese Lichtquelle annähernd punktförmig ist.As a particularly suitable plastic A for the formation of non-galvanisable body part has proven polycarbonate. In addition to the fact that it practically does not participate in the subsequent process steps, this material has the advantage that it is particularly suitable as a light guide. In addition, PC can be doped well with light-scattering particles, which can be achieved in the control element, a particularly homogeneous light distribution. This can be advantageous, in particular when using only one light source, in order to achieve a homogeneous illumination of the symbolism, in particular if this light source is approximately punctiform.
Als besonders geeignete Kunststoffe B zur Ausbildung der galvanisierbaren Schicht hingegen haben sich die Werkstoffe Polyamid, ABS oder ein ABS/Polycarbonat-Blend erwiesen. Eine hochbelastbare mechanische Verbindung des Teilkörpers mit der galvanisierbaren Schicht ergibt sich, wenn die galvanisierbare Schicht aus einem ABS/Polycarbonat-Blend besteht und der Teilkörper aus Polycarbonat. Wird für die galvanisierbare Schicht ein Polyamid verwendet, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn beispielsweise durch geeignete Formgebung der galvanisierbaren Schicht und des Teilkörpers eine zusätzliche mechanische Verkrallung zwischen beiden bewirkt wird. Alle verwendeten Kunststoffe A und B sind dabei bevorzugt transparent oder zumindest transluzent.On the other hand, the materials polyamide, ABS or an ABS / polycarbonate blend have proved to be particularly suitable plastics B for forming the electroplatable layer. A highly resilient mechanical connection of the part body with the electroplatable layer is obtained if the electroplatable layer consists of an ABS / polycarbonate blend and the partial body of polycarbonate. If a polyamide is used for the electroplatable layer, it has proved to be advantageous if, for example, by means of suitable shaping of the electroplatable layer and of the partial body, additional mechanical interlocking is effected between the two. All plastics used A and B are preferably transparent or at least translucent.
Wird für die galvanisierbare Schicht auf ABS bzw. ein ABS/Polycarbonat-Blend zurückgegriffen, so kann eine besonders gute Haftung der auf der galvanisierbaren Schicht galvanisch abgeschiedene Metallschicht erzielt werden, wenn die galvanisierbare Schicht vor der Metallisierung einer zusätzlichen chemischen Behandlung unterzogen wird, welche die Rauigkeit der Oberfläche erhöht. Beispielsweise hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Butadienanteile des ABS-Kunststoffs zumindest teilweise aus der Oberfläche der galvanisierbaren Schicht herausgelöst werden. Dies kann beispielsweise mittels einer chemischen Behandlung zumindest der galvanisierbaren Schicht, bevorzugt aber des gesamten Grundkörpers, z. B. mittels eines Beizvorgangs in einem Chromschwefelsäurebad durchgeführt werden. Wird hingegen auf eine galvanisierbare Schicht aus Polyamid zurückgegriffen, so kann hier die Oberflächenrauhigkeit vor dem Aufbringen der Metallisierung erhöht werden, indem zumindest die galvanisierbare Schicht aus Polyamid, bevorzugt aber wiederum der gesamte Grundkörper, auf geeignete Weise chemisch vorbehandelt wird, um ein Aufquellen der Polyamidschicht zu bewirken. Details hierzu lassen sich beispielsweise dem Kapitel „Vorbehandlung und chemische Metallisierung” der Fachveröffentlichung „Kunststoff-Metallisierung – Handbuch für Theorie und Praxis”, erschienen im Eugen G. Leuze Verlag, entnehmen, welches hiermit zum Offenbarungsumfang der vorliegenden Anmeldung hinzugefügt wird.If ABS or an ABS / polycarbonate blend is used for the electroplatable layer, a particularly good adhesion of the metal layer electrodeposited on the electroplatable layer can be achieved if the electroplatable layer is subjected to an additional chemical treatment prior to the metallization, which the Roughness of the surface increased. For example, it has proved to be advantageous if the butadiene portions of the ABS plastic are at least partially dissolved out of the surface of the electroplatable layer. This can be done, for example, by means of a chemical treatment of at least the electroplatable layer, but preferably of the entire base body, for. B. be carried out by means of a pickling in a chromosulfuric acid bath. If, on the other hand, use is made of an electrodepositable layer of polyamide, then the surface roughness can be increased before applying the metallization by chemically pretreating at least the electroplatable layer of polyamide, but preferably in turn the entire base body, in order to swell the polyamide layer to effect. Details can be found, for example, the chapter "Pretreatment and chemical metallization" of the technical publication "Plastic Metallization - Manual for Theory and Practice", published in Eugen G. Leuze Verlag, which is hereby added to the disclosure of the present application.
Wird zur Ausbildung der Symbolik in der Metallschicht auf eine Strukturierung mittels Laserablation zurückgegriffen, so wird diese bevorzugt an der ersten Metallschicht durchgeführt, deren Dicke vorteilhaft zwischen 100 Nanometern und 2 Mikrometern beträgt, insbesondere etwa einem Mikrometer. Wie erwähnt ist die minimale Schichtdicke dabei im Wesentlichen davon bestimmt, bei welcher Schichtdicke das verwendete Metall eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit und auch Stromtragfähigkeit für die nachfolgende Galvanisierung aufweist. Die maximale Schichtdicke ist – neben der Begrenzung durch eine ökonomisch noch zu vertretende Verweilzeit im Metallbad – im Wesentlichen dadurch bestimmt, dass sich die Metallschicht durch Laserablation partiell entfernen lassen muss, ohne dass hierzu ein solcher Energieeintrag erforderlich ist, dass die unter der ersten Metallschicht liegende Kunststoffschicht merklich beeinflusst wird, insbesondere beispielsweise angeschmolzen wird.If structuring by means of laser ablation is used to form the symbolism in the metal layer, then this is preferably carried out on the first metal layer, the thickness of which is advantageously between 100 nanometers and 2 micrometers, in particular approximately one micrometer. As mentioned, the minimum layer thickness is essentially determined by the layer thickness at which the metal used has sufficient electrical conductivity and also current carrying capacity for the subsequent galvanization. The maximum layer thickness is - in addition to the limitation of a still economically to be represented residence time in the metal bath - essentially determined by the fact that the metal layer must be partially removed by laser ablation, without that such an energy input is required that the lying below the first metal layer Plastic layer is significantly affected, in particular, for example, is melted.
Bei einer Laserstrukturierung ist es dabei von besonderem Vorteil, wenn für die Strukturierung ein Laser verwendet wird, dessen Wellenlänge nur eine geringe Absorption zumindest in der galvanisierbaren Schicht aus dem Kunststoff B erfährt, bevorzugt aber auch in der darunter liegenden Schicht aus dem nicht galvanisierbaren Kunststoff A. In diesem Zusammenhang hat sich die Verwendung von IR-Lasern wie Nd:YAG- oder CO2-Lasern besonders bewährt, die bevorzugt im Pulsbetrieb betrieben werden. In the case of laser structuring, it is particularly advantageous if a laser whose wavelength experiences only a low absorption at least in the electroplatable layer of the plastic B, but preferably also in the underlying layer of the non-plateable plastic A, is of particular advantage In this context, the use of IR lasers such as Nd: YAG or CO 2 lasers has proven particularly useful, which are preferably operated in pulsed mode.
Sollen großflächige Symbole in der metallisierten Oberfläche des Bedienelements ausgebildet werden, so kann dies u. a. mittels großflächiger Laserablation erfolgen, worauf nachfolgend noch genauer eingegangen wird. Es hat sich aber herausgestellt, dass großflächige Symbole vorteilhaft auch dadurch erzeugt werden können, dass die erste Metallschicht mit geringer Linienbreite strukturiert wird, dergestalt, dass elektrisch gegenüber den umliegenden Bereichen der ersten Metallschicht isolierte Inseln in der ersten Metallschicht erzeugt werden. Bei den sich an den Strukturierungsschritt anschließenden elektrochemischen Galvanisierungsschritten nimmt diese elektrisch isolierte Insel nicht an der galvanischen Abscheidung teil. Vielmehr löst sich die dort abgeschiedene erste Metallschicht im Galvanobad ab, so dass hier die galvanisierbare Oberfläche des Bedienelements freigelegt wird. Die erwähnten feinen Strukturen können dabei auf besonders einfache Weise mittels Laserstrukturierung in der ersten Metallschicht erzeugt werden, beispielsweise durch Laserbeschriftung mit einem scharf fokussierten Laserstrahl, der bevorzugt gepulst ist und nur eine geringe Leistung aufweisen muss.If large-scale symbols are to be formed in the metallized surface of the control element, this may be u. a. by means of large-scale laser ablation, which will be discussed in more detail below. However, it has been found that large-area symbols can advantageously also be produced by structuring the first metal layer with a narrow line width, such that islands are produced in the first metal layer that are electrically insulated from the surrounding regions of the first metal layer. In the electrochemical electroplating steps following the patterning step, this electrically isolated island does not participate in the electrodeposition. Rather, the deposited there first metal layer dissolves in the galvanic bath, so that here the galvanisierbare surface of the control element is exposed. The mentioned fine structures can be produced in a particularly simple manner by means of laser structuring in the first metal layer, for example by laser inscription with a sharply focused laser beam which is preferably pulsed and only has a low power.
In einer besonders vorteilhaften Verfahrensführung werden die folgenden Schritte zur Ausbildung der Symbolik mittels Laserablation durchlaufen:
- a. Freiräumen der von der Kontur der Symbolik umschlossenen Fläche, und
- b. Schreiben der Kontur der Symbolik.
- a. Free space of the area enclosed by the contour of the symbolism, and
- b. Writing the contour of the symbolism.
Grundsätzlich ist die Reihenfolge der Verfahrensschritte dabei frei wählbar, wobei es sich in der praktischen Erprobung als vorteilhaft herausgestellt hat, zuerst die Fläche der Symbolik frei zu räumen und dann die Kontur der Symbolik nachzuschreiben. Beide Verfahrensführungen führen zu einem scharfen Übergang zwischen freien Kunststoffoberfläche und erster Metallschicht, was sich vorteilhaft auf die sich in den nachfolgenden Galvanikschritten ausbildenden weiteren Metallschichten auswirkt. So wurde festgestellt, dass die Metallisierung von Bedienelementen, bei denen die erste Metallschicht zur Ausbildung der Symbolik wie vorstehend beschrieben strukturiert wurde, nur geringe Überwachsungen im Bereich der zu durchleuchtenden Symbolik aufweist. Da Überwachsungen in diesen Bereichen praktisch nicht mit der Oberfläche des Kunststoff-Bedienelements verbunden sind, hat eine Minimierung von Überwachsungen unmittelbar vorteilhafte Auswirkungen auf die Haftung der Metallisierung auf der Oberfläche des Bedienelements am Rand der Symbolik und auf die Dichtigkeit des aufgebrachten metallischen Schichtaufbaus. Während ersteres die mechanische Belastbarkeit des Bedienelements verbessert, führt letzteres zu einer deutlichen Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit der Metallisierung.In principle, the order of the method steps is freely selectable, and it has proven to be advantageous in practical testing first to clear the surface of the symbolism and then to trace the contour of the symbolism. Both process guides lead to a sharp transition between the free plastic surface and the first metal layer, which has an advantageous effect on the further metal layers forming in the subsequent electroplating steps. Thus, it has been found that the metallization of controls in which the first metal layer has been structured to form the symbolism as described above has only slight overgrowths in the area of the symbolism to be screened. Since overgrowths in these areas are practically not associated with the surface of the plastic operating element, minimizing overgrowths has directly beneficial effects on the adhesion of the metallization on the surface of the control element at the edge of the symbolism and on the tightness of the applied metallic layer structure. While the former improves the mechanical strength of the control element, the latter leads to a significant increase in the corrosion resistance of the metallization.
Zum Freiräumen der von der Kontur der Symbolik umschlossenen Fläche wird vorteilhaft der ablatierende Laserstrahl gepulst betrieben und z. B. in Form einer Schraffur über die frei zu räumende Fläche geführt. Dabei werden Vorschub, Verfahrweg, Pulsrepetitionsrate, Fokusgröße und Pulsenergie so eingestellt, dass die sich auf der Bedienelement-Oberfläche ausbildenden Laserspots, d. h. die Bereiche, in denen eine Ablation auftritt, eine ausreichende gegenseitige Überdeckung aufweisen, um in der Summe die gesamte Fläche der Symbolik frei zu räumen.In order to clear the area enclosed by the contour of the symbol, the ablating laser beam is advantageously operated pulsed and z. B. performed in the form of hatching over the surface to be cleared. Feed, travel, pulse repetition rate, focus size and pulse energy are set in such a way that the laser spots forming on the operating element surface, i. H. the areas in which ablation occurs have sufficient mutual coverage to clear the total area of the symbology in the sum.
Die auf diese Weise entstehende Symbolik in der ersten Metallschicht kann in Abhängigkeit von den gewählten Verfahrensparametern eine „ausgefranste” Umrandung aufweisen, die den Abstand und die Abmessungen der zum Freiräumen der Fläche verwendeten Laserspots widerspiegelt. Es hat sich daher als vorteilhaft herausgestellt, wenn in einem weiteren Verfahrensschritt nochmals die Kontur der Symbolik mit dem ablatierenden Laserstrahl abgefahren wird. Hierbei können die Ablationsparameter wie z. B. Pulsrepetitionsrate und -energie sowie Vorschub gezielt so verändert werden, dass die Kontur aus kleineren Laserspots mit geringerem Abstand besteht und damit feinere Strukturgrößen aufweist. Dies führt zu einer scharfen Konturierung der in der ersten Metallschicht ausgebildeten Symbolik, aus der die vorstehend beschriebenen Vorteile resultieren.The resulting symbolism in the first metal layer may have a "frayed" border, depending on the chosen process parameters, which reflects the spacing and dimensions of the laser spots used to clear the surface. It has therefore been found to be advantageous if, in a further method step, the contour of the symbolism is again traced with the ablating laser beam. Here, the ablation parameters such. B. Pulse repetition rate and energy and feed are selectively changed so that the contour consists of smaller laser spots with a smaller distance and thus has finer structure sizes. This leads to a sharp contouring of the symbolism formed in the first metal layer, from which the advantages described above result.
Weiterhin kann beim Ausräumen der Fläche der Symbolik die Gefahr einer Schädigung der Kunststoffoberfläche minimiert werden, wenn sich der Verfahrweg des zum Ausräumen verwendeten Laserstrahls auf der innerhalb der Kontur liegenden Oberfläche möglichst nicht selbst schneidet. Auf diese Weise kann eine doppelte Einwirkung des ablatierenden Lasers auf eine Stelle der Oberfläche des Kunststoff-Bedienelements vermieden werden, wodurch laserbedingte Schäden in der Oberfläche minimiert werden.Furthermore, when clearing the surface of the symbolism, the risk of damage to the plastic surface can be minimized if the travel path of the laser beam used for clearing does not intersect as much as possible on the surface lying within the contour. In this way, a double action of the ablating laser can be avoided on a position of the surface of the plastic control element, whereby laser-induced damage in the surface can be minimized.
Beim Ausräumen der Fläche der Symbolik und auch beim Schreiben der Kontur kann die Gefahr einer laserbedingten Schädigung des Kunststoffteils noch weiter vermindert werden, indem in einem zweistufigen Verfahren ablatiert wird. Hierbei wird in einem ersten Ablationsschritt mehr als 75% der Schichtdicke der ersten Metallschicht abgetragen, und in einem nachfolgenden zweiten Ablationsschritt die Schichtdicke weiter auf weniger als 5% der ursprünglichen Schichtdicke, bevorzugt auf weniger als 2%, vermindert wird. Generell gilt, dass im zweiten Ablationsschritt die Schichtdicke so weit vermindert wird, dass evtl. verbleibende Reste der ersten Metallschicht in ihrer Dicke so weit reduziert sind, dass die erste Metallschicht lokal keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit und/oder Stromtragfähigkeit für eine elektrochemische Abscheidung weiterer Metallschichten mehr aufweist. Ist diese Voraussetzung erfüllt, so nimmt dieser Teil der Oberfläche des Bedienelements nicht mehr an der sich anschließenden galvanischen Metallisierung teil. Auch bei dieser speziellen Verfahrensführung ist es zur Vermeidung laserbedingter Schäden vorteilhaft, wenn sich die Verfahrwege des Laserstrahls im ersten und im zweiten Ablationsschritt im Wesentlichen nicht überdecken.When clearing the surface of the symbolism and also when writing the contour, the risk of laser-induced damage to the plastic part can be further reduced by ablating in a two-step process. In this case, in a first ablation step more than 75% of the layer thickness of the first metal layer and, in a subsequent second ablation step, the layer thickness is further reduced to less than 5% of the original layer thickness, preferably to less than 2%. In general, in the second ablation step, the layer thickness is reduced to such an extent that any remaining residues of the first metal layer are reduced in thickness such that the first metal layer locally no longer has sufficient electrical conductivity and / or current carrying capacity for an electrochemical deposition of further metal layers having. If this condition is met, then this part of the surface of the control element no longer participates in the subsequent galvanic metallization. Even with this special procedure, it is advantageous to avoid laser-induced damage if the travel paths of the laser beam in the first and in the second ablation step do not substantially overlap.
Grundsätzlich ist es auch möglich, zur Ausbildung der Symbolik die erste Metallschicht mittels lithographischen Methoden zu strukturieren. Hierzu wird sie auf geeignete Weise mit einem Schutzlack versehen wird, der entweder direkt strukturiert aufgebracht oder in einem separaten Verfahrensschritt beispielsweise fotolithografisch strukturiert wird, wodurch die Oberfläche der ersten Metallschicht freigelegt wird. Nachfolgend wird ein Ätzschritt durchgeführt, bei welchem die erste Metallschicht dort abgetragen wird, wo ihre Oberfläche nicht durch den Schutzlack abgedeckt wird. Schließlich wird in einem weiteren Verfahrensschritt der Schutzlack wieder von der Oberfläche der ersten Metallschicht entfernt, so dass die unbedeckte, nunmehr aber strukturierte erste Metallschicht zurückbleibt, welche dann nachfolgend dem Galvanik-Prozess unterzogen wird.In principle, it is also possible to structure the first metal layer by means of lithographic methods for the formation of the symbolism. For this purpose, it is provided in a suitable manner with a protective varnish, which is either applied directly structured or structured in a separate process step, for example, photolithographically, whereby the surface of the first metal layer is exposed. Subsequently, an etching step is carried out in which the first metal layer is removed where its surface is not covered by the protective lacquer. Finally, in a further method step, the protective lacquer is removed again from the surface of the first metal layer, so that the uncovered, but now structured first metal layer remains, which is subsequently subjected to the electroplating process.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten
Im Verfahrensschritt
Im Verfahrensschritt
Im nachfolgenden Verfahrensschritt
Im Verfahrensschritt
Im Verfahrensschritt
In einer alternativen Verfahrensführung wird im Verfahrensschritt
Weiterhin ist bekannt, dass auch die Abfolge der in der Figur nicht dargestellten Verfahrensschritte Quellen des Kunststoffs (ABS, ABS-PC, PC, PES, PEI, PEEK, etc.), Beizen in einer oxidierenden Lösung (Chromschwefelsäure, Kaliumpermanganat, etc.), Aktivieren in einer metallkomplexhaltigen Lösung, Vernetzen durch Bildung von Metallsulfiden in einer alkalischen Sulfidlösung und schließlich elektrochemisches Galvanisieren in einem Metallbad es erlaubt, auf eine zeitaufwendige stromlose Abscheidung von chemisch Nickel bzw. chemisch Kupfer zu verzichten.Furthermore, it is known that the sequence of the process steps, not shown in the figure, sources of the plastic (ABS, ABS-PC, PC, PES, PEI, PEEK, etc.), pickling in an oxidizing solution (chromic acid, potassium permanganate, etc.). Activating in a metal complex-containing solution, crosslinking by formation of metal sulfides in an alkaline sulfide solution, and finally electrochemical plating in a metal bath allows to dispense with a time-consuming electroless deposition of chemical nickel or chemical copper.
Im optionalen Verfahrensschritt
Im nicht dargestellten nächsten Verfahrensschritt wird der auf der galvanisierbaren Oberfläche mit der ersten Metallschicht (d. h. einer dünnen Nickelschicht und ggf. einer Schicht aus Vornickel oder Vorkupfer) bedeckte Grundkörper dem Galvanikprozess entnommen, gewaschen und getrocknet.In the next process step, which is not shown, the base body covered on the electroplatable surface with the first metal layer (that is to say a thin nickel layer and possibly a layer of nickel or precursor) is taken from the electroplating process, washed and dried.
Im nächsten Verfahrensschritt
Nachfolgend werden die Grundkörper mit nunmehr strukturierter erster Metallschicht dem Galvanik-Prozess zugeführt. Hierbei wird im nächsten Verfahrensschritt
In den nachfolgenden Verfahrensschritten
Schließlich wird im Verfahrensschritt
Optional kann nach dem Herausnehmen des Grundkörpers aus der Galvanik, worauf ein Reinigungs- und ein Trocknungsschritt (in der Figur nicht dargestellt) folgen, in einem weiteren nicht dargestellten Verfahrensschritt eine Einfärbung der metallisierten Oberfläche mittels PVD-Verfahren erfolgen. Hierbei wird eine zwischen 100 Nanometer und wenigen Mikrometern dicke Metallschicht z. B. aus Gold aufgebracht. Hier ist ein weites Farbspektrum erzielbar.Optionally, after removal of the main body from the electroplating, followed by a cleaning and a drying step (not shown in the figure), in a further process step, not shown, a coloring of the metallized surface by means of PVD method. Here, between 100 nanometers and a few micrometers thick metal layer z. B. applied from gold. Here is a wide range of colors can be achieved.
Abschließend kann in einem abschließenden Verfahrensschritt (nicht dargestellt) noch eine Lackschicht aufgebracht werden, welche beispielsweise die Optik der vorderseitig aufgebrachten Metallschicht bzw. deren Korrosionsbeständigkeit verändern bzw. verbessern kann.Finally, in a final process step (not shown), a lacquer layer can be applied which, for example, can change or improve the appearance of the metal layer applied on the front side or its corrosion resistance.
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