DE102012212283A1 - 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 (20) auf einem Trägerelement (10), wobei die Schicht (20) durch Verdampfen von Metallpartikeln aus einer Metallfolie (25) mittels eines Laserstrahls (1) erzeugt wird, und wobei zwischen dem Trägerelement (10) und der Metallfolie (25) eine Aussparungen (22) zum Ausbilden der Schicht (20) aufweisende Maskenfolie (21) angeordnet wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Metallfolie (25) mittels einer ersten Klebeverbindung (26) mit der Maskenfolie (21) verbunden 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 Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der bislang noch nicht veröffentlichten Deutschen Patentanmeldung DE 102011077450 beschrieben und dient dazu, auf der Oberseite eines beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Trägerelements eine elektrisch leitende Schicht aufzubringen, die insbesondere der Stromführung dient. Ein typischer Einsatzbereich eines derartigen Verfahrens besteht bei der Kontaktierung von Solarzellen, um den von der Solarzelle erzeugten Strom ableiten zu können. In diesem Fall ist das Trägerelement als hochdotierter Siliziumwafer ausgebildet. Hierbei wird die als Opferelement zur Ausbildung der leitenden Schicht dienende Metallfolie mittels Niederhalteelementen in Form von Stempeln oder Ähnlichem gegen eine Maskenfolie gedrückt, die wiederum auf dem Trägerelement aufliegt. Dadurch wird ein definierter Abstand zwischen der Maskenfolie und der Oberfläche des Trägerelements erzielt, wodurch beim Abscheiden bzw. Aufdampfen von metallischen Partikeln aus der Metallfolie auf das Trägerelement eine geometrisch definierte Schicht erzeugt werden kann. Diese Niederhalteelemente eignen sich primär für den Einsatz an ebenen Oberflächen, das heißt, dass das Trägerelement ebenfalls eine ebene Oberfläche aufweist. Es ist zwar grundsätzlich auch möglich, durch entsprechende Stempelelemente eine Masken- und/oder Metallfolie in einem definierten Abstand an einer gewölbten Fläche anzuordnen, ein derartiger Stempel erfordert jedoch eine genaue Abbildung der Geometrie des Trägerelements und ist somit individuell herzustellen. Darüber hinaus sind mit einem derartigen stempelförmigen Element beispielsweise Bearbeitungen bzw. das Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht an einer Innenseite einer halbkugelförmigen Oberfläche nicht oder nur sehr schwer möglich.
  • 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 auf die Verwendung von mechanischen Niederhalteelementen verzichtet werden kann. Dadurch soll insbesondere auf relativ einfache Art und Weise das Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht auf einer nichtebenen Oberfläche erzielt werden können. Unter einer nicht ebenen Oberfläche im Sinne der Erfindung wird dabei entweder eine gewölbte Oberfläche verstanden, oder aber eine Oberfläche, die beispielsweise mehrere jeweils ebene Oberflächen aufweist, die in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht an einem Trägerelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Metallfolie mittels einer ersten Klebeverbindung mit der Maskenfolie verbunden wird. Es werden somit im Gegensatz zum Stand der Technik keine mechanisch wirkenden Niederhaltemittel benötigt, die die Metallfolie auf die Maskenfolie drücken. Vielmehr wird durch die Klebeverbindung sichergestellt, dass die Metallfolie unmittelbar auf der Oberfläche der Maskenfolie aufliegt und somit in einem definierten Abstand zum Trägerelement angeordnet 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.
  • In ganz besonders bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass zusätzlich zur Metallfolie auch die Maskenfolie mit dem Trägerelement mittels einer zweiten Klebeverbindung verbunden wird. Mittels einer derartigen Anordnung wird somit ein Sandwichverbund, bestehend aus dem Trägerelement, der Maskenfolie und der Metallfolie erzeugt. Insbesondere wird damit auch eine sichere und definierte Auflage bzw. Anlage des Maskenelements und der Metallfolie an dem Trägerelement ermöglicht.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste und/oder die zweite Klebeverbindung als peelbare, also abziehbare, insbesondere rückstandsfrei abziehbare, Klebeschicht ausgebildet wird. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass nach dem Aufbringen der elektrisch leitenden Schicht auf dem Trägerelement die Metallfolie bzw. die Maskenfolie von dem Trägerelement auf relativ einfache Art und Weise entfernt werden kann. In dem Fall, bei dem nur die Metallfolie mit einer peelbaren Schicht mit der Maskenfolie verbunden ist, kann es vorgesehen sein, dass die Maskenfolie auf dem Trägerelement verbleibt und somit beispielsweise einen zusätzlichen Oberflächenschutz für das Trägerelement ausbildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass (lediglich) die Maskenfolie mit dem Trägerelement über eine peelbare Klebeschicht verbunden ist, während die Metallfolie mit der Maskenfolie über eine nicht peelbare Klebeschicht verbunden ist. In diesem Fall wird beim Entfernen der Maskenfolie gleichzeitig die Metallfolie von dem Trägerelement entfernt, so dass auf der Oberseite bzw. Oberfläche des Trägerelements lediglich die elektrisch leitende Schicht verbleibt.
  • Insbesondere bei der Anwendung der Erfindung an gewölbten oder geknickten Oberflächen ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Maskenfolie aus einem verformbaren Material besteht. Unter verformbar wird dabei die Eigenschaft der Maskenfolie verstanden, sich der Oberfläche des Trägerelements derart anzupassen, dass zwischen der Oberfläche des Trägerelements und der Maskenfolie keinerlei Spalte bzw. Lücken ausgebildet werden, die den Abstand zwischen der Oberfläche des Trägerelements und der Metallfolie beeinflussen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast, besteht. In diesem Fall ist es wichtig, dass der Schmelzpunkt des Kunststoffes derart an den Schmelzpunkt der Metallfolie angepasst ist, dass beim Aufdampfen der Metallpartikel auf die Oberfläche des Trägerelements Beschädigungen des Trägerelements sicher vermieden werden.
  • Dies ist in jedem Fall dann gegeben, wenn der Schmelzpunkt des Kunststoffes zumindest etwas über dem Schmelzpunkt der Metallfolie liegt. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste und/oder die zweite Klebeverbindung lediglich bereichsweise zwischen der Metallfolie und der Maskenfolie und/oder zwischen der Maskenfolie und dem Trägerelement aufgebracht wird. Hierbei werden die Bereiche, in denen die Klebeverbindung(en) aufgebracht wird, derart ausgewählt, dass zwischen der Oberfläche des Trägerelements und der Maskenfolie sowie zwischen der Maskenfolie der Metallfolie in den Bereichen keinerlei Spalte bzw. Lücken ausgebildet werden, in denen eine Verdampfung des Materials der Metallfolie stattfindet. Insbesondere findet diese Ausgestaltung der Erfindung Verwendung bei ebenen Flächen, bei denen beispielsweise es lediglich erforderlich ist, sicherzustellen, dass die Metallfolie und die Maskenfolie im Bereich der Aussparungen der Maskenfolie in einem definierten Abstand zur Oberfläche des Trägerelements angeordnet werden. Die Vorteile dieses Verfahrens bestehen unter anderem darin, dass zum einen die Menge an Klebstoff vermindert werden kann, und dass zum anderen beispielsweise das Recycling der Maskenfolie sowie der Metallfolie erleichtert wird, da weniger Fremdstoffe (Klebstoff) an diesen Elementen haften.
  • Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens beim Aufbringen von elektrisch leitenden Schichten auf Trägerelementen mit gewölbten und/oder in einem Winkel zueinander angeordneten Flächen, insbesondere Gehäusebauteilen, wie Deckeln. Dadurch wird es beispielsweise auf relativ einfache Art und Weise ermöglicht, an der Innenseite eines komplex geformten Deckelelements elektrisch leitende Schichten anzuordnen. Die Erfindung ist jedoch auch zum Beispiel zum Aufbringen von elektrisch leitenden Bereichen bzw. Schichten auf dem Gebiet der Photovoltaik, beispielsweise bei Solarzellen, anwendbar.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in:
  • 1 einen Schnitt durch einen Teilbereich eines Trägerelements, auf dessen Oberfläche unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht wird und
  • 2 ein Schnitt durch einen Teilbereich des Elements gemäß 1 in vergrößerter Darstellung.
  • Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
  • In der 1 ist ein Trägerelement 10 dargestellt, das vorzugsweise, jedoch nicht einschränkend, aus Kunststoff besteht. Insbesondere handelt es sich bei dem Kunststoff um ein Thermoplast. Das Trägerelement 10 kann beispielsweise ein Gehäuseelement, wie ein Deckel eines elektrisch betriebenen Aggregats sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Trägerelement 10 beispielsweise eine Solarzelle darstellt, auf deren Rückseite elektrisch leitende Bereiche angeordnet bzw. aufgebracht werden sollen.
  • Das Trägerelement 10 weist beispielhaft einen ersten Abschnitt 11 in Form einer ebenen Fläche auf. An den ersten Abschnitt 11 schließt sich ein im Querschnitt gewölbt ausgebildeter zweiter Abschnitt 12 an, an den sich wiederum drei jeweils ebene Abschnitte 13 bis 15 anschließen, die um einen Winkel α bzw. β zueinander angeordnet sind. Durch die soweit beschriebenen Abschnitte 11 bis 15 soll lediglich zum Ausdruck gebracht werden, dass die Oberfläche des Trägerelements 10 eine zumindest nahezu beliebige Form aufweisen kann.
  • Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass auf der Oberseite 16 des Trägerelements 10 eine elektrisch leitende Schicht 20 (siehe 2) aufgebracht werden soll. Bei der elektrisch leitenden Schicht 20 kann es sich beispielsweise um eine Leiterbahnstruktur oder um einen elektrischen Anschlussbereich handeln. Das Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht 20 auf der Oberseite 16 des Trägerelements 10 erfolgt in an sich bekannter Art und Weise durch Verwendung einer Maskenfolie 21, die im Bereich der elektrisch leitenden Schicht 20 entsprechend geformte Aussparungen 22 aufweist. Die Maskenfolie 21 ist von einer Metallfolie 25 überdeckt, die in einem definierten Abstand a, bedingt durch die Dicke der Maskenfolie 21, zur Oberseite 16 des Trägerelements 10 angeordnet ist. In den Bereichen, in denen sich die Aussparungen 22 der Maskenfolie 21 befinden, wird durch einen Laserstrahl 1, der mittels einer nicht dargestellten Laserstrahleinrichtung erzeugt wird, das Material der Metallfolie 25 verdampft und schlägt sich daraufhin als elektrisch leitende Schicht 20 auf der Oberfläche des Trägerelements 10 nieder, wie dies in der 2 verdeutlicht sein soll. Ein derartiger Abscheideprozess ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt, und wird daher nicht näher erläutert. Beispielhaft wird hierzu auf die WO 2010/082151 A1 verwiesen.
  • Um sicherzustellen, dass die Metallfolie 25 in dem Abstand a zum Trägerelement 10 angeordnet ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Metallfolie 25 mittels einer ersten Klebeverbindung in Form einer Klebeschicht 26 mit der ihr zugewandten Oberseite der Maskenfolie 21 verbunden ist. Darüber hinaus ist auch die Maskenfolie 21 mittels einer zweiten Klebeverbindung in Form einer Klebeschicht 27 mit der Oberseite 16 des Trägerelements 10 verbunden. Ergänzend wird erwähnt, dass die beiden Klebeschichten 26, 27 in der Darstellung der 2 in ihrer Dicke nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Als Material für die Klebeschichten 26, 27 kommen vorzugsweise Klebstoffe infrage, die bezüglich der beim Verdampfen der Metallfolie 25 auftretenden Temperaturen hitzebeständig sind. Insbesondere ist es jedoch auch vorgesehen, dass entweder die erste Klebeschicht 26 oder die zweite Klebeschicht 27, oder aber beide Klebeschichten 26, 27 als peelbare Klebeschichten 26, 27 ausgebildet sind, um nach dem Ausbilden der elektrisch leitenden Schicht 20 auf einfache Art und Weise ein Entfernen der Maskenfolie 21 und/oder der Metallfolie 25 vom Trägerelement 10 zu ermöglichen.
  • Aus der 1 ist darüber hinaus erkennbar, dass die Klebeschichten 26, 27 nicht vollflächig auf der Maskenfolie 21 und/oder der Metallfolie 25 aufgebracht werden müssen. Vielmehr genügt es, durch entsprechend gewählte Orte sicherzustellen, dass zumindest in den Bereichen, in denen die elektrisch leitende Schicht 20 auf dem Trägerelement 10 ausgebildet wird, die Metallfolie 25 in dem Abstand a zum Trägerelement 10 angeordnet ist. Beispielhaft ist in der 1 der Fall dargestellt, bei dem entsprechende Klebeschichten 26, 27 im gesamten Bereich des zweiten Abschnitts 12 sowie in den Knick- bzw. Übergangsbereichen zwischen dem ersten Abschnitt 11 und dem zweiten Abschnitt 12, dem zweiten Abschnitt 12 und dem dritten Abschnitt 13, dem dritten Abschnitt 13 und dem vierten Abschnitt 14 sowie dem vierten Abschnitt 14 und dem fünften Abschnitt 15 angeordnet sind.
  • Das soweit beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht 20 auf einem Trägerelement 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere wird der Fachmann bezüglich der Dicke der Maskenfolie 21 und der Metallfolie 25 ggf. entsprechende Anpassungen vornehmen.
  • 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
    • DE 102011077450 [0002]
    • WO 2010/082151 A1 [0018]

Claims (8)

  1. Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Schicht (20) auf einem Trägerelement (10), wobei die Schicht (20) durch Verdampfen von Metallpartikeln aus einer Metallfolie (25) mittels eines Laserstrahls (1) erzeugt wird, und wobei zwischen dem Trägerelement (10) und der Metallfolie (25) eine wenigstens eine Aussparung (22) zum Ausbilden der Schicht (20) aufweisende Maskenfolie (21) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (25) mittels einer ersten Klebeverbindung (26) mit der Maskenfolie (21) verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Maskenfolie (21) mit dem Trägerelement (10) mittels einer zweiten Klebeverbindung (27) verbunden wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Klebeverbindung (26, 27) als peelbare Klebeverbindung ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskenelement (21) aus einem verformbaren Material besteht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (10) aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast, besteht.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Klebeverbindung (26, 27) lediglich bereichsweise zwischen der Metallfolie (25) und der Maskenfolie (21) und/oder zwischen der Maskenfolie (21) und dem Trägerelement (10) aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (10) auf der der Maskenfolie (25) zugewandten Seite einen Abschnitt (12) mit einer gewölbten Oberfläche und/oder Abschnitte (13, 14, 15) mit ebenen Oberflächen aufweisen, die in einem Winkel (α, β) zueinander angeordnet sind.
  8. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Aufbringen von elektrisch leitenden Schichten (20) auf Trägerelementen (10) mit gewölbten und/oder in einem Winkel zueinander angeordneten Abschnitten (11 bis 15), insbesondere auf Gehäusebauteilen, wie Deckeln.
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