DE102012212279A1 - Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Trägerelement und Verwendung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Trägerelement und Verwendung des Verfahrens Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht (1) auf einem Trägerelement (10), wobei die Schicht (1) durch Verdampfen von Metallpartikel (17) aus einer Metallfolie (15) mittels eines Laserstrahls (5) erzeugt wird, und wobei die Metallfolie (15) in einem definierten Abstand (a) zu einer Abscheideebene (14) der Metallpartikel (17) auf dem Trägerelement (10) angeordnet wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass in der Oberfläche des Trägerelements (10) im Bereich der elektrisch leitenden Schicht (1) eine Vertiefung (11) ausgebildet wird, deren Grund (13) die Abscheideebene (14) für Metallpartikel (17) bildet, und dass die Metallfolie (15) auf die Oberseite (12) des Trägerelements (10) im Bereich der Vertiefung (11) in Anlagekontakt mit dem Trägerelement (10) gebracht wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Trägerelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ein derartiges Verfahren ist aus der WO 2010/082151 A1 bekannt. Mittels des bekannten Verfahrens lässt sich auf der Oberseite eines Trägerelements eine elektrisch leitende Schicht, beispielsweise eine Leiterbahn, ausbilden, indem mittels eines Laserstrahls Metall verflüssigt wird, das in einem als metallische Folie ausgebildeten Element oberhalb des Trägerelements angeordnet ist. Hierbei weist die Metallfolie eine nutförmige Aussparung auf, die mit der offenen Seite gegen die Oberfläche des Trägerelements angelegt wird. Dadurch entsteht zwischen der Oberfläche des Trägerelements und dem Nutgrund in der Metallfolie ein definierter Abstand. Wird nun ein Laserstrahl auf der der Aussparung gegenüberliegenden Seite der Metallfolie entlang des Bereichs der Aussparung bewegt, so verdampft das Metall im Bereich des Nutgrunds der Aussparung und scheidet sich als metallische Schicht auf dem Trägerelement ab. Das bedeutet, dass durch die Form der Aussparung des metallischen Elements die Form bzw. Struktur der elektrisch leitenden Schicht vorgegeben wird. Nachteilig dabei ist, dass zur Einhaltung des definierten Abstands zwischen der Oberfläche des Trägerelements und dem Nutgrund der Aussparung die Metallfolie relativ dick ausgebildet sein muss. Darüber hinaus ist das Ausbilden derartiger Strukturen in einer Metallfolie mit relativ hohem Aufwand verbunden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Trägerelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass ein herstellungstechnisch einfaches Verfahren ermöglicht wird, das es insbesondere vermeidet, eine relativ dicke Metallfolie verwenden zu müssen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Trägerelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass in der Oberfläche des Trägerelements im Bereich der elektrisch leitenden Schicht eine Vertiefung ausgebildet wird, deren Grund eine Abscheideebene für die verdampften Metallpartikel der Metallfolie bildet, und dass die Metallfolie auf die Oberseite des Trägerelements im Bereich der Vertiefung in Anlagekontakt mit dem Trägerelement gebracht wird. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass der definierte Abstand zwischen dem Bereich, aus dem die Metallpartikel aus der Metallfolie verdampft werden und der Oberfläche des Trägerelements im Bereich der elektrisch leitenden Schicht nicht durch eine strukturierte Metallfolie oder durch ein separate Maskenfolie, sondern durch eine entsprechende Ausgestaltung des Trägerelements selbst erzeugt wird. Dadurch genügt es, wenn die Metallfolie eine relativ geringe Dicke aufweist, die derart ist, dass lediglich genügend Metallpartikel für die elektrisch leitende Schicht zur Verfügung stehen. Darüber hinaus ist es fertigungstechnisch bedeutend einfacher, in einem starren Trägerelement, wie es üblicherweise zur Anwendung kommt, entsprechende Strukturen als „Abstandshalter“ auszubilden, als in einer relativ dünnen Metallfolie. Als weiterer Vorteil ist anzuführen, dass durch die Anordnung der elektrisch leitenden Schicht in der Vertiefung, insbesondere wenn die Schicht nicht die Oberfläche des Trägerelements überragt, eine (mechanisch) geschützte Anordnung der elektrisch leitenden Schicht ohne zusätzliche Schutzvorkehrungen erzielt werden kann.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
  • Um sicherzustellen, dass die Metallfolie in dem definierten Abstand oberhalb der Abscheideebene des Trägerelements im Bereich der Vertiefung angeordnet ist, wird in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Metallfolie auf das Trägerelement aufgedrückt wird. Dies erfolgt beispielsweise mittels stempelartiger Elemente oder Ähnlichem, die lediglich sicherstellen müssen, dass die Metallfolie im Bereich der Vertiefungen des Trägerelements auf der Oberfläche des Trägerelements aufliegt.
  • In alternativer Ausgestaltung ist es jedoch auch möglich, dass die Metallfolie mittels einer Klebeschicht mit dem Trägerelement verbunden wird, und dass die Klebeschicht als peelbare Klebeschicht ausgebildet wird. Eine derartige Anwendung kommt insbesondere bei gewölbten oder unregelmäßig geformten Oberflächen von Trägerelementen zur Anwendung, und hat den Vorteil, dass sich zum einen die Metallfolie ohne zusätzliche (mechanische) Hilfsmittel an den relevanten Stellen an dem Trägerelement anlegen lässt, und dass zum anderen nach dem Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht auf dem Trägerelement sich die Metallfolie auf einfache Art und Weise rückstandslos entfernen lässt.
  • Besonders genau und wirtschaftlich lassen sich die Vertiefungen in dem Trägerelement mittels einer Laserstrahleinrichtung erzeugen, indem der von der Laserstrahleinrichtung generierte Laserstrahl mit angepasster Intensität und geeigneten Parametern über die Oberfläche des Trägerelements geführt wird. Hierzu ist in üblicher Art und Weise eine Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und dem Trägerelement erforderlich, welche entweder durch eine geeignete Optikeinrichtung, oder durch mechanische Mittel erzeugt werden kann, die das Trägerelement relativ zum Laserstrahl bewegt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es darüber hinaus in relativ einfacher Art und Weise, bei konstanten bzw. gleichbleibenden Parametern der Laserstrahleinrichtung während des Verdampfens des Materials der Metallfolie Einfluss auf die Geometrie der elektrisch leitenden Schicht zu nehmen, indem der Abstand der Vertiefung bzw. der Abscheideebene zur Oberseite des Trägerelements unterschiedlich ausgebildet ist. Insbesondere lässt sich durch eine entsprechende Einstellung des Abstands der Vertiefung zur Oberseite des Trägerelements die Breite einer elektrisch leitenden Schicht beeinflussen, wenn diese beispielsweise in Form einer Leiterbahn ausgebildet ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren findet insbesondere Anwendung bei einem Trägerelement aus Kunststoff. Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass das Trägerelement aus einem Thermoplast besteht. Bei der Verwendung von aus Kunststoff bestehenden Trägerelementen ist es wichtig, den Schmelzpunkt des Materials des Kunststoffes derart an den Schmelzpunkt des Materials der Metallfolie anzupassen, dass beim Abscheiden bzw. Aufdampfen der elektrisch leitenden Schicht auf der Oberfläche des Trägerelements dieses nicht in funktionsbeeinträchtigender Art und Weise beschädigt wird.
  • Insbesondere, wenn die elektrisch leitende Schicht zur Stromführung relativ hoher Ströme geeignet sein soll, ohne dass unerwünscht hohe ohmsche Verluste auftreten sollen, ist es darüber hinaus in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass auf die leitende Schicht innerhalb der Vertiefung eine weitere, elektrisch leitende Schicht aufgebracht wird. Eine derartige weitere Schicht wird üblicherweise im Galvanikverfahren aufgebracht und bewirkt eine Verdickung der ursprünglich vorhandenen Schicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren findet insbesondere Anwendung beim Aufbringen von elektrisch leitenden Schichten auf Trägerelementen mit gewölbten und/oder in einem Winkel zueinander angeordneten Flächen, insbesondere Gehäusebauteilen, wie Deckeln. Die Erfindung soll jedoch nicht auf derartige Anwendungsfälle beschränkt sein.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in der einzigen Figur einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Trägerelement, bei dem eine elektrisch leitende Schicht durch Verdampfen von Metallpartikeln aus einer Metallfolie mittels eines Laserstrahls auf das Trägerelement aufgebracht wird.
  • In der einzigen Figur ist eine Anordnung 100 dargestellt, wie sie zum Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht 1 auf einem Trägerelement 10 geeignet ist. Bei dem Trägerelement 10 handelt es sich insbesondere um ein aus Kunststoff bestehendes Trägerelement 10, beispielsweise um ein Gehäuseteil wie einen Gehäusedeckel oder Ähnliches. Vorzugsweise findet als Material für das Trägerelement 10 ein Thermoplast Verwendung.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass in einem vorgeschalteten Fertigungsschritt in den Bereichen, in denen die elektrisch leitende Schicht 1 auf das Trägerelement 10 aufgebracht werden soll, nutförmige Vertiefungen bzw. Aussparungen 11 in Form von Löchern, Kanälen oder Ähnlichem in die als Oberseite 12 bezeichnete Seite bzw. Oberfläche des Trägerelements 10 eingebracht bzw. ausgebildet werden.
  • Typischerweise beträgt die Tiefe der Aussparung 11 etwa zwischen 15µm und 150µm.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel soll es sich bei der Aussparung 11 um einen nutartigen Kanal handeln, der sich senkrecht zur Zeichenebene der einzigen Figur erstreckt. Die Aussparung 11 weist einen Grund 13 auf, der eine Abscheideebene 14 für die elektrisch leitende Schicht 1 ausbildet. Der Abstand a zwischen dem Grund 13 und der Oberseite 12 des Trägerelements 10 kann sich über die Ausdehnung der Aussparung 11 ändern, er ist jedoch üblicherweise konstant ausgebildet.
  • Das Ausbilden derartiger Aussparungen 11 an einem Trägerelement 10 erfolgt vorteilhafterweise mittels einer Laserstrahleinrichtung.
  • An der Oberseite 12 des Trägerelements 10 ist eine Metallfolie 15 angelegt, die zumindest im Bereich der Aussparungen 11 unmittelbar auf der Oberseite 12 anliegt, um den Abstand a herzustellen. Dies erfolgt entweder mittels nicht dargestellter Niederhaltemittel, z.B. in Form von Stempeln, oder, wie dargestellt, mittels einer Klebeschicht 16, die zumindest im unmittelbaren Bereich der Aussparungen 11 angeordnet wird. Vorzugsweise ist die Klebeschicht 16 als peelbare Klebeschicht 16 ausgebildet, so dass nach dem Erzeugen der elektrisch leitenden Schicht 1 auf dem Trägerelement 10 die Metallfolie 15 rückstandsfrei von dem Trägerelement 10 entfernt werden kann.
  • Das Erzeugen der elektrisch leitenden Schicht 1 erfolgt durch Verdampfen von Metallpartikeln 17 aus dem Material der Metallfolie 15, welche sich anschließend auf der Abscheideebene 14 am Grund 13 des Trägerelements 10 als elektrisch leitende Schicht 1 abscheiden bzw. aufgedampft werden. Hierzu findet ein Laserstrahl 5 Verwendung, der mittels einer nicht dargestellten Laserstrahleinrichtung erzeugt wird, wobei der Verfahrweg des Laserstrahls 5 der Geometrie bzw. der Form der Aussparungen 11 angepasst ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Laserstrahl 5 somit zumindest bereichsweise senkrecht zur Zeichenebene der Figur geführt.
  • Nach dem Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht 1 auf dem Trägerelement 10 und ggf. einem sich daran anschließenden Entfernen der Metallfolie 15 von dem Trägerelement 10 kann eine Verdickung der elektrisch leitenden Schicht 1 erfolgen. Insbesondere kann eine derartige Verdickung dadurch erfolgen, dass im Galvanikverfahren beispielsweise eine Nickelschicht auf die elektrisch leitende Schicht 1 aufgebracht wird. Eine derartige Technologie ist an sich bekannt und wird daher im Weiteren nicht näher beschrieben oder dargestellt.
  • Das soweit beschriebene Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht 1 auf einem Trägerelement 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht darin, den Abstand zwischen einer Metallfolie 15 und der Abscheideebene 14 an einem Trägerelement 10 ohne Verwendung einer Maskenfolie oder einer speziell ausgebildeten Metallfolie einzustellen.
  • 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
    • WO 2010/082151 A1 [0002]

Claims (8)

  1. Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht (1) auf einem Trägerelement (10), wobei die Schicht (1) durch Verdampfen von Metallpartikel (17) aus einer Metallfolie (15) mittels eines Laserstrahls (5) erzeugt wird, wobei die Metallpartikel (17) auf dem Trägerelement (10) abgeschieden werden, und wobei die Metallfolie (15) in einem definierten Abstand (a) zu einer Abscheideebene (14) der Metallpartikel (17) auf dem Trägerelement (10) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberfläche des Trägerelements (10) im Bereich der elektrisch leitenden Schicht (1) eine Vertiefung (11) ausgebildet wird, deren Grund (13) die Abscheideebene (14) für die Metallpartikel (17) bildet, und dass die Metallfolie (15) auf die Oberseite (12) des Trägerelements (10) im Bereich der Vertiefung (11) in Anlagekontakt mit dem Trägerelement (10) gebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (15) auf das Trägerelement (10) aufgedrückt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (15) mittels einer Klebeschicht (16) mit dem Trägerelement (10) verbunden wird, und dass die Klebeschicht (16) als peelbare Klebeschicht (16) ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) mittels einer Laserstrahleinrichtung erzeugt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) zwischen dem Grund (13) der Vertiefung (11) und der Oberseite (12) des Trägerelements (10) über die Vertiefung (11) gesehen unterschiedlich groß ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (10) aus Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast, besteht.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf die leitende Schicht (1) innerhalb der Vertiefung (11) eine weitere elektrisch leitende Schicht, vorzugsweise im Galvanikverfahren, aufgebracht wird.
  8. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Aufbringen von elektrisch leitenden Schichten (1) auf Trägerelementen (10) mit gewölbten und/oder in einem Winkel zueinander angeordneten Flächen, insbesondere Gehäusebauteilen wie Deckeln.
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